專利名稱：從外消旋酯中制備光學(xué)活性的酯衍生物及其酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備光學(xué)活性的β-羥基丁酯衍生物及其酸衍生物的方法。更具體地，本發(fā)明涉及通過用脂肪酶或產(chǎn)生脂肪酶的微生物水解方案1中通式1所示的外消旋的β-羥基丁酯衍生物來制備光學(xué)活性的β-羥基丁酯衍生物及其酸衍生物的方法。
上述光學(xué)活性的β-羥基丁酯衍生物及其酸衍生物的方法可集中用作重要的手性中間體。此外，由本發(fā)明產(chǎn)生的β-羥基丁酯衍生物及其酸衍生物具有高光學(xué)純度，并且因?yàn)樗霎a(chǎn)物易于分離和回收，所以此方法可用于實(shí)踐過程。因此本發(fā)明可用于工業(yè)規(guī)模。
(R＝CnH2n+1，(n＝1～8))(X＝H、N3、CN、F、Cl、Br、I)據(jù)報(bào)導(dǎo)，(R)-3-羥基丁酸乙酯是抗青光眼藥物的中間體(Chirality inindustryП.Chichester，UKWiley，1997，245-262)，以及(S)-3-羥基丁酸酯用于合成信息素(Tertahedron，453233-3298)和碳青霉烯類(Journalof the Chemical Society.Perkin Transaction，1999，12489-2494)。
以及(R)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯用于合成L-肉毒堿(Journal of theAmerican Chemical Society，1983，1055925-5926)、(R)-4-氨基-3-羥丁酸(GABOB)和(R)-羥基-2-吡咯烷酮。(S)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯是產(chǎn)生羥甲基戊二酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶抑制劑的有價(jià)值的合成子(Journalof Medicinal Chemistry，1990，332952-2956)。
背景技術(shù)：
存在制備光學(xué)活性的β-羥基丁酯衍生物的多種方法。使用BINAP-配位Ru(II)絡(luò)合物通過乙酰乙酸乙酯的不對稱氫化合成(S)-3-羥基丁酸乙酯(Journal of the American Chemical Society，1987，1095856-5858)。但是，該方法具有在反應(yīng)過程中需要高壓和高成本的金屬催化劑的缺點(diǎn)。
另一方法是采用微生物還原3-氧-酯類。Jayasinghe等人(Tetrahedron Lettes，1993，343949-3950)在石油醚中使用凍干的酵母通過還原乙酰乙酸乙酯得到(S)-3-羥基丁酸乙酯(收率58％，94％e.e)，以及Medson等人(TetrahedronAsymmetry，1997，81049-1054)在有機(jī)溶劑中使用酵母通過還原由乙酰乙酸乙酯得到(S)-3-羥基丁酸乙酯(收率69％，99％e.e)。Chin-Joe等人(Biotechnology and Bioengineering，2000，69370-376)使用Baker′s酵母通過還原乙酰乙酸乙酯以85％的轉(zhuǎn)化率得到(S)-3-羥基丁酸乙酯(99％e.e)。但是，這些方法具有收率低和反應(yīng)后純化問題的缺點(diǎn)。
