3-氨基-4-甲基-2-氧代氮杂环丁烷-1-磺酸的制备.doc

3-氨基-4-甲基-2-氧代 氮杂环丁烷-1-磺酸的制备

摘 要

氨曲南（Aztreonam）是第一个用于临床的单环β-内酰胺抗生素，该药对革兰氏阴性菌有很强的抗菌活性，对多种质粒介导和染色体介导的β-内酰胺酶有较高的稳定性。具有疗效高、耐受性好与青霉素和头孢菌素无交差过敏等特点。本品最早由施贵宝公司开发，临床用于治疗敏感细菌引起的感染。
3-氨基-4-甲基-2-氧代氮杂环丁烷-1-磺酸(AQ-7)是制备氨曲南过程中一个重要的中间体，相关文献报道的合成方法很多但未必可行。我们选用L-苏氨酸为原料经过7步反应得到，并对其合成方法和反应条件进行了研究和改进。其中，L-苏氨酸甲酯盐酸盐的收率为91%；CBZ-苏氨酸甲酯的收率为85%；CBZ-苏氨酰胺的收率为80%；甲烷磺酰化反应的收率为82%；四丁基铵盐的制备收率为92%；关环反应收率为70%；氢化反应的收率为91%。

关键词：氨曲南，中间体，收率
ABSTRACT

Aztreonam is first used in the clinical single link beta - lactan antibiotic, this medicine has the very strong antibacterial activeness to the Gram-negative bacteria, beta - lactamase which lies between many kinds of material particles leads and the chromosome leads has the high stability, and has the high curative effect, the tolerance is good with the penicillin and the cephalosporin does not have reports on accomplishments characteristic and so on allergy. This was developed most early by the squibb company for clinical uses in the infection which treats the sensitive bacterium.
3- amino -4- methyl -2- oxo-1-azetidinesulfonic acid (AQ-7) is prepared as an important intermediate for aztreonam, the related literatures reporte many synthetic method but are not necessarily feasible. We select L- threonine as the raw material to pass through 7 steps of responses , and have conducted the research and the improvement to its synthetic method and the response condition. Among them, L- threonine methyl ester yielding rate is 91%; CBZ- threonine methyl ester yielding rate is 85%; CBZ- threonyl amine yielding rate is 80%; Methane sulfuryl response yielding rate is 82%; Tetrabutyl ammonium salt preparation yielding rate is 92%; Cyclization yielding rate is 70%; The hydrogenation responded yielding rate is 91%.

Keywords Aztreonam, intermediate，yielding rate

目 录

摘 要……………………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT…………………………………………………………………………………… Ⅱ

1 绪论……………………………………………………………………………………………1
1.1 课题背景…………………………………………………………………………………… 1
1.2 项目技术来源………………………………………………………………………………1
1.3 项目建设的必要性…………………………………………………………………………1
1.4产品市场分析………………………………………………………………………………3
1.4.1市场分析…………………………………………………………………………………3
1.4.2国际市场概况……………………………………………………………………………3
1.4.3 国内市场概况……………………………………………………………………………3
2 氨曲南…………………………………………………………………………………4
2.1 氨曲南的性质……………………………………………………………………………4
2.2 氨曲南的用途………………………………………………………………………………4
2.3 氨曲南的临床应用及疗效…………………………………………………………………5
2.4 氨曲南的使用方法…………………………………………………………………………6
3 3-氨基-4-甲基-2-氧代氮杂环丁烷-1-磺酸的制备……………………………8
3.1制备的理论依据……………………………………………………………………………8
3.2实验操作依据………………………………………………………………………………9
4 实验部分……………………………………………………………………………………11
4.1实验前的准备工作………………………………………………………………………11
4.2 初期实验…………………………………………………………………………………11
4.2.1 L-苏氨酸甲酯盐酸盐的制备……………………………………………………………11
4.2.2 CBZ-苏氨酸甲酯的制备…………………………………………………………………12
4.2.3 CBZ-苏氨酰胺的制备……………………………………………………………………13
4.2.4甲烷磺酰化产物的制备…………………………………………………………………14
4.2.5四丁基铵盐的制备………………………………………………………………………14
4.2.6关环产物的制备………………………………………………………………………17
4.2.7小环的制备……………………………………………………………………………18
4.3 改进后的实验……………………………………………………………………………22
5 讨论与结论…………………………………………………………………………………25
参考文献………………………………………………………………………………………26
附录：谱图…………………………………………………………………………………27
致 谢……………………………………………………………………………………………28

