一種¹³C，¹⁵N雙標記甘氨酸的合成方法

2023-07-30 14:01:11

專利名稱：一種13C，15N雙標記甘氨酸的合成方法
技術領域：
本發明涉及一種13c，15N雙標記甘氨酸的有機合成方法，尤其涉及一種甘氨 酸-l-13c，15N、甘氨酸-2-13C，15N和甘氨酸-1，2-X, 15N的方法。
背景技術：
13C, 15N雙標記甘氨酸，又名13C，15N雙標記氨基乙酸，本發明所述的13C，15N雙標 記甘氨酸，包括甘氨酸-1」3C，15N、甘氨酸-2-13C，15N和甘氨酸-1，2-13C2，15N三種13C，15N雙 標記甘氨酸。甘氨酸為帶甜味的白色結晶或結晶性粉末，易溶於水，微溶於醇和醚，熔點 2630C (233°C開始分解)。13C，15N雙標記甘氨酸是一種重要的胺基酸標記物，廣泛應用於 植物營養研究(葛體達，黃丹楓，宋世威等，番茄幼苗對13C，15N雙標記甘氨酸(glycine) 的吸收，中國園藝學會第八屆青年學術討論會中國園藝學會第八屆青年學術討論會論文 集，2008 年)和雙標記複合肥料的研究(HodgeA，Robinson D, Griffiths B S, et al. Why plants bother :root proliferation results inincreased nitrogen capture from an organic patch when two grasses compete. Plant Celland Environment,1999,22, 811-820 ；Hodge A,Stewart J,Robinson D,et al. Competition between roots and soil micro-organisms for nutrients from nitrogen-richpatches ofvarying complexity. Journal of Ecology，2000a，88，150-164)，也可以作為原料合成其它13C，15N雙標記胺基酸 如絲氨酸、苯丙氨酸等。對於13C，15N雙標記甘氨酸的合成，目前有Schmidt法和改進的Gabriel法。 Schmidt法是利用13C脂肪酸或脂肪醯滷與15N標記疊氮酸反應生成少於原脂肪酸一個碳原 子的胺。此方法收率偏低，並且在合成過程中損失一個標記13C原子和反應副產物N2難以 回收利用，13C和15N利用率偏低，生產成本提高。改進的Schmidt法是脂肪醯滷和氨氣反應 後，形成醯胺後採用LiAlH4還原成胺。此方法是原料13C標記脂肪醯滷難以製備，並且價格 昂貴，不適合13C，15N雙標記甘氨酸的合成。改進的Gabriel法是利用13C標記氰化鈉和15N 標記鄰苯二甲醯亞氯甲胺為原料，經過4步反應合成。但由於13C標記氰化鈉是劇毒物，購 買或製備都不便利，因此此方法也不是較合適的方法。

發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種方法簡單、可行 並適合批量生產的13C，15N雙標記甘氨酸的合成方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種13C，15N雙標記甘氨酸的合成方 法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(I)13C標記溴代乙酸的製備將13C標記乙酸和三氟醋酐混合，使13C標記乙酸的加入量為0. Imol/ (30 50)ml三氟醋酐，然後加入水和吡啶，三氟醋酐、水和吡啶的體積比為(30 50) (0.5-1) (0.5-1)，在冰水浴冷卻下充分混合後，再在油浴上加熱，慢慢滴加液溴，
