酵母细胞HD-5催化(2S,5S)-2,5-己二醇的不对称合成研究

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(2S,5S)-2,5-己二醇是重要的手性药物中间体和手性膦化合物配体。目前普遍采用化学拆分法制备单构型(2S,5S)-2,5-己二醇。国内(2S,5S)-2,5-己二醇生产尚属空白。本工作筛选酵母HD-5催化不还原2,5-己二酮,合成(2S,5S)-2,5-己二醇。建立了生物转化培养液中底物2,5-己二酮和产物2,5-己二醇的气相色谱检测方法。以乙二醇为内标物,2,5-己二酮和2,5-己二醇均在0.5~40 mmol?L-1范围内,线性关系良好。建立柱前衍生化-毛细管气相色谱法测定2,5-己二醇对映体含量的方法。用S-(-)-α-苯乙基异氰酸酯与外消旋2,5-己二醇反应,生成相应的衍生物在气相色谱上得到基线分离,同时考察载气流速和程序升温对拆分的影响,检验该方法的重现性和准确度,确定最佳的拆分条件为:进样器温度270℃,检测器温度290℃,分流比4.9∶1,流速6.2 mL·L-1。从9株酵母菌株中,筛选出对2,5-己二酮具有较高催化还原活性的菌株HD-5。采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析推断,酵母HD-5还原2,5-己二酮分两步进行,先生成中间产物(S)-5-羟基-2-己酮,然后生成(2S,5S)-2,5-己二醇。考察了底物2,5-己二酮和产物2,5-己二醇浓度对酵母HD-5生长特性的影响。在底物浓度低于40 mmol·L-1、产物浓度低于50 mmol·L-1时,酵母HD-5的生长不受影响。考察了表面活性剂吐温-80、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)和THF(四氢呋喃)对还原反应的影响。在培养液中添加3.0 g·L-1的吐温-80,有助于提高产物的得率,而不影响目标产物的光学纯度。系统地研究了培养基组成、温度、pH值、接种量、初始葡萄糖浓度、初始底物浓度和产物浓度对酵母HD-5细胞催化2,5-己二酮还原活性和光学选择性的影响。优化的反应条件是有机培养基、温度32oC、pH 6.0、接种量50 g·L-1(细胞干重)和初始葡萄糖浓度20 g·L-1。随着初始底物浓度增加,中间产物的平均累积速率逐渐增加,中间产物的累积浓度超过30 mmol·L-1时,目标产物的生成速率降低。当产物浓度高于70 mmol·L-1时,目标产物的生成速率明显下降。在优化的反应条件下,底物浓度维持在5.0 mmol·L-1左右(前12h),底物累计加入56.5 mmol·L-1。还原反应历时72h,目的产物浓度达到53.8 mmol·L-1,得率为95.2%,选择性为94.38%,目的产物的e.e值为93.76%。本工作关于高效合成(2S,5S)-2,5-己二醇菌株的筛选和生物催化还原条件的优化研究,为进一步放大实验提供依据。
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