專利名稱：利用酵母細(xì)胞不對(duì)稱合成(2s,3s)－2－苯甲酰氨甲基－3－羥基丁酸酯系列化合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及式(I)所示的(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羥基丁酸酯的生物不對(duì)稱合成。發(fā)明制備的式(I)化合物是工業(yè)生產(chǎn)式(II)化合物(簡(jiǎn)稱為4-AA)的關(guān)鍵中間體；式(II)化合物可在碳青霉烯和青霉烯類藥物的合成中用作中間體(見式1)。
式1.
背景技術(shù)：
氮雜環(huán)丁酮類化合物3R，4R-3-[(1R)-叔丁基二甲基硅氧乙基]-4-乙酰氧基-2-氮雜環(huán)丁酮(式(II)，簡(jiǎn)稱為4-AA)是新型高效抗菌素藥物碳青霉烯和青霉烯類藥物合成的關(guān)鍵中間體，如用于合成碳青霉烯類抗生素亞胺培南、美羅培南、法羅培南和帕尼培南等。
式(II)化合物有3個(gè)手性中心，因此存在8個(gè)立體異構(gòu)體，有很大的合成難度。關(guān)于(II)的合成工藝已有文獻(xiàn)綜述，但大部分工藝都存在合成路線長(zhǎng)、總收率低、操作繁瑣、成本高等缺點(diǎn)，因而限制了式(II)化合物的工業(yè)化生產(chǎn)。日本Takasago公司采用手性催化劑(R)-BINAP-Ru不對(duì)稱催化2-苯甲酰氨基甲基-3-羰基丁酸酯(式(III))制備(2S，3R)-2-苯甲酰氨基甲基-3-羥基丁酸酯(式(IV))，從而制備式(II)化合物。但該法需在高壓(100kg/cm2)情況下才能得到高立體選擇性(＞97％ee)、高化學(xué)選擇性(94∶6)的式(IV)化合物(見式2)。式中R是低級(jí)烷基或支化低級(jí)烷基。

手性化合物的生產(chǎn)過(guò)程中，生物轉(zhuǎn)化是最具競(jìng)爭(zhēng)力的手段之一。與化學(xué)方法相比，生物轉(zhuǎn)化具有高效、專一、條件溫和等顯著優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外從20世紀(jì)90年代開始研究將式(III)化合物進(jìn)行生物不對(duì)稱還原研究，生物合成主要指酶催化技術(shù)。但研究結(jié)果表明，經(jīng)生物轉(zhuǎn)化，大部分條件下式(III)化合物主要被還原為式(V)化合物；式(V)化合物是式(IV)化合物的立體異構(gòu)體(見式3)。式中R是低級(jí)烷基或支化低級(jí)烷基。
式3.
大量研究表明，在光學(xué)活性的酯衍生物的合成中，利用面包酵母還原β-酮酯成光學(xué)β-羥基酯已經(jīng)成為最常用的方法之一。因?yàn)槠涑杀镜?，易得且?shí)用，面包酵母被認(rèn)為是一種容易處理的比較簡(jiǎn)便的試劑。實(shí)踐證明，如果直接使用酵母，產(chǎn)品的分離常常會(huì)很困難，而使用固載酵母，就可以易于操作，而且產(chǎn)品收率高。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于目前式(H)化合物合成方法存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種利用面包酵母催化將式(III)化合物主要轉(zhuǎn)化為具有兩個(gè)手性中心的式(I)化合物的方法。該法操作步驟很簡(jiǎn)單，產(chǎn)品分離較容易，可用于大規(guī)模生產(chǎn)。面包酵母轉(zhuǎn)化后的副產(chǎn)物為式(V)化合物；本發(fā)明同時(shí)提供一種將式(V)化合物化學(xué)轉(zhuǎn)化為式(I)化合物的方法(見式4)。式中R是低級(jí)烷基或支化低級(jí)烷基。
式4.
