第30卷第11期VoL30Na 112007年11月河北化工Nov. 2007阿斯巴甜的合成研究錢亞杰,錢志偉(1.宜興市湖濱有機(jī)化工廠,江蘇宜興214206;江蘇漢光生物工程有限公司, 江蘇宜興214206)[摘要]評述了化學(xué)法、生物法、基因工程法、 合成阿斯巴甜的進(jìn)展，指出了阿斯巴甜對N端的結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的要求，以及疏水基團(tuán)X、肽鍵、氨基上的氫鍵對阿斯巴甜甜味的影響。[關(guān)鍵詞]阿斯巴甜:合成;應(yīng)用:前景[中圈分類號(hào)] TS 202.3[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1003- 5095 (007011-0038-03阿斯巴甜(Aspartame, C14H18N205) ,化學(xué)名稱甲基-3-甲?；?5-氧-4-囈唑乙酸;由N-Z-Asp、為N-a-L-天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯，由美國G. (- -CHO- -)。 合成的3-芐氧羰基-5氧-4嚅唑乙酸;D. Searle公司的研究人員在合成促胃液分泌激素時(shí)由N-Z- Asp.甲基乙基磺原酸酯、PBr3合成的I-天冬偶然發(fā)現(xiàn)其甜味,成為二肽類中第- -個(gè)被發(fā)現(xiàn)有甜味氨酸疏代羰基酸酐(L-Asp-NTA){4s,其中以L-Asp-NTA的物質(zhì)。它在水中溶解度約為1%，乙醇中為最具有代表性。合成時(shí),首先將N-Z Asp、甲基乙基磺0.26 mg/100 mL?？勺鳛榉菭I養(yǎng)型甜味劑。原酸酯在45-50 C下于NaOH+ CHLOH,介質(zhì)中反應(yīng)生1阿斯巴甜合成成硫羰氧基甲酸乙酯,后者于25 C下與PBr,反應(yīng)得1.1 化學(xué)合成法到穩(wěn)定的衍生物I-Asp-NTA晶體，得率高達(dá)90%,將1.1.1 內(nèi)酐法L-Asp-NTA與L-Phe.OMe-HCl在25 C特定pH值條- -種是用芐氧羰基為保護(hù)基,先上保護(hù)基后脫水件下縮合成高含量的a -APM,得率為63%6.形成的內(nèi)酐的方法;另- -種是在甲酸、醋酸酐混合溶安徽省應(yīng)用技術(shù)研究所將N-Z-Asp.( -CHO- -)。液中一一步形成甲?；扉T冬氨酸酐的方法。 后者在工在苯溶劑中,以對甲基苯磺酸為催化劑,70-80 C成業(yè)化生產(chǎn)中最為常見。內(nèi)酐法是最早期的方法，反應(yīng)功合成了3-芐氧羰基-5氧-4-囈唑乙酸，收率達(dá)中不可避免會(huì)產(chǎn)生β-異構(gòu)體,收率低。但近十年來，90%以上,后者與苯丙氨酸甲酯在非質(zhì)子性溶劑中反在反應(yīng)體系、β-異構(gòu)體回收工藝方面有了較大的改應(yīng)生成N-Z-Asp- Phe*OMe, 用常規(guī)方法脫去保護(hù)基,進(jìn),加上輔助原料價(jià)廉易購,因此仍具有工業(yè)生產(chǎn)價(jià)得到 a -APM,收率達(dá)70%。值。內(nèi)酐法可分為先酯化和后酯化兩種方法。內(nèi)酯法收率高，但因磺原酸甲乙酯原料來源困內(nèi)酐法的縮合反應(yīng)通常在Et0Ac/HAc有機(jī)溶劑難, 氧甲酸芐酯合成需劇毒原料,使其工業(yè)應(yīng)用受到中進(jìn)行,內(nèi)酐中兩個(gè)羰基的存在,會(huì)產(chǎn)生a、β兩種了限制,尋找-條適合、經(jīng)濟(jì)的合成路線是目前內(nèi)酯異構(gòu)體,其中β-異構(gòu)體有苦味。兩種異構(gòu)體的鹽酸法研究的熱點(diǎn)。鹽在水中溶解度相差90倍以上,利用這個(gè)性質(zhì)很容1.1.3 其他化學(xué)合成法易將β-異構(gòu)體除去，再用弱堿調(diào)pH至4.5-5.5,Ariyoshi Y. 等提出一種不需保護(hù)天冬氨酸基團(tuán)就得到a-APM。而直接合成a-APM的方法1。