有机介质中外消旋丁基苯酞的酶法拆分

论文摘要

丁基苯酞是国家一类新药,可有效治疗脑血管病,其中起主要作用的是(S).丁基苯酞。本课题通过选择最合适的技术路线及构建的最佳转化体系实现了外消旋丁基苯酞的高效拆分。用GC—MS和NMR鉴定了外消旋丁基苯酞的结构和纯度,并用手性液相色谱制备了丁基苯酞的单一对映体标样和建立了适合检测丁基苯酞的方法。丁基苯酞具体的检测方法为:样品通过手性固定相高效液相色谱进行分析,条件为Chiralcel OD—H柱,流动相为正己烷/异丙醇(98:2),流速0.5 ml/min,检测波长为256 nm。理论设计上考虑了15个拆分方案,但实际上只有三种实际上可行,即:外消旋丁基苯酞的对映体选择性酸解、以烯酯为酰基供体的丁基苯酞的转酯化反应和以乙酸酐为酰基供体的酰化反应,反应介质为有机溶剂。对于Novozyme435催化的外消旋丁基苯酞的对映体选择性酸解反应,研究了有机溶剂性质参数、水活度、丁基苯酞浓度、乙酸与丁基苯酞的摩尔比、加酶量、转速和转化时间对反应的影响。酸解反应的最适条件为:溶剂为正己烷,水活度O.54,丁基苯酞浓度0.5%(v/v),乙酸与丁基苯酞的摩尔比10:1,酶浓度8 mg/mL,转速150 r/min,转化时间64小时。在此反应条件下,丁基苯酞的转化率为14.7%。对于Novozyme435催化的分别以乙酸乙烯酯为酰基供体的外消旋丁基苯酞的对映体选择性转酯化反应和乙酸酐为酰基供体的外消旋丁基苯酞的对映体选择性酰化反应,研究了单溶剂、二元混和溶剂、含水量、丁基苯酞浓度、酰基供体与丁基苯酞摩尔比、酶浓度、转速和转化时间对反应的影响。构建了最适的二元反应介质:65%(mol/mol)的四氢呋喃和35%(mol/mol)的正己烷。其它最适反应条件为:25.O mM丁基苯酞,0.4% (v/v)水,0.2 M乙酸乙烯酯(或乙酸酐)和8 mg/mL Novozyme 435,反应混合物在30℃的摇床上150 r/min反应40 h(以乙酸酐为酰基供体时,48 h)。反应后,对于转酯化反应,丁基苯酞的转化率和ee值可分别达到49.2%和96.8%;对于酰化反应,丁基苯酞的转化率和ee值可分别达到49.0%和95.7%。水在Novozyme 435催化的外消旋丁基苯酞的拆分反应中起着关键性的作用。在研究中分别用不同的控制体系中水含量的方法对Novozyme 435催化的外消旋丁基苯酞的对映体选择性酸解、外消旋丁基苯酞的对映体选择性转酯化反应和外消旋丁基苯酞的对映体选择性酰化反应。结果表明水合盐(饱和盐溶液)预平衡法控制水含量适合于外消旋丁基苯酞的对映体选择性酸解,向体系中直接加水法控制水含量和先用水合盐预平衡然后直接向反应体系中加水合盐法控制水含量适合于以转酯化反应和酰化反应。不过向体系中直接加水控制水含量法需要相应的二元反应介质:65%(mol/mol)的四氢呋喃和35% (mol/mol)的正己烷。对于上述三种拆分丁基苯酞的路径,其最适的路径是转酯化反应。在此反应中可获得>49%的产率和对映体纯度>96%ee的对映体过量值的丁基苯酞。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 手性是自然界的普遍属性
• 1.2 手性药物
• 1.3 制备手性化合物的方法
• 1.4 有机介质中的生物催化
• 1.5 有机介质的物性参数
• 1.5.1 介电常数
• 1.5.2 Hildeband 溶解度参数
• 1.5.3 溶剂疏水性作用与log P
• 1.6 水在有机相生物催化中的作用
• 1.7 脂肪酶及其在手性合成中的应用
• 1.7.1 脂肪酶的特点
• 1.7.2 脂肪酶作用机制及催化作用特点
• 1.7.3 脂肪酶在手性合成中的应用
• 1.8 光学活性丁基苯酞
• 1.8.1 概况
• 1.8.2 丁基苯酞药效学作用
• 1.8.3 S-（-）-丁基苯酞治疗脑缺血的可能机制
• 1.8.4 丁基苯酞的合成方法
• 1.9 立题背景和本课题研究的主要内容
• 第二章 丁基苯酞的结构鉴定，单一对映体标样的制备及检测方法的建立
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 丁基苯酞样品结构鉴定
• 2.2.3 R-丁基苯酞和S-丁基苯酞对映体标样的制备
• 2.2.4 丁基苯酞检测方法的建立
• 2.2.5 分离度（R，resolution）
