專利名稱：酶法拆分制備手性β－羥基腈化物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種酶法拆分制備手性β-羥基腈化物的方法。
背景技術(shù)：
β-羥基腈化物是一類重要的手性中間體，它很容易轉(zhuǎn)化為γ-氨基醇、β-羥基酸、β-羥基酸酮、β-氨基酸等手性物質(zhì)。手性羥基可以做為手性源，為制備手性1，3-二醇，1，3-氨基醇提供了有效的合成方法。還可以脫去芳環(huán)得到手性二醇化合物。因而在醫(yī)藥、農(nóng)藥、精細(xì)化工等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
手性β-羥基腈化物是主要用于合成HMG-CoA還原酶抑制劑(他汀類降血酯藥物)。近年來對HMG-CoA還原酶抑制劑(他汀類藥物)研究顯示，這類藥物選擇性抑制肝臟中膽固醇生成的限速酶——HMG-CoA還原酶，使肝臟使血漿膽固醇水平下降。因此合成β-羥基腈化物是一個很熱門的研究課題。
目前，關(guān)于制備β-羥基腈化物的報道還很少，文獻(xiàn)[Kamal，A.；Khanna，G.B.R.TetrahedronAsymmetry 12(2001)405-410]描述一種制備類似結(jié)構(gòu)的β-羥基腈化物的脂肪酶拆分法。有文獻(xiàn)[(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.]報道了酶法制備手性β-羥基腈化物，但都是利用脂肪酶的催化水解作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種酶法拆分制備手性β-羥基腈化物的方法。
方法的步驟如下1)將消旋β-羥基腈化物溶解在有機(jī)溶劑中，然后加入酯，加入的β-羥基腈化物和酯的摩爾比為1∶0.1-1∶20，充分混合；2)在反應(yīng)體系中加入酶催化β-羥基腈化物轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，然后在反應(yīng)溫度0℃-70℃下攪拌反應(yīng)0.5-300小時，β-羥基腈化物和酶的用量比為0.001-100mol β-羥基腈化物/1克酶；3)將反應(yīng)液過濾，回收酶，制得手性β-羥基腈化物。
所述的手性β-羥基腈化物的分子結(jié)構(gòu)式為
其中R1為苯環(huán)上的取代基，取代基為烷基、鹵素或烷氧基；取代位置在2-6號位；取代基個數(shù)為1-5；R2為烷基，鹵素或烷氧基。
酯為乙酸乙烯酯、乙酸異丙烯酯、乙酸乙酯或乙酸甲酯。有機(jī)溶劑為正己烷、環(huán)己烷、正庚烷、異辛烷、甲苯、苯、甲基叔丁基醚、異丙醚、乙醚、四氫吠喃、二氧六環(huán)、二氯甲烷、氯仿或乙腈。有機(jī)溶劑中含有0％～2％重量的水。反應(yīng)溫度為20℃-55℃。反應(yīng)時間為0.5-120小時。酯為乙酸乙烯酯或乙酸異丙烯酯。
本發(fā)明是通過將β-羥基腈化物和酯溶解于有機(jī)溶劑中，然后加入酶，在酶的催化作用下，β-羥基腈化物和酯發(fā)生不對稱轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，獲得具有較高光學(xué)活性的β-羥基腈化物，反應(yīng)選擇性好，轉(zhuǎn)化率高，獲得的產(chǎn)物β-羥基腈化物光學(xué)純度高，反應(yīng)適用溫度范圍寬，可在常溫下進(jìn)行，反應(yīng)條件溫和，操作方便，設(shè)備簡單。通過酶催化轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)得到的高純度β-羥基腈化物，可以直接應(yīng)用于后續(xù)反應(yīng)步驟。該技術(shù)是在有機(jī)溶劑中實(shí)現(xiàn)，酶活力穩(wěn)定，不流失，可反復(fù)循環(huán)使用，因而具有較大的工業(yè)應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中的所用到的酯為乙酸乙烯酯，乙酸異丙烯酯，乙酸乙酯，乙酸甲酯其他結(jié)構(gòu)的酯也可以用作反應(yīng)底物，在此不再一一列舉。所述的有機(jī)溶劑可以是醚、芳烴、取代芳烴、烷烴、鹵代烷或者腈等常用溶劑，包括上述溶劑的相互混合獲得的混合溶劑，如正己烷、環(huán)己烷、正庚烷、異辛烷、甲苯、苯、甲基叔丁基醚、異丙醚、乙醚、四氫映喃、二氧六環(huán)、二氯甲烷、氯仿或乙腈等。
所述的底物1中的R1為苯環(huán)上的取代基，可以是烷基，鹵素取代基，烷氧基；取代位置可以在2-6號位；取代基個數(shù)可以是1-5；R2可以是烷基，鹵素取代基，烷氧基。R1，R2為其他取代基的β-羥基腈化物也可以作為反應(yīng)底物。
所述的酶可以是通過微生物培養(yǎng)后，經(jīng)過初步分離純化獲得的粗酶；也可以是商品酶，比如從Sigma、Fluka、Meitosangy。以及Biochemical等公司獲得的具有高選擇性催化能力的純酶或者固定化酶。上述的有機(jī)溶劑中可以含有0％-2％重量的水，含有更高濃度水量的有機(jī)溶劑也可以進(jìn)行反應(yīng)，但是可能會影響產(chǎn)物的光學(xué)純度和轉(zhuǎn)化率，推薦有機(jī)溶劑中含有0-1％重量的水。本發(fā)明所述的有機(jī)溶劑中的微量水，可以是有機(jī)溶劑中本來就含有的，也可以是向無水有機(jī)溶劑中人工添加的。酶當(dāng)中通常也含有少量的水。
