CN117778480A - 一种（s）-6,7,8,9-四氢-5h-苯并环庚烯-5-醇的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种(S)‑6,7,8,9‑四氢‑5H‑苯并环庚烯‑5‑醇的制备方法，包括如下步骤：在包含辅酶、氢源体和脱氢酶的辅酶循环系统的条件下，以脱氢酶转移氢源体的氢，以辅酶为供氢体，以助溶剂为溶解底物相，以酮还原酶为催化剂，催化还原底物1‑苯并环庚酮为(S)‑6,7,8,9‑四氢‑5H‑苯并环庚烯‑5‑醇。本发明的制备方法无高危险化学成分，无危险的氢化操作，操作简单、安全可靠，且可以生产高化学纯度和高光学纯度的(S)‑6,7,8,9‑四氢‑5H‑苯并环庚烯‑5‑醇。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法。
背景技术
(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇目前报道的均是化学方法合成，且合成的报道也比较少。该物质常作为一些药物中间体或是化学用料，或用其衍生产品作为医药中间体。目前尚未报道用生物酶的方法合成该物质。文献报道中介绍了其可作为化学品1-[(S)-benzosuber-1-yloxycarbonyloxy]ethyl (1R,5S,6S)-2-{[(3S,5S)-5-(N,N-dimethylcarbamoyl)-pyrro-lidin-3-yl]thio}-6-[(1 R)-1-hydroxyet-hyl]-1-methylcarbapen-2-em-3-carboxylate(结构如式1，CAS: 1450666-42-8)和(S)-benzosuber-1-yloxycarbonyloxymethyl-(1R,5S,6S)-2- {[(3S,5S)-5-(N,N-dimethylcarbam-oyl)-pyrrolidin-3-yl-]-th-io}-6-[(1R)-1-hydrox yethyl]-1-methylcarbapen-2-em-3-carboxylate(结构如式2，CAS:1450666-38-2) 的中间体。
(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇(CAS号：65915-63-1)是合成式1和式2的重要中间体，(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇结构式为：
文献1(Hot water-promoted cyclopropylcarbinyl rearrangementfacilitates construction of homoallylic alcohols，Organic&BiomolecularChemistry，2015, 5012-5021)报道了如方案一的路线，在1,4-二恶烷与水回流等条件下制备到该物质的消旋产品，后续还需要利用化学方法进行拆分，但化学拆分法具有收率低、成本高的不足之处。具体如方案一所示：
文献2(A Ring Expansion Route to Benzo Substituted Medium-and Large-Ring Systems.Synthesis of trans-7,8-Benzocyclododeca-5,7-dien-l-one， Journalof Organic Chemistry,1977,280-281)和文献3(Synthetic Photochemistry.PartI.Generation of Benzocycloalkenones by the Ring-opening ofBenzocyclobutenols.Evidence for an ortho-Quinodimethane Intermediate， Journalof the Chemical Society.Perkin transactions I,1979,1395-1403均是以 1-苯并环庚酮为原料，前者报道了用硼氢化钠还原(氢化存在高风险性)，后者是在环己烷等条件下，同样只是获得了消旋体产物，获得S型产物还需要从消旋体产物中拆分。合成路线大致如方案二所示：
文献(Rolf Huisgen und Walter Rapp:Mittlero Ringe,I.Mitteil.:1,2-Benzo- cycloocten-(1)-on-(3),Chemische Berichte,1952,826-835)报道了以6-苯基己酰氯为原料合成具有消旋的产品,获得消旋产品。合成路线大致如方案三所示：
