專利名稱：微生物體系催化合成手性氮雜環(huán)丁-2-酮-4-酰胺和羧酸類化合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物體系催化合成手性氮雜環(huán)丁 -2-酮-4-酰胺和羧酸類化合物的 方法。
背景技術(shù)：
β -內(nèi)酰胺類化合物由于其自身特殊的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，以及β -內(nèi)酰胺抗生素化合物 在藥理活性上的重大意義，使得此類化合物在合成尤其是在藥物合成領(lǐng)域具有獨(dú)特的地 位。1985年文獻(xiàn)中相繼出現(xiàn)了此類化合物的合成報(bào)道，1907年Maudinger首次利用化學(xué) 環(huán)加成的方法合成了此類化合物，1929年Fleming又首次發(fā)現(xiàn)了在抗菌素領(lǐng)域具有里程碑 意義的藥物分子青霉素(化合物1和2的結(jié)構(gòu)式分別如式VII和式VIII所示)，隨后的藥 理試驗(yàn)研究表明內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)是其藥效基團(tuán)，這更激起了化學(xué)家對此類手性化合物的 合成興趣。但隨其在臨床上的廣泛應(yīng)用，細(xì)菌對青霉素的耐藥性也越來越明顯，隨后一批以 β -內(nèi)酰胺環(huán)為核心結(jié)構(gòu)的手性β -內(nèi)酰胺抗生素化合物相繼出現(xiàn)，其中包括頭孢類抗生 素，碳青霉烯類化合物等。但是，其中只有為數(shù)不多的幾種具有良好的抗菌活性分子具有單 環(huán)β -內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)，例如于1976年，Hashimoto等人經(jīng)過天然篩選出來的Nocardicin(諾 卡迪星)(化合物3，其結(jié)構(gòu)式如式IX所示)，可以算作是最早的單環(huán)內(nèi)酰胺抗生素分子。
權(quán)利要求
物，
1.式I結(jié)構(gòu)通式所示手性化合 d
2.式II結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物，其特征在于所述R'為甲基時(shí)，所述手性化合物為 式III-I或式II1-2結(jié)構(gòu)通式所示化合物；
4. 一種制備權(quán)利要求1中式I-I結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物和權(quán)利要求3中式IV-I結(jié) 構(gòu)通式所示手性化合物的方法，包括如下方法一或方法二 所述方法一包括如下步驟用紅球菌(Iihodococcus erythropolis AJ270)催化體系催化水解式V所示外消旋化 合物，得到權(quán)利要求1中式I-I結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物和權(quán)利要求3中式IV-I結(jié)構(gòu)通式 所示手性化合物；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述方法一和方法二中，紅球菌催化體系 均由紅球菌和PH值為6. 0-8. O的緩沖溶液組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述方法一和方法二中，所述緩沖溶液均 為Na2HPO4-檸檬酸緩沖溶液、K2HPO4-KH2PO4緩沖溶液、Tris緩沖溶液、Hanks'緩沖溶液或 PBS緩沖溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6任一所述的方法，其特征在于所述方法一和方法二中，所述紅球 菌催化體系與式V所示外消旋化合物的質(zhì)量比均為0. 1-10 0.01-10，具體為0. 1 0.01、 0.1 10,10 0. OlUO 10,0. 5-10 0.05-10,1-10 0. 1-10,0. 5-10 0.05-10、 0.5-10 0.1-10,1-10 1-10,2-10 2-10,3-10 3-10,4-10 4-10,5-10 5-10, 6-10 6-10,7-10 7-10,8-10 8-10,9-10 9-10,0. 1-9 0.01-9,0. 1-8 0.01-8、 0.1-5 0. 01-5,0. 5-9 0. 05-9,0. 5-8 0. 05-8 或 0. 5-7 0. 05-7，所述紅球菌催化 體系中，紅球菌在所述緩沖溶液中的質(zhì)量百分濃度均為0. 2-5%，具體為0. 5-5%U-5%, 2-5 3-5 %A~5 %,0. 2-4 %,0. 2-3 %、0. 2-2 %、0. 2-1 %,0. 5-4 %、0. 5-3 %、0. 5-2 %、 0. 