他們將天門冬氨酸酐1.1.2 內(nèi)酯法鹽化合物與L-Phe*0Me在氯乙烯之類有機(jī)溶劑中發(fā)天門冬氨酸以內(nèi)酯的形式參與縮合反應(yīng)的方法生縮合反應(yīng)生成a-APM和β-APM混合物，通過優(yōu)稱為內(nèi)酯法,這種縮合反應(yīng)只生成a-異構(gòu)體- -種產(chǎn)化反應(yīng)條件成功地實(shí)現(xiàn)了無保護(hù)基的反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)率物，具有很大的優(yōu)越性。常見的內(nèi)酯主要有:由L-Asp達(dá) 37%左右。此外,還有報(bào)道用馬來酸酐和L-Phe*OMe與Ac2O.HCOOH.Br.CHO、HAc"- -鍋法”合成的2-三溴為起生成N-(2-羧基[收稿日期]2007-05- 09丙烯中國煤化工&在四氫呋喃中縮[作者簡介]錢亞杰(1967-),男,工程師，從事化工生產(chǎn)與技合，CNMH G還原成β-APM;術(shù)管理. .β-APM在醋酐溶液中發(fā)生縮合反應(yīng)，加酸水解,得到第11期錢亞杰錢志偉:阿斯巴甜的合成研究.39●a -APM。用性較小，這些不足之處導(dǎo)致其產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢并不多?；瘜W(xué)合成法路線普遍較長，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一1.3基因工程法些副產(chǎn)物,收率都偏低，但由于L-Asp和L-Phe的化通過重組技術(shù),前體化合物天門冬酰可以合成具學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定,易于從化學(xué)反應(yīng)后母液及副產(chǎn)物中有(L- 天冬氨酸-L-苯丙氨酰)。密碼的多聚體雙鏈回收,目前它仍為a-APM 的最主要的生產(chǎn)方法。DNA，在Hind I限制性內(nèi)切酶的切口處連接到pWT1.2酶合成法121質(zhì)粒上或用Eco RI酶連接至pBGprao 質(zhì)粒上,再酶合成法是使用合適的蛋白酶,將L-Asp(氨基轉(zhuǎn)入大腸桿菌Kr中，從寄主中獲得含有這一重復(fù)序已保護(hù)或未保護(hù))與L-Phe*OMe縮合在一-起。 除此之列的大分子肽,提取后用胰凝蛋白酶(Chymotrypsin)外的反應(yīng)操作與化學(xué)合成法- -樣?；蚩莶輻U菌蛋白酶切開得到Asp- Phe,再甲酯化合1979年IsowaY.等用嗜熱菌蛋白酶Ther-成a-APM[19.該方法目前還處于實(shí)驗(yàn)階段。molysin thermoase) 成功地將L-苯丙氨酸甲酯和2阿斯巴甜的性能N被護(hù)L-天門冬氨酸合成a -APM前體，從此之后2.1阿斯巴甜基礎(chǔ)研究人們陸續(xù)開發(fā)出多種具有該功能的酶。木瓜蛋白酶通過對Aspartame結(jié)構(gòu)的研究,發(fā)現(xiàn)N-端的天在乙酸乙酯和水組成的兩相溶劑中催化N芐氧羰冬氨酸對結(jié)構(gòu)具有嚴(yán)格的要求，它只能被L-天冬酰.基-[-天門冬氨酸-a-甲酯。內(nèi)酞酶CEndepepti-氨和氨基丙二酰所取代20.用其他天然存在的氨基dase)可催化N-苯甲?；?L-天門冬氨酸-a-甲酯酸,包括谷氨酸(或天冬氨酸的高級(jí)同系物)來替代與N-苯丙氨酸甲酯反應(yīng)，生成苯甲?；?[-天門冬Aspartame分子中的L~天冬氨酸，都會(huì)使其喪失甜酰-L-苯丙氨酸甲酯.嗜熱脂肪芽胞桿菌Bacillus味并變成苦味。天冬氨?；械腶-氨基和β-羧基steaarothermophilus)的中性蛋白酶在pH值為6. 4團(tuán)不能被取代，因?yàn)橄鄳?yīng)的a-二甲基氨基和β-水溶液中將芐氧羰基-L-天門冬氨酸同苯丙氨酸甲甲基酯同型物均無甜味。N-端氨基必須是兩性離子酯鹽酸鹽反應(yīng)生成N4芐氧羰基-L-天門冬酰-L-苯且需與帶電基團(tuán)保持- -固定距離,因?yàn)橹挥羞@樣的二丙氨酸甲酯.肽分子才符合AH-B甜味理論模型。Aspartame 分子酶法生產(chǎn)a -APM以部分實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn), 1984中的氨基團(tuán)是甜味模型中生甜團(tuán)(AHD,而羧基團(tuán)是生年日本東洋曹達(dá)(Toyo, soda)工業(yè)株式會(huì)社以酶法為甜團(tuán)(B)。