一种基于仿生羟化体系合成左旋多巴及其衍生物的方法
阅读说明：本技术 一种基于仿生羟化体系合成左旋多巴及其衍生物的方法 (Method for synthesizing levodopa and derivatives thereof based on bionic hydroxylation system ) 是由 刘文彬 杜东 尚祺 陈婵 于 2021-10-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于模拟酪氨酸羟化酶进行仿生羟化,合成左旋多巴及其衍生物的方法。仿生羟化体系组成包括：还原剂、络合剂、氧化剂和亚铁溶液。本发明包含如下步骤：左旋酪氨酸溶液调至pH酸性,在左旋酪氨酸溶液中加入还原剂、络合剂、过氧化氢(H-(2)O-(2))和亚铁溶液；水浴中反应后加入淬灭剂终止反应。本发明合成左旋多巴及其衍生物的产率高、生产速度快,步骤简单,易操作,环境友好。(The invention discloses a method for synthesizing levodopa and derivatives thereof by biomimetic hydroxylation based on simulated tyrosine hydroxylase. The bionic hydroxylation system comprises: reducing agent, complexing agent, oxidant and ferrous solution. The invention comprises the following steps: adjusting pH of L-tyrosine solution to acidity, adding reducing agent, complexing agent, and hydrogen peroxide (H) into L-tyrosine solution 2 O 2 ) And a ferrous solution; after the reaction in the water bath, a quenching agent is added to stop the reaction. The method for synthesizing the levodopa and the derivatives thereof has the advantages of high yield, high production speed, simple steps, easy operation and environmental friendliness.)
技术领域
本发明涉及有机化学合成领域，具体涉及一种基于仿生羟化体系合成左旋多巴及其衍生物的方法。
背景技术
左旋多巴(L-DOPA)，化学名为β-3,4-二羟基苯基-α-丙氨酸，是目前治疗帕金森病的主要药物，能通过血脑屏障到达中枢神经系统并转化成多巴胺而发挥药理作用。左旋多巴的结构如下所示：
目前左旋多巴的制备方法主要有如下几种：植物提取法、发酵法、酶催化法、化学合成法。但如上几种制备方法都存在一定缺点，包括环境污染、原料稀缺、过程繁琐、时间成本高等。
酪氨酸羟化酶(Tyrosine hydroxylase,TyrOH,EC 1.14.16.2)是芳香族氨基酸羟化酶家族之一，在二价铁、分子氧和四氢生物喋呤(BH4)存在的条件下，催化酪氨酸形成L-DOPA。根据酪氨酸羟化酶的结构，提出EDTA与铁原子络合的配位结构仿生模拟酪氨酸羟化酶的活性中心及其催化作用，抗坏血酸与四氢生物喋呤有相同的还原效果，H2O2与O2有相似的供氧效果。故提出以AA、EDTA、H2O2、Fe2+为基础，模拟酪氨酸羟化酶进行仿生催化，该体系其成分、结构、活性、机理与酪氨酸羟化酶羟化L-酪氨酸生成左旋多巴的酶催化具有高度相似性，以达到羟化的目的。
本发明旨在设计一种高效、简单、快捷、绿色的方法合成左旋多巴及其衍生物，以左旋酪氨酸及其衍生物为原料，利用仿生羟化体系一锅法合成左旋多巴及其衍生物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一锅法合成左旋多巴及其衍生物的方法，所述方法产率高、生产速度快，反应步骤少，反应条件温和易于控制，并且更加环保。
现有的左旋多巴制备方法存在一定的问题，诸如环境污染、成本高、原料稀缺等。酪氨酸羟化酶可以将左旋酪氨酸催化羟化为左旋多巴，利用该原理，仿生模拟酪氨酸羟化酶催化形成左旋多巴。该方法以左旋酪氨酸为原料一锅法反应得到左旋多巴及其衍生物。
为了实现上述目标，本发明采用的技术方案如下：
一锅法合成左旋多巴使用的仿生羟化试剂配方组成包括：还原剂、络合剂、氧化剂、亚铁溶液；所有底物均使用pH2～7.5的缓冲液溶解。反应路线如下所示：
一锅法合成左旋多巴的具体步骤如下：
