CN108192932A - 一种手性醇的酶催化制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种手性醇的酶催化制备方法，该方法条件温和、简便，后处理简单，工艺条件稳定，有效的缩短了生产周期，提高了整体收率，节约生产成本，环境友好，减少了有机溶剂对环境的污染，适于放大生产。

Description

一种手性醇的酶催化制备方法
技术领域
本发明涉及一种手性醇的酶催化制备方法，本发明属于有机合成领域。
背景技术
手性醇作为重要中间体，广泛用于手性药物和其他手性精细化学品的合成，国内外已有许多相关的合成报道。(R)-2-羟基-3-(苄氧基苯基)丙酸乙酯作为制备骨髓细胞白血病1(MCL1)抑制剂的关键中间体，Nature，2016，538，477–482及WO2016207225等文献中公布的化合物的合成方法均为将乙酸-2-甲基苯基酯通过Wohl-Ziegler反应上溴，再与乙醛酸乙酯通过格氏反应制得得到消旋的2-乙酰氧基-3-(2-羟基苯基)丙酸乙酯，第二步格氏反应需要严格控制无水条件，对设备要求高，两步反应制备得到消旋体的收率仅23％，再通过手性色谱柱分离得到单一构型目标产品，整体收率低，且手性柱色谱分离成本高、周期长，不适合工业化放大生产，将拆分所得的单一构型产品脱除乙酰基保护后可得到手性醇化合物。生物酶催化制备手性化合物的方法，反应条件温和，立体选择性高、对环境友好，弥补了化学方法的不足。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种手性醇的酶催化制备方法，更具体的本发明的制备方法可以用如下流程表示：
其中，R1选自苄基、C2-6的烷氧基烷基和C1-6烷基，优选为苄基、甲氧基甲基、甲基和乙基；R2为直链或支链的C1-6烷基，优选为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基和叔丁基；
更具体的，本发明的手性醇的酶催化制备方法包含如下步骤：
惰性气体保护下，将酶PS Amano SD(简称为PS-SD)均匀的分散于缓冲溶液中，与前体醇化合物II的第一有机溶液混合搅拌制备得到化合物Ia和化合物Ib；所述酶的用量为0.015～0.06g/g化合物II，优选为0.02～0.05g/g化合物II；所述第一有机溶剂选自叔丁基甲基醚、乙醚、甲苯、二氧六环、正己烷、正庚烷、二氯甲烷、氯仿中的一种或多种；所述反应温度为5～40℃，优选为20～30℃；所述反应时间以检测原料反应完全为止。
优选的，所述缓冲溶液选自磷酸盐缓冲溶液；所述磷酸盐缓冲溶液可选自磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液、磷酸氢二钠-磷酸二氢钾缓冲液、磷酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲液、磷酸二氢钠-氢氧化钠缓冲液、磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液、磷酸二氢钾-氢氧化钾缓冲液，更优选为磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液和磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液，所述缓冲溶液可依据本领域常规方法配置；所述缓冲液的pH为6.5～8.5，优选为pH为7.0～8.0；所述反应过程中，可通过补加氢氧化钠或氢氧化钾水溶液控制反应体系pH；
更具体的，本发明的手性醇的酶催化制备方法包含如下后处理方法：
反应结束后，过滤、分液，水相用第二有机溶剂萃取，合并有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物Ia，将所得粗品化合物Ia在第三有机溶剂中打浆即可得到纯品化合物Ia；将上述分液所得水相，用柠檬酸调节pH至5左右，加入第二有机溶剂萃取，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物Ib，将所得粗品化合物Ib在第三有机溶剂中打浆即可得到纯品化合物Ib；所述第二有机溶剂选自甲基叔丁基醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿中的一种或多种；所述第三有机溶剂选自石油醚、正己烷、正庚烷中的一种或多种；
更进一步的，所述的化合物II可依据下述方法制备得到：
其中，R1，R2的定义如前；X选自氯、溴或碘；
更具体的，本发明化合物II的制备方法包含如下步骤：
1、碱性条件下，化合物IV和化合物V反应制备化合物III；所述碱选自甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠、叔丁醇钾、钠氢、二异丙基氨基锂，优选为乙醇钠和甲醇钠；所述碱与化合物IV的投料摩尔比为1～3:1，优选为1～1.5：1；所述化合物V与化合物IV的投料摩尔比为1～3:1，优选为1.5:1；适合上述反应的溶剂为乙醇、甲醇、叔丁醇、四氢呋喃或上述溶剂的任意组合；所述反应温度为-35℃～40℃，优选为-10℃～25℃；所述反应时间以检测原料反应完全为止；反应结束后，反应液中加入水和饱和氯化铵溶液，二氯甲烷萃取，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物III，将所得粗品化合物III在第三有机溶剂中打浆即可得到纯品化合物III；其中，所述第三有机溶剂的溶剂的定义如前；
