CN104017836B - 一种手性苯甲亚砜的制备方法 - Google Patents

一种手性苯甲亚砜的制备方法 Download PDF

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本发明公开了一种手性苯甲亚砜的制备方法，包括以下步骤：将Pseudomonas monteilii ZMU‑T05，保藏号为：CCTCC NO：M2013683在121℃灭菌20 min的LB培养基平板上划线，于28 ℃静置培养12 h后挑取单菌落，作为种子于M9培养基平板上划线，甲苯诱导静置培养，生长24 h后于4 ℃保存备用；常规细胞培养；常规生物转化。本发明获得的产品光学纯度高、成本低且安全环保。

Description

一种手性苯甲亚砜的制备方法
技术领域
本发明涉及生物催化与手性合成技术领域，具体来说涉及一种手性苯甲亚砜的制备方法。
背景技术
手性亚砜作为一类重要的生物活性物质和临床药物，在有机合成和药物合成中有非常广泛的应用。手性亚砜是一类重要的生物活性物质和临床药物，而单加氧酶催化硫醚底物的不对称氧化反应，是合成亚砜类化合物的新途径之一。高活性、高选择性和高底物耐受性硫醚单加氧酶产生菌株的发现与获得，仍然是生物氧化反应发展过程中的难点和瓶颈。
目前所知除了一些金属催化剂能有效催化硫醚底物的不对称氧化反应外，而当前大多数过渡金属催化剂或者有机小分子催化剂在催化硫醚类底物的不对称氧化反应中还存在过度氧化、副产物多和反应条件苛刻等不足。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种能获得光学纯度高、成本低且安全环保的手性苯甲亚砜的制备方法。
本发明的一种手性苯甲亚砜的制备方法，包括以下步骤：
（1）菌株的准备：在121℃灭菌20 min的LB培养基平板上划线，于28 ℃静置培养12 h后挑取单菌落，作为种子于M9培养基平板上划线，甲苯诱导静置培养，生长24 h后于4℃保存备用；
（2）细胞的培养：挑取上述M9培养基平板培养的种子，接种到含有10 mL LB培养基的50 mL的摇瓶中，在30 ℃和200 rpm的转速下进行培养8 h后，按二级诱导培养菌液初始OD值为0.1为标准的接种量接种于含有50 mL M9培养基的250 mL的大摇瓶中，在摇床上培养18 h后取出，在4 ℃和8000 rpm的条件下离心去除上清液，获得菌株的湿细胞备用；
（3）生物转化：将所培养菌株的湿细胞，以10 g /L的细胞浓度悬浮于5 mL、 pH为7.0的缓冲液中，将底物苯甲硫醚18.6 mg加入到反应体系之中，放入摇床反应（30 ℃，300rpm），HPLC跟踪反应，反应24小时，反应结束后，反应液离心处理取上清液，加入氯化钠饱和，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，加压蒸去溶剂，柱层析分离，获得手性苯甲亚砜。
上述的一种手性苯甲亚砜的制备方法，其中：菌种为本课题组自行筛选分离所得的蒙氏假单胞菌Pseudomonas monteilii ZMU-T05，保藏号为：CCTCC NO：M2013683（保藏日期：2013年12月23日，保藏单位：中国典型培养物保藏中心，地址：中国 武汉 武汉大学），既可以采用休止细胞，生长中的细胞，也可以是固定化的细胞，或者使用其所含的氧化酶。
上述的一种手性苯甲亚砜的制备方法，其中：LB培养基的配方为蛋白胨10.0 g,酵母提取物5.0 g, 氯化钠10.0 g, 琼脂15.0 g, 蒸馏水1.0 L，pH 6.8-7.0；M9培养基的配方为十二水磷酸氢二钠17.1 g，磷酸二氢钾3.0 g，氯化钠0.5 g，氯化铵1.0 g，琼脂15.0g，蒸馏水1000 mL，上述成分灭菌后冷却至40 ℃-50 ℃再加入1 mL MT(FeSO4·7H2O：4.87g，MnCl2·4H2O：1.50g，ZnSO4：1.05g，H3BO3：0.3g，CaCl2·2H2O：4.12g，Na2MoO4·2H2O：0.25g，CuCl2·2H2O：0.15g，Na2EDTA·2H2O：0.84g ,HCl：83 mL(注: 浓HCl 物质量浓度为12mol/L)将上述物质溶解后补足蒸馏水至1000 mL)、2 mL 1M MgSO4。
