一种合成l-(+)-硒代蛋氨酸的方法
阅读说明：本技术 一种合成l-(+)-硒代蛋氨酸的方法 (Method for synthesizing L- (+) -selenomethionine ) 是由 毛帅 李鹏飞 张海龙 徐鸣 张昌龙 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：一种合成L-(+)-硒代蛋氨酸的方法,L-(+)-蛋氨酸与碘甲烷反应生成硫盐,硫盐在无机碱存在下进行水解后,得到高丝氨酸,向高丝氨酸中加入溴化氢的乙酸溶液,进行反应后得到溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐；溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐、甲醇和二氯亚砜反应生成溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐；溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐、硒粉、甲基锂与硼酸酯反应后于碱性条件下水解。本发明采用L-(+)-蛋氨酸为原料,不仅来源广泛,价格便宜,而且自身带有手性,可以直接避免后续合成中引入手性中心且保持高立体选择性的难题。本发明的合成路线具有原料易得、反应条件温和、易于分离纯化等优点。(A method for synthesizing L- (+) -selenomethionine comprises the steps of reacting L- (+) -methionine with methyl iodide to generate a sulfur salt, hydrolyzing the sulfur salt in the presence of inorganic base to obtain homoserine, adding an acetic acid solution of hydrogen bromide into the homoserine, and reacting to obtain bromo L- (+) -homoserine hydrobromide; bromo-L- (+) -homoserine hydrobromide, methanol and thionyl chloride are reacted to generate bromo-L- (+) -homoserine methyl ester hydrochloride; bromo-L- (+) -homoserine methyl ester hydrochloride, selenium powder, methyl lithium and boric acid ester are reacted and then hydrolyzed under alkaline conditions. The invention adopts L- (+) -methionine as a raw material, has wide source and low price, has chirality, and can directly avoid the difficult problems of introducing a chiral center and keeping high stereoselectivity in the subsequent synthesis. The synthetic route of the invention has the advantages of easily obtained raw materials, mild reaction conditions, easy separation and purification and the like.)
技术领域
本发明涉及一种合成L-(+)-硒代蛋氨酸的方法。
背景技术
硒是一种被公众和研究机构广泛关注的微量元素，也是人体和动物必需的微量元素之一。早在1957年就有研究表明硒具有预防肝坏死的功能，由此硒受到广泛重视。经过几十年的发展，有大量的研究已经发现硒具有多种免疫与生物学功能，研究显示，机体内硒的含量与人群整体死亡率(与癌症和心血管等疾病发病率直接相关)呈负相关，反映了硒对人体的重要作用。人类硒缺乏与克山病、大骨节病、心脑血管等疾病发病直接相关，同时人体适当补充硒可提高机体抗氧化能力，有效预防甲状腺疾病的发生或减轻相应症状，可预防心血管病、糖尿病等慢性疾病，可调节免疫功能，增强机体抗病毒能力，调节神经系统，可有效降低癌症总体发病率，对人体生殖系统具有保健作用。目前市场上的补硒产品分为无机硒和有机硒两大类，无机硒主要以硒酸钠和***钠，有机硒则主要是硒代蛋氨酸。无机硒易于制备但吸收率低且副作用大，过量食用其后果远严重于有机硒。有机硒，如硒代蛋氨酸，为蛋氨酸的衍生物，易于吸收，几乎无副作用，是优良的补硒来源。因此硒代蛋氨酸具有较高的应用价值，其开发推广前景广阔。