综上所述，现有技术中各种(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的化学合成方法均存在着不足，需要开发一种更经济、有效、安全的合成方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种(S)-6,7,8,9-四氢-5H- 苯并环庚烯-5-醇的合成方法，尤其提供一种无高危险化学成分，无危险的氢化操作，操作简单、安全可靠，且可以生产高化学纯度和高光学纯度的(S) -6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的合成方法。
为实现上述目的提供一种(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法，本发明采用了以下技术方案：
一种(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法，包括如下步骤：
在包含辅酶、氢源体和脱氢酶的辅酶循环系统的条件下，以脱氢酶转移氢源体的氢，以辅酶为供氢体，以助溶剂为溶解底物相，以酮还原酶为催化剂，催化还原底物1-苯并环庚酮为(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇。
优选的，所述辅酶选自NADP盐或NADPH或NADH或NAD盐中的任意一种或多种的组合。
进一步的，所述辅酶采用NADP盐。
优选的，所述的脱氢酶为醇氧化酶、葡萄糖脱氢酶、甲酸脱氢酶中的任意一种。
进一步的，所述葡萄糖脱氢酶为GDH109。上述葡萄糖脱氢酶购于尚科生物医药(上海)有限公司。
优选的，所述酮还原酶选自KRED231-KRED245中的任意一种或至少两种的组合。
优选的，所述酮还原酶选自KRED234或KRED237或KRED242中的任意一种或至少两种的组合。进一步的采用KRED234。其KRED酶购自于尚科生物医药(上海)有限公司。
优选的，所述的助溶剂为二甲基亚砜、异丙醇、正丁醇、甲醇中的任意一种。
进一步的，助溶剂采用二甲基亚砜或异丙醇。
优选的，所述的氢源体为异丙醇、正丁醇、葡萄糖、甲酸中的任意一种。
进一步的，氢源体采用葡萄糖。
优选的，所述的催化还原反应在缓冲液体系中进行，所述缓冲液采用磷酸盐缓冲液、三羟甲基甲胺-盐酸缓冲液、磷酸钠缓冲液中的任一种；所述缓冲液的pH值为5.5-8.0。例如pH＝5.5、pH＝6.0、pH＝6.5、pH＝7.0、 pH＝7.5、pH＝8.0等，范围内的其他具体点值均可选择。
进一步的，所述缓冲液的pH为6.0-7.0。
优选的，所述催化还原反应的温度为15-35℃。例如15℃、20℃、25℃、 27℃、30℃、35℃等，范围内的其他具体点值均可选择。
进一步的，反应温度控制为25-30℃。
所述催化还原反应的时间为10-48h。例如10h、16h、20h、24h、30h、 36h、40h、48h等，范围内的其他具体时间点值均可选择。
优选的，所述1-苯并环庚酮、辅酶和酮还原酶的质量比为1:(0.002-0.02):(0.05-0.1)。
优选的，所述辅酶、氢源体、脱氢酶的质量比为(0.002-0.02):(1.2-2.0): (0.01-0.05)。
在上述质量关系下，使该制备方法具有94.0％的化学纯度。
优选的，将1-苯并环庚酮、辅酶、氢源体、助溶剂、脱氢酶、缓冲液与酮还原酶混合后，在15-35℃下反应10-48h，得到(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇。
与现有技术相比，本发明采用如下路线的有益效果在于：
1)本发明通过生物法制备(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇，不仅操作简单、安全可靠，而且收率高，成本低。
2)本发明的生物制备法，具有极好的化学选择性，产品的纯度可高达 99.0％以上；同时还具有极好的对映选择性，光学纯度可达到94.0％以上。
3)本发明反应条件温和，不涉及低温反应和高温反应。
附图说明
图1为1-苯丙环庚酮样品的常规HPLC色谱图；
图2为(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇产物的常规HPLC色谱图；
图3为实施例2中KRED 234反应产物的常规HPLC分析谱图；
图4为实施例2中KRED 237反应产物的常规HPLC分析谱图；
图5为实施例2中KRED 242反应产物的常规HPLC分析谱图；
图6为1-苯丙环庚酮样品的手性HPLC分析谱图；
图7为消旋产物的手性HPLC分析谱图；
图8为消旋产物拆分的P1图；
图9为消旋产物拆分的P2图；
图10为实施例2中KRED 234反应产物的手性HPLC分析谱图；
