微生物催化合成阿瑞吡坦药物关键手性中间体

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(R)-3,5-双三氟甲基苯乙醇是合成用于治疗化疗引起的恶心和呕吐的NK-1受体拮抗剂-阿瑞吡坦的关键手性中间体。采用微生物细胞催化3,5-双三氟甲基苯乙酮不对称还原制备(R)-3,5-双三氟甲基苯乙醇具有反应条件温和、立体选择性高、环境友好等优点。同时,离子液体作为一种新型的反应介质,具备许多独特的优点,采用含离子液体的不对称还原催化反应体系已成为解决生物催化过程中底物、产物难溶性和抑制性的重要手段。本文首先对微生物细胞高立体选择性不对称还原3,5-双三氟甲基苯乙酮制备(R)-3,5-双三氟甲基苯乙醇中的辅酶再生进行了研究。通过考察添加不同的辅助底物对雷弗松氏菌Leifsonia xyli CCTCC M 2010241不对称还原反应的产率和ee值的影响,发现当异丙醇作为辅助底物时,可获得最高的反应产率和ee值;并通过测定含辅助底物反应体系中的辅酶再生、底物和产物的溶解度及细胞膜渗透性,阐明添加异丙醇不仅能够高效地进行辅酶再生,而且能够增加反应体系中底物和产物的溶解度,并增加细胞的渗透性,从而增加反应产率。此外,还对异丙醇的添加量进行了优化,当添加20%(v/v)的异丙醇时,可获得最大产率和ee值,分别为98.3%和99.9%。接着,进行了离子液体对催化3,5-双三氟甲基苯乙酮不对称还原菌株的生物相容性研究。结果表明,[EMIM](L)-Lac的生物相容性最好,而[EMIM]BF4 对菌株 SS0904、SR0904、Leifsonia xyli 的毒性最大,但对Candida tropicalis 104菌株毒性却较小。阴离子的种类对细胞的毒性具有重要的影响,当阳离子相同时,阴离子为(L)-Lac-的离子液体对菌株的毒性最小,阴离子为Cl-、Br-和H2PO4-、PF6-的离子液体都比BF4-的离子液体生物相容性好。阳离子对细胞的毒性与其上取代的烷基侧链长度有关,对于菌株SS0904、SR0904、Leifsonia xyli烷基侧链长度增加离子液体对细胞的毒性减小,但对Candida tropicalis104却相反。离子液体对Leifsonia xyli细胞的存活率实验结果表明,亲水性离子液体[EMIM](L)-Lac和疏水性离子液体[N4,4,4]PF6均可获得高细胞存活率,生物相容性好。而后,考察含离子液体反应体系对Leifsonia xyli催化不对称还原的影响。结果表明:亲水性离子液体对反应均具有抑制作用,导致产率或ee值的降低;对产率的影响与其生物相容性研究结果表现出一致性,生物相容性好,产率较高。疏水性离子液体对反应的ee值基本无影响,除添加[N4,4,4]PF6和[Bpy]PF6可获得较高的初速度和产率外,其余离子液体中的产率和初速度都较低;疏水性离子液体对不对称还原反应的影响结果与其生物相容性研究结果并无直接关联。最后,构建了含[N4,4,4]PF6的缓冲液混合体系用于Leifsonia xyli CCTCC M 2010241细胞催化3,5-双三氟甲基苯乙酮的不对称还原,并对其反应条件进行了优化。获得的最佳反应条件为:[N4,4,4]PF6浓度为3%(w/v),3,5-双三氟甲基苯乙酮浓度为70 mmol/L,菌体浓度100g/L,异丙醇浓度为15%(v/v),0.2 mmol/L pH7.5的磷酸盐缓冲液中,于30℃,200 rpm下反应24 h。在最优条件下,最高产率可达85.6%,ee值达到99.9%以上。与水相催化结果相比,采用含[N4,4,4]PF6的缓冲液混合体系可有效提高反应产率和效率,缩短反应时间。
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