CN1932031A - 酶法拆分制备手性β－羟基腈化物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酶法拆分制备手性β－羟基腈化物的方法。方法的步骤如下：1)将消旋β－羟基腈化物溶解在有机反应溶剂中，然后加入酯，充分混合；2)在反应体系中加入酶催化β－羟基腈化物转酯化反应，然后在反应温度 10℃－60℃下搅拌反应0.5－300小时，β－羟基腈化物和酶的用量比为0.001－100molβ－羟基腈化物/l克酶；3)将反应液过滤，回收酶，即可。本发明是通过将β－羟基腈化物和酯溶解于有机溶剂中，然后加入酶，在酶的催化作用下，β－羟基腈化物和酯发生不对称转酯化反应，获得具有较高光学活性的R－β－羟基腈化物，反应选择性好，转化率高，获得的产物R－β－羟基腈化物光学纯度高，反应适用温度范围宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种酶法拆分制备手性β-羟基腈化物的方法。
背景技术
β-羟基腈化物是一类重要的手性中间体，它很容易转化为γ-氨基醇、β-羟基酸、β-羟基酸酮、β-氨基酸等手性物质。手性羟基可以做为手性源，为制备手性1，3-二醇，1，3-氨基醇提供了有效的合成方法。还可以脱去芳环得到手性二醇化合物。因而在医药、农药、精细化工等领域有广阔的应用前景。
手性β-羟基腈化物是主要用于合成HMG-CoA还原酶抑制剂(他汀类降血酯药物)。近年来对HMG-CoA还原酶抑制剂(他汀类药物)研究显示，这类药物选择性抑制肝脏中胆固醇生成的限速酶——HMG-CoA还原酶，使肝脏使血浆胆固醇水平下降。因此合成β-羟基腈化物是一个很热门的研究课题。
目前，关于制备β-羟基腈化物的报道还很少，文献[Kamal，A.；Khanna，G.B.R.Tetrahedron：Asymmetry 12(2001)405-410]描述一种制备类似结构的β-羟基腈化物的脂肪酶拆分法。有文献[(a)Itoh，T.；Tagaki，Y.Chem.Lett.1989，1505；(b)Itoh，T.；Tagaki，Y.；Nishiyama，S.J.Org.Chem.1991，56，1521；(c)Itoh，T.；Hiyama，Y.；Betchaku，A.TetrahedronLett.1993，34，2617；(d)Itoh，T.；Tagaki，Y.；Murakami，T.；Hiyama，Y.；Tsukube，H.J.Org.Chem.1996，61，2158.]报道了酶法制备手性β-羟基腈化物，但都是利用脂肪酶的催化水解作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种酶法拆分制备手性β-羟基腈化物的方法。
方法的步骤如下：
1)将消旋β-羟基腈化物溶解在有机溶剂中，然后加入酯，加入的β-羟基腈化物和酯的摩尔比为1∶0.1-1∶20，充分混合；
2)在反应体系中加入酶催化β-羟基腈化物转酯化反应，然后在反应温度0℃-70℃下搅拌反应0.5-300小时，β-羟基腈化物和酶的用量比为0.001-100mol β-羟基腈化物/1克酶；
3)将反应液过滤，回收酶，制得手性β-羟基腈化物。
所述的手性β-羟基腈化物的分子结构式为：
其中：R1为苯环上的取代基，取代基为烷基、卤素或烷氧基；取代位置在2-6号位；取代基个数为1-5；R2为烷基，卤素或烷氧基。
酯为乙酸乙烯酯、乙酸异丙烯酯、乙酸乙酯或乙酸甲酯。有机溶剂为正己烷、环己烷、正庚烷、异辛烷、甲苯、苯、甲基叔丁基醚、异丙醚、乙醚、四氢吠喃、二氧六环、二氯甲烷、氯仿或乙腈。有机溶剂中含有0％～2％重量的水。反应温度为20℃-55℃。反应时间为0.5-120小时。酯为乙酸乙烯酯或乙酸异丙烯酯。
本发明是通过将β-羟基腈化物和酯溶解于有机溶剂中，然后加入酶，在酶的催化作用下，β-羟基腈化物和酯发生不对称转酯化反应，获得具有较高光学活性的β-羟基腈化物，反应选择性好，转化率高，获得的产物β-羟基腈化物光学纯度高，反应适用温度范围宽，可在常温下进行，反应条件温和，操作方便，设备简单。通过酶催化转酯化反应得到的高纯度β-羟基腈化物，可以直接应用于后续反应步骤。该技术是在有机溶剂中实现，酶活力稳定，不流失，可反复循环使用，因而具有较大的工业应用前景。
