摘要：本文介绍了除草剂L-草铵膦的一种合成工艺。在氢氧化钠的作用下，DL-草铵膦与手性辅基、NiCl2·6H2O络合形成配位化合物，该配位化合物再经水解得到L-草铵膦。反应总收率达到94%，产品光学纯度为96%。手性辅基、NiCl2·6H2O可回收利用。该制备工艺反应条件温和，操作简单，适合工业化生产。
草铵膦，又名草丁膦，化学名称为4-[羟基(甲基)膦酰基]-DL-高丙氨酸，是德国赫斯特（Hoechst）公司开发的高效、广谱、低毒的非选择性除草剂。目前市售草铵膦多为外消旋体，但只有L-草铵膦具有除草活性。国内外DL-草胺膦生产工艺已十分成熟，但L-草胺膦研究仍停留在实验室阶段，至今未实现工业化生产。因此，研究开发L-草铵膦生产工艺具有重要意义。
目前国内外报道的L-草铵膦制备方法主要有化学法和生物法。化学法以天然氨基酸为手性源或以不对称催化的方式构建手性中心，但大多存在着成本较高、光学纯度偏低等缺点。生物法主要包括生物拆分法和生物不对称合成法。生物拆分法以DL-草铵膦或其衍生物为底物，通过微生物单一降解某一构型实现拆分。生物不对称合成法以2-羰基-4-(羟基甲基膦酰基)丁酸为底物，经酶体系催化获得L-草铵膦。生物法虽然反应温和，但生物酶对生长环境要求比较严格，同时有大量的废水产生。
本研究在现有文献基础上，以(2S)-N-(2-苯甲酰基-4-氯苯基)-1-苄基-2-吡咯烷甲酰胺盐酸盐为手性辅基，在无机碱的作用下，DL-草铵膦与手性辅基、金属离子络合形成配位化合物。此过程中D-草铵膦构型反转生成L-型草铵膦，配合物经水解得到L-草铵膦，手性辅基、金属盐回收利用（图1）。
图1 L-草铵膦合成线路
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
Bruker AV300型核磁共振谱仪（TMS为内标）、岛津LC-16高效液相色谱仪、Bruker Esquire 3000 Plus ESI/MS型质谱仪、ZF-I型三用紫外分析仪。实验所用试剂均为市售分析纯试剂。
1.2 实验步骤
1.2.1 1-N-苄基-L-脯氨酸（中间体1）的合成
500 mL三口瓶中加入甲醇200 mL、氢氧化钠19 g（217 mmol），机械搅拌下加入L-脯氨酸30.0 g（217 mmol），滴加完毕，保温反应4 h。反应完毕后降温到0℃，缓慢滴入浓盐酸至溶液pH值为3，补加甲醇150 mL，室温继续搅拌2 h。过滤除去氯化钠，滤液旋干加入100 mL乙腈打浆过滤，得到白色固体中间体1，干燥称重40.5 g，收率91.0%（以L-脯氨酸计）。
1H NMR（300 MHz，CDCl3）δ：7.44-7.31（m，5H)、4.23（dd，J=46.5、13.0 Hz，2H）、3.77（dd，J=8.6、6.7 Hz，1H）、3.62（m，1H）、2.94（dd，J=18.8、9.0 Hz，1H）、2.33-2.13（m，2H）、1.97-1.83（m，2H）。
ESI-MS（m/z）：228.1[M+Na]。
1.2.2 (2S)-N-(2-苯甲酰基-4-氯苯基)-1-苄基-2-吡咯烷甲酰胺（中间体2）的合成
250 mL三口瓶中加入25 g（121 mmol）中间体1、氯苯70 mL，0℃搅拌，分批加入五氯化磷25.2 g（121 mmol），保证加入时温度不超过10℃。加入完毕，10℃继续反应1 h后分批加入28.0 g（121 mmol）5-氯-2-氨基苯酮，加入过程中温度有上升，保证不超过10℃。加入完毕后，升温至25℃反应2 h。反应完毕过滤除去固体，滤液浓缩回收溶剂及三氯氧磷，加入50 mL丙酮打浆得到25.5 g中间体2，收率95.3%（以中间体1计）。
