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阿瑞匹坦(Aprepitant),化学名称为5-[[(2R,3S)-2-[(1R)-1-[3,5-二(三氟甲基)苯基]乙氧基]-3,4-氟苯基-4-吗啉基]甲基]-1,2-二氢-3H-1,2,4-三氮唑-3-酮基,阿瑞匹坦的商品名称为“Emend”,其通过与NK-1受体(主要存在于中枢神经系统及其外围)结合来阻滞P物质的作用,可以通过血脑屏障,占领大脑中的NK-1受体,具有高选择性和高亲和性,可用于预防和治疗化疗引起的急性或延迟性呕吐。目前制备阿瑞匹坦关键手性中间体(R)-1-[3,5-二(三氟甲基)苯基]乙醇的主流工艺是化学方法,由于化学反应过程存在后处理繁琐、需要复杂手性配体、一些过程需要有害的试剂或是反应条件较为苛刻等问题,本研究采用微生物催化还原潜手性酮底物的方法制备阿瑞匹坦的关键手性醇中间体,以期开发出绿色生产阿瑞匹坦关键中间体的生物转化途径。
本论文主要从以下几方面进行研究:首先建立较为快速的菌株筛选方法,从而为阿瑞匹坦关键手性中间体合成生物催化剂的筛选奠定基础;通过以潜手性酮化合物3,5-双三氟甲基苯乙酮为底物对菌株进行筛选,选出最优良的催化菌株;对筛出的优良菌株进行菌种鉴定和保藏;通过优良菌株产酶条件和生物转化条件的优化,提高其转化目标底物生成相应的阿瑞匹坦关键手性醇的活力,从而为阿瑞匹坦关键中间体(R)-1-[3,5-二(三氟甲基)苯基]乙醇的工业化生产奠定理论基础。
本论文的主要研究结果如下:(一)、建立了24孔板的菌株筛选方法;(二)、对31株实验室保藏微生物和75株果园及菜园土壤中的微生物进行了筛选,从菜园土壤和果园土壤中分别筛选到一株能把底物3,5-双三氟甲基苯乙酮转化生成相应的阿瑞匹坦关键手性醇中间体(R)-1-[3,5-二(三氟甲基)苯基]乙醇的优良菌株CY-1-14和CIBA3,并获得了较高的GC产率(72%和95%)和几乎绝对的对映体过量值(ee>99%);(三)、通过形态学、生理生化以及16SrRNA分子生物学鉴定,CY-1-14和CIBA3被鉴定为氧化微杆菌,本文将其分别命名为氧化微杆菌CY1-14和氧化微杆菌C3;(四)、利用CY1-14和CIBA3的休止细胞转化底物3,5-双三氟甲基苯乙酮为(R)-1-[3,5-二(三氟甲基)苯基]乙醇,菌株产酶条件和生物转化条件的优化结果显示,CY1-14催化还原底物3,5-双三氟甲基苯乙酮的生物转化过程最适的生物转化温度和磷酸盐缓冲液的pH值分别为37℃和7.5;生物转化过程中最佳的辅酶再生底物为2%(w/v)的葡萄糖和4%(v/v)的异丙醇;生物转化所需的最佳的细胞浓度和底物浓度分别为100g/l和10g/l。优良菌株CIBA3在培养40h时可以获得最好的生物转化活性;生物催化还原底物3,5-双三氟甲基苯乙酮生成阿瑞匹坦的关键手性前体所需的羰基还原酶属于组成型表达的酶,无需外加诱导剂诱导;CIBA3催化还原底物3,5-双三氟甲基苯乙酮的生物转化过程最适的生物转化温度和磷酸盐缓冲以为的pH值分别为37℃和6.8;生物转化过程中最佳的辅酶再生底物为4%(w/v)的葡萄糖和4%(v/v)的异丙醇;生物转化所需的最佳的细胞浓度为150g/l新鲜湿菌体,底物浓度在50g/l时仍能达到56%的转化率,并且立体选择性不变(ee99%),并且,CIBA3具有较为广泛的底物谱。
结果表明,氧化微杆菌C3是一株能够不对称生物还原3,5-双三氟甲基苯乙酮生成手性药物阿瑞匹坦关键中间体(R)-1-[3,5-二(三氟甲基)苯基]乙醇的优良菌株。氧化微杆菌C3的羰基催化符合反-Prelog法则,能高立体选择性还原3.5-双三氟甲基苯乙酮和多种含氟苯乙酮衍生物。在底物浓度为5g/l时,能得到96%的转化率和>99%的ee值。利用其作为生物催化剂,大量生产阿瑞匹坦的关键手性中间体具有很大的发展潜力。