具体实施方式
本发明中的所用到的酯为乙酸乙烯酯，乙酸异丙烯酯，乙酸乙酯，乙酸甲酯其他结构的酯也可以用作反应底物，在此不再一一列举。所述的有机溶剂可以是醚、芳烃、取代芳烃、烷烃、卤代烷或者腈等常用溶剂，包括上述溶剂的相互混合获得的混合溶剂，如正己烷、环己烷、正庚烷、异辛烷、甲苯、苯、甲基叔丁基醚、异丙醚、乙醚、四氢映喃、二氧六环、二氯甲烷、氯仿或乙腈等。
所述的底物1中的：R1为苯环上的取代基，可以是烷基，卤素取代基，烷氧基；取代位置可以在2-6号位；取代基个数可以是1-5；R2可以是烷基，卤素取代基，烷氧基。R1，R2为其他取代基的β-羟基腈化物也可以作为反应底物。
所述的酶可以是通过微生物培养后，经过初步分离纯化获得的粗酶；也可以是商品酶，比如从Sigma、Fluka、Meitosangy。以及Biochemical等公司获得的具有高选择性催化能力的纯酶或者固定化酶。上述的有机溶剂中可以含有0％-2％重量的水，含有更高浓度水量的有机溶剂也可以进行反应，但是可能会影响产物的光学纯度和转化率，推荐有机溶剂中含有0-1％重量的水。本发明所述的有机溶剂中的微量水，可以是有机溶剂中本来就含有的，也可以是向无水有机溶剂中人工添加的。酶当中通常也含有少量的水。
采用本发明生产光学活性的β-羟基腈化物时，是利用酶的高度对映体选择性，在微水有机溶剂中催化β-羟基腈化物和酯发生不对称转酯化反应，将消旋的β-羟基腈化物不对称转酯化为相应的R-β-羟基腈化物。其化学反应式如下：
消旋β-羟基腈化物(I) (R)-β-羟基腈化物(II) (S)-酯(III)
上述分子式中的。
反应实施过程如下：R1为苯环上的取代基，可以是烷基，卤素取代基，烷氧基；取代位置可以在2-6号位；取代基个数可以是1-5；R2可以是烷基，卤素取代基，烷氧基。
反应前将所有试剂，包括β-羟基腈化物、脂肪醇和有机溶剂进行预处理，以除去其中存在的水分，然后根据具体的反应条件向无水溶剂中加入一定量的水，达到预定的水含量。为了防止溶剂和反应物的挥发，反应在密封的反应器中进行。反应时将消旋β-羟基腈化物、酯和有机溶剂和酶先后加入到反应器中，如前所述，所用到的酯为为乙酸乙烯酯，乙酸异丙烯酯，乙酸乙酯，乙酸甲酯其他结构的酯也可以用作反应底物，其他结构的脂肪醉也可以用作反应底物，在此不再一一列举。所用的有机溶剂可以是醚、芳烃、取代芳烃、烷烃、卤代烷或者腈等常用溶剂，包括上述溶剂的相互混合获得的混合溶剂，只要所用的有机溶剂对于反应是惰性的，如正己烷、环己烷、正庚烷、异辛烷、甲苯、苯、甲基叔丁基醚、异丙醚、乙醚、四氢呋喃、二氧六环、二氯甲烷、氯仿或乙腈等。
所用的底物消旋β-羟基腈化物(I)，R1为苯环上的取代基，可以是烷基，卤素取代基，烷氧基；取代位置可以在2-6号位；取代基个数可以是1-5；R2可以是烷基，卤素取代基，烷氧基。
反应体系中消旋β-羟基腈化物、酯和酶的量按照预先设定的β-羟基腈化物和酯的摩尔比以及β-羟基腈化物和酶的用量比加入。然后将反应器密封，控制反应温度在10℃-55℃，搅拌反应0.5-180小时后结束反应。反应温度对酶催化反应的选择性几乎没有影响，较高的反应温度可以提高反应速率，因此，在较高的温度下进行反应，可以在较短的时间内结束反应，但是较高的温度会影响产物的稳定性，导致产物分解程度加剧，既降低了产物的收率，也会降低产物的对映体纯度。产物的转化率和对映体纯度用手性高效液相色谱测定。产率的定义为反应结束后得到产物的摩尔数和反应开始时加入底物的摩尔数的比值；产物S一氰醇的对映体纯度的计算公式为：e.e.％＝(R-S)/(S+R)×100％，其中S代表S-β-羟基腈化物的含量，R代表R-β-羟基腈化物的含量。
酶为商品酶比如来源于Candida rugoso，Candida cylindracea，pseudomonas cepacia，Pseudomonas SP.(sigma公司)、Rhizopus delemar，Chromobacterium viscosum，Rhizopusniveus，Arthrobacter sp.Aspergillus niger，Aspergillus oryzae，Candida Antarctica，Candida lipolytica，Candida utilis，Mucor javanicus，Rhizopus miehei(Fluka公司)，Alcaligenes sp.，Pseduomonas stutzeri(meito sangyo公司)以及Phizopus arrhizus(Roche Mol.Biochemical公司)等具有高选择性催化能力的纯酶或固定化酶。
