專利名稱：氮-氨甲酰基氨基酸熱水解制備光學活性氨基酸的方法
技術領域：
本發明涉及氨基酸的制備方法，尤其涉及一種手性的化合物-光學活性D型或L型氨基酸的制備方法。
如所周知，近年來制備光學活性氨基酸的研制工作有相當進展。如從5位取代的海因衍生物出發，經過專一的海因酶開環生成氮氨甲酰基-D(或L)-氨基酸，再水解得到D(或L)-氨基酸，是近十幾年開發的一條制備光學活性氨基酸的新途徑〔Syldatk，C.et al，Biotechnol.Fiechter，vol.41，291-316(1990))
外消旋的海因衍生物可用廉價原料醛來合成〔Bucherer，H.T.，Steiner，W.，J.Prakt.Chem.，140，291-316(1934)).反應(1)可自發進行.反應(2)所用的海因酶，又稱二氫嘧啶酶(EC3.5.2.2.)，具有D或L的底物立體專一性，在動、植物和微生物中都有發現〔Waltach，D.，Grisoloia，S.J.，biol.Chem.，226，277-288(1957)〕，目前已得到產酶活力較高的微生物〔孫萬儒，微生物學報，23(2)，133-142(1983)；江寧等，微生物學報，35(5).347-350(1995)).反應(3)可通過化學法〔Takahashi，S.et al.，J.Ferment.Technol.，4，328-332(1979))或酶法〔Olivieri，R.et al，Enzyme Mirob. Technol.，1，201-204(1979))進行.其反應如下化學法 酶法 這兩條合成路線對于生產非天然的D型氨基酸或代謝途徑較長，用發酵法生產率不高的L型氨基酸具有重要的應用價值。
但是，這兩條路線在實際應用上存在以下問題反應(3-1)使用了致癌物亞硝酸，會帶來嚴重的環境污染。反應(3-2)使用的酶，由于微生物代謝本身的原因，其活力只有海因酶的1/100到1/10，致使反應(3)與反應(2)難于匹配，限制了這條路線的實際應用。
本發明的目的在于用一個無環境污染，又有效的反應來代替(3-1)的化學反應或(3-2)的酶反應。這個反應就是我們發現的氮氨甲酰基氨基酸熱水解反應 當溫度超過80℃時，反應(3-3)即可進行，并很快達到平衡，但只要維持體系在弱酸或弱堿條件下，在反應過程中不斷加入3NHCl，維持體系的PH在3.0-6.0之間，使CO2不斷排出 或不斷加入30％NaOH，維持反應體系的PH在9.6-10.8之間，使NH3氣不斷排出 就可以打破平衡，使反應進行完全。
上述兩個反應(3-3-1)和(3-3-2)的溫度越高，反應速度越快，但考慮到設備的耐壓與反應平衡，溫度也不宜過高，一般以80℃-140℃為適宜，95℃-120℃更為適宜，在此種條件下反應時間一般以4-72hr.為適宜，16-48hr.更為適宜。這個反應的另一關鍵是控制PH，如酸性過強，氨甲酰基氨基酸將閉環成為海因衍生物，即進行反應(2)的逆反應。如堿性過強，得到的氨基酸將消旋而失去光學活性。
反應結束后，一般在10-600mmHg壓力下，更好在10-200mmHg壓力下減壓濃縮至原體積的1/20至1/2，濃縮程度可根據反應物的初始濃度來確定。再用3NHCl或30％NaOH調PH至該氨基酸的等電點(可從有關手冊查到或用實驗測得)，然后，在室溫或冷水浴或冰水浴或冰鹽浴中冷卻結晶，結晶溫度為-2℃-30℃，過濾后即可得到有光學活性的氨基酸。
本發明解決了化學法的污染問題，除了調PH用的酸堿外不需任何化學試劑。其效率又比酶法有了大幅度的提高。
為了進一步更加詳細地說明本發明的技術內容，舉以下幾個實施例實施例1在250ml圓底燒瓶中，加入4.0g氮氨甲酰基-D-(-)-苯甘氨酸，再加入100ml蒸餾水，充分混合，用30％NaOH調液體PH至10.0。
將上述燒瓶裝上回流裝置，于電加熱套上加熱至100℃沸騰后，再加熱回流反應35hr.，其間不斷加入30％NaOH保持PH在10.0-10.6之間，停止時反應轉化率為65％。
將上述反應液于80mmHg壓力減壓條件下濃縮，濃縮至30ml時停止，轉入燒杯中，于攪拌下加入3NHCl調PH至5.0，有大量D-(-)-苯甘氨酸晶體析出，將燒杯于冰水浴中冷卻，在4℃放置結晶過液后抽濾得D-(-)-苯甘氨酸晶體，干燥后得晶體1.78g，旋光純度80％，收率56％。
