CN102876733A - 一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(一)技术领域:
本发明涉及两种酮还原酶对酮的不对称还原应用于制备高光学纯度的醇类化合物的方法。
(二)背景技术:
不对称生物催化由于其经济效益高,同时由于酶的专一特性,使得这种方法具有高的立体、化学及光学专一性的优点,因此已经成为工业上合成化学品,医药及农药中间体的重要方法。其中,酮类化合物生成手性醇化合物是合成很多精细化工品的必要步骤,化学拆分常用酒石酸等拆分剂进行多次拆分,所得产物化学纯度可达到99%以上,但其缺点就是拆分收率极低,只有不到10%;另外有时化学拆分法还使用价格昂贵的手性拆分剂,大大地增加了生产成本;另外所采用的化学试剂操作较为复杂,且后处理不利用环境保护。不对称生物催化还原方法的发展正可以解决这些问题,酮还原酶可以从酮化合物还原生成手性醇化合物,同时需要辅助因子,较为普遍的是NADH或NADPH。
现阶段,制备手性醇化合物的方法有很多,涉及到生物的方法主要有生物催化拆分和生物催化不对称还原,其中用于不对称还原的生物催化剂又包括微生物全细胞和氧化还原酶。酶法还原具有比全细胞催化产物选择性更高,反应易处理等优点。
(三)发明内容:
本发明的目的在于提供一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法,它是两种酮还原酶对酮类化合物的不对称还原的应用,特别是得到高光学纯度的手性醇产品,选用已经在市场上商业化的原料或者容易制备的酮类化合物
为初始原料,其中R1、R2分别为C1-C8直链烷基、C5-C10环烷基、C5-C10芳基或吡啶基团,所述的芳基或吡啶基团未被取代或被选自以下的一个或多个基团所取代:卤素、烷氧基、C1-C5直链烷基;将磷酸盐缓冲液、NAD+、甲酸铵和酮还原酶加入到主原料酮类化合物
的体系中,恒温条件下反应,得到较高ee值的产品
,本发明极大地简化了后处理纯化操作,工艺条件稳定,操作简单,适用于规模化生产,为制备高光学纯度的醇类化合物提供了一种新的思路和方法。
本发明的技术方案:一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于具体制备步骤如下:
(1)投料:向反应釜中加入主原料酮类化合物
,磷酸盐缓冲液100mmol/L,pH=6.0~7.0,使酮类化合物
均匀分散于磷酸盐缓冲液中;其中,R1、R2分别为C1-C8直链烷基、C5-C10环烷基、C5-C10芳基或吡啶基团,所述的芳基或吡啶基团未被取代或被选自以下的一个或多个基团所取代:卤素、烷氧基、C1-C5直链烷基;酮类化合物
与磷酸盐缓冲液的用量比为1g/20~100mL;
(2)加酮还原酶:向反应釜中加入辅酶NAD+、甲酸铵、酮还原酶主酶和甲酸脱氢酶FDH,体系pH=6.0~7.0;其中,甲酸脱氢酶FDH为来源于Candida boidinii的甲酸脱氢酶,酮类化合物
与辅酶NAD+的用量比为1/0.001~0.01g;酮类化合物
与甲酸铵的摩尔比为1:1~5eq;酮类化合物
与酮还原酶主酶的用量比为1g/0.05~0.5g;酮类化合物
与甲酸脱氢酶FDH的用量比为1g/0.001~0.01g;
(3)反应:体系于20~40℃搅拌保温反应24~72h;
(4)后处理:体系用硅藻土过滤,有机溶剂萃取,静置分液,有机相经干燥,过滤,浓缩得到粗品,再经柱层析纯化得到纯度较高的产品
,纯度95.0~98.0%,收率52.3~98.0%,ee值93.6~99.5%,MS(M+H)+= 123.07~334.1;其中酮类化合物
与有机溶剂的用量比为1g/20~80mL;酮类化合物
与硅藻土的用量比为1g/10~50g;酮类化合物
与柱层析纯化中的硅胶的用量比为1g/5~20g,柱层析纯化中的洗脱液为乙酸乙酯/石油醚=1:20,洗脱液用量为1g/20~80mL。
上述所述步骤(2)中,酮类化合物
与辅酶NAD+的用量比为1/0.003~0.01g;酮类化合物
与甲酸铵的摩尔比为1:1~3eq;酮类化合物
