CN1940079B - 利用酵母细胞不对称合成(2s,3s)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯系列化合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应用面包酵母来制备具有单一旋光性质的(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯系列化合物。本发明的方法以面包酵母一步生物转化制备(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯系列化合物，潜手性底物转化率可达90％以上，目标产物(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯占总产物的75％以上。本发明同时提供了有效地将催化副产物转化为目标产物的方法。
Description
技术领域
本发明涉及式(I)所示的(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯的生物不对称合成。发明制备的式(I)化合物是工业生产式(II)化合物(简称为4-AA)的关键中间体；式(II)化合物可在碳青霉烯和青霉烯类药物的合成中用作中间体(见式1)。
背景技术
氮杂环丁酮类化合物3R，4R-3-[(1R)-叔丁基二甲基硅氧乙基]-4-乙酰氧基-2-氮杂环丁酮(式(II)，简称为4-AA)是新型高效抗菌素药物碳青霉烯和青霉烯类药物合成的关键中间体，如用于合成碳青霉烯类抗生素亚胺培南、美罗培南、法罗培南和帕尼培南等。
式(II)化合物有3个手性中心，因此存在8个立体异构体，有很大的合成难度。关于(II)的合成工艺已有文献综述，但大部分工艺都存在合成路线长、总收率低、操作繁琐、成本高等缺点，因而限制了式(II)化合物的工业化生产。日本Takasago公司采用手性催化剂(R)-BINAP-Ru不对称催化2-苯甲酰氨基甲基-3-羰基丁酸酯(式(III))制备(2S，3R)-2-苯甲酰氨基甲基-3-羟基丁酸酯(式(IV))，从而制备式(II)化合物。但该法需在高压(100kg/cm2)情况下才能得到高立体选择性(＞97％ee)、高化学选择性(94:6)的式(IV)化合物(见式2)。
手性化合物的生产过程中，生物转化是最具竞争力的手段之一。与化学方法相比，生物转化具有高效、专一、条件温和等显著优点。国外从20世纪90年代开始研究将式(III)化合物进行生物不对称还原研究，生物合成主要指酶催化技术。但研究结果表明，经生物转化，大部分条件下式(III)化合物主要被还原为式(V)化合物；式(V)化合物是式(IV)化合物的立体异构体(见式3)。
大量研究表明，在光学活性的酯衍生物的合成中，利用面包酵母还原β-酮酯成光学β-羟基酯已经成为最常用的方法之一。因为其成本低，易得且实用，面包酵母被认为是一种容易处理的比较简便的试剂。US4927507提供了一种.利用面包酵母还原α-苯甲酰氨甲基-乙酰乙酸乙酯的方法，其反应产物为(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸乙酯和(2R，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸乙酯，二者通过硅胶层析进行分离之后进行了对应异构体的纯度检测，但其直接使用面包酵母，实践证明，如果直接使用酵母，产品的分离常常会很困难，而使用固载酵母，就可以易于操作，而且产品收率高，并且没有提供(2R，3S)构型副产物转化为(2S，3S)构型产物的方法，造成大量副产物的浪费，污染环境，增加生产成本。
发明内容
鉴于目前式(II)化合物合成方法存在的缺陷，本发明提供了一种利用面包酵母催化将式(III)化合物主要转化为具有两个手性中心的式(I)化合物的方法。该法操作步骤很简单，产品分离较容易，可用于大规模生产。面包酵母转化后的副产物为式(V)化合物；本发明同时提供一种将式(V)化合物化学转化为式(I)化合物的方法(见式4)，式中R是指含有1～6个碳原子的饱和低级烷基。
该方法包括以下步骤：
(a)面包酵母生物转化；
(b)将a步所得副产物进行C-2位构型翻转；
步骤a中采用面包酵母为游离面包酵母细胞或固定化面包酵母细胞，优选采用面包酵母为固定化面包酵母细胞；步骤b中所采用的有机碱为正丁基锂、异丁基锂、叔丁基锂、叔丁醇钾、甲醇钠、三乙胺或吡啶中的一种或多种；采用的溶剂是是醚类或卤代烃，具体为四氢呋喃、乙醚、氯仿、二氯甲烷中的一种或多种；反应温度为-100℃～50℃；反应时间为0.05～24小时。
该方法为生物不对称还原，具有成本低、收率高、操作简便、反应条件易于实现且适合于大规模工业化生产式(I)化合物等优点。与现有技术相比，具有较大的竞争优势。
本发明的目的是应用面包酵母来制备具有单一旋光性质的(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯系列化合物。采用本项技术，以面包酵母一步生物转化制备(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯系列化合物，潜手性底物转化率可达90％以上，副产物少，目标产物(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯占总产物的75％以上。本发明同时提供了有效地将催化副产物转化为目标产物的方法。
具体实施方式
下面通过实施例进一步详细阐述本发明的制备方法。
