TWI693286B - (±)-2-(二氟甲基)-1-(烷氧羰基)-環丙烷甲酸及(±)-2-(乙烯基)-1-(烷氧羰基)-環丙烷甲酸之酶催化製法 - Google Patents
(±)-2-(二氟甲基)-1-(烷氧羰基)-環丙烷甲酸及(±)-2-(乙烯基)-1-(烷氧羰基)-環丙烷甲酸之酶催化製法 Download PDFInfo
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Abstract
本發明揭示合成外消旋2-(二氟甲基)-1-(烷氧羰基)-環丙烷甲酸及2-(乙烯基)-1-(烷氧羰基)-環丙烷甲酸及其鹽(諸如二環己胺鹽)之方法。本發明亦揭示用於製備對映體增濃之(1R,2R)-1-((第三丁氧基羰基)胺基)-2-(二氟甲基)環丙烷-1-甲酸及其酯之方法。此等化合物係病毒蛋白酶抑制劑合成中有用之中間物。
Description
合成複雜的生物活性分子係具有挑戰性、昂貴及耗時的。合成具有良好級別之非對映立體選擇性之化合物係甚至更具有挑戰性的。如此進行通常涉及分離或合成非對映體增濃中間物，其立體化學可在所需後續合成變換中保藏。 在生物活性分子合成中適用之中間物的實例為(±)-2-(二氟甲基)-1-(乙氧羰基)環丙烷甲酸。在過去，此中間物如方案1中所示使用產生適當非對映立體選擇性之水解方法由(±)-2-(二氟甲基)環丙烷-1,1-二甲酸二乙酯合成:
流程 1 ：
合成(±)-2-(二氟甲基)-1-(乙氧羰基)環丙烷甲酸 需要構造較高級別非對映立體選擇性之對映體增濃二氟烷基環丙基酯及乙烯基烷基環丙基酯。
在某些實施例中，本發明係關於一種根據反應流程A之方法：
流程A 其中R1
為(C1
-C6
)烷基； R2
為-CF2
H或-CH=CH2
；且 第一酶為BsteE
酯酶突變體。 在其他實施例中，本發明係關於一種根據反應流程B之方法：
流程B 其中R1
為(C1
-C6
)烷基； R2
為-CF2
H；且 第二酶選自由以下組成之群：Alcalase® 2.4L、Esperase® 8.0L及Savinase® 16.0L。 本發明進一步提供多肽，其包含具有相對於SEQ ID NO: 2
至少兩個胺基酸取代之胺基酸序列，其中該胺基酸序列包含T25H第一突變及L92H第二突變。
相關申請
本申請案主張2017年2月1日申請之美國臨時專利申請案第62/453,246號之優先權，其內容特此以引用之方式併入。I . 概述
在某些實施例中，本發明係關於一種藉由非對映立體選擇性酶催化水解合成非對映體增濃化合物之方法，該非對映體增濃化合物諸如(±)-2-(二氟甲基)-1-(乙氧羰基)環丙烷甲酸。本發明之方法比已知方法更高效因為(i)其並不涉及合成外消旋體及分離非對映異構體，及(ii)其產生具有高含量非對映體增濃之化合物。本文所述之本發明亦關於實現此轉化之活性及非對映立體選擇性突變酶。本發明之突變酶展現相比於野生型酶改良之特性，包括對於所需受質提高之活性、抑制產生非所需非對映異構體及與所需對映異構體對之單個異構體大致等效之活性，產生非對映體增濃外消旋體。 本文所述之非對映立體選擇性酶催化水解藉由提高產物產率及非對映立體選擇性同時消除特定處理步驟之需要提供相比於已知方法的優點。舉例而言，本文所述之方法消除在已知已知中採用的兩個MTBE漿化步驟。本文中所展示之改良方法能夠實現例如化學合成之較高生產量。 在某些實施例中，本發明係關於一種如中流程2所示經由(1R
,2R
)-1-((第三丁氧基羰基)胺基)-2-(二氟甲基)環丙烷甲酸合成原料藥之方法。在某些實施例中，原料藥可替代地經由(±)-2-(乙烯基)-1-(乙氧羰基)環丙烷甲酸之中間性合成。
流程 2 ：
(±)-2-(二氟甲基)-1-(乙氧羰基)環丙烷甲酸之結構及其向原料藥之轉化 在某些實施例中，外消旋二酯起始物質根據流程3之方法生產。本文所述之非對映立體選擇性酶催化水解將二酯起始物質轉化成所需產物，非對映體增濃(±)-2-(二氟甲基)-1-(烷氧羰基)環丙烷甲酸，如流程4中所顯示。
流程 3 ：
合成2-(二氟甲基)環丙烷-1,1-甲酸(±)-二乙酯
流程 4 ：
合成(±)-2-(二氟甲基)-1-(乙氧羰基)環丙烷甲酸 在某些實施例中，方法改善分離中間物的可加工性。 在某些實施例中，本文所述之方法改善水解反應之非對映立體選擇性。 在某些實施例中，本文所述之方法改善水解反應之產物產率。II. 定義
下文列舉用於描述本發明之各種術語之定義。此等定義用於整個說明書及申請專利範圍中單獨地或作為較大群的一部分所用之術語，除非在特定情況下另外限制。 烴基取代基中之碳原子數可藉由前綴「Cx
-Cy
」指定，其中x係取代基中碳原子之最小數目且y係取代基中碳原子之最大數目。「(Cx
)烷基」指示由x數目個碳原子組成之烷基。 如本文所使用，術語「烷基」係指典型地含有1至20個碳原子之飽和直鏈或分支鏈烴基。舉例而言，「C1
-C6
烷基」或「C1
-C8
