CN103233045A - 一种制备(r)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物催化法不对称制备手性医药中间体,具体涉及一种以3,5-双三氟甲基苯乙酮为底物,以羰基还原酶CR为生物催化剂,实现制备单一光学纯度的(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法。由于本发明采用两种辅酶循环再生体系和两相溶剂体系,同时羰基还原酶CR对产物的立体选择性高,因此,在底物一次性加入的情况下,每ml酶活力单位可催化的底物浓度高达70g/L,产物的ee值大于99.5%。
Description
技术领域
本发明属于手性医药中间体制备领域,涉及一种生物催化法不对称制备手性医药中间体,具体涉及一种以羰基还原酶CR为生物催化剂,实现单一光学纯度的(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的绿色制备方法。
背景技术
(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇是合成癌症辅助治疗药物阿瑞匹坦(Aprepitant)的重要手性砌块,其结构式为而阿瑞匹坦的结构式为2003年,阿瑞匹坦作为首个神经激肽-1(NK-1)的受体阻滞剂被美国FDA批准上市。作为癌症的辅助治疗药物,阿瑞匹坦主要可用于治疗和预防化疗诱发的急性、延迟性恶心和呕吐,同时,对周期性呕吐综合征也显示出一定疗效。恶心和呕吐是肿瘤患者在化学治疗后的最常见副反应,通常会导致患者放弃继续接受治疗和生活质量大幅降低。随着癌症患者的数目日益增多,全球对此类药物的需求量逐步增加。2010年,阿瑞匹坦的全球销售额高达7亿美元,据此趋势发展,阿瑞匹坦的市场前景将非常乐观。
单一光学纯度的(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇是合成阿瑞匹坦关键手性中间体,其合成效率和光学纯度决定了阿瑞匹坦的产品质量和制备成本。因此,单一光学纯度的化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇手性中间体的制备具有实际应用价值。目前,该手性中间体制备方法主要包括拆分法和不对称合成法,其中,拆分法一般存在生产成本高、总得率低于50%、产物的光学纯度难以达到要求等缺点(参见:J.Am.Chem.Soc.2003,125:2129-2135);不对称合成法主要有化学合成法和生物催化法,其中化学合成法的收率一般在70~90%,对映体过量(ee)值为50~82%,其所用催化剂价格昂贵,产物的光学纯度也不理想,且一般需要较高的氢气压力,对设备要求较高(参见:专利WO03/043575A2)
生物催化法具有高效、高立体选择性、反应条件温和等优点,近年来得到了研究者的青睐。随着阿瑞匹坦的上市销售,关于细菌或酶催化合成(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的报道日渐增多。Mirjana G.P.等人利用Lactobacillus kefir菌株中乙醇脱氢酶立体选择性地催化3,5-双三氟甲基苯乙酮还原生成(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇,产物的对映体过量值(enantiomeric excess,ee)大于99%,但最大底物浓度仅仅为1.2g/L(5mM),无法满足工业化生产的要求(参见:Terahedron:Asymmetry,2006,17:2000-2005)。KurbanogluE.B.等人从82株真菌中成功地筛选出了一种能够将3,5-双三氟甲基苯乙酮还原成(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的菌株,即Penicillium expansum菌株。然而,在1升的原位反应体系中反应56小时后,产物的产量仅为76%,即3.35g/L,产业化难度极大(参见:Terahedron:Asymmetry,2009,20:2759-2763)。
因此,建立一种高效制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的生物催化工艺以提高底物浓度、减少辅酶投入和简化生产流程,对提高阿瑞匹坦质量、降低生产成本和减少环境污染等具有广泛的实用价值和重要意义。
发明内容
本发明目的是建立一种制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的生物合成方法。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
一种制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,以3,5-双三氟甲基苯乙酮为底物,在辅酶循环再生体系中经羰基还原酶(CR)催化反应制备得到(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇,其中羰基还原酶(CR)是从Corynebacterium ST-10菌中分离得到的,可参考文献Appl.Environ.Microb.1997,63:3783-3788中公开方法得到。
本发明所述的羰基还原酶(CR)适用于各类常规使用的辅酶循环再生体系,优选异丙醇所介导的辅酶循环再生体系,其中异丙醇的用量为反应液的5%~60%(v/v),或甲酸脱氢酶介导的辅酶循环再生体系。
上述辅酶循环再生体系中辅酶可以为通常选用的辅酶种类,优选NADH或NAD+,优选辅酶的浓度为0.05mM~5mM,更优选用量为0.05mM~2mM。
