專利名稱：一種環(huán)糊精介入催化合成s-構(gòu)型芳香醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種環(huán)糊精介入催化不對(duì)稱還原前手性芳香酮合成S-構(gòu)型芳香醇的方法，屬于有機(jī)合成的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光學(xué)活性芳香醇是合成手性藥物、農(nóng)藥、食品添加劑等手性化合物的重要中間體，其中S-構(gòu)型芳香醇因與自然界手性環(huán)境比較一致，尤其顯得重要。用化學(xué)方法對(duì)前手性芳香酮進(jìn)行不對(duì)稱還原是制備S-構(gòu)型芳香醇的重要途徑，但隨著礦石資源的逐漸枯竭和環(huán)境污染的日漸加重，現(xiàn)今具有高效專一和綠色節(jié)能特點(diǎn)的生物轉(zhuǎn)化 技術(shù)在不對(duì)稱合成中的應(yīng)用越來越受到重視。常用的生物轉(zhuǎn)化催化劑有分離酶、生物有機(jī)體(整細(xì)胞、組織或細(xì)胞器等)，其中植物整細(xì)胞中存在的各種特異性酶以及它們催化的各種重要反應(yīng)賦予了植物整細(xì)胞巨大的生物轉(zhuǎn)化潛力。植物整細(xì)胞中含有許多具有立體選擇性的酶，使用植物整細(xì)胞催化不對(duì)稱還原前手性芳香酮來制備S-構(gòu)型芳香醇，不但可以省去繁雜的酶分離和純化步驟，而且在催化反應(yīng)過程中只需添加廉價(jià)的碳源就能使細(xì)胞再生出催化不對(duì)稱還原所需的價(jià)格昂貴的輔酶，同時(shí)所有的酶和輔酶被保護(hù)在天然的細(xì)胞環(huán)境中，有利于生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)行。采用植物整細(xì)胞進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化是一種直接、高效的方法，具有植物來源豐富、成本低、效率高以及產(chǎn)物對(duì)映體選擇性好和反應(yīng)過程環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)。植物整細(xì)胞在羰基不對(duì)稱還原反應(yīng)中的應(yīng)用已有研究報(bào)道。但存在一個(gè)普遍的問題就是底物容量小，在底物濃度稍高時(shí)其轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的對(duì)映體過量值均有明顯下降。Zhong-Hua Yang 等人(J Ind Microbiol Biotechnol, 2008, 35 :1047-1051)報(bào)道的植物整細(xì)胞不對(duì)稱還原前手性酮合成相應(yīng)手性醇，結(jié)果表明當(dāng)?shù)孜餄舛葹閘Ommol/L，產(chǎn)率僅為28 78%，對(duì)映體過量值為 70 95 %。Xiang Liu 等(Chin Chem Lett,2010,21 :305-308)報(bào)道的用胡蘿卜細(xì)胞和芹菜細(xì)胞不對(duì)稱還原的底物濃度也只有30mmol/L，大部分底物的轉(zhuǎn)化率處在10% 60%之間。因此在體系中加入一定量的能降低底物和產(chǎn)物毒性的添加劑，應(yīng)能提高底物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的對(duì)映體過量值。環(huán)糊精是從淀粉得到的6個(gè)以上D-吡喃葡萄糖單元以a -1，4-糖苷鍵連接的具有環(huán)狀疏水圓錐形結(jié)構(gòu)的低聚糖非還原性化合物系列。在這個(gè)環(huán)糊精系列中，有6個(gè)D-吡喃葡萄糖單元組成的a-環(huán)糊精，7個(gè)D-吡喃葡萄糖單元組成的￠-環(huán)糊精，8個(gè)D-吡喃葡萄糖單元組成的Y-環(huán)糊精，還有這些環(huán)糊精的衍生物如羥丙基-￠-環(huán)糊精、羥乙基-3 -環(huán)糊精等。由于環(huán)糊精的外部親水而內(nèi)腔疏水，因而它能夠像酶一樣提供一個(gè)疏水的結(jié)合部位，作為主體包結(jié)各種適當(dāng)?shù)目腕w，如有機(jī)分子、無機(jī)離子等。這種選擇性的包結(jié)作用即通常所說的分子識(shí)別，其結(jié)果是形成主客體包結(jié)物。環(huán)糊精可提高包結(jié)物在水中的溶解度，構(gòu)筑立體幾何關(guān)系，形成特殊的手性位點(diǎn)，增強(qiáng)對(duì)底物的立體選擇性。已有環(huán)糊精在生物轉(zhuǎn)化方面的專利申請(qǐng)，天津科技大學(xué)申請(qǐng)的中國專利(申請(qǐng)?zhí)?00710056952. 5)“一種利用環(huán)糊精的留醇生物轉(zhuǎn)化方法及其應(yīng)用”，主要針對(duì)留醇生物轉(zhuǎn)化時(shí)的轉(zhuǎn)化周期和轉(zhuǎn)化率，并未涉及到立體選擇性的問題。