(1)溶液的配制：配置0.05～1M pH2～7.5的缓冲液，以该缓冲液配置1～10mM酪氨酸溶液， 1～256mM还原剂，4～128mM络合剂溶液，20～768mM氧化剂溶液，2～128mM Fe2+溶液；(2) 取步骤(1)中左旋酪氨酸溶液于棕色反应器中，依次加入还原剂、络合剂、氧化剂和Fe2+溶液，然后将此反应器放入水浴锅30～70℃中反应1-600min；(3)反应特定时间后，加入淬灭剂到步骤(2)中的反应器中。
可选地，在步骤(1)中配制缓冲液优选为醋酸、甘氨酸缓冲液，更优为甘氨酸缓冲液。
可选地，在步骤(1)中Fe2+溶液可为FeCl2、(NH4)2Fe(SO4)2、FeSO4溶液以及FeCl3溶液，优选为(NH4)2Fe(SO4)2溶液。
可选地，在步骤(1)中络合剂溶液乙二胺四乙酸(EDTA)、次氮基三乙酸(NTA)、羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、N-羟乙基亚胺二乙酸(HIMDA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、亚氨基二乙酸(IMDA)、柠檬酸(citric acid)、草酸(oxalic acid)、三聚磷酸(TPP)、六偏磷酸(HMP)、三磷酸腺苷(ATP)溶液及其钠盐溶液，优选为EDTA-Na溶液。
可选地，在步骤(1)中还原剂溶液可为抗坏血酸(AA)、盐酸羟胺(HA)、异抗坏血酸(EA)、半胱氨酸(Cys)、硼氢化钠(NaBH4)溶液，优选为AA溶液。
可选地，在步骤(1)中氧化剂可为过氧化氢(H2O2)、氧气，优选为H2O2溶液。
可选地，在步骤(2)中底物与还原剂摩尔比为1:1～8，优选为1:3.5～4；底物与氧化剂摩尔比为1:0.5～40，优选为1：20～30；底物与络合剂摩尔比为1:0.1～4，优选为1:0.3～1；底物与Fe2+溶液摩尔比为1:0.03～4，优选为1:0.25～0.5。
可选地，在步骤(3)中使用的淬灭剂可为甘露醇水溶液、乙醇水溶液。
可选地，在步骤(1)中使用的底物可为酪氨酸衍生物L-酪氨酸乙酯(tyrosineethyl ester,TEE)、L-酪氨酸甲酯(tyrosine methyl easter,TME)、N-乙酰-L-酪氨酸(N-acetyl tyrosine,NAT)、N-乙酰-L酪氨酸乙酯(N-acetyl tyrosine ethyl ester,ATEE)。
本发明的创新之处和有益之处在于：
(1)本发明以仿生羟化体系为基础，模拟酪氨酸羟化酶，该体系其成分、结构、活性、机理与酪氨酸羟化酶羟化L-酪氨酸生成左旋多巴的酶催化具有高度相似性；(2)本发明对环境无害且操作简单容易控制；(3)本发明加入了EDTA-2Na和AA，其中EDTA-2Na能与Fe(Ⅱ) 络合，模拟酪氨酸羟化酶活性中心，能降低氧化还原电位，有效加快反应速率；AA作为一种还原剂，在反应过程中能有效地将产生的Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ)，使得该反应能持续高效地产生反应活性物种。
附图说明
图1为左旋多巴标准品的一级质谱图。
图2为左旋多巴标准品的二级质谱图。
图3为反应液的一级质谱图。
图4为反应液的二级质谱图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明和证明本发明的确合成出了左旋多巴，下面结合实施实例和附图对本发明作进一步地详细说明。但需要特别说明的是，实施例仅用于对本发明进行进一步说明，本发明要求保护的范围并不局限于此。
实施例1
以0.4M的甘氨酸和0.4M的盐酸等体积混合后的混合溶液作为溶剂溶解配制8mM的L-Tyr 溶液，以0.2M的甘氨酸-盐酸pH4.5缓冲液配制128mM AA、38.4mMEDTA-2Na、256mMH2O2和12.8mM(NH4)2Fe(SO4)2溶液。用10M NaOH溶液调8mM L-Tyr溶液至pH4.5。取 4mL调过pH后的L-Tyr溶液于10mL棕色反应器中，随即依次加入0.25mL的AA、EDTA- 2Na、H2O2和(NH4)2Fe(SO4)2溶液。然后将反应器置于30℃水浴锅中反应1h。反应时间到了后加入0.5mL的甘露醇溶液。经高效液相色谱分析，此时的产率能达到20.02％，产量能达到1.11mM。
实施例2
以0.4M的甘氨酸和0.4M的盐酸等体积混合后的混合溶液作为溶剂溶解配制8mM的L-Tyr 溶液，以0.2M的甘氨酸-盐酸pH4.5缓冲液配制128mM AA、38.4mM EDTA-2Na、512mMH2O2和32mM(NH4)2Fe(SO4)2溶液。用10M NaOH溶液调8mM L-Tyr溶液至pH4.5。取4mL 调过pH后的L-Tyr溶液于10mL棕色反应器中，随即依次加入0.25mL的AA、EDTA-2Na、 H2O2和(NH4)2Fe(SO4)2溶液。然后将反应器置于30℃水浴锅中反应1h。反应时间到了后加入0.5mL的甘露醇溶液。经高效液相色谱分析，此时的产率能达到30.38％，产量能达到 1.68mM。
左旋多巴标准品的一级质谱图和二级质谱图分别如图1和2所示。反应液的一级质谱图和二级质谱图分别如图3和4所示。
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