实施例1：酶法拆分制备(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈
在室温下将0.01mol(1.9g)消旋3-羟基-4-苄氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml分析纯正己烷加入到500ml反应瓶中，然后加入500mg Candida Antarctica酶，搅拌反应30小时。反应结束后，将反应液过滤回收Candida Antarctica酶以重复使用，溶液中的(R)-3-羟基-4-苄氧基丁腈和(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈含量用高效液相色谱分析，(R)-3-羟基-4-苄氧基丁腈产率为46.0％，(R)-3-羟基-4-苄氧基丁腈的e.e.值为98％。将回收的Candida Antarctica酶加入到新鲜的反应液中重复使用，催化能力没有明显下降。
实施例2：酶法拆分制备(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈
在50℃下，将0.02mol(3.8g)消旋3-羟基-4-苄氧基丁腈，0.2mol乙酸乙烯酯(17.2g)和500ml分析纯正庚烷加入到1000ml反应瓶中，然后加入700mg Candida Antarctica酶，搅拌反应40小时。反应结束后，将反应液过滤回收Candida Antarctica酶以重复使用，溶液中的(R)-3-羟基-4-苄氧基丁腈和(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈含量用高效液相色谱分析，(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈产率为45.0％，(R)-3-羟基-4-苄氧基丁腈的e.e.值为97.0％。将回收的Candida Antarctica酶加入到新鲜的反应液中重复使用，催化能力没有明显下降。
实施例3：酶法拆分制备(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈
在室温下将0.01mol(1.9g)消旋3-羟基-4-苄氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml含水0～1％乙腈加入到500ml反应瓶中，然后加入300mg Arthrobacter sp.酶，搅拌反应70小时。反应结束后，将反应液过滤回收Candida Antarctica酶以重复使用，溶液中的(R)-3-羟基-4-苄氧基丁腈和(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈含量用高效液相色谱分析，(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈产率为48.0％，(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈的e.e.值为95.0％。
实施例4：酶法拆分制备(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈
在30℃下将0.01mol(1.9g)消旋3-羟基-4-苄氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml含水0～1％乙腈和正己烷(体积比1∶1)加入到500ml反应瓶中，然后加入300mgCandida Antarctica酶，搅拌反应50小时。反应结束后，将反应液过滤回收CandidaAntarctica酶以重复使用，溶液中的(R)-3-羟基-4-苄氧基丁腈和(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈含量用高效液相色谱分析，(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈产率为47.0％，(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈的e.e.值为99.1％。
实施例5：酶法拆分制备(S)-3-羟基-4-对甲基苄氧基丁腈
在30℃下将0.01mol(2.1g)消旋3-羟基-4-对甲基苄氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml含水0～0.1％异丙醚加入到500ml反应瓶中，然后加入300mg CandidaAntarctica酶，搅拌反应80小时。反应结束后，将反应液过滤回收Candida Antarctica酶以重复使用，溶液中的(R)-3-羟基-4-对甲基苄氧基丁腈和(S)-3-羟基-4-对甲基苄氧基丁腈含量用高效液相色谱分析，(S)-3-羟基-4-对甲基苄氧基丁腈产率为48.0％，(S)-3-羟基-4-对甲基苄氧基丁腈的e.e.值为99.0％。
实施例6：酶法拆分制备(S)-3-羟基-4-对氯苄氧基丁腈
在10℃下将0.01mol(2.1g)消旋3-羟基-4-对氯苄氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml含水0～0.01％甲苯加入到500ml反应瓶中，然后加入Pseudomonas SP.酶，搅拌反应80小时。反应结束后，将反应液过滤回收Pseudomonas SP.酶以重复使用，溶液中的(R)-3-羟基-4-对氯苄氧基丁腈和(S)-3-羟基-4-对氯苄氧基丁腈含量用高效液相色谱分析，(S)-3-羟基-4-对氯苄氧基丁腈产率为47.0％，(S)-3-羟基-4-对氯苄氧基丁腈的e.e.值为91.0％。
实施例7：酶法拆分制备(S)-3-羟基-4-对甲氧基苄氧基丁腈
在室温下将0.01mol(2.3g)消旋3-羟基-4-对甲氧基苄氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml含水0～1％甲基叔丁基醚加入到500ml反应瓶中，然后加入300mgpseudomonas cepacia酶，搅拌反应88小时。反应结束后，将反应液过滤回收酶以重复使用，溶液中的(R)-3-羟基-4-对甲氧基苄氧基丁腈和(S)-3-羟基-4-对甲氧基苄氧基丁腈含量用高效液相色谱分析，(S)-3-羟基-4-对甲氧基苄氧基丁腈产率为46.0％，(S)-3-羟基-4-对甲氧基苄氧基丁腈的e.e.值为92.0％。
实施例9：酶法拆分制备(S)-3-羟基-4-对氟苄氧基丁腈
在30℃下将0.01mol(2.1g)消旋3-羟基-4-对氟苄氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml含水0～1％乙腈加入到500ml反应瓶中，然后加入300mg Pseduomonasstutzeri酶，搅拌反应80小时。反应结束后，将反应液过滤回收Pseduomonas stutzeri酶以重复使用，溶液中的(R)-3-羟基-4-对氟苄氧基丁腈和(S)-3-羟基-4-对氟苄氧基丁腈含量用高效液相色谱分析，(S)-3-羟基-4-对氟基苄氧基丁腈产率为46.0％，(S)-3-羟基-4-对氟苄氧基丁腈的e.e.值为98.2％。
实施例10：酶法拆分制备(S)-3-羟基-4-(1-苯乙基氧基)丁腈
在35℃下将0.1mol(20.5g)消旋3-羟基-4-对氟苄氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和350ml含水0～1％乙腈加入到1000ml反应瓶中，然后加入20mg Pseduomonasstutzeri酶，搅拌反应100小时。反应结束后，将反应液过滤回收Pseduomonas stutzeri酶以重复使用，溶液中的(R)-3-羟基-4-(1-苯乙基氧基)丁腈和(S)-3-羟基-4-(1-苯乙基氧基)丁腈含量用高效液相色谱分析，(S)-3-羟基-4-(1-苯乙基氧基)丁腈产率为46.0％，(S)-3-羟基-4-对氟苄氧基丁腈的e.e.值为95.2％。