5-1%、1-4%、1-3%、1-2%、2-4%、2-3%或 3_4%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7任一所述的方法，其特征在于所述方法一中，催化水解步驟中， 溫度為 20-37°C，具體為 20-35°C、25-37°C、20-25°C、25-37°C或 30-37°C，時(shí)間為 3 小時(shí)-8 天，具體為3小時(shí)-7天、3小時(shí)-6天、3小時(shí)-5天、3小時(shí)-4天、3小時(shí)-3天、3小時(shí)-2天、 3小時(shí)-1天、1天-8天、2天-8天、5天-8天、3小時(shí)-12小時(shí)或3小時(shí)-20小時(shí)；所述方 法二中，催化水解步驟中，溫度為20-37 °C，具體為20-35 V、25-37 V、20-25 V、25-37 V或 30-37°C，時(shí)間為3-30小時(shí)，具體為3-25小時(shí)、3-20小時(shí)、3-15小時(shí)、3-10小時(shí)、5-30小時(shí)、 5-25小時(shí)、5-20小時(shí)、5-15小時(shí)、5_10小時(shí)、10-25小時(shí)、10-15小時(shí)或10-20小時(shí)。
9.一種制備權(quán)利要求3中式III-I和式III-2結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物的方法，包括 如下步驟將權(quán)利要求3中式IV-I結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物與下述兩反應(yīng)物中的任意一種碘甲 烷或重氮甲烷，進(jìn)行酯化反應(yīng)得到權(quán)利要求3中式III-I結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物；將權(quán)利要求3中式IV-2結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物與下述兩反應(yīng)物中的任意一種碘甲 烷或重氮甲烷，進(jìn)行酯化反應(yīng)得到權(quán)利要求3中式III-2結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物；
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述權(quán)利要求3中式IV-I結(jié)構(gòu)通式所 示手性化合物與碘甲烷或重氮甲烷的摩爾比為大于0且小于等于11;所述權(quán)利要求3中式IV-2結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物與碘甲烷或重氮甲烷的摩爾比為 大于0且小于等于1 1。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于所述酯化反應(yīng)中，溫度 為-15-30°C，時(shí)間為0. 5-12小時(shí)，具體為0. 5-10小時(shí)、0. 5-5小時(shí)、1-12小時(shí)、2-10小時(shí)、 2-12小時(shí)、3-12小時(shí)、4-12小時(shí)、1_9小時(shí)或5_10小時(shí)；反應(yīng)介質(zhì)選自N，N- 二甲基甲酰胺、 二甲基亞砜、丙酮和四氫呋喃中的至少一種；所述權(quán)利要求3中式IV-I結(jié)構(gòu)通式所示手性 化合物或所述權(quán)利要求3中式IV-2結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物在所述反應(yīng)介質(zhì)中的摩爾濃 度為 0. l-2mol/L,具體為 0. I_lmol/L、0. 5_2mol/L、l_2mol/L、1-1. 5mol/L、0. 1-1. 5mol/L 或 0. 5-1. 5mol/L。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一所述的方法，其特征在于所述酯化反應(yīng)開始前，還加入 堿；所述堿選自碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸銫、氫氧化鈉和氫氧化鉀中的至少一種；所述權(quán)利要 求3中式IV-I結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物或所述權(quán)利要求3中式IV-2結(jié)構(gòu)通式所示手性化 合物與所述堿的摩爾比為大于0且小于等于1 1 ；所述式IV手性化合物與重氮甲烷進(jìn)行 酯化反應(yīng)的步驟，包括如下步驟將摩爾濃度為0. 1-lmol/L的重氮甲烷的乙醚溶液加入到 反應(yīng)體系中。