与酮还原酶主酶的用量比为1g/0.05~0.3g;酮类化合物
与甲酸脱氢酶FDH的用量比为1g/0.003~0.01g。
上述所述步骤(3)中反应温度为25~35℃;反应时间为32~72h;
上述所述步骤(4)中有机溶剂为乙酸乙酯、二氯甲烷或甲基叔丁基醚;酮类化合物
与有机溶剂的用量比为1g/20~60mL;酮类化合物
与硅藻土的用量比为1g/15~40g;酮类化合物
与柱层析纯化中的硅胶的用量比为1g/8~15g,柱层析纯化中的洗脱液为乙酸乙酯/石油醚=1:20,洗脱液用量为1g/30~70mL。
上述所述步骤(1)中酮类化合物
与磷酸盐缓冲液的用量比为1g/40~60mL;
上述所述步骤(2)中酮类化合物
与辅酶NAD+的用量比为1/0.003~0.008g;酮类化合物
与甲酸铵的摩尔比为1:1~2eq;酮类化合物
与酮还原酶主酶的用量比为1g/0.05~0.2g;酮类化合物
与甲酸脱氢酶FDH的用量比为1g/0.003~0.008g。
上述所述步骤(3)中反应温度为27~33℃;反应时间为32~50h。
上述所述步骤(4)中有机溶剂为乙酸乙酯或二氯甲烷;酮类化合物与有机溶剂的用量比为1g/40~60mL;酮类化合物
与硅藻土的用量比为1g/20~30g;酮类化合物
与柱层析纯化中的硅胶的用量比为1g/8~12g,柱层析纯化中的洗脱液为乙酸乙酯/石油醚=1:20,洗脱液用量为1g/40~60mL。
上述步骤(4)中有机溶剂为乙酸乙酯。
上述所述步骤(2)中的酮还原酶主酶为ScCR或DADH,ScCR为来源于Streptomyces coelicolor的酮还原酶,DADH为来源于Devosia riboflavina KNK10702的酮还原酶。
本发明的优越性:1、反应步骤简单,一步得到单一构型的手性醇化合物,提高了整体收率,缩短生产周期,节约生产成本。2、反应条件温和,收率高,工艺条件稳定,反应较安全,操作简单,具备规模化生产的能力。3、对环境友好,减少了有机溶剂对环境的污染。
(四)附图说明:
图1为本发明所涉一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法步骤流程图。
图2为本发明所涉一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法中使用酮还原酶主酶DADH时的过程流程图。
图3为本发明所涉一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法中使用酮还原酶主酶ScCR时的过程流程图。
结合图1-3可以更加直观的理解本发明的技术方案。
(五)具体实施方式:
实施例1:一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于具体制备步骤如下:
(1)投料:向200L反应釜中,入2kg主原料3-溴-5-乙酰基吡啶
,100L磷酸盐缓冲液(100mmol/L, pH=6.5),主原料3-溴-5-乙酰基吡啶均匀分散于缓冲液中;
(2)加酮还原酶:向200L反应釜中,加入12g的辅酶NAD+,0.9kg的甲酸铵,0.2kg酮还原酶主酶DADH,0.02kg甲酸脱氢酶FDH,体系pH=6.5;
(3)反应:体系于30℃反应,搅拌反应48h;
(4)后处理:体系用50kg硅藻土过滤,100L乙酸乙酯萃取,静置分液,有机相经干燥,过滤,浓缩得到粗品,经柱层析纯化,用20kg硅胶,100L洗脱液乙酸乙酯:石油醚=1:20淋洗,纯化得到1.8kg纯度较高的产品
,纯度98.0%,收率98.0%,ee值99.5%,MS(M+H)+=200.98。
1HNMR (400MHz, CDCl3) 1.45(d, J~6.48Hz, 3H), 4.88(q,J=8.48Hz, 1H), 7.86(t, J=2Hz, 1H), 8.41(d, J=2Hz, 1H), 8.47 (d, J=2Hz, 1H)。
实施例2:一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于具体制备步骤如下:
