DL－异亮氨酸合成新工艺研究

崔国红

（四川天正化工有限责任公司，四川成都，610218）

DL－异亮氨酸合成新工艺研究

崔国红

（四川天正化工有限责任公司，四川成都，610218）

以丁酮和海因为原料经Knoevenagel condensations缩合、催化加氢、碱水解合成了DL－异亮氨酸，收率大于71%。

海因 催化加氢 DL－异亮氨酸

氨基酸是构成蛋白质的基本单位，也是形成生物体内重要生化物质，如酶、核蛋白、血红蛋白、激素等重要组成成分，与生命有着密切的关系。组成蛋白质的基本氨基酸有20多种，其中人体必需补充的氨基酸有8种，即苯丙氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苏氨酸；半必须氨基酸有4种，即精氨酸、组氨酸、胱氨酸和酪氨酸；非必需补充氨基酸有6种，即丙氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、丝氨酸、谷氨酸和脯氨酸等。

近几年来，由于氨基酸及其低聚肽在医药、农药和食品甜味剂等方面特殊的生理性能，已受到科学界广泛的重视，氨基酸产品的产量正在迅猛增大。

1 DL－异亮氨酸的分子结构及其物理化学性质

DL－异亮氨酸分子式为C6H13NO2，相对分子量131．18，CAS号:443－79－8。分子结构为:

DL－异亮氨酸为白色结晶或结晶粉末，是一种非极性氨基酸，味微苦，溶于水（20℃、25℃时溶解度分别为23．7 L和24．26 L）、乙酸（10．9g／L），可溶于稀盐酸、碱溶液及碳酸盐溶液，微溶于醇（0．72 g／L），不溶于醚，加热到145～148℃时升华，293～（ ）， 。

2 异亮氨酸的合成方法

异亮氨酸的合成方法文献报道主要有以下几种。

2．1 发酵法［1］

该法以使用葡萄糖等作为发酵碳源、能源，再添加特定的前体物质如A－氨基丁酸、A－羧基丁酸、D－苏氨酸、A－酮基异戊酸等，以避免氨基酸合成途径的反馈抑制，经微生物作用将其有效地转变为异亮氨酸。

2．2 以3－甲基戊酸为原料的合成方法［2］

该法以3－甲基戊酸为原料先溴化再氨化然后提纯得DL－异亮氨酸。

2．3 以甘氨酸为原料的微波辐射C－烷基化法［3］

以甘氨酸为原料，与无水乙醇及氯化亚砜作用，制得甘氨酸乙酯盐酸盐。再在二氯甲烷介质中，与三乙胺、苯甲醛反应生成苯亚甲氨基乙酸乙酯（简称Schiff碱）。用微波辐射使仲溴丁烷对Schiff碱进行烷基化，制得异亮氨酸。该法产率23．7%。

以上合成方法由于原料来源受限制、生产成本高、污染环境等原因，所以难以实现工业化生产。

2．4 以海因为原料的新工艺

该法以海因为原料，反应条件温和，环境友好，产品纯度有保证，是未来的发展方向。

3 实验部分

3．1 主要试剂与仪器

海因（自制）；丁酮（CP，成都科龙化学试剂公司）；复合催化剂（自制）；雷尼镍催化剂（自制）。其余试剂均为市售化学纯。上海物理光学仪器厂WRS－1型数字熔点仪；成都世纪方舟图科技有限公司PHS 3c＋型精密pH计；山东威海高压化工设备厂1000mL磁力搅拌高压釜；esun－0016凯氏定氮仪；Agilent 1120一体式液相色谱仪。

3．2 DL－异亮氨酸的合成

3．2．1 5－（1－甲基亚丙基）海因制备

于500mL三口瓶中加入水或循环母液200g（测定其中复合催化剂的量，不足时补加）及海因100．0g，开启搅拌，缓慢加入投料量的丁酮146．5g，加料完毕，维持回流反应一定时间（约5～7h）后，釜温不再上升，反应完毕，经回收丁酮至102℃以上，继续反应1h后，冷却至室温，过滤得中间体，适当水洗后得5－（1－甲基亚丙基）海因135．6g，摩尔收率88．0%，），mp 179～182℃（文献［4］:收率76．0%，mp 179～l82℃）。