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 底物的结构鉴定
• 2.3.2 丁基苯酞的单一对映体标样的制备
• 2.3.3 标样制备
• 2.3.4 丁基苯酞HPLC 检测方法的建立
• 2.4 小结
• 第三章 对映体选择性拆分方案的选择和体系的构建
• 3.1 引言
• 3.2 理论分析可供选择的技术路线方案设计
• 3.2.1 醇脱氢酶路线方案
• 3.2.2 脂肪酶路线方案
• 3.3 材料与方法
• 3.3.1 脂肪酶与试剂
• 3.3.2 2-（1-羟戊基）-苯甲酸的制备
• 3.3.3 2-（1-羟戊基）-苯甲酸甲酯的制备
• 3.3.4 转化方法
• 3.3.5 分析方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 水相-有机相体系中的转化
• 3.4.2 有机相中的2-（1-羟戊基）-苯甲酸和2-（1-羟戊基）-苯甲酸甲酯的转化
• 3.4.3 有机溶剂单相体系中的对映体选择性酸解
• 3.4.4 有机溶剂单相体系中的对映体选择性酰化（以乙酸酐为酰基供体）
• 3.4.5 有机溶剂单相体系中的对映体选择性转酯化
• 3.4.6 转化产物的GC－MS 结构鉴定
• 3.4.7 Novozyme 435 的催化机制及对映体选择性分析
• 3.5 小结
• 第四章 Novozyme 435催化的对映体选择性酸解
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 脂肪酶和化学试剂
• 4.2.2 反应程序
• 4.2.3 HPLC 分析方法（同3.3.5.1 部分）
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 有机溶剂性质对酸解的影响
• 4.3.2 溶剂影响酶催化活性的机理分析
• 4.3.3 水活度对酸解的影响
• 4.3.4 丁基苯酞浓度对酸解的影响
• 4.3.5 乙酸与丁基苯酞摩尔比对酸解的影响
• 4.3.6 转速对酸解的影响
• 4.3.7 转化时间对酸解的影响
• 4.3.8 加酶量对酸解的影响
• 4.4 小结
• 第五章 Novozyme 435催化的丁基苯酞的对映体选择性转酯化和酰化
• 5.1 引言
• 5.2 材料和方法
• 5.2.1 脂肪酶和化学试剂（同4.2.1 部分）
• 5.2.2 反应程序
• 5.2.3 HPLC 分析方法（同3.3.5.1 部分）
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 溶剂疏水性对转酯化和酰化的影响
• 5.3.2 THF 对转酯化和酰化的影响
• 5.3.3 混合溶剂的log P 对转酯化的影响
• 5.3.4 介质中的含水量对转酯化和酰化的影响
• 5.3.5 丁基苯酞浓度对转酯化和酰化的影响
• 5.3.6 酰基供体与丁基苯酞摩尔比对转酯化和酰化的影响
• 5.3.7 转速对转酯化和酰化的影响
• 5.3.8 加酶量对转酯化和酰化的影响
• 5.3.9 转化时间对转酯化和酰化的影响
• 5.4 小结
• 第六章 水在Novozyme 435对映体选择性拆分丁基苯酞中的作用
• 6.1 引言
• 6.2 材料和方法
• 6.2.1 脂肪酶和化学试剂（同4.2.1 部分）
• 6.2.2 反应程序
• 6.2.3 HPLC 分析方法（同3.3.5.1 部分）
• 6.3 结果和讨论
• 6.3.1 向体系中直接加水控制水含量对拆分的影响
• 6.3.2 水合盐控制初始水活度对拆分的影响
• 6.3.3 直接加水合盐对拆分的影响
• 6.3.4 在直接添加水合盐控制水活度情况下的有机溶剂的log P 对拆分的影响
• 6.3.5 水合盐产生的影响是由于盐的影响还是由于水活度的影响
• 6.3.6 几种控制水含量方法的适用范围
• 6.3.7 水合盐控制水活度的原理分析
• 6.3.8 水在体系中的作用分析
• 6.3.9 直接加水合盐法控制有机相水活度下的三条对映体选择性拆分路径的比较
• 6.3.10 有/无水合盐控制下的丁基苯酞的对映体选择性转酯化
• 6.4 小结
• 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 论文创新点
• 附录：作者在攻读博士学位期间发表的论文