专利名称：R(-)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的生物耦合制备方法
技术领域：
本发明涉及精细化工品的生物耦合制备方法，特别是一种R(-)_4-氰基-3-羟基 丁酸乙酯的制备方法。
背景技术：
R(_)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酉旨(R(-)-ethyl 4-cyano-3-hydroxybutyrate)是 一个非常重要的手性化合物，它是合成HMG-CoA还原酶抑制剂Atorvastatin (Lipitor ) 的中间体，HMG-CoA还原酶抑制剂可以控制胆固醇的生物合成。它还是合成L-Carnitine 和(R)-4-amino-3-hydroxybutyric acid(GABOB)的中间体。L-Carnitine 是运送长链 脂肪酸通过细胞膜进入粒线体代谢，以产生能量的运输工具，它常作为营养补充品供运 动员用，也常见于婴幼儿的营养品中。(R)-4-amino-3-hydroxybutyric acid(GABOB)是 y-aminobutyric acid的收缩剂，该类药物可以用于控制一些临床反应，如精神分裂症、癫 痫症等。目前文献报道的合成路径有生物法和化学法。文献报道的生物法合成4-氰 基-3-羟基丁酸乙酯是通过水解酶或腈水解酶选择性水解前手性二氰化合物得到目标产 物，这些方法所得产物ee值达不到要求，且条件苛刻(Trtrahedron =Asymmetry (1992), 3(12)，1547-1550 ；Synthesis (2001)，(12)，1866-1872)。W03106415 报道了一种以表氯醇 为原料酶法合成R(-)_4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的方法。该法得到的产物收率46%，ee 值99%以上，然而在该方法中，中间产物4-氰基-3-羟基丁酸需重结晶处理，工艺复杂，且 所用腈水解酶价格昂贵，没有工业品出售，导致该方法不能实现工业化生产。化学法以手 性3-羟基-γ -丁内酯为原料，以醋酐或乙酰氯为酰化剂，开环后再氰化得到目标产物，这 些方法收率较高(52-59% )，但所用原料手性3-羟基_ Y _ 丁内酯不易得，限制了其工业 化应用(Tetrahedron =Asymmetry (2005)，16,2717-2721 ；W02002096915 ；W02004031131)。 Maja Majeric' Elenkov等报道了利用卤醇脱卤酶(HheA、HheB和HheC)催化端环化合物开 环合成羟基氰的方法，其催化活性和对映选择性取决于酶的种类和底物的结构(Adv. Synth. Catal. 2006，348，579-585)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种工艺简单、成本低， 适于工业化的R(-)_4-氰基-3-羟基丁酸乙酯生物耦合制备方法。本发明以表氯醇为原料，先用化学法合成4-氯-3-羟基丁酸乙酯，再用卤醇脱卤 酶生物催化制得R(_) -4-氰基-3-羟基丁酸乙酯。本发明以表氯醇为原料，主要包括如下步骤(1)表氯醇与硫酸和氰化钠在缓冲溶液中反应得到4-氯-3-羟基丁腈；(2) 4-氯-3-羟基丁腈与盐酸乙醇发生Pinner反应生成4_氯_3_羟基丁酸乙酯；(3)4-氯-3-羟基丁酸乙酯在卤醇脱卤酶催化下与氰化钠和硫酸作用得到
3R(-) -4-氰基-3-羟基丁酸乙酯。本发明的具体技术方案是R(_) -4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的生物耦合制备方法， 其特点是，其步骤如下(1)4-氯-3-羟基丁腈制备将表氯醇加入到由缓冲剂溶于水制成的缓冲溶液中， 控制反应溶液的PH值6-10，控制反应温度10-50°C，同时滴加硫酸溶液和氰化钠溶液，滴加 完后保温反应2-6小时，有机溶剂萃取后脱溶(脱除有机溶剂)得产物；物质的摩尔比为 表氯醇硫酸氰化钠缓冲剂=1 1.0-1.6 1.0-1.6 0.1-0. 5;所用缓冲剂选自