3加溴的速度以正好保持反應液淡色為宜，液溴與13C標記乙酸的摩爾比為(0.5 5) 1， 反應溫度為40 80°C，反應時間為2 24小時，反應結束後，冷卻反應液，旋蒸除去三氟乙 酸和溴化氫溶液，得到13C標記溴代乙酸；(2) 13C，15N雙標記甘氨酸的製備將U-15N-六亞甲基四胺和乙醇混合，U-15N-六亞甲基四胺的加入量為(0.05 0. 5)mol/(120 150)ml乙醇，調節反應體系pH = 7 10之間，加入13C標記溴代乙酸， U-15N-六亞甲基四胺與13C標記溴代乙酸反應摩爾比為(0.5 5) 1，水浴加熱，磁力攪拌 反應，反應溫度為40 80°C，反應時間為1 5小時，反應結束，趁熱過濾，用乙醇洗滌濾餅 2次，得到粗品，粗品用乙醇重結晶，真空乾燥後得13C，15N雙標記甘氨酸； 反應路線如下 步驟(1)所述的液溴與13C標記乙酸的摩爾比為1. 5~2 1，反應溫度為60°C，
反應時間為10 12小時。步驟(1)所述的13C標記乙酸為乙酸-I-13C,乙酸-2_13C或乙酸-1，2_13C2，對應的 13C標記溴代乙酸為溴代乙酸-l」3c，溴代乙酸-2_13c和溴代乙酸-1，2-13C2。步驟⑵所述的U-15N-六亞甲基四胺與13C標記溴代乙酸反應摩爾比為(2 3) 1，反應溫度為60°C，反應時間為2 3小時。步驟(2)所述的反應體系pH = 8 9。步驟⑵所述的反應體系pH值用lOmol/L NaOH進行調節。步驟⑵所述的13C，15N雙標記甘氨酸為甘氨酸-I-13C, 15N、甘氨酸-2_13C，15N或甘 氨酸-1，2-13C2，15N。與現有技術相比，本發明採用13C標記乙酸和U-15N標記六亞甲基四胺為原料，經 過一條有機合成的路線得到13c，15N雙標記甘氨酸。收率達到85% (以13C標記乙酸計)， 13C和15N豐度都大於99% (用Thermo的液相色譜-質譜聯用儀和MAT271同位素質譜儀 測試)，化學純度大於99% (Waters液相色譜和Nicole公司的Mahna_IR550紅外光譜儀測 定)。此方法標記13CZ5N同位素工藝簡單，適合批量生產13C，15N雙標記甘氨酸。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例1在裝有溫度計、回流冷凝器的250ml三口燒瓶中，加入0. Imol乙酸-I-13C和40ml 三氟醋酐混合，小心地加入水0. 5ml和吡啶1ml。在冰水浴冷卻下充分混合後，反應瓶加熱 至80°C，將0. 05mol液溴慢慢滴加入反應瓶，加溴的速度以正好保持反應液淡色為宜。反應 12小時。反應結束後，冷卻反應液，旋蒸除去三氟乙酸和溴化氫溶液，得到溴代乙酸-1」3C。
將0. 5mol U-15N-六亞甲基四胺和120ml乙醇混合，用10mol/L NaOH調節反應體 系PH = 8，加入0. Imol 13C標記溴代乙酸，水浴加熱至40°C，磁力攪拌反應5小時。反應 結束，趁熱過濾，用乙醇洗滌濾餅2次，得到粗品。粗品用乙醇重結晶，真空乾燥後得甘氨 酸-l-13c，15N 6. 63 克，收率為 86. 1%，13C 豐度 99. 1 %，15N 豐度 99. 2%，純度 99. 5%。實施例2在裝有溫度計、回流冷凝器的250ml三口燒瓶中，加入0. Imol乙酸_2_13C和30ml 三氟醋酐混合，小心地加入水Iml和吡啶0. 75ml。在冰水浴冷卻下充分混合後，反應瓶加熱 至40°C，將0. 5mol液溴慢慢滴加入反應瓶，加溴的速度以正好保持反應液淡色為宜。反應 24小時。反應結束後，冷卻反應液，旋蒸除去三氟乙酸和溴化氫溶液，得到溴代乙酸-2-13C。將0. 05mol U-15N-六亞甲基四胺和150ml乙醇混合，用10mol/L NaOH調節反應 體系PH= 10，加入0. Imol 13C標記溴代乙酸，水浴加熱至60°C，磁力攪拌反應1小時。