CN108456701B - 一种d-泛解酸内酯的制备方法 - Google Patents

一种d-泛解酸内酯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生物合成技术领域,具体公开一种D‑泛解酸内酯的制备方法。所述制备方法至少包括以下步骤:(1)将缬氨酸在过氧化氢酶和α‑酮异戊酸还原酶的作用下,进行酶转化得到α‑酮异戊酸;(2)将所述α‑酮异戊酸与四氢叶酸在羟甲基转移酶和氯化镁的作用下,反应制备酮泛解酸;(3)将所述酮泛解酸在α‑酮异戊酸还原酶的作用下,进行酶转化得到泛解酸;(4)将所述泛解酸制备得到泛解酸内酯。本发明操作过程简单,转化条件温和,生产效率高,产品质量好,过程中使用的酶可以循环使用,属于节能环保,绿色高效的生产技术,便于工业化生产。

Description

一种D-泛解酸内酯的制备方法
技术领域
本发明涉及生物合成技术领域,尤其涉及一种D-泛解酸内酯的制备方法。
背景技术
D-泛解酸内酯是一种重要的原料药中间体,主要用于D-泛酸钙(D-(+)-N-(2,4-二羟基-3,3-二甲基丁酰)-β-氨基丙酸钙)和D-泛醇的合成。现有技术中有的采用异丁醛、甲醛和氰化钠为原料经过化学合成获得DL-泛解酸内酯,DL-泛解酸内酯再在串珠镰孢霉菌的作用下生成D-泛解酸,经内酯化获得D-泛解酸内酯,但是本方法采用了毒性较高的氰化钠,在实际生产操作中安全风险大,且废水不易处理,采用DL-泛解酸内酯制备D-泛解酸内酯过程繁琐,效率低下。现有技术中还有在培养基中培养尖孢镰孢菌,在培养后的尖孢镰孢菌与底物混合,水解得到D-泛解酸,内酯化获得D-泛解酸内酯,但是本方法采用发酵制备D-泛解酸内酯的过程能耗较高,且产率低,工业成本较高。现有技术中还有以水和甲苯为溶剂体系,通过添加D-泛解酸内酯作为晶种,诱导结晶获得D-泛解酸内酯的方法,但是本方法在生产过程中采用了甲苯,生产过程VOC排放较高,且通过诱导结晶获得的一次收率较低,产品比旋度较低。
发明内容
针对现有制备过程中原料毒性较大、成本高、废水不易处理、VOC排放高等问题,本发明提供一种D-泛解酸内酯的制备方法。
为达到上述发明目的,本发明实施例采用了如下的技术方案:
一种D-泛解酸内酯的制备方法,所述制备方法至少包括以下步骤:
(1)将缬氨酸在过氧化氢酶和α-酮异戊酸还原酶的作用下,进行酶转化得到α-酮异戊酸;
(2)将所述α-酮异戊酸与四氢叶酸在羟甲基转移酶和氯化镁的作用下,反应制备酮泛解酸;
(3)将所述酮泛解酸在α-酮异戊酸还原酶的作用下,进行酶转化得到泛解酸;
(4)将所述泛解酸制备得到泛解酸内酯。
相对于现有技术,本发明提供的D-泛解酸内酯的制备方法,将廉价易得的缬氨酸进行了生物酶法催化转化制备泛解酸。通过酶反应,在一定条件下获得D-泛解酸内酯,反应条件温和,转化过程容易控制,且所制备的产品质量好,纯度高,成本低廉,便于生产化。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种D-泛解酸内酯的制备方法,所述制备方法至少包括以下步骤:
(1)将缬氨酸在过氧化氢酶和α-酮异戊酸还原酶的作用下,进行酶转化得到α-酮异戊酸;
(2)将所述α-酮异戊酸与四氢叶酸在羟甲基转移酶和氯化镁的作用下,反应制备酮泛解酸;
(3)将所述酮泛解酸在α-酮异戊酸还原酶的作用下,进行酶转化得到泛解酸;
(4)将所述泛解酸制备得到泛解酸内酯。
相对于现有技术,本发明提供的D-泛解酸内酯的制备方法,将廉价易得的缬氨酸进行了生物酶法催化转化制备泛解酸。本发明操作过程简单,转化条件温和,生产效率高,产品质量好,过程中使用的酶可以循环使用,属于节能环保,绿色高效的生产技术,便于工业化生产。
下面对上述制备方法做进一步的解释说明:
具体的优选地,步骤(1)中所述过氧化氢酶的添加量为所述缬氨酸质量的2-10%;所述α-酮异戊酸还原酶为所述缬氨酸质量的2-15%。
过氧化氢酶和α-酮异戊酸还原酶可以同时使用,也可以先使用过氧化氢酶再使用还原酶。
优选地,步骤(1)所述酶转化条件为:温度:25-40℃,pH值4-9,转化时间:2-3h。优选地,所述pH值为6-8;采取稀硫酸和碱液调节pH值。
pH值过低会导致还原酶失活,pH过高将抑制还原酶的活性,最适pH值范围是6.0-8.0。