上述的一种手性苯甲亚砜的制备方法，其中：缓冲液为Na2HPO4-KH2PO4缓冲液。
上述的一种手性苯甲亚砜的制备方法，其中：有机溶剂为甲醇、乙醇、正己烷、四氢呋喃、N, N-二甲基甲酰胺等；有机溶剂的加入量为反应体系体积的5%。
本发明与现有技术相比，具有以下明显的优点和有益的效果，从以上技术方案可知：在生物催化反应中，有机溶剂的影响，涉及到溶剂对酶的抑制作用，对活性中心的修饰作用以及底物的溶解性、分散度等等诸多因素。水相反应中加入少量的有机溶剂有时也会对反应有明显的影响，经实验证实加入了所选的有机溶剂，反应的转化率有所降低, 而对映选择性则基本上没有什么改变。实验证明，Pseudomonas monteilii CCTCC M2013683细菌细胞内含有高立体选择性的氧化酶，能有效的催化苯甲硫醚的不对称氧化反应，合成手性苯甲亚砜。由于苯甲硫醚易于合成且价格便宜，以其作为底物以水为介质的环境中进行不对称氧化反应获取手性苯甲亚砜是非常经济有效的制备途径。
本发明的具体实施方式来进一步说明本发明的有益效果。
具体实施方式
实施例1
一种手性苯甲亚砜的制备方法，包括以下步骤：
(1) 菌株的准备：将Pseudomonas monteilii CCTCC M2013683在121℃灭菌20min的LB培养基平板上划线，于28 ℃静置培养12 h后挑取单菌落，作为种子于M9培养基平板上划线，甲苯诱导静置培养，生长24 h后于4 ℃保存备用；
(2) 细胞的培养：挑取上述M9培养基平板培养的种子，接种到含有10 mL LB培养基（蛋白胨10.0 g, 酵母提取物5.0 g, 氯化钠10.0 g, 琼脂15.0 g, 蒸馏水1.0 L，pH6.8-7.0）的50 mL的摇瓶中，在30 ℃和200 rpm的转速下进行培养8 h后，按二级诱导培养菌液初始OD值为0.1为标准的接种量接种于含有50 mL M9培养基（十二水磷酸氢二钠17.1g，磷酸二氢钾3.0 g，氯化钠0.5 g，氯化铵1.0 g，琼脂15.0 g，蒸馏水1000 mL，上述成分灭菌后冷却至40 ℃~50 ℃再加入1 mL MT(FeSO4·7H2O：4.87g，MnCl2·4H2O：1.50g，ZnSO4：1.05g，H3BO3：0.3g，CaCl2·2H2O：4.12g，Na2MoO4·2H2O：0.25g，CuCl2·2H2O：0.15g，Na2EDTA·2H2O：0.84g ,HCl：83 mL(注: 浓HCl 物质量浓度为 12mol/L)将上述物质溶解后补足蒸馏水至1000 mL)、2 mL 1M MgSO4）的250 mL的大摇瓶中，在摇床上培养18 h后取出，在4 ℃和8000 rpm的条件下离心去除上清液，获得菌株的湿细胞（细胞内含有R-选择性的硫醚氧化酶）备用；
(3) 生物转化：取Pseudomonas monteilii CCTCC M2013683湿细胞0.5 g，悬浮于50 mL、pH 7.0的Na2HPO4-KH2PO4缓冲液中，将底物苯甲硫醚18.6 mg加入到上述的5 mL反应体系之中，放入摇床反应（30 ℃，300 rpm），HPLC跟踪反应，反应24小时，反应结束后，反应液离心处理取上清液，加入氯化钠饱和，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，加压蒸去溶剂，柱层析分离，得到(R)-苯甲亚砜。99% 产率，产物做手性HPLC分析，99% ee。
产物分析：
(1) 苯甲亚砜的1H NMR 和13C NMR如下：1H NMR (CDCl3, 500 Hz): δ 7.35-7.36(m, 2H, Ph), 7.32-7.33 (m, 3H, Ph), 2.61 (s, 3H, CH3);13C NMR (CDCl3, 75Hz): δ147.6, 131.0, 130.9, 123.4, 121.5, 124.2, 43.8.
