CN105039432A

CN105039432A - 一种青霉菌生产(s)-氯苯二氯乙醇的方法

Info

Publication number: CN105039432A
Application number: CN201510560628.1A
Authority: CN
Inventors: 刘均洪; 彭珂珂; 张媛媛
Original assignee: Qingdao University of Science and Technology
Current assignee: Qingdao University of Science and Technology
Priority date: 2015-09-07
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2015-11-11

Abstract

一种青霉菌细胞生物催化制备(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇的方法，反应罐中加入磷酸盐缓冲液，用青霉菌细胞进行生物催化反应，产品收率高，对映体过量率高，解决了现有方法生产的困难。

Description

一种青霉菌生产(S)-氯苯二氯乙醇的方法

技术领域

本发明属于制药工程技术领域，特别涉及到青霉菌细胞生物催化制备手性医药中间体(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇的技术。

背景技术

手性(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇是合成手性药物、精细化学品、农药品和其他特殊材料的重要中间体。生物催化不对称反应具有环境友好、条件温和、选择性高等优点,作为绿色高效制备手性化合物的优先途径,被越来越多地应用于生产一些高附加值的手性化合物。生物催化制备手性(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇具有很好的应用前景。

生物催化具有催化效率高、选择性强、条件温和、环境友好等突出优点,是可持续发展过程中替代和拓展传统有机化学合成的重要方法。其中手性拆分和不对称合成是生物催化最具吸引力的应用领域。在作为生物催化剂的六大类酶中,水解酶能够催化动力学拆分外消旋体得到手性产品,在工业生物催化中一直扮演着重要角色。近几年来,氧化还原酶在工业上的应用得到了迅速增长。目前,采用水解酶动力学拆分法、生物还原法和生物氧化法工业制备光学活性手性化合物的比例为4:2:1。

生物还原法相对于动力学拆分法而言,最大的优势在于理论收率可达100%,原子经济性好。然而生物还原反应需要辅酶或辅因子的参与,一定程度上限制了其应用。由于辅酶依赖性的缘故,生物还原反应中多釆用整细胞作为催化剂,实现体内辅酶循环再生的同时免去了酶的分离纯化步骤。

(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇是合成手性药物、精细化学品、农药品的重要手性砌块，。现有的方法普遍存在转化率低、反应时间长、需要添加昂贵辅酶、成本高等严重缺陷，难于进行工业化生产。本发明将采用生物细胞催化制备(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇。

发明内容

本发明采用青霉菌细胞催化制备(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇，反应式如下：

2，3’,4’三氯苯乙酮（1）经青霉菌催化反应，得到产物(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇（2）。有多种微生物可以催化此反应，经过大量实验筛选，最终确定采用青霉菌作为催化剂，因为其催化反应的效果最好，反应收率、对映体过量率（ee%）均很高。

许多青霉菌都可以进行生物催化此反应，然而，其效果不同，相差很大，经实验，本发明选用青霉菌菌株为ATCC26797，其催化反应效果最佳。

由于绝大多数氧化还原酶是辅酶NAD(P)H依赖型,而细胞本身所含有的辅酶量可能较少,因此,进行氧化还原反应时,为促进辅酶再生，提高反应效率，在反应体系中还添加辅助底物构成转化体系。常用的辅助底物种类较多，不同细胞所需的辅助底物不同，效果差别很大，采用几种辅助底物组合，可以取得较好效果，需进行大量实验才能确定最佳的辅助底物。本发明经过大量实验确定的辅助底物为：葡萄糖20-23g/L、木糖20-24g/L、蔗糖25-28g/L、异丙醇5-6%V/V(体积浓度)。

由于底物溶解度较低，所以，加入表面活性剂以增加底物的溶解度。

培养介质：

1、　种子培养基成份为:酵母提取物10g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，麦芽浸膏25-30g，硫酸铵0.5-0.7g/L;配制固体培养基时添加15g/L的琼脂粉。

2、培养液成份：玉米浆(以干物质计)含量为35-45g/L，酵母浸膏8-10g/L，葡萄糖18-22g/L，麦芽浸膏25-30g，硫酸铵0.5-0.7g/L，硫酸镁0.3-0.4g/L，磷酸二氧钾1.8-2.3g/L，碳酸钙0.7g/L,硫酸亚铁0.18g/L,硫酸锰0.025g/L;pH5.0。

2、固体培养基成份：在液体培养基中加入2%的琼脂粉。

青霉菌细胞制备。青霉菌经斜面、摇瓶、种子罐培养得到种子液；发酵罐加入培养液，121℃高压灭菌30分钟，冷却至23-24℃，将青霉菌种子液接种至发酵罐，接种比例为10-11％，通气比为0.9-1V/（V分钟），23-24℃培养35-40小时，用过滤式离心机离心得到湿青霉菌细胞，用作生物催化反应催化剂。