所述氧化氢酶、所述α-酮异戊酸还原酶与所述缬氨酸组成的反应体系中,当所述缬氨酸剩余小于3wt%时,所述酶转化反应结束。通过监测缬氨酸含量,迅速判断反应终点,便于工业化生产。
优选地,步骤(2)中所述反应的过程为:将所述α-酮异戊酸升温至60-75℃,保温28-30min,然后降至室温,过滤,向滤液中加入氯化镁、羟甲基转移酶和四氢叶酸,在20-45℃条件下,反应2.5-3.5h。
反应过程中,羟甲基转移酶可以将四氢叶酸上的羟甲基转移给酮异戊酸,从而生成泛解酸。
优选地,步骤(2)中所述氯化镁为所述α-酮异戊酸质量的0.3-1.5%;所述羟甲基转移酶为所述α-酮异戊酸质量的0.5-5.5%;所述四氢叶酸与α-酮异戊酸的摩尔为1.2-1.5:1。
四氢叶酸的加入量为α-酮异戊酸摩尔量的1.2-1.5倍,过量的四氢叶酸是为了让α-酮异戊酸反应彻底。
优选地,步骤(2)中所述羟甲基转移酶、所述氯化镁、所述α-酮异戊酸和所述四氢叶酸组成的反应体系中,当α-酮异戊酸剩余小于5wt%时,反应结束。通过监测α-酮异戊酸含量,迅速判断反应终点,便于工业化生产。
优选地,步骤(3)中所述酶转化条件为:温度:15-40℃,pH值6.0-7.5,转化时间:3.5-4.5h;所述α-酮异戊酸还原酶为所述酮泛解酸质量的3-5%。
温度过高,影响α-酮异戊酸还原酶的活性。
优选地,步骤(3)中采取稀硫酸和氨水调节pH值;所述α-酮异戊酸还原酶、所述酮泛解酸组成的反应体系中,检测泛解酸的生成量,当酮泛解酸转化率大于98%时,酶转化反应结束。
优选地,步骤(4)中所述泛解酸采用酸化法或酶转化法制备得到泛解酸内酯。所述酸化法过程为:向所述泛解酸中加入硫酸或盐酸,调节pH值至2以下,在40-60℃的温度下反应1.5-2.5h,当泛解酸剩余小于1wt%时,降温至30℃以下,调节pH值至5.0-7.0,得到泛解酸内酯。
优选地,步骤(3)中所述酮泛解酸还可以采取化学法制备,所述化学法采用异丁醛、甲醛、草酸二乙酯反应制备。具体过程为:在甲醇钠溶液中,于室温条件搅拌下加入草酸二乙酯和异丁醛,搅拌反应2小时后,升温至25-35℃,滴加碱溶液,继续反应4-5小时,之后控制温度30-40℃,滴加与甲醇钠等摩尔量的甲醛溶液,搅拌反应6-15小时,冷却至10℃,硫酸酸化,去除甲醇和生成的盐,调节pH后,剩余物用乙酸乙酯萃取,蒸馏去除有机溶剂,经结晶可得酮基泛解酸内酯。
为了更好的说明本发明实施例提供的,下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
本实施提供一种D-泛解酸内酯的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将58.8g的缬氨酸投入850mL水中,控制温度在25-40℃范围内,采用稀硫酸和氢氧化钠水溶解调节pH值在4.0-9.0,向料液中同时投入2.5g的过氧化氢酶和3g的α-酮异戊酸还原酶,进行酶转化反应,反应过程中pH值为4.0-9.0,转化2小时取样检测α-酮异戊酸的生成量和缬氨酸的剩余量,当缬氨酸剩余小于3%时,认为反应完全,结束反应,过滤获得α-酮异戊酸料液;
(2)将步骤(1)得到的α-酮异戊酸料液升温至60-75℃,保温30分钟后降至室温,过滤去除杂质,向滤液中加入0.5g的氯化镁,溶解完全后,缓慢加入酮泛解酸羟甲基转移酶和四氢叶酸,之后控制温度在20-45℃范围内,转化3小时开始取样检测α-酮异戊酸剩余和酮泛解酸的生成量,当α-酮异戊酸小于5%时,过滤获得酮泛解酸料液;
(3)将步骤(2)得到的酮泛解酸65g溶于240-300mL水中,控制温度在40℃以下,缓慢加入酮泛解酸α-酮异戊酸还原酶3g,进行酶转化,酶转化过程中通过稀硫酸和氨水控制pH值为6.0-7.5,转化4小时后取样检测泛解酸的的生成量,当转化率大于98%时,过滤去除α-酮异戊酸还原酶得到泛解酸料液;
(4)在室温条件下,步骤(3)中得到的泛解酸料液中滴加硫酸或盐酸,将pH值调节到2.0以下,升温至40℃以上搅拌反应2小时,取样检测泛解酸剩余,当泛解酸剩余小于1%时,降温至30℃以下,向水溶液中缓慢流加氢氧化钠或者氨水,调节pH值至5.0-7.0可得泛解酸内酯。
实施例2
