專利名稱：化學(xué)拆分法制備左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種手性有機(jī)化合物的制備技術(shù)，尤其是一種左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的制備方法。
背景技術(shù)：
半胱氨酸，又名2-氨基-3巰基丙酸。半胱氨酸是一種含巰基的中性氨基酸，即其氨基和羧基數(shù)量相同。其分子結(jié)構(gòu)中具有1個(gè)手性碳原子，即1個(gè)手性中心，因而具有一對(duì)對(duì)映體的存在，即左旋半胱氨酸(L-Cys)和右旋半胱氨酸(D-Cys)，其結(jié)構(gòu)如下式 左旋半胱氨酸(L-Cys) 右旋半胱氨酸(D-Cys)左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸都是重要的化合物，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品、飼料等行業(yè)。左旋半胱氨酸主要從自然界物質(zhì)的水解產(chǎn)物中提取，如人的頭發(fā)和動(dòng)物的毛發(fā)中提取，目前該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于左旋半胱氨酸的生產(chǎn)。
右旋半胱氨酸是一種非天然氨基酸，近年來隨著科學(xué)的發(fā)展，其在醫(yī)藥合成中的作用越來越突出，尤其是作為抗生素類藥物合成的中間體而倍受關(guān)注。右旋半胱氨酸作為一種非天然氨基酸，不能從自然界中提取，只能通過手性合成或者拆分得到。手性合成是制備手性化合物的方法之一，目前只有少數(shù)手性化合物可以采用手性合成的方法生產(chǎn)，而大部分手性化合物的制備采用拆分的方法。在右旋半胱氨酸的合成中，只有通過消旋左旋半胱氨酸合成外消旋半胱氨酸，或者通過化學(xué)合成方法得到外消旋半胱氨酸，然后再通過拆分對(duì)映體得右旋半胱氨酸。
目前，外消旋半胱氨酸的拆分方法包括誘導(dǎo)結(jié)晶法、酶拆分和化學(xué)拆分法。
Chozo Inoue等人發(fā)明了一種誘導(dǎo)結(jié)晶法拆分外消旋半胱氨酸的方法(日本專利，專利號(hào)4613688/1986)。首先將外消旋半胱氨酸轉(zhuǎn)化成其鹽酸鹽，并配制成其鹽酸鹽的飽和或過飽和水溶液，以左旋或右旋半胱氨酸鹽酸鹽作為晶種，然后將飽和溶液的溫度自35-40℃緩慢降低至29-31℃，即可將對(duì)應(yīng)的光學(xué)活性對(duì)映體從混合物的飽和溶液中結(jié)晶出來。該方法得到的產(chǎn)品是左旋或者右旋半胱氨酸鹽酸鹽一水物，光學(xué)異構(gòu)體一次性拆分收率為10％左右，目標(biāo)產(chǎn)品的光學(xué)純度在75％-90％。該方法產(chǎn)品收率低，且純度不高，不能滿足制藥行業(yè)的要求，因此在左旋和右旋半胱氨酸的生產(chǎn)中沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
至于酶拆分的方法，日本專利(專利號(hào)29293/1976)介紹了將外消旋半胱氨酸?；苽涑蒒-?；庀腚装彼幔倮悯；D(zhuǎn)化酶作用于N-?；耐庀腚装彼?，從而得到光學(xué)活性的左旋或者右旋半胱氨酸。該方法不僅需要使用生物組織的酶，而且要求所選擇的酶具有很高的專一性、穩(wěn)定性和生物活性；合成過程中還需要進(jìn)行?；兔擋；榷嗖椒磻?yīng)。由此可見，該方法反應(yīng)步驟較多，綜合收率不高，在左旋和右旋半胱氨酸的生產(chǎn)中也沒有太大的商業(yè)價(jià)值。