磷酸氢二钠_磷酸二氢钠、硼酸_氯化钾或三羟甲基氨基甲烷；(2)4-氯-3-羟基丁酸乙酯制备向4-氯-3-羟基丁腈中加入盐酸乙醇，在 20-80°C反应4-10小时后脱溶、过滤，所得滤液即产物；所用的盐酸乙醇中盐酸的重量含量 为20-35% ;4_氯-3-羟基丁腈与盐酸乙醇的重量比=1 3-10 ；(3)成品制备往重量百分比浓度为10-30%氰化钠溶液中滴加硫酸溶液，再加 入4-氯-3-羟基丁酸乙酯和卤醇脱卤酶，在20-55°C下保温反应10-24小时，有机溶剂萃 取、脱溶，真空蒸馏并收集119-121°C (5mmHg)馏分得R(_)_4_氰基-3-羟基丁酸乙酯；物 质的摩尔比为4_氯-3-羟基丁酸乙酯氰化钠=1 1.0-1.6;卤醇脱卤酶的用量为 4-氯-3-羟基丁酸乙酯的0. 8-1. 5倍。其反应方程式如下(以卤醇脱卤酶HheC为例):
缓冲剂优选为
OHNaCN / H2SO4在以上所述的制备方法技术方案中，进一步优选的技术方案是1、在步骤(1)中，所述的反应温度优选为25_35°C。2、在步骤(1)中，控制反应溶液的pH值优选为7. 5-8. 5。3、步骤(1)中，物质的摩尔比为表氯醇硫酸氰化钠 1 1. 15 1. 16 0. 3。4、在步骤(1)中，所述的缓冲溶液、硫酸溶液和氰化钠溶液的浓度可以按需要调 配，只要参与反应的物质的摩尔比符合本发明的规定即可；其中硫酸溶液优选为浓度为 10-75%的稀硫酸溶液。5、在步骤⑴或(3)中，萃取用有机溶剂可以为可适用于本发明萃取用的任何一 种有机溶剂，优选为二氯甲烷、甲苯或乙酸乙酯，进一步优选为二氯甲烷。6、步骤(2)中，4-氯-3-羟基丁腈与盐酸乙醇的重量比优选为1 5_7 ；7、步骤(2)中，所述的反应温度优选为60-65 °C。8、步骤(2)中，所用的盐酸乙醇中盐酸的重量含量优选为25-30% ；
9、步骤(3)中，所用卤醇脱卤酶优选为HheA、HheB或HheC，进一步优选为HheC。10、步骤(3)中，所述卤醇脱卤酶的用量优选为4-氯-3-羟基丁酸乙酯的1_1. 2倍。11、步骤(3)中，所述的反应温度优选为35-45 °C。本发明方法与现有的R(-)_4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的合成工艺相比具有以下优占.
^ \\\ ·(1)它以廉价易得的表氯醇为原料，采用化学合成和生物催化相结合的方式，大大 降低了生产成本；(2)反应条件温和，工艺简单，产物的化学纯度和光学纯度均较高；(3)采用已工业化生产的卤醇脱卤酶生物催化，具有明显的经济效益和环境效益， 有利于实现工业化生产。
具体实施例方式以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解 本发明，而不构成对其权利的限制。实施例1。R(-)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的生物耦合制备方法，其步骤如下(1) 4-氯-3-羟基丁腈制备将表氯醇加入到由缓冲剂溶于水制成的缓冲溶液中， 控制反应溶液的PH值6，控制反应温度10°C，同时滴加硫酸溶液和氰化钠溶液，滴加完后保 温反应2小时，有机溶剂二氯甲烷萃取后脱溶得产物；物质的摩尔比为表氯醇硫酸氰 化钠缓冲剂=1 1.0 1.0 0. 1 ；所用缓冲剂为磷酸氢二钠-磷酸二氢钠(1:1);(2)4-氯-3-羟基丁酸乙酯制备向4-氯_3_羟基丁腈中加入盐酸乙醇，在20°C 反应4小时后脱溶、过滤，所得滤液即产物；所用的盐酸乙醇中盐酸的重量含量为20% ； 4-氯-3-羟基丁腈与盐酸乙醇的重量比=1 3；(3)成品制备往重量百分比浓度为10%氰化钠溶液中滴加硫酸溶液，再加入 4-氯-3-羟基丁酸乙酯和卤醇脱卤酶，在20°C下保温反应10小时，有机溶剂二氯甲烷萃 取、脱溶，真空蒸馏并收集119°C (5mmHg)馏分得R(_)_4_氰基-3-羟基丁酸乙酯；物质的 摩尔比为4_氯-3-羟基丁酸乙酯氰化钠=1 1.0;卤醇脱卤酶的用量为4-氯-3-羟 基丁酸乙酯的0.8倍。