本实施提供一种D-泛解酸内酯的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)酮泛解酸还可以采取化学法制备,所述化学法采用异丁醛、甲醛、草酸二乙酯反应制备:在甲醇钠溶液中,于室温条件搅拌下加入草酸二乙酯和异丁醛,搅拌反应2小时后,升温至25-35℃,滴加氢氧化钠或三乙胺溶液,继续反应4-5小时,之后控制温度30-40℃,滴加与甲醇钠等摩尔量的37wt%甲醛溶液,搅拌反应6-15小时,冷却至10℃,硫酸酸化,控制温度在30℃以上保温不少于2小时,去除甲醇和生成的盐,用氨水或氢氧化钠调节pH后,剩余物用乙酸乙酯萃取,蒸馏去除乙酸乙酯,经结晶可得酮基泛解酸;
(2)将步骤(1)得到的酮泛解酸70g溶于280-320mL水中,控制温度在40℃以下,缓慢加入酮泛解酸α-酮异戊酸还原酶3.5g,进行酶转化,酶转化过程中通过稀硫酸和氨水控制pH值为6.0-7.5,转化4小时后取样检测泛解酸的的生成量,当转化率大于98%时,过滤去除α-酮异戊酸还原酶得到泛解酸料液;
(3)在室温条件下,步骤(3)中得到的泛解酸料液中滴加硫酸或盐酸,将pH值调节到2.0以下,升温至40℃以上搅拌反应2小时,取样检测泛解酸剩余,当泛解酸剩余小于1%时,降温至30℃以下,向水溶液中缓慢流加氢氧化钠或者氨水,调节pH值至5.0-7.0可得泛解酸内酯。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种D-泛解酸内酯的制备方法,其特征在于:所述制备方法至少包括以下步骤:
(1)将缬氨酸在过氧化氢酶和α-酮异戊酸还原酶的作用下,进行酶转化得到α-酮异戊酸;
(2)将所述α-酮异戊酸与四氢叶酸在羟甲基转移酶和氯化镁的作用下,反应制备酮泛解酸;其过程具体包括:将所述α-酮异戊酸升温至60-75℃,保温28-30min,然后降至室温,过滤,向滤液中加入氯化镁、羟甲基转移酶和四氢叶酸,在20-45℃条件下,反应2.5-3.5h;
(3)将所述酮泛解酸在α-酮异戊酸还原酶的作用下,进行酶转化得到泛解酸;
(4)将所述泛解酸制备得到泛解酸内酯。
2.如权利要求1所述的D-泛解酸内酯的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述过氧化氢酶的添加量为所述缬氨酸质量的2-10%;和/或
所述α-酮异戊酸还原酶为所述缬氨酸质量的2-15%;和/或
所述酶转化条件为:温度:25-40℃,pH值4-9,转化时间:2-3h。
3.如权利要求2所述的D-泛解酸内酯的制备方法,其特征在于:采用稀硫酸或碱液调节pH值至6-8;和/或
所述过氧化氢酶、所述α-酮异戊酸还原酶与所述缬氨酸组成的反应体系中,当所述缬氨酸剩余小于3wt%时,所述酶转化反应结束。
4.如权利要求1所述的D-泛解酸内酯的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述氯化镁为所述α-酮异戊酸质量的0.3-1.5%;和/或
所述羟甲基转移酶为所述α-酮异戊酸质量的0.5-5.5%;和/或
所述四氢叶酸与α-酮异戊酸的摩尔为1.2-1.5:1;和/或
当α-酮异戊酸剩余小于5wt%时,反应结束。
5.如权利要求1所述的D-泛解酸内酯的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述酶转化条件为:温度:15-40℃,pH值6.0-7.5,转化时间:3.5-4.5h;和/或
所述α-酮异戊酸还原酶为所述酮泛解酸质量的3-5%。
6.如权利要求5所述的D-泛解酸内酯的制备方法,其特征在于:步骤(3)中采用稀硫酸或氨水调节pH值;和/或
所述α-酮异戊酸还原酶、所述酮泛解酸组成的反应体系中,检测泛解酸的生成量,当酮泛解酸转化率大于98%时,酶转化反应结束。
7.如权利要求1所述的D-泛解酸内酯的制备方法,其特征在于:步骤(4)中所述泛解酸采用酸化法或酶转化法制备得到泛解酸内酯。
8.如权利要求7所述的D-泛解酸内酯的制备方法,其特征在于:所述酸化法过程为:向所述泛解酸中加入硫酸或盐酸,调节pH值至2以下,在40-60℃的温度下反应1.5-2.5h,当泛解酸剩余小于1wt%时,降温至30℃以下,调节pH值至5.0-7.0,得到泛解酸内酯。
9.如权利要求1所述的D-泛解酸内酯的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述酮泛解酸采取化学法制备,所述化学法采用异丁醛、甲醛、草酸二乙酯反应制备。
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