CN106244642A - 一种卤醇脱卤酶催化合成（r）‑4‑氰基‑3‑羟基丁酸乙酯的制备方法 - Google Patents

一种卤醇脱卤酶催化合成（r）‑4‑氰基‑3‑羟基丁酸乙酯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种卤醇脱卤酶催化合成(R)‑4‑氰基‑3‑羟基丁酸乙酯的制备方法，以(S)‑4‑氯‑3‑羟基丁酸乙酯(ATS‑4)为底物，采用酶法合成(R)‑4‑氰基‑3‑羟基丁酸乙酯(ATS‑5)，针对酶法反应速率和转化率低的缺陷，选取树脂为载体，吸附卤醇脱卤酶，并将转化率为50％的反应体系导入精馏装置中，缩短酶在反应体系中的停留时间，减少了的酶的失活，有利于酶的回收再利用，酶的利用率得到提高。本发明反应条件温和，反应速度快，成本低，操作稳定性好，转化率高，可达98.8％‑99.4％；没有副反应存在，制得的产物光学纯度高，适合工业化生产。

Description

一种卤醇脱卤酶催化合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制 备方法
技术领域
本发明涉及一种医药中间体的制备方法，具体涉及一种卤醇脱卤酶催化合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备方法。
背景技术
阿托伐他汀(atorvastatin，商品名立普妥，Lipitor)是世界上第一个年销售额超过百亿美元的药品。它通过抑制羟甲基戊二酰CoA还原酶，阻碍肝脏中胆固醇合成的限速步骤来降低血液中胆固醇的含量。最近又有大量的临床研究结果表明：他汀类药物除了是最有效的降低胆固醇的药物，而且对骨质疏松症、老年痴呆症、心脏病和糖尿病等各种疾病都有显著疗效，如果进一步开发新适应症，他汀类药物无疑将会有更大的的临床应用范围。作为他汀类药物的关键手性中间体的(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯(ATS-5)，市场的需求量会越来越大。
目前合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的方法主要有不对称合成法和微生物转化法等。发酵法制备(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯还处于实验室研发阶段，并且存在效率低的问题；不对称合成技术是使用一种对映体催化剂，与一种底物进行反应，使之只形成一个对映体的手性化合物的不对称合成方法。其中又可分为化学催化不对称还原和生物催化不对称还原。
不对称合成又称为手性合成，它以具有手性活性中心的物质作为原料，在保留活性中心的前提下通过化学方法或者生物方法，合成新的手性化合物。化学不对称法合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯需要手性底物作为原料，使用的手性催化剂大多含重金属且合成技术复杂，重金属也会对环境造成污染，治理污染导致成本偏高，最终产物的光学纯度也低于生产要求，因此不适用于制药行业。
生物催化与化学法相比，生物催化法具有反应条件温和，反应转化率高，产物化学纯度和光学纯度高等优点。目前报道的生物催化酶主要有卤醇脱卤酶。卤醇脱卤酶是一类通过分子内亲核取代机制催化邻卤醇转化为环氧化物的脱卤酶，可以高效高选择地催化环氧化物和邻卤醇之间的转化，因而可以用来合成具有光学纯的环氧化物，具有传统化学合成法所无法比拟的优越性。卤醇脱卤酶不需要任何辅助酶就能催化底物(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯(ATS-4)将脱去卤元素成环氧化合物，环氧化合物受氰基进攻后转化为(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯，如下式所述。
但是，现有的卤醇脱卤酶催化法仍然存在以下不足：(1)卤醇脱卤酶不能重复使用，从而导致生产成本高，(2)在搅拌催化过程中，酶在反应体系中停留时间较长，搅拌桨对固定化卤醇脱卤酶的打散改了越高，从根本上影响了酶的催化活性，导致酶的利用率不高，(3)反应结束后，需要采用活性炭等将卤醇脱卤酶从反应体系中吸附出来，一方面，会有少量卤醇脱卤酶残留在反应液中，且在后续精馏过程中也很难去除，从而影响了产品的品质；另一方面，活性炭在吸附卤醇脱卤酶的同时也会吸附一部分(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯(ATS-5)，从而影响产品的收率，尤其是增加了后处理的复杂程度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种卤醇脱卤酶催化合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备方法，反应条件温和，反应速度快，酶在体系中停留时间短，酶利用率高，成本低，产物得率高，光学纯度高，适合工业化生产。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种卤醇脱卤酶催化合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备方法，包括如下步骤：
1)配制卤醇脱卤酶溶液，将吸附树脂加入到卤醇脱卤酶溶液中，并在15-30℃下搅拌3-5h，使得卤醇脱卤酶吸附到吸附树脂上；
2)将戊二醛水溶液滴入到步骤1)的卤醇脱卤酶溶液中，在温度为20-35℃下，搅拌反应3-5h，得固定液，将吸附树脂从酶溶液中分离出来，洗涤得到固定化卤醇脱卤酶；
3)称取210g蒸馏水、1.5-2.5g氰化钠，逐一加入到不锈钢反应釜中，并调节pH至7.5-8.5；
4)加入40-50g底物(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯(ATS-4)，并升温，待温度为45-55℃时加入吸附树脂固定卤醇脱卤酶，调节pH至6.90-7.05，用气相色谱实时检测反应转化率；
5)待步骤4)的转化率达到50％时，将混合液与固定化卤醇脱卤酶过滤分离，固定化卤醇脱卤酶再加入反应釜，混合液进入分层装置，上层进入精馏装置中，精馏装置下部得到(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯，未反应的原料从上部流回入反应釜中继续反应，如此循环反应，得到高转化率的(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯(ATS-5)。。