反 應結束，趁熱過濾，用乙醇洗滌濾餅2次，得到粗品。粗品用乙醇重結晶，真空乾燥後得甘氨 酸-2-13C, 15N 6. 20 克，收率為 80. 5%, 13C 豐度 99. 0%, 15N 豐度 99. 2%,純度 99. 8%.實施例3在裝有溫度計、回流冷凝器的250ml三口燒瓶中，加入0. Imol乙酸_1，2_13(2和 50ml三氟醋酐混合，小心地加入水0. 7ml和吡啶0. 5ml。在冰水浴冷卻下充分混合後，反 應瓶加熱至60°C，將0. 2mol液溴慢慢滴加入反應瓶，加溴的速度以正好保持反應液淡色為 宜。反應2小時。反應結束後，冷卻反應液，旋蒸除去三氟乙酸和溴化氫溶液，得到溴代乙 酸-1，2-13C2。將0. 25mol U-15N-六亞甲基四胺和140ml乙醇混合，用10mol/L NaOH調節反應 體系PH = 7，加入0. Imol 13C標記溴代乙酸，水浴加熱至80°C，磁力攪拌反應3小時。反 應結束，趁熱過濾，用乙醇洗滌濾餅2次，得到粗品。粗品用乙醇重結晶，真空乾燥後得甘氨 酸-1，2-%，15N 6. 55 克，收率為 85. 1%，13C 豐度 99. 1%，15N 豐度 99. 1%，純度 99. 7%。實施例4在裝有溫度計、回流冷凝器的250ml三口燒瓶中，加入0. Imol乙酸-I-13C和35ml 三氟醋酐混合，小心地加入水0. 6ml和吡啶0. 4ml。在冰水浴冷卻下充分混合後，反應瓶 加熱至60°C，將0. 15mol液溴慢慢滴加入反應瓶，加溴的速度以正好保持反應液淡色為 宜，反應10小時。反應結束後，冷卻反應液，旋蒸除去三氟乙酸和溴化氫溶液，得到溴代乙 酸-i-13c。將0. 2mol U-15N-六亞甲基四胺和130ml乙醇混合，用10mol/L NaOH調節反應體系 !1 = 7，加入0. Imol溴代乙酸-I-13C,水浴加熱至80°C，磁力攪拌反應2小時。反應結束，趁 熱過濾，用乙醇洗滌濾餅2次，得到粗品。粗品用乙醇重結晶，真空乾燥後得甘氨酸-I-13C, 15N 6. 55 克，收率為 85. 1%，13C 豐度 99. 1%，15N 豐度 99. 1%，純度 99. 7%0實施例5在裝有溫度計、回流冷凝器的250ml三口燒瓶中，加入0. Imol乙酸_2_13C和30ml 三氟醋酐混合，小心地加入水Iml和吡啶0. 75ml。在冰水浴冷卻下充分混合後，反應瓶加熱 至40°C，將0. 5mol液溴慢慢滴加入反應瓶，加溴的速度以正好保持反應液淡色為宜，反應 24小時。反應結束後，冷卻反應液，旋蒸除去三氟乙酸和溴化氫溶液，得到溴代乙酸-2-13C。將0. 3mol U-15N-六亞甲基四胺和150ml乙醇混合，用10mol/L NaOH調節反應體系ΡΗ = 9，ΜΛ0. Imol溴代乙酸-2-13C，水浴加熱至60°C，磁力攪拌反應3小時。反應結束，趁 熱過濾，用乙醇洗滌濾餅2次，得到粗品。粗品用乙醇重結晶，真空乾燥後得甘氨酸-2_13C， 15N 6. 20 克，收率為 80. 5%, 13C 豐度 99. 0%, 15N 豐度 99. 2%,純度 99. 8%.實施例6在裝有溫度計、回流冷凝器的250ml三口燒瓶中，加入0. Imol乙酸_1，2_13(2和 30ml三氟醋酐混合，小心地加入水Iml和吡啶0. 75ml。在冰水浴冷卻下充分混合後，反應 瓶加熱至40°C，將0. 5mol液溴慢慢滴加入反應瓶，加溴的速度以正好保持反應液淡色為 宜。反應24小時。反應結束後，冷卻反應液，旋蒸除去三氟乙酸和溴化氫溶液，得到溴代乙 酸-1，2-13C2。將0. 3mol U-15N-六亞甲基四胺和150ml乙醇混合，用10mol/L NaOH調節反應體系 pH = 9，加入0. Imol 13C標記溴代乙酸，水浴加熱至60°C，磁力攪拌反應3小時。反應結束， 趁熱過濾，用乙醇洗滌濾餅2次，得到粗品。粗品用乙醇重結晶，真空乾燥後得甘氨酸-1， 2-13C2，15N 6. 55 克，收率為 85. 1%，13C 豐度 99. 1%，15N 豐度 99. 1%，純度 99. 7%。
