同位素的製作方法

2023-10-18 01:16:04

專利名稱：同位素的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種同位素15N標記L-天冬醯胺的製備方法，具體涉及利用有機合成的方法，製備α-、β-和α-、β-雙15N標記L-天冬醯胺。
背景技術：
氮-15(簡稱15N，下同)是氮元素的穩定同位素，可以用作示蹤劑，廣泛應用於生物化學、醫學、藥物學、農業科學等領域，尤其對生命科學研究有極為重大的意義。特別是在蛋白質的人工合成方面，氮-15胺基酸起著獨特的示蹤作用，其應用越來越廣泛，市場前景良好。
由於此類產品產量小，對純度和豐度要求高。目前主要是通過化學合成法或生物發酵法生產。化學合成法設備要求簡單，生產的胺基酸是DL型胺基酸，豐度高，但不具有光學活性，需要再經化學或酶法拆分得到L型胺基酸。D型胺基酸大多被廢棄，導致氮-15原料利用率降低，增加了生產成本。生物發酵法具有反應步驟少，產品光學純度高的優點。但需要較大的設備投入，對菌種的要求高，後提取步驟較多。
L-天冬醯胺是構成蛋白質的主要成分之一，其酶法生產較為困難。目前國內外報導的方法均為化學合成法。具有代表性的有CN.Pat.No95112751.9，U.S.Pat.No.3979449，EP.Pat.No.0376230等，主要以L-天冬氨酸同甲醇用鹽酸或乾燥的HCl氣體為催化劑，生成中間體L-天冬氨酸-β-甲酯鹽酸鹽，該中間體在過量有機溶劑如乙醚等條件下沉澱析出，分離出該中間體後再氨解得到L-天冬醯胺。該方法消耗大量氨水，是目前常用的生成方法。但目前尚未看到由化學合成法生成同位素15N標記L-天冬醯胺的方法。

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工藝簡單、原料利用率高的同位素15N標記L-天冬醯胺的合成方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現同位素15N標記L-天冬醯胺的合成方法，其特徵在於，該方法包括以下工藝步驟(1).選擇性酯化反應將原料L-天冬氨酸分散在醇類溶劑中，低溫-10℃～20℃下逐漸加入無機或有機酸，並在此溫度下反應1～5小時，用過量乙醚重結晶得到L-天冬氨酸-β-酯鹽固體，L-天冬氨酸、醇、酸的用量比為1∶5～40∶0.1～1；(2).選擇性裂解反應製備L-天冬氨酸-β-酯鹽後所餘下的母液，經減壓脫除乙醚後，補加適量酸，在30～70℃下繼續反應5～20小時，至薄層層析顯示無L-天冬氨酸存在，加鹼中和後，減壓蒸乾母液，用過量甲醇提取L-天冬氨酸酯，主要為α-或β-L-天冬氨酸酯以及L-天冬氨酸二酯的混合物，再經L-天冬氨酸銅鹽絡合物水解得到L-天冬氨酸-β-酯鹽；(3).過度酯化後再選擇性裂解將原料L-天冬氨酸分散在醇類溶劑中，低溫-10℃～20℃下逐漸加入無機或有機酸，然後在30～70℃下繼續反應5～20小時，至薄層層析顯示僅有L-天冬氨酸二酯鹽，再經L-天冬氨酸銅鹽絡合物水解得到L-天冬氨酸-β-酯鹽；(4).脫鹽反應將前面得到的L-天冬氨酸-β-酯鹽固體分散到在無水乙醇中，在50℃～90℃下，逐滴滴加環氧丙烷，反應4～10小時，過濾得到L-天冬氨酸-β-甲酯固體，L-天冬氨酸-β-甲酯鹽酸鹽、無水乙醇、環氧丙烷的用量比為1∶5～30∶1～5；(5).氨解反應將L-天冬氨酸-β-酯溶於無水醇類溶劑中，加入15N標記或非標記無機氮源，在0℃～60℃條件下氨解10～60小時，蒸去溶劑和回收過量NH3，洗滌、烘乾後得到α-15N標記或β-15N標記或α、β雙15N標記的L-天冬醯胺產品。
所述的醇類溶劑選自甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇或正丁醇中的一種或幾種。
