专利名称：一种光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸的制备方法，属于药物及药物中间体 合成技术领域。
背景技术：
具有光学活性氨基酸被广泛应用于化工、制药、食品工业和农业。它们是许多医 疗、维生素产品和食品中的生物活性成份，如L-瓜氨酸和L-高瓜氨酸。L-瓜氨酸是人体尿 素循环的一个重要中间代谢物，有利尿作用，可同L-鸟氨酸、L-精氨酸等合用于治疗高氨 血症。在体内代谢能产生内源性细胞舒张因子一氧化氮(NO)，NO具有扩张小动脉血管、参 与免疫反应等生理功能，可用于男性性功能障碍、高血压和冠心病等多种疾病的治疗，能有 助于提高机体免疫能力，且在脑血流的调节中发挥重要作用。现在已知的制备L-瓜氨酸的方法有如下四种(1)提取法在野西瓜叶，核桃仁，核桃幼苗及葫芦科植物的种子中都分离出了瓜 氨酸。瓜氨酸最早是从西瓜榨汁中分离出来的[袁其朋，陈婧，王亚宁.CN 1931835A. 2007， 03，21 ；赵立.CN 1869009A. 2006，11，29.]，由于天然产物中瓜氨酸含量较少，因此提取法 受原料来源限制，生产规模小，工艺较复杂，分离提纯困难产酸率低，成本高，经济效益差等 缺点一直没有很好的应用。(2)酶法酶法生产瓜氨酸，即采用Sti^ptococcus faecalis， Clostridiumperfringens, Micrococcus pyogenes, Bacillus pyocyaneus, Baker' s yeast等微生物生产的精氨酸分解酶，精氨酸脱亚氨基酶，由精氨酸生产瓜氨酸[Ichiro Chibata，Suita—shi，Toshio Kakimoto,et al. Enzymatic Preparation of L-Citrulline. US3730838，1973;刘毅，尹翠，缑灵山等.化学-生物法制备D-精氨酸和L-瓜氨酸[J].化 学研究，2008，19 (4) :52-55.]。利用酶法合成瓜氨酸，大多采用一步酶促反应，因而可避免 瓜氨酸全合成途径中复杂的反馈调节作用，使瓜氨酸可以积累到较高的浓度。其优点是产 物浓度高，纯化步骤少，产品中无D-型旋光对映体，生产工艺简单、成本低。但由于精氨酸 脱亚氨基酶的活性较低，转化率较低，同时会产生杂酶，使其很难满足工业生产的要求，影 响瓜氨酸的生产。(3)发酵法该法生产L-瓜氨酸的优点在于产物的纯度高，生产过程中没有毒 性物质的产生，给产物后加工提供了方便；但该法生产L-瓜氨酸的效率低，单位体积最 高仅为 1. 9g/L[Shinji Okumura, Yokohama-shi, Masao Shibuya. Methodof Production Citrulline by Bacterial Fermentation. US3282794，1966]，从发酵液中提取成本较高，不 宜工业生产[沈淑英，管正洁冯容保.瓜氨酸酶法生产的研究[J].工业微生物，1981， (4) :11-14·]。(4)化学法该方法包括(a)在碱性条件下，水解L-精氨酸得L-瓜氨酸[Fox， Sidney W. The preparation of citrulline by hydrolysis of arginine[J]. Journal ofBiological Chemistry，1938，123 (3) :687_690.]，但此过程控制比较困难，产品中含有旋光对映体D-瓜氨酸，影响产品质量，生产过程中产生大量废水，污染环境[Plimmer. The Analysis of Proteins. I. Estimation of arginine by decomposition withalkali[J]. Biochem J，1916，10(1) : 115-119. ] ； (b)以L-鸟氨酸盐酸盐为原料与碱式碳酸铜反应生成 二鸟氨酸合铜保护α-NH2，用尿素对δ-NH2进行甲酰化，得到L-瓜氨酸合铜，后用H2S除铜 离子得到L-瓜氨酸[丁威，李爱平，张征林，邹建忠.L-瓜氨酸和L-高瓜氨酸的制备[J]. 