专利名称：酶催化醇解反应拆分制备光学活性炔丙醇酮的方法
技术领域：
本发明涉及一种酶催化醇解反应拆分制备光学活性炔丙醇酮的方法。
技术背景光学活性炔丙醇酮是合成拟除虫菊酯炔丙菊酯的一个重要手性中间体。右 旋丙炔菊酯产品具有强烈触杀作用，其击倒能力和杀虫能力方面比右旋反式烯丙菊酯大4 10倍，并对蟑螂有突出的驱赶作用。主要用于加工蚊香、电热蚊 香、液体蚊香和喷雾剂防治家蝇、蚊虫、虱、蟑螂等家庭害虫。因此炔丙菊酯 的开发研究将对我国的卫生用杀虫剂的生产起着积极的推动作用。合成消旋炔丙醇酮的方法较多，主要有a、以乙酰乙酸乙酯为原料通过五 布反应合成炔酮酸类化合物，然后与丙酮醛经縮合与环化反应制得炔丙醇酮。 该法工艺复杂，产率较低，仅5%。 b、以3-酮戊二酸酯为原料合成炔酮酸类化 合物，再与丙酮醛类化合物反应得炔丙醇酮，该法原料易得但收率低。c、以2-甲基呋喃为原料，经甲酰化、格氏反应和两步重排反应制得炔丙醇酮。该法原 料易得，收率高，是较理想得工业化生产路线。而获得光学活性炔丙醇酮的方 法多是通过化学或生物方法拆分外消旋炔丙醇酮或炔丙醇酮酯。应用化学法拆 分外消旋炔丙醇酮或炔丙醇酮酯的报道较为少见。目前较为常见的为使用微生 物催化炔丙醇酮酯水解或使用酶催化炔丙醇酮酯水解或使用酶催化炔丙醇酮转 酯化。具体的拆分过程有很多，比如可以利用^W/2raZ^c^ lipase水解炔丙醇酮 乙酸酯(Appl Microbiol Biotechno1(1989) 31:334-337);可以利用酶催化炔丙醇酮 转酯化(Eur.Pat.Appl.(l992) EP 492497; Eur.Pat.Appl.( 1992) EP 507278);可以 利用固定化细胞A/恥to6ac^ sp.CGMCC0789水解炔丙醇酮乙酸酯等等。 发明内容本发明的目的是提供一种酶催化醇解反应拆分制备光学活性炔丙醇酮的方法。方法是将0.001mol 0.05mo1炔丙醇酮乙酸酯、0.001mol 0.1mo1脂肪醇、 10ml 500 ml含有0% 1%水的有机反应溶剂加入到反应器中，然后加入 10mg 1500mg脂肪酶、10mg 1500mg无水碳酸钠，在2(TC 8(TC反应温度下， 搅拌反应1 72小时，获得光学活性炔丙醇酮和其乙酸酯，其中炔丙醇酮乙酸 酯浓度为10mmol/L 2500mmol/L，对应脂肪醇浓度为10mmol/L 5000mmol/L， 脂肪酶浓度为2mg/ml 30mg/ml，无水碳酸钠浓度为2mg/ml 30mg/ml。所述的脂肪醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、 叔丁醇、异戊醇、正己醇、正辛醇、异辛醇或十六醇。有机溶剂为四氢呋喃、 甲苯、苯、异丙醚、二氧六环、二氯甲垸、氯仿、正己烷、环己垸、正庚垸、1，2-二氯乙烷、异辛垸中的一种或多种。反应温度优选为2(TC 55。C。本发明是通过将炔丙醇酮乙酸酯和脂肪醇溶解于有机溶剂中，然后加入酶， 在酶的催化作用下，炔丙醇酮乙酸酯和脂肪醇发生不对称醇解反应，获得具有 高光学活性的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯，反应选择性好，转化率高，获 得的产物R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯光学纯度高，反应适用温度范围宽， 可在常温下进行，反应条件温和，操作方便，设备简单。该技术是在有机溶剂 中实现，酶活力稳定，不流失，可反复循环使用，产物的稳定性好，光学纯度 高，为工业应用提供了保证，因而具有较大的工业应用前景。
具体实施方式
本发明中的所用到的所说的脂肪醇为甲醇、乙醇、氯丙醇、正丙醇、异丙 醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、异戊醇、正己醇、正辛醇、异辛醇或 十六醇。其他结构的脂肪醇也可以用作反应底物，在此不再一一列举。有机溶 剂为四氢呋喃、甲苯、苯、异丙醚、乙醚、二氧六环、二氯甲烷、氯仿、正己 垸、环己垸、正庚垸、1,2-二氯乙烷或异辛垸中的一种或多种相互混合获得的混 合有机溶剂。所述的底物为炔丙醇酮乙酸酯。所述的酶可以是通过微生物培养 后，经过初步分离纯化获得的粗酶；也可以是商品酶，比如从Sigma 、 Fluka、 Meito Sangyo以及Roche Mol. Biochemical等公司获得的具有高选择性催化能力 的纯酶或者固定化酶。上述的有机溶剂中可以含有0% 2%重量的水，含有更 高浓度水量的有机溶剂也可以进行反应，但是可能会影响产物的光学纯度和转 化率，推荐有机溶剂中含有0.01% 1%重量的水。本发明所述的有机溶剂中的 微量水，可以是有机溶剂中本来就含有的，也可以是向无水有机溶剂中人工添 加的。酶当中通常也含有少量的水。采用本发明生产光学活性炔丙醇酮及炔丙醇酮乙酸酯时，是利用酶的高度 对映体选择性，在微水有机溶剂中催化炔丙醇酮乙酸酯和脂肪醇发生不对称醇 解反应(有时也称为酯交换反应，转酯化反应)，将消旋的炔丙醇酮乙酸酯不对 称醇解为R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯。其化学反应式如下反应实施过程如下<formula>formula see original document page 5</formula>Scheme 1. The lipase-catalyzed kinetic resolution of (i 5)-HMPC acetate by alcoholysis.反应前将所有试剂，包括脂肪醇和有机溶剂进行预处理，以除去其中存在 的水分，然后根据具体的反应条件向无水溶剂中加入一定量的水，达到预定的 水含量。为了防止溶剂和反应物的挥发，反应在密封的反应器中进行。反应时 将消旋炔丙醇酮乙酸酯、脂肪醇和有机溶剂和酶以及无水碳酸钠先后加入到反 应器中，如前所述，所用到的脂肪醇为甲醇、乙醇、氯丙醇、正丙醇、异丙醇、 正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、异戊醇、正己醇、正辛醇、异辛醇和十六 醇，其他结构的脂肪醇也可以用作反应底物，在此不再一一列举。