N-苄氧羰基-L-异亮氨酸(双环己基)铵（CAS号：26699-00-3）是一种常见的N保护的氨基酸衍生物，常用于肽合成和有机合成领域。该化合物由L-亮氨酸（L-leucine）的氨基经苄氧羰基（Cbz或Z基团）保护后，与双环己基胺形成铵盐。这种盐形式具有良好的结晶性和稳定性，便于储存和纯化，避免游离酸的潮解问题。在多肽合成中，Cbz保护基易于在酸性条件下脱除，是经典的保护策略之一。
合成路线通常基于Schotten-Baumann反应原理，先引入Cbz基团，然后生成铵盐。整个过程涉及两个主要步骤：保护反应和盐形成。以下从化学专业角度详解合成路线，强调反应机理、条件控制和潜在风险。
合成路线步骤
步骤1: N-苄氧羰基-L-亮氨酸的制备（Cbz保护反应）
起始原料为L-亮氨酸（L-Leu-OH，市售纯品，ee > 99%），其结构为HOOC-CH(NH₂)-CH₂CH(CH₃)₂。该步骤通过苄氧羰基氯（Cbz-Cl，PhCH₂OCOCl）与L-亮氨酸在碱性介质中反应，引入保护基。反应机理为亲核酰基取代：氨基的氮原子攻击Cbz-Cl的羰基碳，氯离子离去，同时生成盐酸，该酸被碱中和。
典型反应条件：溶剂：水/二氧六环（1:1，v/v）混合溶剂，或纯水（用于水相反应）。 温度：0-5°C起始，逐步升至室温（20-25°C），以控制副反应如O-酰化。 碱：1-2当量NaOH或Na₂CO₃，水相中逐步滴加以维持pH 8-9。碱的作用是脱protonate氨基，提高亲核性，并中和生成的HCl。 试剂比例：L-亮氨酸1当量（分子量131.17 g/mol），Cbz-Cl 1.1当量（分子量170.59 g/mol）。例如，规模为10 g L-亮氨酸（0.076 mol），需13.4 g Cbz-Cl。 操作流程：
- 将L-亮氨酸溶于50 mL水中，加入NaOH至溶解（pH调整至9）。
- 冷却至0°C，在搅拌下缓慢滴加Cbz-Cl溶液（溶于二氧六环中），滴加时间1-2小时。
- 反应后，继续搅拌2-4小时，监测TLC（展开剂：氯仿/甲醇 9:1，Rf ≈0.6 for产物）。
- 酸化反应液至pH 2-3（用浓HCl），分离出的白色沉淀即N-Cbz-L-亮氨酸（Z-Leu-OH）。
- 过滤、用水洗涤，再用乙醚或氯仿重结晶，产率85-95%。
机理要点：Cbz-Cl的酰氯基团高度活泼，但易水解，因此需冰浴控制温度，避免在碱性条件下长时间暴露。副产物包括二苄酯或游离酸。若pH过高，可能发生部分水解，降低产率。产物表征：¹H NMR (DMSO-d₆) δ 7.3-7.4 (m, 5H, Ph), 5.0 (s, 2H, CH₂), 4.2 (m, 1H, α-H), 1.6-0.9 (m, 9H, Leu侧链)；熔点约80-82°C。
此步骤是合成瓶颈，确保手性不丢失（L-构型保留）。
步骤2: 与双环己基胺形成铵盐
N-Cbz-L-亮氨酸为游离羧酸，易吸湿且操作不便。通过与双环己基胺（DCHA，(C₆H₁₁)₂NH）反应形成盐，提高纯度和稳定性。机理为酸-碱中和：羧酸质子转移至胺的氮原子，形成离子对。
典型反应条件：溶剂：乙醇或异丙醇，室温下操作。 温度：室温（25°C），无需加热。 试剂比例：N-Cbz-L-亮氨酸1当量，双环己基胺1当量（分子量181.32 g/mol）。例如，上步产物8.5 g（约0.032 mol），需5.8 g DCHA。 操作流程：
- 将N-Cbz-L-亮氨酸溶于热乙醇（30 mL）中，形成澄清溶液。
- 缓慢加入双环己基胺，搅拌下观察到白色沉淀生成（若无沉淀，可微热至40°C诱导）。
- 继续搅拌1小时，冷却至0°C，过滤收集沉淀。
- 用冷乙醇洗涤，真空干燥。产物为N-Cbz-L-亮氨酸双环己基铵盐，产率90-98%。
- 纯化：若需进一步纯化，可用乙醇/水重结晶，回收率高。
机理要点：双环己基胺为强碱（pKa ≈11），易与羧酸形成稳定盐。该盐的疏水性双环己基部分增强结晶性，便于从极性杂质中分离。TLC监测相同于上步，Rf值一致。产物表征：¹H NMR类似保护酸，但多出双环己基信号 δ 2.0-1.0 (m, 20H)；IR (KBr) 关键峰：1740 cm⁻¹ (C=O), 3300 cm⁻¹ (NH)；熔点约160-165°C；元素分析符合C/H/N比例。
整体产率：从L-亮氨酸起始，总产率75-90%，取决于纯化步骤。
注意事项与优化
安全考虑：Cbz-Cl具有刺激性和毒性，操作需在通风橱中，佩戴防护装备。双环己基胺有恶臭，处理时注意通风。酸化步骤产生HCl气体，避免吸入。 纯度控制：手性氨基酸合成中，避免 racemization——通过低温和快速反应实现。HPLC或旋光度α_D^{20} ≈ -25° (c=1, EtOH) 验证光学纯度。 常见问题与优化：
- 产率低：检查Cbz-Cl新鲜度（易水解），或增加碱量。
- 杂质：O-保护副产物可用硅胶柱层析去除，但工业规模避免。
- 绿色合成变体：使用Cbz-OSu（N-羟基琥珀酰亚胺酯）代替Cbz-Cl，反应更温和，产率提高5-10%。 应用扩展：此化合物常用于固相肽合成（SPPS）中，作为Z-Leu-OH的稳定形式。脱保护用HBr/AcOH或氢化Pd/C。
此合成路线简单高效，适用于实验室和工业规模。专业化学家可根据具体设备微调条件，确保可重复性。参考文献如Organic Syntheses或peptide合成手册可提供更多实验细节。