化工时刊，2006，2 (20) :16-17·]。L-高瓜氨酸在结构上类似于L-瓜氨酸，其作为原料药在药物制剂生产中也有较 为广泛应用。而目前关于其制备方法的相关文献报道甚少，主要是化学合成法[丁威，李爱 平，张征林，邹建忠.L-瓜氨酸和L-高瓜氨酸的制备[J].化工时刊，2006，2 (20) :16_17.]， 以L-赖氨酸盐酸盐为原料与碱式碳酸铜反应生成二赖氨酸合铜保护α -NH2,用尿素对二赖 氨酸合铜的δ -NH2进行甲酰化，得到L-高瓜氨酸合铜，后用H2S除铜离子得到L-高瓜氨 酸。上述L-瓜氨酸与L-高瓜氨酸化学合成法中都使用了不利于劳动保护的毒性气体 H2S来除去L-瓜氨酸铜或L-高瓜氨酸铜配合物中的铜离子，不仅污染环境，还危机操作人 员的安全。为此，有必要寻找一条既能提高实验安全性、降低污染，又能提高产品收率的合 成方法。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足之处，提供一种光学活性瓜氨酸或高 瓜氨酸的制备方法，采用可溶性铜盐制备二鸟氨酸合铜或二赖氨酸合铜保护α -NH2,用尿 素对二鸟氨酸合铜的S-氨基或二赖氨酸合铜的氨基进行甲酰化，得到光学活性瓜氨 酸铜或高瓜氨酸铜；在对光学活性瓜氨酸铜或高瓜氨酸铜脱保护过程中，可选用无机试剂 硫化物(不包括硫化氢)进行脱保护，也可选用有机试剂有机酸进行脱保护，得到最终产物 光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸。本发明是以如下技术方案实现的一种光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸的制备方法， 其特征是以光学活性鸟氨酸(或其盐)或赖氨酸(或其盐)为原料，在碱性条件下，沸水 浴中加入可溶性铜盐回流，生成二鸟氨酸合铜或二赖氨酸合铜以保护光学活性鸟氨酸(或 其盐)或赖氨酸(或其盐)的α-氨基，反应完毕后，在同一反应瓶内加入尿素，沸水浴条 件下回流以对上述产物二鸟氨酸合铜的S-氨基或二赖氨酸合铜的ε-氨基进行甲酰化， 得到光学活性瓜氨酸铜或高瓜氨酸铜。所述的光学活性瓜氨酸铜或高瓜氨酸铜脱保护时， 可选用无机试剂(硫化物)进行脱保护，也可选用有机试剂(有机酸)进行脱保护，选用硫 化物时，以水为溶剂，将光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸与硫化物混合反应，生成光学活性瓜氨 酸或高瓜氨酸，其反应温度为20°C -100°C，反应时间为10min-480min ；选用有机酸时，在酸 性条件下，将光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸与有机酸混合反应，生成光学活性瓜氨酸或高瓜 氨酸，其反应温度为20°C -100°C，反应时间为10min-480min。所述的光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸是光学纯的L-瓜氨酸(或其盐)或L-高瓜 氨酸(或其盐)，或D-瓜氨酸(或其盐)或D-高瓜氨酸(或其盐)，或是部分外消旋的光 学活性瓜氨酸(或其盐)或高瓜氨酸(或其盐)。所述的可溶性铜盐是五水硫酸铜、硫酸铜、氯化铜、硝酸铜，原料与铜盐的摩尔比为1 1-1 2，所述的碱溶液是0. 1M-1M的碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。