[发明专利]一种(S)-1，2，4-丁三醇的制备方法

说明书

本发明公开一种(S)‑1，2，4‑丁三醇的制备方法。所述方法包括步骤：使含有1,4‑二羟基‑2‑丁酮或其类似物与酮还原酶‑葡萄糖脱氢酶共固定化酶的混合体系反应得到(S)‑1，2，4‑丁三醇。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种以1,4-二羟基-2-丁酮为底物，采用酮还原酶高效催化合成(S)-1,2,4-丁三醇的方法。

背景技术

(S)-1,2,4-丁三醇(1,2,4-butanetriol，简称BT)是一种手性多元醇类化合物(见式1)。

由于其手性结构，(S)-1,2,4-丁三醇可作为多种天然产物合成中的重要砌块和手性化合物的合成前体。它是药物传递的阳离子脂质体的合成前体，也能用于降胆固醇类药物Lipitor、治疗皮肤病药物羟基二十碳四烯酸(12-HETE)、抗癌药物Compatin和艾滋病药物Agenerase等多种重要药物的合成。

(S)-1,2,4-丁三醇在军工方面可被用于合成1,2,4-丁三醇三硝酸酯(1,2,4-butanetriol trinitrate)，是硝化甘油理想的且安全的替代品，可用作飞机、火箭、导弹等军事武器的推进剂。1,2,4-丁三醇与其它增塑剂混合使用显著提高以硝化纤维素为基火药的低温力学性能。此外，(S)-1,2,4-丁三醇还可用于制备卷烟添加剂、生物活性剂、抗菌防腐剂、合成聚氨酯泡沫的交联剂和彩色显影剂等。在市场需求量方面，丁三醇的市场需求量逐年增加，目前潜在需求量达百万吨。然而，(S)-1,2,4-丁三醇现有的生产水平限制了它的推广应用。

目前，自然界中尚未发现天然的(S)-1,2,4-丁三醇的生物合成途径。虽然微生物发酵法和体外多步酶催化法合成丁三醇研究的较为广泛，但是由于微生物的代谢途径复杂，且发酵过程不易调控，副产物多等多种因素，涉及酶催化步骤多，导致丁三醇的产量、产率低且产物分离工艺复杂，产品成本高，不能达到大规模生产水平。另外，以上方法生产1,2,4-丁三醇的过程中，不能有效控制1,2,4-丁三醇的手性，限制了(S)-1,2,4-丁三醇的后续应用范围。

已有报道采用纳米粒子和活化醇盐水解法将酮还原酶和甲酸脱氢酶进行共固定化，催化羟基苯乙酮制备(R)-苯基乙二醇，产物浓度为35.6g/L，固定化酶重复使用12批次等。然而目前国内外还没有高效催化生产手性1,2,4-丁三醇的相关酶的报道，限制手性1,2,4-丁三醇的产业化进程及其作为药物中间体的应用开发。

发明内容

本发明旨在提供一种以1,4-二羟基-2-丁酮为底物，采用共固定化酮还原酶和辅酶高效生产手性(S)-1,2,4-丁三醇的方法。

在本发明的第一方面，提供一种(S)-1，2，4-丁三醇的制备方法，所述方法包括步骤：使含有1,4-二羟基-2-丁酮或其类似物与酮还原酶-葡萄糖脱氢酶共固定化酶的混合体系反应得到(S)-1，2，4-丁三醇。

在另一实施方式中，所述混合体系的pH为6-7.5；优选为6-7；更优选为6.5-7.0。

在另一实施方式中，所述反应温度为25-45℃；优选为30-45℃；更优选为35-40℃。

在另一实施方式中，以混合体系的总体积计，所述1,4-二羟基-2-丁酮或其类似物浓度为10-250g/L；优选浓度不超过200g/L。

在另一实施方式中，所述1,4-二羟基-2-丁酮类似物，例如包括碳1或者碳4位置上含有2-3个碳原子的化合物；指碳1或者碳4除了连接有羟基，还可连接有2-3个碳原子的基团，如乙基、丙基等。

在另一实施方式中，所述混合体系中还含有磷酸缓冲液、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)、葡萄糖脱氢酶、酮还原酶固定化酶和葡萄糖。

在另一实施方式中，所述酮还原酶-葡萄糖脱氢酶共固定化酶通过下述步骤制备得到：