СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ L-ЦИСТИНА ИЗ ДЕПРОТОНИРОВАННОГО L-ЦИСТЕИНА
METHOD FOR PRODUCING L-CYSTINE FROM DEPROTONATED L-CYSTEINE

Изобретение относится к способу получения аминокислоты L-цистина из депротонированного с помощью NaOH L-цистеина с участием сульфатов или хлоридов Cu(II) формулы (1):
4
2
Разработанный способ заключается в окислении депротонированного с помощью NaOH L-цистеина кислородом воздуха в присутствии CuSO или CuCl 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%.
2
2
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 CHCl при температуре 25°С за 6 часов по схеме:
Известный способ не позволяет получать L-цистин (1) с выходом 99%.
2
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/HO 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.
4
2
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 CuSO⋅5HO 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%.
у
у
4
2
y
Сущность способа заключается в окислении депротонированного с помощью NaOH L-цистеина (L-cys) кислородом воздуха в присутствии (Cu(KO)) (где Cu(KO) это CuSO или CuCl), взятых в мольном соотношении L-cys:Cu(KO)=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:
4
2
у
4
2
2
3
3
3
2
4
3
3
2
2
4
2
4
4
Максимальный выход L-цистина (1) (99%) достигается только с участием CuSO или CuCl (Cu(KO)). Присутствие солей других переходных металлов (NiSO, NiCl, ZnCl, Fe(NO), FeCl, Fe(SO), Cu(NO)), а также использование соединений непереходных металлов (NaSO, KSO, MgSO) 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.
y=
Реакция проходит с максимальным выходом 99% при мольном соотношении исходных реагентов депротонированный L-цистеин:Cu(KO)1:(0,8-1,0).
4
2
у
Снижение стехиометрического количества CuSO или CuCl (Cu(KO)) 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:
4
2
1. В предлагаемом способе в качестве исходных соединений используется депротонированный с помощью NaOH L-цистеин (рН=10,5) и CuSO (или CuCl) 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.
2
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 CuCl (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).
4
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 CuSO (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).
4
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 NiSO (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).
1
2
3
2
3
2
2
H
2
ЯМР Н (500 МГц, DO) δ 3.08 (дд, J=14 Гц, J=7.7 Гц, 1H, CHH, 3.28 (дд, J=13,9 Гц, J=4,5 Гц, 1Н, СНН), 3.83 (дд, J=12.2 Гц, J=4.5 Гц, 1Н, CHCHCOOH).
13
2
1
1
2
2
3
3
ЯМР С (500 МГц, DO) 42.06 (С,С'), 54.66 (С, С'), 178.64 (С, С').
-1
-
+
-
as,s
2
as,s
3
as
as,s
3
s
2
FTIR (KBr, cm): 2976-3356 wm (ν(NH)); 2718-2917 wm ν(CH,CH); 1623 m, 1585 s ν(COO); 1490 m δ(ΝΗ); 1405 s, 1383 m ν(COO); 1339 m, 1297 m, 1194 m δ(CH,CH).