目前最新关于L-(+)-硒代蛋氨酸的合成工艺中，硒的引入主要有二甲基二硒醚和硒粉两种方式。使用二甲基二硒醚：需要将二甲基二硒基醚与硼氢化钠反应生成甲硒基钠，再与相应底物反应生成硒代蛋氨酸(中国发明专利CN102321004A；中国发明专利CN1680312A)。该方法中使用了二甲基二硒醚，该试剂价格十分昂贵，且方法中使用时往往需要用到2当量以上，造成极大浪费，同时该试剂具有极其恶臭气味，对环境污染较大，不利于工业生产。硒粉：该方法首先需要经过6步制备出硒代前的底物，后将硒与甲基锂试剂生成甲硒基锂与其反应后水解得到硒代蛋氨酸(T.Koch,O.Buchardt,Synthesis,1993,1065)。该方法使用的底物需要经过6步制备而来，其过程十分繁琐复杂，且生产过程中酯化步骤用到了大量的HCl气体，对设备腐蚀较大，不利于环保，同时经7步反应总收率不到30％，因此也难以实现工业大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应条件温和，原料价格低廉，步骤简单，易于操作且绿色、环保、经济的工业化合成L-(+)-硒代蛋氨酸的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种合成L-(+)-硒代蛋氨酸的方法，包括以下步骤：
(1)L-(+)-蛋氨酸与碘甲烷反应生成硫盐，硫盐在无机碱存在下进行水解后，得到高丝氨酸，向高丝氨酸中加入溴化氢的乙酸溶液，进行反应后得到溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐；
(2)溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐、甲醇和二氯亚砜反应生成溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐；
(3)溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐、硒粉、甲基锂与硼酸酯反应后于碱性条件下水解得到L-(+)-硒代蛋氨酸。
本发明进一步的改进在于，步骤(1)的具体过程为：将L-(+)-蛋氨酸、碘甲烷、水与甲醇混合后，搅拌12-48h后浓缩得到硫盐，向硫盐中加入无机碱的溶液，加热回流12-24h，浓缩旋干，得到L-(+)-高丝氨酸，将L-(+)-高丝氨酸与溴化氢的乙酸溶液于50-110℃下反应6-12h后过滤，所得固体为溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐。
本发明进一步的改进在于，L-(+)-蛋氨酸、碘甲烷、水、甲醇与溴化氢的乙酸溶液的比为10g：10-15mL：180-260mL：20mL：20-38mL。
本发明进一步的改进在于，无机碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。
本发明进一步的改进在于，步骤(2)的具体过程如下：于-15-0℃下将二氯亚砜滴入甲醇中，搅拌均匀后，加入溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐的甲醇溶液，然后在20-50℃反应2-12h，浓缩旋干，得到溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐。
本发明进一步的改进在于，溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐、二氯亚砜与甲醇的比例为2.83g：1.2-2.4mL：20-40mL。
本发明进一步的改进在于，步骤(3)的具体过程为：氮气气氛下，于-78-0℃下向硒粉与四氢呋喃的混合物中，滴加甲基锂的***溶液，滴加完毕后恢复至室温，加入硼酸酯与N,N-二甲基甲酰胺，搅拌均匀后再加入溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐,反应5-30分钟后旋干溶剂，加入氢氧化钠溶液和甲醇，搅拌均匀后，进行酸化并旋干，加入水后过滤，将滤液的pH值调至5.75，加入乙醇后于低温下冷却，析出白色固体，即为L-(+)-硒代蛋氨酸。
本发明进一步的改进在于，溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐、硒粉、四氢呋喃、锂试剂的***溶液、硼酸酯、N,N-二甲基甲酰胺、氢氧化钠溶液和甲醇的比为2.33g：0.79-1.6g：15-30mL：7.7-15mL：2.95-5mL：5-25mL：38-50mL：38-50mL。
本发明进一步的改进在于，所述锂试剂为甲基锂、乙基锂、丙基锂、正丁基锂、叔丁基锂、芳基锂等锂试剂，优选甲基锂；
硼酸酯为硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、硼酸三丙酯、硼酸三丁酯或硼酸三叔丁酯。
本发明进一步的改进在于，锂试剂的***溶液的浓度为1.3mol/L；
氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明中采用L-(+)-蛋氨酸为原料，首先该原料不仅来源广泛，价格便宜，而且自身带有手性，可以直接避免后续合成中引入手性中心且保持高立体选择性的难题。其次，在合成目标产物中成本因素最大的往往是在引入硒源的步骤，本发明选用廉价易得的硒粉作为硒源，不仅原料广泛易得而且很好地避免了传统方法中使用的昂贵且恶臭气味的二甲基硒醚试剂，充分显示出绿色经济环保的显著优点。最后本发明的合成路线与传统合成路线相比具有原料易得、步骤简单、易于操作、反应条件温和、易于分离纯化和适合工业化大规模生产等优点。
附图说明
图1为两次重结晶产品的TLC检测结果。其中，采用的溶剂为正丁醇、冰乙酸与水的混合物，并且体积比正丁醇：冰乙酸：水＝8：1：1，图中，左侧为第一次重结晶产品，右侧为第二次重结晶产品。
图2为第二次重结晶产品的高效液相色谱图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明。
本发明提供的一种合成L-(+)-硒代蛋氨酸的方法，反应方程式为：