該方法包括以下步驟(a)面包酵母生物轉(zhuǎn)化；(b)將a步所得副產(chǎn)物進(jìn)行C-2位構(gòu)型翻轉(zhuǎn)；
步驟a中采用酵母菌為生物轉(zhuǎn)化菌種，該菌種可為游離細(xì)胞或固定化細(xì)胞；步驟b中所采用的有機(jī)堿為正丁基鋰、異丁基鋰、叔丁基鋰、叔丁醇鉀、甲醇鈉、三乙胺或吡啶中的一種或多種；采用的溶劑是是醚類或鹵代烴，具體為四氫呋喃、乙醚、氯仿、二氯甲烷中的一種或多種；反應(yīng)溫度為-100℃～50℃；反應(yīng)時(shí)間為0.05～24小時(shí)。
該方法為生物不對(duì)稱還原，具有成本低、收率高、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)條件易于實(shí)現(xiàn)且適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)式(I)化合物等優(yōu)點(diǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明的目的是應(yīng)用面包酵母來(lái)制備具有單一旋光性質(zhì)的(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羥基丁酸酯系列化合物。采用本項(xiàng)技術(shù)，以面包酵母一步生物轉(zhuǎn)化制備(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羥基丁酸酯系列化合物，潛手性底物轉(zhuǎn)化率可達(dá)90％以上，副產(chǎn)物少，目標(biāo)產(chǎn)物(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羥基丁酸酯占總產(chǎn)物的75％以上。本發(fā)明同時(shí)提供了有效地將催化副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的方法。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)闡述本發(fā)明的制備方法。
1.(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羥基丁酸乙酯即式(I)化合物、(2R，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羥基丁酸乙酯即式(V)化合物的制備(R＝Et)向裝有鼓泡器和溫度計(jì)的5升三口圓底燒瓶中依次加入自來(lái)水(2500ml)、蔗糖(600g)、面包酵母(100g，安琪酵母，超市購(gòu)買)、將混合物輕微攪拌(120r/min)。
1小時(shí)后，使產(chǎn)生的CO2氣體以大約1～2個(gè)氣泡/秒的速度逸出。然后向其中加入2-苯甲酰氨基甲基-3-羰基丁酸酯(III，35g)，將混合物在33～36℃下攪拌24小時(shí)。
將蔗糖(150g)溶于500ml自來(lái)水中，并加入到反應(yīng)混合物中，繼續(xù)在33～36℃下攪拌，并用TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)至反應(yīng)完全，約72小時(shí)。向反應(yīng)混合物中加入硅藻土(150g)，并用硅藻土填充層過(guò)濾，除去固體。濾液用乙酸乙酯提取(600ml×6)，并依次用水(600ml)、飽和鹽水(600ml)洗滌，有機(jī)相用無(wú)水硫酸鈉干燥，過(guò)濾后，經(jīng)減壓濃縮，用硅膠柱層析分離，得到式(I)化合物(28.15g，80％；光學(xué)純度99.2％，HPLC)；式(V)化合物(7.05g，20％；光學(xué)純度98.6％，HPLC)。
2.用固載面包酵母制備(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羥基丁酸乙酯即式(I)化合物、(2R，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羥基丁酸乙酯即式(V)化合物(R＝Et)a)面包酵母的固載將安琪酵母(或其它超市購(gòu)買的干酵母，20g)、藻酸鈉(5g)分別慢慢加入到快速攪拌的200ml自來(lái)水中，配成兩個(gè)溶液。當(dāng)兩個(gè)溶液都變成均相黏稠液體時(shí)，將它們合并，然后通過(guò)滴液漏斗滴加到氯化鈣(665ml，10％(質(zhì)量體積比))水溶液中。滴入的滴液和鹽溶液接觸后，形成凝膠狀小球，小球的大小和形狀可通過(guò)滴加速度來(lái)控制。
小球用自來(lái)水(500ml×5)洗滌，并立即用于酮的還原。
b)固載面包酵母用于III的還原反應(yīng)將前法制得的小球(約200g)放入2L三口圓底燒瓶中。依次加入蒸餾水(700ml)、蔗糖(40g)，于33～36℃下劇烈攪拌上述混合物。3小時(shí)后，加入2-苯甲酰氨基甲基-3-羰基丁酸酯(III，6g)。繼續(xù)劇烈攪拌，TLC監(jiān)測(cè)至反應(yīng)完全。
