[01368678]利用微生物细胞催化羰基不对称还原生产手性芳香醇

手性醇由于在不对称中心的碳原子上引入了一个活泼的羟基,可方便地与其它基团反应合成大量所需的手性药物,是一类重要的手性平台化合物,高效合成该类手性化合物具有重要的理论价值和现实意义。特别是手性芳香醇在手性药物医药合成中具有重要的作用,是许多手性药物合成的手性砌块,如L-氯丙那林,R-托莫西汀,S-氟西汀,R-沙丁胺醇,R-地诺帕明。但这些芳香醇及其相应的合成底物芳香酮,对微生物活性具有很高的毒性,抑制微生物催化反应效率,通常的底物浓度不能超过20 mmol/L,这就限制该类反应在工业中的应用。基于国内外在该方面的研究成果和本研究组的前期研究基础,本研究组将从微生物工程以及生物催化介质工程出发,开发高效生物催化技术生产手性芳香醇的生产技术。本课题受湖北省自然科学基金（编号：2008CDB354）,武汉市青年科技晨光计划（编号：200750731288）,湖北省教育厅科学研究重点项目（编号：d20121108）,武汉祥龙电业股份有限公司（原武汉葛化集团有限公司）与湖北金诺药业有限公司经费资助。微生物细胞中,还原型辅酶参与下,胞内的氧化还原酶催化前手性羰基不对称还原直接生产相应的手性醇,而辅酶转化为氧化型辅酶。同时微生物细胞利用胞内的代谢使氧化型辅酶原位再生为还原型辅酶。还原反应及辅酶再生在细胞内耦合进行,使反应连续进行。 筛选得到了一株微杆菌属Microbacterium sp.可高效高立体选择性地催化前手性羰基不对称还原的微生物,可获得e.e.值高达99%的反应立体选择性;开发以大孔吸附树脂与有机溶剂为分离因素的生物催化过程,避免底物的毒性,底物浓度提高一倍;开发了通过代谢调控技术促进胞内辅酶再生效率,胞内辅酶量提高75%,催化效率提高1.2倍。 项目的创造性与先进性主要为：①筛选到了一株微杆菌属（Microbacterium sp.）可高效高立体选择性地催化前手性芳香酮不对称还原生产手性芳香醇,其对模型底物苯乙酮不对称还原可生产出R-苯乙醇,可获得e.e.值高达99%的反应立体选择性,反应收率高达70%以上。较常用的酵母细胞、白地霉等催化效率有很大的提高。②开发引入分离因素的活性微生物催化芳香酮不对称还原的生产技术。该技术通过引入大孔吸附树脂、有机溶剂为分离因素可避免底物与产物对细胞活性的抑制,可显著促进活性细胞催化不对称还原过程,方法简单,易于实现。③首次提出了通过辅酶的代谢调控技术促进细胞催化羰基不对称还原合成手性醇。 本项目已完成实验室开发研究工作,初步达到工业应用要求。该成果主要是生产手性芳香醇,为手性药物、手性农用化学品以及香精香料的合成提供关键手性中间体,主要应用于制药行业、农用化学品以及香精香料等精细化学品行业。该技术使用的是常规微生物,非病原微生物,技术过程中也为牵涉高毒性化学品,具有很好的安全性,不存在剧毒、生物危害等安全问题。 本成果在武汉祥龙电业股份有限公司（原武汉葛化集团有限公司）与湖北金诺药业有限公司初步应用,试生产表明技术可行,满足生产需要,产品满足技术要求。需要改进的问题是如何增加催化微生物的重复利用批次,如何多批次长时间地保持微生物良好的活性,以节约微生物培养成本。