1 绪论

1.1 项目提出的背景
氨曲南是第一个用于临床的单环β-内酰胺抗生素，对革兰氏阴性杆菌的作用强，对多种质粒介导和染色体介导的β-内酰胺酶稳定。产品最早由美国施贵宝公司开发，用于敏感细菌引起的感染的治疗和青霉素过敏患者并常作为氨基甙类的替代品使用。
近年来抗生素类药物的迅速发展与细菌耐药性密切相关，由于细菌耐药性的增加，耐药菌引起的感染不易控制，从而导致感染死亡率增加。正如革兰氏阴性杆菌，随着第三代头孢菌素的广泛应用，革兰氏阴性杆菌对其产生了耐药性，临床上呼吸道感染、绿脓杆菌感染、胆道感染、尿路感染等由革兰氏阴性杆菌引起的各种感染大量增加。而氨曲南系非青类抗生素类药物，主要用于敏感的革兰氏阴性杆菌所致的感染，包括肺炎、胸膜炎、腹腔感染、胆道感染、骨和关节感染。氨曲南的高效、广谱、耐受性好等特性已被列入我国《国家基本医疗保险药品目录》，是医保甲类产品，临床用药量大，为我国最新批准上市抗生素，疗效显著，用药安全，幼儿及老年人均可使用，并与多种抗菌素有协同作用。
1.2项目技术来源
氨曲南，由美国施贵宝公司于1981研制成功，在1984年首先在意大利上市，随后在欧美许多国家上市。1987年在日本上市。1997年中国批准了本品的进口，后改为由中美上海施贵宝公司生产。氨曲南被列为国家基本药和国际非专利药，进一步显示出本品临床的良好特性。目前国内只有中美施贵宝一家生产，国内还没有其他厂家获得氨曲南的原料和有关制剂的申报批文。从我国市场看，氨曲南极具发展的广阔前景，我公司决定仿制开发氨曲南原料药，希望更方便临床应用，获得良好的社会、经济效益。
氨曲南在国内未注册专利申请，也不属于行政保护用药，故该原料和制剂的申请注册不对任何单位和个人构成侵权，无知识权问题。其药品注册分类为化学6类原料。按国家食品药品监督管理局规定六类新药申报可免临床研究。因此目前开发氨曲南原料及其制剂不仅减少申报费用其申报周期（因免临床研究）大幅度提前，是投资少见效快的效益型产品。

1.3项目建设的必要性
近年来，世界抗生素市场的平均增长率为8%，抗感染市场销售额为400亿美元，约占全球治疗性药物市场的10%。其中抗生素占世界抗感染药物市场的最大份额（约250亿-260亿美元）。而从我国市场看，人均年消费抗生素类用药在30元左右，年销售额为117亿人民币，随着革兰氏阴性杆菌感染日益增多，鉴于氨基糖类抗生素如庆大霉素、妥布霉素、丁胺卡那霉素等具有肾及耳毒性，因此筛选出高效、毒副作用小更易为患者接受的氨曲南，大量临床应用病例证实，氨曲南的疗效确切，不良反应小，与青霉素或头孢霉素类的交叉过敏发生率低，使其极具发展的广阔前景。
受技术限制，氨曲南虽已过专利保护期，但国内迟迟不能仿制出该原料药，各大药厂和研究单位一直处于研发阶段，即使有报道研发成功，在原料药中试、生产放大过程中产品却难达到USP和BP标准，产品至2005年才初显成效，在国内截止目前为止，氨曲南原料的规模化生产仍处空白，原料进口主要来源于欧洲。
产品市场售价,见下表：
1
氨曲南
注射剂
0.5g
支
88.0元
原研制药品，施贵宝公司生产，商品名君刻单
2
氨曲南(君刻单)
粉针
500mg /瓶
瓶
92.4元
意大利生产分装批准文号: 国药准字(2000)J-05号
3
氨曲南
无菌粉
公斤级
公斤
3万

现代生物医药制造业是知识经济和高科技产业中的重要支柱产业，其发展的势头及市场前景已经成为经济发展的一个重要亮点。2005年12月2日，四川省出台《四川省工业优势产业整合与发展规划》，确定了高新技术产业、优势资源产业、装备制造产业、农产品加工业等四大产业重点发展的36条优势产业产品链,其中，高新技术产业将重点发展医药业和电子信息业，高新技术产业的增速比全部工业增速要快50%左右。加快推进医药产业化，加强创新药物研发和提升制药技术水平，是保持和提高我省在该领域的竞争力，适应产业和技术重大变革发展的必然要求。目前，四川省医药生产工业企业的数量少，相对于东部发达地区差距仍十分明显，从企业运行的质量及所反映的综合竞争力看，2004年四川省企业盈利能力只及全国水平的73%，有竞争力的大企业少、名牌少，产业层次低。从医药技术及产业发展的状况及趋势，四川省应紧紧抓住全球生物医药技术快速发展的历史性机遇，加强政府引导，发挥综合优势，促进要素融合，官、产、学、研、资相结合，突出重点，积极培植一批拳头产品、骨干企业和优势产业，我省成为全国生物技术与生物医药产业的领头羊，建成国际上具有重要影响的生物医药产业基地之一。

