α,β-不饱和氨基酸衍生物及其DL-硒-甲基硒代氨基酸衍生物、合成方法和应用
阅读说明：本技术 α,β-不饱和氨基酸衍生物及其DL-硒-甲基硒代氨基酸衍生物、合成方法和应用 (Alpha, beta-unsaturated amino acid derivative and DL-selenium-methyl seleno amino acid derivative thereof, synthetic method and application ) 是由 魏晓峰 彭程 张继业 陈闪闪 范春英 王慧爽 王阳 李霁宇 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一类α,β-不饱和氨基酸衍生物及基于其的DL-硒-甲基硒代氨基酸衍生物、合成方法和应用。本发明首次公开将Cs-(2)CO-(3)与EtOAc用于温和条件下的丝氨酸衍生物脱水反应,并成功应用在一类重要中间体α,β-不饱和氨基酸(Dhaas)衍生物的合成之中。丝氨酸衍生物的脱水反应条件温和,具有较强的兼容性,反应完成后粗品溶液可与甲硒化试剂通过一锅法高效转化为硒-甲基硒代氨基酸前体,再经由脱保护,pH调节及重结晶便可得到高纯度DL-硒-甲基硒代氨基酸。本方法具有操作简单,成本低廉,收率高,实用性强,废弃物排放量少等诸多特点,适合工业规模放大。(The invention discloses an alpha, beta-unsaturated amino acid derivative, a DL-selenium-methyl seleno-amino acid derivative based on the alpha, beta-unsaturated amino acid derivative, a synthetic method and application. The invention discloses Cs for the first time 2 CO 3 The derivative and EtOAc are used for the dehydration reaction of serine derivatives under mild conditions and are successfully applied to the synthesis of an important intermediate alpha, beta-unsaturated amino acid (Dhaas) derivative. The dehydration reaction condition of the serine derivative is mild, the serine derivative has strong compatibility, after the reaction is finished, the crude product solution and a methyl selenide reagent can be efficiently converted into a selenium-methyl seleno-amino acid precursor through a one-pot method, and then the high-purity DL-selenium-methyl seleno-amino acid can be obtained through deprotection, pH adjustment and recrystallization. The method has the advantages of simple operation, low cost, high yield and practicalityStrong in performance, less in waste discharge and the like, and is suitable for industrial scale amplification.)