1.(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸乙酯即式(I)化合物、(2R，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸乙酯即式(V)化合物的制备(R＝Et)：
向装有鼓泡器和温度计的5升三口圆底烧瓶中依次加入自来水(2500ml)、蔗糖(600g)、面包酵母(100g，安琪酵母，超市购买)、将混合物轻微搅拌(120r/min)。
1小时后，使产生的CO2气体以大约1～2个气泡/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)，将混合物在33～36℃下搅拌24小时。
将蔗糖(150g)溶于500ml自来水中，并加入到反应混合物中，继续在33～36℃下搅拌，并用TLC监测反应至反应完全，约72小时。向反应混合物中加入硅藻土(150g)，并用硅藻土填充层过滤，除去固体。滤液用乙酸乙酯提取(600ml×6)，并依次用水(600ml)、饱和盐水(600ml)洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤后，经减压浓缩，用硅胶柱层析分离，得到式(I)化合物(28.15g，80％；光学纯度：99.2％，HPLC)；式(V)化合物(7.05g，20％；光学纯度：98.6％，HPLC)。
2.用固载面包酵母制备(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸乙酯即式(I)化合物、(2R，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸乙酯即式(V)化合物(R＝Et)：
a)面包酵母的固载：
将安琪酵母(或其它超市购买的干酵母，20g)、藻酸钠(5g)分别慢慢加入到快速搅拌的200ml自来水中，配成两个溶液。当两个溶液都变成均相黏稠液体时，将它们合并，然后通过滴液漏斗滴加到氯化钙(665ml，10％(质量体积比))水溶液中。滴入的滴液和盐溶液接触后，形成凝胶状小球，小球的大小和形状可通过滴加速度来控制。
小球用自来水(500ml×5)洗涤，并立即用于酮的还原。
b)固载面包酵母用于III的还原反应：
将前法制得的小球(约200g)放入2L三口圆底烧瓶中。依次加入蒸馏水(700ml)、蔗糖(40g)，于33～36℃下剧烈搅拌上述混合物。3小时后，加入2-苯甲酰氨基甲基-3-羰基丁酸酯(III，6g)。继续剧烈搅拌，TLC监测至反应完全。
将水溶液倒入布氏漏斗中的硅藻土上，抽滤。将得到的酵母滤饼用乙酸乙酯(100ml×3)洗涤；水层用氯化钠饱和后通过硅藻土过滤，除去凝胶状乳状液，滤液用乙酸乙酯(200ml×3)洗涤；将乙酸乙酯合并，依次水(200ml)、饱和盐水(200ml)洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤后，经减压浓缩，用硅胶柱层析分离，得到式(I)化合物(4.75g，80％；光学纯度：99.3％，HPLC)；式(V)化合物(1.20g，20％；光学纯度：98.8％，HPLC)。
3.由(2R，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸乙酯即式(V)化合物制备(2S，3S)-2-氨甲基-3-羟基丁酸即式(I)化合物(R＝Et)：
在氮气保护下，于-60℃下向(2R，3S)-2-苯甲酰氨基甲基-3-羟基丁酸乙酯V(R＝Et)(5.30g，20mmol)的无水四氢呋喃(100ml)溶液中加入2.5M正丁基锂(28ml，70mmol)，在-60℃下搅拌0.5小时，自然升温到室温，在室温下搅拌两个小时，加入饱和氯化铵溶液30ml，然后继续搅拌0.5小时后，用乙醚(200ml×3)提取，依次用水(100ml)、饱和氯化钠水溶液(100ml)洗涤，有机相经浓缩后，用硅胶柱层析分离，得到式(I)化合物(4.52g，85％；光学纯度：99.0％，HPLC)，并回收式(V)化合物(0.65g)。
由于已经根据其特殊的实施方案描述了本发明，某些修饰和等价变化对于此领域的普通技术人员是显而易见的且包括在本发明的范围内。
Claims (3)
1.一种利用面包酵母生物催化下式表示的化合物，制备具有单一旋光性质的(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯的方法，
式中R是指含有1～6个碳原子的饱和低级烷基，其特征在于该方法包括以下步骤：
(a)在自来水或蒸馏水中，利用面包酵母生物催化2-苯甲酰氨甲基-3-羰基丁酸酯制备(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯，副产物为(2R，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯；
(b)在醚类或卤代烃中加入有机碱，将a步所得副产物(2R，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯，进行C-2位构型翻转制备(2S，3S)-2-苯甲酰氨甲基-3-羟基丁酸酯，所述有机碱为正丁基锂、异丁基锂、叔丁基锂、叔丁醇钾、甲醇钠、三乙胺或吡啶中的一种或多种，醚类或卤代烃为四氢呋喃、乙醚、氯仿、二氯甲烷中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a中采用面包酵母为游离面包酵母细胞或固定化面包酵母细胞。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤a中采用面包酵母为固定化面包酵母细胞。
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