两种方法合成L-酪氨酸丁酯的工艺

汤军，吕早生，汪大巍，夏莲，柯尊丽，俞英杰，钱志强

（1.武汉科技大学化学工程与技术学院，湖北武汉430081；2.武汉理工大学华夏学院化学与制药工程系，湖北武汉430223；3.武汉远大弘元有限公司，湖北武汉430074）

两种方法合成L-酪氨酸丁酯的工艺

汤军1，2，吕早生1，*，汪大巍2，夏莲2，柯尊丽2，俞英杰2，钱志强3

（1.武汉科技大学化学工程与技术学院，湖北武汉430081；2.武汉理工大学华夏学院化学与制药工程系，湖北武汉430223；3.武汉远大弘元有限公司，湖北武汉430074）

以L-酪氨酸、丁醇为主要原料，采用氯化亚砜法和氯化氢法，合成了L-酪氨酸丁酯，产物结构经IR、1HNMR确证。通过单因素试验和正交试验结果表明，氯化亚砜法合成L-酪氨酸丁酯的最佳工艺条件为：物料摩尔比mol（L-酪氨酸）∶mol（氯化亚砜）∶mol（丁醇）=1∶1.3∶10，加热温度120℃，加热时间2h；氯化氢法合成L-酪氨酸丁酯的最佳工艺条件为：物料摩尔比mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）=1∶5，通气时间1.5 h，加热温度120℃，加热时间1 h。两种方法均具有原料价廉易得，反应周期短，催化剂易得，产物易分离的特点，适于工业化大规模生产。

L-酪氨酸丁酯；L-酪氨酸丁酯盐酸盐；氯化亚砜；氯化氢；合成

氨基酸是构成蛋白质的基本物质，在人类和动物免疫系统的发育和功能维持等方面发挥着重要作用，氨基酸也是许多激素的合成前体，可作为神经递质和信号转导的前体。氨基酸可作为营养添加剂、调味剂、保健品、药品、动物饲料添加剂，在食品工业、制药工业、畜牧业、农业等有广泛的应用[1]。除了氨基酸以外，氨基酸的衍生物也有大量的应用，常见的氨基酸衍生物有N-酰化氨基酸和O-酯化氨基酸[2]。在食品工业中，氨基酸酯可以作为氨基酸的代替品，可改变食品的风味和口感，也可延长食品的保鲜期；还可增加溶解性和酶催化的专一性[3]。氨基酸酯类衍生物可由氨基酸在酸的催化作用下同醇发生脱水反应生成[4]。酸催化一般有无机酸、路易斯酸、离子交换树脂和固体酸等[5]。

L-酪氨酸是组成蛋白质的20种氨基酸中的一种，属于芳香族氨基酸，可由食物中摄取，也可由苯丙氨酸转化，在哺乳动物体内，L-酪氨酸是合成多巴、肾上腺素、去甲肾上腺素以及黑色素的原料。L-酪氨酸酯类衍生物的研究，国内罕有报道[6]，我们曾报道了一些L-酪氨酸酯的合成[7-8]。本文以L-酪氨酸和丁醇为主要原料，分别以氯化亚砜法和氯化氢法合成L-酪氨酸丁酯，并对合成工艺进行研究，，以期为L-酪氨酸的深度开发提供实验参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

熔点用毛细管法测定，温度未经校正。L-酪氨酸（化学纯）：武汉远大弘元有限公司；丁醇（分析纯）：天津广成化学试剂公司；氯化亚砜（分析纯）：广州西陇化学试剂厂；其他试剂为分析纯或化学纯。

1.2 主要仪器与设备

BRUKEAVANCE600型核磁共振仪（DMSO为溶剂，TMS为内标）：瑞士BRUKE公司；博立叶变换红外光谱仪：日本岛津公司；RY-1熔点测定仪：天津市新天光分析仪器技术有限公司；RA-52AA旋转蒸发器：上海亚容生化仪器有限公司；电热真空恒温干燥箱：上海跃进医疗器械厂。

