湯軍，呂早生，汪大巍，夏蓮，柯尊麗，俞英杰，錢志強

（1.武漢科技大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，湖北武漢430081；2.武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化學(xué)與制藥工程系，湖北武漢430223；3.武漢遠(yuǎn)大弘元有限公司，湖北武漢430074）

兩種方法合成L-酪氨酸丁酯的工藝

湯軍1，2，呂早生1，*，汪大巍2，夏蓮2，柯尊麗2，俞英杰2，錢志強3

（1.武漢科技大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，湖北武漢430081；2.武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化學(xué)與制藥工程系，湖北武漢430223；3.武漢遠(yuǎn)大弘元有限公司，湖北武漢430074）

以L-酪氨酸、丁醇為主要原料，采用氯化亞砜法和氯化氫法，合成了L-酪氨酸丁酯，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)IR、1HNMR確證。通過單因素試驗和正交試驗結(jié)果表明，氯化亞砜法合成L-酪氨酸丁酯的最佳工藝條件為：物料摩爾比mol（L-酪氨酸）∶mol（氯化亞砜）∶mol（丁醇）=1∶1.3∶10，加熱溫度120℃，加熱時間2h；氯化氫法合成L-酪氨酸丁酯的最佳工藝條件為：物料摩爾比mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）=1∶5，通氣時間1.5 h，加熱溫度120℃，加熱時間1 h。兩種方法均具有原料價廉易得，反應(yīng)周期短，催化劑易得，產(chǎn)物易分離的特點，適于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

L-酪氨酸丁酯；L-酪氨酸丁酯鹽酸鹽；氯化亞砜；氯化氫；合成

氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本物質(zhì)，在人類和動物免疫系統(tǒng)的發(fā)育和功能維持等方面發(fā)揮著重要作用，氨基酸也是許多激素的合成前體，可作為神經(jīng)遞質(zhì)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的前體。氨基酸可作為營養(yǎng)添加劑、調(diào)味劑、保健品、藥品、動物飼料添加劑，在食品工業(yè)、制藥工業(yè)、畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)等有廣泛的應(yīng)用[1]。除了氨基酸以外，氨基酸的衍生物也有大量的應(yīng)用，常見的氨基酸衍生物有N-酰化氨基酸和O-酯化氨基酸[2]。在食品工業(yè)中，氨基酸酯可以作為氨基酸的代替品，可改變食品的風(fēng)味和口感，也可延長食品的保鮮期；還可增加溶解性和酶催化的專一性[3]。氨基酸酯類衍生物可由氨基酸在酸的催化作用下同醇發(fā)生脫水反應(yīng)生成[4]。酸催化一般有無機(jī)酸、路易斯酸、離子交換樹脂和固體酸等[5]。

L-酪氨酸是組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸中的一種，屬于芳香族氨基酸，可由食物中攝取，也可由苯丙氨酸轉(zhuǎn)化，在哺乳動物體內(nèi)，L-酪氨酸是合成多巴、腎上腺素、去甲腎上腺素以及黑色素的原料。L-酪氨酸酯類衍生物的研究，國內(nèi)罕有報道[6]，我們曾報道了一些L-酪氨酸酯的合成[7-8]。本文以L-酪氨酸和丁醇為主要原料，分別以氯化亞砜法和氯化氫法合成L-酪氨酸丁酯，并對合成工藝進(jìn)行研究，，以期為L-酪氨酸的深度開發(fā)提供實驗參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

熔點用毛細(xì)管法測定，溫度未經(jīng)校正。L-酪氨酸（化學(xué)純）：武漢遠(yuǎn)大弘元有限公司；丁醇（分析純）：天津廣成化學(xué)試劑公司；氯化亞砜（分析純）：廣州西隴化學(xué)試劑廠；其他試劑為分析純或化學(xué)純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

BRUKEAVANCE600型核磁共振儀（DMSO為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)）：瑞士BRUKE公司；博立葉變換紅外光譜儀：日本島津公司；RY-1熔點測定儀：天津市新天光分析儀器技術(shù)有限公司；RA-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞容生化儀器有限公司；電熱真空恒溫干燥箱：上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠。

1.3 方法

1.3.1 氯化亞砜法合成L-酪氨酸丁酯

氯化亞砜法合成L-酪氨酸丁酯的路線見圖1。

圖1 氯化亞砜法合成L-酪氨酸丁酯路線Fig.1 Thesynthetic routesof L-tyrosinebuthylester by SOCl2method