由于植物整細(xì)胞催化不對(duì)稱還原方面的特出優(yōu)點(diǎn)，此外，環(huán)糊精通過包結(jié)作用可提高底物在水中的溶解度、增強(qiáng)對(duì)底物的立體選擇性。因此，環(huán)糊精介入催化不對(duì)稱還原芳香酮合成手性中間體S-構(gòu)型芳香醇將是一全新的合成方法，能適度解決一般生物轉(zhuǎn)化不對(duì)稱還原過程中底物濃度低的缺陷，同時(shí)還能提高立體選擇性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種環(huán)糊精介入植物整細(xì)胞催化不對(duì)稱還原芳香酮合成S-構(gòu)型芳香醇的方法，利用環(huán)糊精的這種特殊結(jié)構(gòu)，將環(huán)糊精添加到植物整細(xì)胞催化不對(duì)稱還原芳香酮的生物轉(zhuǎn)化體系中，針對(duì)不同的底物選用不同的環(huán)糊精，并通過調(diào)控底物與環(huán)糊精之間的摩爾比率，提高底物芳香酮的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物S-構(gòu)型芳香醇的對(duì)映體過量值。本發(fā)明的技術(shù)方案一種環(huán)糊精介入催化不對(duì)稱還原前手性芳香酮合成S-構(gòu)型芳香醇的方法，在植物整細(xì)胞催化不對(duì)稱還原芳香酮制備S-構(gòu)芳香醇的體系中加入適量·環(huán)糊精，植物整細(xì)胞可選擇芹菜莖細(xì)胞、胡蘿卜根細(xì)胞、馬鈴薯細(xì)胞或洋姜根細(xì)胞，環(huán)糊精可選擇P -環(huán)糊精、Y -環(huán)糊精、羥丙基-P -環(huán)糊精或羥乙基-P -環(huán)糊精。步驟為(I)植物整細(xì)胞活化在反應(yīng)介質(zhì)為濃度0. lmol/L、pH 5. 0 7. 0的磷酸鹽緩沖溶液中，加入搗碎的植物整細(xì)胞和葡萄糖，植物整細(xì)胞和葡萄糖的加入量分別為100 200g/L和20 40g/L，在活化溫度為28 36°C、振蕩速度為120r/min條件下活化10 30min ；(2)不對(duì)稱還原過程在活化后的體系中加入芳香酮與環(huán)糊精，使底物芳香酮濃度為60mmol/L、底物芳香酮與環(huán)糊精的摩爾比為12 :1 4 :1，在反應(yīng)溫度為28 36°C、振蕩速度為120r/min條件下，進(jìn)行催化不對(duì)稱還原芳香酮的生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)，反應(yīng)IOh ；(3)補(bǔ)加植物整細(xì)胞反應(yīng)IOh后，在反應(yīng)體系中補(bǔ)加植物整細(xì)胞和葡萄糖，植物整細(xì)胞和葡萄糖加入量分別為100g/L和20g/L，在相同條件下繼續(xù)反應(yīng)，總反應(yīng)時(shí)間為20 36h ；(4)分離檢測(cè)反應(yīng)結(jié)束后，過濾，濾液用二氯乙烷(20mLX2)萃取，萃取液經(jīng)干燥、濃縮后加入一定量的內(nèi)標(biāo)物十三烷，再用裝有CP-Chirosil-DexCB手性毛細(xì)管柱的氣相色譜儀檢測(cè)，計(jì)算出底物轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的對(duì)映體過量值。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明將環(huán)糊精添加到植物整細(xì)胞催化不對(duì)稱還原芳香酮的生物轉(zhuǎn)化體系中，利用環(huán)糊精與底物芳香酮形成包結(jié)物，來提高植物整細(xì)胞液催化效率，并增加對(duì)底物的立體選擇性，進(jìn)而提高底物芳香酮的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物S-構(gòu)型芳香醇的對(duì)映體過量值。本發(fā)明可使底物的濃度提高I倍以上，同時(shí)底物的轉(zhuǎn)化率可提高20%以上，產(chǎn)物S-型芳香醇的對(duì)映體過量值的增幅也超過20%。利用本發(fā)明在底物濃度為60mmol/L時(shí)，環(huán)糊精用量根據(jù)不同的底物選擇不同的摩爾比加入，此時(shí)底物芳香酮的轉(zhuǎn)化率為57 95%，產(chǎn)物S-型芳香醇的對(duì)映體過量值為85 99%，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