1.4 产品市场分析
1.4.1 市场分析
氨曲南目前为美国药典和日本药典收载品种，在国内外临床上广泛应用，于90年代末期引入中国，该品上市后，因其疗效肯定，安全性高，细菌耐药性低、副作用小，无耳、肾毒性，已成为临床上治疗老年肺部感染特别是肺部感染伴发肾功能不全患者的经验用药。临床应用证实，氨曲南对各种由多种抗药性需氧革兰氏阴性菌引起的危及生命的严重感染有效并且安全，如尿路感染、呼吸道感染、败血症及菌血症、皮肤及软组织感染等以及对青霉素过敏患者并常作为氨基甙类的替代品使用都显示出它独特的疗效。
氨曲南自1984年以来已在80多个国家上市，年销售额合1.34亿美元之多。在国内，据2004年有文献统计，氨曲南在国内抗生素市场占有市场份额的5.81%，居第四位。氨曲南的结构复杂，合成难度较大，国内尚无厂家大规模工业化生产。因此，找到一条合成成本低、原料来源方便、操作简便、能实现大规模工业化生产的工艺路线，将具有广泛的社会效益和经济效益。
1.4.2国际市场分析
氨曲南，由美国施贵宝公司于1981研制成功，在1984年首先在意大利上市并申请国际专利保护（保护期为20年），随后在欧美许多国家上市。1987年在日本上市。1997年中国批准了本品的进口，后改为由中美上海施贵宝公司生产。在近20年的保护期中，一直由施贵宝公司独家生产销售，至2004年随着欧洲保护期限到期，氨曲南在过去几年时间中就已成为各国单环β-内酰胺抗生素的新药研发热点。现北美及欧洲具有研发实力的公司均实现技术突破，并自行生产氨曲南，所需原料大量从中国购进。
1.4.3国内市场概况
氨曲南已在国内临床应用多年，因氨曲南的高效、广谱、耐受性好等特性已被列入我国《国家基本医疗保险药品目录》，是医保甲类产品。随着2005年氨曲南在中国专利保护期到期，截止目前为止氨曲南的注册申报的抗生素制药厂已达80余家，因该产品合成技术难度高，受技术制约，氨曲南原料仍只能从国外进口（国内暂无厂家实现规模化上吨级生产，琢新公司在2005年中试成功并实现上吨级生产），再由国内制药厂家分包，氨曲南原料价格1.1万元/kg，且此售价随着申报厂家日益增多原料销售价格还不断攀升，其市场前景十分广阔。
2 氨曲南

2.1氨曲南的基本性质
结构式：

学名：[2S-[2a,3ß(Z)]]-2-[[[1-(2-氨基-4-噻唑基)-2-[(2-甲基-4-氧代-1-磺基-3-氮杂环丁基)氨基]-2-氧-1，1-亚乙基]氨基]氧基-2-甲基丙酸；[2S-[2a,3ß(Z)]]-2-[[[1-(2-Amino-4-thiazoly)-2-[(2-methyl-4-oxo-1-sulfo-3-azetidinyl)amino]-2-oxoethylidene]amino]oxy-2-methylpropanoic acid
别名：噻肟单酰胺菌素；氨噻羧单胺菌素；Aztreonam; Azactam; SQ26776;Azonam;Aztreon;Nebactam;Primbactam
CAS No：78110-38-0　　
分子式：C13H17N5O8S2
分子量：435.44
性状：类白色粉末，熔点227℃（分解）。溶于二甲基甲酰胺，微溶于甲醇，极微溶于乙醇，几乎不溶于甲苯、CHCl3或乙酸乙酯。
规格： 105﹪≥含量≥90﹪ (HPLC) ；含水分应不大于2.0﹪；灼烧残渣应不大于1.0﹪；重金属含量应少于0.003﹪ 。

