生物拆分α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸乙酯制备手性羧酸的工艺研究

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(S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸是合成抗癫痫药物左乙拉西坦的重要手性中间体。左乙拉西坦是一种吡拉西坦类衍生物,对局限性和原发性癫痫、预防癫痫发作具有独特疗效,耐受性好,是一种具有广阔发展前景的新型抗癫痫药物。目前左乙拉西坦及其中间体主要是由化学法制备。利用生物法制备光学纯的(S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸具有反应条件温和,立体选择性强等优点。论文首先对耐酪氨酸冢村氏菌不对称催化反应进行了研究,考察添加表面活性剂对耐酪氨酸冢村氏菌生物拆分合成(S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸的影响。实验结果表明,最优条件为:吐温-80的添加量为0.1%(w/v),pH 7.2,反应温度为30℃,缓冲液离子强度为0.7 M,底物浓度为80 mmol/L,转化38 h,产率可达49.62%,产物e.e.值大于99%。其次,以有机溶剂/磷酸钾缓冲液作为反应介质,通过优化体系,获得较佳的水解条件:正己烷/磷酸钾缓冲液两相体积比为15:85,pH 7.2,反应温度为30℃,耐酪氨酸冢村氏菌细胞30 g/L,转化36 h。在此优化条件下,当底物浓度为70 mmol/L时的产率为50.96%,e.e.值为98.99%。与磷酸钾缓冲液单相体系中同底物浓度条件下的转化结果(产率 51.4%,e.e.值 80.2%)相比,e.e.值提高了 18.8%。最后,考察了固定化耐酪氨酸冢村氏菌(Tsukamurella tyrosinosolvens)E105细胞不对称催化水解反应,确立了以海藻酸钙包埋法作为该菌株的固定化方法,较佳的固定化细胞制备条件为:菌体包埋量为0.4 g/mL,固定化细胞粒径大小为1.8 mm,海藻酸钠浓度为3.5%,CaCl2的浓度为3.0%。并且对固定化细胞催化水解反应条件进行优化,考察了缓冲液pH值,固定化细胞添加量,底物浓度对转化的影响,得出了优化的固定化细胞转化条件。最佳反应条件为:Tris-HCl缓冲液的pH值为8.0,固定化细胞添加量为500 g/L,底物浓度为40 mmol/L,在30℃,200 rpm的摇床中转化42 h,此时的最大产率和e.e.值分别为48.1%和98.9%。另外,细胞经固定化后,正己烷的添加浓度有所提高,由原来的15%提高到20%,此时体系中加入的底物浓度为60 mmol/L,得到的最大产率和e.e值分别为48.3%和99.1%。与单相体系固定化细胞催化结果(产率37.73%,e.e.值92.3%)相比,产率和e.e.值有明显的提高。
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