技术领域
本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一类α,β-不饱和氨基酸衍生物及基于其的DL-硒-甲基硒代氨基酸衍生物、合成方法和应用。
背景技术
α,β-不饱和氨基酸(Dhaas)广泛存在于具有生物活性的天然多肽中，通过对多肽药物空间构象的调节，增强生物活性的同时提升蛋白水解酶耐受性，延长药物半衰期，对多肽药物的开发起到至关重要的作用。此外，Dhaas结构可通过不对称催化还原，1,4-共轭加成，环丙烷化反应，[3+2]环化反应，Diels-Alder反应等反应类型高效转化为多种天然及非天然氨基酸骨架。目前，关于Dhaas合成工艺中，α,β-不饱和双键的构建主要有三种方式：1.利用Schmidt试剂，通过与另一分子醛缩合获得目标产物；2.金属催化的酰胺与烯基碘化物通过偶联反应获得目标产物；3.以丝氨酸衍生物为反应起始物，使用甲磺酰氯等高活性试剂，在碱性条件下将丝氨酸的醇羟基转化为强离去基团，然后脱水获得目标产物。但是，以上三种反应都具有反应条件苛刻，成本高，试剂毒性大，官能团兼容性差，且产生当量的含磷废品等缺点，限制了此类方法在工业上的广泛应用。因此，Dhaas高效合成方法的开发具有重要的意义。
以Dhaas作为分子砌块，通过甲硒醇钠的亲核加成反应，可以制备一类含硒氨基酸，代表性的例子是硒-甲基硒代半胱氨酸的合成(一种利用α-氨基丙烯酸衍生物制备硒甲基硒代半胱氨酸的方法，中国专利：ZL200710051362.3)。由甲硒醇及其盐溶液与α-氨基丙烯酸衍生物加成反应生成β-甲硒基-α-氨基丙酸衍生物，然后用碳酸氢钠、氢氧化钠或氢氧化钾水解皂化β-甲硒基-α-氨基丙酸衍生物中的酯基，用盐酸或硫酸酸化得其羧酸化合物；再用盐酸或硫酸加热水解脱去β-甲硒基-α-氨基丙酸衍生物中的氨基保护基-乙酰基，得到β-甲硒基-α-氨基丙酸盐酸盐或硫酸盐，最后用氨气或三乙胺中和得到DL-硒-甲基硒代半胱氨酸。但是，该方法依然存在以下不足：(1)原料α-乙酰氨基丙烯酸及衍生物来源困难、价格昂贵、制备过程复杂，国内无生产厂家，只能进口；(2)甲硒醇沸点低、易挥发、毒性大、难制备、未商品化；其盐不稳定，难于提纯，未商品化；(3)收率低、生产成本高，不利于工业化生产。因此，开发Dhaas的高效且具有高度兼容性的合成方法，并将该方法应用到一锅法串联反应(硒化反应为例)之中，将极大地促进Dhaas在工业领域的广泛应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一类α,β-不饱和氨基酸衍生物及基于其的DL-硒-甲基硒代氨基酸衍生物、合成方法和应用。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一类α,β-不饱和氨基酸衍生物，其结构如下式所示：
其中，R1为Boc、H或Fmoc；R2为Me或C(CH3)3；R3和R4为H、CH3,CH(CH3)2、C(CH3)3、CH(CH2CH3)2、C(CH2CH3)3、CH2CH3、CH2CH(CH3)2或CH2C(CH2CH3)3。
本发明还公开了基于上述的α,β-不饱和氨基酸衍生物制得的DL-硒-甲基硒代氨基酸衍生物，其结构如下式所示：
其中，R1为Boc、H或Fmoc；R2为Me或C(CH3)3；R3和R4为H、CH3,CH(CH3)2、C(CH3)3、CH(CH2CH3)2、C(CH2CH3)3、CH2CH3、CH2CH(CH3)2或CH2C(CH2CH3)3。
本发明公开了上述的α,β-不饱和氨基酸衍生物的合成方法，利用碳酸铯和乙酸乙酯作为协同脱水试剂，对丝氨酸衍生物进行脱水反应，制得α,β-不饱和氨基酸衍生物。
优选地，合成丙烯酸叔丁酯2-叔丁氧基酰胺，包括以下步骤：
1)在氮气气氛下，将N-叔丁氧羰基-L-丝氨酸叔丁酯和碳酸铯，在乙酸乙酯以及无水四氢呋喃的混合体系中，于25～80℃下反应12小时；
2)反应结束后，萃取、干燥，浓缩后溶解于乙酸乙酯中并用硅胶柱过滤，滤液旋干，制得丙烯酸叔丁酯2-叔丁氧基酰胺。
