(s)-1,2-戊二醇的生物制备
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物催化领域，涉及一种利用生物催化剂以1-羟基-2-戊酮为原料高 效合成光学纯（幻-1，2-戊二醇的方法。
【背景技术】
[0002] 1，2-戊二醇是合成手性农药丙环唑的重要中间体。丙环唑（propiconazole)是由 瑞士汽巴-嘉基公司开发的一种环唑类内吸性杀菌剂，国外的主要生产商是诺华公司，主 要是以剂型形式向我国销售。其原油为淡黄色粘稠液体，沸点180°C/ 13.33 Pa。从外贸 及海关数据统计分析，全球丙环唑用量增长较快。2006年全球为2200吨，2007年为3800 吨，2008年为4800吨，2009年接近6000吨，估计2010年最少也在6500吨左右。丙环唑的 化学名称为：1_[2-(2, 4-二氯苯基）-4-丙基-1，3-二氧戊环-2-甲基]-W-1，2, 4-三唑， 丙环唑的分子结构中含有两个手性中心.即二氧戊环上的2-位和4-位各有一个不对称碳 原子。二者都有光学异构体：由于饱和五元环的存在，每个光学异构体都存在2种几何异构 体（顺、反），这种独特的结构使其杀菌活性较高，其光学异构体结构如下：
丙环唑作为叶面喷雾使用时杀菌活性由高至低顺序为：25；4^ > > 2^4? > 況，4?，目前使用的仍为上述四个异构体的混合物。在丙环唑的使用中出现了如下药害症 状：幼嫩组织硬化、发脆、易折；植株生长滞缓、矮化、组织坏死；种子处理时会延缓种子萌 芽，并且药害情况频发。针对上述的情况，汽巴-嘉基公司进一步研究发现上述的四个异构 体在杀菌活性方面的相差不大，但是況，4?异构体不仅能够完全保持杀菌的活力，并且与 其他构型的丙环唑相比，对植物生长没有明显的危害，25； 4?异构体同样对植物生长的危害 也是其中较低的。（US 4940799)根据丙环唑的合成路线，二氧戊环的形成是1，2_戊二醇与 羰基缩合而成，因此，要获得4位为S构型的异构体，使用的原料须为（幻-1，2-戊二醇。
[0003] (幻-1，2-戊二醇的合成目前主要分为化学法和生物法。化学法分为手性助剂和 不对称催化两种。1999年，Hollingsworth报道了以D-葡萄糖为手性助剂，以1羟基2-戊 烯为底物经过5步反应，使用醋酸汞、硼氢化钠、三氟化硼乙醚溶液、双氧水等试剂，最终分 别获得（幻和0?)-1，2-戊二醇，但是该方法由于经过多步反应，在第三步后产物的产率为 65%左右，文章中并没有对后两步三氟化硼还原和双氧水氧化后的产率报道（Tetrahedron Lett.，1999，40，581-584)。2006年，Hamada利用0?)-脯氨酸作为手性助剂，以正戊醛为 原料经过两步反应，得到2-戊二醇（Tetrahedron Lett·, 2006，47，1081-1085)。 2009年，Kadyrov等合成了 一系列的配体与金属Ru形成配合物，将其应用到1-羟基-2-酮 底物不对称氢化中，其中当底物为1-羟基-2-戊酮时，底物浓度为0.3 M，氢气压力为80 bar，产率为 74%，立体选择性（ee)为 94%(Angew. Chem. Int. Ed. 48，7556)。1995 年 Sharpless等以90-位的不同修饰双氢奎尼丁作为催化剂，实现了戊烯的不对称双羟化，产 物ee值最高可达88%(J. Org. Chem.，1995，60，3940)。生物法分为消旋体拆分和不对 称还原。其中，研究较早的是1990年，Hasegawa等以1，2-邻二醇消旋体为底物利用整细 胞中的不同构型氧化还原酶实现消旋体中一种构型的立体翻转，底物浓度为3 g/L，产物ee 值 >99%，反应时间为 24 小时（Agric. Biol. Chem·, 54，1819)。1993 年，Poppe 等人以 1，2-双氧乙酰化的消旋体为底物，利用脂肪酶拆分，得到水解后的混合物，包括没有反应的 构型双氧乙酰化底物，和1，2-位分别水解后的单氧乙酰化产物，ee值为>96%时，收率不 高于 30% (Tetrahedron: Asymmetry, 4，2211)。1994 年，Suzuki 等利用脱氢-脱齒酶在 添加吩嗪硫酸甲酯的条件下实现了消旋体1，2-戊二醇的选择性氧化，产物ee值为98. 2% (Tetrahedron: Asymmetry, 5, 239)。
[0004] 结合文献调研发现，在手性1，2-戊二醇的合成中，底物浓度和产物的ee值没有能 够同时兼得的方法，没有高效的（幻_1，2-戊二醇的合成方法，其下游产品丙环唑就无法实 现手性的制备，因此能够建立一种（幻-1，2-戊二醇的高效合成方法是非常必要的。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种操作简单、反应条件温和、转化率高的生物催化剂催化制备 (50-1，2-戊二醇的方法。
[0006] 利用酶标仪筛选本实验室保存的酶催化剂，发现来源于的羰基 还原酶CMCR能够实现1-羟基-2-戊酮的高活性、高立体选择性的还原，生成（幻-1，2-戊 二醇。
[0007] 将底物1-羟基-2-戊酮和葡萄糖与溶剂、助溶剂构成反应体系，加入生物催化剂 CMCR和葡萄糖脱氢酶⑶Η后在20 ° C ~40 ° C，pH在5~9,反应4小时~36小时，制得光 学纯的（幻_1，2-戊二醇。每升反应体系中生物催化剂的用量为0.1 g~100 g，所述的溶剂 为水或缓冲溶液，助溶剂为二甲基亚砜，N，N-二甲基甲酰胺，二氧六环，甲醇，乙醇，丙醇，异 丙醇，乙腈，四氢呋喃，正己烧，乙酸乙酯，乙酸丁酯，甲基叔丁基醚，甲苯中的一种或多种。
[0008] 为了避免实验中辅因子NADP+的加入，降低生产成本，构建了羰基还原酶CMCR与 葡萄糖脱氢酶⑶Η的共表达A 菌株。将A 缓冲重悬后，冻干备用。
[0009] 本发明具有如下优点：反应可以在水相中室温下进行，不需要高温高压等条件，在 优化后的条件下底物转化率为99%，产物ee值99%。
【具体实施方式】
[0010] 以下通过具体的实施例来进一步说明，但是这些实施例不构成对本发明的限制。
[0011] 实施例：1 固体酶粉作为生物催化剂实现（幻-1，2-戊二醇的制备 在1 mL磷酸缓冲溶液（100 mM，pH 7.0)中，加入0.01 mmol 1-羟基-2-戊酮，CMCR 酶粉1 mg，葡萄糖脱氢酶粉⑶Η 1 mg，0. 5 mg NADP+，葡萄糖0.02 mm〇l，30 °C反应12小 时，氯化钠饱和水相后，乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥。GC检测底物转化率。为了检测产 物的ee值，在乙酸乙酯相中加入10 μL三甲基氯硅烷，90 μL N，0_双三甲硅基乙酰胺，60°C 反应lh实现对羟基的衍生化。反应的ee值结果如说明书附图。附图1为1，2-戊二醇消 旋体衍生后的气相谱图，附图2为反应产物衍生后的气相谱图。
[0012] 实施例：2 固体酶粉作为生物催化剂实现（幻-1，2-戊二醇的制备 在0.9 mL磷酸钠缓冲溶