化學(xué)拆分法是利用具有手性的化學(xué)拆分試劑與外消旋的半胱氨酸直接作用，利用所生成的非對(duì)映異構(gòu)體在所選擇的溶劑中的溶解度差異進(jìn)行分離的方法。Hiroyuki Nohira等人于1986年發(fā)明的專利中(專利號(hào)4621151/1986)提出以光學(xué)活性的扁桃酸為拆分劑，對(duì)外消旋半胱氨酸進(jìn)行拆分得到光學(xué)活性的左旋半胱氨酸。該發(fā)明所采用的半胱氨酸原料可以是外消旋的半胱氨酸，也可以是外消旋的半胱氨酸的鹽，如鹽酸鹽或硫酸鹽。該發(fā)明采用L-扁桃酸拆分外消旋半胱氨酸從而得到左旋半胱氨酸的收率在20％左右，產(chǎn)品收率比較低，且沒有涉及到右旋半胱氨酸的合成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的化學(xué)拆分新方法，使用該方法拆分DL-半胱氨酸所得產(chǎn)品收率高，光學(xué)純度高。
本發(fā)明的化學(xué)拆分法制備左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法，以外消旋半胱氨酸(DL-Cys)為原料，以無機(jī)酸為溶劑，以右旋二苯甲酰酒石酸(D-DBTA)和左旋二苯甲酰酒石酸(L-DBTA)為拆分劑，將外消旋半胱氨酸與拆分劑按1∶0.5-1.2的比例溶于稀的無機(jī)酸溶液中，在60-100℃下攪拌0.5-2.0小時(shí)，再逐漸冷卻至室溫，濾出結(jié)晶鹽，結(jié)晶鹽和母液分別在水、酒精等溶劑中用堿中和，即分別得到左旋半胱氨酸(L-Cys)和右旋半胱氨酸(D-Cys)，工藝路線為 其中H+為氫離子。
無機(jī)酸溶劑為稀鹽酸或稀硫酸水溶液，溶劑的量為5-20倍于半胱氨酸，酸的濃度為0.1-1.0mol/L。
反應(yīng)溫度為60-100℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5-2.0小時(shí)。
氨化中和所需要的堿為氨氣、氨水、三乙氨及其它低級(jí)脂肪胺、碳酸銨、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉等。
氨化中和所用的溶劑為水和甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇等低級(jí)脂肪醇及丙酮。
由于半胱氨酸是含有巰基的中性氨基酸，以酒石酸為原料合成了酸性較強(qiáng)的具有一定剛性的拆分劑D-DBTA和L-DBTA，它們分別和DL-Cys形成非對(duì)映體鹽，由于非對(duì)映體鹽在酸性水溶液中的溶解度差別較大，故可成功將DL-Cys拆分成D-Cys和L-Cys.
用D-DBTA做拆分劑時(shí)，鹽D-Cys·D-DBTA在溶液中的溶解度較小，冷卻后，從溶液中析出，其非對(duì)映體鹽則留在溶液中。過濾得到的D-Cys.D-DBTA用堿中和即可得到D-Cys.拆分母液濃縮后用堿調(diào)pH值到5.5，即得L-Cys.D-Cys和L-Cys的收率都在75％以上，光學(xué)純度大于99％。
用L-DBTA做拆分劑有類似的情況，不同的是拆分時(shí)L-Cys與L-DBTA形成的鹽從溶液中沉淀析出，D-Cys的鹽則留在母液中，用堿處理相應(yīng)的鹽，也能得到目標(biāo)產(chǎn)物，收率大于75％以上，光學(xué)純度大于99％。
外消旋半胱氨酸與手性有機(jī)酸作用生成非對(duì)映體鹽，非對(duì)映體鹽在溶液中的溶解度不同，可借助溶解度的差異將它們分開。本發(fā)明中，當(dāng)向DL-Cys溶液中加入D-DBTA后，D-Cys與D-DBTA所生成的鹽在稀酸中溶解度較小，從溶液中析出，L-Cys所生成的鹽溶解度較大則留在溶液中。平衡一段時(shí)間后，通過過濾即可將它們分開。同樣，當(dāng)向DL-Cys溶液中加入L-DBTA后，L-Cys與L-DBTA所生成的鹽在稀酸中溶解度較小，從溶液中析出，D-Cys所生成的鹽溶解度較大則留在溶液中。
由非對(duì)映體鹽氨化制備D-Cys或L-Cys所依據(jù)的是簡(jiǎn)單的酸堿中和反應(yīng)原理。
在本發(fā)明中，較強(qiáng)的堿氨水或三乙氨與較強(qiáng)的酸D-Cys·D-DBTA作用生成較弱的酸酒石酸銨鹽及較弱的堿D-Cys.
