專利名稱：一種酵母細胞催化還原芳香酮制備光學活性醇的方法
一種酵母細胞催化還原芳香酮制備光學活性醇的方法技術領域一種酵母細胞催化還原芳香酮制備光學活性醇的方法，屬于生物催化方法 制備光學活性醇的技術領域。
技術背景光學活性醇是合成手性藥物、農藥、食品添加劑等手性化合物的重要的中 間體。用化學方法對前手性酮進行不對稱還原是制備光學活性醇的重要途徑， 但隨著礦石資源的逐漸枯竭和環(huán)境污染的日漸加重，現(xiàn)今具有高效專一和綠色 節(jié)能特點的生物轉化技術在不對稱合成中的應用越來越受到重視。微生物細胞 中含有許多具有立體選擇性的酶，使用全細胞催化不對稱還原前手性酮來制備 光學活性醇，不但可以省去繁雜的酶分離和純化步驟，而且在催化反應過程中 只需添加廉價的碳源就能使細胞再生出催化不對稱還原所需的價格昂貴的輔 酶，同時所有的酶和輔酶被保護在天然的細胞環(huán)境中，有利于生物催化反應的 進行。酵母是被廣泛利用的廉價微生物之一，其細胞內存在著豐富的氧化還原酶， 可催化各種羰基化合物的不對稱還原反應，并對該類反應具有高度的立體選擇 性。酵母細胞在羰基不對稱還原反應中的應用已有研究報道。但存在一個普遍 的問題就是底物容量小，在底物濃度稍高時其轉化率和產物的對映體過量值均有明顯下降，楊忠華等人2007年發(fā)表于精細化工第1期的文章"酵母細胞不對 稱還原4-氯苯乙酮合成相應手性醇"，該文章研究結果表明當?shù)孜餄舛葹?g/L 時得率已降至30%以下。因此在體系中加入一定量的能降低底物和產物毒性的 添加劑，應能提高底物的轉化率和產物的對映體過量值。環(huán)糊精是從淀粉得到的6個以上D-吡喃葡萄糖單元以a-l,4-糖苷鍵連接的 具有環(huán)狀疏水圓錐形結構的低聚糖非還原性化合物系列。在這個環(huán)糊精系列中， 有6個D-吡喃葡萄糖單元組成的a-環(huán)糊精，7個D-吡喃葡萄糖單元組成的J3-環(huán) 糊精，8個D-吡喃葡萄糖單元組成的Y-環(huán)糊精，還有這些環(huán)糊精的衍生物如羥 丙基-(3-環(huán)糊精、羥乙基-(3-環(huán)糊精等。由于環(huán)糊精的外部親水而內腔疏水，因而 它能夠像酶一樣提供一個疏水的結合部位，作為主體包結各種適當?shù)目腕w，如 有機分子、無機離子等。這種選擇性的包結作用即通常所說的分子識別，其結 果是形成主客體包結物。環(huán)糊精可提高包結物在水中的溶解度，構筑立體幾何 關系，形成特殊的手性位點，增強了環(huán)糊精的立體選擇性。已有環(huán)糊精在生物 轉化方面的專利申請，天津科技大學申請的中國專利(申請?zhí)?00710056952.5)"一種利用環(huán)糊精的甾醇生物轉化方法及其應用"，主要針對甾醇生物轉化時的 轉化周期和轉化率，并未涉及到立體選擇性的問題。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種酵母細胞催化還原芳香酮制備光學活性醇的方 法，利用環(huán)糊精的這種特殊結構，將環(huán)糊精添加到酵母細胞催化不對稱還原芳 香酮的生物轉化體系中，針對不同的底物選用不同的環(huán)糊精或其衍生物，并通 過調控底物與環(huán)糊精之間的摩爾比率，可明顯提高底物芳香酮的轉化率和產物 光學活性醇的對映體過量值。本發(fā)明的技術方案 一種酵母細胞催化還原芳香酮制備光學活性醇的方法， 在酵母細胞催化不對稱還原芳香酮制備光學活性醇的體系中加入適量環(huán)糊精， 催化還原步驟為(1) 干酵母在反應介質中活化反應介質為pH 5.8-7.0磷酸鹽緩沖溶液，干酵母為市售面包酵母，干酵母在介質中的濃度為100~200g/L，活化溫度為 30~35°C，活化時振蕩速度為120r/min，活化時間為0.2~lh;(2) 在活化后的體系中加入芳香酮與環(huán)糊精，進行催化不對稱還原芳香酮 的生物轉化反應，底物芳香酮濃度為6 12 g/L，底物芳香酮與環(huán)糊精的摩爾比 為17:1 3:1，干酵母用量為lmol芳香酮用200-400g干酵母，反應溫度為30 35 °C，反應時振蕩速度為120r/min，反應時間為20 36h;(3) 反應結束后用溶劑乙酸乙酯萃取分離反應物，分析檢測所得光學活性 醇。