烷基」各自含有一至六個或一至八個碳原子。烷基取代基之實例包括(但不限於)甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、新戊基、正己基、庚基、辛基取代基及其類似基團。 如本文所使用，術語「鹽」包括「醫藥學上可接受之鹽」，其在合理醫學判斷範疇內適用於與人類及其他脊椎動物(較佳為哺乳動物)之組織接觸而無不當毒性、刺激、過敏反應及其類似者且與合理益處/風險比相稱。醫藥學上可接受之鹽為此項技術中所熟知。舉例而言，S. M. Berge等人在J. Pharmaceutical Sciences, 66: 1-19 (1977)中詳細描述醫藥學上可接受之鹽。此類鹽可如本文所描述在反應產物分離及純化期間原位製備，或分開地諸如藉由使游離鹼與合適的酸(如有機酸)作用反應製備。醫藥學上可接受之鹽之實例包括(但不限於)鹽酸鹽、氫溴酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、過氯酸鹽、乙酸鹽、馬來酸鹽、酒石酸鹽、檸檬酸鹽、琥珀酸鹽或丙二酸鹽。其他醫藥學上可接受之鹽包括(但不限於)己二酸鹽、海藻酸鹽、抗壞血酸鹽、天冬胺酸鹽、苯磺酸鹽、苯甲酸鹽、硫酸氫鹽、硼酸鹽、丁酸鹽、樟腦酸鹽、樟腦磺酸鹽、環戊烷丙酸鹽、二葡糖酸鹽、十二烷基硫酸鹽、乙烷磺酸鹽、甲酸鹽、反丁烯二酸鹽、葡庚糖酸鹽、甘油磷酸鹽、葡糖酸鹽、半硫酸鹽、庚酸鹽、己酸鹽、氫碘酸鹽、2-羥基-乙烷磺酸鹽、乳糖酸鹽、乳酸鹽、月桂酸鹽、月桂基硫酸鹽、蘋果酸鹽、甲烷磺酸鹽、2-萘磺酸鹽、菸鹼酸鹽、硝酸鹽、油酸鹽、草酸鹽、棕櫚酸鹽、雙羥萘酸鹽、果膠酯酸鹽、過硫酸鹽、3-苯基丙酸鹽、磷酸鹽、苦味酸鹽、特戊酸鹽、丙酸鹽、硬脂酸鹽、硫酸鹽、硫氰酸鹽、對甲苯磺酸鹽、十一烷酸鹽、戊酸鹽及其類似鹽。代表性鹼金屬或鹼土金屬鹽包括鈉、鋰、鉀、鈣、鎂鹽及其類似鹽。其他醫藥學上可接受之鹽包括(當適當時)與相對離子(如鹵離子、氫氧離子、羧酸根、硫酸根、磷酸根、硝酸根、具有1至6個碳原子之烷基、磺酸根及芳基磺酸根)結合之銨、四級銨，及胺陽離子。 如本文所使用，術語「對映體增濃」意謂對映異構體之混合物中兩種對映異構體中之一者以較大含量(例如具有大於約90%，大於約95%，較佳大於約98%，最佳大於99%之對映異構體過量(ee))存在。此術語亦涵蓋對映異構性純化合物。 如本文所使用，術語「非對映體增濃」意謂非對映異構體之混合物中非對映異構體中之一者以較大量(例如具有大於約90%，大於約95%，較佳大於約98%，最佳大於99%之非對映異構體過量(de))存在。此術語亦涵蓋非對映異構性純化合物。 在下文中更詳細地描述本發明之各種態樣。III. 例示性方法及使用
本發明化合物及方法可結合以下例示性方法較好地理解，可藉由該等方法製備本發明化合物。應理解本文所述之任何反應(呈其變化形式中之任一種)，可與本文所述之一或多種其他反應(呈其變化形式中之任一種)按順序合併，該順序大致上類似流程中所示之順序。 在某些實施例中，本發明係關於一種包含根據反應流程A之反應性解析之方法。
流程A 其中R1
為(C1
-C6
)烷基； R2
為-CF2
H或-CH=CH2
；且 第一酶為BsteE
酯酶突變體。 在某些實施例中，R1
為(C6
)烷基。可替代地，R1
可為(C5
)烷基、(C4
)烷基、(C3
)烷基(諸如正丙基或異丙基)、乙基或甲基。在某些實施例中，R1
為乙基。 在某些具體實例中，R2
為-CF2
H。在替代具體實例中，R2
為-CH=CH2
。 在某些實施例中，BsteE
酯酶突變體包含T25H之第一突變、L92H之第二突變及選自由以下組成之群的第三突變：K121R、K121Y、K121H、K121D、K121L、M126F、M126V、M126I、M126Q、M194L、M194A、L166N、L166M、I170N及I170Q。 在某些此類實施例中，第三突變選自由以下組成之群：K121R、K121Y、K121H、K121D、K121L、M126V、M126I、M126Q、M194L及L166M。在其他此類實施例中，第三突變選自由以下組成之群：K121Y、K121H、K121D、K121L、M126V、M126I、M126Q及L166M。在某些實施例中，第三突變選自由以下組成之群：K121Y、K121H、K121D及K121L。 在某些實施例中，第一酶之裝載量相比於起始物質為約50重量%至約200重量%，例如相比於起始物質約50重量%、約60重量%、約70重量%、約80重量%、約90重量%、約100重量%、約110重量%、約120重量%、約130重量%、約140重量%、約150重量%、 約160重量%、約170重量%、約180重量%、約190重量%或約200重量%，較佳約100 重量%。 在某些實施例中，第一溶劑包含一或多種有機溶劑。舉例而言，溶劑可包含庚烷及甲基第三丁基醚。 在某些實施例中，第一溶劑進一步包含水性緩衝劑。 在某些實施例中，水性緩衝劑為檸檬酸鈉或乙酸鈣水溶液，例如濃度為約0.05 M至約2.0 M，例如約0.05 M、約0.06 M、約0.07 M、約0.08 M、約0.09 M、約0.10 M、約0.11 M、約0.12 M、約0.13 M、約0.14 M、約0.15 M、約0.2 M、約0.3 M、約0.4 M、約0.5 M、約0.6 M、約0.7 M、約0.8 M、約0.9 M、約1.0 M、約1.1 M、約1.2 M、約1.3 M、約1.4 M、約1.5 M、約1.6 M、約1.7 M、約1.8 M、約1.9 M或約2.0 M。在某些實施例中，濃度為約0.1 M。 在某些實施例中，第一溶劑進一步包含鹼。在某些實施例中，鹼為二(烷基)胺，諸如二(環烷基)胺或二(芳烷基)胺。在某些實施例中，鹼為二(環己基)胺或二(苄基)胺。 在某些實施例中，第一pH為約5至約10，例如約5、約5.25、約5.5、約5.75、約6、約6.25、約6.5、約6.75、約7.0、約7.25、約7.5、約7.75、約8.0、約8.25、約8.5、約8.75、約9.0、約9.25、約9.5、約9.75或約10.0。在某些實施例中，第一pH為約5至約6.5。在某些實施例中，第一pH為約5.75。 在某些實施例中，第一溫度為約10℃至約60℃，例如約15℃、約20℃、約25℃、約30℃、約35℃、約40℃、約45℃、約50℃、約55℃或約60℃。在某些實施例中，第一溫度為約20℃。 在某些實施例中，第一時間段為約2 h至約8 h，例如約2 h、約4 h、約6 h、約8 h。可替代地，第一時間段為約2 h至約48 h，例如約2 h、約4 h、約6 h、約8 h、約10 h、約12 h、約14 h、約16 h、約18 h、約20 h、約22 h、約24 h、約26 h、約28 h、約30 h、約32 h、約34 h、約36 h、約38 h、約40 h、約42 h、約44 h、約46 h或約48 h。 在某些實施例中，方法進一步包含將反應流程A之反應產物與鹼接觸以獲得化合物之鹽。 在某些此類實施例中，鹼為二(烷基)胺，諸如二(環烷基)胺或二(芳烷基)胺。較佳地，鹼為二(環己基)胺或二(苄基)胺。 在某些實施例中，反應產物之非對映異構體過量大於約90%。在其他實施例中，反應產物之非對映異構體過量大於約95%。 在某些實施例中，本發明係關於一種包含根據反應流程B之反應性解析方法：
流程B 其中R1
為(C1
-C6
)烷基； R2
為-CF2
H或-CH=CH2
，較佳為-CF2
H；且 第二酶選自由以下組成之群：Alcalase® 2.4L、Esperase® 8.0L及Savinase® 16.0L。 Alcalase® 2.4L、Esperase® 8.0L及Savinase® 16.0L各自可購自Novozymes。在流程B中描繪之反應的某些實施例中，第二酶為Alcalase® 2.4L。 Alcalase®係枯草桿菌蛋白酶之類型，枯草桿菌蛋白酶為來自地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis
)之蛋白酶。Alcalase®充當酯酶，使得其能夠至催化一些酯之立體選擇性水解且催化包括雜環胺基酯之胺基酯之水解。 Savinase®係來自芽孢桿菌(Bacillus sp.
)之蛋白酶，並且為絲胺酸內肽酶。其在鹼性條件下可催化一些酯以及變形之醯胺之立體選擇性水解。 Esperase®係具有寬特異性之內肽酶(主要枯草桿菌蛋白酶A)，與其他微生物絲胺酸蛋白酶相比，其在鹼性條件及在高溫下良好地起作用。應用包括內部肽鍵之水解。Esperase®之特徵在於在高溫及高pH下之極佳效能。 在某些實施例中，第二酶之裝載量相比於流程B中之起始物質為約50重量%至約200重量%，例如相比於流程B中之起始物質約50重量%、約60重量%、約70重量%、約80重量%、約90重量%、約100重量%、約110重量%、約120重量%、約130重量%、約140重量%、約150重量%、約160重量%、約170重量%、約180重量%、約190重量%或約200重量%，較佳約120重量%至約140重量%或約130重量%。 在某些實施例中，第二溶劑包含水性緩衝劑。在某些實施例中，水性緩衝劑為碳酸氫鈉及/或碳酸鈉之水溶液，例如濃度為0.05 M至約2.0 M，例如約0.05 M、約0.06 M、約0.07 M、約0.08 M、約0.09 M、約0.10 M、約0.11 M、約0.12 M、約0.13 M、約0.14 M、約0.15 M、約0.2 M、約0.3 M、約0.4 M、約0.5 M、約0.6 M、約0.7 M、約0.8 M、約0.9 M、約1.0 M、約1.1 M、約1.2 M、約1.3 M、約1.4 M、約1.5 M、約1.6 M、約1.7 M、約1.8 M、約1.9 M或約2.0 M。在某些實施例中，濃度為約0.1 M。 在某些實施例中，第二溶劑進一步包含有機溶劑。可用於本發明之方法中之例示性有機溶劑包括丙酮、乙腈、二甲基甲醯胺、二噁烷、乙醇、異丙醇及二甲基亞碸。在一些較佳實施例中，流程B之反應方法中所用之有機溶劑為丙酮。在某些實施例中，有機溶劑為第二溶劑總體積之大約5%至大約75%。舉例而言，有機溶劑可為相對於第二溶劑總體積體積約5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%之體積。在一些實施例中，有機溶劑為第二溶劑總體積之大約5%-20%，較佳10%。 在某些實施例中，第二pH為約5至約10，例如約5、約5.25、約5.5、約5.75、約6、約6.25、約6.5、約6.75、約7.0、約7.25、約7.5、約7.75、約8.0、約8.25、約8.5、約8.75、約9.0、約9.25、約9.5、約9.75或約10.0。在某些實施例中，第二pH為約7.5至約9。在某些實施例中，第一pH為約8.0。 在某些實施例中，第二溫度為約10℃至約60℃，例如約15℃、約20℃、約25℃、約30℃、約35℃、約40℃、約45℃、約50℃、約55℃或約60℃。在某些實施例中，第二溫度為約40℃。 在某些實施例中，第二時間段為約2 h至約8 h，例如約2 h、約4 h、約6 h、約8 h。可替代地，第二時間段為約2 h至約48 h，例如約2 h、約4 h、約6 h、約8 h、約10 h、約12 h、約14 h、約16 h、約18 h、約20 h、約22 h、約24 h、約26 h、約28 h、約30 h、約32 h、約34 h、約36 h、約38 h、約40 h、約42 h、約44 h、約46 h或約48 h。 在某些實施例中，本發明係關於包含兩個或多於兩個本文所述步驟之方法。舉例而言，本發明可關於包含流程A及流程B之方法之方法。 在某些實施例中，本發明係關於本文所描述化合物中任一種在製造藥劑中之用途。 本文流程之結構中變數之定義與本文所述式中之對應位置者相稱。 本文所述之化合物含有一或多個不對稱中心，且因此產生對映異構體、非對映異構體及其他立體異構形式，就絕對立體化學而言可定義為(R)-或(S)-，或對於胺基酸可定義為(D)-或(L)-。可由各別的光活性前驅物藉由上述程序或藉由解析外消旋混合物製備光學異構體。可在解析劑存在下藉由層析法或藉由反覆結晶或藉由熟習此項技術者已知之此等技術之一些組合進行解析。關於解析的另外細節可見於Jacques等人Enantiomers. Racemates, and Resolutions (John Wiley & Sons, 1981)。 合成化合物可由反應混合物分離且藉由諸如管柱層析法、高壓液相層析法或再結晶進一步純化。如熟習此項技術者可瞭解，合成本文中式之化合物的其他方法對於一般技術者將為顯而易見的。另外，可依替代順序或次序執行各種合成步驟，以得到所需化合物。此外，本文中所述之溶劑、溫度、反應持續時間等僅為達成說明之目的，且一般技術者將認知反應條件變化可生產本發明之所需產物。適用於合成本文所述化合物之合成化學轉化及保護基方法(保護及去保護)為此項技術中已知且包括例如以下中所述者：R. Larock, Comprehensive Organic Transformations, VCH Publishers (1989)；T. W. Greene and P.G.M. Wuts, Protective Groups in Organic Synthesis, 2d. Ed., John Wiley and Sons (1991)；L. Fieser and M. Fieser, Fieser and Fieser's Reagents for Organic Synthesis, John Wiley and Sons (1994)；及L. Paquette, ed., Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, John Wiley and Sons (1995)，及其後續版本。IV. 多肽
在某些實施例中，本發明提供多肽，其為BsteE
酯酶突變體及其酶活性片段。在一些實施例中，多肽係BsteE
酯酶變異體或其酶活性片段。全長野生型脂肪嗜熱芽孢桿菌(BsteE
)酯酶之例示性DNA序列如下：
野生型脂肪嗜熱芽孢桿菌(BsteE
)酯酶產生多肽，其具有SEQ ID NO:2
序列：
因此，在某些實施例中，本發明之方法中所用之BsteE
酯酶突變體之胺基酸序列具有與SEQ ID NO: 2
至少50%同源性、至少55%同源性、至少60%同源性、至少65%同源性、至少70%同源性、至少75%同源性、至少80%同源性、至少82%同源性、至少84%同源性、至少86%同源性、至少88%同源性、至少90%同源性、至少91%同源性、至少92%同源性、至少93%同源性、至少94%同源性、至少95%同源性、至少96%同源性、至少97%同源性、至少98%同源性或至少99%同源性。 在其他實施例中，本發明提供一種多肽，其包含 相對於SEQ ID NO: 2
具有至少兩個胺基酸取代之胺基酸序列，其中該胺基酸序列包含T25H之第一突變及L92H之第二突變。 在又其他實施例中，本發明提供一種多肽，其包含 具有與SEQ ID NO: 2
至少95%同源性且具有相對於SEQ ID NO: 2
至少兩個胺基酸取代之胺基酸序列，其中該胺基酸序列包含T25H之第一突變及L92H之第二突變。 在某些此類實施例中，多肽包含第三胺基酸取代，其選自由以下組成之群：K121R、K121Y、K121H、K121D、K121L、M126F、M126V、M126I、M126Q、M194L、M194A、L166N、L166M、I170N及I170Q。 在某些此類實施例中，第三胺基酸取代選自由以下組成之群：K121R、K121Y、K121H、K121D、K121L、M126V、M126I、M126Q、M194L及L166M。 在其他實施例中，第三胺基酸取代選自由以下組成之群：K121Y、K121H、K121D、K121L、M126V、M126I、M126Q及L166M。 在又其他實施例中，第三胺基酸取代選自由以下組成之群：K121Y、K121H、K121D及K121L。 在某些實施例中，野生型脂肪嗜熱芽孢桿菌(BsteE
)酯酶之DNA序列具有SEQ ID NO: 3
之序列：
SEQ ID NO: 3
DNA序列之轉譯產生具有SEQ ID NO:4
序列之多肽。T25H、L92H及K121L突變以粗體、加底線字體指示：
在某些實施例中，本發明之方法中所用之BsteE
酯酶的突變體包含選自由以下組成之群的一組突變： T25H/L92H/K121L；T25H/L92H/K121H；T25H/L92H/K121H/I195L；T25H/L92H；T25H/L92H/K215N；T25H/L92H/D172N；T25H/L92H/M126Q；T25H/L92H/E123T；T25H/L92H/M126V；T25H/L92H/M126I；T25H/L92H/K121Y；T25H/L92H/M194A；T25H/L92H/K121H；T25H/L92H/L166M；T25H/L92H/K121R；T25H/L92H/K164S；T25H/L92H/M126F；T25H/L92H/M194L；T25H/L92H/L166N；T25H/L92H/I170N；T25H/L92H/I170Q；T25H/L92H/I170N；T25H/L92H/K121H/I170N；T25H/L92H/K121H/K164S；T25H/L92H/K121H/L166M；T25H/L92H/K121H/I170N；T25H/L92H/K121H/I195G；T25H/L92H/K121H/I195A；T25H/L92H/K121H/I195V；T25H/L92H/K121H/C115S；T25H/L92H/K121H/C115A；T25H/L92H/K121H/I170V；T25H/L92H/K121H/L166I；25H/L92H/I170T；T25H/L92H/I170A；T25H/L92H/M126N；T25H/L92H/L166T；T25H/L92H/L166A；T25H/L92H/K121H/I170N；T25H/L92H/K121H/I170V；T25H/L92H/K121D；T25H/L92H/K121T；T25H/L92H/K121A；及T25H/L92H/K121N。 在其他實施例中本發明之方法中所用之BsteE
酯酶突變體包含選自由以下組成之群的一組突變： T25F/L92H；T25F/L92H/I170Q；T25F/I170Q；L166H；T25F；T25H；T25F/K121Y/L166M；T25H/K121H；I170N；L166M；F24C/T25F；T25N；及I92H。 在其他實施例中，本發明之方法中所用之BsteE
酯酶之突變體包含以下突變中之一或多者：野生型殘基 突變體殘基
T25 H、A、I、R、K、F、N、V、L L92 H、K、R、A、I、V、L K121 H、R、L、I、V、A、K、Y、N L166 I、M、A、V、G、L、N、F L195 L、G、A、V、I、N、Q F24 C、N、Q、G、I、A、V、L M126 F、Q、N、A、I、V、L I170 Q、N、A、I、V、L M194 A、I、V、L、G。範例
藉由以下實例進一步說明本發明，所述實例不應以任何方式解釋為限制性的。本文所述之實例及發現係代表性的。按此，在本文實例部分中所述之研究及結果可用作指南。實例 1 ：非對映立體選擇性酶催化水解 
實例 1a ：
篩選能夠非對映立體選擇性酶催化水解之酶在相同條件及均勻取樣程序下，使用實驗室規模水解反應以野生型酶及其他酶變異體為背景基礎來比較酶變異體。反應條件及樣本定時的一致性致使可相對比較變異體間在每個時間點(亦即4小時)之速率及選擇率。各突變體係使用傳統勝任大腸桿菌醱酵條件(25℃、250 RPM、50 mL Invotrogen MagicMedia#K6803、1%隔夜培養物之接種物，表現24小時)進行表現。藉由離心全部50 mL體積來收集細胞培養物，接著在5 mL 200 mM NaHPO4
緩衝劑(pH 8)中再懸浮細胞集結粒。細胞懸浮液經音波處理(3 x 30 s)以溶解細胞，並經離心以集結細胞碎片(在6000 RPM下35 min)。所得5 mL澄清溶解產物作為篩選反應中活性酶溶液之用。 藉由將5 mL 200 mM NaHPO4
緩衝劑(pH 8)與100 µL 2-(二氟甲基)環丙烷-1,1-甲酸(±)-二丙酯(最終濃度近似10 g二酯/升)組合在20 mL小瓶中製備反應物。向各反應物中添加5 mL澄清溶解產物(t=0小時)，且使用菱形磁力攪拌棒在250 RPM攪拌下在40℃培養反應物。在2、4及18小時取得500 µL反應等分試樣用於分析。將等分試樣與3滴20% HCl溶液組合且萃取至1 mL MTBE。藉由手性正相HPLC分析有機相以測定轉化率及選擇率。(柱：Phenomenex Lux 3 µm纖維素-2；250 mm x 4.6 mm；20℃；流動相：庚烷/iPrOH/TFAA，98.5/1.5/0.1；流：0.7 mL/min；注射：20 µL；偵測器：UV 210 nm)。在表1中可見所選突變體之比較。表 1
- 2-(二氟甲基)環丙烷-1,1-甲酸(±)-二乙酯非對映立體選擇性水解成(±)-2-(二氟甲基)-1-(乙氧羰基)環丙烷甲酸之酶小組 
因為變異體活性顯著提高，採用較嚴格之活性檢定以提供高度活性突變體之間的較大解析度。在相同步驟中進行表現以得到50 mL集結粒。 在傾析集結粒之後，細胞在再懸浮於5 mL 200 mM NaHPO4
緩衝劑(pH 8)中。細胞懸浮液經音波處理(開10秒，關10秒，總共持續1分鐘)以溶解細胞且離心以集結細胞碎片(在9000 RPM下15 min)。使用標準Bradford Commassie蛋白質檢定量測所得5 mL澄清溶解產物之可溶性蛋白質含量。藉由蛋白質量測正規化溶解產物添加以在20 mL小瓶中產生10 mL(200 mM NaHPO4
緩衝劑，pH 8)緩衝溶液中1 mg/mL的總蛋白質最終濃度。向各反應物添加100 µL 2-(二氟甲基)環丙烷-1,1-甲酸(±)-二丙酯(最終濃度近似10 g二酯/升)(t=0小時)，且使用菱形磁力攪拌棒在250 RPM攪拌下在40℃培養反應物。在1、3、5及24.5小時取得500 µL反應等分試樣用於分析。將等分試樣與3滴20% HCl溶液組合且萃取至1 mL MTBE。藉由手性正相HPLC分析有機相以測定轉化率及選擇率。(柱：Phenomenex Lux 3 µm纖維素-2；250 mm x 4.6 mm；20℃；流動相：庚烷/iPrOH/TFAA，98.5/1.5/0.1；流：0.7 mL/min；注射：20 µL；偵測器：UV 210 nm)。在表2中可見所選突變體之比較。表 2 -
2-(二氟甲基)環丙烷-1,1-甲酸(±)-二乙酯非對映立體選擇性水解成(±)-2-(二氟甲基)-1-(乙氧羰基)環丙烷甲酸之其他酶小組 
* 隨著%轉化率增加，%e.e.向0%降低。實例 1b ： 在酶催化水解中野生型與突變體 BsteE 酯酶之比較
新變異體酶；包括高度選擇性三重變異體T25H/L92H/K121L(在表2中標識)，展現在生產(±)-2-(二氟甲基)-1-(乙氧羰基)環丙烷甲酸二環己胺鹽中相比於野生型脂肪嗜熱芽孢桿菌酯酶(流程5)改善之選擇率及活性，當以以下方法應用時得到提高之產率及改善之處理時間：步驟 1 ：
三重變異體酶(亦即T25H/L92H/K121L)催化外消旋環丙基二乙酯(2-(二氟甲基)環丙烷-1,1-甲酸(±)-二乙酯)之選擇性水解。在攪拌反應器中在pH 8下使用懸浮於磷酸鈉緩衝劑之工程化脂肪嗜熱芽孢桿菌酯酶澄清溶解產物處理外消旋環丙基二乙酯。在藉由添加15%碳酸氫鈉溶液pH控制至8下攪拌反應物直至反應完成，得到具有非所需非對映異構體產量＜3%之外消旋DF酸酯。藉由萃取在MTBE將外消旋DF酸酯從水性緩衝劑中回收。步驟 2 ：
在MTBE：庚烷中將經萃取之外消旋DF酸酯轉化成(±)-2-(二氟甲基)-1-(乙氧羰基)環丙烷甲酸二環己胺鹽，其以固體形式回收。步驟1單酸之高d.e.允許在無再漿化或再結晶的情況下在單個步驟中之此回收。 改進之酶變異體T25H/L92H/K121L可以產生大約80-90%足以符合方法要求之品質及手性純度之(±)-2-(二氟甲基)-1-(乙氧羰基)環丙烷甲酸二環己胺鹽。野生型變異體將產生不適合用於方法之一元酸酯的不平衡分佈。
流程 5 ：
利用野生型BsteE酶之外消旋DF酸酯酶催化合成。
流程 6 ：
利用BsteE變異體T25H/L92H/K121L之(±)-2-(二氟甲基)-1-(乙氧羰基)環丙烷甲酸二環己胺鹽之酶催化合成。實例 1c ： 製備突變體 BsteE 質體
經由Quikchange™ PCR擴增將突變併入至所需質體中。藉由利用Agilient Quikchange Primer Design工具對應於所需突變中之各者設計DNA引物。藉由組合0.5 µL DMSO、0.5 µL濃度為10 µM之各引物、1 µL處於50 µg/mL之模板質體、1 µL 20 mM dNTP(各核苷酸5 mM)、2.5 µL 10X DNA聚合酶緩衝劑、18.5 µL超純水、0.5 µL DNA聚合酶製備PCR反應物。使PCR反應物經受以下溫度循環步驟； 95℃持續3 min[循環開始]、95℃持續30 sec、55℃持續1 min、68℃持續8 min、[從「循環開始」重複15次]68℃持續10 min、4℃保持。在擴增之後，在37℃用2 µL DpnI消化親代DNA 4小時，當完成時80℃加熱去活化20 min。使用標準轉化步驟在BL21 (DE3)勝任細胞中將0.5 µL PCR產物轉化且將其接種到LB+KAN (50 µg/mL)選擇性平板上。實例 2 ：按比例擴大非對映立體選擇性酶催化水解 
遵循實例1a之步驟，利用30 g二乙酯起始物質(1
)。所得材料(2a
)符合純度(≥ 97範圍%)及非對映異構體(≤ 1.50範圍%)的產物規格。由試驗性規模醱酵製備酶
使用常用生長及表現步驟及IPTG誘導在55 L醱酵容器中實現酶表現。經由盤式堆迭離心機在10,000 × g以12分鐘共振時間將所得細胞(28 L處於近似20%細胞濕重)球粒化。在緩衝劑中與50 mM NaHPO4
緩衝劑(pH 8)以1:1 v/v之比率藉由攪拌使細胞再懸浮。將細胞懸浮液傳送通過均質機兩次以溶解細胞。將所得產物流傳送通過批式離心機在10,000 × g下持續30分鐘以去除細胞碎片。所得流出物作為具有量測之布拉福(Bradford)蛋白質濃度為16.8 mg/mL的澄清酶溶液使用。酶催化水解
藉由添加50 mM NaHPO4
緩衝劑(pH 8)將蛋白質濃度為16.8 mg/mL的流出物進一步經稀釋至蛋白質濃度為3 mg/mL。所得溶液在pH為7.2的500 mL體積緩衝劑中為3 mg/mL蛋白質，且裝入具有單個玻璃擋扳之500 mL ChemGlass反應器中。經由吸管將二酯受質(25.31 g)裝載至反應器。使用間距葉片攪拌器以450 RPM開始攪拌。恆定地監視反應pH且藉由添加30% w/w碳酸氫鈉控制至pH為8。將容器夾套溫度設定成47℃以獲得45℃的反應器內部溫度。在40.5小時之後，反應實現根據HPLC之99.8%轉化率且具有規定之33.67 mL鹼。藉由冷卻至25℃處理反應。添加30 mL of 50% w/w HCl以調節反應pH至1.69且攪拌30分鐘。藉由添加350 mL MTBE萃取反應物。在3200 × g下離心二相混合物30分鐘以輔助分離且壓縮油水界層。傾析且保留有機層。添加200 mL MTBE反萃取水層。藉由旋轉蒸發器組合且濃縮所得MTBE層以得到具有非對映異構體近似%PA為2.5%PA之所需一元酸混合物(25.314 g、90.8%純度)。DCHA 鹽形成
將DF酸酯(5.05 g、0.0243 mol、1.0當量）裝入配備有攪拌棒、回流冷凝器、氮入口及溫度探針之清潔、乾燥100 mL 3頸燒瓶。裝入2.2 mL第三丁基甲基醚[0.43 mL/g DF酸酯]且開始攪拌。裝入40.8 mL正庚烷[8.08 mL/g DF酸酯]且加熱溶液至75℃。在氮氣下在10分鐘內緩慢逐滴添加二環己胺(5.9 mL、0.0294 mol、1.2當量)。在此期間，反應內容物形成均勻漿料。完全添加後，在75℃下攪拌所得漿料1小時，且隨後冷卻至室溫(23℃)。在室溫下攪拌漿料4小時，且隨後冷卻至8℃且保持2小時。過濾冷漿料且使用各4.7 mL 1:1(按體積計)MTBE/庚烷冷溶液[期望DF酸酯DCHA總計1.5 mL/g]洗滌3次。在真空40℃下乾燥經過濾之固體，得到呈白色粉末狀之DF酸酯DCHA(9.22 g、0.73%非對映異構體、根據HPLC 97.6範圍%、89%產率)。 
比較實例2a：2-(二氟甲基)環丙烷-1,1-甲酸(±)-二乙酯(1)之非酶催化水解。
將乙醇(3.79當量)及純化水(5當量)裝入清潔反應器。在15-25℃下將2-(二氟甲基)環丙烷-1,1-甲酸(±)-二乙酯(1
，1當量)加入混合物。將反應物冷卻至5℃且逐滴添加四丁基氫氧化銨(1當量)。在攪拌2小時之後，藉由HPLC對反應物取樣以測定水解程度。進行四丁基氫氧化銨之進一步添加直至根據HPLC殘留二酯＜2%。在0-10℃下將HCl(0.69當量)水溶液(6.9當量)裝入反應器以實現pH≤3。在15-25℃下將MTBE(7.4當量)裝入反應器且攪拌30-60分鐘。分離且保留有機相。在15-25℃及30-40分鐘攪拌下將水相用MTBE(3.18當量)反萃取。將有機層與水溶液分離且與預先萃取層組合。有機層用鹽水(3.44當量水、0.86當量NaCl)洗滌且隨後用水(4.3當量)洗滌。在＜40℃下藉由減壓分離且濃縮有機層。將反應物冷卻至15-25℃，且添加DCHA(.845當量)。在回流下將反應物加熱至55-59℃1-2小時。將反應物冷卻至15-25℃且保持＞8小時。視需要添加庚烷(大約4.4當量）直至根據HPLC非所需非對映異構體＜4%PA。所得固體由過濾捕獲且以MTBE(1.5當量)沖洗。將固體隨後反覆地在MTBE(4.24當量)中再漿化，繼之以同樣的加熱(55-59℃)及冷卻及過濾步驟直至根據HPLC非所需非對映異構體＜1.5%PA。藉由減壓乾燥所得濾餅以去除MTBE，得到所需DCHA外消旋鹽(98%純度、＞97%d.e.、51-58%產率)。 在比較實例2a中概述之步驟以約51%至56%的產率產生呈非對映異構體之混合物形式之產物(約60%d.e.化合物2a
至2b
)。水解循環在約24小時的過程中進行。 對比而言，在實例1a及2中例示之所主張發明之方法以約98%d.e.及約85%產率提供非對映體增濃產物2a
。水解循環亦在約24小時的過程中進行。實例 3 ： 在通向原料藥途中之酶催化解析
如流程2中所示，(±)-2a
可藉由一組胺化及解析反應轉化成原料藥或併入於原料藥中。 例示性胺化反應示於以下流程7中：
流程 7 ：
非對映體增濃(±)-2-(二氟甲基)-1-(烷氧羰基)環丙烷甲酸之胺化。 可使用酶催化解析進行胺化產物、外消旋胺基酯((±)-3
)之解析，如流程8中所示且描述於以下合成步驟中：
流程 8 ：
外消旋胺基酯((±)-3
)之酶催化解析。 將胺基酯((±)-3
)在丙酮中之溶液與碳酸氫鈉/碳酸鈉緩衝劑水溶液混合。添加Alcalase® 2.4 L(每g(±)-3
1.3 g)且在40℃下攪拌混合物。在反應完成之後，去除水層中之對映異構體(SS-4
)且將產物(RR-3
)萃取至MTBE。根據標準皂化過程可將產物(RR-3
)轉化成胺基酸(RR-4
)。參考引用
貫穿本申請案所引用之所有參考文獻(包括文獻參考、頒予之專利、公開之專利申請案及同在申請中之專利申請案)之全部內容在此以全文引用之方式明確地併入本文中。除非另外定義，否則本文所用之所有技術術語及科學術語與一般熟悉此項技術者通常已知之含義一致。等效物
熟習此項技術者將認識到或能夠僅使用常規實驗即可確定本文所描述之本發明之具體實施例的許多等效物。希望此類等效物被以下申請專利範圍涵蓋。本申請案通篇所引用之所有參考文獻、專利及公開之專利申請案及專利申請案之內容均以引用之方式併入本文中。
圖 1
係BsteE
酯酶之系譜樹。與BsteE
酯酶密切相關之酶具有類似的胺基酸序列，且因此在本文所述之非對映立體選擇性方法中可起類似於BsteE
酯酶的作用。圖 2
含有兩個展示突變體T25H/L92H及T25H/L92H/K121H與脂肪嗜熱芽孢桿菌(B. stearothermophilus
)野生型酯酶轉化及非對映異構選擇性(%d.e.
)之比較之圖。反應條件：200 mM NaHPO4
(pH 8)、250 RPM、40℃、10 g/L受質、10 mL 反應體積及1 mg/mL各酶之澄清溶解產物。圖 3
係展示突變體T25H/L92H及T25H/L92H/K121H與脂肪嗜熱芽孢桿菌野生型酯酶轉化及非對映異構選擇性(%d.e.
)之比較之圖。反應條件：200 mM NaHPO4
(pH 8)、250 RPM、40℃、10 g/L受質、10 mL反應體積及1 mg/mL各酶之澄清溶解產物。
Claims (43)
- 一種生產非對映體增濃化合物之根據反應流程A之方法，
- 如請求項1之方法，其中R1為(C6)烷基。
- 如請求項1之方法，其中R1為(C5)烷基。
- 如請求項1之方法，其中R1為(C4)烷基。
- 如請求項1之方法，其中R1為(C3)烷基。
- 如請求項1之方法，其中R1為乙基。
- 如請求項1之方法，其中R1為甲基。
- 如請求項1之方法，其中R2為-CF2H。
- 如請求項1之方法，其中R2為-CH=CH2。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其中該BsteE酯酶突變體具有T25H之第一突變、L92H之第二突變及選自由以下組成之群的第三突變：K121R、K121Y、K121H、K121D、K121L、M126F、M126V、M126I、M126Q、M194L、M194A、L166N、L166M、I170N及I170Q。
- 如請求項10之方法，其中該第三突變選自由以下組成之群：K121R、K121Y、K121H、K121D、K121L、M126V、M126I、M126Q、M194L及L166M。
- 如請求項11之方法，其中該第三突變選自由以下組成之群：K121Y、K121H、K121D、K121L、M126V、M126I、M126Q及L166M。
- 如請求項12之方法，其中該第三突變選自由以下組成之群：K121Y、K121H、K121D及K121L。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其中該第一酶之裝載量與流程A中之起始物質比較為約50重量%至約200重量%。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其中該第一溶劑包含一或多種有機溶劑。
- 如請求項15之方法，其中該第一溶劑包含庚烷及甲基第三丁基醚。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其中該第一溶劑進一步包含水性緩衝劑。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其中該第一溶劑進一步包含鹼。
- 如請求項18之方法，其中該鹼為二(烷基)胺。
- 如請求項19之方法，其中該鹼為二(環己基)胺或二(苄基)胺。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其中該第一pH為約5至約10。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其中該第一溫度為約10℃至約60℃。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其中該第一時間段為約2小時至約48小時。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其進一步包含將反應流程A之反應產物與鹼接觸以獲得化合物之鹽。
- 如請求項24之方法，其中該鹼為係二(烷基)胺。
- 如請求項25之方法，其中該鹼為二(環己基)胺或二(苄基)胺。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其中該反應產物之非對映異構體過量大於約90%。
- 如請求項27之方法，其中該反應產物之非對映異構體過量大於約95%。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其進一步包含根據反應流程B之步驟：
- 如請求項29之方法，其中該第二酶為Alcalase® 2.4L。
- 如請求項29之方法，其中該第二酶之裝載量與流程B中之起始物質比較為約50重量%至約200重量%。
- 如請求項29之方法，其中該第二溶劑包含水性緩衝劑。
- 如請求項32之方法，其中第二溶劑包含碳酸氫鈉/碳酸鈉緩衝溶液。
- 如請求項32之方法，其中該第二溶劑進一步包含有機溶劑。
- 如請求項29之方法，其中該第二pH為約5至約10。
- 如請求項29之方法，其中該第二溫度為約10℃至約60℃。
- 如請求項29之方法，其中該第二時間段為約2小時至約48小時。
- 一種多肽，其包含相對於SEQ ID NO：2之序列具有至少兩個胺基酸取代之胺基酸序列；其中該胺基酸序列包含T25H之第一突變及L92H之第二突變。
- 如請求項38之多肽，其包含選自由以下組成之群的第三突變：C115S、C115A、K121R、K121Y、K121H、K121D、K121L、K121T、K121A、K121N、E123T、M126F、M126V、M126I、M126Q、M126N、K164S、L166N、L166M、L166I、L166T、L166A、I170N、I170Q、I170V、I170T、I170A、D172N、M194A、M194L、I195G、I195A、I195V及K215N。
- 如請求項39之多肽，其包含選自由以下組成之群的第三突變：K121R、K121Y、K121H、K121D、K121L、M126F、M126V、M126I、M126Q、M194L、M194A、L166N、L166M、I170N及I170Q。
- 如請求項40之多肽，其中該第三突變選自由以下組成之群：K121R、K121Y、K121H、K121D、K121L、M126V、M126I、M126Q、M194L及L166M。
- 如請求項41之多肽，其中該第三突變選自由以下組成之群：K121Y、K121H、K121D、K121L、M126V、M126I、M126Q及L166M。
- 如請求項41之多肽，其中該第三突變選自由以下組成之群：K121Y、K121H、K121D及K121L。
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