權利要求
一種13C，15N雙標記甘氨酸的合成方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)13C標記溴代乙酸的製備將13C標記乙酸和三氟醋酐混合，使13C標記乙酸的加入量為0.1mol/(30～50)ml三氟醋酐，然後加入水和吡啶，三氟醋酐、水和吡啶的體積比為(30～50)∶(0.5 1)∶(0.5 1)，在冰水浴冷卻下充分混合後，再在油浴上加熱，慢慢滴加液溴，加溴的速度以正好保持反應液淡色為宜，液溴與13C標記乙酸的摩爾比為(0.5～5)∶1，反應溫度為40～80℃，反應時間為2～24小時，反應結束後，冷卻反應液，旋蒸除去三氟乙酸和溴化氫溶液，得到13C標記溴代乙酸；(2)13C，15N雙標記甘氨酸的製備將U 15N 六亞甲基四胺和乙醇混合，U 15N 六亞甲基四胺的加入量為(0.05～0.5)mol/(120～150)ml乙醇，調節反應體系pH＝7～10之間，加入13C標記溴代乙酸，U 15N 六亞甲基四胺與13C標記溴代乙酸反應摩爾比為(0.5～5)∶1，水浴加熱，磁力攪拌反應，反應溫度為40～80℃，反應時間為1～5小時，反應結束，趁熱過濾，用乙醇洗滌濾餅2次，得到粗品，粗品用乙醇重結晶，真空乾燥後得13C，15N雙標記甘氨酸；反應路線如下FSA00000202862600011.tif
2.根據權利要求1所述的一種13C，15N雙標記甘氨酸的合成方法，其特徵在於，步驟(1) 所述的液溴與13C標記乙酸的摩爾比為1.5 2 1，反應溫度為60°C，反應時間為10 12 小時。
3.根據權利要求1所述的一種13C，15N雙標記甘氨酸的合成方法，其特徵在於，步驟(1) 所述的13C標記乙酸為乙酸-I-13C,乙酸-2-13C或乙酸-1，2-13C2，對應的13C標記溴代乙酸為 溴代乙酸-I-13C,溴代乙酸-2」3C和溴代乙酸-1，2-13C2。
4.根據權利要求1所述的一種13C，15N雙標記甘氨酸的合成方法，其特徵在於，步驟(2) 所述的U-15N-六亞甲基四胺與13C標記溴代乙酸反應摩爾比為(2 3) 1，反應溫度為 60°C，反應時間為2 3小時。
5.根據權利要求1所述的一種13C，15N雙標記甘氨酸的合成方法，其特徵在於，步驟(2) 所述的反應體系pH = 8 9。
6.根據權利要求1所述的一種13C，15N雙標記甘氨酸的合成方法，其特徵在於，步驟(2) 所述的反應體系PH值用lOmol/L NaOH進行調節。
7.根據權利要求1所述的一種13C，15N雙標記甘氨酸的合成方法，其特徵在於，步驟(2) 所述的13C，15N雙標記甘氨酸為甘氨酸_1」3C，15N、甘氨酸-2-13C，15N或甘氨酸-1，2-13C2，15N0
全文摘要
本發明涉及一種13C，15N雙標記甘氨酸的合成方法，採用以13C標記乙酸為原料，經過溴代反應，製備得到13C標記溴代乙酸。該物質和U-15N標記六亞甲基四胺在乙醇溶液中反應，反應pH值為7-10。反應得到的粗產物用乙醇重結晶，即可得到13C，15N雙標記甘氨酸。與現有技術相比，本發明甘氨酸得率≥85％，13C豐度≥99％，15N豐度≥99％，純度≥99％，工藝簡單，適合批量生產13C，15N雙標記甘氨酸。
文檔編號C07B59/00GK101914030SQ20101023497
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者宋明鳴, 徐建飛, 李良君, 杜曉寧, 王偉, 王剛 申請人:上海化工研究院