CN101974604A - 一种离子液体中酶拆分制备帕罗西汀中间体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物催化技术领域，公开了一种离子液体中酶拆分制备帕罗西汀中间体的方法。本发明以离子液体为反应介质，利用脂肪酶催化底物外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶(II)与酰基供体的转酯化反应，制备(3S，4R)-4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶。本发明提供的制备方法反应条件温和，操作简单，转化率高，光学纯度最高可达98％，并且酶可重复利用，对环境污染小。(3S，4R)-4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶是制备抗抑郁药帕罗西汀的关键中间体，本发明为帕罗西汀的制备提供了一条可行的途径。
Description
技术领域
本发明属于生物催化技术领域，涉及一种离子液体中酶拆分制备帕罗西汀中间体的方法，具体涉及一种离子液体中酶拆分制备(3S，4R)-4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶的方法。
背景技术
随着社会的进步和经济的发展，抑郁症这种新型病症正困扰着现代人的生活，严重影响人们的健康水平。目前抑郁症患者全球已达3.4亿人之多，为世界第四大疾病，预测到2020年其将上升为全球第二大疾病(仅次于心脑血管疾病)。世界卫生组织、世界银行和哈佛大学的一项联合研究表明，抑郁症已经成为中国疾病负担的第二大病，但仅有约10％的患者得到了有效的治疗。帕罗西汀最早由美国Smith-Kline Beecham公司开发，并于1992年作为抗抑郁药推出，其是第一个同时治疗抑郁和焦虑的5-羟色胺再摄取抑制剂(SSRIs)药物，也是目前全球应用最为普遍的抗抑郁药之一。帕罗西汀作为一种强5-羟色胺再摄取抑制剂，在抑郁药治疗方面具有疗效肯定、耐受性好、不良反应少等优点，受到临床医生和患者的青睐，且近年来其国内医院用药金额逐年增加，排在各类抗抑郁药之首，因此开发帕罗西汀及其中间体将会带来良好的经济和社会效益。
式(I)所示化合物是制备抗抑郁药帕罗西汀的关键中间体。专利US3912743、专利US4007196先后报道了式(I)化合物消旋体的制备方法，以槟榔碱和4-氟苯基溴化镁为原料通过格氏反应最终得到式(I)化合物消旋体，该路线使用的槟榔碱具有强刺激性，对人体有害且市场上难以买到，不适合大规模生产。
专利EP0223334、专利US4902801报道了化学拆分法制备式(IA)化合物的方法，如下式所示：
该方法以(-)-二对甲苯酰酒石酸为拆分剂，在丙酮中使式(IIA)化合物结晶成盐达到拆分的目的，得到的式(IA)化合物的酒石酸盐的收率为40％-45％，中和后式(IA)化合物的总收率为34％-40％。该方法有机溶剂和拆分剂用量大，总收率较低，生产成本较高。
专利WO0129031、专利WO0129032也报道了化学拆分法制备式(IA)化合物的方法，如上式所示，拆分剂为(-)-二对甲苯酰酒石酸盐，将式(IIA)化合物的甲苯溶液加入(-)-二对甲苯酰酒石酸盐的丙酮混合液中进行拆分反应，式(IA)化合物的总收率为约为40％。该方法同样存在有机溶剂和拆分剂用量、收率较低的问题，同时使用了毒性较大的甲苯，不利于大规模生产。
Gonzalo de Gonzalo等报道了在有机溶剂中酶法拆分制备式(I)化合物的方法(Gonzalo deGonzalo et al.J.Org.Chem.2001，66，8947-8953；Gonzalo de Gonzalo et al.J.Org.Chem.2003，68，3333-3336)，该方法以脂肪酶催化的式(II)化合物与酰基供体在有机溶剂中的转酯化反应拆分制备式(I)化合物，通过筛选获得了立体选择性较好的脂肪酶，并发现甲苯和乙腈较适合作反应介质，转化率高，式(I)化合物光学纯度＞93％。该方法使用了毒性较大的甲苯和乙腈等有机溶剂，不利于大规模生产。
离子液体作为生物催化反应介质的研究已有较多研究报道且逐渐成为研究热点。离子液体被成称为“绿色液体”，具有很多有机溶剂所不可比拟的优势：1).对很多有机化合物具有很好的溶解性；2).基本无蒸汽压，不可燃，有优异的化学和热稳定性，易分离溶解于其中的化合物，可以循环使用；3).可设计性强，可以通过改变阴离子或阳离子来调节甚至彻底改变离子液体的性质，从而“设计”合成适合某种特殊反应的离子液体；4).能够维持甚至提高酶以及微生物全细胞的催化活性、操作稳定性和立体选择性。因此开发一种在离子液体中通过脂肪酶催化手性拆分外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶制备高光学纯度的帕罗西汀中间体的方法将会有很好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中拆分制备帕罗西汀中间体以有机溶剂作为反应介质，毒性强、易燃、易挥发，容易造成环境污染，对操作有潜在危险的缺陷，提供一种离子液体中酶拆分制备帕罗西汀中间体的方法。