1.3 方法

1.3.1 氯化亚砜法合成L-酪氨酸丁酯

氯化亚砜法合成L-酪氨酸丁酯的路线见图1。

图1 氯化亚砜法合成L-酪氨酸丁酯路线Fig.1 Thesynthetic routesof L-tyrosinebuthylester by SOCl2method

量取21mL丁醇加入配有搅拌器、滴液漏斗、温度计的250mL三口烧瓶中，冰盐浴冷却到-8℃左右，缓慢滴加1.56mL氯化亚砜，滴毕后0℃搅拌1 h，冷却条件下加入3.0 g L-酪氨酸，然后加热反应2 h，反应结束后蒸馏除去大部分丁醇和过量的氯化亚砜，将残余物转移到烧杯中冷却，加入125mL乙酸乙酯析出大量结晶，真空抽滤，收集结晶，得L-酪氨酸丁酯盐酸盐，将此固体溶于0.1mol/L的盐酸，再加1mol/L的NaOH，调至pH为7~8之间，析晶，真空抽滤，干燥，得L-酪氨酸丁酯。

1.3.2 氯化氢法合成L-酪氨酸丁酯

氯化亚砜法合成L-酪氨酸丁酯的路线见图2。

图2 氯化亚砜法合成L-酪氨酸丁酯路线Fig.2 The synthetic routesof L-tyrosinebuthylester by HClmethod

在一个装有搅拌的三颈瓶中投入3.0 g L-酪氨酸与21mL丁醇，在另一个三颈瓶中加入15 g氯化钠和7.5mL盐酸，将20mL硫酸慢慢滴入氯化钠中，生成氯化氢气体通入丁醇中，使反应液中有气泡均匀冒出，通气时间约1 h，然后加热反应2 h，反应结束后蒸馏除去大部分丁醇和过量的氯化氢气体，将残余物转移至烧杯中冷却，加入125mL乙酸乙酯析出结晶，真空抽滤，收集结晶，得L-酪氨酸丁酯盐酸盐。将此固体溶于0.1mol/L的盐酸，再加1mol/L的NaOH，调至pH为7~8之间，析晶，真空抽滤，干燥，得L-酪氨酸丁酯。1.3.3产物结构鉴定

对合成的产物L-酪氨酸丁酯盐酸盐、L-酪氨酸丁酯均采用IR和1H NMR进行了结构鉴定。

L-酪氨酸丁酯盐酸盐，白色固体，熔点（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，白色结晶，熔点（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 结果与讨论

2.1 氯化亚砜法合成L-酪氨酸丁酯的工艺研究

2.1.1 氯化亚砜投料量对产品收率的影响

mol（L-酪氨酸）∶mol（氯化亚砜）分别为1∶1.0、1∶1.1、1∶1.2、1∶1.3，加热温度110℃，加热时间2 h，氯化亚砜投料量对产品收率的影响见图3。

图3 氯化亚砜投料量对氯化亚砜法收率的影响Fig.3 Effectof SOCl2amounton yield by SOCl2method

由图3可知，随着氯化亚砜的投料量的增加，收率逐渐提高，考虑生产成本以及后处理的条件，最适的氯化亚砜投料量为mol（L-酪氨酸）∶mol（氯化亚砜）1∶1.3。

2.1.2 正丁醇投料量对产品收率的影响

mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）分别为1∶3、1∶5、1∶10、1∶20，mol（L-酪氨酸）∶mol（氯化亚砜）为1∶1.3，加热时间2 h，丁醇投料量对产品收率的影响见图4。

图4 丁醇投料量对氯化亚砜法收率的影响Fig.4 Effectof buthanolam ounton yield by SOCl2m ethod

由图4可知，丁醇的投料量由1∶3升至1∶5时，产品收率提高很快，继续增加丁醇的量，收率提高不多，考虑到成本，最适的丁醇投料量为mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）1∶5。