2.2氨曲南的用途[1]
主要用于敏感的革兰阴性菌所致的感染、包括肺炎、胸膜炎、腹腔感染、胆道感染、骨和关节感染、皮肤和软组织炎症，尤适用于尿路感染，也用于败血症。由于本品有较好的耐酶性能，因此，当微生物对青霉素类、头孢菌素类、氨基糖苷类等药物不敏感时，应用本品常可有效。
氨曲南抗菌谱较窄，仅对需氧革兰阴性杆菌具抗菌作用，如大肠杆菌、克雷白杆菌、沙雷杆菌、奇异变形杆菌、吲哚阳性变形杆菌、枸橼酸杆菌、流感嗜血杆菌、铜绿假单胞菌及其它假单胞菌、某些肠杆菌属、淋球菌等。本品对许多细菌产生的β内酰胺酶高度稳定。对革兰阳性菌和厌氧菌无活性。氨曲南与头孢他定、庆大霉素相比，对产气杆菌、阴沟肠杆菌的作用高于头孢他啶，但低于庆大霉素；对铜绿假单胞菌的作用低于头孢他定，与庆大霉素相近。
2.3氨曲南临床应用及疗效[1]～[3]
1. 尿路感染
本品可单独应用治疗肠道杆菌、绿脓杆菌、柠檬酸杆菌和摩根氏变形杆菌引起的尿路感染（包括肾盂肾炎和膀胱炎），在一项多中心合作实验中，633例病人用本品治疗后（2g/d），致病菌的杀灭情况如下：大肠杆菌为98%，变形杆菌为86%，绿脓杆菌为83%，克雷白氏菌属为97%，肠杆菌为100%。与氨基糖苷类比较研究表明，疗效超过庆大霉素和妥布霉素。Sattler等对52名严重尿路感染病人中的23名用本品治疗，其余病人用庆大霉素治疗，结果本品治疗组疗效好于庆大霉素组，且后者的11名肾衰或产生庆大霉素赖药菌的病人改用本品治疗时均痊愈。本品对氨基青霉素类、第一二代头孢菌素和（或）氨基糖苷类抗生素耐药的革兰阴性需氧菌引起的尿路感染也有效。
2. 呼吸道感染
氨曲南治疗下呼吸道感染时总细菌学治愈率分别是大肠杆菌的91%，绿脓杆菌58%，克雷白氏菌、肠杆菌和沙雷氏菌94% 。Deger等治疗上呼吸道感染及Davies等治疗脓性重症支气管炎均得到满意效果。该药已经用于治疗囊性纤维化病人慢性肺部绿脓杆菌感染。
3. 败血症及菌血症
氨曲南对敏感细菌引起的败血症有效，用本品治疗的67-100%的败血症病人在细菌学上治愈。Pierard等治疗74名败血症病人，总有效率达91%，证实本品是一种有效的治疗药物。
4. 皮肤及软组织感染
单独应用氨曲南或合用抗革兰阳性菌抗生素可治疗脓肿、蜂窝织炎和 与术后（外伤、溃疡、烧伤）有关的各种并发的腹部感染及皮肤结构感染。Torres等报道，本品治疗的25名感染病人中（包括22名软组织感染病人），治愈达24名。
5. 腹部内及妇科感染
在一项多中心合作研究中，121名革兰氏阴性菌引起的腹膜内感染用本品治疗2-14d,有91%的病人治愈，其中包括13名绿脓杆菌感染的11名病人。本品与氯林可霉素或甲硝唑合用可治疗肠道杆菌及绿脓杆菌引起的妇科感染。

