藥物氟西汀中間體3-氯-1-苯基丙醇的生物催化合成研究

杜 剛

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藥物氟西汀中間體3-氯-1-苯基丙醇的生物催化合成研究

杜 剛

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院， 陜西 西安 710302）

3-氯-1-苯基丙醇是制備抗抑郁藥物氟西汀重要中間體。從微生物催化法、植物細(xì)胞催化法以及酶催化法等方面，系統(tǒng)綜述了藥物氟西汀中間體3-氯-1-苯基丙醇的生物催化合成研究進(jìn)展。

生物催化；3-氯-1-苯基丙醇；藥物中間體

手性藥物由于其獨(dú)特的藥理性能以及巨大的經(jīng)濟(jì)價值，引起了化學(xué)家和生物學(xué)家的極大關(guān)注。但是手性藥物的制備技術(shù)還不盡成熟，尤其是手性中間體的研究與開發(fā)是急待解決的重大課題。手性3-氯-1-苯基丙醇是一類重要的手性中間體，同時也是抗抑郁藥物氟西汀的中間體，由手性3-氯-1-苯基丙醇可以得到單一對映體氟西汀、尼索西汀以托莫西汀等[1]。但是由于技術(shù)上的缺陷，現(xiàn)在還無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)單一對映體3-氯-1-苯基丙醇。國內(nèi)外制備的手性3-氯-1-苯基丙醇的方法有化學(xué)法和生物法，化學(xué)法由于條件苛刻、對映體過剩量低等缺點(diǎn)[2]，而生物法因其選擇性高、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物光學(xué)純度高等優(yōu)點(diǎn)[3]而受到極大的關(guān)注，在生物合成手性3-氯-1-苯基丙醇的過程中，研究較多的是生物不對稱還原3-氯-1-苯丙酮。在制備手性3-氯-1-苯基丙醇過程中，手性催化劑的選擇、反應(yīng)以及分離條件等因素都是研究的重點(diǎn)。

1 催化劑的篩選

生物催化可以分為酶催化法、微生物催化法以及植物細(xì)胞催化法等，催化過程影響因素很多，微小條件的改變都可能催化反應(yīng)的失敗。其中生物催化的選取最為關(guān)鍵，直接決定著產(chǎn)物的產(chǎn)率及高對映體過剩量的高低。找到合適的催化劑的最有效的辦法就是催化劑的篩選。通過篩選可以從不同來源的生物催化劑中發(fā)現(xiàn)可以利用的高效生物催化劑。例如，目前可用于不對稱催化合成手性醇化合物的微生物有很多種，如有釀酒酵母、近平滑假絲酵母、真菌等。Kaoru Nakamura等[4]用藍(lán)細(xì)菌得到了光學(xué)產(chǎn)率達(dá)到99%的2-二氟代1-苯乙醇。Cheng等[5]從土壤中分離得到酵母Rhodotorula sp.AS2.2241可轉(zhuǎn)化（S）-苯乙醇。產(chǎn)率為34.7%，ee值為99.5%。歐志敏[6]從實(shí)驗室保存的20株酵母菌中篩選出了4株具有對映體選擇性還原能力的菌株還3-氯-1-苯丙酮生成高光學(xué)純度 R-3-氯-1-苯丙醇的較好菌株。Candida1257可將底物還原生成S構(gòu)型的手性醇,其它3種酵母菌SaccharomycesP2、Saccharomyces B5和 Candida 104可將底物還原生成R構(gòu)型的手性醇。其中后兩者催化得到的(R)-3-氯-1-苯丙醇的對映體過剩值為100％，不過產(chǎn)率較低僅為50%左右。另外在以乙醇為共底物存在時在pH為8.0溫度為25 ℃條件下反應(yīng)24 h，同樣得到了高光學(xué)產(chǎn)率(S)-3-氯-1-苯丙醇（圖1）[7]。

圖1 3-氯-1-苯丙酮不對稱還原合成3-氯-1-苯丙醇

2 微生物催化法

微生物催化具有操作簡單，廉價易得，在催化羰基化合物時無需添加輔酶，大大降低了成本等優(yōu)點(diǎn)。在催化羰基酮的過程中產(chǎn)物大多遵守 Prelog 原則[8]（Prelog，s rule）如圖2。

