CN112522340B - 酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法 - Google Patents

酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112522340B
CN112522340B CN201910886548.3A CN201910886548A CN112522340B CN 112522340 B CN112522340 B CN 112522340B CN 201910886548 A CN201910886548 A CN 201910886548A CN 112522340 B CN112522340 B CN 112522340B
Authority
CN
China
Prior art keywords
oxo
diazepane
reaction
hydrolase
enzymatic hydrolysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910886548.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112522340A (zh
Inventor
范谦
任杰
晏三军
程柯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan Lier Biotechnology Co ltd
Lier Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sichuan Lier Biotechnology Co ltd
Lier Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan Lier Biotechnology Co ltd, Lier Chemical Co Ltd filed Critical Sichuan Lier Biotechnology Co ltd
Priority to CN201910886548.3A priority Critical patent/CN112522340B/zh
Publication of CN112522340A publication Critical patent/CN112522340A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112522340B publication Critical patent/CN112522340B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P17/00—Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms
    • C12P17/14—Nitrogen or oxygen as hetero atom and at least one other diverse hetero ring atom in the same ring

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明公开了一种酶催化水解制备1‑氧‑4,5‑二氮杂环庚烷的方法，属于有机合成技术领域。本发明为解决现有技术中产率低，需要使用强酸或强碱等问题，提供了一种酶催化水解制备1‑氧‑4,5‑二氮杂环庚烷的方法：使式I化合物在水解酶的催化下进行水解反应，分离纯化，得到1‑氧‑4,5‑二氮杂环庚烷。本发明采用水解酶催化，反应选择性好、副反应少，产品收率可达90％以上，萃取液可直接作为后续反应的原料合成唑啉草酯；反应条件温和、易于控制，整个工艺操作简单，易于工业化。

