CN102206683A - 一种酵母全细胞催化合成光学活性芳基邻二醇的方法 - Google Patents
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Abstract
一种酵母全细胞催化还原α-羟基芳香酮制备光学活性芳基邻二醇的方法，属于生物催化方法制备光学活性醇的技术领域。本发明利用酵母全细胞作为生物催化剂催化不对称还原α-羟基芳香酮，获得了较高的底物转化率和产物对映体过量值。利用本发明在底物浓度为5.0～15g/L时，根据不同的底物选择不同条件的酵母全细胞催化体系，此时底物α-羟基芳基酮的转化率达到72.4～98.4％，产物光学活性芳基邻二醇的对映体过量值达到92.2～99.7％，具有较高的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及生物催化方法制备光学活性醇的技术领域，特别涉及一种新型光学活性芳基邻二醇的制备方法。
背景技术
光学活性芳基邻二醇分子中除含有两个羟基外，分子中还具有芳环，可以进行一系列的官能团转化，对其结构进行适当的修饰或改造，可作为一些药物的先导化合物，一些光学活性芳基邻二醇本身就具有一定的生物活性，光学活性芳基邻二醇作为理想的手性合成砌块，是许多光学纯药物的重要中间体，同时在农药、信息素、香料原料、材料等精细化工领域也具有广泛的应用价值。因此，研究和探索光学活性芳基邻二醇的合成方法具有十分重要的意义。
利用芳烯的不对称双羟化反应、芳酮的不对称氢化反应以及芳基环氧化物的不对称开环反应等化学催化不对称反应是制备光学活性芳基邻二醇的重要方法，但存在着高效低污染的配体不易合成、环境污染较严重等问题。
生物催化的不对称合成反应为化学家开辟了另一个新天地，同时也是合成化学、微生物学和生物化学等多种学科相互交融的研究领域。面包酵母由于含有脱氢酶、酯酶、还原酶等多种酶在生物不对称还原尤其在催化羰基及活性碳碳双键不对称还原方面应用广泛。使用全细胞酵母细胞催化，可以省去昂贵的单一酶的分离纯化费用，更重要的是酵母细胞体内含有氧化还原所需的辅助因子及其再生***，只需廉价的碳源就可以进行辅酶再生，同时具有以下优点：(1)它在pH 5～7.8的水中表现出很好的活性，因此反应条件温和，在中性、常温、常压下使反应顺利进行，尤其适合于对酸碱敏感基团的反应；(2)本身结构为一手性大分子，可以和消旋化合物的两个对映体以不同的速度进行反应，而达到动力学拆分的目的；(3)它能在某些有机分子的非活性中心发生反应，可以得到难于用一般化学反应获得的产物。
已有关于生物催化合成光学活性芳基邻二醇的研究报道。文献(CancerDetection and Prevention.1997，280-287)利用***滑假丝酵母(Candidaparapsilosis IFO0708)全细胞立体选择性转化外消旋苯基乙二醇，得到S-苯基乙二醇(99％e.e.)。文献(Lett.Org.Chem，2006，3，613-618)筛选了一系列真菌细胞制备光学活性芳基邻二醇；文献(Chem.Commun，2009，1481-1483)报道了一种新型多步串联生物催化剂制备光学活性芳基邻二醇，针对各反应步骤选用合适的生物催化剂进行生物转化，取得了令人满意的效果。目前生物催化合成光学活性芳基邻二醇的生物催化剂主要集中在微生物领域，包括酵母菌、真菌和细菌等。而以α-羟基芳香酮作为底物不对称还原制备手性芳基乙二醇则未见报道。本发明介绍了酵母全细胞作为生物催化剂应用于光学活性芳基邻二醇的合成。