圖2 Prelog原則示意圖

根據(jù)Prelog 原則，在還原不同取代基的化合物時可以獲得不同的re-或si-構(gòu)型產(chǎn)物，當(dāng)小的取代基被大的取代基取代時，產(chǎn)物對映體就有可能發(fā)生轉(zhuǎn)變。

Yang[9]利用海藻酸鈣固定化的釀酒酵母CGMCC 2266進(jìn)行了3-氯-1-苯丙酮的不對稱還原研究,發(fā)現(xiàn)在50 ℃條件下反應(yīng)30 min即可得到產(chǎn)率為80%，對映體過剩量為99%，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)最佳反應(yīng)溫度為30 ℃，反應(yīng)時間為24 h。童凌斐[10]采用自制高活性面包酵母細(xì)胞不對稱生物還原3-氯-1-苯丙酮合成高純度(S) 3-氯-1-苯丙醇，在厭氧并有乙醇為共底物條件下，最佳的反應(yīng)條件為溫度為23℃、反應(yīng)63 h，pH值為7.0時，可以得到(S) 3-氯-1-苯丙醇產(chǎn)率>60%,ee>99%。

3 植物細(xì)胞催化法

植物細(xì)胞與微生物一樣也具有催化還原羰基的功能。在反應(yīng)過程中無需能量共給，無需碳源的加入，并且植物細(xì)胞具有重復(fù)使用的特點(diǎn),可以節(jié)省反應(yīng)成本。F. Baldassarre[11]用胡蘿卜根作為催化劑，在50 h得到ee>95%的手性醇，而轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%。Renato Brun[12]進(jìn)行了茴香(F. ulgare)、胡蘿卜(D. carota)和葫蘆（Cucurbita pepo）等植物細(xì)胞在有機(jī)溶劑乙醇中催化合成手性醇的研究，也發(fā)現(xiàn)其中胡蘿卜(D. carota)根具有較強(qiáng)的催化活性，產(chǎn)率達(dá)到100%，產(chǎn)物的光學(xué)產(chǎn)率都是100%，并且全部是S型對映體?？梢娭参锛?xì)胞催化在制備手性醇方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。楊錦[13]在水相體系中通過釀酒酵母細(xì)胞對3-氯-1-苯丙酮進(jìn)行不對稱還原，在表面活性劑以及β-環(huán)糊精影響下，手性醇的產(chǎn)率可以達(dá)到70%以上。徐姜炎[3]發(fā)現(xiàn)經(jīng)生物篩選得到更為經(jīng)濟(jì)的生物催化劑胡蘿卜活性胚芽，具有還原3-氯-1-苯丙酮活性的能力，可以制備得到S-3-氯-1-苯丙醇,產(chǎn)率為78%，e.e.為98%。通過比較分析認(rèn)為催化劑胡蘿卜活性胚芽經(jīng)種植培養(yǎng)可得，來源廣泛，并且轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程條件溫和，具備大規(guī)模生產(chǎn)的實(shí)踐潛力（圖3）。

圖3 (R)3-氯-1-苯丙醇合成路線圖

4 酶催化法

酶催化的反應(yīng)簡單、容易控制、操作穩(wěn)定性好，產(chǎn)物容易分離純化，整個工藝易于放大、適合工業(yè)化應(yīng)用。酶催化效率很高，一般情況下是化學(xué)催化劑效率的109倍以上，而且底物具有高度專一性，產(chǎn)物的光學(xué)純度高，反應(yīng)條件溫和，一般在室溫條件下就能反應(yīng)等特點(diǎn)。龔大春[14]先用化學(xué)的方法將 3-氯-1-苯丙酮還原成外消旋的3-氯-1-苯丙醇，再通過酯化合成外消旋的3-氯-1-苯丙醇丁酸酯，最后再用固定化脂肪酶進(jìn)行催化水解拆分，得到98%e.e.的(R)-3-氯-1-苯丙醇,總收率約為41%。這種固定化后的脂肪酶穩(wěn)定較好，重復(fù)使用10次以上，依然具有較強(qiáng)選擇性，產(chǎn)物e.e.值依然可達(dá)到97%以上。