Description

酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法。
背景技术
1-氧-4,5-二氮杂环庚烷是制备四氢吡唑烷二酮类除草剂中的中间体，如唑啉草酯(WO99047525)。
目前合成1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法主要有：
Figure BDA0002207463570000011
CN1604896A报道了上述反应式的方法，其以式I为原料，采用氢卤酸在极性溶剂中进行水解得到式II相应的盐式III，该方法需要采用大于2个当量的酸，产物为盐，容易吸潮，不易保存；且使用该中间体时还需要中和游离，操作繁琐，已经失去市场竞争力，不仅产生大量三废同时使得操作环境恶劣，属于淘汰的陈旧工艺。
Figure BDA0002207463570000012
CN101039926B报道了上述反应式的方法，其以式I为原料，采用大于2当量的氢氧化钠或氢氧化钾在水中进行水解得到式II，该工艺虽然优越于CN1604896A，由于氢氧化钠或氢氧化钾碱过强导致收率不高(49～69％)，最终导致原材料成本增加，故不能应用于放大生产。
因此，需要一种反应条件温和，收率高，易后处理的1-氧-4,5-二氮杂环庚烷制备方法。
发明内容
针对现有技术中的问题，发明人通过大量试验，惊奇的发现式I化合物在水解酶催化下，在温和反应条件下，即可高效的水解得到式II化合物，既能解决1-氧-4,5-二氮杂环庚烷氢卤酸盐容易吸潮，又能解决收率低、设备腐蚀严重的问题。
基于此，本发明提供了一种酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法，其包括以下步骤：使式I化合物在水解酶的催化下进行水解反应，分离纯化，得到1-氧-4,5-二氮杂环庚烷；
Figure BDA0002207463570000021
其中，R1和R2各自独立地表示C1-C5的烷基、C1-C5卤代烷基、C2-C5链烯基、C2-C5炔基、苯基、C1-C5烷基苯基、卤代苯基、C1-C5烷氧基苯基、苄基、C1-C5烷基苄基、卤代苄基、C1-C5烷氧基苄基、C1-C5烷氧基-C1-C5烷基或C3-C6环烷基，或R1和R2共同为C1-C4亚烷基、1，2-亚苯基或1，8-亚萘基。
优选的，上述方法中，R1和R2各自独立地选自甲基或乙基，特别是甲基，以利于式II化合物的分离纯化。
本发明对多种水解酶进行了试验，试验得出，上述方法中，所述水解酶选自α-糜蛋白酶、木瓜蛋白酶、诺维信435、猪胰脂肪酶、米曲霉脂肪酶、中性蛋白酶、猪胃蛋白酶、牛胰蛋白酶、脲酶、碱性蛋白酶、Lipozyme TL 100或牛胰脂肪酶中的至少一种。
不同水解酶的催化效果有所差异，为提高产物收率，优选的，上述方法中，所述水解酶选自诺维信435、猪胰脂肪酶或脲酶。
“水解酶”指的是在国际酶学委员会(Ezyme Committee，EC)的分类系统下，催化反应类型为水解反应的酶类，即隶属于EC 3的酶类。
其中，上述方法中，所述水解酶属于酶分类E.C.3.5。
优选的，上述方法中，所述水解酶属于酶分类E.C.3.5.1。
其中，上述方法中，所述水解酶的加入量为式I化合物质量的0.5％～10％。
优选的，为提高产物收率，上述方法中，所述水解酶的加入量为式I化合物质量的1％～3％。
更优选的，为进一步提高产物收率，上述方法中，所述水解酶的加入量为式I化合物质量的1％～2％。
其中，上述方法中，所述水解反应的溶剂为水或含水有机溶剂。
优选的，上述方法中，所述水解反应的溶剂为水。
其中，上述方法中，所述溶剂的用量为式I化合物质量的1～100倍。
优选的，上述方法中，所述溶剂的用量为式I化合物质量的1～10倍。
其中，上述方法中，所述含水有机溶剂选自四氢呋喃、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮或N，N-二甲基乙酰胺中的任一种或一种以上。
其中，上述方法中，所述含水有机溶剂中水与式I化合物的摩尔比为不小于5：1。
酶催化反应一般要在适宜温度下进行，经试验，上述方法中，所述水解反应的温度为5～100℃。
优选的，为提高产物收率，上述方法中，所述水解反应的温度为25～70℃。
更优选的，为进一步提高产物收率，上述方法中，所述水解反应的温度为40～60℃。
最优选的，上述方法中，所述水解反应的温度为50～55℃。
其中，上述方法中，所述水解反应的时间为12～96小时。
优选的，上述方法中，所述水解反应的时间为24～48小时。
其中，上述方法中，所述分离纯化包括加入碱调pH至9～10的步骤，所述碱选自碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种，再采用二甲苯、甲苯、氯苯、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷等萃取即可，萃取液可直接作为后续反应的原料合成唑啉草酯。
本发明的有益效果是：
本发明的原料廉价易得，采用水解酶催化，反应选择性好、副反应少，通过优化反应条件，产品收率可达90％以上；反应条件温和、易于控制，整个工艺操作简单，易于工业化。
具体实施方式
以下通过实例形式对本发明涉及的酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法做进一步说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例中原料和试剂的来源：
α-糜蛋白酶、木瓜蛋白酶、牛胰脂肪酶、猪胰脂肪酶、米曲霉脂肪酶、中性蛋白酶、猪胃蛋白酶、牛胰蛋白酶和脲酶购自阿拉丁。
诺维信435、碱性蛋白酶(诺维信Alcalase 2.4L)和Lipozyme TL 100购自Novozyme。
实施例1：水解酶的筛选
向反应瓶中加入4,5-二乙酰基-[1,4,5]-氧二杂
Figure BDA0002207463570000032
10g(0.054mol)和水25g，加入水解酶0.1g，50℃下反应24小时后，控制温度在30～35℃下用30％氢氧化钠调pH为9～10，加入10mL甲苯萃取反应液，气相色谱检测产物收率，结果如下表1所示。
表1水解酶的筛选
Figure BDA0002207463570000031
Figure BDA0002207463570000041