2.4 氨曲南使用方法
氨曲南的使用方法共有3种，分别介绍如下：
1. 静脉滴注
每 1g 氨曲南至少用注射用水 3ml 溶解，再用适当输液（ 0.9% 氯化钠注射液、 5% 或 10% 葡萄糖注射液或林格氏注射液）稀释，氨曲南浓度不得超过 2% ，滴注时间 20 ～ 60 分钟。 
2. 静脉推注
每瓶用注射用水 6 ～ 10ml 溶解，于 3 ～ 5 分钟内缓慢注入静脉。 
3. 肌肉注射： (1) 成人：每 1g 氨曲南至少用注射用水或 0.9% 氯化钠注射液 3ml 溶解，深部肌肉注射。病人单次剂量大于 1g 或患败血症、其他全身严重感染或危及生命的感染应静脉给药，最高剂量每日 8g 。 (2) 病人有短暂或持续肾功能减退时：宜根据肾功能情况，酌情减量。对肌酐清除率小于 10 ～ 30ml/(min.1.73m2) 的肾功能损害者，首次用量 1g 或 2g ，以后用量减半；对肌酐清除率小于 10ml/(min.1.73m2) ，如依靠血液透析的肾功能严重衰竭者，首次用量 0.5g 、 1g 或 2g ，维持量为首次剂量的 1/4 ，间隔时间为 6 、 8 或 12 小时；对严重或危及生命的感染者，每次血液透析后，在原有的维持量上增加首次用量的 1/8 。
氨曲南作为一种抗生素，在使用时有可能会产生不良反应。个别病例有皮疹,紫癫,搔痒,出血.也可有腹泻,恶心.呕吐,味觉改变,黄胆及药物性肝炎.其他尚可有神经系统症状,乏力,眩晕等.本品与青霉素无交叉过敏反应,但对青霉素过敏及过敏体质者,仍应慎用. 不良反应发生率约 7％，因严重反应需中止治疗者低于2％。常见的不良反应有胃肠道不适、皮疹、瘙痒、血清转氨酶升高等，大多轻微。本品无肝、肾毒性。罕见血小板和白细胞计数下降，凝血时间延长。偶见氨基转移酶(ALT，AST)升高，个别病人有阴道炎、口腔粘膜害[5]。
所以，在使用时应该特别注意：
1.本品与氨基糖苷类(庆大霉素、妥布霉素、阿米卡星等)联用，对绿脓杆菌、不动杆菌、沙雷杆菌、可雷白杆菌、普鲁威登菌、肠杆菌属、大肠杆菌、摩根杆菌等起协同抗菌作用。
2.本品与头孢西丁，在体内外起拮抗作用。与萘夫西林、氯唑西林、红霉素、万古霉素等，在药效方面互不干扰。
3. 本品与头孢拉定、甲硝唑等有配伍禁忌，故通常本品不宜与其他药物同瓶静滴。
4.过敏体质及对其他β-内酰胺类抗生素(如青霉素、头孢菌素)有过敏反者慎用。
5.可与氯霉素磷酸酯、硫酸庆大霉素、硫酸妥布霉素、头孢唑啉钠、氨苄青霉素钠联合使用，但和萘呋西林、头孢拉定、甲硝唑有配伍禁忌。
6.使用前，请详阅使用说明书。
由于氨曲南有如此重要的作用，我们对其合成路线进行研究，并选出一条好的路线就变得很有意义，而3-氨基-4-甲基-2-氧代氮杂环丁烷-1-磺酸是制备氨曲南过程中一个非常重要的中间体，我们对其进行了深入而细致研的究，最终得出了一条制备这个重要中间体的良好途径。下面，我将重点描述此途径的得出过程。

3 3-氨基-4-甲基-2-氧代氮杂环丁烷-1-磺酸的制备

3.1制备的路线及理论依据[8]
制法：以苏氨酸为原料，经氯化生成的酰氯在氨解生成酰胺，用氯甲酸苄酯对a-氨基进行保护，用甲磺酰氯对ß-羟进行酯化，用硫酸四丁基铵盐对酰胺基进行磺化，然后在碳酸氢钾作用下环合成氮杂环丁烷衍生物，再氢解脱去保护基生成3-氨基-2-甲基-4-氧代-1-磺基氮杂环丁烷。
反应方程式如下：