1H NMR（500 MHz，CDCL3）δ：8.58（d，J=8.8 Hz，1H）、7.83（d，J=7.4 Hz，2H）、7.68（t，J=7.4 Hz，1H）、7.57（t，J=7.7 Hz，2H）、7.53-7.70（m，2H）、7.39-7.37（m，2H）、7.19-7.17（m，3H）、3.79（dd，J=123.6、12.9 Hz，1H）、3.36（dd，J=10.1、4.5 Hz，1H）、3.26（dt，J=8.7、4.2 Hz，1H）、2.48（m，1H）。
ESI-MS（m/z）：418.1[M+H]。
1.2.3 L-草铵膦制备
250 mL三口瓶中，加入氢氧化钠6 g（100 mmol）、加入甲醇150 mL、DL-草铵膦20 g（100 mmol）、六水合氯化镍23.7 g（100 mmol），以及45.5 g（100 mmol）中间体2，缓慢升温至60℃，反应完毕后减压蒸除甲醇，加水100 mL溶解，用二氯甲烷100 mL萃取2次，合并有机相，浓缩得到红色固体。红色固体中加入3 mol/L盐酸50 mL，100℃反应3 h，红色消失，过滤得到中间体2，回收备用。滤液脱水，加入20 mL无水乙醇，静置2 h，析出L-草铵膦盐酸盐。过滤，滤液浓缩得到六水合氯化镍。L-草铵膦盐酸盐溶于甲醇，通入氨气至pH值为4～5，过滤除去氯化铵，滤液继续通入氨气至pH值为8，析出固体即为L-草铵膦，质量18.9 g，收率94.5%，ee值96.7%。
1H NMR（300 MHz，D2O）δ：3.64（t，J=5.8 Hz，1H）、1.86-1.94（m，2H）、1.34-1.58（m，2H）、1.12（d，J=13.44 Hz，3H）。
ESI-MS（m/z）：182.1[M+H]。
2 结果与讨论
2.1 手性辅基(2S)-N-(2-苯甲酰基-4-氯苯基)-1-苄基-2-吡咯烷甲酰胺的合成讨论
此路线反应条件温和，后处理简单。L-脯氨酸烷基化过程中，采用氯苄代替溴苄为原料，以氢氧化钠为缚酸剂，降低了生产成本。中间体1的酰氯化反应选择五氯化磷为酰化剂，氯苯为溶剂，酰氯化产物与5-氯-2-氨基苯酮缩合后，产物中间体2直接以盐酸盐的形式从溶剂中析出，无需另加其他缚酸剂。副产物三氯氧磷可回收利用。
2.2 L-草铵膦制备的合成讨论
在原料配比、反应温度确定的情况下，考察镍盐种类对反应结果的影响（表1）。
表1 不同镍盐对反应的影响
镍盐的种类对反应的收率影响不大，但对产品的光学纯度有较大影响，其中，氯化镍效果最好，光学纯度在96%以上。
2.3 L-草铵膦液相图谱
根据液相色谱图，L-草铵膦保留时间13.569 min，D-草铵膦保留时间为16.743 min（图2）。
图2 L-草铵膦液相图谱
3 结论
本研究以外消旋草铵膦为原料，在氢氧化钠的作用下与手性辅基、NiCl2·6H2O络合形成配合物。在此过程中D-草铵膦构型发生翻转生成L-型草铵膦，再经水解得L-草铵膦，回收手性辅基、NiCl2·6H2O，反应收率达到90%，光学纯度为96%。该合成路线简单，反应条件温和，适合工业化生产。
来源：王志坚, 张大永. 现代农药, 2019, 18(2): 21-23
作者单位介绍：中国药科大学 药物科学研究院
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