本发明采用的技术方案是：
一种离子液体中酶拆分制备帕罗西汀中间体的方法，以式(II)所示的外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶为底物，在脂肪酶的催化作用下与酰基供体反应，在离子液体中15-60℃，100-250rpm条件下制备式(I)所示的(3S，4R)-4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶，其反应方程式为：
其中，R为H、C1-C6的烷烃基、C2-C6烯烃基、C2-C6炔烃基或叔丁氧羰基、苄氧羰基、烯丙氧羰基、芴甲氧羰基、三甲基硅乙氧羰基等烷氧羰基。
所述脂肪酶选自Lipase A from Candida antarctica(南极假丝酵母脂肪酶A)，Lipase B fromCandida antarctica(南极假丝酵母脂肪酶B)，Lipase from Porcine pancreatic(猪胰脂肪酶)，Lipasefrom Candida rugosa(皱褶假丝酵母脂肪酶)Lipase from Burkholderia cepacia(洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶)，lipase AK“Amano”(天野脂肪酶AK)，lipase AYS“Amano”(天野脂肪酶AYS)，Lipase from Aspergillus niger(黑曲霉脂肪酶)，优选Lipase A from Candida antarctica，Lipase B from Candida antarctica或Lipase from Candida rugosa。
所述的外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶与脂肪酶的质量之比为1∶0.1-1。
所述的离子液体选自[BMIm][PF6]、[BMPy][PF6]、[NMIm][PF6]、[BMIm][BF4]、[HMIm][BF4]、[EMIm][BF4]、[PMIm][BF4]或[BMIm][NTf2]，优选[BMIm][PF6]、[BMIm][BF4]、[EMIm][BF4]或[NMIm][PF6]。
所述的酰基供体选自乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、碳酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、乙酸异丙烯酯，优选乙酸乙烯酯。
所述的外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶与酰基供体的物质的量之比为1∶1-20，优选1∶10。
所述的反应条件为：温度15-60℃，转速100-250rpm，反应时间2-24h，优选温度30℃，转速200rpm，反应时间10h。
该制备方法可以通过高效液相色谱监测反应进度，并进一步计算反应转化率和产物光学纯度。
所述的离子液体中酶拆分制备帕罗西汀中间体的方法是按照以下步骤进行的：
a.配制反应体系：以离子液体为反应介质，外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶为底物，底物浓度为10-150mmol/L；所述的外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶与酰基供体的物质的量之比为1∶1-20；所述的外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶与脂肪酶的质量之比为1∶0.1-1；
b.转酯化反应：控制反应条件为温度15-60℃，转速100-250rpm，反应时间2-24h，高效液相色谱监测反应进度，反应结束后，离心去除脂肪酶，得上清液；
c.产物萃取处理：产物用正己烷和异丙醇的混合溶剂萃取，并取样进行高效液相色谱分析，测定转化率和光学纯度。