另一方面，Sugai等人(Agricultural Biological Chemistry，1989，532009-2010)使用丁酸乙烯酯作為?；瘎┖拓i的胰脂肪酶作為催化劑，通過酯交換外消旋的3-羥基丁酸乙酯得到(S)-3-羥基丁酸乙酯(99.4％e.e)。Fishman 等人(Biotechnology Bio-engineering，2001，74256-263)使用CALB(Candida antartica)脂肪酶和作為?；w的乙酸乙烯酯得到(S)-3-羥基丁酸乙酯(收率40％，99.4％e.e)。
在另一情況下，可通過微生物酸性醇解蓄積的聚-(R)-3-羥基丁酸酯制備(R)-3-羥基丁酸乙酯(Enzyme and Microbial Technology，2000，2733-36)。
可通過4-氯乙酰乙酸乙酯的還原產(chǎn)生光學(xué)活性的4-氯-3-羥基丁酸乙酯。Matsuyama等人(Japan Tokkyo Koho，06-209782，Aug.2，1994)用乳酸克魯維酵母(Kluyveromyces lactis)NRIC 1329獲得了(S)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯(收率97％，98％e.e)。Kataoka等人(Applied microbiologyand Biotechnology，1999，51486-490)用重組體微生物得到(R)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯(收率94％，92％e.e)，該重組體微生物共表達(dá)來自赭色擲孢酵母(Sporobolomyces salmonicolor)的醇還原酶I基因和來自巨大芽孢桿菌(Bacillus megaterium)的葡萄糖脫氫酶基因。Yamamoto等人(Bioscience Biotechnology and Biochemistry，2002，66(2)481-483)用表達(dá)來自近平滑假絲酵母(Candida parapsilosis)的第二醇脫氫酶的重組體微生物產(chǎn)生(R)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯(收率95.2％，99％e.e)。但是，這些方法具有反應(yīng)時(shí)間長的缺點(diǎn)。
另一方面，Hoff等人(Tetrahedron；Asymmetry，1999，101401-1412)在有機(jī)相(苯)中用米黑根毛霉脂肪酶(Rhizomucor miehei lipase)(RML)通過酯交換5天，得到(S)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯(收率24％，86％e.e)。
Suzuki等人(Enzyme Microbiology and Technology，1999，2413-20)用產(chǎn)生脫氯酶的微生物產(chǎn)生(R)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯(99.8％e.e)。
如先前所述，可通過酮酸酯的立體選擇性還原或酶促的酯交換制備光學(xué)活性的β-羥基丁酯衍生物。但是，這些方法不是適合的，因?yàn)槠渚哂邪ǖ蛯τ丑w過量、低收率或反應(yīng)后難以分離產(chǎn)物和反應(yīng)物的缺點(diǎn)。為了解決這些問題，水解β-羥基丁酯衍生物。Santaniello等人(Gazzetta Chemica Italiana，1989，119581-584)用豬的肝酯酶通過水解4-氯-3-羥基丁酸乙酯得到(R)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯及其(S)酸。但是，此方法具有低收率(23％)和低對映體過量(16％e.e)的缺點(diǎn)，并且不適于工業(yè)應(yīng)用。
發(fā)明的公開技術(shù)問題開發(fā)了采用脂肪酶或產(chǎn)生脂肪酶的微生物通過立體專一性水解，從方案1中通式1所示的外消旋的β-羥基丁酯衍生物制備高光學(xué)純度的β-羥基丁酯衍生物及其酸衍生物的方法。