所述的硫化物是硫化亚铁、硫化钠、硫化锌，光学活性瓜氨酸铜或高瓜氨酸铜与 硫化物的摩尔比为1 1-1 2。所述的有机酸是二水合草酸或酒石酸，所述的酸溶液是0. 1M-1M的盐酸或硫酸， 光学活性瓜氨酸铜或高瓜氨酸铜与有机酸的摩尔比为1 1-1 2。本发明的优点是⑴本发明优选安全性高、价格低廉的五水硫酸铜保护α -NH2, 且在制备光学活性瓜氨酸铜与高瓜氨酸铜时，采用“一锅煮”的合成方法，将两步反应在 一个反应瓶内完成，具有安全性高、生产成本低、收率高、操作简便的优点，收率最高达 94. 57%。(2)本发明在采用无机试剂脱保护时，选用的硫化物(不包括硫化氢)虽然目标产 物的收率较使用硫化氢有所降低，但本发明可以避免毒性气体硫化氢的释放，且反应装置 简单，具有安全性高、环境污染少、操作简便的优点。(3)本发明在采用有机试剂脱保护时，选用的有机酸去除铜离子可以真正达到减 少硫化物的释放，不仅具有绿色环保的优点，而且为光学活性瓜氨酸与高瓜氨酸的绿色生 产提供了一条切实可行的工艺路线。
具体实施例方式实施例1、L-瓜氨酸的制备，其具体步骤为(I)L-瓜氨酸铜的制备L-鸟氨酸盐酸盐10g(0. 059mol)与碳酸氢钠 5g(0. 059mol)混合溶于60ml水中，加入五水硫酸铜14g(0. 056mol)，搅拌下沸水浴中反 应lh，反应完毕，再向反应瓶内加入尿素24g(0. 4mol)，回流反应4h，产生大量的蓝色沉淀， 过滤，滤饼用蒸馏水洗涤数次至洗液无色为止，将过滤所得固体60°C空气中干燥5h，得到 11.45g蓝色固体L-瓜氨酸铜；(2)L-瓜氨酸的制备将上述所得固体L-瓜氨酸铜悬浮在200ml水中，加入硫化 亚铁5. 3g(0. 06mol)，搅拌下沸水浴中反应50min，过滤，滤液中加入Ig活性炭脱色，过滤， 滤液减压浓缩至干，得到白色固体9. 5g，用水一乙醇重结晶后，干燥，得到L-瓜氨酸白色粉 末 9. lg，总收率 88. 35% (以 L-瓜氨酸计)，m.p· 220°C 222°C，[a]D2CI+22° (c = 2，lmol/ L HCl)。实施例2、L-瓜氨酸的制备，其具体步骤为以L-鸟氨酸盐酸盐IOg (0. 059mol)为原料，经过与实施例1制备L-瓜氨酸铜同 样的过程，得到L-瓜氨酸铜固体11. 30g，将所得固体L-瓜氨酸铜溶于稀盐酸(0. 05mol/L, 200ml)中，加入草酸5g(0.04mol)，搅拌下沸水浴中反应2h，过滤，滤液加Ig活性炭煮沸脱 色，过滤，将滤液减压浓缩至干，得白色固体5. 5g，用水-乙醇重结晶后，干燥，得到L-瓜氨 酸白色粉末4. 90g，总收率47. 54% (以 L-瓜氨酸计)，m.p. 220 222°C，[a]D2° = +22° (c =2，lmol/L HCl)。实施例3、
L-高瓜氨酸的制备，其具体步骤为以L-赖氨酸盐酸盐9g(0. 048mol)为原料，经过与实施例1制备L-瓜氨酸铜 同样的过程，得到L-赖氨酸铜固体8. 50g。将所得固体悬浮在200ml水中，加硫化亚铁 3. 5g (0. 04mol)，搅拌下沸水浴中反应lh，过滤，滤液中加入Ig活性炭煮沸脱色，过滤，滤液 减压浓缩至干，得到白色固体6. 3g，用水-乙醇重结晶后，干燥，得到L-高瓜氨酸白色粉末 5.78，总收率60.96%(以1^-高瓜氨酸计)，111. .210 2121，[a]D2°+27.3° (c = 1. 8， lmol/L HCl)。实施例4、 L-高瓜氨酸的制备，其具体步骤为以L-赖氨酸盐酸盐9g(0. 048mol)为原料，经过与实施例1制备L-瓜氨酸铜同样 的过程，得到L-赖氨酸铜固体8. 80g。将所得固体L-高瓜氨酸铜溶于稀盐酸(0.05mol/ L，200ml)中，加入草酸4. 4g (0. 035mol)，搅拌下沸水浴中反应2h，过滤，滤液加Ig活性炭 煮沸脱色，过滤，将滤液减压浓缩至干，得白色固体5. 