反应转化率和产物光学纯度通过高效液相色谱法测定，手性色谱柱：CHIRALCEL OZ-H(5μm，250mm×4.6mm)，色谱条件为：流动相正己烷∶异丙醇∶二乙胺(90∶10∶0.1，v/v/v)，流速1ml/min，检测波长266nm，柱温35℃，进样量9μL。
反应转化率c按下式计算：
光学纯度通过底物对映体过量值(ees)来评价，ees按下式计算：
其中A0，B0——反应前(3S，4R)-对映体和(3R，4S)-对映体的浓度，g/L；
A，B——反应后(3S，4R)-对映体和(3R，4S)-对映体浓度，g/L。
本发明的有益效果：实现了帕罗西汀中间体的高立体选择性的酶法拆分制备，反应条件温和，操作简单，转化率高，光学纯度最高可达98％，并且酶与离子液体可重复利用，对环境污染小，克服了以有机溶剂作为反应介质具有毒性强、易燃、易挥发，容易造成环境污染，对操作有潜在危险的缺陷，本发明使用具有“绿色液体”之称的可设计性强的离子液体作为反应介质，离子液体对很多有机化合物有很好的溶解性，且其基本无蒸汽压，具有良好的化学和热稳定性，有利于脂肪酶催化活性、操作稳定性和立体选择性的保持，另外其可以循环使用，产物分离容易。本发明实现了帕罗西汀中间体在离子液体中的酶法拆分，为帕罗西汀的制备提供了一条可行的途径。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的描述，但本发明的保护并不仅限于此：
本发明所涉及的生物酶及其它试剂均为市场购买所得，其中南极假丝酵母脂肪酶A、猪胰脂肪酶、皱褶假丝酵母脂肪酶、洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶购自sigma公司，天野脂肪酶AK、天野脂肪酶AYS购自天野酶制品株式会社，南极假丝酵母脂肪酶B购自novozymes(诺维信)公司，黑曲霉脂肪酶购自深圳绿维康生物工程有限公司。
实施例中采用外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-甲基-哌啶为底物，简称化合物(IIA)。
实施例1.
以30mmol/L浓度添加底物化合物(IIA)，以离子液体[BMIm][PF6]为反应介质，按照化合物(IIA)：乙酸乙烯酯的物质的量之比1∶10添加酰基供体，加入5g/L lipase from Porcinepancreatic启动反应，于30℃，摇床转速200rpm条件下反应12h。反应结束后离心去除脂肪酶，得上清液。上清液用正己烷/异丙醇(90∶10，v/v)混合溶液萃取得有机相，过滤后进行HPLC分析，反应转化率38％，光学纯度79％。
实施例2.
以30mmol/L浓度添加底物化合物(IIA)，以离子液体[BMIm][PF6]为反应介质，按照化合物(IIA)∶乙酸乙烯酯的物质的量之比1∶10添加酰基供体，加入5g/L lipase A from Candidaantarctica启动反应，于30℃，摇床转速200rpm条件下反应10h。反应结束后离心去除脂肪酶，得上清液。上清液用正己烷/异丙醇(90∶10，v/v)混合溶液萃取得有机相，过滤后进行HPLC分析，反应转化率52％，光学纯度92％。
实施例3.
以30mmol/L浓度添加底物化合物(IIA)，以离子液体[BMIm][PF6]为反应介质，按照化合物(IIA)∶乙酸乙烯酯的物质的量之比1∶10添加酰基供体，加入5g/L lipase B from Candidaantarctica启动反应，于30℃，摇床转速200rpm条件下反应8h。反应结束后离心去除脂肪酶，得上清液。上清液用正己烷/异丙醇(90∶10，v/v)混合溶液萃取得有机相，过滤后进行HPLC分析，反应转化率46％，光学纯度98％。
实施例4.
以30mmol/L浓度添加底物化合物(IIA)，以离子液体[BMIm][BF4]为反应介质，按照化合物(IIA)∶乙酸乙烯酯的物质的量之比1∶10添加酰基供体，加入5g/L lipase B from Candidaantarctica启动反应，于30℃，摇床转速200rpm条件下反应10h。反应结束后离心去除脂肪酶，得上清液。上清液用正己烷/异丙醇(90∶10，v/v)混合溶液萃取得有机相，过滤后进行HPLC分析，反应转化率43％，光学纯度97％。
实施例5.
以30mmol/L浓度添加底物化合物(IIA)，以离子液体[EMIm][BF4]为反应介质，按照化合物(IIA)∶乙酸乙烯酯的物质的量之比1∶10添加酰基供体，加入5g/L lipase B from Candidaantarctica启动反应，于30℃，摇床转速200rpm条件下反应12h。反应结束后离心去除脂肪酶，得上清液。上清液用正己烷/异丙醇(90∶10，v/v)混合溶液萃取得有机相，过滤后进行HPLC分析，反应转化率54％，光学纯度96％。
实施例6.
