酶催化制备西司他丁药物关键手性中间体的工艺研究

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S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸是合成西司他丁药物的关键手性中间体,其生物催化法合成越来越受到关注。酶法合成具有高的对映体选择性和产物产率,然而在制备工艺过程中,生物催化剂脂肪酶Novozyme 435价格较为昂贵,且在使用过程中酶活下降较快,不利于反应的放大。本研究通过对脂肪酶Novozyme435的“二次修饰”,提高其重复使用次数,以期建立适宜于过程放大的高酶活保留率和高对映体选择性的脂肪酶修饰方法。研究结果表明:对脂肪酶Novozyme 435进行戊二醛交联修饰后,修饰脂肪酶的酶活力回收效果较未修饰的酶要好。在1.5%的戊二醛溶液中,在30℃,200 rpm摇床中进行修饰反应45 min,可得到最高的酶活力回收。然后,以2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯为底物,利用修饰酶催化其不对称水解反应,考察水解反应条件对反应的影响。所得到的最优反应条件为10 g/L2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯(DMCPE)为底物,在pH 7.6的1.0 mol/L磷酸钾缓冲液中,30℃,200 rpm条件下反应52h。在此条件下,修饰脂肪酶重复利用5次之后,转化率为初始值的65.3%,而未修饰的脂肪酶Novozyme 435酶活性仅为47.8%。研究中还对修饰脂肪酶Novozyme 435在水相中不对称水解DMCPE合成S-(+)-DMCPA的转化条件进行了优化。结果表明:采用16 g/L的修饰脂肪酶Novozyme 435为催化剂,底物浓度为10 g/L,反应介质为10 mL 1.0 mol/LpH 7.6的磷酸钾缓冲液,密闭反应体系,将其放入35℃、200 rpm的恒温摇床中反应40 h,可获得44.7%的产物产率和98%的产物ee值。在此优化的不对称水解反应条件下,对修饰酶的重复利用效果进行了考察,数据表明,修饰酶经重复利用10次后,仍具有52.8%的初始酶活力和76.0%的相对产率,产物ee值为97.9%。最后,采用分步溶剂萃取法对酶催化不对称水解2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯合成S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸(S-(+)-DMCPA)的制备液进行萃取分离研究。结果表明,采用等体积正己烷为萃取剂,在35℃和200 rpm下,对酶法制备液萃取三次,每次萃取40 min,底物DMCPE的萃取收率可达99.2%;继而采用等体积的乙酸乙酯在30℃,200 rpm下,对萃余液进行两次萃取,每次萃取30 min,产物S-(+)-DMCPA的萃取收率为99.5%。该研究结果对从酶法制备液中实现产物S-(+)-DMCPA的分离和未转化底物DMCPE的回收再利用,以及今后的分离过程放大具有一定的借鉴和指导意义。
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