本发明所述的(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的制备方法,优选酶催化反应温度为10~50℃,反应体系pH4.0~9.0,更优选反应温度为20~30℃,反应体系pH6。0~8.0。
本发明所述的制备方法反应时间为1~48h,优选24~48h。
本发明所述的制备方法中,羰基还原酶CR和3,5-双三氟甲基苯乙酮的用量比为100:0.3~7(U:g)。
上述制备方法中反应体系所用反应液选自缓冲液或有机溶剂和缓冲液的混合溶液,其中,缓冲液的pH值为4.0~9.0,有机溶剂和缓冲液的体积比为0.01~9:1,优选0.05~0.5:1。有机溶剂选自正戊烷、正己烷、正庚烷、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异戊醇、石油醚、乙酸乙酯、甲苯、丙酮、乙腈、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基叔丁基醚中的一种或一种以上混合物,优选正己烷或正庚烷。缓冲溶液为本领域常规使用的缓冲液,优选醋酸盐缓冲溶液、磷酸盐缓冲溶液和Tris-HCl缓冲液,更优选磷酸缓冲液。
本发明所述制备方法采用的振荡反应的转速一般为50~300rpm,优选200-250rpm。
本发明所述的一个优选方案,使用异丙醇介导的辅酶循环体系,所用辅酶选自NADH或NAD+。
本发明所述的一个优选方案,使用甲酸脱氢酶介导的辅酶循环再生体系,所用辅酶选自NAD+。
本发明还提供了上述羰基还原酶CR在制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇中的应用。
由于上述技术方案的运用,本发明与现有技术相比具有以下优点:
1.本发明采用羰基还原酶CR制备性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇属于首次报道。
2.本发明采用的羰基还原酶CR可氧化异丙醇,将异丙醇中的氢与NAD+结合生成NADH,实现了辅酶再生循环,大大降低了辅酶NADH的使用量,节约了生产成本;同时,本发明也可使用甲酸脱氢酶介导的辅酶循环再生体系,降低辅酶NAD+的使用量,节约了生产成本。
3.本发明使用了两相溶剂体系,底物和产物能够从水相逐渐进入有机相,不仅避免了高浓度底物对反应的抑制,也方便了产物从有机相的直接提取,简化了生产工艺。
4.在一次性加入底物的情况下,现有技术最多只能达到每个酶活力单位催化3.35g/L底物的水平,而依据本发明的技术路线每ml酶活力单位催化的底物浓度高达70g/L,产物ee值大于99.5%,具有实际的工业应用价值。
5.本发明的制备方法简单,过程可控,效率极高,经济环保,具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明所述制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇反应过程示意图。
具体实施方式
以下通过实施例说明本发明的具体工艺步骤,但不受实施例限制。
在本发明中所使用的术语,除非另有说明,一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。
下面结合具体实施例并参照数据进一步详细描述本发明。应理解,这些实施例只是为了举例说明本发明,而非以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中,未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。
实施例1
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,异丙醇5%(v/v),3,5-双三氟甲基苯乙酮9g/L,NADH0.05mM,羰基还原酶CR3U/ml,正戊烷5%(v/v)最后加入0.05M pH4.0醋酸钠缓冲液补全1ml体系。在10℃下,以200rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为70.1%,产物的ee值大于99.5%。
上述羰基还原酶CR上清可以通过以下方法得到:将菌体用其重量5倍的0.05M(pH=4.0)醋酸钠缓冲溶液重悬,在15~30K psi压力下用高压破碎仪破碎,8000~20000rpm离心20min后获得羰基还原酶CR上清液,其酶活力为3~12U/ml。
上述底物转化率的检测方法如下:用C18反相柱(5μm,4.6×250mm,Shimadzu,Japan)进行高效液相分析(Shimadzu2010A HT,Japan)。检测波长为220nm,柱温40℃,流速1.0ml/min,流动相为含0.1%三氟乙酸的纯水和含0.1%三氟乙酸的乙腈。洗脱时用60%~80%的乙腈梯度洗脱15min,产物在6.8min时出峰,而底物在8.2min时出峰。
上述产物的光学纯度的检测方法如下:用手性柱Chiralcel OD-RH(5μm,150×4.6mm,Daicel,USA)进行高效液相分析(Shimadzu2010A HT,Japan)。检测波长为220nm,柱温25℃,流速0.5ml/min,流动相为含0.1%三氟乙酸的纯水和含0.1%三氟乙酸的乙腈。洗脱时用38%~40%的乙腈梯度洗脱35min,R型产物在21.0min时出峰,S型产物在22.2min时出峰。
实施例2
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,异丙醇60%(v/v),3,5-双三氟甲基苯乙酮12g/L,0.5mM NADH,羰基还原酶CR3U/ml,乙醇5%(v/v),最后加入0.05M pH9.0Tris-HCl缓冲液补全1ml体系。在50℃下,以300rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为71.2%,产物ee值大于99.5%。
