馬曉雪, 陳旭東, 吳志文, 楊 洋, 齊賽男, 葛 唱, 汪緒龍, 隋 強*

(1. 上海工程技術大學 化學化工學院,上海 201620; 2. 中國醫(yī)藥工業(yè)研究總院,上海 201203)

麥角硫因(1),化學名為(2S)-N,N,N-2-三甲基乙胺(2-巰基-1H-咪唑-4-基)丙酸,是一種稀有的天然手性氨基酸[1]。麥角硫因由放線菌與多種真菌等微生物合成,因動物機體無法主動合成,所以僅能從食物中攝取[2-3]。麥角硫因是機體內重要的生理活性物質[1],具有抗氧化、抗衰老、防止紫外輻射、抗炎、抗甲狀腺、預防心血管類疾病等多種功能[3-4],分別于2017年和2019年通過歐盟和FDA的安全性審查。因此,麥角硫因不僅在化妝品領域有廣泛的應用,而且在治療學、生物醫(yī)學與保健品等領域極具應用價值[5]。

目前,文獻已報道麥角硫因的化學合成方法主要有4種。路線1(Scheme 1):以L-組氨酸甲酯鹽酸鹽為起始原料,經還原胺化、巰基化、巰基保護、甲基化、脫保護5步反應得到1,總收率31.66%[6]。路線2(Scheme 2):以L-組氨酸為起始原料,經酯化、咪唑開環(huán)、脫保護、咪唑關環(huán)、巰基保護、還原胺化、甲基化、脫保護8步反應制得1,收率21.39%[7]。兩條路線均采用巰基化-巰基保護-甲基化-脫保護策略,導致路線冗長,收率較低。并且,脫除保護基時,反應溫度較高,3-巰基丙酸用量過大造成資源浪費,導致收率均較低。

Scheme1

Scheme 2

路線3(Scheme 3)和路線4(Scheme 4)模仿生物合成途徑制備1:L-組氨酸,先經三甲基化得直接生物前體L-組氨酸甜菜堿,后經巰基化得麥角硫因[8](避免引入巰基保護基,縮短反應路線)。路線3以N-叔丁氧羰基-1-芐基-L-組氨酸為原料,經叔丁氧羰基脫除、還原胺化、甲基化、巰基化、裂解5步反應得到1[9]。該路線收率為51.53%,高于文獻[6-7,10]收率,但原料價格昂貴,中間體純化需兩次使用反相層析柱(C18),不符合經濟效益原則,反應規(guī)模停留在毫克級別,不適于大量1的制備。路線4以直接生物前體L-組氨酸甜菜堿為起始原料,與L-半胱氨酸、3-巰基丙酸經“一鍋法”制得1,收率40.00%[10]。該方法縮短反應路線,省去中間體分離純化操作,符合綠色發(fā)展理念,但原料價格昂貴,獲取途徑少,因此仍有改進空間。

Scheme 3

Scheme 4

Scheme 5

本文在文獻方法基礎上,采用仿生合成法制備1(Scheme 5),并對合成工藝進行改進:以L-組氨酸為起始原料,與稀硫酸、氫氣和甲醛發(fā)生還原胺化,首次使用稀硫酸作質子化試劑,甲醇作重結晶溶劑,得非吸濕性白色固體N,N-二甲基-L-組氨酸硫酸鹽水合物3,收率由91.00%提高至98.66%[11]。若3以鹽酸鹽形式參與反應,將導致大量銨鹽溶解在反應液中，僅能通過樹脂除去。本文先將3變?yōu)橛坞x堿,再過濾除去硫酸銨,濾液與碘甲烷反應得到化合物4,然后用OH-型樹脂攪拌除去生成的少量碘化銨,收率95.11%[12]。4與L-半胱氨酸、3-巰基丙酸經“一鍋法”得麥角硫因(1),用HCO3-型樹脂除去銨鹽,粗品經甲醇精制得白色固體粉末,收率由40.00%提高至50.03%[10],化學純度99.56%,總收率為46.95%。改進后的工藝操作簡單、原料價廉易得、步驟簡短、反應條件相對溫和可控、收率較高,適用于百克級麥角硫因的制備。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

申光WRS-3型數字顯示熔點儀;申光WZZ-2S型自動旋光儀;Bruker Avance Ⅲ 400 核磁共振儀(CH3OD、 D2O為溶劑,TMS為內標);Agilent 6210系列質譜儀;Agilent Infinity 1260高效液相色譜儀。

L-組氨酸,D-組氨酸(梯希愛化成工業(yè)發(fā)展有限公司);碘甲烷(薩恩化學技術有限公司);L-半胱氨酸,3-巰基丙酸(上海邁瑞爾化學技術有限公司);氨(甲醇)(阿達瑪斯試劑有限公司);無水甲醇(國藥集團化學試劑有限公司);其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1)3的合成

(2)4的合成

(3)L-麥角硫因(1)的合成

(4)D-麥角硫因的合成

2 結果與討論

2.1 3的合成

在合成3的過程中,在文獻的基礎上,對質子化試劑種類和重結晶溶劑進行篩選,結果見表1和表2。經分析可知:選用稀硫酸(H2SO4)和濃鹽酸(HCl)作質子化試劑,反應轉化率較高,但鹽酸鹽水合物吸濕性極強,不易轉移和保存,而硫酸鹽水合物(3)經重結晶得到非吸濕性白色固體;3的粗品為黏度較大的無色油狀液體,重結晶溶劑和溶劑體積對析晶過程有重要影響,選用3種不同溶劑體系和4種溶劑體積分別對3進行純化。結果表明,選用6倍體積甲醇(CH3OH)作重結晶溶劑時,收率最高,達98.66%,純度99.16%。

表 1 質子化試劑和重結晶溶劑篩選

表 2 重結晶溶劑體積篩選*

2.2 1的合成

在“一鍋法”合成1的過程中,對重結晶/結晶溶劑種類和體積進行篩選,結果見表3和表4。由實驗可知,1水溶性極好,在有機溶劑中溶解度一般。選用含水的混合溶劑(Et2O-H2O/CH3OH-H2O)進行重結晶導致1損失過多。選用對雜質溶解較好、而對1溶解度較低的甲醇(CH3OH)作結晶溶劑可提高收率,當選用5倍體積甲醇結晶粗品時,收率最高,達50.03%,純度為99.56%。

表3 重結晶/結晶溶劑篩選

表4 重結晶溶劑體積篩選*

采用仿生合成法制備麥角硫因,以L-組氨酸為起始原料,經還原胺化、甲基化、“一鍋法”得到麥角硫因。對質子化試劑、中間體和終產物重結晶溶劑進行篩選,得到最佳工藝條件:合成3的最佳質子化試劑為稀硫酸,甲醇為重結晶溶劑;優(yōu)選甲醇作為1的結晶溶劑。該工藝成本低、收率高、條件溫和、適用于百克級規(guī)模合成。