实施例11：酶法拆分制备(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈
在30℃下将0.02mol(3.8g)消旋3-羟基-4-苄氧基丁腈，0.01mol乙酸乙烯酯(0.86g)和50ml分析纯二氧六环烷加入到100ml反应瓶中，然后加入10mg Candida utilis酶，搅拌反应0.5小时。反应结束后，将反应液过滤回收10mg Candida utilis酶以重复使用，用层析柱分离溶液中的(R)-3-羟基-4-苄氧基丁腈和(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈。得到(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈的e.e.值为98％。
实施例12：酶法拆分制备(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈
在50℃下将0.02mol(3.8g)消旋3-羟基-4-苄氧基丁腈，0.02mol乙酸异丙烯酯(2g)和100分析四氢呋喃加入到100ml反应瓶中，然后加入5mg Candida utilis酶，搅拌反应50小时。反应结束后，将反应液过滤回收Candida utilis酶以重复使用，用层析柱分离溶液中的(R)-3-羟基-4-苄氧基丁腈和(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈。得到(S)-3-羟基-4-苄氧基丁腈的e.e.值为95.0％。
实施例13：酶法拆分制备(S)-3-羟基-4-对氯苄氧基丁腈
在30℃下将0.01mol(2.3g)消旋3-羟基-4-对氯苄氧基丁腈，0.1mol乙酸乙酯(8.8g)和250ml含水0～0.1％氯仿加入到500ml反应瓶中，然后加入30mg Candida Antarctica酶，搅拌反应180小时。反应结束后，将反应液过滤回收Candida Antarctica酶以重复使用，溶液中的(R)-3-羟基-4-对氯苄氧基丁腈和(S)-3-羟基-4-对氯苄氧基丁腈含量用高效液相色谱分析，(S)-3-羟基-4-对氯苄氧基丁腈产率为48.0％，(S)-3-羟基-4-对氯苄氧基丁腈的e.e.值为96.0％。
Claims (7)
1.一种酶法拆分制备手性β-羟基腈化物的方法，其特征在于，方法的步骤如下：
1)将消旋β-羟基腈化物溶解在有机溶剂中，然后加入酯，加入的β-羟基腈化物和酯的摩尔比为1∶0.1-1∶20，充分混合；
2)在反应体系中加入酶催化β-羟基腈化物转酯化反应，然后在反应温度10℃-65℃下搅拌反应0.5-300小时，β-羟基腈化物和酶的用量比为0.001-100molβ-羟基腈化物/1克酶；
3)将反应液过滤，回收酶，制得手性β-羟基腈化物。
2.根据权利要求1所述的一种酶法拆分制备手性β-羟基腈化物的方法，其特征在于，所述的手性β-羟基腈化物的分子结构式为：
其中：R1为苯环上的取代基，取代基为烷基、卤素或烷氧基；取代位置在2-6号位；取代基个数为1-5；R2为烷基。
3.根据权利要求1所述的一种酶法拆分制备手性β-羟基腈化物的方法，其特征在于，所述的酯为乙酸乙烯酯、乙酸异丙烯酯或乙酸乙酯。
4.根据权利要求1所述的一种酶法拆分制备手性β-羟基腈化物的方法，其特征在于，所说的有机溶剂为正己烷、环己烷、正庚烷、异辛烷、甲苯、苯、甲基叔丁基醚、异丙醚、乙醚、四氢呋喃、二氧六环、二氯甲烷、氯仿或乙腈。
5.根据权利要求1所述的一种酶法拆分制备手性β-羟基腈化物的方法，其特征在于，所述的有机溶剂中含有0％～2％重量的水。
6.根据权利要求1所述的一种酶法拆分制备手性β-羟基腈化物的方法，其特征在于，所说的反应温度为20℃-55℃。
7.根据权利要求1所述的一种酶法拆分制备手性β-羟基腈化物的方法，其特征在于，所说的反应时间为0.5-120小时。
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