CC BY
45
УДК 579.66:547.94
И. И. Коньшина, П. С. Коньшин, Н. И. Петухова, С. С. Вершинин, В. В. Зорин
Однореакторный хемо-энзиматический синтез ^)-(-)-втор-октанола и ^)-( + )-втор-октилацетата
Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 243-19-35; е-mail: [email protected]
Предложен однореакторный метод синтеза (R)-(-)-втор-октанола и (Б)-(+)-втор-октилаце-тата путем совмещения процесса восстановления октанона-2 до рацемического октанола-2 и его парциального ацилирования винилацета-том в присутствии энантиоселективного биокатализатора на основе клеток микроорганизма Bacillus sp. 77-1
Ключевые слова: однореакторный метод, биокатализатор, парциальное ацилирование, окта-нол-2, гексан
Оптически активные вторичные спирты являются важными синтонами в получении хиральных строительных блоков для химического синтеза лекарственных препаратов, а также используются в аналитических целях 1-3. Известны различные химические методы их получения, основанные на энантиоселектив-ном восстановлении соответствующих кетонов или гидролизе эфиров вторичных спиртов.
С целью упрощения технологии получения индивидуальных энантиомеров спиртов или их эфиров высокой оптической чистоты нами была изучена возможность создания од-нореакторного метода на примере октанона-2 путем совмещения процесса его восстановления до рацемического октанола-2 и кинетического разделения последнего в процессах энан-тиоселективного ацилирования винилацетатом в присутствии биокатализатора на основе штамма Bacillus sp. 77-1.
С помощью модифицированного биокатализатора на основе культуры микроорганизма Bacillus sp. 77-1, катализирующего процессы кинетического разделения пентанола-2 и геп-танола-2 2'4, были разработаны методы получения оптически чистых энантиомеров октанола-2 путем парциального ацилирования рацемического спирта винилацетатом в гексане:
С ^ OAc / 4OH -- / \
И И OH
Показано, что при трансформации в гексане рацемического октанола-2 с помощью данного биокатализатора образуются (Я)-(-)-втор-октанол и (5)-(+)-втор-октилацетат высокой оптической чистоты (96—98 % ее) с выходами каждого продукта 47 и 45 %, соответственно. Установлено, что данные биокатализаторы могут использоваться многократно (по крайней мере, в течение 5 циклов) без существенной потери активности.
Нами предложен однореакторный метод получения энантиомерно чистых вторичных спиртов, основанный на совмещении стадии восстановления прохирального карбонильного соединения и парциального энантиоселектив-ного ацилирования образовавшегося спирта.
С целью разработки однореакторного хемо-энзиматического метода получения (Я)-(-)-втор-октанола и (5)-(+)-втор-октила-цетата, на первой стадии осуществлено восстановление октанона-2 боргидридом натрия:
А1
октанон-2
октанол-2
Установлено, что при восстановлении ок-танона-2 боргидридом натря по методике 5 в гексане в присутствии алюминиевого порошка при перемешивании в течение 15 ч (40 оС) образуется октанол-2 с выходом 80—90 %.
На второй стадии осуществляли энантио-селективное ацилирование рацемического ок-танола-2 винилацетатом. Однако было обнаружено, что при внесении биокатализатора непосредственно в реакционную смесь сразу же после восстановления кетона биотрансформация октанола-2 не протекает (табл.).
СИз ,(СИ2)5СИэ СИ /OAc
С'* + X ■
И ТСИ2)5СИз
R
Дата поступления 18.12.07
S
Таблица
Влияние концентрации реагентов реакционной смеси, полученной на стадии восстановления октанола-2, на активность биокатализатора на основе штамма Bacillus sp. 77-1
Условия реакции Активность, %
Гексан (контроль) 100
Реакционная смесь после
химического восстановления
(без разбавления) 0
Разбавленная гексаном ре-
акционная смесь после хи-
мическои стадии
1 : 3 85
1 : 5 90.5
1 : 7 92
Отсутствие активности биокатализатора в этих условиях может быть связано с его ин-гибированием компонентами реакционной смеси. Для снижения токсичности реакционная смесь была разбавлена в несколько раз гекса-ном перед внесением биокатализатора. Уже при разбавлении реакционной смеси в 3 раза биокатализатор был способен осуществлять ацилирование октанола-2, проявляя активность, сопоставимую с активностью в чистом гексане (табл. 1). При дальнейших разбавлениях активность биокатализатора несколько повышалась. В этих условиях конверсия субстрата составляет 45% и выходы каждого из продуктов 43—44 %.
Таким образом, совмещение процессов восстановления октанона-2 боргидридом натрия до рацемического октанола-2 и его парциального ацилирования винилацетатом в присутствии Bacillus sp. 77-1 в гексане в одном реакторе позволяет получить (R)-(-)-втор-октанол и (Б)-( + )-втор-октилацетат с оптической чистотой 96—98 % ее.
Экспериментальная часть
Микроорганизмы выращивали на агари-зованном панкреатическом гидролизате рыбной муки на чашках Петри при 30 оС в течение 24 ч, затем биомассу собирали с поверхности среды, дважды промывали 0.05 М фосфатным буфером (pH 7.0) и трижды обрабатывали ацетоном (1 : 3) при перемешивании, затем цент-
рифугировали при 6000 об / мин. Полученный порошок высушивали при комнатной температуре.
Восстановление октанона-2 до октанола-2 в гексане проводили по методике 5 при мольном соотношении октанона-2 и боргидрида натрия 1:2 в течение 15 ч при 40 оС.
Ацилирование винилацетатом (0.65 мл) рацемического октанола-2 в гексане проводили при 30 оС в термостате при постоянном встряхивании в течение 24—60 ч. Биокатализатор вносили в концентрации 30 мг / мл.
Строение продуктов реакции подтверждено методом ЯМР 1Н и хроматографически по совпадению времени удерживания с заведомо синтезированными образцами. Спектр ЯМР 1Н втор-октанола удовлетворительно совпадает с описанным в литературе 6.
Уровень конверсии и накопления продукта контролировали методом ГЖХ на хроматографе ЛХМ-8МД с пламенно-ионизационным детектором, колонкой (3 м х 3 мм) с неподвижной фазой SE-30 (5%) на хроматоне AW, при температуре 130 оС и скорости газа-носителя (азот) — 22 мл/мин. Оптическую чистоту полученного образца определяли с помощью автоматического поляриметра «Perkin Elmer» Model 341 при X = 589 нм 6
Литература
1. Molinari F., Manteg azza L., Villa R., Aragozzini //Journal of Fermentation and Bioengineering.— 1998.- V. 86, № 1.- P. 62.
2. Коновалов А. А., Мубараков А. И., Петухо-ва Н. И., Зорин В. В. // В кн. Химия и химические продукты: материалы отчетной конференции.- М., 2002.- С. 41.
3. Tomik S., Vladimir Dobovicnik, Sunjic V., Kojic-Prodic B. // Croatia Chemica ACTA.- 2001.-V. 74, №2.- P. 343.
4. Мубараков А. И., Петухова Н. И., Гареев В. М., Зорин В. В. // Баш. хим.ж,— 2000.- T. 7, № 5.- C. 37.
5. Kamal A., Sandbhor M., Venkata Ramana K. // Tetrahedron: Asymmetry.- 2002.- V. 13.- P. 815.
6. Ohtani T., Nakatsukasa H., Kamezawa M., Tachibana H., Naoshima Y. // J Mol Cat B: Enz.— 1998.- V. 4.- P. 53.
