藥物氟西汀中間體3-氯-1-苯基丙醇的生物催化合成研究

杜 剛

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藥物氟西汀中間體3-氯-1-苯基丙醇的生物催化合成研究

杜 剛

（陜西國防工業職業技術學院化學化工學院， 陜西 西安 710302）

3-氯-1-苯基丙醇是制備抗抑郁藥物氟西汀重要中間體。從微生物催化法、植物細胞催化法以及酶催化法等方面，系統綜述了藥物氟西汀中間體3-氯-1-苯基丙醇的生物催化合成研究進展。

生物催化；3-氯-1-苯基丙醇；藥物中間體

手性藥物由于其獨特的藥理性能以及巨大的經濟價值，引起了化學家和生物學家的極大關注。但是手性藥物的制備技術還不盡成熟，尤其是手性中間體的研究與開發是急待解決的重大課題。手性3-氯-1-苯基丙醇是一類重要的手性中間體，同時也是抗抑郁藥物氟西汀的中間體，由手性3-氯-1-苯基丙醇可以得到單一對映體氟西汀、尼索西汀以托莫西汀等[1]。但是由于技術上的缺陷，現在還無法實現大規模生產單一對映體3-氯-1-苯基丙醇。國內外制備的手性3-氯-1-苯基丙醇的方法有化學法和生物法，化學法由于條件苛刻、對映體過剩量低等缺點[2]，而生物法因其選擇性高、反應條件溫和、產物光學純度高等優點[3]而受到極大的關注，在生物合成手性3-氯-1-苯基丙醇的過程中，研究較多的是生物不對稱還原3-氯-1-苯丙酮。在制備手性3-氯-1-苯基丙醇過程中，手性催化劑的選擇、反應以及分離條件等因素都是研究的重點。

1 催化劑的篩選

生物催化可以分為酶催化法、微生物催化法以及植物細胞催化法等，催化過程影響因素很多，微小條件的改變都可能催化反應的失敗。其中生物催化的選取最為關鍵，直接決定著產物的產率及高對映體過剩量的高低。找到合適的催化劑的最有效的辦法就是催化劑的篩選。通過篩選可以從不同來源的生物催化劑中發現可以利用的高效生物催化劑。例如，目前可用于不對稱催化合成手性醇化合物的微生物有很多種，如有釀酒酵母、近平滑假絲酵母、真菌等。Kaoru Nakamura等[4]用藍細菌得到了光學產率達到99%的2-二氟代1-苯乙醇。Cheng等[5]從土壤中分離得到酵母Rhodotorula sp.AS2.2241可轉化（S）-苯乙醇。產率為34.7%，ee值為99.5%。歐志敏[6]從實驗室保存的20株酵母菌中篩選出了4株具有對映體選擇性還原能力的菌株還3-氯-1-苯丙酮生成高光學純度 R-3-氯-1-苯丙醇的較好菌株。Candida1257可將底物還原生成S構型的手性醇,其它3種酵母菌SaccharomycesP2、Saccharomyces B5和 Candida 104可將底物還原生成R構型的手性醇。其中后兩者催化得到的(R)-3-氯-1-苯丙醇的對映體過剩值為100％，不過產率較低僅為50%左右。另外在以乙醇為共底物存在時在pH為8.0溫度為25 ℃條件下反應24 h，同樣得到了高光學產率(S)-3-氯-1-苯丙醇（圖1）[7]。

圖1 3-氯-1-苯丙酮不對稱還原合成3-氯-1-苯丙醇

2 微生物催化法

微生物催化具有操作簡單，廉價易得，在催化羰基化合物時無需添加輔酶，大大降低了成本等優點。在催化羰基酮的過程中產物大多遵守 Prelog 原則[8]（Prelog，s rule）如圖2。