具體實(shí)施例方式下面實(shí)施例可以使本領(lǐng)域技術(shù)人員全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實(shí)施例1:在一錐形瓶中加入IOOmL磷酸鹽緩沖液(0. lmol/L、pH6. 2)、15g切碎的芹菜莖細(xì)胞和3g葡萄糖，在32°C條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min) 15min，使芹菜莖細(xì)胞活化，然后加入Immol 0 -環(huán)糊精和6mmol (60mmol/L)苯乙酮,在相同溫度與振蕩速度下反應(yīng)10h，然后在反應(yīng)體系中補(bǔ)加IOg植物整細(xì)胞和2g葡萄糖，繼續(xù)反應(yīng)，總反應(yīng)時(shí)間為28h。反應(yīng)結(jié)束后,過濾,濾液用二氯乙燒(20mLX2)萃取,萃取液經(jīng)干燥、濃縮后加入一定量的內(nèi)標(biāo)物十三烷，再用裝有CP-Chirosil-DexCB手性毛細(xì)管柱的氣相色譜儀檢測(cè)，底物苯乙酮的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物S-1-苯基乙醇的對(duì)映體過量值分別是95. 0%和96. 3%。實(shí)施例2 :在一錐形瓶中加入IOOmL磷酸鹽緩沖液(0. lmol/L、pH5. 5)、IOg切碎的芹菜莖細(xì)胞和2g葡萄糖，在30°C條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min) lOmin，使芳:菜莖細(xì)胞活化，然后加入0. 5mmol輕丙基-環(huán)糊精和6mmol (60mmol/L)苯丙酮,在相同溫度與振蕩速度下反應(yīng)10h，然后在反應(yīng)體系中補(bǔ)加IOg植物整細(xì)胞和2g葡萄糖，繼續(xù)反應(yīng)，總反應(yīng)時(shí)間為20h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，濾液用二氯乙烷(20mLX2)萃取，萃取液經(jīng)干燥、濃縮后加入一定量的內(nèi)標(biāo)物十三烷，再用裝有CP-Chirosil-DexCB手性毛細(xì)管柱的氣 相色譜儀檢測(cè)，底物苯丙酮的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物S-1-苯基丙醇的對(duì)映體過量值分別是75. 3%和 88. 1%0實(shí)施例3 :在一錐形瓶中加入IOOmL磷酸鹽緩沖液(0. lmol/L、pH7. 0)、15g搗碎胡蘿卜根細(xì)胞和3g葡萄糖，在30°C條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min)10min，使胡蘿卜根細(xì)胞活化，然后加入1. 5mmol 0 -環(huán)糊精和6mmol (60mmol/L)對(duì)氯苯乙酮,在相同溫度與振蕩速度下反應(yīng)10h，然后在反應(yīng)體系中補(bǔ)加IOg植物整細(xì)胞和2g葡萄糖，繼續(xù)反應(yīng)，總反應(yīng)時(shí)間為32h。反應(yīng)結(jié)束后,過濾,濾液用二氯乙燒(20mLX2)萃取,萃取液濃縮后加入一定量的內(nèi)標(biāo)物十三烷，再用裝有CP-Chirosi1-DexCB手性毛細(xì)管柱的氣相色譜儀檢測(cè)，底物對(duì)氯苯乙酮的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物S-1-對(duì)氯苯基乙醇的對(duì)映體過量值分別是61. 9%和97. 4%。實(shí)施例4 :在一錐形瓶中加入IOOmL磷酸鹽緩沖液(0. lmol/L、pH6. 2)、IOg搗碎胡蘿卜根細(xì)胞和2g葡萄糖，在32°C條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min)30min，使胡蘿卜根細(xì)胞活化，然后加入1. 5mmol Y -環(huán)糊精和6mmol (60mmol/L)鄰氯苯乙酮,在相同溫度與振蕩速度下反應(yīng)10h，然后在反應(yīng)體系中補(bǔ)加IOg植物整細(xì)胞和2g葡萄糖，繼續(xù)反應(yīng)，總反應(yīng)時(shí)間為24h。