实施例2。R(-)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的生物耦合制备方法，其步骤如下(1) 4-氯-3-羟基丁腈制备将表氯醇加入到由缓冲剂溶于水制成的缓冲溶液中， 控制反应溶液的PH值10，控制反应温度50°C，同时滴加硫酸溶液和氰化钠溶液，滴加完后 保温反应6小时，有机溶剂甲苯萃取后脱溶得产物；物质的摩尔比为表氯醇硫酸氰化 钠缓冲剂=1 1.6 1.6 0.5;所用缓冲剂为硼酸-氯化钾(1:1);(2)4-氯-3-羟基丁酸乙酯制备向4-氯_3_羟基丁腈中加入盐酸乙醇，在80°C 反应10小时后脱溶、过滤，所得滤液即产物；所用的盐酸乙醇中盐酸的重量含量为35% ； 4-氯-3-羟基丁腈与盐酸乙醇的重量比=1 10；(3)成品制备往重量百分比浓度为30%氰化钠溶液中滴加硫酸溶液，再加入 4-氯-3-羟基丁酸乙酯和卤醇脱卤酶HheB，在55 °C下保温反应24小时，有机溶剂甲苯 萃取、脱溶，真空蒸馏并收集121°C (5mmHg)馏分得R(_)_4_氰基-3-羟基丁酸乙酯；物
5质的摩尔比为4_氯-3-羟基丁酸乙酯氰化钠=1 1.6;卤醇脱卤酶HheB的用量为 4-氯-3-羟基丁酸乙酯的1. 5倍。实施例3。R(-)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的生物耦合制备方法，其步骤如下(1) 4-氯-3-羟基丁腈制备将表氯醇加入到由缓冲剂溶于水制成的缓冲溶液中， 控制反应溶液的PH值8. 5，控制反应温度25°C，同时滴加硫酸溶液和氰化钠溶液，滴加完后 保温反应5小时，有机溶剂乙酸乙酯萃取后脱溶得产物；物质的摩尔比为表氯醇硫酸 氰化钠缓冲剂=1 1.3 1.3 0.4;所用缓冲剂为三羟甲基氨基甲烷；(2)4-氯-3-羟基丁酸乙酯制备向4-氯_3_羟基丁腈中加入盐酸乙醇，在60°C 反应6小时后脱溶、过滤，所得滤液即产物；所用的盐酸乙醇中盐酸的重量含量为30% ； 4-氯-3-羟基丁腈与盐酸乙醇的重量比=1 5；(3)成品制备往重量百分比浓度为25%氰化钠溶液中滴加硫酸溶液，再加入 4-氯-3-羟基丁酸乙酯和卤醇脱卤酶HheC，在35°C下保温反应10-24小时，有机溶剂乙酸 乙酯萃取、脱溶，真空蒸馏并收集120°C (5mmHg)馏分得R(_)_4_氰基-3-羟基丁酸乙酯； 物质的摩尔比为4_氯-3-羟基丁酸乙酯氰化钠=1 1.15;卤醇脱卤酶HheC的用量为 4-氯-3-羟基丁酸乙酯的1. 0倍。实施例4。R(-)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的生物耦合制备方法，其步骤如下(1) 4-氯-3-羟基丁腈制备将表氯醇加入到由缓冲剂溶于水制成的缓冲溶液中， 控制反应溶液的PH值7. 5，控制反应温度35°C，同时滴加硫酸溶液和氰化钠溶液，滴加完后 保温反应4小时，有机溶剂萃取后脱溶得产物；物质的摩尔比为表氯醇硫酸氰化钠 缓冲剂=1 1. 15 1.16 0.3 ；所用缓冲剂为磷酸氢二钠-磷酸二氢钠(1 2)；(2)4-氯-3-羟基丁酸乙酯制备向4-氯_3_羟基丁腈中加入盐酸乙醇，在65°C 反应8小时后脱溶、过滤，所得滤液即产物；所用的盐酸乙醇中盐酸的重量含量为28% ； 4-氯-3-羟基丁腈与盐酸乙醇的重量比=1 7；(3)成品制备往重量百分比浓度为15%氰化钠溶液中滴加硫酸溶液，再加入 4-氯-3-羟基丁酸乙酯和卤醇脱卤酶HheA，在45°C下保温反应12小时，有机溶剂萃取、脱 溶，真空蒸馏并收集121°C (5mmHg)馏分得R(_)_4_氰基-3-羟基丁酸乙酯；物质的摩尔比 为4_氯-3-羟基丁酸乙酯氰化钠=1 1.3;卤醇脱卤酶HheA的用量为4-氯-3-羟基 丁酸乙酯的1.2倍。