實施例2在250ml圓底燒瓶中加入4.0gN-氨甲酰基-D-(-)-苯甘氨酸，再加入100ml蒸餾水，充分混合后，用3NHCl調PH＝3.0，于熱電套上加熱至100℃沸騰30hr.，其間不斷加入3NHCl保持PH在3.0-5.0之間，反應停止時測得轉化率為90％。
上述反應液于80mmHg壓力減壓條件下濃縮至30ml左右，轉入燒杯中，邊攪拌邊加入30％NaOH溶液，調PH＝5.0，有大量D-(-)-苯甘氨酸晶體析出，將燒杯于冰水浴中冷卻，在4℃放置結晶過夜后，抽濾得D-(-)-苯甘氨酸晶體，干燥后得晶體2.40g，旋光純度97％，收率75％。
實施例3在250ml燒杯中，加入4.0g消旋苯海因，并加入50ml 0.05MNaHPO4水溶液，充分混合。
將具有D-海因酶活力的微出物細胞用50ml 0.05MNaHPO4水溶液懸浮，此菌懸液與苯海因溶液合并，在35℃下攪拌反應用NaOH恒定反應液PH于8.5，8hr.以后轉化率達90％以上，停止反應。
用HCl調反應液PH＝5.0，煮沸，乘熱過濾，得含有3.70g氮氨甲酰基-D-(-)-苯甘氨酸的溶液。
用3NHCl調此溶液PH＝3.0，轉入250ml圓底燒瓶中，于電熱套上加熱至100℃沸騰30hr.，其間不斷加入3NHCl保持PH在3.0-5.0之間，反應轉化率為90％。
將上述反應液于80mmHg壓力減壓條件下濃縮至30ml左右，轉入燒杯中，于攪拌下用30％NaOH調PH＝5.0，有大量D-(-)-苯甘氨酸晶體析出，將燒杯于冰水浴中冷卻，置于4℃結晶過夜，抽濾，晶體干燥后，得D-(-)-苯甘氨酸晶體2.17g，旋光純度94％，收率60％。
實施例4在100ml圓底燒瓶中加入0.4g氮氨甲酰基-L-(+)-苯丙氨酸，再加入20ml蒸餾水，充分混合，用3NHCl調PH3.0，于電熱套上加熱至100℃沸騰，反應35hr.，其間不斷加入3NHCl保持PH在3.0-5.0之間，停止時測得反應轉化率為88％。
將上述反應液于80mmHg壓力減壓條件下濃縮至30ml左右，轉化燒杯中，邊攪拌邊加入3NHCl調PH＝5.5，有大量L-(-)-苯丙氨酸晶體析出，將燒杯于冰水浴中冷卻，置于4℃結晶過夜后，抽濾，晶體干燥后，得L-(-)-苯丙氨酸0.24g，旋光純度97％，收率73％。
權利要求
1.一種光學活性氨基酸的制備方法，其特征在于通過氮氨甲酰基氨基酸的熱水解反應，將有光學活性的氮氨甲酰基氨基酸脫去氨甲酰基，得到相應的有光學活性的氨基酸，該方法包括1)反應物氮氨甲酰基氨基酸的濃度為0.1-45％(W/V)；2)反應溫度以80-140℃為適宜；3)用3NHCl或30％NaOH調節反應體系的PH，在反應過程中，使PH始終保持在弱酸PH3.0-6.0或弱堿PH9.6-10.8的范圍內；4)反應時間以4-72小時為適宜；5)反應結束后，在10-600mmHg壓力下減壓濃縮至初始體積的1/20-1/2；6)濃縮液用30％NaOH或3NHCl調PH至該氨基酸的等電點；7)在室溫或冷水浴或冰水浴或冰鹽浴中冷卻結晶，結晶溫度為-2-30℃，即得到光學活性氨基酸。
2.如權利要求1所述的光學活性氨基酸的制備方法，其特征在于所說的光學活性氨基酸可為D型或L型，其結構為 其中R-基可以為脂肪族基團，如CH3-， ，也可以為芳香簇基團，如
3.如權利要求1所述的光學活性氨基酸的制備方法，其特征在于所說的反應溫度以40-121℃更為適宜。
4.如權利要求1所述的光學活性氨基酸的制備方法，其特征在于所說的反應時間以16-48小時更為適宜。
5.如權利要求1所述的光學活性氨基酸的制備方法，其特征在于所說的壓力以10-200mmHg更為適宜。
全文摘要
本發明涉及一種光學活性氨基酸的制法，其特點是通過氮氨甲酰基氨基酸的熱水解反應制備具有光學活性的脂肪族和芳香族D型或L型氨基酸。反應物濃度為0.1-45％(W/V)，反應溫度為80-140℃，反應過程應始終維持在弱酸pH3.0-6.0或弱堿pH9.6-10.8范圍內。反應時間為4-72小時。反應結束后，在10-600mmHg壓力下減壓濃縮至初始體積的1/20至1/2，濃縮液用30％NaOH或3NHCl調pH至該氨基酸等電點，在室溫或冷水浴等中冷卻結晶，結晶溫度為-2-30℃，即制得本發明的氨基酸。該制法效率高，成本低，且無污染。
文檔編號C07C229/08GK1146447SQ9511683
公開日1997年4月2日 申請日期1995年9月29日 優先權日1995年9月29日
發明者江寧, 賀鵬, 孫萬儒, 盧大軍, 強亞靜, 楊柳 申請人:中國科學院微生物研究所