本發(fā)明所用拆分劑的合成原料易得、合成工藝簡(jiǎn)單；拆分后拆分劑可以回收再利用；拆分所用溶劑是稀酸水溶液，生產(chǎn)成本低，對(duì)環(huán)境污染小，無機(jī)酸副產(chǎn)的銨鹽可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；無機(jī)酸的使用是該發(fā)明與傳統(tǒng)的拆分工藝不同的特點(diǎn)，無機(jī)酸既有利于DL-Cys的溶解，也減少拆分劑的用量。在最佳條件下，D-Cys(右旋半胱氨酸)或者L-Cys(左旋半胱氨酸)拆分收率達(dá)到90％，光學(xué)純度達(dá)到100％。
綜上所述，本發(fā)明解決了由DL-Cys制備D-Cys和L-Cys工藝中收率低、成本高等問題。因此，上述用DBTA做拆分劑由DL-Cys制備D-Cys和L-Cys拆分工藝可用于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
1、以DL-Cys(外消旋半胱氨酸)為原料，以稀鹽酸或稀硫酸為溶劑，通過化學(xué)拆分方法制備L-Cys(左旋半胱氨酸)和D-Cys(右旋半胱氨酸)。
2、拆分劑為二苯甲酰酒石酸D-DBTA和L-DBTA。
3、拆分溶劑為稀鹽酸、稀硫酸或其它稀的無機(jī)強(qiáng)酸水溶液。溶劑的量為5-20倍于半胱氨酸，最適用量為半胱氨酸的8-16倍。酸的濃度0.1-1.0mol/L，最適濃度為0.2-0.8mol/L。
4、拆分反應(yīng)的溫度為70-100℃，最適宜溫度為75-95℃。
5、非對(duì)映體鹽洗滌所用溶劑為乙醚、丙酮、乙醇、水等。
6、氨化中和所需要的堿為氨氣、氨水、三乙氨及其它低級(jí)脂肪胺、碳酸胺、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉等。
7、氨化中和所用的溶劑為水和甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇等低級(jí)脂肪醇及丙酮。
工藝路線 實(shí)施例1DL-Cys2.43g(0.02mol)溶于20ml稀鹽酸中，在攪拌下加熱至80-100℃，加入L-DBTA3.58g(0.01mol)，在該溫下反應(yīng)半小時(shí)，然后在60℃保持1小時(shí)，逐漸有沉淀生成，再冷卻至15℃左右，抽濾，濾餅溶于30ml乙醇及2倍量的三乙胺中，攪拌1小時(shí)，抽濾，并用乙醇洗滌，干燥得1.06g L-Cys，拆分收率87.5％，[α]D20＝+8.7°(C＝8，1N HCl)，L-Cys產(chǎn)品光學(xué)純度99.3％。拆分母液濃縮后用堿調(diào)節(jié)調(diào)pH值為5.5，攪拌，有白色固體析出，抽濾并用乙醇洗滌，干燥得0.96gD-Cys，收率79.2％，[α]D22＝-8.6°(C＝8，1N HCl)，D-Cys產(chǎn)品光學(xué)純度99.2％。
實(shí)施例2
DL-Cys2.43g(0.02mol)溶于20ml稀鹽酸中，攪拌，加熱至90-100℃，加入3.58g D-DBTA，在該溫度下反應(yīng)50分鐘，然后60℃保持1小時(shí)，逐漸有沉淀生成，再冷卻至15℃左右，抽濾并用水洗滌，濾餅溶于30ml乙醇及2倍量的三乙胺中，攪拌1小時(shí)，抽濾，并用乙醇洗滌，干燥得1.06g D-Cys，拆分收率87.5％，[α]D22＝-8.8°(C＝8，1N HCl)，D-Cys產(chǎn)品光學(xué)純度99.5％。。拆分母液濃縮后用堿調(diào)節(jié)pH值為5.5，攪拌，有白色固體析出，抽濾并用乙醇洗滌，干燥得0.94gL-Cys，收率77.4％，[α]D22＝+8.7°(C＝8，1N HCl)，D-Cys產(chǎn)品光學(xué)純度99.3％。
實(shí)施例3DL-Cys2.43g(0.02mol)溶于20ml稀鹽酸中，在攪拌下加熱至80-100℃，加入L-DBTA7.16g(0.02mol)，在該溫下反應(yīng)半小時(shí)，然后在60℃保持1小時(shí)，逐漸有沉淀生成，再冷卻至15℃左右，抽濾，濾餅溶于30ml乙醇及2倍量的三乙胺中，攪拌1小時(shí)，抽濾，并用乙醇洗滌，干燥得1.08g L-Cys，拆分收率88.9％，[α]D20＝+8.8°(C＝8，1N HCl)，L-Cys產(chǎn)品光學(xué)純度99.5％。拆分母液濃縮后用堿調(diào)節(jié)調(diào)pH值為5.5，攪拌，有白色固體析出，抽濾并用乙醇洗滌，干燥得0.90gD-Cys，收率74.1％，[α]D22＝-8.6°(C＝8，1N HCl)，D-Cys產(chǎn)品光學(xué)純度99.2％。