5g，用水-乙醇重结晶后，干燥，得到 L-高瓜氨酸白色粉术5. 0g，总收率53. 48% (以L-高瓜氨酸计)，m.p.210 212°C，[a] d20+27.3° (c = 1. 8，lmol/L HCl)。实施例5、L-瓜氨酸的制备，其具体步骤为(1) L-瓜氨酸铜的制备L-鸟氨酸盐酸盐IOg (0. 059mol)与碳酸氢钾 6g(0. 06mol)混合溶于60ml水中，加入五水硫酸铜14g(0. 056mol)，搅拌下沸水浴中反应 Ih,反应完毕，再向反应瓶内加入尿素24g(0. 4mol)，回流反应4h，产生大量的蓝色沉淀， 过滤，滤饼用蒸馏水洗涤数次至洗液无色为止，将过滤所得固体60°C空气中干燥5h，得到 11. 36g蓝色固体L-瓜氨酸铜。(2) L-瓜氨酸的制备将上述所得固体L-瓜氨酸铜悬浮在200ml水中，加入硫化 亚铁5. 3g(0. 06mol)，搅拌下沸水浴中反应50min，过滤，滤液中加入Ig活性炭脱色，过滤， 滤液减压浓缩至干，得到白色固体9. 35g，用水-乙醇重结晶后，干燥，得到L-瓜氨酸白色 粉末 9. 00g，总收率 87. 38% (以 L-瓜氨酸计)，m. ρ· 220 222°C，[a]D2°+22° (c = 2， lmol/L HCl)。实施例6L-瓜氨酸的制备，其具体步骤为以L-鸟氨酸盐酸盐IOg (0. 059mol)为原料，经过与实施例5制备L-瓜氨酸铜同 样的过程，得到L-瓜氨酸铜固体11. 25g。将所得固体L-瓜氨酸铜溶于稀盐酸(0.05mol/ L, 200ml)中，加入草酸5g(0.04mol)，搅拌下沸水浴中反应2h，过滤，滤液加Ig活性炭煮沸 脱色，过滤，将滤液减压浓缩至干，得白色固体5. 8g，用水-乙醇重结晶后，干燥，得到L-瓜 氨酸白色粉末5. lg，总收率49. 48% (以L-瓜氨酸计)，m.p.220 222°C，[a]D2°+22° (c =2，lmol/L HCl)。实施例7、L-高瓜氨酸的制备，其具体步骤为以L-赖氨酸盐酸盐9g(0. 048mol)为原料，经过与实施例5制备L-瓜氨酸铜 同样的过程，得到L-赖氨酸铜固体8. 80g。将所得固体悬浮在200ml水中，加硫化亚铁 3. 5g (0. 04mol)，搅拌下沸水浴中反应lh，过滤，滤液中加入Ig活性炭煮沸脱色，过滤，滤液减压浓缩至干，得到白色固体6. 5g，用水-乙醇重结晶后，干燥，得白色粉术6.Og，总收率 64. 17% (以 L-高瓜氨酸计)，m. ρ· 210 212°C，[α ]D20+27. 3° (c = 1· 8，lmol/L HCl)。实施例8、L-高瓜氨酸的制备，其具体步骤为以L-赖氨酸盐酸盐9g(0. 048mol)为原料，经过与实施例5制备L-瓜氨酸铜同样 的过程，得到L-赖氨酸铜固体8. 60g。将所得固体L-高瓜氨酸铜溶于稀盐酸(0.05mol/ L，200ml)中，加入草酸4. 4g (0. 035mol)，搅拌下沸水浴中反应2h，过滤，滤液加Ig活性炭 煮沸脱色，过滤，将滤液减压浓缩至干，得白色固体5. 2g，用水-乙醇重结晶后，干燥，得到 L-高瓜氨酸白色粉末4. 80g，总收率51. 34% (以L-高瓜氨酸计)，m. p. 210 212°C，[ α ] d20+27.3° (c = 1. 8，lmol/L HCl)。
权利要求