(2)加酮还原酶:向100L反应釜中,加入0.1g的辅酶NAD+,45g的甲酸铵,5g酮还原酶主酶ScCR和0.1g 甲酸脱氢酶FDH,体系pH=6.0;
(3)反应:体系于20℃反应,搅拌反应24h;
(4)后处理:体系用1kg硅藻土过滤,2L乙酸乙酯萃取,静置分液,有机相经干燥,过滤,浓缩得到粗品,经柱层析纯化,用500g硅胶,2L洗脱液乙酸乙酯:石油醚=1:20淋洗,纯化得到83g纯度较高的产品,纯度95.0%,收率83.0%,ee值98.3%,MS(M+H)+=172.09。
1HNMR (400MHz, CDCl3): δ7.77~7.71(m, 4H), 7.44~7.41(m, 3H), 4.95 (q, J=6.4 Hz, 1H), 2.42(brs, 1H), 1.50(d, J=6.5 Hz, 3H)。
实施例3:一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于具体制备步骤如下:
(2)加酮还原酶:向500L反应釜中,加入20g的辅酶NAD+,3.7kg的甲酸铵,1.0kg酮还原酶主酶ScCR和0.02kg甲酸脱氢酶FDH,体系pH=7.0;
(3)反应:体系于40℃反应,搅拌反应72h;
(4)后处理:体系用100kg硅藻土过滤,160L乙酸乙酯萃取,静置分液,有机相经干燥,过滤,浓缩得到粗品,经柱层析纯化,用40kg硅胶,160L洗脱液乙酸乙酯:石油醚=1:20淋洗,纯化得到1.8kg纯度较高的产品
,纯度96.0%,收率97.0%,ee值98.2%,MS(M+H)+=180.12。
1HNMR (400MHz, CDCl3): d6.79 e6.91 (m, 3H), 4.81 (q,J¼6.5 Hz, 1H), 3.89 (s, 3H), 3.85 (s, 3H), 2.04(brs, 1H), 1.46 (d, J¼6.5Hz, 3H)。
实施例4:一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于具体制备步骤如下:
(2)加酮还原酶:向500L反应釜中,加入20g的辅酶NAD+,3.7kg的甲酸铵,1.0kg酮还原酶主酶DADH和0.02kg甲酸脱氢酶FDH,体系pH=7.0;
(3)反应:体系于40℃反应,搅拌反应72h;
(4)后处理:体系用100kg硅藻土过滤,160L乙酸乙酯萃取,静置分液,有机相经干燥,过滤,浓缩得到粗品,经柱层析纯化,用20kg硅胶,100L洗脱液乙酸乙酯:石油醚=1:20淋洗,纯化得到1.8kg纯度较高的产品
,纯度96.0%,收率75.0%,ee值99.3%,MS(M+H)+=180.12。
1HNMR (400MHz, CDCl3): d6.79 e6.91 (m, 3H), 4.81 (q,J¼6.5 Hz, 1H), 3.89 (s, 3H), 3.85 (s, 3H), 2.04(brs, 1H), 1.46 (d, J¼6.5Hz, 3H)。
实施例5:一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于具体制备步骤如下:
(2)加酮还原酶:向2000L反应釜中,加入0.3kg的辅酶NAD+,8kg的甲酸铵,4kg酮还原酶主酶ScCR和0.2kg 甲酸脱氢酶FDH,体系pH=6.5;
(3)反应:体系于30℃反应,搅拌反应24h;
(4)后处理:体系用600kg硅藻土过滤,1200L乙酸乙酯萃取,静置分液,有机相经干燥,过滤,浓缩得到粗品,经柱层析纯化,用200kg硅胶,1000L洗脱液乙酸乙酯:石油醚=1:20淋洗,纯化得到19kg纯度较高的产品
,纯度98.0%,收率74%,ee值99.5%,MS(M+H)+=334.1。
1HNMR (500MHz, CDCl3) (2S, 3S) formδ=3.04(dd,1H), 3.12 (dd,1H),3.55(dd,1H),3.60(bs,1H),3.62(dd,1H),3.86(bq,1H),3.96-4.06(m,1H), 5.10(s,2H), 5.31(bd,1H), 7.20–7.38(m,10H);