采用本發(fā)明生產(chǎn)光學(xué)活性的β-羥基腈化物時，是利用酶的高度對映體選擇性，在微水有機(jī)溶劑中催化β-羥基腈化物和酯發(fā)生不對稱轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，將消旋的β-羥基腈化物不對稱轉(zhuǎn)酯化為相應(yīng)的R-β-羥基腈化物。其化學(xué)反應(yīng)式如下 消旋β-羥基腈化物(I) (R)-β-羥基腈化物(II) (S)-酯(III)上述分子式中的。
反應(yīng)實(shí)施過程如下R1為苯環(huán)上的取代基，可以是烷基，鹵素取代基，烷氧基；取代位置可以在2-6號位；取代基個數(shù)可以是1-5；R2可以是烷基，鹵素取代基，烷氧基。
反應(yīng)前將所有試劑，包括β-羥基腈化物、脂肪醇和有機(jī)溶劑進(jìn)行預(yù)處理，以除去其中存在的水分，然后根據(jù)具體的反應(yīng)條件向無水溶劑中加入一定量的水，達(dá)到預(yù)定的水含量。為了防止溶劑和反應(yīng)物的揮發(fā)，反應(yīng)在密封的反應(yīng)器中進(jìn)行。反應(yīng)時將消旋β-羥基腈化物、酯和有機(jī)溶劑和酶先后加入到反應(yīng)器中，如前所述，所用到的酯為為乙酸乙烯酯，乙酸異丙烯酯，乙酸乙酯，乙酸甲酯其他結(jié)構(gòu)的酯也可以用作反應(yīng)底物，其他結(jié)構(gòu)的脂肪醉也可以用作反應(yīng)底物，在此不再一一列舉。所用的有機(jī)溶劑可以是醚、芳烴、取代芳烴、烷烴、鹵代烷或者腈等常用溶劑，包括上述溶劑的相互混合獲得的混合溶劑，只要所用的有機(jī)溶劑對于反應(yīng)是惰性的，如正己烷、環(huán)己烷、正庚烷、異辛烷、甲苯、苯、甲基叔丁基醚、異丙醚、乙醚、四氫呋喃、二氧六環(huán)、二氯甲烷、氯仿或乙腈等。
所用的底物消旋β-羥基腈化物(I)，R1為苯環(huán)上的取代基，可以是烷基，鹵素取代基，烷氧基；取代位置可以在2-6號位；取代基個數(shù)可以是1-5；R2可以是烷基，鹵素取代基，烷氧基。
反應(yīng)體系中消旋β-羥基腈化物、酯和酶的量按照預(yù)先設(shè)定的β-羥基腈化物和酯的摩爾比以及β-羥基腈化物和酶的用量比加入。然后將反應(yīng)器密封，控制反應(yīng)溫度在10℃-55℃，攪拌反應(yīng)0.5-180小時后結(jié)束反應(yīng)。反應(yīng)溫度對酶催化反應(yīng)的選擇性幾乎沒有影響，較高的反應(yīng)溫度可以提高反應(yīng)速率，因此，在較高的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，可以在較短的時間內(nèi)結(jié)束反應(yīng)，但是較高的溫度會影響產(chǎn)物的穩(wěn)定性，導(dǎo)致產(chǎn)物分解程度加劇，既降低了產(chǎn)物的收率，也會降低產(chǎn)物的對映體純度。產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和對映體純度用手性高效液相色譜測定。產(chǎn)率的定義為反應(yīng)結(jié)束后得到產(chǎn)物的摩爾數(shù)和反應(yīng)開始時加入底物的摩爾數(shù)的比值；產(chǎn)物S一氰醇的對映體純度的計算公式為e.e.％＝(R-S)/(S+R)×100％，其中S代表S-β-羥基腈化物的含量，R代表R-β-羥基腈化物的含量。
酶為商品酶比如來源于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)等具有高選擇性催化能力的純酶或固定化酶。
實(shí)施例1酶法拆分制備(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈在室溫下將0.01mol(1.9g)消旋3-羥基-4-芐氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml分析純正己烷加入到500ml反應(yīng)瓶中，然后加入500mg Candida Antarctica酶，攪拌反應(yīng)30小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液過濾回收Candida Antarctica酶以重復(fù)使用，溶液中的(R)-3-羥基-4-芐氧基丁腈和(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈含量用高效液相色譜分析，(R)-3-羥基-4-芐氧基丁腈產(chǎn)率為46.0％，(R)-3-羥基-4-芐氧基丁腈的e.e.值為98％。將回收的Candida Antarctica酶加入到新鮮的反應(yīng)液中重復(fù)使用，催化能力沒有明顯下降。