量取21mL丁醇加入配有攪拌器、滴液漏斗、溫度計的250mL三口燒瓶中，冰鹽浴冷卻到-8℃左右，緩慢滴加1.56mL氯化亞砜，滴畢后0℃攪拌1 h，冷卻條件下加入3.0 g L-酪氨酸，然后加熱反應(yīng)2 h，反應(yīng)結(jié)束后蒸餾除去大部分丁醇和過量的氯化亞砜，將殘余物轉(zhuǎn)移到燒杯中冷卻，加入125mL乙酸乙酯析出大量結(jié)晶，真空抽濾，收集結(jié)晶，得L-酪氨酸丁酯鹽酸鹽，將此固體溶于0.1mol/L的鹽酸，再加1mol/L的NaOH，調(diào)至pH為7~8之間，析晶，真空抽濾，干燥，得L-酪氨酸丁酯。

1.3.2 氯化氫法合成L-酪氨酸丁酯

氯化亞砜法合成L-酪氨酸丁酯的路線見圖2。

圖2 氯化亞砜法合成L-酪氨酸丁酯路線Fig.2 The synthetic routesof L-tyrosinebuthylester by HClmethod

在一個裝有攪拌的三頸瓶中投入3.0 g L-酪氨酸與21mL丁醇，在另一個三頸瓶中加入15 g氯化鈉和7.5mL鹽酸，將20mL硫酸慢慢滴入氯化鈉中，生成氯化氫氣體通入丁醇中，使反應(yīng)液中有氣泡均勻冒出，通氣時間約1 h，然后加熱反應(yīng)2 h，反應(yīng)結(jié)束后蒸餾除去大部分丁醇和過量的氯化氫氣體，將殘余物轉(zhuǎn)移至燒杯中冷卻，加入125mL乙酸乙酯析出結(jié)晶，真空抽濾，收集結(jié)晶，得L-酪氨酸丁酯鹽酸鹽。將此固體溶于0.1mol/L的鹽酸，再加1mol/L的NaOH，調(diào)至pH為7~8之間，析晶，真空抽濾，干燥，得L-酪氨酸丁酯。1.3.3產(chǎn)物結(jié)構(gòu)鑒定

對合成的產(chǎn)物L(fēng)-酪氨酸丁酯鹽酸鹽、L-酪氨酸丁酯均采用IR和1H NMR進(jìn)行了結(jié)構(gòu)鑒定。

L-酪氨酸丁酯鹽酸鹽，白色固體，熔點（m.p.）165℃~167℃，IR（KBr，v/cm-1）：3431、2 960、1738、1616、 1 516、1 248；1H NMR（CDCl3，500MHz）：0.87（t，3H，CH3）、1.24（m，2H，CH2CH3）、1.47（m，2H，CH2CH2CH3）、2.93-3.11（m，2H，ArCH2）、4.08（t，2H，CH2CH2CH2CH3）、6.73（d，2H，ArH）、7.00-7.04（d，2H，ArH）。

L-酪氨酸丁酯，白色結(jié)晶，熔點（m.p.）135℃~ 137℃，IR（KBr，v/cm-1）：3 394、2 962、1 738、1 612、1 514、1 238；1H NMR（CDCl3，500 MHz）：0.88（t，3H，CH3）、1.25（m，2H，CH2CH3）、1.47（m，2H，CH2CH2CH3）、2.9-3.1（m，2H，ArCH2）、4.10（t，2H，CH2CH2CH2CH3）、6.72-6.75（d，2H，ArH）、7.00-7.03（d，2H，ArH）。

2 結(jié)果與討論

2.1 氯化亞砜法合成L-酪氨酸丁酯的工藝研究

2.1.1 氯化亞砜投料量對產(chǎn)品收率的影響

mol（L-酪氨酸）∶mol（氯化亞砜）分別為1∶1.0、1∶1.1、1∶1.2、1∶1.3，加熱溫度110℃，加熱時間2 h，氯化亞砜投料量對產(chǎn)品收率的影響見圖3。

圖3 氯化亞砜投料量對氯化亞砜法收率的影響Fig.3 Effectof SOCl2amounton yield by SOCl2method

由圖3可知，隨著氯化亞砜的投料量的增加，收率逐漸提高，考慮生產(chǎn)成本以及后處理的條件，最適的氯化亞砜投料量為mol（L-酪氨酸）∶mol（氯化亞砜）1∶1.3。

2.1.2 正丁醇投料量對產(chǎn)品收率的影響

mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）分別為1∶3、1∶5、1∶10、1∶20，mol（L-酪氨酸）∶mol（氯化亞砜）為1∶1.3，加熱時間2 h，丁醇投料量對產(chǎn)品收率的影響見圖4。