所用的有机 溶剂可以是醚、芳烃、取代芳烃、垸烃、卤代烷或者酮等常用溶剂，包括上述 溶剂的相互混合获得的混合溶剂，只要所用的有机溶剂对于反应是惰性的，如 四氢呋喃、甲苯、苯、异丙醚、乙醚、二氧六环、二氯甲垸、氯仿正己烷、环己垸、正庚烷、异辛烷、1,2-二氯乙垸等。所用的脂肪酶可以是通过微生物培养 后，经过初步分离纯化获得的粗脂肪酶；也可以是商品脂肪酶，比如来源于 Cawd/c/a ragosa， QwWz'(ia c_y//"t/racea，户wc/we/ 朋cre油'c， i^ewcfomowas (Sigma/—/,'ca， w"7z、， Mwcw yavam.cws， i /z&o/ms脂'e/ze/ (Fluka公司)，爿/ca/扭wes sp. ， /^ew<iowoM<2s血teen' (Meito Sangyo公司)以及i /n.zc;pMS a;r/n.ms (Roche Mol. Biochemical公司)等具有高选择性催化能力的纯脂肪酶或固定化 脂肪酶。反应体系中消旋炔丙醇酮乙酸酯、脂肪醇、酶和无水碳酸钠的量按照预先 设定的炔丙醇酮乙酸酯和脂肪醇的摩尔比以及炔丙醇酮乙酸酯和酶的用量比加 入。然后将反应器密封，控制反应温度在2(TC 8(TC， (2(TC 55匸为佳)。搅拌 反应1 72小时后结束反应。较高的反应温度可以提高反应速率，因此，在较 高的温度下进行反应，可以在较短的时间内结束反应。但是较高的温度会稍微 影响酶催化反应的选择性，降低产物的对映体纯度。产物的转化率和对映体纯 度用手性气相色谱测定。产率的定义为反应结束后得到产物的摩尔数和反应开 始时加入底物的摩尔数的比值；产物R-炔丙醇酮的对映体纯度的计算公式为 e.e.%=( R-S)/(S+R)xl00n/。,其中S代表S-炔丙醇酮的含量，R代表R-炔丙醇酮的含量；产物S-炔丙醇酮乙酸酯的对映体纯度的计算公式为 e.e.%=(S-R)/(S+R)xl00%，其中S代表S-炔丙醇酮乙酸酯的含量，R代表R-炔 丙醇酮乙酸酯的含量。实施例1.*酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在40。C下将0.050mo1 (9.6g)炔丙醇酮乙酸酯，0.050mol甲醇(1.6g)和 100ml四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入lOOmg酶和lOOmg无水碳酸 钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯含量用带手性 柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为46.0。％， R-炔丙醇酮的e.e.值大于99.0%, S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为84.7%。实施例2:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在70。C下将0.050mo1 (9.6g)炔丙醇酮乙酸酯，0.050mol正丁醇(3.7g) 和100ml含有1%水的四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入lOOmg酶和 lOOmg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸 酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为49.8%, R-炔丙醇酮的 e.e.值大于99.0%， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为98.7%。实施例3:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在50。C下将0.010mo1 (1.92g)炔丙醇酮乙酸酯，O.OlOmol甲醇(0.32g) 和100ml含有0.01%水的四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入lOOmg酶 和100mg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮 乙酸酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为48.8%， R-炔丙醇 酮的e.e.值大于99.0%， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为95.0%。实施例4:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在常温下将O.OlOmol (1.92g)炔丙醇酮乙酸酯，O.OlOmol甲醇(0.32g) 和100ml含有0.05%水的四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入lOOmg酶 和lOOmg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮 乙酸酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为48.3%， R-炔丙醇 酮的e.e.值大于99.0%， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为93.1%。实施例5:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在40。C下将O.OlOmol (1.92g)炔丙醇酮乙酸酯，O.OlOmol异丙醇(0.6g) 和100ml含有0.05%水的四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入lOOmg酶 和100mg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮 乙酸酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为37.5X， R-炔丙醇酮的e.e.