背景及概述^[1][2]

手性氨基醇是一類具有手性的物質(zhì)，廣泛用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、化工、表面活性劑及手性助劑等領(lǐng)域。其制備方法主要有拆分法和還原劑還原法。采用催化加氫還原法制備手性氨基醇不僅避免了手性拆分法和還原劑還原法生產(chǎn)成本高、污染問題等缺點，而且催化加氫法具有原子利用率高、綠色環(huán)保等優(yōu)點。由天然氨基酸及其衍生物來合成手性藥物已經(jīng)成為醫(yī)藥工業(yè)上的一個重要手段。

由L一谷氨酸合成的(S)-(+)-5-羥甲基-2-吡咯烷酮（L-焦谷氨醇）就是合成很多手性藥物等的重要中間體。該化合物通常也作為手性源合成手性催化劑用于藥物的不對稱催化氫化4，因此該醫(yī)藥中間體的合成在工業(yè)上顯得尤為重要。(S)-(+)-5-羥甲基-2-吡咯烷酮的合成方法國內(nèi)外報道得很少，所以有必要對該產(chǎn)品的合成方法作進一步探討。

應(yīng)用^[2-3]

L-焦谷氨醇是合成很多手性藥物等的重要中間體，還可用于制備清洗劑等。其應(yīng)用舉例如下：用于制備一種塑料瓶回收用清洗劑，由如下重量份數(shù)的原料制成：糠醛渣25-30份、葡萄皮渣15-20份、米酒糟10-15份、豆類淀粉10-15份、苦蕎粉4-8份、粳米粉3-6份、羥丙基瓜爾膠3-6份、D101大孔吸附樹脂2-4份、聚乙二醇單甲醚2-4份、檸檬酸鈉1-2份、乙二胺四乙酸二鈉0.5-1份、蓖麻子粉0.5-1份、2-咪唑烷酮0.5-1份、L-焦谷氨醇0.3-0.5份、水200-300份。

上述清洗劑的清洗效果好，無毒無害，使用安全性高，不影響塑料瓶再生后塑料顆粒的應(yīng)用，且清洗后所得廢水經(jīng)簡單沉降與過濾后即可排放，減輕對環(huán)境的污染。制備方法，包括如下步驟：

1)將豆類淀粉加熱至70-80℃保溫混合1-2h，制成預(yù)糊化淀粉，再加入苦蕎粉和 粳米粉，繼續(xù)在70-80℃下保溫混合10-15min，即得粉料I；2)向D101大孔吸附樹脂中加入2-咪唑烷酮和L-焦谷氨醇，充分混合后于0-5℃環(huán) 境中靜置2-3h，即得粉料II；

3)向水中加入葡萄皮渣和米酒糟，浸泡1-2h后加熱至回流狀態(tài)保溫混合30- 60min，再在冰水浴下以10-15℃/min的速度冷卻降溫，待溫度降至0-5℃后保溫靜置2-3h，然后于微波頻率2450MHz、功率700W下微波處理3-5min，所得混合物趁熱利用功率1.5kW磨 漿機反復(fù)磨漿三次，過濾，所得濾液即為漿料I；

4)向漿料I中加入糠醛渣，靜置3-5h后加熱至回流狀態(tài)保溫混合30-60min，再次 靜置3-5h，并加入羥丙基瓜爾膠和聚乙二醇單甲醚，繼續(xù)加熱至回流狀態(tài)保溫混合30- 60min，過濾，所得濾液即為漿料II；

5)向漿料II中加入檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉和蓖麻子粉，溶解完全后再加入 粉料I和粉料II，充分混合后將所得混合物加入球磨機中，球磨至細度小于50μm。

制備 ^[1,3]

