一、實驗目的
DEPBT1,2 [3-(二乙氧基磷酰氧基)-1,2,3-苯并三嗪-4-酮,3-(diethoxyphosphoryloxy)-1,2,3-benzotriazin-4(3H)-one]是近年來由我國科學家發展的一種反應條件溫和,底物氨基酸側鏈羥基、咪唑基等官能團不用保護3,4,產物消旋率低的含磷多肽縮合試劑5。它被廣泛用于生物活性多肽及其類似物的合成(Aldrich已將其商品化)6。
本實驗的目的1) 進一步熟悉查閱有機合成文獻的方法;2) 培養設計、完成與總結多步有機合成實驗的能力;3) 著重復習與提高減壓蒸餾、重結晶的實驗方法和技巧;4) 了解多肽合成的相關知識。
二、A 試劑與藥品
溶劑:無水甲醇 500mL, 普通甲醇 500mL, 無水乙醇 500mL, 普通乙醇 500mL, 乙酸乙酯 500mL´3, 石油醚(30-60℃)500mL´4, 無水苯 500mL´2,二氯甲烷 500mL,普通乙醚500mL´5。
藥品:鄰氨基苯甲酸 50g,亞硝酸鈉 25g,鹽酸羥胺 50g, 三氯化磷 250mL, 二氯亞砜 250mL,
磺酰氯 250mL, 三乙胺 250mL, 濃鹽酸 250mL, 氫氧化鈉 250g, 碳酸鈉 250g, 無水硫酸鈉 500g, 食鹽 2000g。
以上試劑與藥品為一個實驗小組(20人)用量。
B 儀器與設備
旋轉蒸發儀(1-2臺),電磁攪拌器(20臺),電熱套 (20套),有機實驗常用玻璃儀器(20套),
減壓蒸餾裝置(5套),機械泵(5-10 mmHg 真空度,3臺),循環水泵(2臺),氣流烘干器(1臺),熔點儀(1臺),紅外光譜儀(送樣測試)。
三、實驗步驟
1. 講解實驗內容與要求;查閱文獻擬定合成方案。
指導教師講解實驗內容與要求;介紹有機化學實驗的安全注意事項以及安全防護的基本知識;介紹使用圖書館、網絡資源和化學專業數據庫查閱合成文獻的方法。學生在閱讀實驗目的和查閱所列參考文獻的基礎上擬定實驗方案。在完成本單元的實驗后,請同學遞交以下材料:
a) DEPBT的合成路線;
b) DEPBT的熔點值、核磁共振與紅外表征數據;
c) DEPBT在Aldrich出售的價格;
d) 利用美國化學會數據庫查閱使用DEPBT做為縮合試劑的文獻。
2. 實驗方案可行性討論;合成鄰氨基苯甲酸甲酯。
對實驗單元1遞交的材料進行討論,確定最終的實驗方案。實驗路線圖如下:
本實驗以鄰氨基苯甲酸和三氯化磷為起始原料,經過四步反應得到多肽縮合試劑DEPBT。以下為實驗的具體步驟。要求實驗者在實驗開始前,查出所有起始原料的物理常數,如:分子量,密度,熔點,沸點等,并計算出各反應物的摩爾數和摩爾比。
鄰氨基苯甲酸甲酯(化合物1)的合成如下:20mL無水甲醇,用冰鹽浴冷至-10℃,緩慢滴入4.7mL氯化亞砜,加完后繼續攪拌20分鐘。加入鄰氨基苯甲酸2.5g, 室溫攪拌半小時,然后加熱回流至固體溶解呈玫瑰紅澄清溶液,繼續反應2h。用旋轉蒸發減壓除去溶劑得到大量固體,用飽和碳酸鈉溶液溶解,調節pH至8,此時有玫瑰色油析出,用乙醚提取(25mL´2),無水Na2SO4干燥,除去溶劑后得液體產物鄰氨基苯甲酸甲酯(化合物1)。
3.合成3-羥基-1,2,3-苯并三嗪-4-酮(HODhbt),重結晶純化。
0℃下將2.5克鹽酸羥胺緩慢加入18mL 4N的NaOH溶液中,攪拌至溶解。往此溶液中加入2.7g鄰氨基苯甲酸甲酯和12mL甲醇,室溫反應60h。減壓濃縮至三分之一體積時有沉淀析出,過濾,沉淀用乙醚充分洗滌(10mL´3),濾液用濃鹽酸酸化至pH為1,放置,有固體析出,過濾,將兩部分固體合并溶于36mL 1N鹽酸中,冷卻至0-5℃,于攪拌下滴加0.96g亞硝酸鈉在3.0mL水中的溶液。室溫反應45分鐘后過濾得到微黃色固體,乙醇重結晶得到白色晶體(化合物2)。Mp. 178-180℃ (文獻值)。
4.合成二乙氧基磷酰氯,減壓蒸餾純化產物,(本反應為兩人一組)。
17mL 無水苯與11.7mL 無水乙醇混和后冷卻至8-10℃,在此溫度下滴入5.8mL PCl3 與17mL 苯的混和溶液,加完后攪拌1h。在8-10℃下繼續滴入5.4mL SO2Cl2與17mL苯的混和溶液,室溫反應過夜,濃縮后減壓蒸餾,收集主要餾分,得到二乙氧基磷酰氯(化合物3)。
5.合成DEPBT, 重結晶純化。
將0.82gHODhbt溶于3mL 二氯甲烷及0.77mL三乙胺中,在冰浴冷卻下,滴加0.95g二乙氧基磷酰氯的二氯甲烷(1.5mL)溶液,加完后繼續攪拌4h,過濾除去三乙胺鹽酸鹽,濃縮,加入50mL乙酸乙酯,分別用水、0.1M HCl、飽和NaCl溶液洗滌,無水Na2SO4干燥,蒸去大部分乙酸乙酯至小體積(約0.5mL),加入石油醚得晶體產物DEPBT。
測定所得產物DEPBT(化合物4)的熔點和紅外光譜,并將其與文獻值對照。
6.總結。
學生計算各步反應的產率和總產率,撰寫實驗報告。集體討論多步有機合成實驗的體會與收獲,選擇部分同學就減壓蒸餾、重結晶、旋轉蒸發等實驗操作進行代表性發言。指導教師對本實驗進行總結,解釋DEPBT的熔點和紅外光譜數據,并就多肽縮合試劑DEPBT的優點,及其在多肽化學中的應用給予簡單的介紹。
四、參考文獻:
1. 葉蘊華,范崇旭,張德儀,謝海波,郝小林,田桂玲. 高等學校化學學報,1997,18,1086.
2. Fan, C. X.; Hao, X. L.; Ye, Y. H. Synth. Commun. 1996, 26, 1455.
3. Liu, P.; Sun, B. Y.; Chen, X. H.; Tian, G. L.; Ye, Y. H. Synth. Commun. 2002, 32, 473.
4. Shen, H. Y.; Tian, G. L.; Zhu, W. J.; Ha, S.; Ye, Y. H. Chinese Journal of Chemistry, 2003, 21, 801.
5. Li, H.-T.; Jiang, X.-H.; Ye, Y.-H.; Fan, C.-X.; Todd, R.; odman, M. Organic Letters 1999, 1, 91.