13CNMR (75MHz, CDCl3) (2S, 3S) formδ=35.3, 47.1, 54.6, 66.5, 73.2, 126.4, 127.8, 127.9, 128.3, 128.3, 129.3, 136.3, 137.5, 156.0。
实施例6:一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于具体制备步骤如下:
(1)投料:向2000L反应釜中,加入20kg主原料
,1200L磷酸盐缓冲液(100mmol/L, pH=6.5),主原料均匀分散于缓冲液中;
(2)加酮还原酶:向2000L反应釜中,加入0.3kg的辅酶NAD+,8kg的甲酸铵,4kg酮还原酶主酶DADH和0.2kg甲酸脱氢酶FDH,体系pH=6.5;
(3)反应:体系于30℃反应,搅拌反应24h;
(4)后处理:体系用600kg硅藻土过滤,1200L乙酸乙酯萃取,静置分液,有机相经干燥,过滤,浓缩得到粗品,经柱层析纯化,用200kg硅胶,1000L洗脱液乙酸乙酯:石油醚=1:20淋洗,纯化得到19kg纯度较高的产品
,纯度98.0%,收率78%,ee值99.5%,MS(M+H)+=334.1。
1HNMR (500MHz, CDCl3) (2S, 3S) formδ=3.04(dd,1H), 3.12 (dd,1H),3.55(dd,1H),3.60(bs,1H),3.62(dd,1H),3.86(bq,1H),3.96-4.06(m,1H), 5.10(s,2H), 5.31(bd,1H), 7.20–7.38(m,10H);
13CNMR (75MHz, CDCl3) (2S, 3S) formδ=35.3, 47.1, 54.6, 66.5, 73.2, 126.4, 127.8, 127.9, 128.3, 128.3, 129.3, 136.3, 137.5, 156.0。
实施例7:一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于具体制备步骤如下:
(2)加酮还原酶:向200L反应釜中,加入15.0g的辅酶NAD+,0.8kg的甲酸铵,0.4kg酮还原酶主酶ScCR和0.02kg甲酸脱氢酶FDH,体系pH=6.5;
(3)反应:体系于30℃反应,搅拌反应24h;
(4)后处理:体系用60kg硅藻土过滤,120L乙酸乙酯萃取,静置分液,有机相经干燥,过滤,浓缩得到粗品,经柱层析纯化,用20kg硅胶,100L洗脱液乙酸乙酯:石油醚=1:20淋洗,纯化得到2.0kg纯度较高的产品
,纯度95.0%,收率63%,ee值93.6%,MS(M+H)+=136.9。
1HNMR(400MHz, CDCl3)d 7.27(d,J¼8.1Hz,2H), 7.19(d,J¼8.1Hz, 2H), 4.83(q,J¼6.4Hz,1H), 2.82(brs,1H), 2.39(s,3H),1.47(d,J¼6.4Hz,3H)。
实施例8:一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于具体制备步骤如下:
(2)加酮还原酶:向100L反应釜中,加入10g的辅酶NAD+,0.9kg的甲酸铵,0.1kg酮还原酶主酶DADH和0.002kg甲酸脱氢酶FDH,体系pH=6.5;
(3)反应:体系于30℃反应,搅拌反应24h;
(4)后处理:体系用20kg硅藻土过滤,40L乙酸乙酯萃取,静置分液,有机相经干燥,过滤,浓缩得到粗品,经柱层析纯化,用20kg硅胶,100L洗脱液乙酸乙酯:石油醚=1:20淋洗,纯化得到1.7kg纯度较高的产品
,纯度98.0%,收率52.3%,ee值97.4%,MS(M+H)+=123.07。
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ1.46(d,J=6.4Hz,3H,CH3);4.87(q,J=6.4Hz,1H,*C-H);5.92(s,1H,OH),7.21(m,1H,C2-H);7.72(dt,J=8.0Hz,1H,C3-H); 8.28(dd, J=5.2Hz,1H,C1-H); 8.40(d, J=2.0Hz,1H C5-H)。