实施例5。4-氯-3-羟基丁腈的制备实验。在装有机械搅拌、温度计及尾气吸收的四口烧瓶中，加入30g磷酸二氢钠、30g磷 酸氢二钠和500g水，再加入249g表氯醇和685g氰化钠(30% )，搅拌下缓慢滴加420g稀 硫酸(50% )，控制Ph值7. 5-8. 5,8小时内加完，再保温反应6小时。加入3 X 800ml 二氯 甲烷萃取，合并有机相，加热蒸出二氯甲烷，得浅红色液体322. 4g，收率93.2% (以表氯醇 计)。实施例6。4-氯-3-羟基丁酸乙酯实验。在装有机械搅拌、温度计及尾气吸收的四口烧瓶中，加入上述322. 4g浅红色液体 和1650g盐酸乙醇，搅拌升温至65°C反应6小时。减压蒸出乙醇，冷却抽滤，得浅红色液体 420. 6g，收率91. 4% (以4-氯-3-羟基丁腈计)。实施例7。R(-)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备实验。
6
在装有机械搅拌、温度计及尾气吸收的四口烧瓶中，加入555g氰化钠溶液 (30%),搅拌下缓慢滴加315g稀硫酸(50% )，滴完后加入上述420. 6g浅红色液体和450g 卤醇脱卤酶HheC，缓慢加热到40°C反应16小时。加入3X 1200ml 二氯甲烷萃取，合并有机 相，加热蒸出二氯甲烷，再减压收集119-121°C (5mmHg)馏分得R(_)_4_氰基-3-羟基丁酸 乙酯 222. Ig,收率 59. 2% (含量 98. 23%, ee {t 99. 18%，比旋光度-34. 2)。实施例8。R(-)_4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备实验。在装有机械搅拌、温度计及尾气吸收的四口烧瓶中，加入555g氰化钠溶液 (30%),搅拌下缓慢滴加315g稀硫酸(50% )，滴完后加入上述420. 6g浅红色液体和450g 卤醇脱卤酶HheA，缓慢加热到40°C反应16小时。加入3X 1200ml 二氯甲烷萃取，合并有机 相，加热蒸出二氯甲烷，再减压收集119-121°C (5mmHg)馏分得R(_)_4_氰基-3-羟基丁酸 乙酯 194. 3g，收率 54. 7% (含量 97. 69%, ee {t 95. 38%，比旋光度-30. 5)。实施例9。R(-)_4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备实验。在装有机械搅拌、温度计及尾气吸收的四口烧瓶中，加入555g氰化钠溶液 (30%),搅拌下缓慢滴加315g稀硫酸(50% )，滴完后加入上述420. 6g浅红色液体和450g 卤醇脱卤酶HheB，缓慢加热到40°C反应16小时。加入3X 1200ml 二氯甲烷萃取，合并有机 相，加热蒸出二氯甲烷，再减压收集119-121°C (5mmHg)馏分得R(_)_4_氰基-3-羟基丁酸 乙酯 208. 6g，收率 56. 8% (含量 97. 92%, ee 值 96. 44%，比旋光度-31. 5)。比较例6. R(-)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的制备在装有机械搅拌、温度计及尾气吸收的四口烧瓶中，加入55. 5g氰化钠溶液 (30 % )和 R (-) -4-氯-3-羟基丁酸乙酯 37. Ig (Aldrich，ee 值 99. 32 %，含量 98. 76 % )，缓 慢加热到65°C反应8小时。加入3X 120ml 二氯甲烷萃取，合并有机相，加热蒸出二氯甲烷， 再减压收集119-121 °C (5mmHg)馏分得R(_) _4_氰基-3-羟基丁酸乙酯16. 8g，收率43. 9% (含量97. 51%，ee值97. 48%，比旋光度-32. 1)，其核磁共振氢谱图可以用来测定其H原 子种类和个数比。
权利要求