上述羰基还原酶CR上清可以通过以下方法得到:将菌体用其重量5倍的0.05M(pH=9.0)Tris-HCl缓冲溶液重悬,在15~30K psi压力下用高压破碎仪破碎,8000~20000rpm离心20min后获得羰基还原酶CR上清液,其酶活力为3~12U/ml。
实施例3
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,异丙醇30%(v/v),3,5-双三氟甲基苯乙酮30g/L,NADH2.0mM,羰基还原酶CR3U/ml,10%(v/v)石油醚,最后加入0.05M pH7.0磷酸钾缓冲液补全1ml体系。在20℃下,以220rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为80.5%,产物ee值大于99.5%。
上述羰基还原酶CR上清可以通过以下方法得到:将菌体用其重量5倍的0.05M(pH=7.0)磷酸钾缓冲溶液重悬,在15~30K psi压力下用高压破碎仪破碎,8000~20000rpm离心20min后获得羰基还原酶CR上清液,其酶活力为3~12U/ml。
实施例4
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,异丙醇50%(v/v),3,5-双三氟甲基苯乙酮27g/L,NADH2.0mM,羰基还原酶CR3U/ml,5%(v/v)乙酸乙酯,最后加入0.05M pH7.0磷酸钾缓冲液补全1ml体系。在30℃下,以220rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为71.2%,产物ee值大于99.5%。
实施例5
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,异丙醇40%(v/v),3,5-双三氟甲基苯乙酮42g/L,NADH1.5mM,羰基还原酶CR3U/ml,最后加入0.05M pH7.0磷酸钾缓冲液补全1ml体系。在25℃下,以220rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为99%,产物的ee值大于99.5%。
实施例6
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,甲酸钠140mg/ml,3,5-双三氟甲基苯乙酮9g/L,NAD+0.05mM,羰基还原酶CR3U/ml,甲酸脱氢酶3U/ml,甲苯5%(v/v)最后加入0.05M pH4.0醋酸钠缓冲液补全1ml体系。在10℃下,以200rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为69.8%,产物的ee值大于99.5%。
实施例7
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,甲酸钠140mg/ml,3,5-双三氟甲基苯乙酮12g/L,0.5mM NAD+,羰基还原酶CR3U/ml,甲酸脱氢酶3U/ml,丙酮5%(v/v),最后加入0.05M pH9.0Tris-HCl缓冲液补全1ml体系。在50℃下,以300rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为67.4%,产物ee值大于99.5%。
实施例8
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,甲酸钠150mg/ml,3,5-双三氟甲基苯乙酮30g/L,NAD+2.0mM,羰基还原酶CR3U/ml,甲酸脱氢酶4U/ml,10%(v/v)乙腈,最后加入0.05M pH7.0磷酸钾缓冲液补全1ml体系。在20℃下,以220rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为76.9%,产物ee值大于99.5%。
实施例9
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,甲酸钠150mg/ml,3,5-双三氟甲基苯乙酮27g/L,NAD+2.0mM,羰基还原酶CR3U/ml,甲酸脱氢酶4U/ml,5%(v/v)二甲基亚砜,最后加入0.05M pH7.0磷酸钾缓冲液补全1ml体系。在30℃下,以220rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为73.9%,产物ee值大于99.5%。
实施例10
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,甲酸钠140mg/ml,3,5-双三氟甲基苯乙酮42g/L,NAD+1.5mM,羰基还原酶CR3U/ml,甲酸脱氢酶3U/ml,最后加入0.05M pH7.0磷酸钾缓冲液补全1ml体系。在25℃下,以220rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为99%,产物的ee值大于99.5%。
实施例11
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,异丙醇30%(v/v),3,5-双三氟甲基苯乙酮160g/L,NADH0.3mM,羰基还原酶CR3U/ml,正己烷20%(v/v),最后加入0.05M pH7.0磷酸钾缓冲液补全1ml体系。在25℃下,以220rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为99%,产物的ee值大于99.5%。
实施例12