生物催化转化。底部通气搅拌反应罐中加入磷酸盐缓冲液，pH为5.9，加入底物2，3’,4’三氯苯乙酮，使底物浓度为80-90g/L。其他成份：玉米浆(以干物质计)含量为12-15g/L，单硬脂酸甘油酯含量为17-18g/L，葡萄糖20-23g/L、木糖20-24g/L、蔗糖25-28g/L、异丙醇5-6%V/V(体积浓度)，121℃高压灭菌30分钟；冷却至24-25℃时，加入湿青霉菌细胞使其浓度为90-94g/L，通气比为0.16-0.18V/（V分钟），进行生物催化反应，反应时间为70-74小时；反应结束后，滤出细胞，用乙酸乙酯萃取反应液，蒸出乙酸乙酯，得到产物(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇，反应转化率98-99％，产品收率96-97％，对映体过量率98.5-99％。

本发明所开展工作包括菌株选择、催化反应条件优化（反应温度、通气量、pH）、反应介质选择和浓度优化，包括底物浓度、辅助底物组合、表面活性剂种类及浓度等。

实施例1

种子培养基成份为:玉米浆(以干物质计)含量为35-45g/L，酵母提取物10g/L，葡萄糖20g/L，硫酸铵0.5-0.7g/L，硫酸镁0.3-0.4g/L，磷酸二氧钾1.8-2.3g/L;配制固体培养基时添加15g/L的琼脂粉。

玉米浆(以干物质计)含量为35-45g/L，酵母浸膏8-10g/L，葡萄糖18-22g/L，麦芽浸膏25-30g，硫酸铵0.5-0.7g/L，硫酸镁0.3-0.4g/L，磷酸二氧钾1.8-2.3g/L，碳酸钙0.7g/L,硫酸亚铁0.18g/L,硫酸锰0.025g/L;pH5.0。

培养液成份为：玉米浆(以干物质计)含量为35-45g/L，酵母浸膏8-10g/L，葡萄糖18-22g/L，麦芽浸膏25-30g，硫酸铵0.5-0.7g/L，硫酸镁0.3-0.4g/L，磷酸二氧钾1.8-2.3g/L，碳酸钙0.7g/L,硫酸亚铁0.18g/L,硫酸锰0.025g/L;pH5.0。

　湿青霉菌细胞制备过程如下：青霉菌ATCC26797经斜面、摇瓶培养，得到种子液。1L发酵罐加入培养液；发酵罐加入培养液，121℃高压灭菌30分钟，冷却至23℃，将青霉菌种子液接种至发酵罐，接种比例为接种比例为10-11％，通气比为0.9-1V/（V分钟），23℃培养35-40小时，用过滤式离心机离心得到湿青霉菌细胞，用作生物催化反应催化剂。

生物催化转化：0.5L底部通气搅拌反应器中加入磷酸盐缓冲液，pH为5.9，加入底物2，3’,4’三氯苯乙酮，使其浓度为80g/L，玉米浆(以干物质计)含量为12g/L，单硬脂酸甘油酯含量为17-18g/L，葡萄糖20-23g/L、木糖20-24g/L、蔗糖25-28g/L、异丙醇5-6%V/V(体积浓度)，121℃高压灭菌30分钟；冷却至24-25℃时，加入湿青霉菌细胞使其浓度为90-94g/L，通气比为0.16-0.18V/（V分钟），进行生物催化反应，反应时间为70-74小时；反应结束后，滤出细胞，用乙酸乙酯萃取反应液，蒸出乙酸乙酯，得到产物(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇，反应转化率99％，产品收率97％，对映体过量率98.5％。

实施例2

　湿青霉菌细胞制备过程如下：青霉菌ATCC26797经斜面、摇瓶培养，得到种子液。5L发酵罐加入培养液；发酵罐加入培养液，121℃高压灭菌30分钟，冷却至24℃，将青霉菌种子液接种至发酵罐，接种比例为10-11％，通气比为0.9-1V/（V分钟），24℃培养35-40小时，用过滤式离心机离心得到湿青霉菌细胞，用作生物催化反应催化剂。

生物催化转化：5L底部通气搅拌反应器中加入磷酸盐缓冲液，pH为5.9，加入底物2，3’,4’三氯苯乙酮，使其浓度为90g/L，玉米浆(以干物质计)含量为15g/L，单硬脂酸甘油酯含量为17-18g/L，葡萄糖20-23g/L、木糖20-24g/L、蔗糖25-28g/L、异丙醇5-6%V/V(体积浓度)，121℃高压灭菌30分钟；冷却至24-25℃时，加入湿青霉菌细胞使其浓度为90-94g/L，通气比为0.16-0.18V/（V分钟），进行生物催化反应，反应时间为70-74小时；反应结束后，滤出细胞，用乙酸乙酯萃取反应液，蒸出乙酸乙酯，得到产物(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇，反应转化率98％，产品收率96％，对映体过量率99％。

