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N-芐氧羰基-L-精氨酸是重要的醫藥中間體，L-精氨酸與芐氧羰基氯在堿性作用下進行親核反應合成多肽中間體 N-芐氧羰基-L-精氨酸，此合成路線簡單，引入了相轉移催化劑和縛酸劑后產品收率和品質都有較大的提升和改善。
L-精氨酸具有胍基、羧基和氨基，這些官能團使其在生理生化功能上展現了非常重要和多元化的作用，同時也是精氨酸衍生化的化學結構基礎。其中，胍基是一種堿性基團，易于水解，可被取代，其中的碳氮雙鍵有一定的還原性，可被氧化；羧基是一種弱酸性基團，可與游離氨基發生酰胺反應，也可脫離生成二氧化碳；氨基是一個高活性、易被氧化的手性堿性基團，可參與酰胺類物質和酮的生成以及消旋反應。此外，L-精氨酸主鏈碳原子不活潑，但其上氫原子可被羥基取代。
L-精氨酸 (L-arginine, L-Arg) 是一種堿性半必需氨基酸，于 1886 年從羽扇豆幼苗中發現，其在動植物體內具有重要的生理活性 (促進肝功能恢復、減緩血栓形成、減輕神經衰弱、促進傷口恢復等)，在化工、食品和醫藥等領域有著廣泛的應用。
目前，L-精氨酸的生產途徑包括化學提取法和微生物發酵法。化學提取法主要是指利用精細化工的手段，從包括自然資源及有機廢液的蛋白質產物中直接提取 L-精氨酸，主要包括沉淀法、電滲析法和離子交換法，是早期生產 L-精氨酸所采用的主流方法。微生物發酵法以其環境友好、生產條件溫和和生產過程穩定的優勢，逐漸在 L-精氨酸的生產中占據主導地位。特別是通過傳統菌株篩選、代謝工程改造及生物反應器發酵過程優化等手段，微生物發酵法生產 L-精氨酸在過去幾十年里取得了長足的進展，為 L-精氨酸的高值化生產提供了堅實的基礎。生產 L-精氨酸的常用菌株有鈍齒棒桿菌 Corynebacterium crenatum、黃色短桿菌Brevibacterium flavum 和 谷 氨 酸 棒 桿 菌Corynebacterium glutamicum 等。
L-精氨酸與芐氧羰基氯在堿性作用下進行親核反應合成多肽中間體 N-芐氧羰基-L-精氨酸。其合成反應式見下圖。
圖1 N-芐氧羰基-L-精氨酸的合成反應式
將 L-精氨酸 26. 25 g(0. 25 mol)、4 mol/L 氫氧化鈉溶液 62. 5 mL(0. 25 mol)加入裝有機械攪拌、溫度計、酸度計、滴加瓶的500 mL 四口燒瓶中，在冷阱中開啟攪拌，使精氨酸和氫氧化鈉反應完全，向四口燒瓶中加入 2.7 g 四丁基硫酸氫銨和 50 mL 水攪拌使相轉移催化劑溶解，0 ℃ 以下緩慢滴加芐氧羰基氯 42. 5 mL(0. 3 mol)，后期不斷滴加 pH =9 的硼酸緩沖溶液調節 pH 保持在 9 左右。芐氧羰基氯滴完后將溫度升至15 ℃，繼續攪拌反應3 h，TLC 檢測反應完全。用乙醚洗滌(2 ×20 mL)，醚層棄去。不斷攪拌下緩慢滴加 6 mol/L 鹽酸，調節水相 pH =2，繼續攪拌 20 min，析出白色固體。乙酸乙酯萃取(3×30 mL)，分出乙酸乙酯有機層。用質量分數為5%氯化鈉溶液和水洗至中性，無水硫酸鈉干燥，旋蒸除乙酸乙酯，得油狀液體。置于冰箱冷凍過夜，油狀液體析出大量白色固體，加入大量石油醚，攪拌得白色粉末狀固體。抽濾，用石油醚洗滌、干燥，得N-芐氧羰基-L-精氨酸 55. 56 g。
以不同條件下 N-芐氧羰基-L-精氨酸的收率為基準，采用正交實驗方法進行分析研究。實驗組反應時間都為3 h。選擇主要因素為反應溫度(A)、pH(B)、n(L-精氨酸)∶n(氯甲酸芐酯)(C)、相轉移催化劑(D)，進行了四因素三水平的正交實驗，結果可知，4 個影響 N-芐氧羰基-L-精氨酸合成的因素中反應溫度對合成的影響最為明顯，適宜的反應條件是反應溫度 15 ℃，pH =9，n(L-精氨酸)∶n(氯甲酸芐酯)=1∶1. 2，相轉移催化劑添加 2.7 g，在此條件下制備N-芐氧羰基-L-精氨酸。
L-精氨酸鈉鹽與芐氧羰基氯的反應屬于兩相反應，四丁基硫酸氫銨作為相轉移催化劑的機理是攜帶芐氧羰基氯由有機相進入無機相，四丁基硫酸氫銨起類似載體作用。生成的 N-芐氧羰基-L-精氨酸又進入有機相使反應更徹底，因此，在正交實驗中添加了相轉移催化劑作為一個影響因素考察了其對 N-芐氧羰基-L-精氨酸收率的影響。添加相轉移催化劑的實驗組中 N-芐氧羰基-L-精氨酸收率要高于未添加相轉移催化劑的實驗組的收率，由此可見，添加相轉移催化劑可以明顯促進反應的進行。
N-芐氧羰基-L-精氨酸與溴化芐的反應為親核取代，選擇 DMF 作為反應溶劑，因反應生成大量的氫溴酸，加入縛酸劑可以及時除去氫溴酸促使反應向正向反應進行。分別考察了在無縛酸劑、碳酸氫鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉、吡啶、三乙胺作為縛酸劑條件下對 N-芐氧羰基-L-精氨酸芐酯產率的影響，結果可以看出，使用有機堿的效果要遠遠好于無機堿，這可能是與有機堿溶劑在 DMF 中呈均相而無機堿不溶于 DMF 呈非均相體系有關。另外，三乙胺也可以作為催化劑起到催化溴化芐與 N-芐氧羰基-L-精氨酸合成的作用。兩種有機堿的縛酸效果為:三乙胺 ＞ 吡啶，推測有機堿的堿性大小起關鍵作用。所以最終根據實驗結果選擇三乙胺作為 N-芐氧羰基-L-精氨酸芐酯合成的縛酸劑。
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