[发明专利]对映异构体混合物的去消旋方法

说明书

发明领域

本发明涉及使用酶体系将对映异构体混合物去消旋的方法

现有技术

在立体异构领域中，近些年来在消旋和去消旋中已经获得了相当大的进展，消旋即光学异构体转化成其对应物，以获得外消旋混合物，去消旋是消旋程序的精确逆转。尽管在立体不稳定化合物的情况中，例如，氰醇、半(硫代)-乙缩醛、α-取代的羰基化合物和α-取代的乙内酰脲，可以通过简单的、温和的酸或碱催化实现外消旋，但立体稳定化合物，例如，仲醇和手性胺，外消旋要难得多。

后者已经成为可能，例如，通过过渡金属配合物催化的氧化还原过程，其中通过前手性sp²-杂化中间产物将在手性中心是天然sp³-杂化的一个对映异构体转化成另一个。参见，例如，O.Pamies和J.E.的研究，Trends Biotechnol.22，130-135(2004)和Chem.Rev.103，3247-3261(2003)；H.Pellissier，Tetrahedron 59，8291-8327(2003)；M.J.Kim，Y.Ahn和J.Park，Curr.Opin.Biotechnol.13，578-587(2002)；V.Zimmermann，M.Beller和U.Kragl，Org.Process Res.Dev.10，622-627(2006)；Y.Asano和S.Yamaguchi，J.Am.Chem.Soc.127，7696-7697(2005)。

在生物合成领域中，其固有地是高度特异性的，仅有少数“真实”的外消旋酶是已知的，因为在自然界对外消旋几乎不存在任何需求—这与工业相反。例如，用于α-羟基羧酸(例如，扁桃酸衍生物)、α-氨基酸和乙内酰脲的外消旋催化的少数一些特异性酶是已知的(参见，例如，B.Schnell，K.Faber和W.Kroutil，Adv.Synth.Catal.345，653-666(2003))。对于仲醇和伯胺的外消旋，长期以来实际上没有定义的酶是已知的。

本发明人的研究组在Chem.Eur.J.13，8271-8276(2007)中公开了一种新的外消旋策略，其是基于反应的热力学观点，替代了反应的动力学观点：在由两种对映异构体R和S以及前手性中间产物P组成的反应体系中，两种光学对映体中的每一种与中间产物是处于化学和热力学平衡的，即，和使用两种相反(entgegengesetzt)对映选择性的醇脱氢酶(下文中称为缩写ADH)的数种组合，这些酶利用相同的辅因子，NAD或NADP(烟酰胺-腺嘌呤-二核苷酸(磷酸))，可以使不同光学活性的仲醇(包括偶姻)外消旋。通过辅因子量以及氧化和还原形式的之间的比例(即，NAD⁺:NADH和NADP⁺:NADPH)的合适选择将醇/酮平衡保持在醇的一侧；对于解释，参见图1。

将NAD(P)⁺的比例设定为最小时，从纯(S)-异构体出发进行，在几个小时的反应时间后，获得了所需的外消旋化合物。酮中间产物的量降至低于10％，并且在一些情况中，降至低于1％。相反，仅使用一种高选择性ADH的比较实验对于大部分测试的ADH是失败的。只有在一种情况中，在14天的反应时间后，获得了82％ee的产量(对映异构体过量，即，光学产量)。

在最近才由本发明人公开的研究中(C.V.Voss，C.C.Gruber和W.Kroutil，Angew.Chem.Int.Ed.47，741-745(2008))，公开了使用由粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)细胞形式的用于醇氧化的对映选择性细菌酶构成的串联系统，立体选择性ADH和NAD作为辅因子，通过前手性酮作为中间产物的仲醇外消旋化合物的去消旋。通过作为“附加酶”或“辅助酶”的葡萄糖脱氢酶(下文中，缩写为GHD)平行进行的催化氧化使葡萄糖被氧化成葡糖酸内酯或葡糖酸，辅因子有效“再生”，即，从氧化形式返回至还原形式；对于解释，参见图2。

在使用冻干粪产碱杆菌细胞的初步实验中，令人惊讶地，发现没有去消旋，而替代的是作为起始底物的对映异构体纯的醇的消旋化，这归因于作为冻干结果的细胞渗透性的增强。使用具有完整细胞膜的新鲜收集的细胞，使得氧化和还原彼此分开进行，使得可以选择性地转化不同仲醇的外消旋化合物，并且所需对映异构体的产量＞99％ee。