反應結束后用適量溶劑乙酸乙酯萃取后離心分離，萃取液濃縮后加入一定 量的內標物十三烷，再用裝有CP-Chirosil-DexCB手性毛細管柱的氣相色譜儀檢 測，計算出底物轉化率和產物的對映體過量值。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明將環(huán)糊精添加到酵母細胞催化不對稱還原芳香 酮的生物轉化體系中，利用環(huán)糊精或其衍生物與底物芳香酮形成包合物，來提 高酵母液催化效率，并增加對底物的立體選擇性，進而提高底物芳香酮的轉化 率和產物光學活性醇的對映體過量值。本發(fā)明底物的轉化率可提高20%以上，產 物光學活性醇的對映體過量值的增幅也超過20%，同時還可以提高反應速率，縮 短反應時間。利用本發(fā)明在底物濃度為6 12g/L時，環(huán)糊精用量根據(jù)不同的底物 選擇不同的摩爾比加入，此時底物芳香酮的轉化率為50%~99%，產物光學活性 醇的對映體過量值為75% 99%，具有較高的實際應用價值。
具體實施方式
下面實施例可以使本領域技術人員全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限 制本發(fā)明。實施例l:在一錐形瓶中加入pH7.0的磷酸鹽緩沖液100mL和17g干酵母， 在33 r條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min) 0.5 h，使面包酵母活化，然后加入lOmmol (3-環(huán)糊精和50mmol (6.0g/L)苯乙酮，在相同溫度下振蕩反應 24h。反應結束后，將20mL乙酸乙酯加入到反應液中，振蕩萃取后離心分離， 分出萃取液，萃取液濃縮后加入一定量的內標物十三垸，再用裝有 CP-Chirosil-DexCB手性毛細管柱的氣相色譜儀檢測，底物苯乙酮的轉化率和產 物S-l-苯基乙醇的對映體過量值分別是95.8%和94.3%。實施例2:在一錐形瓶中加入pH7.0的磷酸鹽緩沖液100mL和17g干酵母， 在33 。C條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min) 0.5 h，使面包酵母活化， 然后加入3mmo1羥丙基-(3-環(huán)糊精和5Ommo1 (6.6g/L)苯丙酮，在相同溫度下 振蕩反應24h。反應結束后，將20mL乙酸乙酯加入到反應液中，振蕩萃取后 離心分離，分出萃取液，萃取液濃縮后加入一定量的內標物十三烷，再用裝有 CP-Chirosil-DexCB手性毛細管柱的氣相色譜儀檢測，底物苯丙酮的轉化率和產 物&l-苯基丙醇的對映體過量值分別是81.3%和78.1%。實施例3:在一錐形瓶中加入pH7.0的磷酸鹽緩沖液100mL和17g干酵母， 在33 "C條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min) 0.5 h，使面包酵母活化， 然后加入15mmo1 f3-環(huán)糊精和50mmo1 (7.8g/L)對氯苯乙酮，在相同溫度下振蕩 反應28h。反應結束后，將20mL乙酸乙酯加入到反應液中，振蕩萃取后離心 分離，分出萃取液，萃取液濃縮后加入一定量的內標物十三烷，再用裝有 CP-Chirosil-DexCB手性毛細管柱的氣相色譜儀檢測，底物對氯苯乙酮的轉化率 和產物S-l-對氯苯基乙醇的對映體過量值分別是50.9%和97.4%。