Aspartame的4個(gè)非對映體中,只有L,L-基礎(chǔ)建成月產(chǎn)1-2 t的試驗(yàn)廠，隨后與荷蘭DSM公構(gòu)型具有甜味,這表明其立體化學(xué)結(jié)構(gòu)具有專-性。司合作，投資3 000多萬美元，在荷蘭設(shè)廠，年產(chǎn)二肽甜味劑對N-端結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的要求,C-端卻500-1 000 t, 于1987年投產(chǎn)。該廠是嗜熱溶蛋白芽是經(jīng)?？梢宰兓?。苯丙氨酸可以在環(huán)上被取代，也胞桿菌(B. Thermoproteolyticus)的蛋白酶以帶?？梢杂闷渌陌被醽硖鎿Q整個(gè)苯丙氨酸，甚至還可護(hù)的L-天門冬氨酸和L-苯丙氨酸為原料,在有機(jī)溶以用一系列簡單的胺分子來替代。除了正位的一劑中合成帶保護(hù)基的a -APM,隨后脫去保護(hù)基[8。種-0Me衍生物外,用高級(jí)同系物替代酯基團(tuán)仍具有此外尚有少量利用非合成肽鍵酶的研究報(bào)道,甜味,但甜味隨分子量的增加而減少●Aspartame二Fuganti C.等用青霉素酰化酶(Peniclilinacy-肽衍生物來說其C-端上a-碳原子的取代及其立體lase)水解除去苯乙?；?APM.上的苯乙?；?，制得化學(xué)性質(zhì)共同決定其甜味的強(qiáng)度。a -APM;在有機(jī)溶劑中能起作用的脂肪酶(Lipase),2.2疏水基團(tuán)x的變化對阿斯巴甜甜度的影響專-地水解除去a- I-天門冬酰-L-苯丙氨酸二甲Kier等提出的AHB、X甜味三角理論是目前為酯0APID天冬氨酸羧基上的甲酯基,得到a-APM4。止最有效的甜味學(xué)說。酶合成法的轉(zhuǎn)化率比化學(xué)合成法高得多,且酶法苯丙氨酸上的疏水基團(tuán)X的結(jié)構(gòu)和大小變化對只生成a-型產(chǎn)物,沒有β-異構(gòu)體生成。由于酶催AHI.B與甜味受體B.AH之間鍵合的影響不大，這可化的專一性,對原料的純度要求不高，這些都是酶合能是因?yàn)樗]有改變AH.B偶極子電子分配的緣成法的優(yōu)點(diǎn),但是,酶合成法的投料濃度與產(chǎn)物濃度故。中國煤化工t具有強(qiáng)甜味，這也一般都很低，生產(chǎn)強(qiáng)度大,物料處理量大,能耗大,而符合TH理論響。只有L,L且酶法還不能完成a-APM合成的全過程，在生產(chǎn)過構(gòu)型。CNMHGE狀結(jié)構(gòu)”,這時(shí)兩程中化學(xué)法和酶法兩套工藝，導(dǎo)致整體優(yōu)勢不大,實(shí)性離子天冬 氨酸分子作為“L”的+Y軸,疏水的苯基●40*河北化工第11期側(cè)鏈就成為“L"的+X軸。而L,D構(gòu)型的異構(gòu)體將呈不具有甜味。這表明肽鍵不能被酯鍵所取代,雖然它“反L"形狀，它的疏水的苯基側(cè)鏈朝向“L"的-X們是電子等排的。這可能是因?yàn)閷τ陔逆I其C-N結(jié)軸。另兩種D,L和D,D結(jié)構(gòu)的異構(gòu)體,就完全不能同合鍵屬于雙鍵,不能自由旋轉(zhuǎn),這樣C、O、N和H原子甜味受體緊密結(jié)合,結(jié)果呈苦味●就處于同一個(gè)平面上。而用酯鍵來替代肽鍵就破壞了這獨(dú)特的結(jié)構(gòu),結(jié)果導(dǎo)致甜味消失。4結(jié)語目前我國蔗糖的消耗量為760萬t,若其中的5%用阿斯巴甜代替，則需阿斯巴甜1670 to以當(dāng)前400元/kg的價(jià)格計(jì)算,即有6.7億元的市場。發(fā)達(dá)國家已經(jīng)禁用糖精, 2000年我國也開始大幅度減少糖精的產(chǎn)量.若我國食用糖精的70%用阿斯巴甜代替,則需2 00 t阿斯巴甜,即有7億元的市場。足見在我國發(fā)展阿斯巴甜經(jīng)濟(jì)效益顯著,市場前景相當(dāng)廣闊。圈1甜味分子所需的“L形狀”[參考文獻(xiàn)]2.3肽鍵上的取代變化對阿斯巴甜甜度的影響[]Mazur R HSchiatter J LGoldkamp A HJ Am Chem Soc [],由于阿斯巴甜N端上的L-天冬氨酸殘基可以1969,91:2 684.