13.一種制備權(quán)利要求1中式1-2結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物的方法，包括如下步驟將 權(quán)利要求3中式III-I結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物的甲酯化合物與氨水進(jìn)行氨解反應(yīng)，得到 所述權(quán)利要求1中式1-2結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述權(quán)利要求3中式III-I結(jié)構(gòu)通式 所示手性化合物的甲酯化合物與所述氨水的摩爾比為大于0且小于等于1 1。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于所述氨解反應(yīng)中，溫度為高 于-20"C 并低于 100°C，具體為-20"C -90 V、-20 V -80 V、-20 V -70 V、-20 V -60V、-20 V -5 0"C、-20"C -40"C、-20"C -30V、-20V -20V,-20°C-IO0C >-20V -0V、-20°C —10°C、_10°C -90V、 0-90 "C、0-80 "C、0-70 V、0-50 V、0-40 V 或 10-90 V、20-80 V、30-70 V、40-60 V、20-70 V 或 20-60°C，時(shí)間為0. 5-12小時(shí)，具體為0. 5-10小時(shí)、0. 5-5小時(shí)、1-12小時(shí)、2-10小時(shí)、2-12 小時(shí)、3-12小時(shí)、4-12小時(shí)、1-9小時(shí)或5-10小時(shí)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13-15任一所述的方法，其特征在于所述氨解反應(yīng)在溶劑中進(jìn)行， 所述溶劑選自丙酮、水、甲醇、乙醇和丙醇的至少一種。
17.一種制備權(quán)利要求3中式IV-2結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物的方法，包括如下步驟 將權(quán)利要求1中式I-I結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物與酸進(jìn)行水解反應(yīng)，得到所述權(quán)利要求3 中式IV-2結(jié)構(gòu)通式所示手性化合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述酸選自鹽酸、硫酸、硝酸和磷酸中 的至少一種，優(yōu)選鹽酸。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于所述權(quán)利要求1中式I-I結(jié)構(gòu)通 式所示手性化合物與所述酸的摩爾比為大于0且小于等于1 1。
20.根據(jù)權(quán)利要求17-19任一所述的方法，其特征在于所述水解反應(yīng)中，溫度為高 于 0°C 并低于 100°C，具體可為 10-90°c、5-95 °C、20-95 °C、15-95 °c、20-80°c、30-70°c、 40-60°C、40-95°C、30-95°C或 50-95°C，時(shí)間為 0. 5-24 小時(shí)，具體為 0. 5-20 小時(shí)、0. 5-15 小 時(shí)、0. 5-10小時(shí)、0. 5-5小時(shí)、1-24小時(shí)、1-20小時(shí)、2-24小時(shí)、3-24小時(shí)、5-24小時(shí)、10- 小時(shí)、10-20小時(shí)、10-15小時(shí)或15-24小時(shí)。
21.以權(quán)利要求1所述化合物為活性成分的藥物。
22.以權(quán)利要求2所述化合物為活性成分的藥物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微生物體系催化合成手性氮雜環(huán)丁-2-酮-4-酰胺和羧酸類化合物的方法。所述手性化合物結(jié)構(gòu)通式如式I和II所示。制備方法是在紅球菌Rhodococcuserythropolis AJ270微生物體系催化水解外消旋氮雜環(huán)丁-2-酮-4-腈或酰胺類化合物得到目標(biāo)產(chǎn)物。所用紅球菌菌體用量可根據(jù)底物的用量來進(jìn)行調(diào)節(jié)。反應(yīng)溶劑為pH＝6.0-8.0的常用緩沖溶液，溫度為20-37℃，反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí)-8天。該方法，具有操作簡便，反應(yīng)高效，反應(yīng)條件溫和，對映選擇性高，產(chǎn)物易分離，產(chǎn)物純度高的特點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號C12P17/10GK102126999SQ20111002313
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者冷冬輝, 王德先, 王梅祥 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所