图11为实施例2中KRED 237反应产物的手性HPLC分析谱图；
图12为实施例2中KRED 242反应产物的手性HPLC分析谱图；
图13为实施例2中KRED 234反应产物的HNMR分析图谱；
图14为实施例2中KRED 234反应产物的LC-MS分析图谱；
图15为实施例3中KRED 234反应产物的常规HPLC分析谱图；
图16为实施例3中KRED 234反应产物的手性HPLC分析谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本技术领域的普通技术人员应该理解的是，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
实施例1酮还原酶的筛选例
反应体系组分如下：0.1M pH7.0磷酸钾缓冲液，底物1-苯并环庚酮10g/L，助溶剂DMSO 5％，辅酶NADP 0.2g/L，氢源体葡萄糖20g/L，脱氢酶GDH(葡萄糖脱氢酶)0.5g/L，酮还原酶(KRED231-245酶粉)各1g/L。于25℃反应 24h，进行TLC点板(石油醚：乙酸乙酯＝5：1)，紫外显色分析。其中，酮还原酶分别采用的物质如表1所示：
表1
| 筛选编号 | 酮还原酶 | 反应转化率 | 手性纯度(S型) |
| 1-1 | KRED酶粉231 | ＞95.0％ | 58.2％ |
| 1-2 | KRED酶粉232 | ＞95.0％ | 67.2％ |
| 1-3 | KRED酶粉233 | <5.0％ | - |
| 1-4 | KRED酶粉234 | ＞98.0％ | 94.6％ |
| 1-5 | KRED酶粉235 | <5.0％ | - |
| 1-6 | KRED酶粉236 | ＞90.0％ | 53.7％ |
| 1-7 | KRED酶粉237 | ＞98.0％ | 72.8％ |
| 1-8 | KRED酶粉238 | ＞95.0％ | 69.1％ |
| 1-9 | KRED酶粉239 | ＞95.0％ | 56.1％ |
| 1-10 | KRED酶粉240 | ＞90.0％ | 84.6％ |
| 1-11 | KRED酶粉241 | ＞95.0％ | 79.1％ |
| 1-12 | KRED酶粉242 | ＞98.0％ | 84.7％ |
| 1-13 | KRED酶粉243 | ＞95.0％ | 88.9％ |
| 1-14 | KRED酶粉244 | ＞95.0％ | 75.4％ |
| 1-15 | KRED酶粉245 | ＞95.0％ | 85.7％ |
结果显示，筛选到效果转化较好的酶为KRED 234，KRED 237和KRED 242的酮还原酶，点板显示反应中的原料点已看不到，仅有产物点，HPLC 转化率为均超过98.0％。
实施例2酮还原酶反应的产物手性分析
分别使用上述反应结果较好的酮还原酶(KRED 234，KRED 237和 KRED 242)酶粉制备(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇，具体的：
分别向10ml反应体系中加入0.1M pH 7.0磷酸钾缓冲液，底物100mg， DMSO0.5ml，NADP 2mg，葡萄糖200mg，GDH 5mg，酮还原酶10mg。于25℃反应24h，反应后将反应液进行加酸后处理。
先分别以底物和产物进行液相分析该条件下反应的转化率。底物在常规液相分析中出峰位置如图1所示，产物在常规液相分析中出峰位置如图2所示，将三个酶催化的反应液分别进行常规液相检测分析。
其中KRED 234反应转化如图3，转化率99.4％，手性纯度94.6％，如图10。
KRED237的反应转化如图4，转化率99.1％，手性纯度72.8％，如图11。
KRED242的反应转化如图5，转化率99.2％，手性纯度84.7％，如图12。
手性产物制备：
取底物适量，加硼氢化钠做催化剂，通氢气还原反应，反应后处理得到消旋产物。将消旋产物通过SFC仪器进行拆分，制备得到两个产物P1和P2，分别如图8和图9，出峰时间依次是2.45min和2.73min。
将获得的产物依据文献(Product Stereospecificity in the Microbial Redu-ctions of Hydroaromatic Ketones)的方法测定旋光度，同时也分别测定KRED 234，KRED237和KRED 242的旋光度。结果如下表2：
表2
| 编号 | 手性纯度 | 旋光度 |
| P1(2.45min) | 99.7％ | +10.3 |
| P2(2.73min) | 99.1％ | -25.4 |
| KRED234 | 94.6％ | -16.9 |