2.1.3 加热温度对产品收率的影响

加热温度分别为80、90、100、110℃，mol（L-酪氨酸）∶mol（氯化亚砜）∶mol（丁醇）为1∶1.3∶5，加热时间2 h，加热温度对产品收率的影响见图5。

由图5可知，随着加热温度的升高，产品收率逐渐升高，110℃已经达到丁醇的沸点了，不宜再升高温度了。最适的加热温度为110℃。

图5 加热温度对氯化亚砜法收率的影响Fig.5 Effectof reaction temperatureon yield by SOCl2m ethod

2.1.4 加热时间对产品收率的影响

加热时间分别为0.5、1.0、2.0、3.0 h，mol（L-酪氨酸）∶mol（氯化亚砜）∶mol（丁醇）为1∶1.3∶5，加热温度110℃，加热时间对产品收率的影响见图6。

图6 加热时间对氯化亚砜法收率的影响Fig.6 Effectof reaction timeon yield by SOCl2method

由图6可知，随着加热时间的延长，产品收率先升后降，当加热时间为2 h时，收率最高，延长加热时间，副产物增加，导致收率下降。最适的反应时间为2h。2.1.5最佳反应条件的确定

在单因素试验的基础上选择氯化亚砜投料量、丁醇投料量、加热温度、加热时间为因素，采用L9（34）正交试验，以产品收率为评价指标，确定氯化亚砜法合成L-酪氨酸丁酯的最佳工艺条件。其因素水平表见表1，其正交试验结果分析表见表2。

表1 氯化亚砜法正交试验因素水平表Table1 Factorsand levelsoforthogonal testby SOCl2m ethod

表2 氯化亚砜法正交试验结果分析表Table2 Resultsof orthogonal testby SOCl2method

由表2极差分析可知，四因素对L-酪氨酸丁酯收率影响的主次顺序为：氯化亚砜投料量＞丁醇投料量＞加热时间＞加热温度，反应的最好工艺条件为A3B3C3D2，即氯化亚砜1∶1.3，丁醇1∶10，温度110℃，时间2 h。在此工艺条件下，进行验证实验，得到L-酪氨酸丁酯，收率为94.2%，白色片状结晶，m.p.136-137℃。

2.2 氯化氢法合成L-酪氨酸丁酯的工艺研究

2.2.1 丁醇投料量对产品收率的影响

mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）分别为1∶3、1∶5、1∶10、1∶20，通气时间1 h，，加热时间2 h，丁醇投料量对产品收率的影响见图7。

图7 丁醇投料量对氯化氢法收率的影响Fig.7 Effectof buthanolam ounton yield by HClm ethod

由图7可知，丁醇的投料量由1∶3升至1∶5时，产品收率提高很快，继续增加丁醇的量，收率基本不变，考虑到成本，最适的丁醇投料量为mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）1∶5。

2.2.2 通气时间对产品收率的影响

通氯化氢的时间分别为0.5、1、1.5、2 h，mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）为1∶5，通气时间对产品收率的影响见图8。

图8 通气时间对氯化氢法收率的影响Fig.8 Effectof gas tim eon yield by HClmethod

由图8可知，通气时间由0.5 h增加到1.0 h，收率提高很快，通气时间1.5 h，收率最高，之后再增加时间，收率下降。最适的通气时间为1.5 h。

2.2.3 加热温度对产品收率的影响

加热温度分别为80、90、100、110℃，mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）为1∶5，通气时间1.5 h，加热时间2 h，加热温度对产品收率的影响见图9。