实施例3

　湿青霉菌细胞制备过程如下：青霉菌ATCC26797经斜面、摇瓶培养，得到种子液。10L发酵罐加入培养液；发酵罐加入培养液，121℃高压灭菌30分钟，冷却至23℃，将青霉菌种子液接种至发酵罐，接种比例为10-11％，通气比为0.9-1V/（V分钟），23℃培养35-40小时，用过滤式离心机离心得到湿青霉菌细胞，用作生物催化反应催化剂。

生物催化转化：10L底部通气搅拌反应器中加入磷酸盐缓冲液，pH为5.9，加入底物2，3’,4’三氯苯乙酮，使其浓度为84g/L，玉米浆(以干物质计)含量为13g/L，单硬脂酸甘油酯含量为17-18g/L，葡萄糖20-23g/L、木糖20-24g/L、蔗糖25-28g/L、异丙醇5-6%V/V(体积浓度)，121℃高压灭菌30分钟；冷却至24-25℃时，加入湿青霉菌细胞使其浓度为90-94g/L，通气比为0.16-0.18V/（V分钟），进行生物催化反应，反应时间为70-74小时；反应结束后，滤出细胞，用乙酸乙酯萃取反应液，蒸出乙酸乙酯，得到产物(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇，反应转化率98.5％，产品收率96.5％，对映体过量率99％。

实施例4

　湿青霉菌细胞制备过程如下：青霉菌ATCC26797经斜面、摇瓶培养，得到种子液。10L发酵罐加入培养液；发酵罐加入培养液，121℃高压灭菌30分钟，冷却至24℃，将青霉菌种子液接种至发酵罐，接种比例为10-11％，通气比为0.9-1V/（V分钟），24℃培养35-40小时，用过滤式离心机离心得到湿青霉菌细胞，用作生物催化反应催化剂。

生物催化转化：20L底部通气搅拌反应器中加入磷酸盐缓冲液，pH为5.9，加入底物2，3’,4’三氯苯乙酮，使其浓度为86g/L，玉米浆(以干物质计)含量为14g/L，单硬脂酸甘油酯含量为17-18g/L，葡萄糖20-23g/L、木糖20-24g/L、蔗糖25-28g/L、异丙醇5-6%V/V(体积浓度)，121℃高压灭菌30分钟；冷却至24-25℃时，加入湿青霉菌细胞使其浓度为90-94g/L，通气比为0.16-0.18V/（V分钟），进行生物催化反应，反应时间为70-74小时；反应结束后，滤出细胞，用乙酸乙酯萃取反应液，蒸出乙酸乙酯，得到产物(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇，反应转化率99％，产品收率96.5％，对映体过量率99％。

Claims

1.一种青霉菌细胞生物催化制备(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇的方法，其特征在于反应罐中加入磷酸盐缓冲液，pH为5.9，加入底物2，3’,4’三氯苯乙酮，使底物2，3’,4’三氯苯乙酮添加量为80-90g/L，玉米浆含量为12-15g/L，单硬脂酸甘油酯含量为17-18g/L，葡萄糖20-23g/L、木糖20-24g/L、蔗糖25-28g/L、异丙醇5-6%V/V，121℃高压灭菌30分钟；冷却至24-25℃时，加入湿青霉菌细胞使其浓度为90-94g/L，通气比为0.16-0.18V/（V分钟），进行生物催化反应，反应时间为70-74小时；反应结束后，滤出细胞，用乙酸乙酯萃取反应液，蒸出乙酸乙酯，得到产物(S)-1-(3,4-氯苯基)二氯乙醇，反应转化率98-99％，产品收率96-97％，对映体过量率98.5-99％。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于湿青霉菌细胞制备过程如下：青霉菌ATCC26797，经斜面、摇瓶、种子罐培养得到种子液；发酵罐加入培养液，121℃高压灭菌30分钟，冷却至23-24℃，将青霉菌种子液接种至发酵罐，接种比例为10-11％，通气比为0.9-1V/（V分钟），23-24℃培养35-40小时，用过滤式离心机离心得到湿青霉菌细胞，用作生物催化反应催化剂；发酵罐中培养液成份为：玉米浆(以干物质计)含量为35-45g/L，酵母浸膏8-10g/L，葡萄糖18-22g/L，麦芽浸膏25-30g，硫酸铵0.5-0.7g/L，硫酸镁0.3-0.4g/L，磷酸二氧钾1.8-2.3g/L，碳酸钙0.7g/L,硫酸亚铁0.18g/L,硫酸锰0.025g/L;pH5.0。