本方法簡單，并且與常規(guī)方法相比，可獲得更高光學(xué)純度的酯衍生物及其酸衍生物。
因此，本發(fā)明的目的是提供了使用酶或微生物由外消旋的β-羥基丁酯衍生物制備光學(xué)活性的酯及其酸的方法。
為了上述目的，本發(fā)明由如下方法組成在水相或包括水性溶劑的有機(jī)相中，使用脂肪酶或產(chǎn)生脂肪酶的微生物作為生物催化劑，通過立體專一性水解由外消旋的β-羥基丁酯衍生物制備高光學(xué)活性的β-羥基丁酯衍生物及其酸。
技術(shù)解決方案如下對本發(fā)明進(jìn)行了更詳細(xì)地解釋。如上所述，本發(fā)明涉及在水相或包括水性溶劑的有機(jī)相中，使用脂肪酶或產(chǎn)生脂肪酶的微生物作為生物催化劑，通過立體專一性水解由外消旋的β-羥基丁酯衍生物制備高光學(xué)活性的β-羥基丁酯衍生物及其酸的方法。
在本發(fā)明中，3-羥基丁酸甲酯、3-羥基丁酸乙酯、3-羥基丁酸丁酯、3-疊氮基-3-羥基丁酸乙酯、4-氯-3-羥基丁酸乙酯、4-溴-3-羥基丁酸乙酯和4-氰基-3-羥基丁酸乙酯被用作外消旋的β-羥基丁酯，但是所述反應(yīng)物并不限于它們。在方案1中的通式1中，X為H、CN、N3、F、Cl、Br或I以及R為CnH2n+1(n＝1～8)。
商業(yè)可用的脂肪酶的非限制性例子包括來自Amano Inc.的PS脂肪酶、皺褶假絲酵母(Candida rugosa)脂肪酶和Novozyme 435，以及產(chǎn)生脂肪酶的微生物的非限制性例子包括皺褶假絲酵母和Rhodococcusbutanica。
反應(yīng)后，通過溶劑萃取法或柱色譜法分別分離出光學(xué)活性的酯及其酸。
在本發(fā)明中，通過配備有HP-FFAP柱(Agilent，Inc.，30mm×0.53m)的氣相色譜(Donam Instrument Inc.6200型)測定外消旋化合物。最初將爐溫在70℃下保持5分鐘，然后以10℃/min的速率升至220℃，并保持10分鐘。使用氦氣作為載氣，速率為2ml/min，并且用FID檢測器檢測化合物。在本發(fā)明中所述組分的典型的保留時(shí)間如下所示外消旋的3-羥基丁酸甲酯-15.48分鐘外消旋的3-羥基丁酸乙酯-14.32分鐘外消旋的3-羥基丁酸丁酯-17.16分鐘外消旋的4-疊氮基-3-羥基丁酸乙酯-22.50分鐘外消旋的4-氯-3-羥基丁酸乙酯-20.31分鐘除了爐溫以20℃/min的速率升高以外，采用與外消旋的3-羥基丁酸甲酯分析中所使用的相同的方法分析外消旋的4-溴-3-羥基丁酸乙酯和外消旋的4-氰基3-羥基丁酸乙酯。在此條件下，分別在11.7分鐘和14.07分鐘時(shí)檢測到外消旋的4-溴-3-羥基丁酸乙酯和外消旋的4-氰基3-羥基丁酸乙酯。
使用己烷和異丙醇的混合物(90∶10)作為流動相，通過配備有手性柱OD-H(Daicel，0.46cm×25cm)的HPLC(Waters，Inc.，1525型)測定光學(xué)活性的3-羥基丁酸甲酯、3-羥基丁酸乙酯、3-羥基丁酸丁酯和4-疊氮基-3-羥基丁酸乙酯。吸光度為220nm以及流速為0.7ml/min。本發(fā)明所述組分的典型的保留時(shí)間如下所示(R)-3-羥基丁酸甲酯-10.28分鐘(S)-3-羥基丁酸甲酯-12.44分鐘(R)-3-羥基丁酸乙酯-12.77分鐘(S)-3-羥基丁酸乙酯-11.43分鐘(R)-3-羥基丁酸丁酯-9.4分鐘(S)-3-羥基丁酸丁酯-10.64分鐘(R)-4-疊氮基-3-羥基丁酸乙酯-8.7分鐘(S)-4-疊氮基-3-羥基丁酸乙酯-10.86分鐘通過配備有手性柱G-TA(Astec，30mm×0.32m)的氣相色譜(DonamInstrument Inc.6200型)測定光學(xué)活性的4-氰基-3-羥基丁酸乙酯。最初將爐溫在100℃下保持5分鐘，然后以10℃/min的速率升至170℃，并保持20分鐘。氦氣用作載氣，并將柱頭壓力保持在10psi，用FID檢測器檢測化合物。在此條件下，(R)-4-氰基-3-羥基丁酸乙酯和(S)-4-氰基-3-羥基丁酸乙酯分別為16.75分鐘和16.53分鐘。