图9 加热温度对氯化氢法收率的影响Fig.9 Effectof reaction temperatureon yield by HClmethod

由图9可知，随着反应温度的升高，产品收率逐渐升高，最适的加热温度为110℃。

2.2.4 加热时间对产品收率的影响

加热时间分别为0.5、1.0、2.0、3.0 h，mol（L-酪氨酸）∶mol（丁醇）为1∶5，通气时间1.5 h，加热温度110℃，加热时间对产品收率的影响见图10。

由图10可知，随着加热时间的延长，加热收率先升后降，当加热时间为2 h时，收率最高，延长反应时间，副产物增加，导致收率下降。最适的加热时间为2 h。

2.2.5 最佳反应条件的确定

图10 加热时间对氯化氢法收率的影响Fig.10 Effectof reaction timeon yield by HClm ethod

在单因素试验的基础上选择丁醇投料量、通气时间、加热温度、加热时间为因素，采用L9（34）正交试验，以产品收率为评价指标，确定氯化氢合成L-酪氨酸丁酯的最佳工艺条件。其因素水平表见表3，其正交试验结果分析表见表4。

表3 氯化氢法正交试验因素水平表Table3 Factorsand levelsof orthogonal testby HClmethod

表4 氯化氢法正交试验结果分析表Table4 Resultsoforthogonal testby HClmethod

由表4极差分析可知，四因素对氯化氢法合成L-酪氨酸丁酯收率影响的主次顺序为：丁醇投料量＞加热时间＞通气时间＞加热温度，反应的最好工艺条件为A2B3C3D1，即丁醇1∶5，通气时间1.5h，加热温度110℃，加热时间1 h。在此工艺条件下，进行验证实验，得到L-酪氨酸丁酯，收率为90.2%，产品白色片状结晶，m.p.135℃～137℃。

3 结论

以L-酪氨酸和丁醇为原料，采用两种方法，合成了L-酪氨酸丁酯。氯化亚砜法制备L-酪氨酸丁酯，是将丁醇先转变成活性较高的酰氯，然后与羧基发生亲核取代反应，生成相应的酯。此工艺重现性好，反应周期比氯化氢法短，但氯化亚砜活性极高，反应剧烈，必须无水、低温操作。氯化氢法制备L-酪氨酸丁酯，由于反应时通氯化氢气体，反应后要除去氯化氢，有一定安全隐患。

氯化亚砜法和盐酸法合成目标化合物，氯化亚砜法收率较高，产品质量较好，氯化氢法成本较低。两种方法均具有原料价廉易得、反应周期短，催化剂易得，产物易分离的特点，适于工业化大规模生产。

[1]刁其玉.动物氨基酸营养与饲料[M].北京:化学工业出版社,2007

[2]廖明霞,李晔,韩伟伟,等.氨基酸酰胺类化合物的合成[J]．氨基酸和生物资源,2010,32(1):34-38

[3]门宝琴.氨基酸酯及其衍生物的合成[D].上海:中国科学院上海冶金研究所,2000:11-23

[4]王炳琴,黎植昌．氨基酸酯的制备方法及应用[J]．氨基酸和生物资源,1995,17(4):40-45

[5]尚岩,王春颖.氨基酸酯合成方法最新研究进展[J]．哈尔滨理工大学学报,2008,13(2):107-111

[6]思洋,刘乐乐,张廓,等．氨基酸甲乙酯的合成及纯化[J]．内蒙古医学院学报,2005,27(1):33-34

[7]汤军,陈雅,朱忠华,等.L-酪氨酸甲乙丁酯盐酸盐的合成研究[J]．食品研究与开发,2013,34(21):23-25

[8]汤军,陈轩,杜松云,等,L-酪氨酸苄酯的合成及其影响因素研究[J]．氨基酸和生物资源,2012,34(3):29-31

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

湖北省大学生创新创业训练计划项目（20131366005）；武汉理工大学华夏学院科研基金项目（11024）

汤军（1972—），男（汉），副教授，硕士，主要从事药物及药物中间体的研究与开发。

*通信作者：吕早生（1961—），男（汉），教授，博导，博士。