專利名稱：酶法拆分制備手性β－羥基腈化物的方法
技術領域：
本發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：
β-羥基腈化物是一類重要的手性中間體，它很容易轉化為γ-氨基醇、β-羥基酸、β-羥基酸酮、β-氨基酸等手性物質。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。還可以脫去芳環得到手性二醇化合物。因而在醫藥、農藥、精細化工等領域有廣闊的應用前景。
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，關于制備β-羥基腈化物的報道還很少，文獻[Kamal，A.；Khanna，G.B.R.TetrahedronAsymmetry 12(2001)405-410]描述一種制備類似結構的β-羥基腈化物的脂肪酶拆分法。有文獻[(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。
發明內容
本發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)在反應體系中加入酶催化β-羥基腈化物轉酯化反應，然后在反應溫度0℃-70℃下攪拌反應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構式為
其中R1為苯環上的取代基，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。有機溶劑為正己烷、環己烷、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、二氯甲烷、氯仿或乙腈。有機溶劑中含有0％～2％重量的水。反應溫度為20℃-55℃。反應時間為0.5-120小時。酯為乙酸乙烯酯或乙酸異丙烯酯。
本發明是通過將β-羥基腈化物和酯溶解于有機溶劑中，然后加入酶，在酶的催化作用下，β-羥基腈化物和酯發生不對稱轉酯化反應，獲得具有較高光學活性的β-羥基腈化物，反應選擇性好，轉化率高，獲得的產物β-羥基腈化物光學純度高，反應適用溫度范圍寬，可在常溫下進行，反應條件溫和，操作方便，設備簡單。通過酶催化轉酯化反應得到的高純度β-羥基腈化物，可以直接應用于后續反應步驟。該技術是在有機溶劑中實現，酶活力穩定，不流失，可反復循環使用，因而具有較大的工業應用前景。
具體實施例方式
本發明中的所用到的酯為乙酸乙烯酯，乙酸異丙烯酯，乙酸乙酯，乙酸甲酯其他結構的酯也可以用作反應底物，在此不再一一列舉。所述的有機溶劑可以是醚、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、二氯甲烷、氯仿或乙腈等。
所述的底物1中的R1為苯環上的取代基，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底物。
所述的酶可以是通過微生物培養后，經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。上述的有機溶劑中可以含有0％-2％重量的水，含有更高濃度水量的有機溶劑也可以進行反應，但是可能會影響產物的光學純度和轉化率，推薦有機溶劑中含有0-1％重量的水。本發明所述的有機溶劑中的微量水，可以是有機溶劑中本來就含有的，也可以是向無水有機溶劑中人工添加的。酶當中通常也含有少量的水。
采用本發明生產光學活性的β-羥基腈化物時，是利用酶的高度對映體選擇性，在微水有機溶劑中催化β-羥基腈化物和酯發生不對稱轉酯化反應，將消旋的β-羥基腈化物不對稱轉酯化為相應的R-β-羥基腈化物。其化學反應式如下 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。
反應實施過程如下R1為苯環上的取代基，可以是烷基，鹵素取代基，烷氧基；取代位置可以在2-6號位；取代基個數可以是1-5；R2可以是烷基，鹵素取代基，烷氧基。
反應前將所有試劑，包括β-羥基腈化物、脂肪醇和有機溶劑進行預處理，以除去其中存在的水分，然后根據具體的反應條件向無水溶劑中加入一定量的水，達到預定的水含量。為了防止溶劑和反應物的揮發，反應在密封的反應器中進行。反應時將消旋β-羥基腈化物、酯和有機溶劑和酶先后加入到反應器中，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，乙酸甲酯其他結構的酯也可以用作反應底物，其他結構的脂肪醉也可以用作反應底物，在此不再一一列舉。所用的有機溶劑可以是醚、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，只要所用的有機溶劑對于反應是惰性的，如正己烷、環己烷、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、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；取代基個數可以是1-5；R2可以是烷基，鹵素取代基，烷氧基。
反應體系中消旋β-羥基腈化物、酯和酶的量按照預先設定的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。然后將反應器密封，控制反應溫度在10℃-55℃，攪拌反應0.5-180小時后結束反應。反應溫度對酶催化反應的選擇性幾乎沒有影響，較高的反應溫度可以提高反應速率，因此，在較高的溫度下進行反應，可以在較短的時間內結束反應，但是較高的溫度會影響產物的穩定性，導致產物分解程度加劇，既降低了產物的收率，也會降低產物的對映體純度。產物的轉化率和對映體純度用手性高效液相色譜測定。產率的定義為反應結束后得到產物的摩爾數和反應開始時加入底物的摩爾數的比值；產物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反應瓶中，然后加入500mg Candida Antarctica酶，攪拌反應30小時。反應結束后，將反應液過濾回收Candida Antarctica酶以重復使用，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液中重復使用，催化能力沒有明顯下降。
實施例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反應瓶中，然后加入700mg Candida Antarctica酶，攪拌反應40小時。反應結束后，將反應液過濾回收Candida Antarctica酶以重復使用，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液中重復使用，催化能力沒有明顯下降。