實(shí)施例2酶法拆分制備(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈在50℃下，將0.02mol(3.8g)消旋3-羥基-4-芐氧基丁腈，0.2mol乙酸乙烯酯(17.2g)和500ml分析純正庚烷加入到1000ml反應(yīng)瓶中，然后加入700mg Candida Antarctica酶，攪拌反應(yīng)40小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液過濾回收Candida Antarctica酶以重復(fù)使用，溶液中的(R)-3-羥基-4-芐氧基丁腈和(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈含量用高效液相色譜分析，(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈產(chǎn)率為45.0％，(R)-3-羥基-4-芐氧基丁腈的e.e.值為97.0％。將回收的Candida Antarctica酶加入到新鮮的反應(yīng)液中重復(fù)使用，催化能力沒有明顯下降。
實(shí)施例3酶法拆分制備(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈在室溫下將0.01mol(1.9g)消旋3-羥基-4-芐氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml含水0～1％乙腈加入到500ml反應(yīng)瓶中，然后加入300mg Arthrobacter sp.酶，攪拌反應(yīng)70小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液過濾回收Candida Antarctica酶以重復(fù)使用，溶液中的(R)-3-羥基-4-芐氧基丁腈和(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈含量用高效液相色譜分析，(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈產(chǎn)率為48.0％，(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈的e.e.值為95.0％。
實(shí)施例4酶法拆分制備(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈在30℃下將0.01mol(1.9g)消旋3-羥基-4-芐氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml含水0～1％乙腈和正己烷(體積比1∶1)加入到500ml反應(yīng)瓶中，然后加入300mgCandida Antarctica酶，攪拌反應(yīng)50小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液過濾回收CandidaAntarctica酶以重復(fù)使用，溶液中的(R)-3-羥基-4-芐氧基丁腈和(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈含量用高效液相色譜分析，(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈產(chǎn)率為47.0％，(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈的e.e.值為99.1％。
實(shí)施例5酶法拆分制備(S)-3-羥基-4-對甲基芐氧基丁腈在30℃下將0.01mol(2.1g)消旋3-羥基-4-對甲基芐氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml含水0～0.1％異丙醚加入到500ml反應(yīng)瓶中，然后加入300mg CandidaAntarctica酶，攪拌反應(yīng)80小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液過濾回收Candida Antarctica酶以重復(fù)使用，溶液中的(R)-3-羥基-4-對甲基芐氧基丁腈和(S)-3-羥基-4-對甲基芐氧基丁腈含量用高效液相色譜分析，(S)-3-羥基-4-對甲基芐氧基丁腈產(chǎn)率為48.0％，(S)-3-羥基-4-對甲基芐氧基丁腈的e.e.值為99.0％。
實(shí)施例6酶法拆分制備(S)-3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈在10℃下將0.01mol(2.1g)消旋3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml含水0～0.01％甲苯加入到500ml反應(yīng)瓶中，然后加入Pseudomonas SP.酶，攪拌反應(yīng)80小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液過濾回收Pseudomonas SP.酶以重復(fù)使用，溶液中的(R)-3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈和(S)-3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈含量用高效液相色譜分析，(S)-3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈產(chǎn)率為47.0％，(S)-3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈的e.e.值為91.0％。
