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二硫苏糖醇(DTT)——一种特效还原剂


一、概述

二硫苏糖醇(Dithiothreitol,简称为DTT)是一种小分子有机还原剂,化学式为C4H10O2S2。其还原状态下为线性分子,被氧化后变为包含二硫键的六元环状结构。二硫苏糖醇的名字衍生自苏糖(一种四碳单糖)。DTT的异构体为二硫赤糖醇(DTE),即DTT的C3-差向异构体。

DTT是一种很强的还原剂,其还原性很大程度上是由于其氧化状态六元环(含二硫键)的构象稳定性。它的氧化还原电势在pH为7时为-0.33伏。二硫苏糖醇对一个典型的二硫键的还原是由两步连续的巯基-二硫键交换反应所组成:

其中,第*步反应所形成的中间态很不稳定,因为DTT上的第二个巯基趋向于与被氧化的硫原子连接,使中间态很快被转化为DTT的环状氧化结构,从而完成对二硫键的还原。

DTT的还原力受pH值的影响,只在pH值大于7的情况下能够发挥还原作用。这是因为只有脱去质子的硫醇盐负离子(-S–)才具有反应活性,硫醇(-SH)则没有;而巯基的PKa一般为~8.3。

由于容易被空气氧化,因此DTT的稳定性较差;但冷冻保存或在惰性气体中处理能够延长它的使用寿命。由于质子化的硫的亲核性较低,随着pH值的降低,DTT的有效还原性也随之降低。

二、合成方法

(1)以1,3-丁二烯为原料,经溴化、氧化、乙酰化后与硫代乙酸钾反应后经甲醇氯化氢溶液作用而得,如图所示。

此方法步骤较多,工艺路线长,操作工序复杂,导致整体收率不高。原料也用到了气味较大的硫代乙酸钾,对环境会有一定的影响。

(2) Whitesides等[1]用1,2:3,4-二环氧丁烷为起始原料,经过硫代乙酸开环后,再经水解步骤而得,如图所示。

此法步骤虽少,但是反应体系中异构体较多,导致分离效率低下,*终收率也很低。且硫代乙酸的污染也相对较大。

(3)以苏藓糖醇为原料,先用高锰酸钾氧化,再在硫代乙酸作用下得到硫代中间体,*后水解该硫代中间体得到DTT。该方法的缺陷在于:在生成硫代中间体的同时,会生成一个DTT的同分异构体杂质,该杂质的理化性质和DTT极为相近,从而导致DTT分离提纯困难,产率低,生产成本昂贵,仅适用于实验室合成,不适用于工业化生产。

(4)余汶檑[2],公开了一种二硫苏糖醇的合成方法,即以1,4-丁烯二醇为起始原料,先与溴进行加成反应,制得2,3-二溴-1,4-丁二醇;再在碱催化下水解,制得二环氧乙烷;再与硫代乙酸进行加成反应,制得二硫苏糖醇二乙酸酯;*后在碱催化下水解,制得二硫苏糖醇。

此发明方法与Whitesides等的方案有相似之处,缺点也相近。

(5)陈军民等[3]发明了一种二硫苏糖醇的制备方法。a)酒石酸二甲酯与丙酮缩二甲醇混合物在酸催化下、在有机媒介中反应,得到2,3‑O‑异亚丙基酒石酸二甲酯化合物。(b) 将步骤(a)所述的2,3‑O‑异亚丙基酒石酸二甲酯化合物与硼氢化钠在甲醇中反应,得到2,3‑O‑异亚丙基苏醇化合物。 (c) 将步骤(b)所述的2,3‑O‑异亚丙基苏醇化合物与磺酰氯在碱作用下反应,得到2,3‑O‑异亚丙基苏醇磺酸酯化合物。(d) 将步骤(c)所述的2,3‑O‑异亚丙基苏醇磺酸酯与硫代乙酸盐在有机溶剂中反应,得到2,3‑O‑异亚丙基二硫苏糖醇二乙酸酯。(e) 将步骤(d)所述的2,3‑O‑异亚丙基二硫苏糖醇二乙酸酯化合物在碱性体系中水解,得到目标化合物二硫苏糖醇。

该方法具有操作简便、收率高、纯度高、易于工业化生产等特点。但是步骤较多,操作不简便。

(6)中国人民解放军军事医学科学院放射医学研究所的江幼岷、赵忠等[4]提供了一条简便合成方法。以4,5-二羟基-1,2-二硫环己烷为原料电解而成。以汞、铜、铅等金属板为阴极,碳棒为阳极,盐酸为电解液。电解完毕后用乙醚提取阴极液,回收乙醚得到1,4-二硫代苏糖醇。本法制备1,4-二硫代苏糖醇有以下优点:合成方法简便,避免使用硫代乙酸钾或硫化氢试剂。用电解还原将4,5-二羟基-1,2-二硫环己烷还原成1,4-二硫代苏糖醇,容易进行,收率可达到75%左右。副产物少,不需要真空蒸馏和重结晶处理就能达到纯度要求。




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