CN1350588A - 使用脂酶由羧酸合成伯酰胺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种借助于两种试剂A和B制备诸如伯酰胺这样的反应产物的方法,所述试剂形成阻止快速转化的盐。对试剂A和试剂B的浓度进行选择以使它们满足公式(I),其中[A]T代表第一种试剂A相对于试剂A、B和溶剂所占的总体积的浓度;[B]T代表第二种试剂A相对于试剂A、B和溶剂所占的总体积的浓度;K是第一种试剂A和第二种试剂B之间形成的盐AB的溶度积;而F是1/10－10之间的因数。已经证实通过控制浓度,这种精确的转化至少会受到可能的阻碍。

Description

使用脂酶由羧酸合成伯酰胺
本发明涉及一种借助于第一种试剂A和第二种试剂B在溶剂中的酶催化反应制备反应产物的方法，第一种试剂A和第二种试剂B各自溶于所述溶剂且第一种试剂A和第二种试剂B能够形成在该溶剂中沉淀的盐AB。
这类方法受到沉淀的底物A和B不能被催化A与B之间的反应的酶利用这一事实的阻碍。就所述酶的热不稳定性而言，在有机化学中通常切实可行的升高溶剂的温度以便有助于试剂A、B的溶解这一方法通常仅能够达到有限的程度。
本发明的目的是提供一种在前言中所述类型的方法，该方法可加速A和B的转化。
为了这一目的，本发明方法的特征在于对第一种试剂A和第二种试剂B的浓度进行选择以使它们满足公式(I)： [ A ] T = [ B ] T + ( F - 1 ) · K F
其中
[A]T代表第一种试剂A相对于试剂A、B和溶剂所占的总体积的浓度；
[B]T代表第二种试剂A相对于试剂A、B和溶剂所占的总体积的浓度；
K是第一种试剂A和第二种试剂B之间形成的盐AB的溶度积；
且F是1/10-10之间的因数。
在化学中，试剂基本上以化学计算量混合在一起。可能存在脱离该机理的原因，例如，为了抑制副反应。此外，如果反应产率不接近于100％，那么对有关成本的考虑可能导致添加过量最廉价的试剂。然而，实际上当确实涉及化学计算量时，与最佳化学计算比例之间始终存在偏差。申请人已经令人意外地发现：就试剂A与B通过酶转化的速率而言，试剂A与B之间比例的极小偏差具有明显的后果。选择A和B的浓度以使它们在本发明因数F所定义的范围内证明以更快的速度产生了良好的产率。
本申请中的术语浓度指的是摩尔浓度。此外，在所述公式中仅包括试剂，条件是它们可用于沉淀成盐AB或条件是它们可作为盐AB存在。本发明特别将它们用于某些反应，其中盐AB具有的溶度积为：例如低于10-3M2、诸如低于3×10-4M2且特别是低于10-4M2或3×10-5M2。
为了避免试剂作为盐沉淀的难题，现有技术中使用酶催化的反应制备伯酰胺类的方法包括在使酯与铵化合物接触前使羧酸酯化的步骤。
De Zoete等(参考文献1)推定直接氨解(ammoniolysis)辛酸因形成盐而不会产生辛酸酰胺。由于这一原因，他们通过辛酸乙酯进行两步反应。
hrner等(参考文献2)描述了辛酸可能导致形成不需要的盐，这就是他们为什么也使用辛酸乙酯的原因。
伯酰胺类的形成是本方法的一个重要应用。
按照有利的实施方案，F在1/5-5之间、优选1/3-3且更优选1/2-2。
选择这样有限的范围可以使转化速率更快。然而，应注意就两种试剂的浓度而言，在上述范围内可能是反应动力学方面导致与F为1的最佳值之间存在偏差，这对本领域技术人员来说是显而易见的。
按照有利的实施方案，将第一种试剂A和第二种试剂B以其盐加入。这是一种简便而有效的达到F值为1的方式。
本发明方法的一个重要应用涉及制备一种反应产物，其中第一种试剂A是一种酸性试剂而第二种试剂B是一种碱性试剂。它们易于在有机溶剂中沉淀。如果该反应是一种缩合反应，那么优选溶剂基本上不含在缩合反应中释放成诸如水这样的简单分子且可以起溶剂作用(或作为辅助溶解的介质)的化合物。
按照优选的实施方案，第一种酸性试剂A是一种羧酸且第二种碱性试剂B是一种选自包括i)氨和ii)伯胺的组的化合物。
按照有意义的实施方案，将氨以碳酸氢铵、氨基甲酸铵、脲或载氨的离子交换树脂的形式加入。
在这种方式中，氨更逐步地进入反应。例如，通过酶水解应用作为氨来源的脲的有意义的方面在于在缩合反应过程中释放的水被除去，这一过程可促进酰胺的形成。每消除一个水分子则释放两个分子的氨，这意味着对于氨的释放存在一定程度的控制。如果需要，可以给在本申请中描述的这种或另一种实施方案提供一种氨传感器或这些实施方案可以应用层析技术来测定游离氨的浓度。
作为酶，可以使用一种选自脂酶类、酯酶类和肽酶类的酶，诸如优选脂酶Candida antarctica脂酶B。
这是一种形成伯酰胺的有效方式。
现在通过参照下列典型实施方案来阐述本发明。
实施例1
在35℃下，将在3埃分子筛上干燥的73mg丁酸溶于在3埃分子筛上干燥的10ml甲基异丁基酮所得到的溶液与80mg氨基甲酸铵(作为氨源)和15mg Candida antarctica脂酶B(Novozym 435，活性为11000 PLU/g，Novo Nordisk，Bagsvaerd，丹麦)一起搅拌。该溶液还包括10μl十二烷(doecanee)/ml溶液作为分析用内标。在不同的间隔取样并在离心(14,300rpm、1分钟)后立即借助于气相色谱法进行分析。3天后，起始为83mmol/l的丁酸浓度下降至7mM并形成75mM的丁酰胺。
实施例2
将395mg丁酸和120μl十二烷(作为内标)溶于在3埃分子筛上干燥的甲基异丁基酮所得到的4ml溶液与用下表中所示量的氨(230mM)饱和的干燥甲基异丁基酮混合并用干燥甲基异丁基酮加至30ml。因此，该溶液含有150mM丁酸且氨的浓度如表中所示。在25℃下，将该混悬液与45mg Candida antarctica脂酶B(Novozym 435，活性为11000 PLU/g，Novo Nordisk，Bagsvaerd，丹麦)一起搅拌。在这些条件下，K＝1.3·10-4M2。
  实验 NH3-饱和的MIBK*)(ml) MIBK*)(ml)   [NH3](mM)     F
    1     20     6     153     0.8
    2     22     4     169     0.2
    3     24     2     184     0.09
    4     26     0     199     0.05
*)干燥的甲基异丁基酮
实验3和4是比较实验。在附图中，将产物浓度(丁酰胺)对时间(按小时计)绘图。可以清楚地看出与化学计算比例的偏差显著影响形成产物的比例。在实验3中，丁酸浓度为150mM且NH3浓度为184mM。尽管氨的浓度仅高21％，但是转化率比实验1低1/2以上(F分别为0.09和0.8)。
实施例3
乙酰胺的制备、以盐的形式添加试剂：
在33ml的密闭玻璃容器中，将1.25mmol的乙酸铵(纯度为98％，来自J.T.Baker)在25ml含有10μl/ml十二烷作为内标(F值约为1)的干燥的甲基异丁基酮中搅拌。通过添加25mg催化活性为11PLU/mg制品的固定化Candida antarctica脂酶B(Novozym 435)(它是NOVO Nordisk的一类赠品。目前这种酶由Roche Diagnostics GmbH，Mannheim，Germany销售)来启动该反应。在35℃下，将反应混合物搅拌3天。此后，通过隔板取样、离心并通过GC进行分析。正如从使用十二烷作为内标测定的乙酰胺浓度中确定的，产率为98％。GC步骤：在带有火焰离子化检测器和Shimadzu AOC-17自动注射器(0.5μl注射体积)的Shimadzu GC-17A气相色谱仪上分析乙酰胺(标准品来自J.T.Baker)。以1∶100的分流比将氦用作载气。所用的柱为带有滞留带的Hewlett Packard FFAP交联聚乙二醇TPA柱(25m×0.32mm)。为了分析乙酸和乙酰胺，将柱温保持在80℃下6分钟且然后以15℃分钟-1升至110℃。柱压为1.2巴。