值大于99.0% ， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为59.7% 。实施例6:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在40。C下将O.OlOmol (1.92g)炔丙醇酮乙酸酯，O.OlOmol正丙醇(0.6g) 和100ml含有0.01%水的四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入100mg酶 和100mg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮 乙酸酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为47.7%， R-炔丙醇 酮的e.e.值大于99.0%， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为90.9%。实施例7:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在40。C下将0.010mo1 (1.92g)炔丙醇酮乙酸酯，O.OlOmol仲丁醇(0.74g) 和100ml四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入100mg酶和100mg无水碳 酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯含量用带手 性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为39.1X， R-炔丙醇酮的e.e.值大于99.0 %， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为63.8X。实施例8:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在20。C下将0.010mo1 (1.92g)炔丙醇酮乙酸酯，O.OlOmol甲醇(0.32g) 和100ml含有0.1%水的四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入100mg酶和 100mg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸 酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为47.6%, R-炔丙醇酮的 e.e.值大于99.0X， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为90.1 %。实施例9:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在40。C下将0.030mo1 (5.76g)炔丙醇酮乙酸酯，0.030mol甲醇(0.96g) 和100ml含有0.1X水的四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入100mg酶和 100mg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸 酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为47.9%， R-炔丙醇酮的 e.e.值大于99.0X， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为91.5%。实施例10:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在40。C下将O.OlOmol (1.92g)炔丙醇酮乙酸酯，O.OlOmol甲醇(0.32g) 和100ml含有0.05%水的四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入100mg酶 和100mg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮 乙酸酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为48.9%， R-炔丙醇 酮的e.e.值大于99.00%, S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为95.2%。实施例11:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯在55。C下将0.050mo1 (9.6g)炔丙醇酮乙酸酯，0.050mol甲醇(1.6g)和 100ml含有0.05。％水的四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入100mg酶和 100mg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸 酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为48.2%， R-炔丙醇酮的 e.e.值大于99.0% ， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为92.5 % 。