R( ) 4 氰基 3 羟基丁酸乙酯的生物耦合制备方法，其特征在于，其步骤如下(1)4 氯 3 羟基丁腈制备将表氯醇加入到由缓冲剂溶于水制成的缓冲溶液中，控制反应溶液的pH值6 10，控制反应温度10 50℃，同时滴加硫酸溶液和氰化钠溶液，滴加完后保温反应2 6小时，有机溶剂萃取后脱溶得产物；物质的摩尔比为表氯醇∶硫酸∶氰化钠∶缓冲剂＝1∶1.0 1.6∶1.0 1.6∶0.1 0.5；所用缓冲剂选自磷酸氢二钠 磷酸二氢钠、硼酸一氯化钾或三羟甲基氨基甲烷；(2)4 氯 3 羟基丁酸乙酯制备向4 氯 3 羟基丁腈中加入盐酸乙醇，在20 80℃反应4 10小时后脱溶、过滤，所得滤液即产物；所用的盐酸乙醇中盐酸的重量含量为20 35％；4 氯 3 羟基丁腈与盐酸乙醇的重量比＝1∶3 10；(3)成品制备往重量百分比浓度为10 30％氰化钠溶液中滴加硫酸溶液，再加入4 氯 3 羟基丁酸乙酯和卤醇脱卤酶，在20 55℃下保温反应10 24小时，有机溶剂萃取、脱溶，真空蒸馏并收集119 121℃/5mmHg馏分得R( ) 4 氰基 3 羟基丁酸乙酯；物质的摩尔比为4 氯 3 羟基丁酸乙酯∶氰化钠＝1∶1.0 1.6；卤醇脱卤酶的用量为4 氯 3 羟基丁酸乙酯的0.8 1.5倍。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的反应温度为 25-35 °C。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤⑴中控制反应溶液的PH值 7. 5-8. 5。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中物质的摩尔比为表氯 醇硫酸氰化钠缓冲剂=1 1. 15 1. 16 0. 3。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)或(3)所述的有机溶剂为 二氯甲烷、甲苯或乙酸乙酯。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中4-氯-3-羟基丁腈与盐 酸乙醇的重量比为1 5-7。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中，所述的反应温度为 60-65 "C。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所用卤醇脱卤酶为HheA、 HheB 或 HheC。
9.根据权利要求1或8所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述卤醇脱卤酶的 用量为4-氯-3-羟基丁酸乙酯的1-1. 2倍。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中，所述的反应温度为 35-45 0C ο
全文摘要
R(-)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的生物耦合制备方法，其特征在于它以表氯醇为原料，先用表氯醇与硫酸和氰化钠在缓冲溶液中反应得到4-氯-3-羟基丁腈；再用4-氯-3-羟基丁腈与盐酸乙醇发生Pinner反应生成4-氯-3-羟基丁酸乙酯；最后用4-氯-3-羟基丁酸乙酯在卤醇脱卤酶催化下与氰化钠和硫酸作用得到R(-)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯。本发明以廉价易得的表氯醇为原料，采用化学合成和生物催化相结合的方式，大大降低了生产成本；反应条件温和，工艺简单，产物的化学纯度和光学纯度均较高；采用已工业化生产的卤醇脱卤酶生物催化，具有明显的经济效益和环境效益，有利于实现工业化生产。
文档编号C12P13/00GK101914582SQ201010226669
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者付瑞新, 王明 申请人:连云港宏业化工有限公司