實(shí)施例4DL-Cys2.43g(0.02mol)溶于20ml稀鹽酸中，在攪拌下加熱至80-100℃，加入L-DBTA8.59g(0.024mol)，在該溫下反應(yīng)半小時(shí)，然后在60℃保持1小時(shí)，逐漸有沉淀生成，再冷卻至15℃左右，抽濾，濾餅溶于30ml乙醇及2倍量的三乙胺中，攪拌1小時(shí)，抽濾，并用乙醇洗滌，干燥得0.98g L-Cys，拆分收率80.7％，[α]D20＝+8.0°(C＝8，1N HCl)，L-Cys產(chǎn)品光學(xué)純度98.5％。拆分母液濃縮后用堿調(diào)節(jié)調(diào)pH值為5.5，攪拌，有白色固體析出，抽濾并用乙醇洗滌，干燥得0.94gD-Cys，收率77.4％，[α]D22＝-7.6°(C＝8，1N HCl)，D-Cys產(chǎn)品光學(xué)純度98.0％。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)拆分法制備左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法，其特征在于以DL-半胱氨酸(DL-Cys)為原料，以無機(jī)酸為溶劑，以右旋二苯甲酰酒石酸(D-DBTA)或左旋二苯甲酰酒石酸(L-DBTA)為拆分劑，將外消旋半胱氨酸與拆分劑按1∶0.5-1.2的摩爾比例溶于稀的無機(jī)酸溶液中，在60-100℃下攪拌0.5-2.0小時(shí)，再逐漸冷卻至室溫，濾出結(jié)晶鹽，結(jié)晶鹽和母液分別在水、酒精等溶劑中用堿中和，即分別得到左旋半胱氨酸(L-Cys)和右旋半胱氨酸(D-Cys)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)拆分法制備左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法，其特征在于無機(jī)酸溶劑為稀鹽酸或稀硫酸水溶液，溶劑的量為5-20倍于半胱氨酸，酸的濃度為0.1-1.0mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)拆分法制備左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法，其特征在于反應(yīng)溫度為60-100℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5-2.0小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)拆分法制備左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法，其特征在于氨化中和所需要的堿為氨氣、氨水、三乙氨及其它低級(jí)脂肪胺、碳酸胺、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)拆分法制備左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法，其特征在于氨化中和所用的溶劑為水和甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇等低級(jí)脂肪醇及丙酮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種化學(xué)拆分法制備左旋半胱氨酸(L－Cys)和右旋半胱氨酸(D－Cys)的方法，以外消旋半胱氨酸(DL－Cys)為原料，以無機(jī)酸為溶劑，以右旋二苯甲酰酒石酸(D－DBTA)和左旋二苯甲酰酒石酸(L－DBTA)為拆分劑，將外消旋半胱氨酸與拆分劑按1∶0.5－1.2的比例溶于稀的無機(jī)酸溶液中，在60－100℃下攪拌0.5－2.0小時(shí)，再逐漸冷卻至室溫，濾出結(jié)晶鹽，結(jié)晶鹽和母液分別在水、酒精等溶劑中用堿中和，即分別得到左旋半胱氨酸(L－Cys)和右旋半胱氨酸(D－Cys)。本發(fā)明所用拆分劑的合成原料易得、工藝簡(jiǎn)單；拆分后拆分劑可以回收再利用。
文檔編號(hào)C07C319/28GK1876628SQ200610082018
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月17日
發(fā)明者馬云峰, 柴多里, 王組元, 吳梅 申請(qǐng)人:安徽省恒銳新技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司