[发明专利]一种化学-酶法生产加巴喷丁的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种加巴喷丁的制备方法，特别涉及一种绿色、高效的化学-酶法合成加巴喷丁的方法。

(二)背景技术

加巴喷丁(Gabapentin)是一种一线的抗癫痫药物，其化学名为1-氨甲基环己基乙酸，分子式为C₁₉H₁₇NO₂。加巴喷丁是哺乳动物体中的一种重要神经递质—γ-氨基丁酸(GABA)的结构类似物，主要通过改变GABA的代谢来发挥药理作用，尤其对重症癫痫的治疗效果明显。在高剂量下耐受性良好，不与血浆蛋白结合，毒性较低，半衰期较长，副作用小。

由加巴喷丁的结构信息可知，加巴喷丁分子中包含有一个环己烷基、一个氨甲基和一个乙酸基。因此，其合成多以环己烷基化合物为起始原料。目前，诸多研究者以环己酮、环己基甲醛、亚甲基环己烷、苯甲腈等为原料开发出了数十条合成路径。这些合成路径所使用的皆为单纯的化学方法，他们各有优劣，但总体上依然普遍存在或多或少的缺陷，如：反应步骤冗长、反应条件苛刻、需要使用有毒或者易燃易爆的危险性试剂、工艺过程不经济等。因此，多数并不适用于工业化生产。Rex Allen等(EP0414262A2)于1991年报道的从1-氰基环己基乙腈经选择性水解、加氢合成加巴喷丁的方法。其过程如图1，图1中试剂和条件：(1)①Py/TiCl₄，②NaCN/EtOH/H₂O；(2)EtOH/PhCH₃/HCl_g/H₂O/3M NaOH/MetOH；(3)10％Rh-C/H₂(50psi)/MeOH/i-PrOH or Raney Ni(50％in H₂O)/MeOH/50％NaOH/H₂(180psi)/i-PrOH/THF。

这条合成路径通过1-氢基环己基乙腈分子上两个氰基的选择性反应，分别引入氨甲基和乙酸基，反应步骤较少，原料廉价易得，因而是一条可选路径。然而该路径之所以未得到广泛应用，其原因在于：一方面，该路径需要使用大量的酸、碱及有机试剂。如反应(2)，每生产1t 1-氰基环己基乙酸即需消耗HCl气体：0.94t，3M NaOH水溶液：2.82m³，乙醇：0.71t，甲苯：3.93m³，甲醇：0.47m³，水：7.06t；另一方面，该路径的总体收率较低，反应(2)中1-氰基环己基乙酸的收率为78％，反应(3)中加巴喷丁的收率最高仅为79％，最终从1-氢基环己基乙腈到加巴喷丁，其总体收率最高仅为61.62％。因此该路径的经济性及环境友好性皆较低，从而限制了其工业化应用。鉴于此，我们尝试对该路径进行大量的改进，尤其是对第二步及第三步反应的改进，从而构建出一条新的合成工艺。

化学法水解1-氰基环己基乙腈生成1-氰基环己基乙酸，反应条件苛刻，环境污染严重，且选择性差，得率低，原子经济性低。而腈水解酶的高催化选择性、高催化活力、温和的催化条件为解决这一问题提供了方向。

腈水解酶的工业化应用，其关键在于高效的酶生产技术，而高密度培养则使实现这一目标成为可能。我们的另一项专利(CN 104212785 A)中详细描述了含可高效催化1-氰基环己基乙腈选择性水解生成1-氰基环己基乙酸的腈水解酶，及其基因工程菌的高密度培养技术。利用该技术，实现了工业化大规模生产此腈水解酶，这为后续加巴喷丁合成的研究奠定了基础。

一般而言生物催化主要包括：添加前体发酵法、游离酶法、静息细胞法、固定化酶法、固定化细胞法等，这些方法各有特点。而就工业化应用而言，静息细胞法和固定化细胞法由于避免了酶的纯化步骤，从而大大降低了生产成本。

利用纯酶催化1-氰基环己基乙腈选择性水解生成1-氰基环己基乙酸在本实验室的一篇论文里即有报道(Xin-Hong Zhang et al/Process Biochemistry 49(2014),2141-2148)。然而纯酶催化的弊端在于：(1)酶蛋白直接暴露于催化反应体系内，稳定性大大降低，反应一段时间后酶活衰减明显；(2)酶的纯化过程复杂而繁琐，会大大增加生产成本；(3)酶蛋白回收困难，且会对后续的反应产生影响，不利于分离。正是这些缺陷，致使其不适合应用于工业化生产。