| KRED237 | 72.8％ | -30.3 |
| KRED242 | 84.7％ | -21.4 |
图13为KRED 234反应产物的HNMR分析图，(S)-6,7,8,9-四氢-5H- 苯并环庚烯-5-醇分子式：C11H14O；相对分子量(MW)：162.23。结合质谱图图14，荷质比m/z＝MW+1-18＝145，符合该产物对应于(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇。
表2中P1和P2的手性纯度均高于99％，根据文献方法测得的旋光度分别为+10.3和-25.4。依据化学物质的旋光度和“S”/“R”型手性的对应关系，确定产物P2手性为“S”型，P1手性为“R”型。同时测得的KRED 234， KRED 237和KRED 242酶催化的产物旋光度均为负值，分别为-16.9，-30.3 和-21.4。与产物P1和P2的手性分析的出峰时间对比，确定KRED234，KRED 237和KRED 242酶催化的产物对应P2产物，且均为“S”型占比较高。因为KRED234，KRED 237和KRED 242酶催化的转化率均高于98％，KRED 234，KRED 237和KRED 242酶催化“S”型产物的手性纯度分别为94.6％， 72.8％和84.7％。综上所述，确认反应中以KRED234为优选。
实施例3用酮还原酶酶制备克级(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5- 醇
向200ml反应体系中加入0.1M pH 7.0磷酸钾缓冲液，底物10g/L，DMSO 5％，NADP0.2g/L，葡萄糖20g/L，GDH 0.5g/L，KRED234酮还原酶1g/L。于25℃反应24h，反应液的常规HPLC图谱如附图15，显示底物基本全部转化为产物；反应液处理后获得1.8g产物，收率达到90％，反应液的手性 HPLC图谱如附图16所示；底物转化率为99.5％；S型产物手性纯度为94.5％。
实施例4
本实施例与实施例3基本相同，不同之处仅在于：1-苯丙环庚酮：辅酶：酮还原酶：氢源体：脱氢酶＝1:0.002:0.05:1.2:0.01。
向200ml反应体系中加入0.1M pH 7.0磷酸钾缓冲液，底物10g/L，DMSO 5％，辅酶NADP 0.002g/L，氢源体葡萄糖12g/L，GDH 0.1g/L，KRED234 酮还原酶0.05g/L。于25℃反应24h，点板反应未能转化完，转化率约为70％，反应延长时间到48h基本转化完，处理得到反应产物。
对应于：1-苯丙环庚酮、辅酶和酮还原酶的质量比为1:0.002:0.05，辅酶、氢源体、脱氢酶的质量比为0.002:1.2:0.01。
结果：24h底物转化率约为80％，36h底物转化率约为99％，该反应在一定时间内影响了底物转化率；S型产物手性纯度为94.5％，手性纯度不受反应组分浓度的影响。
实施例5
本实施例与实施例3基本相同，不同之处仅在于：1-苯丙环庚酮：辅酶：酮还原酶：氢源体：脱氢酶＝1:0.01:0.08:1.5:0.03。
向200ml反应体系中加入0.1M pH 7.0磷酸钾缓冲液，底物10g/L，DMSO 5％，辅酶NADP 0.1g/L，氢源体葡萄糖15g/L，GDH 0.3g/L，KRED234酮还原酶0.8g/L。于25℃反应24h，点板反应未能转化完，转化率约为90％，反应延长时间到30h基本转化完，处理得到反应产物
对应于：1-苯丙环庚酮、辅酶和酮还原酶的质量比为1:0.01:0.08，辅酶、氢源体、脱氢酶的质量比为0.01:1.5:0.03。
结果：24h底物转化率约为90％，36h底物转化率约为99％，该反应在一定时间内也是影响了底物转化率；S型产物手性纯度约为94.6％，手性纯度同样不受反应组分浓度的影响。
实施例6
本例与实施例3基本相同，不同之处仅在于：脱氢酶GDH替换为醇氧化酶，与之匹配的氢源体为异丙醇，代替了原来的葡萄糖。
向200ml反应体系中加入0.1M pH 7.0磷酸钾缓冲液，底物10g/L，DMSO 5％，NADP0.2g/L，异丙醇20g/L，醇氧化酶0.5g/L，KRED 234酮还原酶 1g/L。于25℃反应24h。反应未能转化完，转化率约为80％；反应延长时间到48h，转化率为80％，反应不再有变化。S型产物手性纯度为94.5％。
结果：底物转化率为80％；S型产物手性纯度为94.5％。
对比例1
本例与实施例与实施例3基本相同，不同之处仅在于：1-苯丙环庚酮：辅酶：酮还原酶：氢源体：脱氢酶＝1:0.05:0.2:2.5:0.1。
向200ml反应体系中加入0.1M pH 7.0磷酸钾缓冲液，底物10g/L，DMSO 5％，辅酶NADP 0.5g/L，氢源体葡萄糖25g/L，GDH 1g/L，KRED234酮还原酶2g/L。于25℃反应16h，点板显示转化完，处理得到反应产物