實施例4:在一錐形瓶中加入pH 7.0的磷酸鹽緩沖液100mL和17g干酵母， 在33'C條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min) 0.5 h，使面包酵母活化， 然后加入15mmoip-CD和50mmo1 (6.6g/L)對甲基苯乙酮，在相同溫度下振蕩 反應24h。反應結束后，將20 mL乙酸乙酯加入到反應液中，振蕩萃取后離心 分離，分出萃取液，萃取液濃縮后加入一定量的內標物十三垸，再用裝有 CP-Chirosil-DexCB手性毛細管柱的氣相色譜儀檢測，底物對甲基苯乙酮的轉化 率和產物5M-對甲基苯基乙醇的對映體過量值分別是56.9%和99.2%。實施例5:在一錐形瓶中加入pH7.0的磷酸鹽緩沖液100mL和17g干酵母， 在33'C條件下于水浴恒溫振蕩儀中振蕩(120r/min) 0.5 h，使面包酵母活化， 然后加入3mmolHP-(3-CD和50mmo1 (6.6g/L)對甲基苯乙酮，在相同溫度下振 蕩反應28h。反應結束后，將20mL乙酸乙酯加入到反應液中，振蕩萃取后離心 分離，分出萃取液，萃取液濃縮后加入一定量的內標物十三垸，再用裝有 CP-Chirosil-DexCB手性毛細管柱的氣相色譜儀檢測，底物對甲基苯乙酮的轉化 率和產物S-l-對甲基苯基乙醇的對映體過量值分別是63.4%和95.8%。
權利要求
1、一種酵母細胞催化還原芳香酮制備光學活性醇的方法，其特征是在酵母細胞催化不對稱還原芳香酮制備光學活性醇的體系中加入適量環(huán)糊精，催化還原步驟為(1)干酵母在反應介質中活化反應介質為pH 5.8～7.0磷酸鹽緩沖溶液，干酵母為市售面包酵母，干酵母在介質中的濃度為100～200g/L，活化溫度為30～35℃，活化時振蕩速度為120r/min，活化時間為0.2～1h；(2)在活化后的體系中加入芳香酮與環(huán)糊精，進行催化不對稱還原芳香酮的生物轉化反應，底物芳香酮濃度為6～12g/L，底物芳香酮與環(huán)糊精的摩爾比為17∶1～3∶1，干酵母用量為1mol芳香酮用200-400g干酵母，反應溫度為30～35℃，反應時振蕩速度為120r/min，反應時間為20～36h；(3)反應結束后用溶劑乙酸乙酯萃取分離反應物，分析檢測所得光學活性醇。
2、 根據(jù)權利要求1所述方法，其特征是底物芳香酮為苯乙酮、苯丙酮、苯 丁酮、對氯苯乙酮、鄰氯苯乙酮或對甲基苯乙酮，產物光學活性醇分別為 苯基乙醇、S-l-苯基丙醇、S-l-苯基丁醇、S-l-對氯苯基乙醇、S-l-鄰氯苯基乙醇 或S-l-對甲基苯基乙醇。
3、 根據(jù)權利要求1所述方法，其特征是環(huán)糊精為卩-環(huán)糊精、Y-環(huán)糊精、 羥丙基-P-環(huán)糊精或羥乙基-(3-環(huán)糊精。
全文摘要
一種酵母細胞催化還原芳香酮制備光學活性醇的方法，屬于生物催化方法制備光學活性醇的技術領域。本發(fā)明采用在酵母細胞催化不對稱還原芳香酮的生物轉化體系中按摩爾比例添加一定量的環(huán)糊精，使環(huán)糊精和芳香酮形成包合物，有效地提高反應底物在水中的溶解度并適當降低底物和產物對酶的抑制作用。環(huán)糊精提高了酵母液的催化還原效率，同時增加了對底物的立體選擇性，明顯提高了底物的轉化率和產物的對映體過量值。利用本發(fā)明在底物濃度為6～12g/L時，環(huán)糊精用量根據(jù)底物的不同選擇不同的摩爾比加入，此時底物芳香酮的轉化率為50％～99％，產物光學活性醇的對映體過量值為75％～99％，具有較高的實際應用價值。
文檔編號C12R1/645GK101240299SQ20081001997
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權日2008年3月17日
發(fā)明者湘 劉, 劉士榮, 夏詠梅, 張寶立, 張文虎 申請人:江南大學