上述得到的氮杂环丁烷衍生物和侧链氨噻衍生物脱水酰胺化，在水解脱去保护基得到安曲南。

反应方程式：

3.2 实验操作依据[9]
在一个大气压的氮气条件下，在一个烧瓶中加入500ml甲醇，冰盐浴降温至-5℃，加入130ml（过量）亚硫酰（二）氯，控制反应温度在0-10℃；然后继续降温至-5℃，加入59.5g L-苏氨酸，控制温度不超过室温；搅拌16h；混合物在1/10毫米汞柱下减压浓缩大约2h,可以得到粘滞的油状物，即：苏氨酸甲酯盐酸盐。油状物直接用于下一步反应。
粗制苏氨酸甲酯盐酸盐溶于2.5L甲醇，冰盐浴降温至-5℃。封闭反应容器并通入氨使溶液饱和，移走冰盐浴，反应3天；然后用氨吸气器除掉未反应完的氨气，加入100g碳酸氢钠和500ml水，混合后搅拌得到粘滞的油状物，即：苏氨酰胺。
粗制苏氨酰胺（已经包含所需碳酸氢钠）用水稀释成1L。快速搅拌，将94g(88ml的90%纯度)苄氧碳酰氯加入80ml四氢呋喃中，时间大于1小时。反应混合液搅拌16小时后用乙酸乙酯萃取（第一次用500ml，第二次用250 ml），混合萃取液，加入过量硫酸镁干燥后浓缩。结晶残渣溶于250 ml热乙酸乙酯中，再加入正己烷，然后回流至反应液澄清，冷却后过滤出大量晶体，干燥后得到104gCBZ-苏氨酰胺。
在Ar(氩)一个大气压条件下，将100gCBZ-苏氨酰胺溶解于400ml无水吡啶中，然后冰盐浴降温，搅拌溶液加入36.8ml（54.5g）甲磺酰氯，时间大于15分钟，继续搅拌已经加入的0.3N的甲磺酰氯2小时。然后将反应液倒入由1.5L冰和2L水组成的冰水混合物中，搅拌1小时，将得到的浆过滤（30分钟）后，60℃真空干燥粗品16小时，得到109g O-甲磺酰化CBZ-苏氨酰胺。
将17.8ml 2-甲基吡啶加入90 ml二氯甲烷中，冰盐浴降温至-5℃，然后加入5.97ml ClSO3H,控制温度小于5℃。然后加入7.56 g O-甲磺酰化CBZ-苏氨酰胺和120ml CH2Cl2（O-甲磺酰化CBZ-苏氨酰胺先加入CH2Cl2，且悬浮）。不均匀的混合液体回流16小时后得到纯的液体。将反应液倒入500ml的PH4.5的磷酸盐缓冲剂中（0.5M），在加入120 ml CH2Cl2稀释，分离有机相后再向有机相中加入100 ml缓冲剂分层，合并处理后的水相，加入10.2 g四丁基硫酸氢铵，反应后用CH2Cl2萃取（第一次用30ml，第二次用10 ml）。用硫酸钠干燥有机萃取液，浓缩得到12.7g N-磺酰CBZ-苏氨酰胺O-甲磺酰化四丁基铵盐。
将5.52g K2CO3溶于20 ml H2O，160 ml 1，2-二氯乙烷，15.5mml N-磺酰CBZ-苏氨酰胺O-甲磺酰化四丁基铵盐溶于20 ml 1，2-二氯乙烷（20 ml用于漂洗），回流30分钟，将混合液倒入分液漏斗，加入50ml水和100 ml CH2Cl2分层。有机相加入过量硫酸钠干燥后浓缩得到粗品，即：（3S-反）-3-CBZ氨基-4-甲基-2-氧代-1-氮杂环丁烷磺酸四丁基氨盐。粗制的β-丙内酰胺溶于250ml乙醇，加入0.8 g 5%Pd-C催化剂，向溶液中通入H2冒泡，90分钟后将混合液过滤，并用50ml乙醇漂洗。
在上述溶液中加入1.2ml甲酸，立即析出所需要的两性离子，搅拌1小时后过滤，1/10mmHg干燥1小时得到1.1 g （3S-反）-3-氨基-4-甲基-2-氧代-1-氮杂环丁烷磺酸。第二部分的产品可以通过浓缩滤液，然后加入更多量的甲酸得到1.3 g的两性离子。

4 实验部分

4.1 实验前的准备工作
由于本课题共包含7步化学反应，做好本课题有很大的难度，于是我们在探索反应条件以前，应该做好充分的准备，经过讨论我们把准备工作的重点放在以下几个方面。
①我们要对每一步的原理以及过程进行详细的研究。
②熟悉操作规程，做到安全操作。
③检查实验用的装置和设备是否完好。
④备齐当天实验的药品并为下次实验做好准备。

4.2初期实验
初期的实验主要是对影响每一步反应的因素进行探索。因此，在实验过程中，每进行一步实验，我们就对其进行分析，做到有的放矢，既可以缩短探索时间，又节约实验经费。
4.2.1 L-苏氨酸甲酯盐酸盐的制备（AQ-1）
反应方程式：

