为开发甜度更高和更适合人体生理需求的二肽类甜味剂,同时丰富二肽甜味剂的结构类型。暨南大学理工学院的胡南、邱云、晏日安*等人设计了一条新的合成路线,采用叔丁基保护半胱氨酸的巯基以及甲基保护半胱氨酸的羧基(化合物9),使用叔丁氧羰基和叔丁基分别保护天冬氨酸的氨基和羧基,即化合物10。合成的S-叔丁基-L-半胱氨酸甲酯(化合物9)与N-叔丁氧羰基-L-天冬氨酸-4-叔丁酯二环己胺盐(化合物10)通过EDCI-HOBt偶联试剂缩合,进行二肽母体结构的构建(如上图)。
1. (E/Z)-3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙烯酸甲酯(化合物6)的结构鉴定
1H-NMR(300 MHz,CDCl3)E型:δ 7.59(d,J=15.9 Hz,1H),7.13(d,J=2.1 Hz,1H),7.01(ddd,J=8.3,2.1,0.5 Hz,1H),6.83(d,J=8.3 Hz,1H),6.28(d,J=16.0 Hz,1H),5.78(s,1H),3.90(s,3H),3.78(s,3H);Z型:δ 7.32(d,J=2.2 Hz,1H),7.22(ddd,J=8.4,2.1,0.6 Hz,1H),6.79(d,J=6.7 Hz,1H),5.83(d,J=12.8 Hz,3H),3.89(s,3H),3.72(s,3H)。
从1H-NMR对2 种不同构型的化合物同时进行积分,可以得出2 种构型的同分异构体相对应的氢的积分之比为1/0.24=4.12,核磁数据与之前报道过的该物质的数据相符合。
2. 3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙酸甲酯的结构鉴定
1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ 6.77(d,J=1.9 Hz,1H),6.76(s,1H),6.67(dd,J=8.2,2.1 Hz,1H),3.86(s,3H),3.67(s,3H),2.85(t,J=7.9Hz,2H),2.59(dd,J=8.5,7.2 Hz,2H)。
13C NMR(151 MHz,CDCl3)δ 173.75,145.88,145.40,134.16,119.95,114.82,111.04,56.32,51.95,36.21,30.69。
3. 3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙醛(7)的结构鉴定
1H NMR(300 MHz,CDCl3)δ 9.82(t,J=1.5 Hz,1H),6.82~6.77(m,2H),6.69(dd,J=8.2,2.1 Hz,1H),5.65(s,1H),3.88(s,3H),2.89(dd,J=7.8,6.3 Hz,2H),2.80~2.72(m,2H)。
13C NMR(75 MHz,CDCl3)δ 201.81,145.65,145.10,133.58,119.63,114.48,110.80,56.02,45.38,27.58。
4. S-叔丁基-L-半胱氨酸甲酯(9)的结构鉴定
1H NMR(300 MHz,CDCl3)δ 3.73(s,3H),3.64(dd,J=7.6,4.6 Hz,1H),2.93(dd,J=12.5,4.6 Hz,1H),2.75(dd,J=12.5,7.6 Hz,1H),1.31(s,9H);
13C NMR(75 MHz,CDCl3)δ 174.58,54.64,52.32,42.59,33.57,31.03。
5. N-(N-叔丁氧羰基-4-叔丁酯-L-α-天冬氨酰)-S-叔丁基-L-半胱氨酸-1-甲酯(11)的结构鉴定
1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ 7.24(d,J=8.2 Hz,1H),5.67(d,J=8.4 Hz,1H),4.76(q,J=5.9 Hz,1H),4.57~4.32(m,1H),3.74(s,3H),3.03~2.53(m,4H),1.40(s,9H),1.38(s,9H),1.24(s,9H);
13C NMR(151 MHz,CDCl3)δ 171.07,170.84,170.70,155.41,81.69,80.33,52.59,52.36,50.61,42.64,37.41,31.93,31.44,30.81,30.25,29.69,28.35,28.05。
6. N-(L-α-天冬氨酰)-S-叔丁基-L-半胱氨-1-甲酯(12)的结构鉴定
1H NMR(600 MHz,MeOD)δ 4.65(dd,J=8.1,5.0 Hz,1H),4.26(dd,J=8.8,4.1 Hz,1H),3.75(s,3H),3.04(td,J=13.0,4.6 Hz,2H),2.98~2.84(m,2H),1.33(s,9H)。
13C NMR(151 MHz,MeOD)δ 172.65,171.92,169.28,54.64,53.08,50.83,43.47,36.01,31.18,28.29。
7. N-{N-[3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙基]-L-α-天冬氨酰}-S-叔丁基-L-半胱氨酸-1-甲酯(13)的结构鉴定
1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ 8.55(d,J=29.8 Hz,1H),6.79(s,1H),6.71(d,J=7.8 Hz,1H),6.57(d,J=7.8 Hz,1H),4.70(q,J=7.3 Hz,1H),4.11(s,1H),3.81(s,3H),3.69 (s,3H),3.06~2.47(m,8H),1.98(q,J=14.8 Hz,2H),1.28(s,J=2.8 Hz,9H),0.92~0.82 (m,1H)。
13C NMR(151 MHz,CDCl3)δ 174.77,170.43,168.17,145.70,145.37,133.20,119.42,114.85,111.22,63.40,57.84,55.78,52.51,46.15,44.65,42.51,30.61,29.90,29.47,29.43。
红外光谱(KBr):3 423、3 199、2 959、2 925、1 590、1 512、1 744、1 689、1 398、1 365、1 028、761、596 cm-1。
质谱(电喷雾离子源)m/z 471.1 [(M+H)+],493.1[(M+Na)+]。
结 论
本实验以氨基酸为原料,设计二肽合成,并进行基团修饰,从而完成了40 000 倍二肽甜味剂N-{N-[3-(3-羟基-4-甲氧基苯基)丙基]-L-α-天冬氨酰}-S-叔丁基-L-半胱氨-1-甲酯的全合成,将以天冬氨酸苯丙氨酸为主的二肽甜味剂扩展到天冬氨酸半胱氨酸,丰富了二肽甜味剂的类型,同时将目前甜味剂的甜度从20 000 倍提升到40 000 倍,在二肽类甜味剂的合成方面取得了明显的进步。
本合成中的原料简便易得,合成步骤简单易行,且化合物中不含有苯丙氨酸,故适用于苯丙酮尿症患者,使用人群更为广泛,进而为开发绿色环保、甜度更高且符合人体生理要求的甜味剂提供了研究方向和目标。