2、氢气条件下，化合物III在钯催化剂作用下开环得到化合物II；所述钯催化剂选自钯/硫酸钡、钯/碳酸钙、钯/二氧化硅络合物、钯/三氧化二铝或钯/碳，优选为钯/硫酸钡、钯/碳酸钙；更有选的，所述钯催化剂钯含量为5％～10％；所述钯催化剂与化合物III的投料质量比为0.01～0.5：1，优选为0.1:1；所述氢气的压力为1～2个大气压；所述适合上述反应的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、1,4-二氧六环或上述溶剂的任意组合；所述反应温度为0℃～35℃，优选为15℃～25℃；所述反应时间以检测原料反应完全为止；反应结束后，过滤，浓缩得到粗品化合物II，将粗品化合物II在第三有机溶剂中打浆即可得到纯品化合物II；其中，所述第三有机溶剂的溶剂的定义如前；
上述化合物II的制备方法，两步反应可以连续操作，无需分离纯化；
本发明的有益效果主要在于：
1.本发明使用的酶是在多种脂肪酶和酯酶中筛选出来的，依据本发明所述的制备和后处理方法，可以高收率、高立体选择性的得到手性醇，由化合物II酶催化制备化合物Ia产品收率高达94％，纯度高于98％，ee值高达99.79％；化合物Ib收率高达82％，纯度高于94％，ee值高达93.8％；
2.本发明提供的手性醇的酶催化制备方法条件温和、简便，后处理简单，所使用的酶经济易得，且仅需要催化量即可，工艺条件稳定，有效的缩短了生产周期，提高了整体收率，节约生产成本，环境友好，减少了有机溶剂对环境的污染，适于放大生产；
3.本发明提供的消旋体化合物II的合成方法简单、后处理简便，无需过柱纯化，可连续操作，缩短生产周期，适于工业放大。
具体实施例
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件进行。
实施例中所用的原料或试剂除特别说明之外，均市售可得。
实施例中所述的室温均指5-35℃。除非特别指出，所述的试剂不经纯化直接使用，所有溶剂均购自商业化供应商。反应通过TLC分析和/或通过LC-MS分析，通过起始材料的消耗来判断反应的终止。分析用的薄层层析(TLC)是在预涂覆硅胶60F254 0.25毫米板的玻璃板(EMD化学品公司(EMD Chemicals))上进行的，用UV光(254nm)和/或硅胶上的碘显象，和/或与TLC染色物如醇制磷钼酸、水合茚三酮溶液、高锰酸钾溶液或硫酸高铈溶液一起加热。
1H-NMR谱是在万瑞安-默丘利-VX400(Varian Mercury-VX400)仪上，在400MHz操作下记录的。
本发明中使用的缩写具有本领域常规含义，如：DMF表示N.N-二甲基甲酰胺，PE表示石油醚，EA表示乙酸乙酯。
实施例1：2-苄氧基苯甲醛的制备
室温下将2-羟基苯甲醛(2kg)和碳酸钾(4.528kg)溶于DMF(8.5L)中，向反应体系中加入苄溴(3.08kg)，氮气保护条件下搅拌至原料反应完全。反应结束后，加入水(30L)稀释，叔丁基甲基醚(15L×3)萃取，合并有机相，并用饱和食盐水(20L)洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，将所得粗品2-苄氧基苯甲醛快速柱层析(PE:EA＝50:1～1:1)分离，将所得产品在正己烷(6L)中粉碎，室温搅拌16小时，过滤、干燥得到纯品白色固体2-苄氧基苯甲醛(2.92kg，收率：84％)；核磁表征数据与文献报道一致。
下式所示的化合物IV-2可依据由2-羟基苯甲醛和氯甲基甲醚参考ChineseJournal of Chemistry,33(11),1287-1292；2015中所述方法制备得到；下式所示的化合物IV-3可依据上述化合物IV-1的操作方法由间羟基苯甲醛与苄溴反应制备得到：
实施例2：化合物III-1的制备
将2-苄氧基苯甲醛(2.92kg，13.76mol)、氯乙酸乙酯(2.53kg，20.64mol)溶于乙醇(5.6L)中，-10℃条件下，将所得反应液滴加至乙醇钠(6688g，20.64mol，21％乙醇溶液)中，滴加完毕后升至室温反应，搅拌至原料检测反应完全。反应结束后，冰浴条件下，加入冰水(9L)和饱和氯化铵(11L)稀释反应液，二氯甲烷萃取(3×15L)，合并有机相，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥、过滤浓缩得到粗品化合物III-1。将所得粗品化合物III-1在石油醚中打浆得到淡黄色纯品固体化合物III-1(3.53kg，收率：86％)。1H-NMR(400Hz，CDCl3)：δ7.41-6.92(m，9H)，5.12(s，2H)，4.47(s，1H)，4.28-4.23(m，2H)，3.43(s，1H)，1.30-1.27(t，3H)。
下述化合物III-2、化合物III-3及化合物III-4可依据下述反应式中的投料当量比及上述化合物III-1操作方法制备得到，其中对甲氧基苯甲醛化合物IV-4可市售得到：
实施例3：3-(2-(苄氧基)苯基)-2-羟基丙酸乙酯
向化合物III-1(1kg，3.35mol)的乙醇(20L)溶液中，加入5％钯/硫酸钡(100g)，氢气置换后，室温条件下氢化(2atm)反应至化合物III-1反应完全。反应结束后，过滤，浓缩，将所得产品粗品化合物II-1加入石油醚(10L)中室温搅拌过夜，过滤干燥得到白色固体纯品(875g，收率：87％)。1H-NMR(400Hz，CDCl3)：δ7.46-7.15(m，7H)，6.95-6.92(m，2H)，5.11(m，2H)，4.50-4.11(m，3H)，3.29-2.86(m，3H)，1.18(t，3H)。
下述化合物II-2、化合物II-3及化合物II-4可依据下述反应式中的投料当量比及上述化合物II-1操作方法制备得到：
实施例4：化合物Ia-1和化合物Ib-1的制备
取磷酸二氢钾(34g)溶于水(3L)中，加入0.1N氢氧化钠调节pH至7.0～8.0，将PS-SD(12.5g)分散在缓冲溶液中，加入化合物II-1(250g，832.3mmol)的叔丁基甲基醚(3L)溶液，氮气保护下，20℃反应16h，反应过程中可通过补加0.1N氢氧化钠溶液控制反应体系pH，反应结束后，过滤，分液，水相用甲基叔丁基醚(2×1L)萃取，合并有机相，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物Ia-1，将此粗品化合物Ia-1在正己烷(2L)中打浆得到纯品白色固体化合物Ia-1(115g，收率92％，纯度99.19％，ee％99.79％，1H-NMR(400Hz，CDCl3)：δ7.46-6.91(m，9H)，5.10(t，2H)，4.52-4.50(m，1H)，4.17-4.00(m，2H)，3.27-2.86(m，3H)，1.57(t，3H))；将上述分液所得水相用柠檬酸调节pH至5左右，加入乙酸乙酯(2×1L)萃取，合并有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物Ib-1，将所得粗品化合物Ib-1在石油醚(2L)中打浆即可得到纯品白色固体化合物Ib-1(90.65g，收率80％，纯度97.63％，ee％95.8％(使用II-1水解后的消旋体产品进行ee值测定)，1H-NMR(400Hz，CDCl3+D2O)：δ7.44-6.95(m，9H)，5.11(m，3H)，4.53-4.50(m，1H)，3.38-3.02(m，2H))。
实施例5：化合物Ia-2和化合物Ib-2的制备
取磷酸二氢钾(680mg)溶于水(60ml)中，加入0.1N氢氧化钾调节pH至7.5～8.5，将PS-SD(100mg)分散在缓冲溶液中，加入化合物II-2(5g，20.8mmol)的乙醚(100ml)溶液，氮气保护下，5℃反应至液相检测原料反应完全；反应过程中可通过补加0.1N氢氧化钾溶液控制反应体系pH，反应结束后，过滤分液，水相用乙酸乙酯(2×20mL)萃取，合并有机相，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物Ia-2，将此粗品化合物Ia-2在石油醚(30ml)中打浆得到纯品白色固体化合物Ia-2(1.75g，收率70％，纯度98.01％，ee％82％)；将上述分液所得水相用柠檬酸调节pH至5左右，加入二氯甲烷(2×20mL)萃取，合并有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物Ib-2，将所得粗品化合物Ib-2在石油醚(30ml)中打浆即可得到纯品白色固体化合物Ib-2(1.5g，收率60％，纯度96.52％，ee％83.6％)；
实施例6：化合物Ia-3和化合物Ib-3的制备
取磷酸二氢钾(4.0g)溶于水(400ml)中，加入0.1N氢氧化钾调节pH至6.5～7.5，将PS-SD(1.5g)分散在缓冲溶液中，加入化合物II-3(25g，83.2mmol)的1,4-二氧六环(250ml)溶液，氮气保护下，40℃反应至液相检测原料反应完全；反应过程中可通过补加0.2N氢氧化钾溶液控制反应体系pH，反应结束后，过滤，分液，水相用二氯甲烷(2×100mL)萃取，合并有机相，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物Ia-3，将此粗品化合物Ia-3在石油醚(150ml)中打浆得到纯品白色固体化合物Ia-3(10.5g，收率84％，纯度98.89％，ee％98.1％)；将上述分液所得水相用柠檬酸调节pH至5左右，加入二氯甲烷(2×100mL)萃取，合并有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物Ib-3，将所得粗品化合物Ib-3在石油醚(150ml)中打浆即可得到纯品白色固体化合物Ib-3(8.88g，收率82％，纯度96.90％，ee％92.5％)；
实施例7：化合物Ia-4和化合物Ib-4的制备
取磷酸二氢钠(7g)溶于水(500ml)中，加入0.1N氢氧化钠调节pH至7.0～7.5，将PS-SD(750mg)分散在缓冲溶液中，加入化合物II-4(50g，223mmol)的二氯甲烷(600ml)溶液，氮气保护下，25℃反应至液相检测原料反应完全；反应过程中可通过补加0.2N氢氧化钠溶液控制反应体系pH，反应结束后，过滤，分液，水相用二氯甲烷(3×150ml)萃取，合并有机相，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物Ia-4，将此粗品化合物Ia-4在石油醚(500ml)中打浆得到纯品化合物Ia-4(23.5g，收率94％，纯度98.10％，ee％97.30％)；将上述分液所得水相用柠檬酸调节pH至5左右，加入二氯甲烷(3×150ml)萃取，合并有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物Ib-4，将所得粗品化合物Ib-4在石油醚(500ml)中打浆即可得到纯品化合物Ib-4(18.8g，收率86％，纯度94％，ee％93.7％)；