其合成步骤如下：
(1)以L-(+)-蛋氨酸为原料，与碘甲烷反应生成硫盐，在无机碱条件下水解后加入溴化氢的乙酸溶液，得到溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐，其中，L-(+)-蛋氨酸和碘甲烷的摩尔比为1:1-2.4；具体过程如下：将L-(+)-蛋氨酸、碘甲烷、水与甲醇混合后，搅拌12-48h后浓缩得到硫盐，向硫盐中加入无机碱的水溶液，加热回流12-24h，浓缩旋干，得到L-(+)-高丝氨酸，将L-(+)-高丝氨酸与溴化氢的乙酸溶液于50-110℃下反应6-12h后过滤，所得固体为溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐。
其中，L-(+)-蛋氨酸、碘甲烷、水、甲醇与溴化氢的乙酸溶液的比为10g：10-15mL：180-260mL：20mL：20-38mL。
无机碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。
(2)溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐在甲醇和二氯亚砜下生成溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐，其中，溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐和二氯亚砜的摩尔比为1:1-1.5；具体过程如下：于-15-0℃下将二氯亚砜滴入甲醇中，搅拌均匀后，加入溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐的甲醇溶液，然后在20-50℃反应2-12h，浓缩旋干，得到溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐。
溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐、二氯亚砜与甲醇的比例为2.83g：1.2-2.4mL：20-40mL；
溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐的甲醇溶液中，溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐与甲醇的比为2.83g：20-40mL。
(3)溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐、硒粉、锂试剂与硼酸酯反应后于碱性条件下水解得到L-(+)-硒代蛋氨酸，其中，硒、甲基锂和硼酸酯的摩尔比为1:1:1-1.2；
具体过程为：氮气气氛下，于-78-0℃下向硒粉与四氢呋喃的混合物中，滴加甲基锂的***溶液，滴加完毕后恢复至室温，加入硼酸酯与N,N-二甲基甲酰胺，搅拌均匀后再加入溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐，反应5-30分钟后旋干溶剂，加入氢氧化钠溶液和甲醇，搅拌均匀后，进行酸化并旋干，加入水后过滤，将滤液的pH值调至5.75，加入乙醇后于低温下冷却，析出白色固体，即为L-(+)-硒代蛋氨酸。
其中，所述无机碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾等，优选碳酸氢钠。
所述锂试剂为甲基锂、乙基锂、丙基锂、正丁基锂、叔丁基锂、芳基锂等锂试剂，优选甲基锂。
所述硼酸酯为硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、硼酸三丙酯、硼酸三丁酯、硼酸三叔丁酯等，优选硼酸三丁酯。
锂试剂的***溶液的浓度为1.3mol/L；
氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L。
实施例1
(1)溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐的合成
在500mL的单口烧瓶中，加入10g L-(+)-蛋氨酸和10mL碘甲烷，180mL水，26mL甲醇，搅拌26h后浓缩至原来体积的三分之一，加入5.6g碳酸氢钠，66mL水，加热回流12h,浓缩旋干，加入20mL水和200mL丙酮，冷却后抽滤可得L-(+)-高丝氨酸白色固体，加入80mL的溴化氢乙酸溶液，于80℃下反应10h后,室温继续搅拌4h,抽滤并用30mL***洗涤滤饼，可得白色固体10.22g。收率为55％。
核磁数据：1H NMR(400MHz,D2O)δ:4.17(t,1H,J＝5.2Hz),3.60-3.48(m,2H),2.53-2.44(m,1H),2.36-2.27(m,1H).
(2)溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐的合成
在100mL的单口烧瓶中，于0℃下将1.2mL二氯亚砜滴入20mL甲醇中，搅拌30min后，得到反应液，将2.83g溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐的甲醇(20mL)溶液加入上述反应液中，反应升温至35℃反应11h，浓缩旋干即可得到淡黄色固体。收率100％。
核磁数据：1H NMR(400MHz,D2O)δ:4.27(t,1H,J＝6.4Hz),3.76(s,3H),3.59-3.48(m,2H),2.52-2.46(m,1H),2.36-2.29(m,1H).
