一种选择性合成手性醇及环氧化合物的方法

技术领域

本发明涉及有机合成技术领域，特别涉及一种选择性合成手性醇及环氧化合物的方法。

背景技术

8-[(1R)-1-羟基-2-氯]乙基-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮(CAS:869478-11-5)及8-[(1R)-1-羟基-2-溴]乙基-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮(CAS:2248125-51-9)均为化合物8-(2R)-环氧乙烷基-6-(苄氧基)-2H-1,4-苯并恶嗪-3(4H)-酮(CAS:869478-12-6)的合成前体，其主要应用于奥达特罗原料药制备上。目前化合物(CAS:869478-11-5及2248125-51-9)的合成报道上主要以硼烷络合物(例如WO2018108089、WO2007020227、WO2008090193、CN107788865等)及过渡金属配合物(例如US20050255050、WO2007104772等)进行不对称合成居多，其中硼烷络合物高毒及恶臭对生产环境较不友好，而过渡金属配合物则存在生产成本高的劣势。因此，找到一种选择性良好、操作方便、收率高、成本低廉、对环境友好的合成方法能在竞争中掌握先机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选择性合成手性醇的方法，该方法以8-(溴乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(CAS:926319-53-1)或8-(氯乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(CAS:869478-53-1)为原料，通过来源于乳酸杆菌属Lactobacillus kefiri DSM 20587的酮还原酶进行选择性还原，产物收率≥95％，ee值接近99.9％左右。该方法还可以进一步用于合成环氧化合物原料药。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种选择性合成手性醇的方法，包括：

以化合物I为底物，在生物酶、辅酶NADP

化合物I和II的结构式分别为：

其中，X为Cl或Br；

所述生物酶包括来源于乳酸杆菌属Lactobacillus kefiri DSM 20587的酮还原酶；所述供氢试剂包括：异丙醇，和/或，葡萄糖与辅酶GDH的组合。

上述方法的反应路线即：

与现有技术使用硼烷络合物及金属配合物选择性还原的工艺相比，本发明反应条件更加温和，反应过程中主要使用水(或异丙醇水溶液)作溶剂，同时工艺中无需使用昂贵、高毒、恶臭的物料，对成本控制及生产环境较为友好。因此，本发明路线比现有技术反应路线有明显的技术优势和成本优势，具备创新性。

在该反应中，生物酶是反应的关键，要求其对底物具有高度的立体专一性和对映体选择性。本发明选用的乳酸杆菌属Lactobacillus kefiri DSM 20587的酮还原酶对于空间位阻大的底物(化合物I)恰恰具有高度的立体专一性、对映体选择性和高效的还原能力，能催化化合物I快速还原为化合物II，并且采用很少的酶量即可对高浓度的底物进行催化还原，同时获得较高的收率和光学纯度。

乳酸杆菌属Lactobacillus kefiri DSM 20587的酮还原酶可以是任意物理状态(发酵液、浓缩液、冻干粉等)，为了方便操作和定量，本发明采用生物酶的冻干粉。

辅酶NADP

供氢试剂为实现NADP

上述反应中的缓冲液一方面提供反应分散环境，另一方面提供反应所需的合适pH环境，为了保持酶的活性及催化效率等，优选在接近中性的环境下进行。而本领域可以实现该环境的缓冲体系有很多种，包括但不限于弱酸和它的盐(如，弱碱和它的盐，多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐的水溶液组成、羧酸和强碱的组合等。具体典型的缓冲系主要有磷酸盐、柠檬酸盐、碳酸盐、醋酸盐、巴比妥酸盐、Tris(三羟甲基氨基甲烷)等体系。

在一些实施方式中，所述生物酶与所述底物的质量比为0.10:1～1.00:1，例如0.10:1、0.20:1、0.25:1、0.30:1、0.40:1、0.50:1、0.6:1、0.70:1、0.80:1、0.90:1、1.0:1等，其中优选0.10:1～0.75:1，更优选0.10:1～0.50:1。

在一些实施方式中，所述还原反应的温度为15～35℃，例如15℃、17℃、19℃、20℃、22℃、25℃、27℃、30℃、32℃、33℃、35℃等，优选20～30℃。

在一些实施方式中，所述还原反应的pH优选为6.0～8.0，例如6.0～6.5、6.5～7.0、7.0～7.5、7.5～8.0等，更优选6.5～7.5。

在一些实施方式中，所述辅酶NADP

在一些实施方式中，所述异丙醇与所述底物的质量比为2.5:1～12.5:1，例如2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1、6.5:1、7:1、7.5:1、8:1、8.5:1、9:1、9.5:1、10:1、11.5:1、12:1、12.5:1等，优选2.5:1～10.0:1，更优选2.5:1～7.5:1。

在一些实施方式中，所述葡萄糖与所述底物的摩尔比为1.05:1～3.00:1，例如1.05:1、1.2:1、1.5:1、1.7:1、2:1、2.3:1、2.5:1、2.7:1、3.00:1等，优选1.05:1～2.50:1，更优选1.05:1～2.00:1。

在一些实施方式中，所述辅酶GDH与所述底物的质量比为0.005:1～0.050:1，例如0.005:1、0.006:1、0.007:1、0.008:1、0.009:1、0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1等，优选0.005:1～0.040:1，更优选0.005:1～0.030:1。