在2000ml两口瓶中，加入甲醇（CH3OH）500 g，冰盐浴降温到-5℃，开始滴加二氯亚砜250 g（加干燥管防止吸水），大约2小时滴完；加入L-苏氨酸200 g，室温下搅拌3天；注意无水操作；水浴50℃升温搅拌减压浓缩，浓缩出CH3OH 300 g，剩余油状物重240.3 g。油状物粗品直接用于下一步实验。
分析：反应过程中，可以考虑过量反应，我们首先增加甲醇的量，期望可以提高反应收率。
在2000ml两口瓶中，加入甲醇（CH3OH）600 g，冰盐浴降温到-5℃，开始滴加二氯亚砜250 g（加干燥管防止吸水），大约2小时滴完；加入L-苏氨酸200 g，室温下搅拌3天；注意无水操作；水浴50℃升温搅拌减压浓缩，浓缩出CH3OH 350 g，剩余油状物重253 g。油状物粗品直接用于下一步实验。
分析：通过上述实验可以看出甲醇的量会影响到反应收率，下面探索反应时间对收率的影响。
在2000ml两口瓶中，加入甲醇（CH3OH）600 g，冰盐浴降温到-5℃，开始滴加二氯亚砜250 g（加干燥管防止吸水），大约3小时滴完；加入L-苏氨酸200 g，室温下搅拌4天；注意无水操作；水浴50℃升温搅拌浓缩，浓缩出CH3OH 353.2 g，剩余油状物重269g。油状物粗品直接用于下一步实验。
分析：反应过程中通过TLC点板检测，反应始终未能完全反应，但是从实验结果可以看出反应时间仍然对反应进度有影响。下面对结合上面的实验对二氯亚砜的量进行探索。
在2000ml两口瓶中，加入甲醇（CH3OH）600 g，冰盐浴降温到-5℃，开始滴加二氯亚砜280 g（加干燥管防止吸水），大约4小时滴完；加入L-苏氨酸200 g，室温下搅拌4天；注意无水操作；水浴50℃升温搅拌浓缩，浓缩出CH3OH 350 g，剩余油状物重280g。油状物粗品直接用于下一步实验。
分析：实验表明适当增加二氯亚砜的量可以提高反应的收率。
总结：通过以上的实验表明影响反应的因素有：甲醇和二氯亚砜的量以及反应时间。在优化反应时应该综合考虑。
4.2.2 CBZ-苏氨酸甲酯的制备（AQ-2）
反应方程式：

在2000ml三口烧瓶中，将上述油状物100g溶于200 g甲醇溶液中，加入水500ml，90 g Na2CO3组成的溶液，将上述物质加入反应瓶后，搅拌均匀，溶液呈淡黄色；开始室温下滴加苄氧碳酰氯 100g（含量80%），用PH试纸检测为强碱性，所以滴加初期PH值一般没有很大变化，苄氧碳酰氯滴加一半后，应该定时检测，PH值降低时，可以通过补加Na2CO3来调节，控制PH 9-10 ，大约需要滴加1小时，搅拌反应液10小时后，抽滤，用500 ml水洗两次，可以将固体倒入烧杯中搅拌，这样可以减少洗杂质的时间；抽干后50℃真空干燥8小时，得到白色固体CBZ-苏氨酸甲酯80g。
分析：此次实验的收率仅为50%左右，下一步实验对苄氧碳酰氯的用量进行探索。
在3000ml三口烧瓶中，将上述油状物100g溶于200 g甲醇溶液中，加入水500ml，90 g Na2CO3组成的溶液，将上述物质加入反应瓶后，搅拌均匀，溶液呈淡黄色；开始室温下滴加苄氧碳酰氯 120g，用PH试纸检测为强碱性，所以滴加初期PH值一般没有很大变化，苄氧碳酰氯滴加一半后，应该定时检测，PH值降低时，可以通过补加Na2CO3来调节，控制PH 9-10 ，大约需要滴加1.5小时，搅拌反应液10小时后，抽滤，用500 ml水洗两次，可以将固体倒入烧杯中搅拌，这样可以减少洗杂质的时间；抽干后50℃真空干燥8小时，得到白色固体CBZ-苏氨酸甲酯95g。
分析：实验证明增加苄氧碳酰氯的量可以提高反应收率，下一步实验对反应的PH进行探索。
在2000ml三口烧瓶中，将上述油状物100g溶于200 g甲醇溶液中，加入水500ml，90 g Na2CO3组成的溶液，将上述物质加入反应瓶后，搅拌均匀，溶液呈淡黄色；开始室温下滴加苄氧碳酰氯 100g（含量80%），用PH试纸检测为强碱性，所以滴加初期PH值一般没有很大变化，苄氧碳酰氯滴加一半后，应该定时检测，PH值降低时，可以通过补加Na2CO3来调节，控制PH 10-11，大约需要滴加1小时，搅拌反应液10小时后，抽滤，用500 ml水洗两次，可以将固体倒入烧杯中搅拌，这样可以减少洗杂质的时间；抽干后50℃真空干燥8小时，得到白色固体CBZ-苏氨酸甲酯110g。
在2000ml三口烧瓶中，将上述油状物100g溶于200 g甲醇溶液中，加入水500ml，90 g Na2CO3组成的溶液，将上述物质加入反应瓶后，搅拌均匀，溶液呈淡黄色；开始室温下滴加苄氧碳酰氯 100g（含量80%），用PH试纸检测为强碱性，所以滴加初期PH值一般没有很大变化，苄氧碳酰氯滴加一半后，应该定时检测，PH值降低时，可以通过补加Na2CO3来调节，控制PH 8-9 ，大约需要滴加1小时，搅拌反应液10小时后，抽滤，用500 ml水洗两次，可以将固体倒入烧杯中搅拌，这样可以减少洗杂质的时间；抽干后50℃真空干燥8小时，得到白色固体CBZ-苏氨酸甲酯130g。
总结：通过实验证明影响此反应的主要因素为：苄氧碳酰氯用量以及PH值。
4.2.3 CBZ-苏氨酰胺的制备（AQ-3）
反应方程式：