所述的無機或有機酸選自鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、氯化亞碸、三氯氧磷、對甲苯磺酸中的一種或幾種。
所述的原料L-天冬氨酸包括非標記或15N標記的L-天冬氨酸。
本發明提供了一套15N標記L-天冬醯胺的製備方法。在原有的有機合成L-天冬醯胺技術的基礎上，結合15N原料昂貴的特點，對了工藝條件進行改變，使之具有良好的經濟性和使用價值。該方法適用於合成α-、β-和α、β雙15N標記L-天冬醯胺。本方法過程簡單，15N原料利用率高，得到的L-天冬醯胺產品純度在99％以上，豐度在99％以上。
具體實施例方式
實施例1同位素15N標記L-天冬醯胺的合成方法，該方法包括以下工藝步驟(1)酯化反應將26.6g (0.2mol)L-天冬氨酸懸浮分散在200ml無水甲醇中，冰水浴冷卻至0～5℃逐滴滴入20ml POCl3，滴加完畢後反應1.5小時。反應完畢，將反應液傾倒於500ml無水乙醚中，攪拌重結晶得到大量白色固體，過濾後用無水乙醚再洗滌兩遍，過濾烘乾後得到L-天冬氨酸-β-甲酯鹽酸鹽26.5g(0.145mol，單程收率72.5％)。熔點187.7～188.4℃，[α]20D＝+16.7o(c＝13NHCl)。
(2)脫鹽反應將26.5gL-天冬氨酸-β-甲酯鹽酸鹽懸浮在200ml無水乙醇中，水浴加熱至60℃，逐滴滴入20ml環氧丙烷，繼續加熱升溫，回流5小時。冷卻後過濾，用無水乙醚洗滌兩遍，過濾烘乾。得到L-天冬氨酸-β-甲酯17.4g(收率81.5％)，熔點189.8～190.2℃，[α]20D＝+21.9o(c＝13N HCl)。
(3)氨解反應取7.35g15NH4Cl(0.14mol)和40g NaOH反應，生成的15NH3通入50ml溶有2.95gL-天冬氨酸-β-甲酯(0.02mol)的甲醇中，密閉氨解，60℃下靜置64小時，蒸去溶劑和及回收過量的15NH3。殘餘固體用20ml蒸餾水加熱溶解，再加入50ml乙醇重結晶，得到白色固體，過濾後，用甲醇和乙醚各洗滌一遍，過濾，真空烘乾得到β-15N標記L-天冬醯胺產品2.53g(轉化率84.1％)，15NH3利用率高於80％。[α]20D＝+28.3o(c＝1 3N HCl)。過程中過量的15NH3用稀硫酸吸收。
實施例2同位素15N標記L-天冬醯胺的合成方法，該方法包括以下工藝步驟(1)酯化反應將13.3g15N標記L-天冬氨酸(0.1mol)懸浮分散在100ml無水甲醇中，操作同實施例一，得到α-15N標記L-天冬氨酸-β-甲酯鹽酸鹽13.1g(0.0717mol，單程收率71.7％)，熔點187.5～188.1℃，[α]20D＝+16.7o(c＝13N HCl)。
反應母液經減壓脫除乙醚後，補加適量酸，在30～70℃下繼續反應5～20小時，至薄層層析顯示無L-天冬氨酸存在。加鹼中和後，減壓蒸乾母液，用過量甲醇提取L-天冬氨酸酯鹽，主要為α-或β-L-天冬氨酸酯鹽以及L-天冬氨酸二酯鹽的混合物。再經L-天冬氨酸銅鹽絡合物水解，濃縮至幹得到α-15N標記L-天冬氨酸-β-甲酯鹽酸鹽2.74g(0.015mol)，熔點185.5～186.4℃，[α]20D＝+16.9o(c＝1 3N HCl)，兩步合併，酯化總收率86.7％。
(2)脫鹽反應操作同實施例一，得到α-15N標記L-天冬氨酸-β-甲酯9.9g(收率77.6％)。熔點189.9～190.4℃，[α]20D＝+22.0o(c＝1 3N HCl)。
(3)氨解反應取20gNH4Cl和110g NaOH反應，其餘操作同實施例一，得到α-15N標記L-天冬醯胺產品8.2g，乙醇重結晶母液濃縮蒸乾後再通入過量氨氣氨解，還可得到α-15N標記L-天冬醯胺產品1.1g。原料15N標記L-天冬氨酸總收率62％，[α]20D＝+28.4o(c＝1 3N HCl)。