(2) 采用OD-H手性柱进行HPLC分析，流动相速度为1mL/min，流动相比例为异丙醇﹕正己烷=5﹕95，两种构型的保留时间分别为tR=20.238min，tS=28.230min。
实施例2
一种手性苯甲亚砜的制备方法，包括以下步骤：
(1) 菌株的准备：将Pseudomonas monteilii CCTCC M2013683在121℃灭菌20min的LB培养基平板上划线，于28 ℃静置培养12 h后挑取单菌落，作为种子于M9培养基平板上划线，甲苯诱导静置培养，生长24 h后于4 ℃保存备用；
(2) 细胞的培养：挑取上述M9培养基平板培养的种子，接种到含有10 mL LB培养基（蛋白胨10.0 g, 酵母提取物5.0 g, 氯化钠10.0 g, 琼脂15.0 g, 蒸馏水1.0 L，pH6.8-7.0）的50 mL的摇瓶中，在30 ℃和200 rpm的转速下进行培养8 h后，按二级诱导培养菌液初始OD值为0.1为标准的接种量接种于含有50 mL M9培养基（十二水磷酸氢二钠17.1g，磷酸二氢钾3.0 g，氯化钠0.5 g，氯化铵1.0 g，琼脂15.0 g，蒸馏水1000 mL，上述成分灭菌后冷却至40 ℃~50 ℃再加入1 mL MT(FeSO4·7H2O：4.87g，MnCl2·4H2O：1.50g，ZnSO4：1.05g，H3BO3：0.3g，CaCl2·2H2O：4.12g，Na2MoO4·2H2O：0.25g，CuCl2·2H2O：0.15g，Na2EDTA·2H2O：0.84g ,HCl：83 mL(注: 浓HCl 物质量浓度为 12mol/L)将上述物质溶解后补足蒸馏水至1000 mL)、2 mL 1M MgSO4）的250 mL的大摇瓶中，在摇床上培养18 h后取出，在4 ℃和8000 rpm的条件下离心去除上清液，获得菌株的湿细胞（细胞内含有R-选择性的硫醚氧化酶）备用；
(3) 生物转化：取Pseudomonas monteilii CCTCC M2013683湿细胞0.5 g，悬浮于50 mL、pH 7.0的Na2HPO4-KH2PO4缓冲液中，将底物2-氯乙基苯基硫醚7.9 mg加入到上述的5mL反应体系之中，放入摇床反应（30 ℃，300 rpm），HPLC跟踪反应，反应24小时，反应结束后，反应液离心处理取上清液，加入氯化钠饱和，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，加压蒸去溶剂，柱层析分离，得到(R)-2-氯乙基苯基亚砜。69% 产率，产物做手性HPLC分析，92% ee。
产物分析：
(1) 2-氯乙基苯基亚砜的1H NMR 和13C NMR如下：1H NMR (CDCl3, 500 Hz): δ7.53-7.55 (m, 2H, Ph), 7.43-7.45 (m, 3H, Ph), 3.88 (q, 1H, CH2Cl), 3.55 (q,1H, CH2Cl), 3.07(t, J=10 Hz, 2H, CH2CH2); 13C NMR (CDCl3, 75Hz): δ 142.6,131.3, 129.4, 123.7, 59.1, 53.5.
(2) 采用OD-H手性柱进行HPLC分析，流动相速度为1mL/min，流动相比例为异丙醇﹕正己烷=5﹕95，两种构型的保留时间分别为tR=14.315min，tS=14.753min。
实施例3
一种手性苯甲亚砜的制备方法，包括以下步骤：
(1) 菌株的准备：将Pseudomonas monteilii CCTCC M2013683（从西南地区选取独特的土壤和活性污泥样本，采用多次富集培养和分离所得菌株）在121℃灭菌20 min的LB培养基平板上划线，于28 ℃静置培养12 h后挑取单菌落，作为种子于M9培养基平板上划线，甲苯诱导静置培养，生长24 h后于4 ℃保存备用；
(2) 细胞的培养：挑取上述M9培养基平板培养的种子，接种到含有10 mL LB培养基（蛋白胨10.0 g, 酵母提取物5.0 g, 氯化钠10.0 g, 琼脂15.0 g, 蒸馏水1.0 L，pH6.8-7.0）的50 mL的摇瓶中，在30 ℃和200 rpm的转速下进行培养8 h后，按二级诱导培养菌液初始OD值为0.1为标准的接种量接种于含有50 mL M9培养基（十二水磷酸氢二钠17.1g，磷酸二氢钾3.0 g，氯化钠0.5 g，氯化铵1.0 g，琼脂15.0 g，蒸馏水1000 mL，上述成分灭菌后冷却至40 ℃~50 ℃再加入1 mL MT(FeSO4·7H2O：4.87g，MnCl2·4H2O：1.50g，ZnSO4：1.05g，H3BO3：0.3g，CaCl2·2H2O：4.12g，Na2MoO4·2H2O：0.25g，CuCl2·2H2O：0.15g，Na2EDTA·2H2O：0.84g ,HCl：83 mL(注: 浓HCl 物质量浓度为 12mol/L)将上述物质溶解后补足蒸馏水至1000 mL)、2 mL 1M MgSO4）的250 mL的大摇瓶中，在摇床上培养18 h后取出，在4 ℃和8000 rpm的条件下离心去除上清液，获得菌株的湿细胞（细胞内含有R-选择性的硫醚氧化酶）备用；
(3) 生物转化：取Pseudomonas monteilii CCTCC M2013683湿细胞0.5 g，悬浮于50 mL、pH 7.0的Na2HPO4-KH2PO4缓冲液中，将底物烯丙基苯硫醚6.8 mg加入到上述的5 mL反应体系之中，放入摇床反应（30 ℃，300 rpm），HPLC跟踪反应，反应24小时，反应结束后，反应液离心处理取上清液，加入氯化钠饱和，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，加压蒸去溶剂，柱层析分离，得到(R)-烯丙基苯亚砜。99% 产率，产物做手性HPLC分析，64% ee。
产物分析：
(1) 烯丙基苯亚砜的1H NMR 和13C NMR如下：1H NMR (CDCl3, 500 Hz): δ 7.34-7.24 (m, 4H), 7.20-7.16 (m, 1H), 5.48-5.51 (m, 1H), 5.16-5.19 (m, 2H), 3.56-3.53 (m, 2H); 13C NMR (CDCl3, 75Hz): δ 132.1, 131.5, 129.6, 128.7, 124.6,117.6, 38.9.
(2) 采用OD-H手性柱进行HPLC分析，流动相速度为1mL/min，流动相比例为异丙醇﹕正己烷=10﹕90，两种构型的保留时间分别为tR=9.995min，tS=12.216min。
实施例4：
一种手性苯甲亚砜的制备方法，包括以下步骤：
(1) 菌株的准备：将Pseudomonas monteilii CCTCC M2013683（从西南地区选取独特的土壤和活性污泥样本，采用多次富集培养和分离所得菌株）在121℃灭菌20 min的LB培养基平板上划线，于28 ℃静置培养12 h后挑取单菌落，作为种子于M9培养基平板上划线，甲苯诱导静置培养，生长24 h后于4 ℃保存备用；
(2) 细胞的培养：挑取上述M9培养基平板培养的种子，接种到含有10 mL LB培养基（蛋白胨10.0 g, 酵母提取物5.0 g, 氯化钠10.0 g, 琼脂15.0 g, 蒸馏水1.0 L，pH6.8-7.0）的50 mL的摇瓶中，在30 ℃和200 rpm的转速下进行培养8 h后，按二级诱导培养菌液初始OD值为0.1为标准的接种量接种于含有50 mL M9培养基（十二水磷酸氢二钠17.1g，磷酸二氢钾3.0 g，氯化钠0.5 g，氯化铵1.0 g，琼脂15.0 g，蒸馏水1000 mL，上述成分灭菌后冷却至40 ℃~50 ℃再加入1 mL MT(FeSO4·7H2O：4.87g，MnCl2·4H2O：1.50g，ZnSO4：1.05g，H3BO3：0.3g，CaCl2·2H2O：4.12g，Na2MoO4·2H2O：0.25g，CuCl2·2H2O：0.15g，Na2EDTA·2H2O：0.84g ,HCl：83 mL(注: 浓HCl 物质量浓度为 12mol/L)将上述物质溶解后补足蒸馏水至1000 mL)、2 mL 1M MgSO4）的250 mL的大摇瓶中，在摇床上培养18 h后取出，在4 ℃和8000 rpm的条件下离心去除上清液，获得菌株的湿细胞（细胞内含有R-选择性的硫醚氧化酶）备用；
(3) 生物转化：取Pseudomonas monteilii CCTCC M2013683湿细胞0.5 g，悬浮于50 mL、pH 7.0的Na2HPO4-KH2PO4缓冲液中，将底物甲基萘硫醚8.7 mg加入到上述的5 mL反应体系之中，放入摇床反应（30 ℃，300 rpm），HPLC跟踪反应，反应24小时，反应结束后，反应液离心处理取上清液，加入氯化钠饱和，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，加压蒸去溶剂，柱层析分离，得到(R)-甲基萘亚砜。99% 产率，产物做手性HPLC分析，99%ee。
产物分析：
(1) 甲基萘亚砜的1H NMR 和13C NMR如下：1H NMR (CDCl3, 500 Hz): δ 7.43-7.53 (m, 5H, Ph), 3.85 (q, 1H, CH2Cl), 3.55 (q, 1H, CH2Cl), 3.07(t, J=10 Hz,2H, CH2CH2); 13C NMR (CDCl3, 75Hz): δ 142.6, 131.3, 129.4, 123.7, 59.1, 53.5.
(2) 采用OD-H手性柱进行HPLC分析，流动相速度为1mL/min，流动相比例为异丙醇﹕正己烷=5﹕95，两种构型的保留时间分别为tR=15.587min，tS=16.504min。
实施例5：
一种手性苯甲亚砜的制备方法，包括以下步骤：
(1) 菌株的准备：将Pseudomonas monteilii CCTCC M2013683（从西南地区选取独特的土壤和活性污泥样本，采用多次富集培养和分离所得菌株）在121℃灭菌20 min的LB培养基平板上划线，于28 ℃静置培养12 h后挑取单菌落，作为种子于M9培养基平板上划线，甲苯诱导静置培养，生长24 h后于4 ℃保存备用；
(2) 细胞的培养：挑取上述M9培养基平板培养的种子，接种到含有10 mL LB培养基（蛋白胨10.0 g, 酵母提取物5.0 g, 氯化钠10.0 g, 琼脂15.0 g, 蒸馏水1.0 L，pH6.8-7.0）的50 mL的摇瓶中，在30 ℃和200 rpm的转速下进行培养8 h后，按二级诱导培养菌液初始OD值为0.1为标准的接种量接种于含有50 mL M9培养基（十二水磷酸氢二钠17.1g，磷酸二氢钾3.0 g，氯化钠0.5 g，氯化铵1.0 g，琼脂15.0 g，蒸馏水1000 mL，上述成分灭菌后冷却至40 ℃~50 ℃再加入1 mL MT(FeSO4·7H2O：4.87g，MnCl2·4H2O：1.50g，ZnSO4：1.05g，H3BO3：0.3g，CaCl2·2H2O：4.12g，Na2MoO4·2H2O：0.25g，CuCl2·2H2O：0.15g，Na2EDTA·2H2O：0.84g ,HCl：83 mL(注: 浓HCl 物质量浓度为 12mol/L)将上述物质溶解后补足蒸馏水至1000 mL)、2 mL 1M MgSO4）的250 mL的大摇瓶中，在摇床上培养18 h后取出，在4 ℃和8000 rpm的条件下离心去除上清液，获得菌株的湿细胞（细胞内含有R-选择性的硫醚氧化酶）备用；
(3) 生物转化：取Pseudomonas monteilii CCTCC M2013683湿细胞0.5 g，悬浮于50 mL、pH 7.0的Na2HPO4-KH2PO4缓冲液中，将底物3-氯苯甲硫醚7.9 mg加入到上述的5 mL反应体系之中，放入摇床反应（30 ℃，300 rpm），HPLC跟踪反应，反应24小时，反应结束后，反应液离心处理取上清液，加入氯化钠饱和，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，加压蒸去溶剂，柱层析分离，得到(R)-3-氯苯甲亚砜。54% 产率，产物做手性HPLC分析，63% ee。
产物分析：
(1) 3-氯苯甲亚砜的1H NMR 和13C NMR如下：1H NMR (CDCl3, 500 Hz): δ 7.52-7.54 (m, 2H), 7.38-7.41 (m, 3H), 2.60 (s, 3H); 13C NMR (CDCl3, 75Hz): δ 145.0,13.0.9, 129.2, 127.1, 123.3, 43.8.
(2) 采用OD-H手性柱进行HPLC分析，流动相速度为1mL/min，流动相比例为异丙醇﹕正己烷=5﹕95，两种构型的保留时间分别为tR=20.868min，tS=21.898min。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种手性苯甲亚砜的制备方法，包括以下步骤：
（1）菌株的准备：将保藏号为CCTCC NO：M2013683的菌种Pseudomonas monteilii ZMU- T05在121℃灭菌20min的LB培养基平板上划线，于28℃静置培养12h后挑取单菌落，作为种子于M9培养基平板上划线，甲苯诱导静置培养，生长24 h后于4℃保存备用；
（2）细胞的培养：挑取上述M9培养基平板培养的种子，接种到含有10 mL LB培养基的50mL的摇瓶中，在30℃和200 rpm的转速下进行培养8h后，按二级诱导培养菌液初始OD值为0.1为标准的接种量接种于含有50mL M9培养基的250 mL的大摇瓶中，在摇床上培养18h后取出，在4℃和8000 rpm的条件下离心去除上清液，获得菌株的湿细胞备用；
（3）生物转化：将所培养菌株的湿细胞，以10 g /L的细胞浓度悬浮于5mL、 pH为7.0的缓冲液中，将底物苯甲硫醚18.6mg加入到反应体系之中，放入摇床在30℃，300rpm的条件下反应，HPLC跟踪反应，反应24小时，反应结束后，反应液离心处理取上清液，加入氯化钠饱和，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，加压蒸去溶剂，柱层析分离，获得手性苯甲亚砜。
2.如权利要求1 所述的一种手性苯甲亚砜的制备方法，其中：所述菌种可以采用休止细胞或生长中的细胞。
3.如权利要求1或2所述的一种手性苯甲亚砜的制备方法，其中：LB培养基的配方为蛋白胨10.0g，酵母提取物5.0g，氯化钠10.0g，琼脂15.0g，蒸馏水1.0 L，pH6.8-7.0；
M9培养基的配方为十二水磷酸氢二钠17.1 g，磷酸二氢钾3.0 g，氯化钠0.5 g，氯化铵1.0 g，琼脂15.0 g，蒸馏水1000mL，上述成分灭菌后冷却至40℃~50℃再加入1 mL MT、2 mL1M MgSO4；其中MT的制备方法为：FeSO4•7H2O：4.87g，MnCl2•4H2O：1.50g，ZnSO4：1.05g，H3BO3：0.3g，CaCl2•2H2O：4.12g，Na2MoO4•2H2O：0.25g，CuCl2•2H2O：0.15g，Na2EDTA•2H2O：0.84g，12mol/L 浓度的HCl：83 mL，将上述物质溶解后补足蒸馏水至1000 mL。
4.如权利要求 3 所述的一种手性苯甲亚砜的制备方法，其中：缓冲液为Na2HPO4-KH2PO4缓冲液。
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