一种光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸的制备方法，其特征是以光学活性鸟氨酸(或其盐)或赖氨酸(或其盐)为原料，在碱性条件下，沸水浴中加入可溶性铜盐回流，生成二鸟氨酸合铜或二赖氨酸合铜以保护光学活性鸟氨酸(或其盐)或赖氨酸(或其盐)的α-氨基，反应完毕后，在同一反应瓶内加入尿素，沸水浴条件下回流以对上述产物二鸟氨酸合铜的δ-氨基或二赖氨酸合铜的ε-氨基进行甲酰化，得到光学活性瓜氨酸铜或高瓜氨酸铜。所述的光学活性瓜氨酸铜或高瓜氨酸铜脱保护时，可选用无机试剂硫化物(不包括硫化氢)进行脱保护，也可选用有机试剂有机酸进行脱保护，选用硫化物时，以水为溶剂，将光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸与硫化物混合反应，生成光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸，其反应温度为20℃-100℃，反应时间为10min-480min；选用有机酸时，在酸性条件下，将光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸与有机酸混合反应，生成光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸，其反应温度为20℃-100℃，反应时间为10min-480min。
2.根据权利要求1所述的一种光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸的制备方法，其特征是所 述的光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸是光学纯的L-瓜氨酸(或其盐)或L-高瓜氨酸(或其 盐)，或D-瓜氨酸(或其盐)或D-高瓜氨酸(或其盐)，或是部分外消旋的光学活性瓜氨 酸(或其盐)或高瓜氨酸(或其盐)。
3.根据权利要求1所述的一种光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸的制备方法，其特征 是所述的可溶性铜盐是五水硫酸铜、硫酸铜、氯化铜、硝酸铜，原料与铜盐的摩尔比为 1:1-1: 2，所述的碱溶液是0. 1M-1M的碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钠、 氢氧化钾或氨水。
4.根据权利要求1所述的一种光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸的制备方法，其特征是所 述的硫化物是硫化亚铁、硫化钠、硫化锌，光学活性瓜氨酸铜或高瓜氨酸铜与硫化物的摩尔 比为 1:1-1: 2。
5.根据权利要求1所述的一种光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸的制备方法，其特征是所 述的有机酸是二水合草酸或酒石酸，所述的酸溶液是0. 1M-1M的盐酸或硫酸，光学活性瓜 氨酸铜或高瓜氨酸铜与有机酸的摩尔比为1 1-1 2。
全文摘要
本发明涉及一种光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸的制备方法，该方法是在碱性条件下，采用可溶性铜盐制备二鸟氨酸合铜或二赖氨酸合铜保护α-NH2，用尿素对二鸟氨酸合铜的δ-氨基或二赖氨酸合铜的ε-氨基进行甲酰化，得到光学活性瓜氨酸铜或高瓜氨酸铜；在对光学活性瓜氨酸铜或高瓜氨酸铜脱保护过程中，可选用无机试剂硫化物(不包括硫化氢)进行脱保护，也可选用有机试剂有机酸进行脱保护，得到最终产物光学活性瓜氨酸或高瓜氨酸。本发明优选安全性高、价格低廉的五水硫酸铜保护α-NH2，且在对光学活性瓜氨酸铜与高瓜氨酸铜脱保护反应中，所选用的硫化物或有机酸安全性好、环境污染小、操作方便。
文档编号C07C273/18GK101863801SQ20101020440
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月12日 优先权日2010年6月12日
发明者刘毅, 刘莉, 印晓星, 尹翠, 庄雪梅, 张玲, 缑灵山, 贾根光 申请人:徐州医学院