實(shí)施例7酶法拆分制備(S)-3-羥基-4-對甲氧基芐氧基丁腈在室溫下將0.01mol(2.3g)消旋3-羥基-4-對甲氧基芐氧基丁腈，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反應(yīng)瓶中，然后加入300mgpseudomonas cepacia酶，攪拌反應(yīng)88小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液過濾回收酶以重復(fù)使用，溶液中的(R)-3-羥基-4-對甲氧基芐氧基丁腈和(S)-3-羥基-4-對甲氧基芐氧基丁腈含量用高效液相色譜分析，(S)-3-羥基-4-對甲氧基芐氧基丁腈產(chǎn)率為46.0％，(S)-3-羥基-4-對甲氧基芐氧基丁腈的e.e.值為92.0％。
實(shí)施例9酶法拆分制備(S)-3-羥基-4-對氟芐氧基丁腈在30℃下將0.01mol(2.1g)消旋3-羥基-4-對氟芐氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和250ml含水0～1％乙腈加入到500ml反應(yīng)瓶中，然后加入300mg Pseduomonasstutzeri酶，攪拌反應(yīng)80小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液過濾回收Pseduomonas stutzeri酶以重復(fù)使用，溶液中的(R)-3-羥基-4-對氟芐氧基丁腈和(S)-3-羥基-4-對氟芐氧基丁腈含量用高效液相色譜分析，(S)-3-羥基-4-對氟基芐氧基丁腈產(chǎn)率為46.0％，(S)-3-羥基-4-對氟芐氧基丁腈的e.e.值為98.2％。
實(shí)施例10酶法拆分制備(S)-3-羥基-4-(1-苯乙基氧基)丁腈在35℃下將0.1mol(20.5g)消旋3-羥基-4-對氟芐氧基丁腈，0.05mol乙酸乙烯酯(4.3g)和350ml含水0～1％乙腈加入到1000ml反應(yīng)瓶中，然后加入20mg Pseduomonasstutzeri酶，攪拌反應(yīng)100小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液過濾回收Pseduomonas stutzeri酶以重復(fù)使用，溶液中的(R)-3-羥基-4-(1-苯乙基氧基)丁腈和(S)-3-羥基-4-(1-苯乙基氧基)丁腈含量用高效液相色譜分析，(S)-3-羥基-4-(1-苯乙基氧基)丁腈產(chǎn)率為46.0％，(S)-3-羥基-4-對氟芐氧基丁腈的e.e.值為95.2％。
實(shí)施例11酶法拆分制備(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈在30℃下將0.02mol(3.8g)消旋3-羥基-4-芐氧基丁腈，0.01mol乙酸乙烯酯(0.86g)和50ml分析純二氧六環(huán)烷加入到100ml反應(yīng)瓶中，然后加入10mg Candida utilis酶，攪拌反應(yīng)0.5小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液過濾回收10mg Candida utilis酶以重復(fù)使用，用層析柱分離溶液中的(R)-3-羥基-4-芐氧基丁腈和(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈。得到(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈的e.e.值為98％。
實(shí)施例12酶法拆分制備(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈在50℃下將0.02mol(3.8g)消旋3-羥基-4-芐氧基丁腈，0.02mol乙酸異丙烯酯(2g)和100分析四氫呋喃加入到100ml反應(yīng)瓶中，然后加入5mg Candida utilis酶，攪拌反應(yīng)50小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液過濾回收Candida utilis酶以重復(fù)使用，用層析柱分離溶液中的(R)-3-羥基-4-芐氧基丁腈和(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈。得到(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈的e.e.值為95.0％。