反應(yīng)結(jié)束后,過濾,濾液用二氯乙燒(20mLX2)萃取,萃取液濃縮后加入一定量的內(nèi)標(biāo)物十三烷，再用裝有CP-Chirosi1-DexCB手性毛細(xì)管柱的氣相色譜儀檢測(cè)，底物對(duì)甲基苯乙酮的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物S-1-鄰氯苯基乙醇的對(duì)映體過量值分別是57. 1%和 95. 8%。實(shí)施例5 :在一錐形瓶中加入IOOmL磷酸鹽緩沖液(0. lmol/L、pH6. 5)、20g搗碎洋姜根細(xì)胞和4g葡萄糖，在28°C條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min)20min，使洋姜根細(xì)胞活化，然后加入0. 5mmol輕丙基-P -環(huán)糊精和6mmol (60mmol/L)對(duì)甲基苯乙酮,在相同溫度與振蕩速度下反應(yīng)10h，然后在反應(yīng)體系中補(bǔ)加IOg植物整細(xì)胞和2g葡萄糖，繼續(xù)反應(yīng)，總反應(yīng)時(shí)間為28h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，濾液用二氯乙烷(20mLX2)萃取，萃取液濃縮后加入一定量的內(nèi)標(biāo)物十三烷，再用裝有CP-Chirosi1-DexCB手性毛細(xì)管柱的氣相色譜儀檢測(cè)，底物對(duì)甲基苯乙酮的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物S-1-對(duì)甲基苯基乙醇的對(duì)映體過量值分別是70. 4%和 99. 0%。實(shí)施例6 :在一錐形瓶中加入IOOmL磷酸鹽緩沖液(0. lmol/L、pH6. 5)、15g搗碎洋姜根細(xì)胞和3g葡萄糖,在34°C條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min) 15min,使洋姜根細(xì)胞活化，然后加入0. 5mmol輕乙基-P -環(huán)糊精和6mmol (60mmol/L)對(duì)甲氧基苯乙酮，在相同溫度與振蕩速度下反應(yīng)10h，然后在反應(yīng)體系中補(bǔ)加IOg植物整細(xì)胞和2g葡萄糖，繼續(xù)反應(yīng)，總反應(yīng)時(shí)間為32h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，濾液用二氯乙烷(20mLX2)萃取，萃取液經(jīng)干燥、濃縮后加入一定量的內(nèi)標(biāo)物十三烷，再用裝有CP-Chirosil-DexCB手性毛細(xì)管柱的氣相色譜儀檢測(cè)，底物對(duì)甲氧基苯乙酮的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物S-1-對(duì)甲氧基苯基乙醇的對(duì)映體過量值分別是63. 4%和98. 8%。實(shí)施例7 :在一錐形瓶中加入IOOmL磷酸鹽緩沖液(0. lmol/L、pH6. 8)、20g搗碎馬鈴薯細(xì)胞和4g葡萄糖，在30°C條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min)20min，使馬鈴薯細(xì)胞活化，然后加入1. 5mmol輕丙基-環(huán)糊精和6mmol (60mmol/L)間氯苯乙酮,在相同溫度與振蕩速度下反應(yīng)10h，然后在反應(yīng)體系中補(bǔ)加IOg植物整細(xì)胞和2g葡萄糖，繼續(xù)反應(yīng)，總反應(yīng)時(shí)間為28h。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，濾液用二氯乙烷(20mLX2)萃取，萃取液經(jīng)干燥、濃縮后加入一定量的內(nèi)標(biāo)物十三烷，再用裝有CP-Chirosi1-DexCB手性毛細(xì)管柱的氣 相色譜儀檢測(cè)，底物間氯苯乙酮的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物S-1-間氯苯基乙醇的對(duì)映體過量值分別是 60. 4%和 95. 6%。實(shí)施例8 :在一錐形瓶中加入IOOmL磷酸鹽緩沖液(0. lmol/L、pH5. 0)、15g搗碎馬鈴薯細(xì)胞和3g葡萄糖，在36°C條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min)20min，使馬鈴薯細(xì)胞活化，然后加入lmmol Y-環(huán)糊精和6mmol (60mmol/L)苯丁酮,在相同溫度與振蕩速度下反應(yīng)10h，然后在反應(yīng)體系中補(bǔ)加IOg植物整細(xì)胞和2g葡萄糖，繼續(xù)反應(yīng)，總反應(yīng)時(shí)間為36h。