Claims (8)

1.一种借助于第一种试剂A和第二种试剂B在溶剂中的酶催化反应制备反应产物的方法，第一种试剂A和第二种试剂B各自溶于所述溶剂且第一种试剂A和第二种试剂B能够形成在该溶剂中沉淀的盐AB，其特征在于对第一种试剂A和第二种试剂B的浓度进行选择以使它们满足公式(I)： [ A ] T = [ B ] T + ( F - 1 ) · K F
其中
[A]T代表第一种试剂A相对于试剂A、B和溶剂所占的总体积的浓度；
[B]T代表第二种试剂A相对于试剂A、B和溶剂所占的总体积的浓度；
K是第一种试剂A和第二种试剂B之间形成的盐AB的溶度积；
且F是1/10-10之间的因数。
2.一种根据权利要求1的方法，其特征在于F在1/5-5之间、优选1/3-3且更优选1/2-2。
3.一种根据权利要求2的方法，其特征在于将第一种试剂A和第二种试剂B以盐AB的形式加入。
4.一种根据上述权利要求中之一的方法，其特征在于第一种试剂A是一种酸性试剂且第二种试剂B是一种碱性试剂，而所述溶剂是一种有机溶剂。
5.一种根据权利要求4的方法，其特征在于第一种酸性试剂A是一种羧酸且第二种碱性试剂B是一种选自包括i)氨和ii)伯胺的组的化合物。
6.一种根据权利要求4或5的方法，其特征在于将氨以碳酸氢铵、氨基甲酸铵、脲或载氨的离子交换树脂的形式加入。
7.一种根据权利要求4-6中之一的方法，其特征在于作为用于酶催化反应的酶而言，使用选自脂酶类、酯酶类和肽酶类的酶。
8.一种根据权利要求7的方法，特征在于所述脂酶是Candidaantarctica脂酶B。
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