由表1可知，采用不同水解酶虽然均可以得到目标产物，但产率相差较大；其中，诺维信435、牛胰蛋白酶、猪胰脂肪酶和脲酶效果较佳，达70％以上；脲酶效果最佳，收率达90％以上。
实施例2：反应温度的筛选
向反应瓶中加入4,5-二乙酰基-[1,4,5]-氧二杂
Figure BDA0002207463570000043
10g(0.054mol)、水25g，加入脲酶0.1g，一定温度下反应24小时后，控制温度在30～35℃下用30％氢氧化钠调pH为9～10，加入10mL甲苯萃取反应液，气相色谱检测产物收率，结果如下表2所示。
表2反应温度的筛选
实验组 反应温度/℃ 收率/％
13 25 63.3
14 40 82.4
15 45 86.2
9 50 92.8
16 55 94.7
17 60 77.8
18 70 54.1
由表2可知，以脲酶为催化剂，产物收率随温度升高，呈先增加再降低的趋势，反应温度在40～60℃间效果较佳；在50～55℃间效果最好，收率达90％以上。
实施例3：酶用量的筛选
向反应瓶中加入4,5-二乙酰基-[1,4,5]-氧二杂
Figure BDA0002207463570000044
10g(0.054mol)、水25g，加入一定质量的脲酶，55℃下反应24小时后，控制温度在30～35℃下用30％氢氧化钠调pH为9～10，加入10mL甲苯萃取反应液，气相色谱检测产物收率，结果如下表3所示。
表3酶用量的筛选
Figure BDA0002207463570000042
Figure BDA0002207463570000051
由表3可知，水解酶用量对反应结果具有较大影响，当酶用量小于1wt％时，收率很低，且过多的酶用量反而降低反应收率；当水解酶用量为1wt％～2wt％时效果较佳。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是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，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法，其特征在于：包括以下步骤：使式I化合物在水解酶的催化下进行水解反应，分离纯化，得到1-氧-4,5-二氮杂环庚烷；
Figure FDA0004136925450000011
其中，R1和R2各自独立地表示C1-C5的烷基；
所述水解酶选自诺维信435、牛胰蛋白酶、猪胰脂肪酶或脲酶；
所述水解酶的加入量为式I化合物质量的1％～3％；
所述水解反应的温度为40～60℃。
2.根据权利要求1所述的酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法，其特征在于：R1和R2各自独立地选自甲基或乙基。
3.根据权利要求1或2所述的酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法，其特征在于：所述水解酶的加入量为式I化合物质量的1％～2％。
4.根据权利要求1所述的酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法，其特征在于：所述水解反应的溶剂为水或含水有机溶剂。
5.根据权利要求4所述的酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法，其特征在于：所述水解反应的溶剂为水。
6.根据权利要求4所述的酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法，其特征在于：所述含水有机溶剂选自四氢呋喃、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮或N，N-二甲基乙酰胺中的任一种或一种以上。
7.根据权利要求1所述的酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法，其特征在于：所述水解反应的温度为50～55℃。
8.根据权利要求1或7所述的酶催化方法，其特征在于：所述水解反应的时间为12～96小时。
9.根据权利要求8所述的酶催化方法，其特征在于：所述水解反应的时间为24～48小时。
10.根据权利要求1～2、4～7或9任一项所述的酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法，其特征在于：所述分离纯化包括加入碱调pH至9～10的步骤，所述碱选自碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种。
11.根据权利要求3所述的酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法，其特征在于：所述分离纯化包括加入碱调pH至9～10的步骤，所述碱选自碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种。
12.根据权利要求8所述的酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法，其特征在于：所述分离纯化包括加入碱调pH至9～10的步骤，所述碱选自碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种。
CN201910886548.3A 2019-09-19 2019-09-19 酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法 Active CN112522340B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910886548.3A CN112522340B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910886548.3A CN112522340B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112522340A CN112522340A (zh) 2021-03-19
CN112522340B true CN112522340B (zh) 2023-05-09