方法1：以L-谷氨酸為原料，通過醋化、成環(huán)、還原等一系列步驟得到的。合成過程總體上分為兩步，具體合成路線如下。

步驟1： (S-(十)-5-乙氧甲酰基-吡咯烷酮(l) 的合成

于500毫升無水乙醇中加人50 g L-谷氨酸，冰浴下向谷氨酸的乙醇溶液中滴加新蒸餾的70毫升二氯亞礬，60分鐘滴完。溫度升至室溫，繼續(xù)攪拌至溶液澄清，回流8h，減壓蒸出乙醇和過量的二氯亞礬，得到淡黃色油物，冷卻后固化。加人飽和的碳酸鈉溶液，調(diào)節(jié)pH8 -9，用二氯甲烷多次萃取，至水相中無產(chǎn)物( TL C 檢測)。合并有機相，減壓蒸出二氯甲烷，得橙色油狀物。

將該油狀物于氮氣保護下加熱至120 ℃ 常壓蒸餾2h，剩余物減壓蒸出透明油狀物( b.p.157 ℃/ 0.4 kPa )，稍后固化得白色固體33.6g，產(chǎn)率48.7%。HPLC 測得純度為98 %。

步驟2：(S)-(+)-5-羥甲基-2-吡咯烷酮的合成

1）以硼氫化鋰為還原劑：7.8 g硼氫化鈉和876 g氯化鋰加到90毫升無水乙二醇二甲醚中，在氮氣保護下攪拌20分鐘后，再加人60毫升四氫吠喃。繼續(xù)攪拌5分鐘，停止攪拌讓固體沉積。利用氮氣的正壓將上層清液壓人裝有30.18g1 的90毫升無水四氫呋喃的燒瓶中，立即有白色固體生成同時放出氣體。

混合物于室溫下攪拌至無反應(yīng)物( TLC檢測)，滴加冰乙酸調(diào)節(jié)pH 5-6，所得清液減壓蒸餾得黃色粘狀物，用二氯甲烷溶解，過濾，濾液減壓蒸出溶劑，得淡黃色油狀物19.4g，H PLC測得純度83 %，將該油狀物過柱(淋洗液為V氯仿：V甲醇= 95：5)，得純物質(zhì)9.6g，產(chǎn)率43.5%。

2）以硼氫化鈉為還原劑

將30g 1 溶于500mL甲醇中，在0-5 ℃ 攪拌下分批加人18g含量為98 % 的硼氫化鈉，15分鐘加完。加完后在此溫度下繼續(xù)攪拌，待TLC 檢測原料反應(yīng)完全后，用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH至6，反應(yīng)液變混濁，減壓除去溶劑，加人氯仿充分溶解，過濾出不溶物后減壓蒸出氯仿，得無色油狀物16g，稍后固化得白色固體。產(chǎn)率72.84 %，純度98 %，m.p.78 -79 ℃。當(dāng)選用96%的硼氫化鈉時，相同的投料比，反應(yīng)時間在8 h以上，產(chǎn)率65 %，純度90%。

3)以硼氫化鉀為還原劑

實驗方法同2)，反應(yīng)十幾小時以上仍未有產(chǎn)物生成(TLC檢測) ，判斷其不反應(yīng)。

方法2：以Rd/C 為催化劑，在不同條件下L-谷氨酸催化轉(zhuǎn)化，在氫氣存在的條件下，L-谷氨酸1 會發(fā)生羧基的還原，其中在高溫酸性或中性的條件下還會因為pH 不同環(huán)化生成不同的產(chǎn)物L-脯氨醇5 或L-焦谷氨醇6，而在無氫氣的條件下，L-谷氨酸僅僅會發(fā)生環(huán)化生成L-焦谷氨酸3。

催化加氫機理是 首先質(zhì)子化的L-谷氨酸(7)在加熱的條件下，環(huán)化形成L-焦谷氨酸(8)，然后再經(jīng)過催化加氫生成L-焦谷氨醇(9)。

主要參考資料

[1] 王赟，楊郭明，李秀珍，等. (S)-(+)-5-羥甲基-2-吡咯烷酮的合成方法改進[J]. 化學(xué)試劑，2005，27(1): 41-42.

[2] CN201610910847.2一種塑料瓶回收用清洗劑及其制備方法

[3] 王勝，許孝良，李小年. 氨基酸多相催化轉(zhuǎn)化研究進展[J]. 有機化學(xué)，2017，38(3): 565-574.