被L-天冬酰氨和氨基丙二酰所取代，而氫鍵對于保[2kKyung S.Chol.et al.Process for Producing a L-as-持甜味來說又是必須的。所以對于阿斯巴甜類似物partylphenylalanine[P]. USP:5 334 764, 1994-08-02.[3]P.Duhamel et al.A Formal Synthesis of Aspartame via theAsparaginyl L-3-Phenyllactic acid methyl es-0xaziriding- aid Rearrantanme [J]. Tetrahedron. Lett, 1987ter C, 用酯鍵來取代阿斯巴甜的肽鍵,并將N端上(28):2 595-2 596.的天冬氨酸用天冬酰氨來取代，這樣天冬酰氨上的氫[4]黃時(shí)海，等短小桿菌酶促合二肽甜味劑Aspartame[J].食品工業(yè)仍可以和酯鍵上的氧之間形成氫鍵，并且酯鍵與肽鍵科技，198, (2):5-7.是電子等排的。通過NMP分析可以證實(shí)氫鍵的確是存[5]Naknishi ket al. .Synthesis of Aspartame by EnzymaticMethods []. Microbil Biotechnol, 190, 32(6):633.在的。然而盡管存在著氫鍵,阿斯巴甜類似物C仍然[6]鄭建仙.功能型食品甜味劑(M].北京:中國輕工業(yè)出版社, 1997.斷...........................廢為寶,消除酸焦油污染的目的。D].武鋼技術(shù)，1998, (3).3.5用于制取石油樹脂[6]要步軒,張治平,田海精苯酸焦油凈化處理技術(shù)[].燃料與化工,2004, (6).用混合苯與釜?dú)堃?、酸焦油混?在催化劑的作[7]趙計(jì)和焦化產(chǎn)物酸焦油的利用[D]. 山西化工, 1987, (4)用下聚合而得石油樹脂叫,石油樹脂是一種很好的橡[8]秦俊杰,陳鵬, 侍子云.煉焦配煤試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)[].燃料與化膠助劑。工2005, (6).9]張淵,張繼民，邢建通,等酸焦油吸附改質(zhì)處理的研究[].燃料[1]李應(yīng)海精苯酸焦油處理[J].煤化工2003, (4).與化工,2001,60.[2]肖忠東,施駿虎,程正龍等精苯廢酸和酸焦油的綜合利用[].燃[10]潘晚牯,胡子年用酸焦油配制燃料油[J].燃料與化工，200,0 (4).料與化工, 2004, (6.[1]李應(yīng)海。精苯酸焦油處理[]煤化工, 2003, (4).[3]李振華.酸焦油處理裝置的開發(fā)[J].河南科技,2003, (10).[12]趙雪飛,姜亞力.從精苯酸焦油廢液中提取水泥減水劑的研究[4]肖忠東,施駿虎,程正龍,等精苯廢酸和酸焦油的綜合利用[J].[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2002, (1).燃料與化工, 2004, (6).[13]許伙暖精苯酸焦油的綜合利用[J].冶金叢刊，1998, (5).[5]熊志華,姚辛茹.采用酸洗精制工藝的精苯酸焦油的處理技術(shù)Comprehensive Utilization of Refined Benzene Sour TarYANG Ai-jun',YU Ya-mei, ZHANG Li-hong'(1. Tangshan Puel Gas Groups Limited Company,Tangshan 063000, China;2. College of Chemical Engineering and BiologicalTechnology, Hebei Polytechnic University, Tangshan 063009, China)中國煤化工AbtnetThe acidic coal tar from rude benzene refining is alwaysthis paper sumedup whose comprehensive utilization in new method and new process.YHCNMHGKey words:refined benzene; sour tar; comprehensive utilization