5 結(jié)束語

生物催化合成手性3-氯-1-苯丙醇具有反應(yīng)溫和、對映體過剩量高等特點(diǎn)，但是生物催化也有嚴(yán)重問題需要解決。微生物催化法與植物細(xì)胞催化法由于其對于反應(yīng)底物耐受性有限，導(dǎo)致底物濃度較低，濃度過高則產(chǎn)率下降嚴(yán)重。酶催化法雖然沒有耐受性問題，但是酶的提取、保存等條件苛刻，這為酶催化法生產(chǎn)3-氯-1-苯丙醇帶來了巨大的困難?？傊锎呋铣?-氯-1-苯丙醇還需要深入的研究。

［1］Herbert C.Brown.Process For Preparing Optically Active Haloalohols: United States Patent,364875[P].1990-04-17.

［2］白靈,肖鴿,卓廣瀾.CBS催化硼烷胺配合物不對稱還原法制備(s)3-氯-1-苯基丙醇[J]. 應(yīng)用化學(xué),2012,9(29):1087-1089．

［3］徐姜炎,歐志敏,楊根生. (s)-3-氯-1-苯基丙醇合成的兩種方法的比較研究[J]. 浙江化工. 2010, 41(1):20-21．

［4］Kaoru Nakamura , Rio Yamanaka.Light-mediated regulation of asymmetric reduction of ketones by a cyanobacterium[J].Tetrahedron: Asymmetry,2002,13:2529-2533.

［5］Cheng C., Ma J.H.,Enantioselective synthesis of S-(-)-1-Phenythanol in candida utilis semi-fed-bathtch cultures[J].Pro. Biochem., 1996, 31: 119-124．

［6］歐志敏，微生物法制備抗抑郁藥R-托莫西汀中間體[J]．無錫輕工大學(xué)學(xué)報，2003，23(1)，43-48．

［7］Zhimin Ou,Jiangping Wu, Asymmetric reduction of chloroacetophenones to produce chiral alcohols with microorganisms[J].Korean J.Chem.Eng.,2008,25(1),124-128．

［8］k.Faber.Biotransformations in organic chemistry[M]. Beijing: Beijing Publishing Corporation,1999．

［9］ Gensheng Yang, Zhimin Ou , et al. Asymmetric reduction of 3-chloropropiophenone to (S)-3-chloro-1-phenylpropanol using immobilized Saccharomyces cerevisiae CGMCC 2266 cells[J]. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 2009,57: 83–88．

[10] 童凌斐,羅智,盧俊.不對稱合成S-3-氯-1-苯丙醇和(S)-鹽酸氟西汀的工藝研究[J].精細(xì)與專用化學(xué)品,2013(5):45-48.

[11] F. Baldassarre, G. Bertoni,, et al.Preparative synthesis of chiral alcohols by enantioselective reduction with Daucus carota root as biocatalyst[J]. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic,2000(11):55-58.

[12] Renato Bruni,Giancarlo Fantin,et al.Plants in organic synthesis: an alternative to baker's yeast [J].Tetrah. Lett.,2002,43:3377–3379.

[13] 楊錦，方世銀，石賢愛. 水相中釀酒酵母催化3-氯-1-苯丙酮的不對稱還原反應(yīng)[J]. 過程工程學(xué)報,2011,11(2):324-328.

[14] 龔大春，李德瑩,田毅紅，韋萍,等.固定化脂肪酶催化合成(R)-3-氯-1-苯丙醇[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志, 2007(11):758-759 .

Study on the Biocatalytic Synthesis of Pharmaceutical Intermediates of Antidepressant Fluoxetine 3-chloro-1-phenylpropanol

（College of Chemical Engineering, Shan Xi Institute of Technology，Shaanxi Xi’an 710302, China）

3-chloro-1-phenylpropanol was the key pharmaceutical intermediates of antidepressant fluoxetine. the Various biocatalytic synthesis of optically active 3-chloro-1-phenylpropanol with are described.

Biocatalytic synthesis; 3-chloro-1-phenylpropanol; Pharmaceutical intermediates

TQ 460

A

1671-0460（2014）06-0913-03

2014-05-03

杜剛（1975-），男，遼寧撫順人，講師，碩士，畢業(yè)于山西大學(xué)，研究方向：藥物中間體研究。E-mail：bless75@126.com。