實施例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反應瓶中，然后加入300mg Arthrobacter sp.酶，攪拌反應70小時。反應結束后，將反應液過濾回收Candida Antarctica酶以重復使用，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-芐氧基丁腈產率為48.0％，(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈的e.e.值為95.0％。
實施例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反應瓶中，然后加入300mgCandida Antarctica酶，攪拌反應50小時。反應結束后，將反應液過濾回收CandidaAntarctica酶以重復使用，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-芐氧基丁腈產率為47.0％，(S)-3-羥基-4-芐氧基丁腈的e.e.值為99.1％。
實施例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反應瓶中，然后加入300mg CandidaAntarctica酶，攪拌反應80小時。反應結束后，將反應液過濾回收Candida Antarctica酶以重復使用，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反應瓶中，然后加入Pseudomonas SP.酶，攪拌反應80小時。反應結束后，將反應液過濾回收Pseudomonas SP.酶以重復使用，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-對氯芐氧基丁腈產率為47.0％，(S)-3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈的e.e.值為91.0％。
實施例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反應瓶中，然后加入300mgpseudomonas cepacia酶，攪拌反應88小時。反應結束后，將反應液過濾回收酶以重復使用，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反應瓶中，然后加入300mg Pseduomonasstutzeri酶，攪拌反應80小時。反應結束后，將反應液過濾回收Pseduomonas stutzeri酶以重復使用，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率為46.0％，(S)-3-羥基-4-對氟芐氧基丁腈的e.e.值為98.2％。
實施例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反應瓶中，然后加入20mg Pseduomonasstutzeri酶，攪拌反應100小時。反應結束后，將反應液過濾回收Pseduomonas stutzeri酶以重復使用，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)丁腈產率為46.0％，(S)-3-羥基-4-對氟芐氧基丁腈的e.e.值為95.2％。
實施例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分析純二氧六環烷加入到100ml反應瓶中，然后加入10mg Candida utilis酶，攪拌反應0.5小時。反應結束后，將反應液過濾回收10mg Candida utilis酶以重復使用，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反應瓶中，然后加入5mg Candida utilis酶，攪拌反應50小時。反應結束后，將反應液過濾回收Candida utilis酶以重復使用，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反應瓶中，然后加入30mg Candida Antarctica酶，攪拌反應180小時。反應結束后，將反應液過濾回收Candida Antarctica酶以重復使用，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-對氯芐氧基丁腈產率為48.0％，(S)-3-羥基-4-對氯芐氧基丁腈的e.e.值為96.0％。
權利要求
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)在反應體系中加入酶催化β-羥基腈化物轉酯化反應，然后在反應溫度10℃-65℃下攪拌反應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)將反應液過濾，回收酶，制得手性β-羥基腈化物。
2.根據權利要求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構式為 其中R1為苯環上的取代基，取代基為烷基、鹵素或烷氧基；取代位置在2-6號位；取代基個數為1-5；R2為烷基。
3.根據權利要求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.根據權利要求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，所說的有機溶劑為正己烷、環己烷、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、二氯甲烷、氯仿或乙腈。
5.根據權利要求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，所述的有機溶劑中含有0％～2％重量的水。
6.根據權利要求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，所說的反應溫度為20℃-55℃。
7.根據權利要求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，所說的反應時間為0.5-120小時。
全文摘要
本發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反應溶劑中，然后加入酯，充分混合；2)在反應體系中加入酶催化β－羥基腈化物轉酯化反應，然后在反應溫度 10℃－60℃下攪拌反應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)將反應液過濾，回收酶，即可。本發明是通過將β－羥基腈化物和酯溶解于有機溶劑中，然后加入酶，在酶的催化作用下，β－羥基腈化物和酯發生不對稱轉酯化反應，獲得具有較高光學活性的R－β－羥基腈化物，反應選擇性好，轉化率高，獲得的產物R－β－羥基腈化物光學純度高，反應適用溫度范圍寬。
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 優先權日2006年9月20日
發明者孫豐來, 徐剛, 吳堅平, 楊立榮 申請人:浙江大學