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,异丙醇30%(v/v),3,5-双三氟甲基苯乙酮160g/L,NADH0.3mM,羰基还原酶CR3U/ml,正庚烷20%(v/v),最后加入0.05M pH7.0磷酸钾缓冲液补全1ml体系。在25℃下,以220rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为99%,产物的ee值大于99.5%。
实施例13
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,甲酸钠140mg/ml,3,5-双三氟甲基苯乙酮160g/L,NAD+0.3mM,羰基还原酶CR3U/ml,甲酸脱氢酶3U/ml,正己烷20%(v/v),最后加入0.05M pH7.0磷酸钾缓冲液补全1ml体系。在25℃下,以220rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为99%,产物的ee值大于99.5%。
实施例14
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在1ml的反应体系中,甲酸钠140mg/ml,3,5-双三氟甲基苯乙酮160g/L,NAD+0.3mM,羰基还原酶CR3U/ml,甲酸脱氢酶3U/ml,正庚烷20%(v/v),最后加入0.05M pH7.0磷酸钾缓冲液补全1ml体系。在25℃下,以220rpm的速度振荡反应24h,用等体积无水乙醇停止反应后,12000rpm离心20min除去变性的酶,样品经0.45μm有机滤膜过滤后用高效液相色谱分析底物转化率和产物的光学纯度。结果得到底物转化率为99%,产物的ee值大于99.5%。
实施例15
一种制备(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其步骤如下:在50ml的反应体系中,异丙醇15ml,3,5-双三氟甲基苯乙酮210g/L,NAD+0.3mM,羰基还原酶CR3U/ml,10ml正庚烷,最后加入0.05M pH7.0磷酸钾缓冲液补全50ml体系。在25℃下,以220rpm的速度振荡反应24h,待反应体系分层后取正庚烷层,再将水相用乙酸乙酯或甲基叔丁基醚萃取三次,合并有机相用无水硫酸钠干燥,过滤,旋转蒸发有机溶剂,减压浓缩得到油状产物混合物,产物混合物用100~300目硅胶柱纯化后得到白色粉末状(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇,其纯度大于98.3%,ee值为99.5%,产物收率大于80%。
Claims (10)
1.一种制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,以3,5-双三氟甲基苯乙酮为底物,在辅酶循环再生体系中经酶催化反应制备得到(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇,其特征在于,所述生物催化剂选自羰基还原酶CR,来源于Corynebacterium ST-10菌株。
2.如权利要求1所述的制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其特征在于所述酶催化反应温度为10~50℃,反应体系pH为4.0~9.0。
3.如权利要求2所述的制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其特征在于所述羰基还原酶CR与3,5-双三氟甲基苯乙酮用量比为100:0.3~7(U:g)。
4.如权利要求3所述的制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其特征在于所述辅酶循环再生体系选自异丙醇所介导的辅酶循环再生体系或由甲酸脱氢酶介导的辅酶循环再生体系。
5.如权利要求3所述的制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其特征在于所述辅酶选自NADH或NAD+。
6.如权利要求1-5任一项所述的制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其特征在于反应体系所用反应液为缓冲液或有机溶剂和缓冲液的混合溶液,有机溶剂和缓冲液的体积比为0.01~9:1,缓冲液的pH值为4.0~9.0。
7.如权利要求6所述的制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其特征在于所述的有机溶剂选自正戊烷、正己烷、正庚烷、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异戊醇、石油醚、乙酸乙酯、甲苯、丙酮、乙腈、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基叔丁基醚中的一种或一种以上混合物。
8.如权利要求6所述的制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其特征在于所述的缓冲溶液选自醋酸盐缓冲溶液、磷酸盐缓冲溶液或Tris-HCl缓冲液。
9.如权利要求5所述的制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇的方法,其特征在于,所述辅酶循环再生体系为异丙醇介导的辅酶循环体系时所用辅酶选自NADH或NAD+,异丙醇的用量为5%~60%(v/v)或者辅酶循环再生体系为甲酸脱氢酶介导的辅酶循环再生体系时所用辅酶选自NAD+。
10.羰基还原酶CR在制备手性化合物(R)-1-[(3,5-双三氟甲基)苯基]乙醇中的应用,其特征在于所述羰基还原酶来源于Corynebacterium ST-10菌株。
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