母液回收洗水后，返回下次反应循环使用，蒸出的水作下次洗涤用。

3．2．2 5－（1－甲基丙基）海因制备

T－1型雷尼镍的制备［5］:在一个装有搅拌的1L三口瓶中，加入600mL10%氢氧化钠水溶液，加热至90℃，搅拌下，分批小量加入40g镍－铝合金。加入速度应使溶液温度维持在90—95℃之间，约20—30分钟内加完。再继续搅拌1小时。静置，让镍沉下，滗去上清液，然后以滗析法，洗涤五次，每次用200mL。在洗涤过程中，镍粉始终应为液体所覆盖，不可使催化剂与空气接触。制备好的催化剂应密闭、置于冰箱内，活性可维持三个月。

将100．0g 5－（1－甲基亚丙基）海因溶于一定浓度的500mL NaOH水溶液中，转入1000mL高压反应釜中，加入10．0g雷尼镍催化剂，用氢气置换4次，在一定氢气压力和温度下反应，当釜内氢气压力不再下降时，用液相色谱跟踪至反应完成。

反应完毕后自然冷却3h，打开釜盖，取出反应液，过滤出催化剂备用。反应液用硫酸调至pH值＝6，这时有大量白色固体析出，抽滤并干燥，得5－（1－甲基丙基）海因96．3g，产品摩尔收率为95．1%，也可不用调节pH值，直接转入下一步反应。用过的雷尼镍催化剂用水洗涤到pH值为7，重复使用5次，反应收率无明显下降。

3．2．3 DL－异亮氨酸制备

将制得的5－（1－甲基丙基）海因进行碱解反应，其过程如下:先加入1－甲基丙基海因78．0g，再加入一定浓度NaOH水溶液，配料完毕后转入高压釜反应数小时。反应结束后，将反应液冷却降至室温，加入浓盐酸缓慢将反应液pH值调至5．7～6．2，得到白色DL－异亮氨酸沉淀，而后使用20mL甲醇洗涤该沉淀，除去水解反应所带来的杂质，再于水中重结晶以除去氯化钠，可得到DL－异亮氨酸55．8g，反应的摩尔收率为85．0%。

结晶母液经除去氯化钠后循环回用。

3．3 目标合成物的分析

用pH值＝6．5的醋酸钠缓冲溶液和乙腈作流动相，梯度洗脱，210nm测得液相色谱纯度为98．8%。定氮测得氮含量为10．57%（理论值为10．67%）

近年来，城市轨道交通凭借其方便快捷、运量大、安全、准点等优势而得到广泛的发展。但城市轨道交通车辆运行过程中产生的噪声和振动，会严重影响旅客乘坐舒适性和沿途居民的生活质量。相比于刚性车轮，弹性车轮在减振降噪和降低轮轨动作用力等方面具备明显优势，所以许多发达国家已经开始在城轨车辆上使用弹性车轮。随着人们越发重视城市轨道交通的安全性，对城轨车辆使用弹性轮后在碰撞事故中的安全性进行研究是非常必要的。

3．4 结果与讨论

3．4．1 5－（1－甲基亚丙基）海因的制备

3．4．1．1 缩合反应中反应溶剂的选择

丁酮与海因的反应属于Knoevenagel condensations，在碱性条件下，海因的亚甲基上有活泼α氢原子，能够和醛或酮的羰基缩合脱水。文献报道［6］，该类反应可以在乙二醇、乙醇、醋酸或水等溶剂中反应，考虑到使用有机溶剂将提高生产成本，并造成一定的环境污染，因此本文使用水而不是有机溶剂为反应溶剂，且由于产物1－甲基丙基海因不溶于水，使得反应平衡向着正反应方向移动，有利于提高该反应转化率。