圖4 丁醇投料量對氯化亞砜法收率的影響Fig.4 Effectof buthanolam ounton yield by SOCl2m ethod

由圖4可知，丁醇的投料量由1∶3升至1∶5時，產(chǎn)品收率提高很快，繼續(xù)增加丁醇的量，收率提高不多，考慮到成本，最適的丁醇投料量為mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）1∶5。

2.1.3 加熱溫度對產(chǎn)品收率的影響

加熱溫度分別為80、90、100、110℃，mol（L-酪氨酸）∶mol（氯化亞砜）∶mol（丁醇）為1∶1.3∶5，加熱時間2 h，加熱溫度對產(chǎn)品收率的影響見圖5。

由圖5可知，隨著加熱溫度的升高，產(chǎn)品收率逐漸升高，110℃已經(jīng)達(dá)到丁醇的沸點了，不宜再升高溫度了。最適的加熱溫度為110℃。

圖5 加熱溫度對氯化亞砜法收率的影響Fig.5 Effectof reaction temperatureon yield by SOCl2m ethod

2.1.4 加熱時間對產(chǎn)品收率的影響

加熱時間分別為0.5、1.0、2.0、3.0 h，mol（L-酪氨酸）∶mol（氯化亞砜）∶mol（丁醇）為1∶1.3∶5，加熱溫度110℃，加熱時間對產(chǎn)品收率的影響見圖6。

圖6 加熱時間對氯化亞砜法收率的影響Fig.6 Effectof reaction timeon yield by SOCl2method

由圖6可知，隨著加熱時間的延長，產(chǎn)品收率先升后降，當(dāng)加熱時間為2 h時，收率最高，延長加熱時間，副產(chǎn)物增加，導(dǎo)致收率下降。最適的反應(yīng)時間為2h。2.1.5最佳反應(yīng)條件的確定

在單因素試驗的基礎(chǔ)上選擇氯化亞砜投料量、丁醇投料量、加熱溫度、加熱時間為因素，采用L9（34）正交試驗，以產(chǎn)品收率為評價指標(biāo)，確定氯化亞砜法合成L-酪氨酸丁酯的最佳工藝條件。其因素水平表見表1，其正交試驗結(jié)果分析表見表2。

表1 氯化亞砜法正交試驗因素水平表Table1 Factorsand levelsoforthogonal testby SOCl2m ethod

表2 氯化亞砜法正交試驗結(jié)果分析表Table2 Resultsof orthogonal testby SOCl2method

由表2極差分析可知，四因素對L-酪氨酸丁酯收率影響的主次順序為：氯化亞砜投料量＞丁醇投料量＞加熱時間＞加熱溫度，反應(yīng)的最好工藝條件為A3B3C3D2，即氯化亞砜1∶1.3，丁醇1∶10，溫度110℃，時間2 h。在此工藝條件下，進(jìn)行驗證實驗，得到L-酪氨酸丁酯，收率為94.2%，白色片狀結(jié)晶，m.p.136-137℃。

2.2 氯化氫法合成L-酪氨酸丁酯的工藝研究

2.2.1 丁醇投料量對產(chǎn)品收率的影響

mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）分別為1∶3、1∶5、1∶10、1∶20，通氣時間1 h，，加熱時間2 h，丁醇投料量對產(chǎn)品收率的影響見圖7。

圖7 丁醇投料量對氯化氫法收率的影響Fig.7 Effectof buthanolam ounton yield by HClm ethod

由圖7可知，丁醇的投料量由1∶3升至1∶5時，產(chǎn)品收率提高很快，繼續(xù)增加丁醇的量，收率基本不變，考慮到成本，最適的丁醇投料量為mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）1∶5。

2.2.2 通氣時間對產(chǎn)品收率的影響

通氯化氫的時間分別為0.5、1、1.5、2 h，mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）為1∶5，通氣時間對產(chǎn)品收率的影響見圖8。

圖8 通氣時間對氯化氫法收率的影響Fig.8 Effectof gas tim eon yield by HClmethod

由圖8可知，通氣時間由0.5 h增加到1.0 h，收率提高很快，通氣時間1.5 h，收率最高，之后再增加時間，收率下降。最適的通氣時間為1.5 h。

2.2.3 加熱溫度對產(chǎn)品收率的影響

加熱溫度分別為80、90、100、110℃，mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）為1∶5，通氣時間1.5 h，加熱時間2 h，加熱溫度對產(chǎn)品收率的影響見圖9。

圖9 加熱溫度對氯化氫法收率的影響Fig.9 Effectof reaction temperatureon yield by HClmethod

由圖9可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)品收率逐漸升高，最適的加熱溫度為110℃。

2.2.4 加熱時間對產(chǎn)品收率的影響

加熱時間分別為0.5、1.0、2.0、3.0 h，mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）為1∶5，通氣時間1.5 h，加熱溫度110℃，加熱時間對產(chǎn)品收率的影響見圖10。