實(shí)施例13酶法拆分制備(S)-3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈在30℃下將0.01mol(2.3g)消旋3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈，0.1mol乙酸乙酯(8.8g)和250ml含水0～0.1％氯仿加入到500ml反應(yīng)瓶中，然后加入30mg Candida Antarctica酶，攪拌反應(yīng)180小時。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液過濾回收Candida Antarctica酶以重復(fù)使用，溶液中的(R)-3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈和(S)-3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈含量用高效液相色譜分析，(S)-3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈產(chǎn)率為48.0％，(S)-3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈的e.e.值為96.0％。
權(quán)利要求
1.一種酶法拆分制備手性β-羥基腈化物的方法，其特征在于，方法的步驟如下1)將消旋β-羥基腈化物溶解在有機(jī)溶劑中，然后加入酯，加入的β-羥基腈化物和酯的摩爾比為1∶0.1-1∶20，充分混合；2)在反應(yīng)體系中加入酶催化β-羥基腈化物轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，然后在反應(yīng)溫度10℃-65℃下攪拌反應(yīng)0.5-300小時，β-羥基腈化物和酶的用量比為0.001-100molβ-羥基腈化物/1克酶；3)將反應(yīng)液過濾，回收酶，制得手性β-羥基腈化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種酶法拆分制備手性β-羥基腈化物的方法，其特征在于，所述的手性β-羥基腈化物的分子結(jié)構(gòu)式為 其中R1為苯環(huán)上的取代基，取代基為烷基、鹵素或烷氧基；取代位置在2-6號位；取代基個數(shù)為1-5；R2為烷基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種酶法拆分制備手性β-羥基腈化物的方法，其特征在于，所述的酯為乙酸乙烯酯、乙酸異丙烯酯或乙酸乙酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種酶法拆分制備手性β-羥基腈化物的方法，其特征在于，所說的有機(jī)溶劑為正己烷、環(huán)己烷、正庚烷、異辛烷、甲苯、苯、甲基叔丁基醚、異丙醚、乙醚、四氫呋喃、二氧六環(huán)、二氯甲烷、氯仿或乙腈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種酶法拆分制備手性β-羥基腈化物的方法，其特征在于，所述的有機(jī)溶劑中含有0％～2％重量的水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種酶法拆分制備手性β-羥基腈化物的方法，其特征在于，所說的反應(yīng)溫度為20℃-55℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種酶法拆分制備手性β-羥基腈化物的方法，其特征在于，所說的反應(yīng)時間為0.5-120小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種酶法拆分制備手性β－羥基腈化物的方法。方法的步驟如下1)將消旋β－羥基腈化物溶解在有機(jī)反應(yīng)溶劑中，然后加入酯，充分混合；2)在反應(yīng)體系中加入酶催化β－羥基腈化物轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，然后在反應(yīng)溫度 10℃－60℃下攪拌反應(yīng)0.5－300小時，β－羥基腈化物和酶的用量比為0.001－100molβ－羥基腈化物/l克酶；3)將反應(yīng)液過濾，回收酶，即可。本發(fā)明是通過將β－羥基腈化物和酯溶解于有機(jī)溶劑中，然后加入酶，在酶的催化作用下，β－羥基腈化物和酯發(fā)生不對稱轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，獲得具有較高光學(xué)活性的R－β－羥基腈化物，反應(yīng)選擇性好，轉(zhuǎn)化率高，獲得的產(chǎn)物R－β－羥基腈化物光學(xué)純度高，反應(yīng)適用溫度范圍寬。
文檔編號C12P13/00GK1932031SQ20061005347
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者孫豐來, 徐剛, 吳堅(jiān)平, 楊立榮 申請人:浙江大學(xué)