[发明专利]制备(2S,3R)-2-(邻苯二甲酰亚胺基甲基)-3-羟基丁酸酯的方法

说明书

本发明提供了一种利用羰基还原酶催化制备(2S,3R)‑2‑(邻苯二甲酰亚胺基甲基)‑3‑羟基丁酸酯的方法，包括如下步骤：以2‑(邻苯二甲酰亚胺基甲基)‑3‑氧代丁酸酯为底物，使用羰基还原酶SEQ ID NO:1催化还原反应，得到(2S,3R)‑2‑(邻苯二甲酰亚胺基甲基)‑3‑羟基丁酸酯。

技术领域

本发明属于生物催化技术领域，具体地说，涉及一种利用羰基还原酶催化还原反应制备(2S,3R)-2-(邻苯二甲酰亚胺基甲基)-3-羟基丁酸酯的方法。

背景技术

具有两个手性中心的手性化合物(2S,3R)-2-(邻苯二甲酰亚胺基甲基)-3-羟基丁酸酯能够用于合成许多药物中间体，例如可以用于合成碳青霉烯类抗生素的关键手性中间体4-AA。

该工艺中，以(2S,3R)-2-(邻苯二甲酰亚胺基甲基)-3-羟基丁酸酯(II)为原料，用叔丁基二甲基硅基(TBS)保护羟基后，再脱除邻苯二甲酰亚胺基保护，得到的中间体在格氏试剂的存在下关环形成丁内酰胺中间体，最后用过氧乙酸氧化即可以得到产品4-AA。

4-AA是4-乙酰氧基氮杂环丁酮的简称，作为碳青霉烯的母核，是生产所有碳青霉烯类抗生素原料药的主要原料。碳青霉烯类抗生素(即培南类抗生素)是一类应用广泛的广谱型抗生素，主要包括亚胺培南、美罗培南、帕尼培南等，全球市场需求巨大。

目前4-AA手性中间体的制备方法主要有过渡金属催化剂催化还原和酶催化还原两种方式。由于过渡金属催化剂价格昂贵，且反应需要高温高压条件下进行，重金属残留难以除去，导致生产成本较高，工业应用受限。

近年来利用生物酶催化不对称还原受到了广泛的关注和应用。这些应用包括：将表达羰基还原酶的完整细胞应用于生物催化反应；或者采用纯化的羰基还原酶与诸如葡萄糖脱氢酶(GDH)、甲酸脱氢酶等辅因子(NADH或NADPH)再生酶在体外联合使用。

使用羰基还原酶一步催化不对称还原生产手性化合物的例子包括：不对称还原2-苯甲酰氨基甲基-3-氧丁酸甲酯的外消旋混合物至(2S,3R)-2-苯甲酰氨基甲基-3-羟基丁酸甲酯(CN101883846A)、不对称还原2-取代氨基甲基-3-酮丁酸酯为(2S,3R)-2-取代氨基甲基-3-羟基丁酸酯(CN113528592A)等。文献(MG Perrone et al.,Adv.Synth.Catal.2007,349,1111-1118.)公开了1种酵母来源的羰基还原酶对2-(邻苯二甲酰亚胺基甲基)-3-酮丁酸乙酯的不对称催化还原反应，但该酶的发酵酶活较低，生成的产物手性不符目标要求，且对映选择性不佳，工业生产受限，因此需要筛选高酶活、高立体选择性、更适合工业化应用的羰基还原酶。

发明内容

为了探索生物催化法制备(2S,3R)-2-(邻苯二甲酰亚胺基甲基)-3-羟基丁酸酯的工业化可行性，发明人设计了利用还原酶催化2-(邻苯二甲酰亚胺基甲基)-3-氧代丁酸酯进行立体选择性还原反应制备具有(2S,3R)两个手性中心的(2S,3R)-2-(邻苯二甲酰亚胺基甲基)-3-羟基丁酸酯的工艺构思。为此，发明人对数百种微生物来源的羰基还原酶进行了筛选，通过实验比较，筛选出较为理想的羰基还原酶。具体地，本发明包括如下技术方案。

一种酶催化制备手性化合物(2S,3R)-2-(邻苯二甲酰亚胺基甲基)-3-羟基丁酸酯的方法，包括如下步骤：

以式I所示的2-(邻苯二甲酰亚胺基甲基)-3-氧代丁酸酯为底物，使用羰基还原酶SEQ ID NO:1或者其同源性≥80％、优选≥85％、≥90％、≥95％的同工酶催化还原反应，得到式II所示的(2S,3R)-2-(邻苯二甲酰亚胺基甲基)-3-羟基丁酸酯：

其中，R为C1-C4烷基，选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基。