实施例12:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在常温下将O.OlOmol (1.92g)炔丙醇酮乙酸酯，O.OlOmol甲醇(0.32g) 和100ml含有0.05%水的四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入500mg酶 和100mg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮 乙酸酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为49.1%, R-炔丙醇 酮的e.e.值大于99.0%， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为96.0%。实施例13:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在常温下将O.OlOmol (1.92g)炔丙醇酮乙酸酯，O.OlOmol甲醇(0.32g) 和100ml含有0.05%水的四氢呋喃加入到250ml反应瓶中，然后加入lg酶和 100mg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸 酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为49.5%， R-炔丙醇酮的 e.e.值大于99.0X， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为97.5%。实施例14:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在40。C下将O.OlOmol (L92g)炔丙醇酮乙酸酯，O.OlOmol甲醇(0.32g) 和100ml含有0.01X水的二氯甲烷加入到250ml反应瓶中，然后加入100mg酶 和100mg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮 乙酸酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为47.4%， R-炔丙醇 酮的e.e.值大于99.0% ， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为89.5% 。实施例15:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在40。C下将O.OlOmol (1.92g)炔丙醇酮乙酸酯，O.OlOmol甲醇(0.32g) 和100ml含有0.01%水的甲苯加入到250ml反应)f瓦中，然后加入100mg酶和 100mg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸 酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为43.2%， R-炔丙醇酮的 e.e.值大于99.0%， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为75.6%。实施例16:酶催化醇解反应拆分制备R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯 在40。C下将O.OlOmol (1.92g)炔丙醇酮乙酸酯，O.OlOmol甲醇(0.32g) 和100ml含有0.01%水的1,2-二氯乙烷加入到250ml反应瓶中，然后加入100mg酶和100mg无水碳酸钠，搅拌反应72小时，溶液中的R-炔丙醇酮和S-炔丙醇 酮乙酸酯含量用带手性柱的气相色谱分析，R-炔丙醇酮产率为48.0%， R-炔丙 醇酮的e.e.值大于99.0%， S-炔丙醇酮乙酸酯的e.e.值为91.8%。
权利要求
1.一种酶催化醇解反应拆分制备光学活性炔丙醇酮的方法，其特征在于将0.001mol～0.05mol炔丙醇酮乙酸酯、0.001mol～0.1mol脂肪醇、10ml～500ml含有0％～1％水的有机反应溶剂加入到反应器中，然后加入10mg～1500mg脂肪酶、10mg～1500mg无水碳酸钠，在20℃～80℃反应温度下，搅拌反应1～72小时，获得光学活性炔丙醇酮和其乙酸酯，其中炔丙醇酮乙酸酯浓度为10mmol/L～2500mmol/L，对应脂肪醇浓度为10mmol/L～5000mmol/L，脂肪酶浓度为2mg/ml～30mg/ml，无水碳酸钠浓度为2mg/ml～30mg/ml。
2. 根据权利要求1所述的一种酶催化醇解反应拆分制备光学活性炔丙醇酮 的方法，其特征在于，所述的脂肪醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、 异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、异戊醇、正己醇、正辛醇、异辛醇或十六醇。
3. 根据权利要求1所述的一种酶催化醇解反应拆分制备光学活性炔丙醇酮 的方法，其特征在于，所述的有机溶剂为四氢呋喃、甲苯、苯、异丙醚、二氧 六环、二氯甲烷、氯仿、正己烷、环己烷、正庚烷、异辛烷、1,2-二氯乙烷中的 一种或多种。
4. 根据权利要求1所述的一种酶催化醇解反应拆分制备光学活性炔丙醇酮 的方法，其特征在于，所述的反应温度优选为20。C 55'C。
全文摘要
本发明公开了一种酶催化醇解反应拆分制备光学活性炔丙醇酮的方法，其特征在于将0.001～0.05mol炔丙醇酮乙酸酯、0.001～0.1mol脂肪醇、10～500ml含有0％～1％水的有机反应溶剂加入到反应器中，然后加入10～1500mg脂肪酶、10～1500mg无水碳酸钠，在20～80℃反应温度下，搅拌反应1～72小时，获得光学活性炔丙醇酮和其乙酸酯。本发明反应选择性好，转化率高，获得的产物R-炔丙醇酮和S-炔丙醇酮乙酸酯光学纯度高，反应适用温度范围宽，可在常温下进行，操作方便，设备简单。本发明在有机溶剂中实现，酶活力稳定，不流失，可反复循环使用，产物的稳定性好，光学纯度高，因而具有较大的工业应用前景。
文档编号C12P41/00GK101240314SQ20081006000
公开日2008年8月13日 申请日期2008年2月29日 优先权日2008年2月29日
发明者吴坚平, 刚 徐, 杨立荣, 程咏梅 申请人:浙江大学