反應(yīng)結(jié)束后,過濾,濾液用二氯乙燒(20mLX2)萃取,萃取液經(jīng)干燥、濃縮后加入一定量的內(nèi)標(biāo)物十三烷，再用裝有CP-Chirosil-DexCB手性毛細(xì)管柱的氣相色譜儀檢測(cè)，底物苯丁酮的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物S-1-苯基丁醇的對(duì)映體過量值分別是66. 4%和85. 8%。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)糊精介入催化不對(duì)稱還原前手性芳香酮合成S-構(gòu)型芳香醇的方法，其特征是在植物整細(xì)胞催化不對(duì)稱還原芳香酮合成S-構(gòu)型芳香醇的體系中加入適量環(huán)糊精，植物整細(xì)胞為芹菜莖細(xì)胞、胡蘿卜根細(xì)胞、馬鈴薯細(xì)胞或洋姜根細(xì)胞，環(huán)糊精為β-環(huán)糊精、 Y -環(huán)糊精、羥丙基-β -環(huán)糊精或羥乙基-β -環(huán)糊精，步驟如下(1)植物整細(xì)胞活化在反應(yīng)介質(zhì)為濃度O.lmol/L、pH 5. O 7. O的磷酸鹽緩沖溶液中，加入搗碎的植物整細(xì)胞和葡萄糖，植物整細(xì)胞和葡萄糖的加入量分別為100 200g/L 和20 40g/L，在活化溫度為28 36°C、振蕩速度為120r/min條件下，活化10 30min ；(2)不對(duì)稱還原過程在活化后的體系中加入芳香酮與環(huán)糊精，使底物芳香酮濃度為 60mmol/L、底物芳香酮與環(huán)糊精的摩爾比為12 :1 4 : 1，在反應(yīng)溫度為28 36°C、振蕩速度為120r/min的條件下反應(yīng)IOh ；(3)補(bǔ)加植物整細(xì)胞反應(yīng)IOh后，在反應(yīng)體系中補(bǔ)加植物整細(xì)胞和葡萄糖，植物整細(xì)胞和葡萄糖加入量分別為100g/L和20g/L，在相同條件下繼續(xù)反應(yīng)，總反應(yīng)時(shí)間為20 36h ；(4)分離檢測(cè)反應(yīng)結(jié)束后用二氯乙烷萃取分離反應(yīng)物，用裝有手性毛細(xì)管柱的氣相色譜儀分析檢測(cè)所得S-構(gòu)型芳香醇，計(jì)算出底物轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的對(duì)映體過量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是底物芳香酮為苯乙酮、苯丙酮、苯丁酮、鄰氯苯乙酮、間氯苯乙酮、對(duì)氯苯乙酮、對(duì)甲基苯乙酮或?qū)籽趸揭彝?，產(chǎn)物S-構(gòu)型芳香醇為 S-1-苯基乙醇、S-1-苯基丙醇、S-1-苯基丁醇、S-1-鄰氣苯基乙醇、S-1-間氣苯基乙醇、 S-1-對(duì)氯苯基乙醇、S-1-對(duì)甲基苯基乙醇或S-1-對(duì)甲氧基苯基乙醇。
全文摘要
一種環(huán)糊精介入催化不對(duì)稱還原前手性芳香酮合成S-構(gòu)型芳香醇的方法，屬于有機(jī)合成的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用在植物整細(xì)胞催化不對(duì)稱還原芳香酮的生物轉(zhuǎn)化體系中按摩爾比例添加一定量的環(huán)糊精，使環(huán)糊精和芳香酮形成包合物，有效地提高反應(yīng)底物在水中的溶解度并降低底物和產(chǎn)物對(duì)酶的抑制作用。環(huán)糊精提高了植物整細(xì)胞的催化還原效率，同時(shí)增加了對(duì)底物的立體選擇性，明顯提高了底物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的對(duì)映體過量值。利用本發(fā)明在底物濃度為60mmol/L時(shí)，環(huán)糊精用量根據(jù)底物的不同選擇不同的摩爾比加入，此時(shí)底物芳香酮的轉(zhuǎn)化率為57～95％，產(chǎn)物S-構(gòu)芳香醇的對(duì)映體過量值為85～99％，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C12P7/22GK102994576SQ20121054506
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者劉湘, 楊芬, 梁敏婷, 劉亞, 江文 申請(qǐng)人:江南大學(xué)