进一步优选地，步骤1)中，N-叔丁氧羰基-L-丝氨酸叔丁酯和碳酸铯的反应摩尔比为1:2；
N-叔丁氧羰基-L-丝氨酸叔丁酯和乙酸乙酯的反应摩尔比为1:5。
本发明公开了上述的DL-硒-甲基硒代氨基酸衍生物的合成方法，包括如下步骤：
步骤1：利用碳酸铯和乙酸乙酯作为协同脱水试剂，对丝氨酸衍生物进行脱水反应，得到α,β-不饱和氨基酸衍生物溶液体系；
步骤2：将步骤:制得的α,β-不饱和氨基酸衍生物溶液体系与甲硒化试剂通过一锅法反应转化为硒-甲基硒代氨基酸前体，再经由脱保护、pH调节及重结晶处理，制得DL-硒-甲基硒代氨基酸衍生物。
优选地，采用硒单质作为原料，合成DL-硒-甲基硒代半胱氨酸，包括以下步骤：
步骤a：在氮气气氛下，将N-叔丁氧羰基-L-丝氨酸叔丁酯和碳酸铯，在乙酸乙酯和无水四氢呋喃的混合体系中，于25～80℃反应12小时，冷却至室温；
步骤b：取硒单质加入到反应装置中用于置换氮气，再加入无水四氢呋喃，降温至-78℃，搅拌10分钟后，缓慢滴加甲基格式试剂，滴加结束后反应体系恢复到室温，制得MeSeMgBr溶液；
步骤c：将步骤b制备的MeSeMgBr溶液缓慢加入到经步骤a处理的反应体系中，室温搅拌10～20min后，TLC确认反应完全；在0℃下加水淬灭，然后用乙酸乙酯萃取并旋干；
步骤d：向反应体系中加入盐酸处理脱去Boc保护基，室温搅拌至TLC判断反应结束，旋干；
步骤e：加入氨水调节pH值至9～10，旋干，用甲醇和水体系重结晶得到目标产物DL-硒-甲基硒代半胱氨酸。
进一步优选地，步骤d中加入的盐酸的浓度为8～10mol/L盐酸。
优选地，利用二甲基二硒醚为原料，合成DL-硒-甲基硒代半胱氨酸，包括以下步骤：
步骤A：在氮气气氛下，将N-叔丁氧羰基-L-丝氨酸叔丁酯和碳酸铯加入乙酸乙酯以及无水四氢呋喃的混合体系中，于25～80℃反应12小时；
步骤B：取二甲基二硒醚，加入DMF和NaOH溶液的混合溶液，降到0℃，加入硼氢化钠，搅拌均匀后加热至45～80℃，搅拌2小时后备用；
步骤C：将步骤B制备的甲硒基醇钠溶液缓慢加入到步骤A反应后的体系中，室温搅拌反应，TLC确认反应完全，降至零度，加入水淬灭后用乙酸乙酯萃取并旋干；
步骤D：加入盐酸处理脱去Boc保护基，室温搅拌至TLC判断反应结束，旋干；
步骤E：加入氨水调pH值至8-11，旋干，用甲醇和水体重结晶，制得DL-硒-甲基硒代半胱氨酸。
进一步优选地，步骤D中加入的盐酸的浓度为8～10mol/L盐酸。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明首次公开了Cs2CO3与EtOAc的组合可以用于温和条件下的丝氨酸衍生物脱水反应，并成功应用在一类重要中间体α,β-不饱和氨基酸(Dhaas)衍生物的合成之中。丝氨酸衍生物的脱水反应条件温和，具有较强的兼容性，反应完成后粗品溶液可与甲硒化试剂通过一锅法高效转化为硒-甲基硒代氨基酸前体，再经由脱保护，pH调节及重结晶便可得到高纯度DL-硒-甲基硒代氨基酸。本方法具有操作简单，成本低廉，收率高，实用性强，废弃物排放量少等诸多特点，适合工业规模放大。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
一种高效合成α,β-不饱和氨基酸(Dhaas)衍生物(丙烯酸叔丁酯2-叔丁氧基酰胺)的方法，反应方程式如下：
其合成步骤如下：
1)将4.0g N-叔丁氧羰基-L-丝氨酸叔丁酯加入到反应瓶中，充入氮气，加入碳酸铯9.97g(2当量)，7.5mL乙酸乙酯以及60mL无水四氢呋喃，在25℃反应下反应12小时。
2)反应结束后，加入乙酸乙酯和水萃取3次，合并有机层并用无水硫酸钠干燥，浓缩后溶解于乙酸乙酯中并用硅胶柱过滤，滤液旋干后得纯的产品丙烯酸叔丁酯2-叔丁氧基酰胺2.6g，收率为70％。
将本实施例所制得的产品进行结构表征及物性分析，结果如下:MS:[M+Na]+理论值266.15,实测值266.15；IR(KBr,cm-1)3421，2980，1512，1735，1641,1514,1392-1350,1163；
