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本课题采用化学-酶合成法制备手性化合物(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯((R)-HPBE),即在涉及手性中心生成或转化步骤采用生物催化法,对于一般步骤则采用有机化学合成法,这样可以优势互补高产率合成手性化合物。(R)-HPBE是一种重要的医药中间体,用于合成普利系列的血管紧张素转换酶(ACE)抑制剂。本课题首先采用化学法以苯甲醛为起始原料合成前手性底物2-氧代-4-苯基丁酸乙酯(OPBE),再通过水相和非水相介质中面包酵母催化不对称还原OPBE最佳条件的探索合成(R)-HPBE。具体研究内容和结果如下: 1.探索用苯甲醛为起始原料合成前手性中间体2-氧代-4-苯基丁酸乙酯(OPBE)的全流程。由苯甲醛与醋酸酐在无水醋酸钾催化下缩合制得肉桂酸、加氢得到苯丙酸,乙酯化后获得苯丙酸乙酯原料,以苯丙酸乙酯与草酸二乙酯经缩合反应在最佳催化剂用量n(醇钠):n(苯丙酸乙酯)为1:1的条件下生成中间体2-氧代-3-苄基丁二酸二乙酯,然后经w(H2SO4)=20%的稀硫酸水解制得2-氧代-4-苯基丁酸(OPBA)。用正交试验法对合成OPBA的关键步骤苯丙酸乙酯与草酸二乙酯的缩合-水解反应进行综合优化,得到适宜合成条件为:n(苯丙酸乙酯):n(草酸二乙酯)=1:3~1:2;反应温度60℃;缩合时间1.5h;水解时间15h,得到OPBA的产率69.5%,OPBA乙酯化转化率为94.1%。 2.对面包酵母水相催化不对称还原OPBE进行研究。实验确定了手性柱气相色谱分离(R,S)-HPBE的柱温为160℃,并通过保留时间判断各峰的对应物质。对市售的6种面包酵母进行筛选,国产彩虹酵母不对称催化还原OPBE效果最好,1.25小时反应达到平衡,HPBE产率为72.2%,ee%为-70~-80%,即(S)-HPBE含量远远超过(R)-HPBE。考察了温度,添加剂对反应的影响。温度升高反应速度加快,选择性降低。添加葡萄糖对反应影响不大,添加吐温-80使反应的平衡转化率由72.15%增加至75.06%,添加剂对酵母选择性几乎没有影响。探讨了原料OPBE和产物HPBE分解为副产物苯丙醇的反应进程和生成机理。 3.对面包酵母非水相催化不对称还原OPBE进行研究。比较了疏水性质不同的各种有机溶剂,发现溶剂的改变可以逆转面包酵母的选择性,确定了乙醚为反应介质。详细地探讨了反应初始加水量、底物浓度、酵母量、反应体系的pH值、反应的时间等因素对非水相不对称催化还原OPBE的ee%,转化率和产率的影响,综合考虑经济成本,确定反应适宜条件为:30℃,酵母量50g/L,底物浓度5mmol/L,加水量30g/L,反应时间24小时,ee%达到41.78%,OPBE转化率和HPBE产率分别为98.15%,77.77%。非水相介质有效抑制产物HPBE的分解,但是并没有抑制原料OPBE的分解。对底物进行了改造,底物由乙酯变为异丙酯导致催化活性和选择性的显著降低。通过添加与底物结构相似的苯甲醛、苯甲醇、苯甲酸作为抑制剂对酵母进行预处理,三种抑制剂都显著提高酵母选择性,但是同时也降低酵母的催化活性。苯甲醛效果最好,产物ee%由41.78%提高到92%。