使用己烷和異丙醇的混合物(95∶5)作為流動相，通過配備有手性柱OB-H(Daicel，0.45cm×25cm)的HPLC(Lab Alliance，201型)測定光學(xué)活性的4-氯-3-羥基丁酸乙酯。流速為0.7ml/min以及吸光度為215nm。在此條件下，(R)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯和(S)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯分別為14.42分鐘和15.38分鐘。
使用己烷和異丙醇的混合物(90∶10)作為流動相，通過配備有手性柱AD-H(Daicel，0.46cm×25cm)的HPLC(Lab Alliance，201型)測定光學(xué)活性的4-溴-3-羥基丁酸乙酯。流速為0.7ml/min以及吸光度為220nm。在此條件下，(R)-4-溴-3-羥基丁酸乙酯和(S)-4-溴-3-羥基丁酸乙酯分別為12.23分鐘和11.24分鐘。
并且通過FT-NMR(Burker，DRX300型或JEOL，AR400型)確認(rèn)了外消旋化合物，結(jié)果如下4-疊氮基-3-羥基丁酸乙酯1H-NMR(CDCl3，300MHz)δ(ppm)＝1.28(t，3H)，2.53(m，2H)，3.28(d，1H)，3.34(m，2H)，4.21(q，2H)4-氯-3-羥基丁酸乙酯1H-NMR(CDCl3，400MHz)δ(ppm)＝1.28(t，3H)，2.62(d，2H)，3.53(br，1H)，3.60(d，2H)，4.20(q，2H)，4.33(m，1H)4-溴-3-羥基丁酸乙酯1H-NMR(CDCl3，400MHz)δ(ppm)＝1.28(t，3H)，2.7(m，2H)，3.48(dd，1H)，3.51(dd，1H)，4.17(q，2H)，4.20(m，1H)4-氰基-3-羥基丁酸乙酯1H-NMR(CDCl3，400MHz)δ(ppm)＝1.26(t，3H)，2.5～2.7(m，4H)，4.18(q，2H)，4.32(m，1H)
通過以下實(shí)施例可更好地理解本發(fā)明，所給出的實(shí)施例是為了示例性說明，不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1將外消旋的3-羥基丁酸乙酯(1％，v/v)加入含有5ml磷酸氫二鉀緩沖液(pH 8.0，0.1M)和Novozyme 435(4％，w/v)的管形瓶中。在30℃下所述反應(yīng)進(jìn)行2小時(shí)。用乙酸乙酯萃取所述反應(yīng)混合物并用上述方法進(jìn)行分析。以55％的轉(zhuǎn)化率從有機(jī)溶劑中得到(S)-3-羥基丁酸乙酯(97％e.e)。用鹽酸酸化水溶液并用有機(jī)溶劑萃取。在酯化后，得到具有80.4％e.e光學(xué)純度的(R)-3-羥基丁酸乙酯。
實(shí)施例2-3用全細(xì)胞(20％(w/v))代替實(shí)施例1中所用的脂肪酶。通過在含有1％甘油三丁酸酯的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)來分離產(chǎn)生脂肪酶的微生物。分離出的株吸收甘油三丁酸酯并產(chǎn)生亮區(qū)。將該株生長在LB培養(yǎng)基或含有葡萄糖的GYP培養(yǎng)基，使用離心機(jī)收獲微生物并將其用作生物催化劑。所述結(jié)果顯示于表1中。
表1

