CN104894169B - 一种(s)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种(S)‑1,1,1‑三氟异丙醇的制备方法，底物三氟丙酮在有机溶剂、酮还原酶、葡萄糖脱氢酶、葡萄糖及辅酶的存在下，在pH为6.5~7.5的水相缓冲液中，在15℃~25℃下反应20~25h，反应结束后利用含氟试剂进行萃取获得产品；其中，含氟试剂为HFE‑7600和/或F‑626，有机溶剂为选自乙醇、异丙醇、甲基叔丁基醚、正己烷中的一种或多种，在起始反应体系中，底物的浓度为15~25g/L，酮还原酶的投料质量占底物质量的5%~10%，葡萄糖脱氢酶的投料质量占底物质量的2%~5%。本发明具有底物浓度高、产物光学纯度高、酶用量低、反应时间短、产物收率高的优点，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于生物制药和生物化工技术领域，具体涉及一种(S)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法。
背景技术
含氟手性醇在医药、农药和液晶等领域有着广泛的应用。其中，(S)-1,1,1-三氟异丙醇可以作为合成多种药物活性成分和农药的手性砌块，具有重要的应用价值。合成该手性醇的方法中，由于拆分方法难以大规模工业化应用(J.Chem.Soc.1967,2332-2333)，由化合物1,1,1-三氟丙酮制备得到(S)-1,1,1-三氟异丙醇的生物转化方法由于其路线原子经济性高的特性，是目前最优的合成方法(图1)。
在已公开的信息中，化学法通常利用过渡态金属催化剂催化该反应(图2)，存在着环境不友好性和污染问题，且产物的ee值较低(低于或等于97％，例如EP 2399895 A2)。相对的，生物法能够达到98％以上的产物光学纯度，因此是较优的制备方法。生物法中整细胞催化法和游离酶催化法均可以利用酮还原酶催化1,1,1-三氟丙酮制备(S)-1,1,1-三氟异丙醇。整细胞催化法中(图3)，中国专利CN101305098公开了利用重组大肠杆菌得到的不同来源的重组酮还原酶，制备得到了(S)-1,1,1-三氟异丙醇，其特点是：1，底物浓度低(约10g/L)；2，催化剂用量高(是底物质量的3倍)；3，产物对映选择性未知。美国专利US2007009999公布了一种利用酿酒酵母制备(S)-1,1,1-三氟异丙醇的方法，其特点是：1，催化剂用量为底物质量的10倍；2，反应需要6天才能完成；3，产物ee较高，为99％。
游离酶法中(图4)，中国专利CN101305098公开了利用重组大肠杆菌得到的来源于红平红球菌的重组酮还原酶，其特点是：1，底物浓度低(约1g/L)；2，催化剂用量高(是底物质量的100倍)；3，产物光学纯度大于99％；4，需要额外添加等底物浓度的昂贵的还原型辅酶(市场价格约为3-5万元人民币/公斤)。文献Tetrahedron Letters 47(2006)4803–4806报道利用来自红球菌属(Rhodococcus sp.)的游离醇脱氢酶(ADH)催化该反应，但该反应产物最高ee只有93％，缺乏实用价值。
综上所述，尚无生物催化剂能够在适宜的工艺条件下，以明显低于底物数量的催化剂投量生产光学纯度较高的(S)-1,1,1-三氟异丙醇的技术公开，且除美国专利US2007009999公开了一种利用三次蒸馏法获得产品的分离方法外，其他生物方法都无法将与水形成共沸物的产物从水相反应体系中分离出来。三次蒸馏法能耗高，且产物收率只有85％，产物中仍含有5.2％的水分，因此并非理想的产物分离方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种产物光学纯度高的(S)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法。
为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：
一种(S)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法，底物三氟丙酮在有机溶剂、酮还原酶、葡萄糖脱氢酶、葡萄糖及辅酶的存在下，在pH为6.5～7.5的水相缓冲液中，在15℃～25℃下反应20～25h，反应结束后利用含氟试剂进行萃取获得产品(S)-1,1,1-三氟异丙醇；其中，所述的含氟试剂为HFE-7600和/或F-626，所述的有机溶剂为选自乙醇、异丙醇、甲基叔丁基醚、正己烷中的一种或多种，在起始反应体系中，所述的底物的浓度为15～25g/L，所述的酮还原酶的投料质量占所述的底物质量的5％～10％，所述的葡萄糖脱氢酶的投料质量占所述的底物质量的2％～5％。
优选地，在起始反应体系中，所述的底物的浓度为20～22g/L。
优选地，所述的有机溶剂的投料体积为反应体系总体积的5％～20％。
进一步优选地，所述的有机溶剂的投料体积为反应体系总体积的9％～11％。
优选地，所述的水相缓冲液为磷酸盐缓冲溶液。
进一步优选地，所述的磷酸盐缓冲溶液的摩尔浓度为0.2mol/l～0.5mol/l。
优选地，所述的水相缓冲液的pH为6.9～7.1。
优选地，使所述的反应在19℃～22℃下进行。
优选地，所述的酮还原酶为购自苏州汉酶生物技术有限公司的牌号为EW065的酮还原酶。
优选地，所述的葡萄糖脱氢酶为购自苏州汉酶生物技术有限公司的牌号为EW002的葡萄糖脱氢酶。
优选地，所述的辅酶为NADP。
优选地，所述的辅酶的投料质量占所述的底物质量的0.5％～1％，所述的葡萄糖的投料质量占所述的底物质量的190％～220％。
优选地，将质量含量为40～50％的三氟丙酮水溶液、所述的有机溶剂和所述的水相缓冲液加入反应器中，搅拌后向反应器中加入所述的葡萄糖脱氢酶、所述的酮还原酶、所述的辅酶、所述的葡萄糖，在15℃～25℃下反应20～25h，然后调节pH至2.8～3.2，过滤，滤液用所述的含氟试剂萃取多次后，将萃取液减压蒸馏，获得所述的(S)-1,1,1-三氟异丙醇。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明具有底物浓度高、产物光学纯度高(达到98.2％)、酶用量低、反应时间短、产物收率高的优点，适合工业化生产。
附图说明
附图1为由化合物1,1,1-三氟丙酮制备得到(S)-1,1,1-三氟异丙醇的反应式；
附图2为通过化学法由化合物1,1,1-三氟丙酮制备得到(S)-1,1,1-三氟异丙醇的反应式；
附图3为通过整细胞催化法由化合物1,1,1-三氟丙酮制备得到(S)-1,1,1-三氟异丙醇的反应式；
附图4为通过游离酶法由化合物1,1,1-三氟丙酮制备得到(S)-1,1,1-三氟异丙醇的反应式。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为常规实验中的条件。
实施例1(不同有机溶剂对产物选择性的影响)：
质量含量为42％的三氟丙酮水溶液0.1mL，磷酸盐缓冲液(0.5M，pH7.0)1.7mL加入5mL反应器中，加入不同有机溶剂0.2mL，搅拌均匀后加入5mg葡萄糖脱氢酶(EW002)，45mg酮还原酶(EW065)，NADP 2mg，葡萄糖80mg，20摄氏度下保温搅拌24小时，转化率和产物选择性如表1所示：
表1
实施例2(生物转化过程)
质量含量为42％的三氟丙酮水溶液10mL，甲基叔丁基醚20mL和磷酸盐缓冲液(0.2M，pH7.0)170mL加入500mL反应器中，搅拌均匀后加入0.12g葡萄糖脱氢酶(EW002)，0.25g酮还原酶(EW065)，NADP 0.02g，葡萄糖8g，20摄氏度下保温搅拌24小时，转化率>99％，产物光学纯度为98.2％。
实施例3(产品分离方法)
将实施例2中获得的反应液加入等体积的含氟试剂进行一次萃取，所用的含氟试剂如下表：
结果如下：
| 含氟溶剂 | 剩余产物 | 萃取产物 |
| F-7500 | 80.2％ | 18.0％ |
| 8F-Toluene | 88.9％ | - |
| F-7600 | 56.6％ | 54.3％ |
| F-626 | 54.4％ | 54.6％ |
| FC-3280 | 83.65％ | 16.6％ |
| FC-75 | 61.6％ | - |
| Freon E2 | 64.6％ | - |
选取F-7600和F-626两种含氟试剂对上述反应液进行等体积三次萃取，结果如下：
| 含氟溶剂 | 水相中剩余产物 |
| F-7200 | 8.1％ |
| F-626 | 2.8％ |
实施例4(产品制备方法)
质量含量为42％的三氟丙酮水溶液100mL，甲基叔丁基醚200mL和磷酸盐缓冲液(0.2M，pH7.0)1.7L加入5L反应器中，搅拌均匀后加入1.2g葡萄糖脱氢酶(EW002)，2.5g酮还原酶(EW065)，NADP 0.2g，葡萄糖80g，20摄氏度下保温搅拌24小时，调节pH至3.0，硅藻土过滤，滤液用等体积的F626试剂萃取三次后，将萃取液减压蒸馏，获得光学纯度为98.2％，GC纯度为99％的产品40g。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种(S)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法，其特征在于：底物三氟丙酮在有机溶剂、酮还原酶、葡萄糖脱氢酶、葡萄糖及辅酶的存在下，在pH为6.5~7.5的水相缓冲液中，在15℃~25℃下反应20~25h，反应结束后利用含氟试剂进行萃取获得产品(S)-1,1,1-三氟异丙醇；其中，所述的含氟试剂为HFE-7600和/或F-626，所述的有机溶剂为选自乙醇、异丙醇、甲基叔丁基醚、正己烷中的一种或多种，在起始反应体系中，所述的底物的浓度为15~25g/L，所述的酮还原酶的投料质量占所述的底物质量的5%~10%，所述的葡萄糖脱氢酶的投料质量占所述的底物质量的2%~5%；所述的有机溶剂的投料体积为反应体系总体积的5%~20%。
2.根据权利要求1所述的(S)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂的投料体积为反应体系总体积的9%~11%。
3.根据权利要求1所述的(S)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法，其特征在于：所述的水相缓冲液为磷酸盐缓冲溶液。
4. 根据权利要求3所述的(S)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法，其特征在于：所述的磷酸盐缓冲溶液的摩尔浓度为0.2 mol/L ~0.5mol/ L。
5.根据权利要求1或3或4所述的(S)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法，其特征在于：所述的水相缓冲液的pH为6.9~7.1。
6.根据权利要求1所述的(S)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法，其特征在于：使所述的反应在19℃~22℃下进行。
7.根据权利要求1所述的(S)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法，其特征在于：所述的酮还原酶为购自苏州汉酶生物技术有限公司的牌号为EW065的酮还原酶。
8.根据权利要求1所述的(S)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法，其特征在于：所述的辅酶为NADP。
9.根据权利要求1所述的(S)-1,1,1-三氟异丙醇的制备方法，其特征在于：所述的辅酶的投料质量占所述的底物质量的0.5%~1%，所述的葡萄糖的投料质量占所述的底物质量的190%~220%。
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