1HNMR(CDCl3,400MHz),δ(ppm):1.47(s,9H,-C-(CH3)3),1.51(s,9H,-C-(CH3)3),5.63(d,1H,J＝1.6Hz,-C＝CH),6.06(s,1H,-C＝CH),7.04(s,1H,-NH-)；
13CNMR(CDCl3,100MHz),δ(ppm):163.0(C＝O),152.6(C＝O),132.4(-C＝C),103.9(＝CH2),82.5,80.4,28.2(3C),27.8(3C)。。
实施例2
一种利用硒单质为原料，一锅法制备DL-硒-甲基硒代半胱氨酸的方法，反应方程式如下：
其合成步骤如下：
1)将4g N-叔丁氧羰基-L-丝氨酸叔丁酯投入到反应瓶中，充入氮气，加入碳酸铯9.97g(2当量)，7.5mL乙酸乙酯以及60mL无水四氢呋喃，60℃反应12小时。
2)称取硒单质4.8g，加入到反应瓶中，置换氮气，加入90mL无水四氢呋喃，降温至-78℃，搅拌10分钟后，缓慢加入60mL甲基格式试剂(1.0mol/L)，滴加结束后将反应瓶取出，恢复到室温，制得MeSeMgBr溶液。
3)步骤1)的反应瓶冷却至室温，再将步骤2)制备的MeSeMgBr溶液缓慢加入到体系中，室温搅拌20min后，TLC确认反应完全。在0℃下加水淬灭，然后用乙酸乙酯萃取并旋干。
4)加入10mL盐酸(9mol/L)，室温搅拌至TLC判断反应结束，旋干。
5)加入氨水调节pH值至8～11，旋干，用甲醇和水体系重结晶得到目标产物产物DL-硒-甲基硒代半胱氨酸1.7g(总的收率60％)
对步骤5)所得产品进行物性分析及结构表征，结果如下：
熔点:179.5～180.2℃；
元素分析(％)：理论值：C 26.39；H 4.98；N 7.69；实测值：C 26.58；H 4.98；N7.85；
IR(KBr,cm-1)3330,3136,2920,2710,1623,1570,1482,1410,1380；
1HNMR(D2O,400MHz),δ(ppm):3.95(dd,lH,J＝4.8Hz,6.8Hz,-CH-),3.08-2.98(m,2H,-CH2-),2.04(s,3H,-CH3)；
13CNMR(D2O,100MHz),δ(ppm):173.4(-CH),54.0(-CH-),25.1(-CH2-),4.7(-CH3)；
77SeNMR(D2O,76MHz),δ(ppm):240.4(SeCH3)；
通过对上述检测结果分析，确认该产物为DL-硒-甲基硒代半胱氨酸。
实施例3
一种利用二甲基二硒醚为原料，一锅法制备DL-硒-甲基硒代半胱氨酸的方法，反应方程式如下：
其合成步骤如下：
1)将1.6g N-叔丁氧羰基-L-丝氨酸叔丁酯投入到反应瓶中，充入氮气，加入碳酸铯3.98g(2当量)，3mL乙酸乙酯以及24mL无水四氢呋喃，80℃反应12小时。
2)取二甲基二硒醚5g加入到反应瓶中，加入7.5mL NaOH溶液(5N)，降到0℃，加入0.6g硼氢化钠，搅拌10min后，并加热至60℃，搅拌2小时后备用。
3)步骤1)的反应瓶降至室温，再将步骤2)制备的甲硒基醇钠溶液缓慢加入到体系中，室温搅拌1小时后，TLC确认反应完全。降至零度，加入水淬灭后用乙酸乙酯萃取并旋干。
4)加入9mol/L盐酸10mL，室温搅拌至TLC判断反应结束，旋干。
5)加入氨水调pH值至8-11，旋干，用甲醇和水体重结晶得到硒代甲硒基半胱氨酸0.73g(总收率为61％)。
1HNMR(D2O,400MHz),δ(ppm):3.97-3.94(m,lH,-CH-),3.09-2.99(m,2H,-CH2-),2.04(s,3H,-CH3)。
检测结果分析，确认该产物为DL-硒-甲基硒代半胱氨酸。
本发明制备方法与现有技术中国专利：ZL200610124942公开的一种通过甲硒基乙醛合成硒甲基硒代半胱氨酸的方法(该方法收率为38％～46％)相比较，收率有明显提升。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
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