D-2-氨基丁酸的合成

【背景及概述】^[1][2][3]

D-氨基酸存在于微生物、动物和植物中，约有30多种，占已发现氨基酸的10%左右。生物体中的D-氨基酸于20世纪70年代被科学家发现，但并未引起足够重视。随着医学和生物学的发展，发现两种构型的氨基酸具有不同的生理作用。D-氨基酸的功能和生理作用正被逐渐阐明，人类的某些疾病如白内障、早年痴呆、肾脏病等与D-氨基酸的含量密切相关。动物实验表明，超量的D-氨基酸会阻断一些生物物质的合成，从而抑制细胞、生物体的生长，因此D-氨基酸对疾病和衰老机制的研究十分重要。D-氨基酸构成的多肽通常不能或只能被肽酶缓慢水解，所以D-氨基酸已经越来越多地用于合成β-内酰胺抗生素、抗菌和抗病毒多肽。D-氨基酸以及衍生物D-氨基醇、D-羟基酸也是手性药物、手性农药、手性食品添加剂的关键中间体，在医药、农药和食品领域有广泛应用。

D-2-氨基丁酸CAS号2623-91-8，化学式C₄H₉NO₂，分子量103.12000，中文别名D-氨基丁酸、(R)-(-)-2-氨基丁酸、D(-)-2-氨基丁酸、(R)-(-)-2-氨基正丁酸，白色结晶粉末，沸点15.2ºC at 760 mmHg，闪点83.9ºC，密度1.105 g/cm³，熔点300ºC。D-2-氨基丁酸和L-2-氨基丁酸是两种重要的手性氨基酸，可作为手性试剂使用，也是 重要的医药中间体。目前它们的生产，多以生物法或化学拆分法拆分DL-2-氨基丁酸而得 到。生物法拆分多采用氨基酰化酶的工艺，其操作步骤复杂，收率低，市场竞争力很小；目前报道的化学拆分法虽然工艺较简单，但拆分剂的用量大，目标产物的收率低，纯度也 比较低，不能满足当前国内外市场的需要。

【合成】^[2][3]

目前，文献报道合成D-2-氨基丁酸的方法如以D构型的蛋氨酸为原料经脱硫等步骤合成D-2-氨基丁酸；丁酮酸的氨化水解反应法，化学拆分法等。先将外消旋的2-氨基丁酸乙酰化得到N-乙酰-2-氨基丁酸，然后用从猪肾中提取得到的氨基酰化酶选择性的水解掉 (S)-构型的N-乙酰-2-氨基丁酸，从而获得(S)-2-氨基丁酸，并将未被水解 的(R)-N-乙酰-2-氨基丁酸用适当的方法进行消旋化处理得到外消旋的2-氨基丁酸，从而实现其动态动力学拆分，其最终收率达到71.9％。

还有报道一种化学拆分法制备D-2-氨基丁酸或L-2-氨基丁酸的方法，其步骤是将DL-2-氨基丁酸与L-酒石酸或D-酒石酸在无机酸中反应后，冷却，析出固体中间化合物，用水重结 晶该化合物，所得重结晶中间化合物与氨解剂进行氨解反应，冷却、过滤、洗涤得到D-2-氨基丁酸或L-2-氨基丁酸。所述的DL-2-氨基丁酸与L-酒石酸或D-酒石酸按4∶1～5∶1的摩尔比例进行混合。所述的无机酸溶剂为稀盐酸或稀硫酸，用量与DL-2-氨基丁酸的质量比为5-20∶1。所述的DL-2-氨基丁酸，与L-酒石酸或D-酒石酸的反应温度为60℃-100℃，反应时间 为2-3小时。所述的重结晶中间化合物与氨解剂的摩尔比为1∶2-4。所述的氨解反应温度为25-35℃，反应时间为1-2小时。所述的氨解所用的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，并优选甲醇、乙醇，用量与重结晶中间化合物的质量比为4-8∶1。所述的氨解剂为三乙胺、三甲胺，并优选三乙胺。所述的洗涤用溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，并优选甲醇、乙醇。反应原理如下：外消旋体分子含有如羧基、氨基、羟基或者双键等活性基团，可让其与某一光学活性试剂进行反应，生成两种非对映异构体的盐或其它复合物，再利用它们物理性质和化学性质的不同将两者分开，最后把拆分剂从中分离出去，便可得到单一对映体。对于酒石酸而言，其两个羧基可以分别与氨基丁酸的氨基进行螯合，从而生成不同的非对映 异构体的盐，试验发现，在无机酸类溶剂中加入DL-2-氨基丁酸和L-酒石酸，可以反应得到结合方式为D-2-氨基丁酸·L-酒石酸·D-2-氨基丁酸(或L-2-氨基丁酸·D-酒石酸·L-2-氨基丁酸)的非対映异构体盐的沉淀和溶于无机酸的其它物质。反应示意图为：

【应用】^[2][3]

D-2-氨基丁酸是手性药物、手性农药、手性食品添加剂的关键中间体，在医药、农药和食品领域有广泛应用。D-2-氨基丁酸是一种重要的非天然的手性α-氨基酸，它是一种重要的化工原料和手性中间体，广泛应用于药物的合成。

【主要参考资料】

1.夏仕文;方国兰CN201110291773.6 一种提高D-氨基酸手性纯度的纯化方法20110929

2.韩冰;莫宏;徐良;张东晨;刘昊;陈立谦;宋凯;周明;惠志涛CN200910035453.7 一种化学拆分法制备D-2-氨基丁酸或L-2-氨基丁酸的方法20090928

3.王宇光;朱冰春;吴冬梅CN201410799147.1一种N-BOC-D-2-氨基丁酸酯的制备方法20141219