N-丁氧羰基-4-溴丙氨酸的合成方法是什么？

N-丁氧羰基-4-溴苯丙氨酸（CAS号：131818-17-2），化学名为N-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-4-溴苯丙氨酸，简称Boc-4-Br-Phe-OH，是一种重要的保护氨基酸衍生物。它在肽合成和药物化学领域广泛应用，作为苯丙氨酸的4-位溴取代衍生物，其Boc（tert-butoxycarbonyl）保护基团能有效保护氨基，避免在多步反应中发生副反应。该化合物的分子式为C14H18BrNO4，分子量为342.20 g/mol，常温下为白色至浅黄色粉末，溶于有机溶剂如二甲基甲酰胺（DMF）和二氯甲烷（DCM），但在水中溶解度较低。

从化学专业角度来看，该化合物的合成通常基于L-4-溴苯丙氨酸（L-4-Br-Phe-OH）的N端保护反应。L-4-溴苯丙氨酸本身可通过商业采购或从L-苯丙氨酸的电泳溴化合成获得。合成过程需注意手性纯度保留（通常为L-构型），以及溴取代基的稳定性，避免在碱性条件下脱溴。以下详细描述一种标准实验室合成路线，适用于公斤级规模生产，产率一般在80-95%之间。

合成原料与条件

主要原料

• L-4-溴苯丙氨酸（L-4-Br-Phe-OH）：1.0当量（约28.7 g，0.1 mol），纯度>98%。
• 二叔丁基二碳酸酯（Boc2O）：1.2当量（约26.2 g，0.12 mol）。
• 碱：氢氧化钠（NaOH）或三乙胺（TEA），1.5-2.0当量，用于中和羧酸和促进反应。
• 溶剂：1,4-二氧六环（Dioxane）或四氢呋喃（THF）：水混合体系（1:1 v/v），总溶剂量约500 mL。
• 其他：冰醋酸（用于pH调节）、乙酸乙酯（用于萃取）、石油醚（用于重结晶）。

反应条件

• 温度：0-25°C（起始低温以控制放热）。
• 时间：反应2-4小时，搅拌下进行。
• pH控制：反应过程中维持pH 8-10，以确保羧酸以羧酸盐形式存在，促进Boc保护。
• 仪器：磁力搅拌器、pH计、旋转蒸发仪、真空干燥箱。

该路线基于Schotten-Baumann条件变体，是一种经典的Boc保护方法，适用于大多数氨基酸。化学原理在于Boc2O在碱性条件下发生亲核攻击，由氨基的氮原子取代生成Boc保护基，同时释放CO2和叔丁醇。

详细合成步骤

步骤1：准备反应混合物

在冰浴中，将L-4-溴苯丙氨酸（28.7 g，0.1 mol）溶解于二氧六环（250 mL）和去离子水（250 mL）的混合溶剂中。缓慢加入1 M NaOH溶液（150 mL，0.15 mol），搅拌至完全溶解，形成透明的氨基酸盐溶液。此时，体系pH约为9-10，确保羧基以钠盐形式存在，有利于后续反应。注意：L-4-溴苯丙氨酸的溶解度较低，若不溶解，可略微加热至30°C。

步骤2：加入保护试剂

将Boc2O（26.2 g，0.12 mol）分批加入上述溶液中，每批约5 g，间隔10-15分钟，避免局部过热。反应温度控制在0-5°C起始，逐渐升至室温（25°C）。使用pH计监测，并用1 M NaOH滴定维持pH 8-9。反应过程中，Boc2O与氨基酸盐发生反应：

R-NH₂ + (Boc)2O → R-NH-Boc + CO₂ + t-BuOH

其中R为4-溴苯丙氨酰基。整个加料和反应过程需2小时。监测反应：可用TLC（薄层色谱，展开剂：氯仿:甲醇=9:1，Rf≈0.6 for 产物）或HPLC确认转化率>95%。

步骤3：后处理与纯化

反应结束后，用冰醋酸将pH调节至3-4，使产物以游离酸形式析出。真空浓缩去除二氧六环（旋转蒸发，浴温<40°C），残渣用乙酸乙酯（300 mL×3）萃取，水相弃去。有机相用无水硫酸钠干燥，过滤后浓缩至油状物。加入石油醚（100 mL）诱导结晶，过滤收集固体，用少量冷乙酸乙酯/石油醚（1:5）洗涤。真空干燥得粗产物，产率约90%。

进一步纯化：粗产物溶于热乙醇（50 mL），加入等体积石油醚重结晶，冷却至0°C，过滤干燥。最终产物为白色粉末，纯度>99%（HPLC检测）。总产率85-95%，NMR确认：1H NMR (DMSO-d6) δ 12.5 (br s, 1H, COOH), 7.4-7.5 (d, 2H, Ar-H), 7.2 (d, 2H, Ar-H), 6.8 (d, 1H, NH), 4.2 (t, 1H, α-H), 3.0 (d, 2H, β-CH2), 1.4 (s, 9H, t-Bu)。

步骤4：产量与表征

典型产量：28-30 g（85-95%理论产率）。表征方法：

• MS：ESI-MS m/z 344 [M+H]+（计算值342 +1）。
• 旋光度：[α]D20 = -15° (c=1, MeOH)，确认L-构型。
• 元素分析：符合C14H18BrNO4理论值。

注意事项与潜在问题

安全与环境考虑

• Boc2O易潮解，储存于干燥条件下；溴取代基使化合物对光敏感，避免长时间暴露。
• 反应涉及碱性条件，操作时戴防护手套、眼镜。废液中和后处理，溴离子可通过银盐沉淀去除。
• 规模化时，注意放热控制，使用冷却夹套；工业生产可采用连续流反应器提高效率。

常见问题及解决方案

• 低产率：可能由于pH过低导致羧酸未离子化，或Boc2O分解。解决：严格控制pH，并使用新鲜Boc2O。
• 副产物：O-Boc酯化（<5%），可用碱性水解去除。TLC监测可及早发现。
• 手性纯度：起始物若ee>99%，产物可保持；若需高纯，可用手性HPLC分离。
• 替代路线：若无L-4-Br-Phe，可从L-酪氨酸经Sandmeyer反应引入溴，但步骤多、产率低（~60%）。

应用扩展

该化合物常用于固相肽合成（SPPS），如在Fmoc/Boc策略中作为构建块。进一步衍生可生成肽偶联物，用于研究溴取代对蛋白酶抑制的影响。在药物开发中，它是潜在的CNS靶向配体前体。

此合成方法简便、经济，适合实验室和工业应用。实际操作前，建议参考最新文献（如Organic Syntheses）优化条件。