實(shí)施例4-5將1％的3-羥基丁酸甲酯和5％的3-羥基丁酸丁酯用作反應(yīng)物，代替實(shí)施例1中所用的3-羥基丁酸乙酯。用novozyme 435脂肪酶進(jìn)行所述反應(yīng)，所述結(jié)果顯示于表2中。
表2

實(shí)施例6使用4-疊氮基-3-羥基丁酸乙酯代替實(shí)施例1中所用的3-羥基丁酸乙酯。所述反應(yīng)進(jìn)行1小時(shí)，以83.5％的轉(zhuǎn)化率得到(S)-4-疊氮基-3-羥基丁酸乙酯(80.2％e.e)。
實(shí)施例7-8將4-氯-3-羥基丁酸乙酯用作反應(yīng)物以及脂肪酶用作生物催化劑，代替實(shí)施例1中所用的3-羥基丁酸乙酯。所述結(jié)果顯示于表3中。
表3

實(shí)施例9將4-溴-3-羥基丁酸乙酯(1％，w/v)用作反應(yīng)物以及novozyme 435脂肪酶用作生物催化劑，代替實(shí)施例1中所用的3-羥基丁酸乙酯。反應(yīng)1小時(shí)40分鐘后，以88.3％的轉(zhuǎn)化率得到(R)-4-溴-3-羥基丁酸乙酯(99％e.e)。
實(shí)施例10將4-氰基-3-羥基丁酸乙酯(1％，w/v)用作反應(yīng)物以及novozyme435脂肪酶用作生物催化劑，代替實(shí)施例1中所用的3-羥基丁酸乙酯。反應(yīng)3小時(shí)后，以57.3％的轉(zhuǎn)化率得到(R)-4-氰基-3-羥基丁酸乙酯(99％e.e)。
實(shí)施例11-13將4-氯-3-羥基丁酸用作反應(yīng)物，代替實(shí)施例2中的3-羥基丁酸乙酯，并將表4中的微生物用作生物催化劑。所述結(jié)果顯示于表4中表4

工業(yè)實(shí)用性根據(jù)實(shí)施例1-13，可以使用本發(fā)明的水解容易地產(chǎn)生光學(xué)活性的β-羥基丁酯衍生物。采用適當(dāng)?shù)闹久富蛭⑸?，可產(chǎn)生高光學(xué)純度的β-羥基丁酯衍生物。此外，反應(yīng)后容易從其酸中分離出光學(xué)活性的酯。因此，在工業(yè)規(guī)模上該方法是有用的方法。
權(quán)利要求
1.從方案1中通式1所示的外消旋的β-羥基丁酯衍生物制備光學(xué)活性的β-羥基丁酯衍生物及其酸衍生物的方法，其中所述方法以脂肪酶或產(chǎn)生脂肪酶的微生物為生物催化劑，在水相或包括水性溶劑的有機(jī)相中進(jìn)行，[方案1] 在方案1中，R為CnH2n+1，(n＝1～8)以及X為H、N3、CN、F、Cl、Br、I。
2.如權(quán)利要求1所述的制備光學(xué)活性的β-羥基丁酯衍生物及其酸衍生物的方法，其中所述微生物為褶皺假絲酵母KCTC 7292、褶皺假絲酵母KCCM 50521和Rhodococcus butanica ATCC 21197。
全文摘要
本發(fā)明涉及從外消旋的β－羥基丁酯衍生物中制備集中用作重要的手性中間體的光學(xué)活性的酯衍生物及其酸衍生物的方法。更詳細(xì)地，本發(fā)明涉及在水相或包括水性溶劑的有機(jī)相中，使用脂肪酶或產(chǎn)生脂肪酶的微生物，通過外消旋的β－羥基丁酯衍生物的立體專一性水解制備光學(xué)活性的β－羥基丁酯衍生物及其酸衍生物的方法。與常規(guī)的方法相比，通過方案1中通式1所示的β－羥基丁酯衍生物的水解產(chǎn)生光學(xué)活性的酯衍生物及其酸衍生物的方法更容易且更經(jīng)濟(jì)，并且所述產(chǎn)物具有高光學(xué)純度。反應(yīng)后也易于從酸衍生物中分離酯衍生物。因此在工業(yè)規(guī)模上該方法是有用的方法。
文檔編號C12P7/62GK1946855SQ200580013419
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者鄭善鎬, 黃淳旭 申請人:安資科技株式會社