对比例1：化合物Ia-4和化合物Ib-4的制备
将酶PS-30(1.5g)分散于水(750ml)中，室温搅拌下加入化合物II-4(50g，223mmol)，反应过程中通过补加0.2N NaOH溶液保持pH为7.0-7.5，25℃反应搅拌反应24小时后，过滤，分液，水相用二氯甲烷(2×1L)萃取，合并有机相、干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物Ia-4，将此粗品化合物Ia-4在石油醚(500ml)中打浆得到纯品化合物Ia-4(14g，收率56％，ee％60％)；将上述分液所得水相用柠檬酸调节pH至5左右，加入二氯甲烷(3×150ml)萃取，合并有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩得到粗品化合物Ib-4，将所得粗品化合物Ib-4在石油醚(500ml)中打浆即可得到纯品化合物Ib-4(5g，收率20％，ee％33％)。
对比例2：化合物Ia-1和化合物Ib-5的制备
惰性气体保护下，将II-1(5g，16.6mmol)溶于叔丁基甲基醚(50ml)和水(500μL)中，依次加入酶和新鲜蒸馏得到的乙酸乙烯酯(14.29g，166mmol)，50℃反应，所述酶可选自下表中三种酶中任意一种，投料量如表格中所示，三种酶均市售得到，实验结果如下所示：
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种手性醇的酶催化制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在惰性气体保护下，使化合物II在酶PS Amano SD的存在下在有机溶剂中发生如下反应：
其中，R1选自苄基、C2-6的烷氧基烷基和C1-6烷基；R2为直链或支链的C1～6烷基。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，R1选自苄基、甲氧基甲基、甲基和乙基；R2选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基和叔丁基。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述酶的用量为0.015～0.06g/g化合物II。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自叔丁基甲基醚、乙醚、甲苯、二氧六环、正己烷、正庚烷、二氯甲烷、氯仿中的一种或多种。
5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为5～40℃。
6.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述酶均匀分散于磷酸盐缓冲溶液中；所述缓冲液的pH为6.5～8.5。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐缓冲溶液选自磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液、磷酸氢二钠-磷酸二氢钾缓冲液、磷酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲液、磷酸二氢钠-氢氧化钠缓冲液、磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液、磷酸二氢钾-氢氧化钾缓冲液。
8.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述化合物II由如下步骤制备得到：
步骤1，碱性条件下，化合物IV和化合物V反应制备化合物III：
其中，X选自氯、溴和碘；
步骤2，氢气条件下，所述化合物III在钯催化剂的存在下开环得到所述化合物II：
。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述碱选自甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠、叔丁醇钾、钠氢、和二异丙基氨基锂；所述碱与所述化合物IV的投料摩尔比为1～5:1；所述化合物V与所述化合物IV的投料摩尔比为1～3:1；适合所述反应的溶剂为乙醇、甲醇、叔丁醇、四氢呋喃或其任意组合；所述反应温度为-35℃～40℃。
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述钯催化剂选自钯/硫酸钡、钯/碳酸钙、钯/二氧化硅络合物、钯/三氧化二铝和钯/碳；所述钯催化剂与所述化合物III的投料质量比为0.01～0.5:1；所述氢气的压力为1～2个大气压；适合所述反应的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、1,4-二氧六环或其任意组合；所述反应温度为0℃～35℃。
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