2000 ml三口瓶中，加入甲醇溶液400 ml，搅拌中加入50 g CBZ-苏氨酸甲酯，不能立刻溶解，水浴降温，连续通入氨气3小时，溶液透明，继续通氨气4小时，停止通氨气，浓缩混合液，快浓缩干时，变成油状物，继续浓缩，看到白色固体出现，然后加入500 ml水，搅拌1小时，过滤，70℃真空干燥8小时后，得到白色固体25 g。
分析：此反应是使通入的氨气过量，反应主要是受反应时间的影响，可以通过TLC点板进行检测，下面的实验对反应时间进行探索。
2000 ml三口瓶中，加入甲醇溶液400 ml，搅拌中加入50 g CBZ-苏氨酸甲酯，不能立刻溶解，水浴降温，连续通入氨气3小时，溶液透明，继续通氨气15小时，停止通氨气，浓缩混合液，快浓缩干时，变成油状物，继续浓缩，看到白色固体出现，然后加入500 ml水，搅拌1小时，过滤，70℃真空干燥8小时后，得到白色固体40 g。
总结：反应较长时间后可以明显的提高反应的收率。
4.2.4 甲烷磺酰化产物的制备（AQ-4）
反应方程式：

在3000ml三口烧瓶中，加入无水吡啶1200ml，CBZ-苏氨酰胺粗品300 g，搅拌；冰盐浴降温到-5℃，滴加150 ml CH3SO2Cl，控制内温小于5℃，大约2小时滴完，搅拌3小时后把冰盐浴换成水浴，在继续搅拌反应液12小时；将反应液平均分成3份，搅拌中倒入3000 ml水中，立刻变成糊状，继续搅拌1小时后，抽滤过滤，滤饼用水采用少量多次的洗涤方式，洗涤到没有吡啶的味道为止，抽干后将固体放在培养皿中，50℃真空干燥8小时得到甲磺酰化CBZ-苏氨酰胺320 g，收率为82%。
总结：按照此投料比例已经非常的理想，与文献进行对比后发现，要进一步提高反应的收率可以将水换成冰水混合物，使溶液的温度降低可以析出更多的固体 。
4.2.5 四丁基铵盐的制备（AQ-5）
反应方程式：

分析：由于此实验用到的药品比较多，反应复杂，并且操作过程也比较烦琐，这些因素都将影响到这个实验的收率，为了探索最佳反应条件，我们将进行多次的实验。
2000 ml的三口瓶中，加入三氯甲烷360 ml，2-甲基吡啶74 ml，冰盐浴降温至-5℃，开始滴加24 ml 氯磺酸，滴加完毕，去冰盐浴换成油浴，加入甲烷磺酰化产物24g，三氯甲烷600 ml，油浴升温至40℃，回流24小时后，将其倒入1500 ml 0.5M KH2PO4 溶液中，加入三氯甲烷500 ml，震荡后，再加入500 ml 0.5M KH2PO4 溶液，搅拌分层，在向有机相中加入500 ml 0.5M KH2PO4 溶液，分层后，合并水相，加入四丁基硫酸氢铵31 g，搅拌，溶液呈白色浑浊，继续搅拌14小时后用CHCl3 萃取，无水硫酸钠（Na2SO4）干燥半小时；过滤，浓缩得到油状物52.3 g，油泵抽干得到亮黄色干粉42.3 g。收率89%
3000 ml的三口瓶中，加入三氯甲烷900 ml，2-甲基吡啶185 ml，冰盐浴降温至-5℃，开始滴加60 ml 氯磺酸，滴加完毕，去冰盐浴换成油浴，加入甲烷磺酰化产物60g，三氯甲烷1500 ml，白色固体不溶解，悬浮于溶液中，油浴升温至40℃，溶液澄清，回流24小时后，将其倒入3750 ml 0.5M KH2PO4 溶液中，加入三氯甲烷1250 ml，震荡后，再加入1250 ml 0.5M KH2PO4 溶液，搅拌分层，在向有机相中加入1250 ml 0.5M KH2PO4 溶液，分层后，合并水相，加入四丁基硫酸氢铵77.5 g，搅拌，溶液呈白色浑浊，继续搅拌6小时后用CHCl3 萃取，无水硫酸钠（Na2SO4）干燥半