以30mmol/L浓度添加底物化合物(IIA)，以离子液体[BMIm][BF4]为反应介质，按照化合物(IIA)∶乙酸乙烯酯的物质的量之比1∶10添加酰基供体，加入5g/L lipase from Candida rugosa启动反应，于30℃，摇床转速200rpm条件下反应24h。反应结束后离心去除脂肪酶，得上清液。上清液用正己烷/异丙醇(90∶10，v/v)混合溶液萃取得有机相，过滤后进行HPLC分析，反应转化率35％，光学纯度87％。
实施例7.
以30mmol/L浓度添加底物化合物(IIA)，以离子液体[EMIm][BF4]为反应介质，按照化合物(IIA)∶乙酸乙烯酯的物质的量之比1∶10添加酰基供体，加入5g/L lipase A from Candidaantarctica启动反应，于30℃，摇床转速200rpm条件下反应8h。反应结束后离心去除脂肪酶，得上清液。上清液用正己烷/异丙醇(90∶10，v/v)混合溶液萃取得有机相，过滤后进行HPLC分析，反应转化率40％，光学纯度97％。
实施例8.
以30mmol/L浓度添加底物化合物(IIA)，以离子液体[NMIm][PF6]为反应介质，按照化合物(IIA)∶乙酸乙烯酯的物质的量之比1∶10添加酰基供体，加入5g/L lipase B from Candidaantarctica启动反应，于30℃，摇床转速200rpm条件下反应16h。反应结束后离心去除脂肪酶，得上清液。上清液用正己烷/异丙醇(90∶10，v/v)混合溶液萃取得有机相，过滤后进行HPLC分析，反应转化率40％，光学纯度98％。
Claims (9)
1.一种离子液体中酶拆分制备帕罗西汀中间体的方法，其特征在于所述的方法是以如式(II)所示的外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶为底物，在脂肪酶的催化作用下与酰基供体反应，在离子液体中15-60℃，100-250rpm条件下制备如式(I)所示的(3S，4R)-4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶，其反应方程式为：
其中，R为H、C1-C6的烷烃基、C2-C6烯烃基、C2-C6炔烃基或叔丁氧羰基、苄氧羰基、烯丙氧羰基、芴甲氧羰基或三甲基硅乙氧羰基。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述脂肪酶选自南极假丝酵母脂肪酶A，南极假丝酵母脂肪酶B，猪胰脂肪酶，皱褶假丝酵母脂肪酶，洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶，天野脂肪酶A，天野脂肪酶AYS，黑曲霉脂肪酶，优选南极假丝酵母脂肪酶A，南极假丝酵母脂肪酶B或皱褶假丝酵母脂肪酶。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶与脂肪酶的质量之比为1∶0.1-1。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的离子液体选自[BMIm][PF6]、[BMPy][PF6]、[NMIm][PF6]、[BMIm][BF4]、[HMIm][BF4]、[EMIm][BF4]、[PMIm][BF4]或[BMIm][NTf2]，优选[BMIm][PF6]、[BMIm][BF4]、[EMIm][BF4]或[NMIm][PF6]。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的酰基供体选自乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、碳酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、乙酸异丙烯酯，优选乙酸乙烯酯。
6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于所述的外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶与酰基供体的物质的量之比为1∶1-20，优选所述的外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶与酰基供体的物质的量之比为1∶10。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的反应条件为：温度15-60℃，转速100-250rpm，反应时间2-24h，优选温度30℃，转速200rpm，反应时间10h。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于该制备方法可以通过高效液相色谱监测反应进度，并进一步计算反应转化率和产物光学纯度。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的离子液体中酶拆分制备帕罗西汀中间体的方法是按照以下步骤进行的：
a.配制反应体系：以离子液体为反应介质，外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶为底物，底物浓度为10-150mmol/L；所述的外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶与酰基供体的物质的量之比为1∶1-20；所述的外消旋4-(4-氟苯基)-3-羟甲基-1-R-哌啶与脂肪酶的质量之比为1∶0.1-1；
b.转酯化反应：控制反应条件为温度15-60℃，转速100-250rpm，反应时间2-24h，HPLC监测反应进程；
c.产物萃取处理：离心去除脂肪酶得上清液，上清液用正己烷和异丙醇的混合溶剂萃取，并取样进行HPLC分析，测定转化率和光学纯度。
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