將水溶液倒入布氏漏斗中的硅藻土上，抽濾。將得到的酵母濾餅用乙酸乙酯(100ml×3)洗滌；水層用氯化鈉飽和后通過(guò)硅藻土過(guò)濾，除去凝膠狀乳狀液，濾液用乙酸乙酯(200ml×3)洗滌；將乙酸乙酯合并，依次水(200ml)、飽和鹽水(200ml)洗滌，有機(jī)相用無(wú)水硫酸鈉干燥，過(guò)濾后，經(jīng)減壓濃縮，用硅膠柱層析分離，得到式(I)化合物(4.75g，80％；光學(xué)純度99.3％，HPLC)；式(V)化合物(1.20g，20％；光學(xué)純度98.8％，HPLC)。
3.由(2R，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羥基丁酸乙酯即式(V)化合物制備(2S，3S)-2-氨甲基-3-羥基丁酸即式(I)化合物(R＝Et)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于-60℃下向(2R，3S)-2-苯甲酰氨基甲基-3-羥基丁酸乙酯V(R＝Et)(5.30g，20mmol)的無(wú)水四氫呋喃(100ml)溶液中加入2.5M正丁基鋰(28ml，70mmol)，在-60℃下攪拌0.5小時(shí)，自然升溫到室溫，在室溫下攪拌兩個(gè)小時(shí)，加入飽和氯化銨溶液30ml，然后繼續(xù)攪拌0.5小時(shí)后，用乙醚(200ml×3)提取，依次用水(100ml)、飽和氯化鈉水溶液(100ml)洗滌，有機(jī)相經(jīng)濃縮后，用硅膠柱層析分離，得到式(I)化合物(4.52g，85％；光學(xué)純度99.0％，HPLC)，并回收式(V)化合物(0.65g)。
由于已經(jīng)根據(jù)其特殊的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，某些修飾和等價(jià)變化對(duì)于此領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的且包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用由面包酵母生物催化由下式表示的化合物為原料，制備具有單一旋光性質(zhì)的(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羥基丁酸酯系列化合物的方法。 式中R是低級(jí)烷基或支化低級(jí)烷基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中“低級(jí)烷基或支化低級(jí)烷基”是指含有1～6個(gè)碳原子的飽和烷基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(a)面包酵母生物轉(zhuǎn)化；(b)將a步所得副產(chǎn)物進(jìn)行C-2位構(gòu)型翻轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a中采用酵母菌為生物轉(zhuǎn)化菌種，該菌種可為游離細(xì)胞或固定化細(xì)胞。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的酵母細(xì)胞為酵母屬酵母菌。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b中所采用的有機(jī)堿為正丁基鋰、異丁基鋰、叔丁基鋰、叔丁醇鉀、甲醇鈉、三乙胺或吡啶中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b中所采用的溶劑是醚類或鹵代烴，具體為四氫呋喃、乙醚、氯仿、二氯甲烷中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b中反應(yīng)溫度為-100℃～50℃；反應(yīng)時(shí)間為0.05～24小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用面包酵母來(lái)制備具有單一旋光性質(zhì)的(2S，3S)－2－苯甲酰氨甲基－3－羥基丁酸酯系列化合物。本發(fā)明的方法以面包酵母一步生物轉(zhuǎn)化制備(2S，3S)－2－苯甲酰氨甲基－3－羥基丁酸酯系列化合物，潛手性底物轉(zhuǎn)化率可達(dá)90％以上，目標(biāo)產(chǎn)物(2S，3S)－2－苯甲酰氨甲基－3－羥基丁酸酯占總產(chǎn)物的75％以上。本發(fā)明同時(shí)提供了有效地將催化副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的方法。
文檔編號(hào)C12R1/85GK1940079SQ20061006867
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月8日
發(fā)明者趙志全, 彭立增, 孫彬 申請(qǐng)人:魯南制藥集團(tuán)股份有限公司