发明内容
本发明的目的是提供一种酵母全细胞催化不对称还原α-羟基芳香酮制备光学活性芳基邻二醇的方法。将酵母全细胞催化不对称还原α-羟基芳香酮，通过反应条件的调控，可明显提高底物α-羟基芳香酮的转化率和产物光学活性芳基邻二醇的对映体过量值。
采用的技术方案如下：
(1)干酵母在反应介质中活化：反应介质为pH 5.0～7.8磷酸盐缓冲溶液，干酵母为市售面包酵母，干酵母在介质中的浓度为100～200g/L，活化温度为28～36℃，活化时振荡速度为120r/min，活化时间为0.2～1h；
(2)在活化后的体系中加入α-羟基芳香酮，进行催化不对称还原芳香酮的生物转化反应，底物芳香酮浓度为5.0～15g/L，反应温度为28～36℃，反应时振荡速度为120r/min，反应时间为12～36h；
(3)反应结束后用溶剂乙酸乙酯萃取分离反应物，分析检测所得光学活性醇。反应结束后用适量溶剂乙酸乙酯萃取后离心分离，萃取液浓缩后利用装有Chiralcel OB-H手性柱或Chiralcel OD-H手性柱的高效液相色谱仪检测，计算出底物转化率和产物的对映体过量值。最后经柱层析分离得到光学活性芳基邻二醇。
本发明的有益效果：本发明利用酵母全细胞作为生物催化剂催化不对称还原α-羟基芳香酮。利用本发明在底物浓度为5.0～15g/L时，根据不同的底物选择不同的酵母全细胞催化体系，此时底物α-羟基芳基酮的转化率达到72.4～98.4％，产物光学活性芳基邻二醇的对映体过量值达到92.2～99.7％，具有较高的应用价值。
具体实施方式
下面实施例可以使本领域技术人员全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1：在一锥形瓶中加入0.1mol/L，pH＝6.2的磷酸盐缓冲液100mL和15g酵母细胞，在32℃条件下于水浴恒温振荡仪中振荡(120r/min)0.5h，使酵母细胞活化，然后加入0.70g(7g/L)α-羟基苯乙酮，在相同温度下振荡反应36h。反应结束后，将100mL乙酸乙酯加入到反应液中，振荡萃取后离心分离，分出萃取液，萃取液浓缩后用装有Chiralcel OB-H手性柱的高效液相色谱仪检测，底物α-羟基苯乙酮的转化率和产物R-1，2-苯基乙二醇的对映体过量值分别是83.2％和97.0％。最后经柱层析分离，石油醚/乙酸乙酯＝4∶1(V/V)为洗脱剂，得到0.46g R-1，2-苯基乙二醇。
实施例2：在一锥形瓶中加入0.1mol/L，pH＝7.0的磷酸盐缓冲液100mL和17g酵母细胞，在24℃条件下于水浴恒温振荡仪中振荡(120r/min)0.5h，使酵母细胞活化，然后加入0.50g(5.0g/L)α-羟基对甲基苯乙酮，在相同温度下振荡反应32h。反应结束后，将100mL乙酸乙酯加入到反应液中，振荡萃取后离心分离，分出萃取液，萃取液浓缩后用装有Chiralcel OB-H手性柱的高效液相色谱仪检测，底物α-羟基对甲基苯乙酮的转化率和产物R-4’-甲基-1，2-苯基乙二醇的对映体过量值分别是97.6％和99.7％。最后经柱层析分离，石油醚/乙酸乙酯＝4∶1(V/V)为洗脱剂，得到0.39g R-4’-甲基-1，2-苯基乙二醇。