在一些实施方式中，所述供氢试剂为异丙醇，所述缓冲溶液与所述底物的质量比为7.5:1～37.5:1，例如7.5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、37.5:1等，优选7.5:1～30.0:1，更优选7.5:1～22.5:1。

在一些实施方式中，所述供氢试剂由葡萄糖与辅酶GDH组成，所述缓冲溶液与所述底物的质量比为10.0:1～50.0:1，例如10.0:1、15.0:1、20.0:1、25.0:1、30.0:1、35.0:1、40.0:1、45.0:1、50.0:1等，优选10.0:1～40.0:1，更优选10.0:1～30.0:1。

在一些实施方式中，在所述还原反应结束后还进行萃取，所用的萃取剂包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丙酯、四氢呋喃、二氯甲烷中的至少一种。萃取后得到的有机相经过旋干，得到纯化合物II。

另外，在萃取时，可以先用硅藻土等过滤去除生物酶，再将滤液中的有机相取出。

在一些实施方式中，所述供氢试剂为异丙醇，在所述还原反应结束后和所述萃取之前还包括：减压蒸馏去除异丙醇，这样可以同时去除异丙醇及其副产物—丙酮，以提高萃取效率，同时提高产物纯度。

在一些实施方式中，还包括判断所述还原反应的终点：以1:1的乙酸乙酯-正己烷为展开剂进行TLC检测，在该展开剂中，Rf

基于以上各种优选条件，本发明至少包含以下两种合成路线：

合成路线1：

以8-(溴乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(CAS:926319-53-1)及8-(氯乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(CAS:869478-10-4)为起始物料，通过生物酶进行选择性还原，其中异丙醇与起始物料质量比为2.5:1～12.5:1，优选2.5:1～10.0:1，更优选2.5:1～7.5:1。NaH

合成路线2：

以8-(溴乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(CAS:926319-53-1)及8-(氯乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(CAS:869478-10-4)为起始物料，通过生物酶进行选择性还原，其中葡萄糖与起始物料摩尔当量比为1.05:1～3.00:1，优选1.05:1～2.50:1，更优选1.05:1～2.00:1。NaH

本发明上述任意方案最终合成了奥达特罗原料药的前体，前体可以经过氧化生成奥达特罗原料药，即化合物III：

综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

(1)减少了生物酶用量，提高了其作用的底物浓度，更适宜扩大化生产；

(2)选择的生物酶对化合物I具有更高的立体专一性和对映体选择性，合成品的光学纯度和收率更高；

(3)催化效率高；

(4)工艺除杂难度低；

(5)不涉及剧毒等危害性试剂，安全性高，对环境友好。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原药、试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品或者可以根据现有技术制备得到。

下述实施例所用的生物酶为申请人制备的HEC-KRED-010，为源于乳酸杆菌属Lactobacillus kefiri DSM 20587的酮还原酶。

实施例1

8-[(1R)-1-羟基-2-溴]乙基-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮的合成

向反应瓶中加入8-(溴乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(1.13g,1.0equiv)、异丙醇(5.65g)、pH＝7.0的0.10mol/L NaH

LC-MS：[M+H]＝379。

实施例2

8-[(1R)-1-羟基-2-溴]乙基-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮的合成

向反应瓶中加入8-(溴乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(113mg,1.0equiv)、异丙醇(1.34g)、pH＝7.0的0.10mol/L NaH

实施例3

8-[(1R)-1-羟基-2-溴]乙基-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮的合成

向反应瓶中加入8-(溴乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(752mg,2.0mmol,1.0equiv)、葡萄糖(0.54g,3.0mmol)、pH＝7.0的0.10mol/LNaH

实施例4

8-[(1R)-1-羟基-2-溴]乙基-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮的合成

向反应瓶中加入8-(溴乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(752mg,2.0mmol,1.0equiv)、葡萄糖(0.54g,3.0mmol)、pH＝7.0的0.10mol/LNaH

实施例5

8-[(1R)-1-羟基-2-氯]乙基-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮的合成

反应瓶中加入8-(氯乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(664mg,2.0mmol,1.0equiv)、异丙醇(3.32g)、pH＝7.0的0.10mol/L NaH

LC-MS：[M+H]＝334。

实施例6

8-[(1R)-1-羟基-2-氯]乙基-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮的合成

反应瓶中加入8-(氯乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(664mg,2.0mmol,1.0equiv)、异丙醇(6.52g)、pH＝7.0的0.10mol/L NaH

实施例7

8-[(1R)-1-羟基-2-氯]乙基-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮的合成

向反应瓶中加入8-(氯乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(664mg,2.0mmol,1.0equiv)、葡萄糖(0.54g,3.0mmol)、pH＝7.0的0.10mol/LNaH

实施例8

8-[(1R)-1-羟基-2-氯]乙基-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮的合成

向反应瓶中加入8-(氯乙酰基)-6-苄氧基-2H-1,4-苯并噁嗪-3-(4H)-酮(664mg,2.0mmol,1.0equiv)、葡萄糖(0.54g,3.0mmol)、pH＝7.0的0.10mol/LNaH

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。