圖2 Prelog原則示意圖

根據Prelog 原則，在還原不同取代基的化合物時可以獲得不同的re-或si-構型產物，當小的取代基被大的取代基取代時，產物對映體就有可能發生轉變。

Yang[9]利用海藻酸鈣固定化的釀酒酵母CGMCC 2266進行了3-氯-1-苯丙酮的不對稱還原研究,發現在50 ℃條件下反應30 min即可得到產率為80%，對映體過剩量為99%，進而發現最佳反應溫度為30 ℃，反應時間為24 h。童凌斐[10]采用自制高活性面包酵母細胞不對稱生物還原3-氯-1-苯丙酮合成高純度(S) 3-氯-1-苯丙醇，在厭氧并有乙醇為共底物條件下，最佳的反應條件為溫度為23℃、反應63 h，pH值為7.0時，可以得到(S) 3-氯-1-苯丙醇產率>60%,ee>99%。

3 植物細胞催化法

植物細胞與微生物一樣也具有催化還原羰基的功能。在反應過程中無需能量共給，無需碳源的加入，并且植物細胞具有重復使用的特點,可以節省反應成本。F. Baldassarre[11]用胡蘿卜根作為催化劑，在50 h得到ee>95%的手性醇，而轉化率可達100%。Renato Brun[12]進行了茴香(F. ulgare)、胡蘿卜(D. carota)和葫蘆（Cucurbita pepo）等植物細胞在有機溶劑乙醇中催化合成手性醇的研究，也發現其中胡蘿卜(D. carota)根具有較強的催化活性，產率達到100%，產物的光學產率都是100%，并且全部是S型對映體。可見植物細胞催化在制備手性醇方面具有巨大的發展潛力。楊錦[13]在水相體系中通過釀酒酵母細胞對3-氯-1-苯丙酮進行不對稱還原，在表面活性劑以及β-環糊精影響下，手性醇的產率可以達到70%以上。徐姜炎[3]發現經生物篩選得到更為經濟的生物催化劑胡蘿卜活性胚芽，具有還原3-氯-1-苯丙酮活性的能力，可以制備得到S-3-氯-1-苯丙醇,產率為78%，e.e.為98%。通過比較分析認為催化劑胡蘿卜活性胚芽經種植培養可得，來源廣泛，并且轉化反應過程條件溫和，具備大規模生產的實踐潛力（圖3）。

圖3 (R)3-氯-1-苯丙醇合成路線圖

4 酶催化法

酶催化的反應簡單、容易控制、操作穩定性好，產物容易分離純化，整個工藝易于放大、適合工業化應用。酶催化效率很高，一般情況下是化學催化劑效率的109倍以上，而且底物具有高度專一性，產物的光學純度高，反應條件溫和，一般在室溫條件下就能反應等特點。龔大春[14]先用化學的方法將 3-氯-1-苯丙酮還原成外消旋的3-氯-1-苯丙醇，再通過酯化合成外消旋的3-氯-1-苯丙醇丁酸酯，最后再用固定化脂肪酶進行催化水解拆分，得到98%e.e.的(R)-3-氯-1-苯丙醇,總收率約為41%。這種固定化后的脂肪酶穩定較好，重復使用10次以上，依然具有較強選擇性，產物e.e.值依然可達到97%以上。

5 結束語

生物催化合成手性3-氯-1-苯丙醇具有反應溫和、對映體過剩量高等特點，但是生物催化也有嚴重問題需要解決。微生物催化法與植物細胞催化法由于其對于反應底物耐受性有限，導致底物濃度較低，濃度過高則產率下降嚴重。酶催化法雖然沒有耐受性問題，但是酶的提取、保存等條件苛刻，這為酶催化法生產3-氯-1-苯丙醇帶來了巨大的困難。總之生物催化合成3-氯-1-苯丙醇還需要深入的研究。

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Study on the Biocatalytic Synthesis of Pharmaceutical Intermediates of Antidepressant Fluoxetine 3-chloro-1-phenylpropanol

（College of Chemical Engineering, Shan Xi Institute of Technology，Shaanxi Xi’an 710302, China）

3-chloro-1-phenylpropanol was the key pharmaceutical intermediates of antidepressant fluoxetine. the Various biocatalytic synthesis of optically active 3-chloro-1-phenylpropanol with are described.

Biocatalytic synthesis; 3-chloro-1-phenylpropanol; Pharmaceutical intermediates

TQ 460

A

1671-0460（2014）06-0913-03

2014-05-03

杜剛（1975-），男，遼寧撫順人，講師，碩士，畢業于山西大學，研究方向：藥物中間體研究。E-mail：bless75@126.com。