对应于：1-苯丙环庚酮、辅酶和酮还原酶的质量比为1:0.05:0.2，辅酶、氢源体、脱氢酶的质量比为0.05:2.5:0.1。
结果：16h底物转化率约为98％，该反应在一定时间内也是影响了底物转化率；S型产物手性纯度约为94.5％，手性纯度同样不受反应组分浓度的影响。该反应能大大缩短反应时间，但是与24h反应相比结果差异较小，时间上反应24h更为适宜。
对比例2
本实施例与实施例3基本相同，不同之处仅在于：1-苯丙环庚酮：辅酶：酮还原酶：氢源体：脱氢酶＝1:0.002:0.03:1.2:0.01。
向200ml反应体系中加入0.1M pH 7.0磷酸钾缓冲液，底物10g/L，DMSO 5％，辅酶NADP 0.002g/L，氢源体葡萄糖12g/L，GDH 0.1g/L，KRED 234 酮还原酶0.03g/L。于25℃反应24h，反应未能转化完，转化率约为50％；反应延长时间到48h，转化率约为70％；延长时间到72h，转化率约为75％，该反应较差，反应时间过长，酶已经失活。
对应于：1-苯丙环庚酮、辅酶和酮还原酶的质量比为1:0.002:0.03，辅酶、氢源体、脱氢酶的质量比为0.002:1.2:0.01。
结果：24h底物转化率约为50％，延长时间到72h，反应也未能转化完。
上述仅为本发明的部分优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明技术方案的构思范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在包含辅酶、氢源体和脱氢酶的辅酶循环系统的条件下，以脱氢酶转移氢源体的氢，以辅酶为供氢体，以助溶剂为溶解底物相，以酮还原酶为催化剂，催化还原底物1-苯并环庚酮为(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇。
2.根据权利要求1所述的(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法，其特征在于，所述辅酶选自NADP盐或NADPH或NADH或NAD盐中的任意一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法，其特征在于，其特征在于：所述的脱氢酶为醇氧化酶、葡萄糖脱氢酶、甲酸脱氢酶中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法，其特征在于，所述酮还原酶选自KRED231-KRED245中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1所述的(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法，其特征在于，所述的助溶剂为二甲基亚砜、异丙醇、正丁醇、甲醇、四氢呋喃中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法，其特征在于，所述的氢源体为异丙醇、正丁醇、葡萄糖、甲酸中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法，其特征在于，所述的催化还原反应在缓冲液体系中进行，所述缓冲液采用磷酸盐缓冲液、三羟甲基甲胺-盐酸缓冲液、磷酸钠缓冲液中的任一种；所述缓冲液的pH值为5.5-8.0。
8.根据权利要求1所述的(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法，其特征在于，所述催化还原反应的温度为15-35℃；和/或；所述催化还原反应的时间为10-48h。
9.根据权利要求1所述的(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法，其特征在于，所述1-苯并环庚酮、辅酶和酮还原酶的质量比为1:(0.002-0.02):(0.05-0.1)；和/或；所述辅酶、氢源体、脱氢酶的质量比为(0.002-0.05):(1.2-2.0):(0.01-0.05)。
10.根据权利要求1所述的(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇的制备方法，其特征在于：
将1-苯并环庚酮、辅酶、氢源体、助溶剂、脱氢酶、缓冲液与酮还原酶混合后，在15-35℃下反应10-48h，得到(S)-6,7,8,9-四氢-5H-苯并环庚烯-5-醇。
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