具体地，步骤1)所述的卤醇脱卤酶溶液的浓度为10-30mg/mL。
具体地，步骤1)所述的吸附树脂为弱酸阳离子树脂、弱碱阳离子树脂或大孔吸附树脂。
具体地，步骤1)所述的吸附树脂与卤醇脱卤酶的质量比为10:1-40:1。
具体地，步骤2)所述的戊二醛水溶液的体积分数为0.5-1.5％，戊二醛水溶液与酶溶液的体积比为1:25。
具体地，步骤4)中加入的卤醇脱卤酶的量为(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯质量的1/3-1/2。
具体地，步骤5)所述的循环反应时间为1h，转化率为98.8％-99.4％。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明将转化率为50％的反应体系导入精馏装置，使得酶在反应体系停留时间大大缩短，减少了的酶的降解，有利于酶的回收再利用，酶的利用率得到提高。
(2)本发明转化率高，可达98.8％-99.4％；没有副反应存在，制得的产物光学纯度高。
(3)本发明反应条件温和，反应速度快，成本低，操作稳定性好，适合工业化生产。
附图说明
图1为本发明(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯制备方法的反应流程图。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
1)配制浓度为20mg/mL的卤醇脱卤酶溶液，将40g吸附树脂加入到200mL的卤醇脱卤酶溶液中，并在20℃下搅拌3-5h，使得卤醇脱卤酶吸附到吸附树脂上；
2)将质量分数为1％的戊二醛水溶液滴入到步骤1)的卤醇脱卤酶溶液中，戊二醛水溶液与酶溶液的体积比为1:25，在温度为20℃下，搅拌反应3-5h，得固定液，将吸附树脂从酶溶液中分离出来，洗涤得到固定化卤醇脱卤酶；
3)称取210g蒸馏水、1.5g氰化钠，逐一加入到不锈钢反应釜中，并调节pH至7.5；
4)加入45g底物(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯(ATS-4)，并升温，待温度为50℃时加入15g吸附树脂固定卤醇脱卤酶，调节pH为6.90，用气相色谱实时检测反应转化率；
5)待步骤2)的转化率达到50％时，将混合液与固定化卤醇脱卤酶过滤分离，固定化卤醇脱卤酶再加入反应釜，混合液进入分层装置，上层进入精馏装置中，精馏装置下部得到(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯，未反应的原料从上部流回入反应釜中继续反应，循环反应1h后，得到转化率为99％的(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯。
实施例2-6与实施例1基本相同，不同之处如表1。
表1
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种卤醇脱卤酶催化合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备方法，包括如下步骤：
1)配制卤醇脱卤酶溶液，将吸附树脂加入到卤醇脱卤酶溶液中，并在15-30℃下搅拌3-5h，使得卤醇脱卤酶吸附到吸附树脂上；
2)将戊二醛水溶液滴入到步骤1)的卤醇脱卤酶溶液中，在温度为20-35℃下，搅拌反应3-5h，得固定液，将吸附树脂从酶溶液中分离出来，洗涤得到固定化卤醇脱卤酶；
3)称取210g蒸馏水、1.5-2.5g氰化钠，逐一加入到不锈钢反应釜中，并调节pH至7.5-8.5；
4)加入40-50g底物(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯(ATS-4)，并升温，待温度为45-55℃时加入吸附树脂固定卤醇脱卤酶，调节pH至6.90-7.05，用气相色谱实时检测反应转化率；
5)待步骤4)的转化率达到50％时，将混合液与固定化卤醇脱卤酶过滤分离，固定化卤醇脱卤酶再加入反应釜，混合液进入分层装置，上层进入精馏装置中，精馏装置下部得到(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯，未反应的原料从上部流回入反应釜中继续反应，如此循环反应，得到高转化率的(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯(ATS-5)。
2.如权利要求1所述的一种卤醇脱卤酶催化合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的卤醇脱卤酶溶液的浓度为10-30mg/mL。
3.如权利要求1所述的一种卤醇脱卤酶催化合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的吸附树脂为弱酸阳离子树脂、弱碱阳离子树脂或大孔吸附树脂。
4.如权利要求1所述的一种卤醇脱卤酶催化合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的吸附树脂与卤醇脱卤酶的质量比为10:1-40:1。
5.如权利要求1所述的一种卤醇脱卤酶催化合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备方法，其特征在于：步骤2)所述的戊二醛水溶液的体积分数为0.5-1.5％，戊二醛水溶液与酶溶液的体积比为1:25。
6.如权利要求1所述的一种卤醇脱卤酶催化合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备方法，其特征在于：步骤4)中加入的卤醇脱卤酶的量为(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯质量的1/3-1/2。
7.如权利要求1所述的一种卤醇脱卤酶催化合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备方法，其特征在于：步骤5)所述的循环反应时间为1h，转化率为98.8％-99.4％。
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