面包酵母催化不對稱還原2-羰基-4-苯基丁酸乙酯的研究.pdf

1、α-羥基酯易被轉(zhuǎn)化為其它功能基團(tuán)而被作為天然產(chǎn)物及手性藥物合成中重要的“手性砌塊”，(R)-2-羥基-4-苯基丁酸乙酯((R)-EHPB)是其中一種重要的手性物質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于普利系列血管緊張肽轉(zhuǎn)化酶(ACE，全稱angiotensin converting enzyme)抑制劑的合成工業(yè)。生物法合成(R)-EHPB因其自身的優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，本論文利用廉價(jià)易得的面包酵母作為生物催化劑，直接催化2-氧代-4-苯基丁酸乙酯(EOPB)不對稱

2、還原合成(R)-EHPB。目前，此過程中仍存在如產(chǎn)物立體選擇性不高，明顯的底物及產(chǎn)物抑制作用，化學(xué)添加劑的毒性，缺少能源供體(糖類等難溶于有機(jī)溶劑)難以實(shí)現(xiàn)輔酶的原位再生等諸多問題。
　　 水相中面包酵母催化還原EOPB，產(chǎn)物以(S)-EHPB為主，e.e.(S)為70-80%。通過研究反應(yīng)進(jìn)程，分析了副產(chǎn)物苯丙醇的生成機(jī)理，并提出了可行的抑制副反應(yīng)的方法。有機(jī)溶劑中面包酵母催化不對稱還原EOPB反應(yīng)的研究表明，選擇合適的有機(jī)溶

3、劑作為反應(yīng)介質(zhì)，有利于提高酵母催化EOPB合成(R)-EHPB的反應(yīng)立體選擇性。經(jīng)篩選，市售桃花牌酵母在乙醚單相體系中催化EOPB的反應(yīng)效果最佳。最適酵母濃度、初始加水量和反應(yīng)溫度分別為50 g L-1，30 g L-1和30℃。向反應(yīng)體系中直接添加氯代苯乙酮(α-PC)，可有效地提高酵母催化EOPB(5 mmol L-1)合成(R)-EHPB的反應(yīng)立體選擇性，但α-PC長時(shí)間與酵母接觸也存在毒性影響，降低酵母催化活性，減小EHPB產(chǎn)率

4、。為此設(shè)計(jì)了4種α-PC添加策略，發(fā)現(xiàn)策略4(Strategy4)中，經(jīng)α-PC預(yù)處理操作后的面包酵母既提高立體選擇性，又改善了催化活性。面包酵母經(jīng)α-PC(8 g L-1)預(yù)處理僅4h后，催化還原EOPB轉(zhuǎn)化率、EHPB產(chǎn)率及e.e.(R)-EHPB分別由86.8%，60.8%和62.7%(未使用α-PC)提高至95.9%，90.2%和92.0%(Strategy4)。使用結(jié)構(gòu)如α-PC分子中含被羰基活化的鹵甲基的化學(xué)添加劑預(yù)處理酵母

5、后，反應(yīng)的立體選擇性均有所提高，說明起作用的關(guān)鍵官能團(tuán)可能是α-PC分子中的活潑氯甲基。利用紫外及熒光光譜觀察酵母預(yù)處理過程中α-PC對酵母醇脫氫酶的影響，經(jīng)α-PC處理之后的面包酵母樣品的醇脫氫酶吸收峰的峰位和強(qiáng)度均發(fā)生變化，但經(jīng)苯乙酮預(yù)處理的酵母樣品的紫外吸收光譜曲線較空白樣品未發(fā)生變化。激發(fā)波長在295 nm時(shí)的熒光光譜也得出相似結(jié)果。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，α-PC的活潑氯甲基確實(shí)與酵母醇脫氫酶發(fā)生了某種不可逆相互作用，較大地改變了酵

6、母的催化行為。
　　 利用液液雙相體系作為反應(yīng)介質(zhì)，克服了單相體系中的底物及產(chǎn)物抑制、底物濃度偏低、有機(jī)溶劑的毒性及無法實(shí)現(xiàn)輔酶原位再生等不利影響。在水/苯雙相體系中面包酵母(經(jīng)過預(yù)處理)表現(xiàn)出較好的催化活性及立體選擇性，底物濃度較有機(jī)單相體系提高了近四倍(20 mmol L-1)，在合適的反應(yīng)條件下，即Vaq/Vben=20:40，磷酸鹽緩沖液pH8.0，30℃，添加乙醇(1.5%，v/v)輔底物等，EOPB轉(zhuǎn)化率、EHPB產(chǎn)

7、率及e.e.(R)-EHPB分別達(dá)到95.4%、83.2%和97.0%。在[BMIM][PF6]/水(10:1，v/v)雙相體系中，面包酵母催化EOPB反應(yīng)產(chǎn)物立體選擇性由微水離子液體[BMIM][PF6]單相體系中的S構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)镽構(gòu)型。添加輔底物乙醇1%(v/v)，e.e.(R)-EHPB由6.42%提高至82.5%。使用3.2.2節(jié)Strategy4中的經(jīng)α-PC預(yù)處理的面包酵母催化還原EOPB，反應(yīng)立體選擇性達(dá)到89.4%(e.e

8、.(R))，且EHPB產(chǎn)率增至56.4%。盡管[BMIM][PF6]粘度大，極性較高，但面包酵母在離子液體[BMIM][PF6]/水(10:1，v/v)雙相體系中仍具有較好的催化立體選擇性，說明[BMIM][PF6]/水雙相體系中的酵母催化反應(yīng)具有進(jìn)一步研究價(jià)值。
　　 首次設(shè)計(jì)并主要合成了兩類結(jié)構(gòu)如下所示的離子液體。
　　 測定了不同乙氧基鏈長的上述離子液體在有機(jī)溶劑中的溶劑性能，找到了具有“室溫均相，高溫分相”的溫控

9、離子液體/有機(jī)溶劑液液雙相體系。在由含乙氧基鏈的季胺鹽型離子液體IL2、乙二醇二甲醚組成的溫控離子液體雙相體系中，可以進(jìn)行酵母不對稱催化還原EOPB反應(yīng)，在合適的反應(yīng)溫度下反應(yīng)于均相體系中進(jìn)行，反應(yīng)結(jié)束后，適當(dāng)升溫，離子液體析出體系呈兩相，含生物催化劑的離子液體相與含產(chǎn)物的有機(jī)溶劑相簡單相分離后可循環(huán)使用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該體系中酵母催化EOPB反應(yīng)的立體選擇性較單獨(dú)使用乙二醇二甲醚提高了25%-30%，通過簡單分離后，酵母仍具有催化活性