实施例3：在一锥形瓶中加入0.1mol/L，pH＝7.8的磷酸盐缓冲液100mL和15g酵母细胞，在30℃条件下于水浴恒温振荡仪中振荡(120r/min)0.5h，使酵母细胞活化，然后加入1.5g(15g/L)α-羟基对甲氧基苯乙酮，在相同温度下振荡反应36h。反应结束后，将100mL乙酸乙酯加入到反应液中，振荡萃取后离心分离，分出萃取液，萃取液浓缩后用装有Chiralcel OB-H手性柱的高效液相色谱仪检测，底物α-羟基对甲氧基苯乙酮的转化率和产物R-4’-甲氧基-1，2-苯基乙二醇的对映体过量值分别是72.4％和92.2％。最后经柱层析分离，石油醚/乙酸乙酯＝4∶1(V/V)为洗脱剂，得到0.86g R-4’-甲氧基-1，2-苯基乙二醇。
实施例4：在一锥形瓶中加入0.1mol/L，pH＝7.0的磷酸盐缓冲液50mL和15g酵母细胞，在32℃条件下于水浴恒温振荡仪中振荡(120r/min)0.5h，使酵母细胞活化，然后加入1.5g(15.0g/L)α-羟基对氯苯乙酮，在相同温度下振荡反应24h。反应结束后，将100mL乙酸乙酯加入到反应液中，振荡萃取后离心分离，分出萃取液，萃取液浓缩后用装有Chiralcel OD-H手性柱的高效液相色谱仪检测，底物α-羟基对氯苯乙酮的转化率和产物R-4’-氯-1，2-苯基乙二醇的对映体过量值分别是98.4％和99.1％。最后经柱层析分离，石油醚/乙酸乙酯＝4∶1(V/V)为洗脱剂，得到1.1g R-4’-氯-1，2-苯基乙二醇。
实施例5：在一锥形瓶中加入0.1mol/L，pH＝6.5的磷酸盐缓冲液100mL和15g酵母细胞，在34℃条件下于水浴恒温振荡仪中振荡(120r/min)0.5h，使酵母细胞活化，然后加入1.5g(15g/L)α-羟基间氯苯乙酮，在相同温度下振荡反应30h。反应结束后，将100mL乙酸乙酯加入到反应液中，振荡萃取后离心分离，分出萃取液，萃取液浓缩后用装有Chiralcel OB-H手性柱的高效液相色谱仪检测，底物α-羟基间氯苯乙酮的转化率和产物R-3’-氯-1，2-苯基乙二醇的对映体过量值分别是95.4％和97.3％。最后经柱层析分离，石油醚/乙酸乙酯＝4∶1(V/V)为洗脱剂，得到1.0g R-3’-氯-1，2-苯基乙二醇。
Claims (3)
1.一种酵母全细胞催化还原α-羟基芳香酮制备光学活性芳基邻二醇的方法，其特征是利用酵母全细胞作为生物催化剂催化不对称还原α-羟基芳香酮制备光学活性芳基邻二醇，催化还原步骤为：
(1)酵母全细胞在反应介质中活化：反应介质为pH 5.0～7.8磷酸盐缓冲溶液，酵母全细胞在介质中的浓度为100～200g/L，活化温度为28～36℃，活化时振荡速度为120r/min，活化时间为0.2～1h；
(2)在活化后的体系中加入α-羟基芳香酮，进行催化不对称还原α-羟基芳香酮的生物转化反应，底物α-羟基芳香酮浓度为5.0～15g/L，反应温度为28～36℃，反应时振荡速度为120r/min，反应时间为12～36h；
(3)反应结束后用溶剂乙酸乙酯萃取分离反应物，分析检测所得光学活性醇的转化率和对映体过量值，经柱层析分离得到光学活性芳基邻二醇。
2.根据权利要求1所述方法，其特征是底物α-羟基芳香酮为α-羟基苯乙酮、α-羟基对甲基苯乙酮、α-羟基对甲氧基苯乙酮、α-羟基对硝基苯乙酮、α-羟基邻氯苯乙酮、α-羟基间氯苯乙酮或α-羟基对氯苯乙酮，产物手性芳基邻二醇分别为R-1，2-苯基乙二醇、R-4’-甲基-1，2-苯基乙二醇、R-4’-甲氧基-1，2-苯基乙二醇、R-4’-硝基-1，2-苯基乙二醇、R-2’-氯-1，2-苯基乙二醇、R-3’-氯-1，2-苯基乙二醇或R-4’-氯-1，2-苯基乙二醇。
3.根据权利要求1所述方法，其特征是酵母为市售干酵母。
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