CN101085990B

CN101085990B - 一种制备手性芳基仲醇的方法

Info

Publication number: CN101085990B
Application number: CN200710042880A
Authority: CN
Inventors: 徐毅; 王各; 许建和; 张伶娜
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2027-06-27
Also published as: CN101085990A

Abstract

本发明公开了一种制备手性芳基仲醇的方法：a.利用化学氧化剂在添加β-环糊精的水相中将消旋体芳基仲醇氧化为相应的芳基酮，反应时间为6～24小时；b.在上述溶液中加入还原性添加剂反应30分钟，再加入碱性物质，调节反应液的pH值到7.0；c.将红酵母(Rhodotorula sp.)ECU316-1CGMCC NO.1735的静息细胞置于上述反应液中催化氧化产物芳基酮不对称还原为(S)-芳基仲醇；d.反应液经分离纯化后得到目标产物。本发明采用化学-生物法组合的方法将消旋体芳基仲醇转变为高光学纯度(＞99％)的手性芳基仲醇，反应条件温和、操作简单、催化剂易于制备，具有良好的工业应用开发前景。

Description

一种制备手性芳基仲醇的方法

技术领域

本发明涉及芳基醇的制备方法，更具体的说是涉及一种通过化学与生物催化组合制备手性芳基仲醇的方法。

背景技术

手性醇是一类重要的手性化合物，可以作为重要的手性中间体和原料应用于医药及精细化学品的合成。它的合成方法一般可以分为两种：消旋体醇的动力学拆分和前体酮的不对称还原(包括生物催化和化学催化的方法)。一般动力学拆分的理论产率只有50％，而不对称还原的方法可以在理论上以100％的产率得到光学纯的手性醇化合物。但在一些情况下消旋的醇更容易获得，而前体酮不易获得且价格昂贵。在这种情况下，以消旋的醇作为目标底物，探索以100％理论产率得到100％ee值手性醇的新方法就成为人们感兴趣的研究目标。从当前的文献报道看，主要有两种方法来达致这一目标：一为动态动力学拆分，主要是在有机相中利用水解酶催化醇的转酯化拆分反应的过程中原位偶联一个底物醇的消旋反应，催化消旋反应的一般为重金属配位催化剂。另一种方法是利用一种或两种微生物将消旋的醇去消旋化转变为单一构型的手性醇，它是通过将微生物体内选择性互补的两个氧化还原酶耦合来实现的。这一过程可以实现以100％的理论产率制备光学纯的手性醇。然而如何针对特定的底物快速有效的找到合适的能催化去消旋化反应的微生物菌种成了这一过程能否成功的关键。一般而言，高立体选择性的微生物醇氧化酶报道的并不多见，而微生物还原酶则有很多报道，例如，Tetrahedron：Asymmetry 2006，17：1769-1774，杨巍等曾报道红酵母Rhodotorula sp.AS2.2241，可以高立体选择性的还原一系列芳基酮为手性的芳基仲醇。

液态醇氧化制醛或酮是非常重要的有机化学反应过程，在大规模化学工业生产及精细化工品的生产中有着广泛的应用。近年来，由于能源、环境等要求的提高，温和、高效的醇类化合物氧化反应逐渐成为研究的热点。也已成功开发出一系列温和的氧化反应过程，其中包括在水相介质中的温和氧化反应体系(Dorit，Adv.Synth.Catal.2004，346，339-345)。

针对上述现有技术背景，我们认为将化学氧化与酶法还原组合有可能以100％的理论产率将消旋的芳基醇转化为相应的(S)-芳基醇，从而突破传统动力学拆分得到50％手性芳基醇的理论极限，具有较好的应用前景。Busto等(Adv.Synth.Catal.2006，348，2626-2632)最近报道了一种将化学氧化与生物还原相结合制备1-(3-吡啶基)乙醇的方法，这种方法是利用三氧化铬为氧化剂在丙酮中首先将消旋的醇氧化为相应的酮，之后再利用面包酵母将酮还原为手性醇。这样就实现了由消旋的醇到手性醇的转化。但这种方法有以下缺点：首先，第一步化学氧化反应是在有机溶剂中进行的，显然对环境不利；其次，第一步氧化反应结束后要经过沉淀、过滤、洗涤和蒸馏分离纯化多个步骤得到酮的纯品后再用于第二步生物还原，整个操作过程比较繁琐。因此有必要发展一种温和高效、操作简单的化学-酶法组合制备手性醇的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种由消旋的芳基醇经过化学反应和生物催化以高产率制备手性芳基醇的方法。

本发明采用的技术方案：本发明是基于这样的设想实现的，即首先利用一种化学氧化剂于温和条件下在水相介质中高化学选择性地氧化消旋芳基醇为相应芳基酮，然后直接加入少量添加剂消除第一步反应残余的微量氧化剂，再在此反应混合物中加入高立体选择性还原酶或细胞催化第一步氧化产物芳基酮不对称还原为手性芳基醇，通过上述过程，可以实现化学-生物组合法将消旋体芳基醇转变为单一构型的手性芳基醇。一种制备手性芳基仲醇的方法，包括下列步骤：

a.利用化学氧化剂在添加β-环糊精的水相中将消旋体芳基仲醇氧化为相应的芳基酮，反应时间为6～24小时，其中所述消旋体芳基仲醇的结构通式为：R₁CH(OH)CH₃，取代基R₁为-C₆H₄X，其中的取代基X选自-H、-CH₃、-F、-Cl、-Br、-I、-OH、-NH₂或-NO₂其中之一；

b.在上述溶液中加入还原性添加剂反应30分钟，再加入碱性物质，调节反应液的pH值到7.0，其中所述还原性添加剂选自硫代硫酸钠、亚硫酸钠或亚硫酸氢钠其中之一；

c.将红酵母(Rhodotorula sp.)ECU316-1 CGMCC NO.1735的静息细胞置于上述pH值为7.0的反应液中，催化上述氧化产物芳基酮的不对称还原为(S)-芳基仲醇；

d.反应液经分离纯化后得到目标产物光学纯(S)-芳基仲醇。

步骤a中所述化学氧化剂选自为N-溴代丁二酰亚胺(NBS)或2-碘酰基苯甲酸(IBX)。

步骤b中所述碱性物质选自氢氧化钠或磷酸氢二钾。

步骤c催化反应中反应温度控制为20～50℃，反应时间为12～72小时。

本发明的有益效果，本发明设计了一种新颖的“两步法，一锅煮”的方法，即首先利用一种化学氧化剂在温和条件下(例如可以在室温下，水相介质中)高化学选择性的氧化消旋醇为相应酮；其次加入还原性添加剂以充分消除第一步反应残余的微量氧化剂对酶或细胞的伤害，形成一种生物相容性非常好的反应体系，这样就可以充分发挥生物催化剂的催化性能；之后再在此反应混合物中直接加入高立体选择性氧化还原酶催化羰基的不对称还原为手性醇。通过上述过程，可以极大的减少有机溶剂的使用量，非常方便的实现“一锅煮”的“化学-酶法”组合将消旋体转变为单一构型的手性醇。本发明采用上述化学-生物法组合的方法将消旋体芳基仲醇转变为高光学纯度(＞99％)的手性芳基仲醇，反应条件温和、催化剂易于制备，具有一定的工业应用开发前景。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步详细描述：一种制备手性芳基仲醇的方法，包括下列步骤：a.利用化学氧化剂在添加β-环糊精的水相中将消旋体芳基仲醇氧化为相应的芳基酮，反应时间为6～24小时，其中所述消旋体芳基仲醇的结构通式为：R₁CH(OH)CH₃，取代基R₁为-C₆H₄X，其中的取代基X选自-H、-CH₃、-F、-Cl、-Br、-I、-OH、-NH₂或-NO₂其中之一；b.在上述溶液中加入还原性添加剂反应30分钟，再加入碱性物质，调节反应液的pH值到7.0，其中所述还原性添加剂选自硫代硫酸钠、亚硫酸钠或亚硫酸氢钠其中之一；c.将红酵母(Rhodotorula sp.)ECU316-1 CGMCC NO.1735的静息细胞置于上述pH值为7.0的反应液中，催化上述氧化产物芳基酮的不对称还原为(S)-芳基仲醇；d.反应液经分离纯化后得到目标产物光学纯(S)-芳基仲醇。步骤a中所述化学氧化剂选自为N-溴代丁二酰亚胺(NBS)或2-碘酰基苯甲酸(IBX)。步骤b中所述碱性物质选自氢氧化钠或磷酸氢二钾。步骤c催化反应中反应温度控制为20～50℃，反应时间为12～72小时。步骤a中所述化学氧化剂与所述芳基仲醇的摩尔比可以为1∶1～5∶1步骤a中所述β-环糊精与所述芳基仲醇的摩尔比可以为1∶1～1∶10。步骤c中所述红酵母细胞浓度可以为10～100g(湿重)/L。

实施例1

芳基仲醇的化学氧化(以1-苯乙醇为例)。在15ml去离子水中加入1mmol β-环糊精，加热到50～60℃使其全溶，缓慢加入1mmol消旋1-苯乙醇的甲醇溶液1ml，待冷却到室温后，缓慢加入NBS 1 mmol，室温下反应24h。1-苯乙醇的转化率大于99％。

实施例2

芳基仲醇的化学氧化(以1-苯乙醇为例)。在15ml去离子水中加入0.1mmol β-环糊精，缓慢加入1mmol消旋1-苯乙醇的甲醇溶液1ml，待冷却到室温后，缓慢加入IBX 1.2mmol，室温下反应24h。1-苯乙醇的转化率大于99％。

实施例3

红酵母(Rhodotorula sp.)ECU316-1 CGMCC NO.1735的发酵培养。培养基配方为：葡萄糖15.0g/L，酵母膏5.0g/L，蛋白胨5.0g/L，KH₂PO₄ 1.0g/L，K₂HPO₄·3H₂O 0.5g/L，NaCl 1.0g/L，MgSO₄ 0.5g/L，pH 7.0。取4℃保存的红酵母斜面菌种，挑取一环接种至装有50ml培养基的250ml摇瓶中，在30℃下，160rpm振摇培养48h，离心收获细胞。发酵液酶活力约为20～40U/L，细胞浓度约10～20g(湿重)/L，单位细胞的酶活力为2U/g湿细胞。细胞活力单位的定义为：在30℃，pH 7.0的条件下，每分钟催化苯乙酮还原生成1.0μmol 1-苯乙醇所需的细胞量。

实施例4

化学氧化与生物催化还原偶联制备(S)-1-苯乙醇。按照实施例1所述的方法，利用NBS将1mmol 1-苯乙醇氧化，反应24h后在反应液中加入0.1mmol硫代硫酸钠继续反应30分钟，然后加入1mol/L的磷酸氢二钾0.3ml调反应液的pH值为7.0，并加PH7.0磷酸钾盐缓冲溶液(0.1mol/L)使反应体积稀释到60ml，之后加入4克湿重的按照实施例3的方法培养的红酵母细胞，反应混合物在30℃、160r/min的恒温摇床上振摇反应，间歇取样以乙酸乙酯萃取，用手性气相色谱(色谱柱为β-DEX120毛细管手性气相色谱柱)分析产物的对映体过量值和产率。反应48小时后，用等体积乙酸乙酯萃取反应液3遍，合并乙酸乙酯相，加入无水硫酸钠干燥过夜，减压回收溶剂，剩余物进行柱层析纯化。(S)-1-苯乙醇的分析产率为95％(分离收率为75％)，ee＞99％。

实施例5

化学氧化与生物催化还原偶联制备(S)-1-(2-氟苯基)乙醇。按照实施例2所述的化学氧化的方法，利用IBX将1mmol 1-(2-氟苯基)乙醇氧化，反应24h后在反应液中加入0.1mmol亚硫酸钠继续反应30分钟，然后加入1mol/L的氢氧化钠水溶液0.25ml调反应液的pH值为7.0，并加PH7.0磷酸钾盐缓冲溶液(0.1mol/L)使反应体积稀释到60ml，之后加入4克湿重的按照实施例3的方法培养的红酵母细胞，反应混合物在30℃、160r/min的恒温摇床上振摇反应，间歇取样以乙酸乙酯萃取，用手性气相色谱(色谱柱为β-DEX120毛细管手性气相色谱柱)分析产物的对映体过量值和产率。反应36小时后，用等体积乙酸乙酯萃取反应液3遍，合并乙酸乙酯相，加入无水硫酸钠干燥过夜，减压回收溶剂，剩余物进行柱层析纯化。(S)-1-(2-氟苯基)乙醇的分析产率为96％(分离收率为82％)，ee＞99％。

实施例6

化学氧化与生物催化还原偶联制备(S)-1-(3-氯苯基)乙醇。按照实施例1所述的化学氧化的方法，利用NBS将1mmol 1-(3-氯苯基)乙醇氧化，反应12h后在反应液中加入0.1mmol硫代硫酸钠继续反应30分钟，然后加入1mol/L的磷酸氢二钾0.3ml调反应液的pH值为7.0，之后加入4克湿重的按照实施例3的方法培养的红酵母细胞，反应混合物在30℃、160r/min的恒温摇床上振摇反应，间歇取样以乙酸乙酯萃取，用手性气相色谱(色谱柱为β-DEX120毛细管手性气相色谱柱)分析产物的对映体过量值和产率。反应36小时后，用等体积乙酸乙酯萃取反应液3遍，合并乙酸乙酯相，加入无水硫酸钠干燥过夜，减压回收溶剂，剩余物进行柱层析纯化。(S)-1-(3-氯苯基)乙醇的分析产率为93％(分离收率为80％)，ee＞99％。

以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种制备手性芳基仲醇的方法，包括下列步骤：

a.利用N-溴代丁二酰亚胺NBS或2-碘酰基苯甲酸IBX在添加β-环糊精的水相中将消旋体芳基仲醇氧化为相应的芳基酮，反应时间为6～24小时，其中所述消旋体芳基仲醇的结构通式为：R₁CH(OH)CH₃，取代基R₁为-C₆H₄X，其中的取代基X选自-H、-CH₃、-F、-Cl、-Br、-I、-OH、-NH₂或-NO₂其中之一；

b.在上述溶液中加入还原性添加剂反应30分钟，再加入氢氧化钠或磷酸氢二钾，调节反应液的pH值到7.0，其中所述还原性添加剂选自硫代硫酸钠、亚硫酸钠或亚硫酸氢钠其中之一；

c.将红酵母(Rhodotorula sp.)ECU316-1CGMCC NO.1735的静息细胞置于上述pH值为7.0的反应液中，催化上述氧化产物芳基酮不对称还原为(S)-芳基仲醇；

d.反应液经分离纯化后得到目标产物光学纯(S)-芳基仲醇。

2.根据权利要求1所述制备手性芳基仲醇的方法，其特征在于：步骤c催化反应中反应温度控制为20～50℃，反应时间为12～72小时。