由圖10可知，隨著加熱時間的延長，加熱收率先升后降，當(dāng)加熱時間為2 h時，收率最高，延長反應(yīng)時間，副產(chǎn)物增加，導(dǎo)致收率下降。最適的加熱時間為2 h。

2.2.5 最佳反應(yīng)條件的確定

圖10 加熱時間對氯化氫法收率的影響Fig.10 Effectof reaction timeon yield by HClm ethod

在單因素試驗的基礎(chǔ)上選擇丁醇投料量、通氣時間、加熱溫度、加熱時間為因素，采用L9（34）正交試驗，以產(chǎn)品收率為評價指標(biāo)，確定氯化氫合成L-酪氨酸丁酯的最佳工藝條件。其因素水平表見表3，其正交試驗結(jié)果分析表見表4。

表3 氯化氫法正交試驗因素水平表Table3 Factorsand levelsof orthogonal testby HClmethod

表4 氯化氫法正交試驗結(jié)果分析表Table4 Resultsoforthogonal testby HClmethod

由表4極差分析可知，四因素對氯化氫法合成L-酪氨酸丁酯收率影響的主次順序為：丁醇投料量＞加熱時間＞通氣時間＞加熱溫度，反應(yīng)的最好工藝條件為A2B3C3D1，即丁醇1∶5，通氣時間1.5h，加熱溫度110℃，加熱時間1 h。在此工藝條件下，進(jìn)行驗證實驗，得到L-酪氨酸丁酯，收率為90.2%，產(chǎn)品白色片狀結(jié)晶，m.p.135℃～137℃。

3 結(jié)論

以L-酪氨酸和丁醇為原料，采用兩種方法，合成了L-酪氨酸丁酯。氯化亞砜法制備L-酪氨酸丁酯，是將丁醇先轉(zhuǎn)變成活性較高的酰氯，然后與羧基發(fā)生親核取代反應(yīng)，生成相應(yīng)的酯。此工藝重現(xiàn)性好，反應(yīng)周期比氯化氫法短，但氯化亞砜活性極高，反應(yīng)劇烈，必須無水、低溫操作。氯化氫法制備L-酪氨酸丁酯，由于反應(yīng)時通氯化氫氣體，反應(yīng)后要除去氯化氫，有一定安全隱患。

氯化亞砜法和鹽酸法合成目標(biāo)化合物，氯化亞砜法收率較高，產(chǎn)品質(zhì)量較好，氯化氫法成本較低。兩種方法均具有原料價廉易得、反應(yīng)周期短，催化劑易得，產(chǎn)物易分離的特點，適于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

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Study on Synthesis Process of L-Tyrosine Buthyl Ester by Two M ethods

TANG Jun1，2，LüZao-sheng1，*，WANGDa-wei2，XIA Lian2，KEZun-li2，YUYing-jie2，QIAN Zhi-qiang3

（1.School of Chemical Engineering and Technology，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，Hubei，China；2.Departmentof Chemical and Pharmacy Engineering of Huaxia College，Wuhan
University of Technology，Wuhan 430223，Hubei，China；3.Wuhan Grand Hoyo Co.，LTD.，Wuhan 430074，Hubei，China）

L-tyrosine buthylesterwassynthesized with L-tyrosine and butanolas rawmaterialsby the use of thionylchloridemethod and hydrogen chloridemethod.The targetcompound'sstructurewasconfirmed by IR and1H NMR.Through single factorand orthogonal testsobtained the optimize formulation：materialmole ratio（L-tyrosine∶SOCl2∶buthanol）1∶1.3∶10，reaction temperature 120℃and reaction time 2 h by thionyl chloride method andmaterialmole ratio（L-tyrosine∶buthanol）1∶5，gas time 1.5 h，reaction temperature 120℃and reaction time1 h by hydrogen chloridemethod.Bothmethodsaresuitable for industrialmassproduction because of cheaply rawmaterials，short reaction period，readily obtained catalystand easily separation and purification methods.

L-tyrosine buthyl ester；L-tyrosine buthyl ester hydrochloride；thionyl chloride；hydrogen chloride；synthesis

2014-05-20

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.23.019

湖北省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（20131366005）；武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院科研基金項目（11024）

湯軍（1972—），男（漢），副教授，碩士，主要從事藥物及藥物中間體的研究與開發(fā)。

*通信作者：呂早生（1961—），男（漢），教授，博導(dǎo)，博士。