Family

ID=74974133

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910886548.3A Active CN112522340B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112522340B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999047525A1 (en) * 1998-03-13 1999-09-23 Novartis Ag Herbicidally active 3-hydroxy-4-aryl-5-oxopyrazoline derivatives
CN1604896A (zh) * 2001-12-18 2005-04-06 辛根塔参与股份公司 [1,4,5]－氧杂二氮杂䓬衍生物的制备方法
WO2006045587A1 (en) * 2004-10-27 2006-05-04 Syngenta Participations Ag A process for the preparation of [1,4,5]-oxadiazepine derivatives
CN105461606A (zh) * 2015-12-15 2016-04-06 爱斯特（成都）生物制药股份有限公司 高纯度雷迪帕韦中间体的制备方法
CN108017593A (zh) * 2017-12-06 2018-05-11 东南大学 一种简便高效的1-氧-4,5-二氮杂环庚烷合成方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999047525A1 (en) * 1998-03-13 1999-09-23 Novartis Ag Herbicidally active 3-hydroxy-4-aryl-5-oxopyrazoline derivatives
CN1604896A (zh) * 2001-12-18 2005-04-06 辛根塔参与股份公司 [1,4,5]－氧杂二氮杂䓬衍生物的制备方法
WO2006045587A1 (en) * 2004-10-27 2006-05-04 Syngenta Participations Ag A process for the preparation of [1,4,5]-oxadiazepine derivatives
CN101039926A (zh) * 2004-10-27 2007-09-19 辛根塔参与股份公司 制备[1,4,5]－氧二氮杂䓬衍生物的方法
JP2008517965A (ja) * 2004-10-27 2008-05-29 シンジェンタ パーティシペーションズ アクチェンゲゼルシャフト １，４，５−オキサジアゼピン誘導体の調製方法
CN101914072A (zh) * 2004-10-27 2010-12-15 辛根塔参与股份公司 制备四氢吡唑烷二酮类除草剂的方法
CN105461606A (zh) * 2015-12-15 2016-04-06 爱斯特（成都）生物制药股份有限公司 高纯度雷迪帕韦中间体的制备方法
CN108017593A (zh) * 2017-12-06 2018-05-11 东南大学 一种简便高效的1-氧-4,5-二氮杂环庚烷合成方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
New derivatives of hexahydroazepine, hexahydro(1,4,5)oxadiazepine and hexahydro(1,4,5)oxadiazocine with expected pharmacological activity.;R Glinka等;《Pol J Pharmacol Pharm》;19790228;第65-71页 *
除草剂唑啉草酯的合成研究;第2期;《现代农药》;20150430;第14卷;第25-27页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112522340A (zh) 2021-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1892300B1 (en) Method for producing 1,3-propanediol using crude glycerol, a by-product from biodiesel production
RU2433140C2 (ru) Слитые белки, включающие ферменты, разрушающие клеточную оболочку растений, и их применения
US20200056216A1 (en) Compositions and methods related to beta-glucosidase
De Salas et al. Engineering of a fungal laccase to develop a robust, versatile and highly-expressed biocatalyst for sustainable chemistry
Ruanglek et al. Cloning, expression, characterization, and high cell-density production of recombinant endo-1, 4-β-xylanase from Aspergillus niger in Pichia pastoris
CN103958677A (zh) 新的纤维二糖水解酶
CN104781399A (zh) 来自稻瘟病菌的β-葡糖苷酶
US20160298157A1 (en) Compositions comprising a beta-glucosidase polypeptide and methods of use
Castellanos et al. Comparative evaluation of hydrolytic efficiency toward microcrystalline cellulose of Penicillium and Trichoderma cellulases
Pei et al. Heterologous expression of a GH3 β-glucosidase from Neurospora crassa in Pichia pastoris with high purity and its application in the hydrolysis of soybean isoflavone glycosides
Aracri et al. Extracellular tannase from Aspergillus ochraceus: influence of the culture conditions on biofilm formation, enzyme production, and application
CN112522340B (zh) 酶催化水解制备1-氧-4,5-二氮杂环庚烷的方法
US9834763B2 (en) Expression of recombinant beta-xylosidase enzymes
Wohlschlager et al. Comparative characterization of glyoxal oxidase from Phanerochaete chrysosporium expressed at high levels in Pichia pastoris and Trichoderma reesei
Yang et al. Biochemical characteristics and gene cloning of a novel thermostable feruloyl esterase from Chaetomium sp.
US20090137012A1 (en) Process for producing lactonase and utilitzation thereof
RU2011148592A (ru) Изменение баланса ферментов путем изменения условий ферментации
US20170152497A1 (en) Variants of exoglucanases having improved activity and uses thereof
Giridhar et al. Xylanase production by halophilic bacterium Gracilibacillus sp. TSCPVG under solid state fermentation
JP2008511309A (ja) 酵素エステル交換反応によるミコフェノール酸モフェチルの調製方法
CN108048317B (zh) 一种非天然氨基酸的连续合成系统及连续合成方法
Prodanović et al. Synthesis of hydroquinone-α-glucoside by α-glucosidasefrom baker’s yeast
Simerská et al. Induction and characterization of an unusual α-D-galactosidase from Talaromyces flavus
CN111094556A (zh) 用于生产纤维素酶和木聚糖酶的突变株棘孢曲霉及其制备方法
Matsumura et al. One-step preparation of alkyl β-D-glucosaminide by the transglycosylation of chitosan and alcohol using purified exo-β-D-glucosaminidase

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant