Способ получения l-цистина из депротонированного l-цистеина

Изобретение относится к способу получения L-цистина общей формулы (1). Способ осуществляется путем окисления депротонированного с помощью NaOH L-цистеина кислородом воздуха в присутствии солей двухвалентной меди(II) (Cu(KO)_у) в дистиллированной воде. В качестве Cu(KO)_у применяется CuSO₄ или CuCl₂. В реакции используют мольное соотношение реагентов L-cys:Cu(KO)_y=1:(0,8-1,0) при температуре 20-25°С в течение 5 мин. Предлагаемый способ позволяет получать L-цистин формулы (1) с выходом, достигающим 99%. 1 табл., 17 пр.

 

Изобретение относится к способу получения аминокислоты L-цистина из депротонированного с помощью NaOH L-цистеина с участием сульфатов или хлоридов Cu(II) формулы (1):

Разработанный способ заключается в окислении депротонированного с помощью NaOH L-цистеина кислородом воздуха в присутствии CuSO₄ или CuCl₂ и позволяет получать L-цистин (1) с выходом, достигающим 99%.

В настоящее время L-цистин (1) востребован в качестве реагента для синтеза лекарственных веществ, применяемых при болезнях печени, интоксикации организма, снижении иммунитета, желчекаменной болезни, бронхите и трахеите, дерматитах, повреждениях соединительной ткани, а также используется в качестве пищевой добавки ([1] Scuderi D., Bodo Ε., Chiavarino В., Fornarini S., Crestoni M.E. Chem. Eur. J. - 2016. - 22. - P. 1-13.; [2] Eaton P., Jones M.E., McGregor E., Dunn M.J., Leeds N., Byers H.L., Leung K.Y., Ward M.A., Pratt J.R, Shattock M. J. J. Am. Soc. Nephrol. - 2003. - 14. - P. 290-296).

Известен способ способ ([3] Saez G., Thornalley P.G., Hill H.A.O., Hems R., Bannister J.V. Biochimica et Biophysica Acta. - 1982. - №719. - P. 24-31) получения 1 реакцией окисления L-цистеина с участием 5,5-диметил-1-пирролин-N-оксида (ДМПО) в фосфатном буферном растворе при рН 7.4 в течение 3 часов по схеме:

Данный способ не позволяет получать L-цистин (1) с выходом 99%.

Известен способ ([4] Arai K., Osaka Y., Haneda Μ., Sato Υ. Catal. Sci. Technol. - 2019. - 9. - P. 3647-3655) окисления L-цистеина до L-цистина (1) с выходом 94% в присутствии HCl, циклического теллурида (2) и гидропероксида кумола (3) в растворе CH₂Cl₂ при температуре 25°С за 6 часов по схеме:

Известный способ не позволяет получать L-цистин (1) с выходом 99%.

Известен способ ([5] Oba М., Tanaka K., Nishiyama K., Ando W. J. Org. Chem. - 2011. - 76. - P. 4173-4177) получения L-цистина (1) с выходом 99% реакцией окисления L-цистеина кислородом воздуха в присутствии бис(4-метоксифенил)теллурида (4), в смеси 2-пропанол/H₂O при УФ-облучении при температуре 0°С за 50 минут по схеме:

В известном способе используются достаточно дорогостоящие реагенты и время проведения реакции составляет 50 минут. Также, реакцию получения L-цистина (1) проводят при 0°С и при действии УФ-излучении, что требует дополнительных затрат.

Наиболее близким способом является ([6] Smith R.C., Reed V.D., Hill W.E. Phosphorus, Sulfur, Silicon. - 1994. - 90. - P. 147-154) получения L-цистина (1) в реакции окисления L-цистеина в присутствии CuSO₄⋅5H₂O и ДТНБ (5,5'-дитиобис(2-нитробензойной кислоты)) в ТРИС-буферной системе при рН 7.5 и температуре 30°С.

Данный способ не позволяет получать L-цистин (1) с выходом 99%.

Таким образом, приведенные в литературе способы получения L-цистина (1) из L-цистеина либо не позволяют получать его с максимальным выходом, либо в имеющихся способах применяется большое количество дорогостоящих реагентов и не достаточно выгодные условия проведения реакции.

Технической задачей изобретения является оптимизация условий проведения реакции и разработка способа получения L-цистина (1) с выходом, достигающим 99%.

Сущность способа заключается в окислении депротонированного с помощью NaOH L-цистеина (L-cys) кислородом воздуха в присутствии (Cu(KO)_у) (где Cu(KO)_у это CuSO₄ или CuCl₂), взятых в мольном соотношении L-cys:Cu(KO)_y=1:(0,8-1,0) при температуре 20-25°С в течение 5 минут в дистиллированной воде в атмосфере воздуха. Выход целевого продукта 1 достигает 99%.

Реакция проходит по схеме:

Максимальный выход L-цистина (1) (99%) достигается только с участием CuSO₄ или CuCl₂ (Cu(KO)_у). Присутствие солей других переходных металлов (NiSO₄, NiCl₂, ZnCl₂, Fe(NO₃)₃, FeCl₃, Fe₂(SO₄)₃, Cu(NO₃)₂), а также использование соединений непереходных металлов (Na₂SO₄, K₂SO₄, MgSO₄) приводит к уменьшению выхода целевого продукта и увеличивает время проведения реакции.

Реакцию проводили при перемешивании на магнитной мешалке, при температуре ~20-25°С. Повышение температуры свыше 25°С приводит к уменьшению выхода 1. Проведение реакции при температуре ниже 20°С снижает скорость образования целевого продукта 1, а также увеличивает время реакции.

Реакция проходит с максимальным выходом 99% при мольном соотношении исходных реагентов депротонированный L-цистеин:Cu(KO)_y=1:(0,8-1,0).

Снижение стехиометрического количества CuSO₄ или CuCl₂ (Cu(KO)_у) ниже 0,8 моль, а также увеличение свыше 1,0 моль приводит к образованию комплексных соединений и в этом случае целевой продукт (1) не образуется (таблица).

Существенные отличия предлагаемого способа:

1. В предлагаемом способе в качестве исходных соединений используется депротонированный с помощью NaOH L-цистеин (рН=10,5) и CuSO₄ (или CuCl₂) в соотношении 1:(0,8-1,0) в дистиллированной воде.

В известных способах реакцию проводят в буферных растворах, а также применяют дорогостоящие реагенты.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:

1. Способ позволяет получать L-цистин (1) с выходом 99%.

2. В ходе синтеза используются простые и недорогие реагенты и растворители.

3. Время реакции составляет 5 минут.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. В стеклянной колбе объемом 100 мл, установленной на магнитной мешалке, к раствору депротонированного с помощью 1,65 мл 1М раствора NaOH (1М) L-цистеина (L-cys) 200 мг (1,65 ммоль), добавляли раствор CuCl₂ (1,32 ммоль, 225 мг в дистиллированной воде V=10 мл). Соотношение исходных реагентов 1:0,8. Реакцию проводили при температуре 20°С при непрерывном перемешивании в течение 5 мин. Получили L-цистин (1) с выходом 99% (Табл. 1, строка 11).

Пример 2. В стеклянной колбе объемом 100 мл, установленной на магнитной мешалке, к раствору депротонированного с помощью 1,65 мл раствора NaOH (1М) L-цистеина (L-cys) 200 мг (1.65 ммоль), добавляли раствор CuSO₄ (1,65 ммоль, 263 мг в дистиллированной воде V=10 мл). Соотношение исходных реагентов 1:1. Реакцию проводили при температуре 20°С при непрерывном перемешивании в течение 5 мин. Получили L-цистин 1 с выходом 99% (Табл. 1, строка 8).

Пример 3. В стеклянной колбе объемом 100 мл, установленной на магнитной мешалке, к раствору депротонированного с помощью 1,65 мл раствора NaOH (1М) L-цистеина (L-cys) 200 мг (1.65 ммоль), добавляли раствор NiSO₄ (1,65 ммоль, 463 мг в дистиллированной воде V=10 мл). Соотношение исходных реагентов 1:1. Реакцию проводили при температуре 20°С при непрерывном перемешивании в течение 24 часов. Получили L-цистин 1 с выходом 86% (Табл. 1, строка 1).

Примеры 4-17 выполнены аналогично примерам 1-3. Результаты приведены в таблице 1.

Спектральные характеристики L-цистина (1).

ЯМР ¹Н (500 МГц, D₂O) δ_H 3.08 (дд, ²J=14 Гц, ³J=7.7 Гц, 1H, CHH, 3.28 (дд, ²J=13,9 Гц, ³J=4,5 Гц, 1Н, СНН), 3.83 (дд, ²J=12.2 Гц, J=4.5 Гц, 1Н, CH₂CHCOOH).

ЯМР ¹³С (500 МГц, D₂O) 42.06 (С₁,С₁'), 54.66 (С₂, С₂'), 178.64 (С₃, С₃').

FTIR (KBr, cm^-1): 2976-3356 wm (ν_as,s(NH₂)); 2718-2917 wm ν_as,s(CH,CH₃); 1623 m, 1585 s ν_as(COO^-); 1490 m δ_as,s(ΝΗ₃⁺); 1405 s, 1383 m ν_s(COO^-); 1339 m, 1297 m, 1194 m δ(CH,CH₂).

Способ получения L-цистина общей формулы (1)

из депротонированного с помощью NaOH L-цистеина путем окисления кислородом воздуха в присутствии солей двухвалентной меди(II) (Cu(KO)_у), где в качестве Cu(KO)_у используется CuSO₄ или CuCl₂, в дистиллированной воде, отличающийся тем, что в реакции используют мольное соотношение реагентов L-cys:Cu(KO)_y=1:(0,8-1,0) при температуре 20-25°С в течение 5 мин.