實施例3同位素15N標記L-天冬醯胺的合成方法，該方法包括以下工藝步驟(1)酯化反應操作同實施例二，從13.3g15N標記L-天冬氨酸(0.1mol)得到15.8g α-15N標記L-天冬氨酸-β-甲酯鹽酸鹽(0.0867mol)。熔點186.7～187.3℃，[α]20D＝+16.5o(c＝1 3N HCl)。
(2)脫鹽反應操作同實施例一，得到α-15N標記L-天冬氨酸-β-甲酯9.9g，熔點190.1～191.4℃，[α]20D＝+22.2o(c＝1 3N HCl)。
(3)氨解反應操作同實施例一，得到雙15N標記L-天冬醯胺產品8.28g(0.055mol)。[α]20D＝+28.5o(c＝1 3N HCl)。
權利要求
1.同位素15N標記L-天冬醯胺的合成方法，其特徵在於，該方法包括以下工藝步驟(1).選擇性酯化反應將原料L-天冬氨酸分散在醇類溶劑中，低溫-10℃～20℃下逐漸加入無機或有機酸，並在此溫度下反應1～5小時，用過量乙醚重結晶得到L-天冬氨酸-β-酯鹽固體，L-天冬氨酸、醇、酸的用量比為1∶5～40∶0.1～1；(2).選擇性裂解反應製備L-天冬氨酸-β-酯鹽後所餘下的母液，經減壓脫除乙醚後，補加適量酸，在30～70℃下繼續反應5～20小時，至薄層層析顯示無L-天冬氨酸存在，加鹼中和後，減壓蒸乾母液，用過量甲醇提取L-天冬氨酸酯，主要為α-或β-L-天冬氨酸酯以及L-天冬氨酸二酯的混合物，再經L-天冬氨酸銅鹽絡合物水解得到L-天冬氨酸-β-酯鹽；(3).過度酯化後再選擇性裂解將原料L-天冬氨酸分散在醇類溶劑中，低溫-10℃～20℃下逐漸加入無機或有機酸，然後在30～70℃下繼續反應5～20小時，至薄層層析顯示僅有L-天冬氨酸二酯鹽，再經L-天冬氨酸銅鹽絡合物水解得到L-天冬氨酸-β-酯鹽；(4).脫鹽反應將前面得到的L-天冬氨酸-β-酯鹽固體分散到在無水乙醇中，在50℃～90℃下，逐滴滴加環氧丙烷，反應4～10小時，過濾得到L-天冬氨酸-β-甲酯固體，L-天冬氨酸-β-甲酯鹽酸鹽、無水乙醇、環氧丙烷的用量比為1∶5～30∶1～5；(5).氨解反應將L-天冬氨酸-β-酯溶於無水醇類溶劑中，加入15N標記或非標記無機氮源，在0℃～60℃條件下氨解10～60小時，蒸去溶劑和回收過量NH3，洗滌、烘乾後得到α-15N標記或β-15N標記或α、β雙15N標記的L-天冬醯胺產品。
2.根據權利要求1所述的同位素15N標記L-天冬醯胺的合成方法，其特徵在於，所述的醇類溶劑選自甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇或正丁醇中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的同位素15N標記L-天冬醯胺的合成方法，其特徵在於，所述的無機或有機酸選自鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、氯化亞碸、三氯氧磷、對甲苯磺酸中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的同位素15N標記L-天冬醯胺的合成方法，其特徵在於，所述的原料L-天冬氨酸包括非標記或15N標記的L-天冬氨酸。
全文摘要
本發明涉及同位素
文檔編號C07C231/00GK1789239SQ20041009317
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月17日 優先權日2004年12月17日
發明者羅勇, 陸平曄, 何珩 申請人:上海化工研究院