3．4．1．2 缩合反应催化剂的选择

文献报道1－甲基亚丙基海因合成方法均以乙醇胺作催化剂合成1－甲基亚丙基海因，以该方法制备反应最终收率不高［7，8］；本文在文献基础上，选用复合催化剂作为本反应催化剂，将丁酮（146．5g，2．0mo1），海因（100．5g，1．0mol）和选定催化剂溶于500mL水中，于1000mL三颈烧瓶中回流反应6h。反应结果如表1。

表1 采用复合催化剂的缩合反应效果

实验结果表明，采用复合催化剂后，可明显增强催化效果，保证主反应的选择性和收率。

3．4．2 5－（1－甲基丙基）海因的制备

在不饱和海因的加氢反应中，温度越高，反应速度越快，但温度高于80℃后，由于不饱和海因化合物的不稳定性，导致产率下降；反应温度高于100℃后反应时间会延长，估计是温度过高后催化剂活性降低的缘故。实验以相同投料量、相同反应压力、相同催化剂量，考察温度对反应的影响如图1、2。

3．4．2．2 加氢压力的选择

反应压力越高，氢在液相中的溶解度越大，催化反应速度越快。但压力越高，对设备和生产管理的要求也越高，加大了投资成本和日常操作费用。实验中以控制反应釜压力为1．0MPa，反应时间在4小时内能完成，可以满足生产要求。

3．4．3 DL－苯丙氨酸制备

3．4．3．1 碱浓度

碱浓度高，可提高水解釜的效率；但碱浓度越大，氨基酸在高碱度条件下易分解，以20%为宜。3．4．3．2 水解反应NaOH用量的影响

表2 碱用量对水解反应的影响

碱用量越大，反应越快，但碱用量增大，除钠工序效率将大大下降，且增大物料消耗，配比（碱／海因）超过2．0后，基本能在2．5小时内完成，能满足工业生产要求，因此适宜的配比宜在2．1～2．5之间。

3．4．3．3 水解反应时间的影响

水解时间与反应温度、碱用量、碱浓度有关，由上表可见，在配比（碱／海因）超过2．0后，基本能在2．5小时内完成，能满足工业生产要求。

4 小结

以自制海因、丁酮为原料，与自制复合催化剂在70～102℃经Knoevenagelcondensations缩合制得5－（1－甲基亚丙基）海因，用雷尼镍催化剂在80℃、1．0MPa、碱性条件下催化加氢得5－（1－甲基丙基）海因，后于150～160℃、碱配比2．1～2．5下碱水解合成DL－异亮氨酸，过程中采用母液循环工艺，降低废水排放量，实现了低成本环保合成工艺。

［1］李光霞，李宗伟，陈林海，等．发酵法生产L－异亮氨酸的研究进展［J］．食品与发酵工业，2006，1（32）:57－61．

［2］周骏山编著．实用氨基酸手册．无锡市氨基酸研究所，1989．

［3］张良珂，黄瑜，陈锡如．微波辐射C－烷基化合成异亮氨酸［J］．四川大学学报（工程科学版），2000，1（32）:21－24．

［4］许贯虹，李飞，张宏娟，等．3－甲基－2－氧代戊酸钙的合成［J］．中国医药工业杂志，2008，39（8）:576－577．

［5］曹飞．饲料级L－色氨酸的制备［D］．南京:南京工业大学，2002．

［6］Billek G．P－Hydroxyohenylpymvie acid［J］，Monatsh．Chem． 1961．92．335—342．

［7］Gaudette，Roger R．5－Secondary alkylidene hydantoins and their preparation:GB1550994，1977．10．05．

［8］近藤茂雄，须藤哲司，荻原光男，等．Jp54－103824［P］．1979．08 ·l5．（CA 198l，92:146275）．

Abstract:In this paper，butanone and hydantoin as the raw materials pass through Knoevenagel condensations，Catalytic hydrogenation，alkali hydrolyze to synthesized DL－isoleucine，yield of more than 71%．The process there is not reported in the literature．

Key words:hydantoin；catalytic hydrogenation；DL－isoleucine

Study on the New Synthesis of DL－isoleucine

Cui Guohong
（Sichuan Tianzheng Chemical Co．，Ltd．，Chengdu 610218，China）