实施例9:一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于具体制备步骤如下:
(2)加酮还原酶:向100L反应釜中,加入12g的辅酶NAD+,0.9kg的甲酸铵,0.1kg酮还原酶主酶ScCR和0.002kg 甲酸脱氢酶FDH,体系pH=6.5;
(3)反应:体系于30℃反应,搅拌反应24h;
(4)后处理:体系用20kg硅藻土过滤,40L乙酸乙酯萃取,静置分液,有机相经干燥,过滤,浓缩得到粗品,经柱层析纯化,用20kg硅胶,100L洗脱液乙酸乙酯:石油醚=1:20淋洗,纯化得到1.7kg纯度较高的产品
,纯度97.0%,收率64%,ee值94.4%,MS(M+H)+=199.98。
1HNMR (400MHz, CDCl3): δ7.47 (d, J=8.3Hz, 2H), 7.25(d, J=7.6 Hz, 2H), 4.87(q, J=3.7Hz, 1H), 1.47(d, J=6.4Hz, 3H)。
由此可见,本发明中公开的两种酮还原酶对酮的不对称还原的应用可以将酮类化合物还原,得到较高ee值的产品,ee值93.6%~99.5%,收率52.3%~98.0%,合成方法采用的工艺条件稳定,反应条件温和,整个生产过程中操作简单、污染较低,为不对称还原酮类化合物提供了一种新的思路和方法。
Claims (11)
1.一种制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于具体制备步骤如下:
(1)投料:向反应釜中加入主原料酮类化合物
,磷酸盐缓冲液100mmol/L,pH=6.0~7.0,使酮类化合物
均匀分散于磷酸盐缓冲液中;其中,R1、R2分别为C1-C8直链烷基、C5-C10环烷基、C5-C10芳基或吡啶基团,所述的芳基或吡啶基团未被取代或被选自以下的一个或多个基团所取代:卤素、烷氧基、C1-C5直链烷基;酮类化合物
与磷酸盐缓冲液的用量比为1g/20~100mL;
(2)加酮还原酶:向反应釜中加入辅酶NAD+、甲酸铵、酮还原酶主酶和甲酸脱氢酶FDH,体系pH=6.0~7.0;其中,甲酸脱氢酶FDH为来源于Candida boidinii的甲酸脱氢酶,酮类化合物
与辅酶NAD+的用量比为1/0.001~0.01g;酮类化合物
与甲酸铵的摩尔比为1:1~5eq;酮类化合物
与酮还原酶主酶的用量比为1g/0.05~0.5g;酮类化合物
与甲酸脱氢酶FDH的用量比为1g/0.001~0.01g;
(3)反应:体系于20~40℃搅拌保温反应24~72h;
4.根据权利要求1所述的制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于所述步骤(3)中反应温度为25~35℃;反应时间为32~72h。
6.根据权利要求2所述的制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于所述步骤(1)中酮类化合物
与磷酸盐缓冲液的用量比为1g/40~60mL。
8.根据权利要求4所述的制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于所述步骤(3)中反应温度为27~33℃;反应时间为32~50h。
10.根据权利要求9所述的制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于步骤(4)中有机溶剂为乙酸乙酯。
11.根据权利要求1所述的制备高光学纯度的醇类化合物的方法,其特征在于所述步骤(2)中的酮还原酶主酶为ScCR或DADH,ScCR为来源于Streptomyces coelicolor的酮还原酶,DADH为来源于Devosia riboflavina KNK10702的酮还原酶。
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