(3)L-(+)-硒代蛋氨酸的合成
在250mL的单口烧瓶中，氮气气氛下，加入0.79g硒粉，15mL干燥的四氢呋喃，于-78℃下搅拌15min后，缓慢滴加7.7mL甲基锂的***溶液(1.3mol/L)，滴加完毕后恢复至室温，加入2.95mL硼酸三丁酯，20mL N,N-二甲基甲酰胺后搅拌5分钟，加入2.33g溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐,反应10分钟后旋干溶剂，加入38mL 1mol/L氢氧化钠溶液和38mL甲醇，搅拌10分钟后，将溶液酸化并旋干，加入8mL水后过滤，将滤液的pH值调至5.75之间，加入25mL乙醇后于低温下冷却，5h后析出大量白色固体，抽滤后干燥滤饼得到白色产品1.27g，即为L-(+)-硒代蛋氨酸。收率66％。
将该白色产品再次重结晶，先加5ml无水乙醇在70度水浴加热条件下逐滴加入水直至全溶，将其pH值精密调至5.75后于低温下冷却，5h后析出大量白色固体，抽滤后干燥滤饼得到白色产品0.9g，收率71％，通过TLC检测无其它杂质，如图1所示。L-构型纯度：99.8％，L-构型纯度通过高效液相测L-硒代蛋氨酸的衍生物Fmoc保护的L-硒代蛋氨酸，其保留时间为6.961min，流速v＝1ml/min，Column:CHIRALPAK IC,Mobile phase:Hexane/IPA/TFA＝70/10/0.5(v/v/v)，如图2所示。核磁数据：1H NMR(400MHz,D2O)δ:3.77(t,1H,J＝5.6Hz),,2.57-2.53(m,2H),2.18-2.09(m,2H),1.95(s,3H)；ESI-MS m/z calc.197.0,found198.1(M+1)+；[α]D＝+20.0°,(c＝0.02,2N HCl).
实施例2
(1)将L-(+)-蛋氨酸、碘甲烷、水与甲醇混合后，搅拌12h后浓缩得到硫盐，向硫盐中加入无机碱的溶液，加热回流18h，浓缩旋干，得到L-(+)-高丝氨酸，将L-(+)-高丝氨酸与溴化氢的乙酸溶液于50℃下反应12h后过滤，所得固体为溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐。
其中，L-(+)-蛋氨酸、碘甲烷、水、甲醇与溴化氢的乙酸溶液的比为10g：15mL：260mL：20mL：20mL。
无机碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。优选碳酸氢钠。
(2)于-15-0℃下将二氯亚砜滴入甲醇中，搅拌均匀后，加入溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐的甲醇溶液，然后在20℃反应12h，浓缩旋干，得到溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐。
溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐、二氯亚砜与甲醇的比例为2.83g：1.2mL：20mL；
(3)氮气气氛下，于-78-0℃下向硒粉与四氢呋喃的混合物中，滴加1.3mol/L的锂试剂的***溶液，滴加完毕后恢复至室温，加入硼酸酯与N,N-二甲基甲酰胺，搅拌均匀后再加入溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐，反应5分钟后旋干溶剂，加入1mol/L的氢氧化钠溶液和甲醇，搅拌均匀后，进行酸化并旋干，加入水后过滤，将滤液的pH值调至5，加入乙醇后于低温下冷却，析出白色固体，即为L-(+)-硒代蛋氨酸。
其中，所述锂试剂为乙基锂。
所述硼酸酯为硼酸三乙酯。
实施例3
(1)将L-(+)-蛋氨酸、碘甲烷、水与甲醇混合后，搅拌48h后浓缩得到硫盐，向硫盐中加入无机碱的溶液，加热回流12h，浓缩旋干，得到L-(+)-高丝氨酸，将L-(+)-高丝氨酸与溴化氢的乙酸溶液于110℃下反应6h后过滤，所得固体为溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐。
其中，L-(+)-蛋氨酸、碘甲烷、水、甲醇与溴化氢的乙酸溶液的比为10g：10mL：200mL：20mL：38mL。
无机碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。优选碳酸氢钠。
(2)于-15-0℃下将二氯亚砜滴入甲醇中，搅拌均匀后，加入溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐的甲醇溶液，然后在30℃反应10h，浓缩旋干，得到溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐。
溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐、二氯亚砜与甲醇的比例为2.83g：1.5mL：30mL；
(3)氮气气氛下，于-78-0℃下向硒粉与四氢呋喃的混合物中，滴加1.3mol/L的锂试剂的***溶液，滴加完毕后恢复至室温，加入硼酸酯与N,N-二甲基甲酰胺，搅拌均匀后再加入溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐，反应5分钟后旋干溶剂，加入1mol/L的氢氧化钠溶液和甲醇，搅拌均匀后，进行酸化并旋干，加入水后过滤，将滤液的pH值调至5，加入乙醇后于低温下冷却，析出白色固体，即为L-(+)-硒代蛋氨酸。
其中，所述锂试剂为正丁基锂。
所述硼酸酯为硼酸三丙酯。
实施例4
(1)将L-(+)-蛋氨酸、碘甲烷、水与甲醇混合后，搅拌20h后浓缩得到硫盐，向硫盐中加入无机碱的溶液，加热回流20h，浓缩旋干，得到L-(+)-高丝氨酸，将L-(+)-高丝氨酸与溴化氢的乙酸溶液于70℃下反应10h后过滤，所得固体为溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐。
其中，L-(+)-蛋氨酸、碘甲烷、水、甲醇与溴化氢的乙酸溶液的比为10g：12mL：180mL：20mL：25mL。
无机碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。优选碳酸氢钠。
(2)于-15-0℃下将二氯亚砜滴入甲醇中，搅拌均匀后，加入溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐的甲醇溶液，然后在40℃反应5h，浓缩旋干，得到溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐。
溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐、二氯亚砜与甲醇的比例为2.83g：2mL：25mL；
(3)氮气气氛下，于-78-0℃下向硒粉与四氢呋喃的混合物中，滴加1.3mol/L的锂试剂的***溶液，滴加完毕后恢复至室温，加入硼酸酯与N,N-二甲基甲酰胺，搅拌均匀后再加入溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐，反应20分钟后旋干溶剂，加入1mol/L的氢氧化钠溶液和甲醇，搅拌均匀后，进行酸化并旋干，加入水后过滤，将滤液的pH值调至5，加入乙醇后于低温下冷却，析出白色固体，即为L-(+)-硒代蛋氨酸。
其中，所述锂试剂为叔丁基锂。
所述硼酸酯为硼酸三丁酯。
实施例5
(1)将L-(+)-蛋氨酸、碘甲烷、水与甲醇混合后，搅拌30h后浓缩得到硫盐，向硫盐中加入无机碱的溶液，加热回流24h，浓缩旋干，得到L-(+)-高丝氨酸，将L-(+)-高丝氨酸与溴化氢的乙酸溶液于90℃下反应8h后过滤，所得固体为溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐。
其中，L-(+)-蛋氨酸、碘甲烷、水、甲醇与溴化氢的乙酸溶液的比为10g：13mL：170mL：20mL：30mL。
无机碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。优选碳酸氢钠。
(2)于-15-0℃下将二氯亚砜滴入甲醇中，搅拌均匀后，加入溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐的甲醇溶液，然后在50℃反应2h，浓缩旋干，得到溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐。
溴代L-(+)-高丝氨酸氢溴酸盐、二氯亚砜与甲醇的比例为2.83g：2.4mL：40mL；
(3)氮气气氛下，于-78-0℃下向硒粉与四氢呋喃的混合物中，滴加1.3mol/L的锂试剂的***溶液，滴加完毕后恢复至室温，加入硼酸酯与N,N-二甲基甲酰胺，搅拌均匀后再加入溴代L-(+)-高丝氨酸甲酯盐酸盐，反应10分钟后旋干溶剂，加入1mol/L的氢氧化钠溶液和甲醇，搅拌均匀后，进行酸化并旋干，加入水后过滤，将滤液的pH值调至5.5，加入乙醇后于低温下冷却，析出白色固体，即为L-(+)-硒代蛋氨酸。
其中，所述锂试剂为芳基锂。
所述硼酸酯为硼酸三叔丁酯。