[发明专利]具有立体选择性的酮还原酶与(R)-3-羟基丁酸乙酯的不对称合成方法

说明书

本发明提供了一种具有立体选择性的酮还原酶和使用这种酮还原酶的一种(R)‑3‑羟基丁酸乙酯的不对称合成方法，包括：作为反应底物乙酰乙酸乙酯在具有立体选择性的酮还原酶的催化下生成目标产物(R)‑3‑羟基丁酸乙酯。本发明巧妙利用具有立体选择性的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示的酮还原酶，一步反应即成功合成了高浓度的(R)‑3‑羟基丁酸乙酯。并且该不对称合成方法的整体工艺简单，反应条件温和，绿色环保，容易实施，而且，该酮还原酶具有极高的手性选择性，能够以较高的转化率催化生成目标产物，且该目标产物的ee值足够高。总之，本发明所提供的(R)‑3‑羟基丁酸乙酯的不对称合成方法特别适合大规模工业化生产，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及有机合成技术领域，特别涉及一种具有立体选择性的酮还原酶，还涉及一种(R)-3-羟基丁酸乙酯的不对称合成方法。

背景技术

3-羟基丁酸乙酯分子中含有羟基和酯基两个功能性官能团，可用来制备许多天然产品和药物制剂。3-羟基丁酸乙酯(EHB)本身可经过酯交换缩聚用于制备热塑材料聚3-羟基丁酸乙酯(PHB)，以PHB为基体，与PLC、PLA、淀粉或纤维素形成的共混物均是具有良好生物相容性和易于降解的生物材料，广泛应用于医药、化工和光学材料的制备；EHB也可被还原成1，3-丁二醇，用作有机合成增塑剂、涂料、染料的中间体。光学纯3-羟基丁酸乙酯因其具有特定官能团，是合成手性药物，手性农用化学品及香料等物质的重要中间体：(R)-3-羟基丁酸乙酯((R)-EHB)可用于制备β-内酰胺酶抑制剂、昆虫信息素、噻烯霉素、L-肉碱以及亚胺培南、美罗培南、帕尼培南、法罗培南、厄他培南、多尼培南、比阿培南等碳青霉烯类抗生素(引用于《浙江化工》2016年第47卷第8期的《光学纯3-羟基丁酸乙酯制备技术研究进展》)。

据报道，侯静等筛选获得了可催化EAA不对称还原为(R)-EHB的菌株Pichiamembranaefaciens Hansen ZJPH07，并利用紫外诱变和引入含离子液体介质的体系提高其催化效率，经紫外诱变获得的Pichia membranaefaciens-218可催化350mmol/L的EAA，产率70.8％，产物e.e.值为80.5％，反应体系中添加离子液体[BMIM][BF4]后，可催化550mmol/L底物EAA还原，产率73％，产物e.e.值为77.8％，相比水相中反应(底物浓度350mmol/L，产率65.1％，e.e.值68.5％)，催化效率和立体选择性均有所提高(引用于《浙江化工》2016年第47卷第8期的《光学纯3-羟基丁酸乙酯制备技术研究进展》)。

现有技术中，利用酶手性拆分技术得到单一构型的3-羟基丁酸乙酯，生产成本高，原料利用率低，工业应用上仍受到一定的限制。利用色谱法拆分消旋3-羟基丁酸乙酯得到单一构型的产品，在设备和手性固定相上的投入成本大，流动相使用消耗量大，溶剂回收困难，因此此法只限于实验室规模的制备。

采用化学不对称合成法主要缺点是反应条件比较苛刻，反应步骤繁琐、收率不高、反应所使用的有机溶剂大多有毒，易造成环境污染；而且手性催化剂的制备比较困难，价格昂贵，在产物中容易残留且不易去除，循环使用也困难，因此经济成本高，收益低，从而限制了其工业化的应用进程。

因此，现有技术存在很多限制因素，不适合大规模、低成本、低污染地生产(R)-3-羟基丁酸乙酯。

发明内容

针对现有技术存在的种种技术缺陷，本发明旨在提供一种用于生成(R)-3-羟基丁酸乙酯的酶以及相应的(R)-3-羟基丁酸乙酯的新生产工艺。

首先，本发明第一方面提供了一种具有立体选择性的酮还原酶，其来源于Leifsonia sp.strain S749，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，具体参见下表1：

表1酮还原酶的核苷酸序列

同时，本发明第二方面提供了一种(R)-3-羟基丁酸乙酯的不对称合成方法，包括：