一种生物催化制备(R)-1-(3-三氟甲基苯基)乙醇的方法转让专利
申请号 : CN202010986725.8
文献号 : CN112176019B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 王普 , 庄文锦 , 张莹
申请人 : 浙江工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种生物催化制备 (R)‑1‑(3‑三氟甲基苯基)乙醇的方法,其特征在于所述方法为:以重组大肠杆菌经发酵培养获得的湿菌体为催化剂,以间三氟甲基苯乙酮为底物,加入辅助底物和低共熔溶剂,以pH7.0~8.0磷酸缓冲液为反应介质构成转化体系,于30~35℃、
200 rpm条件下进行生物催化不对称还原反应,反应结束后,反应液经分离纯化得到(R)‑1‑(3‑三氟甲基苯基)乙醇;所述辅助底物为异丙醇;所述重组大肠杆菌为大肠杆菌BL21(DE3)/pET28a(+)‑LXCAR;
所述转化体系由催化剂、底物、辅助底物、低共熔溶剂和磷酸缓冲液构成;所述低共熔溶剂组成中的氢键受体和氢键供体的摩尔比为1:1;所述氢键受体为氯化胆碱,所述氢键供体为赖氨酸;
所述催化剂加量以转化体系总体积计为40 60 g/L;所述底物加量以转化体系总体积~
计为100 mmol/L;所述辅助底物体积加入量以转化体系总体积计为15 20%;所述低共熔溶~
剂加入量以转化体系总体积计为1 4%;
~
所述重组大肠杆菌为大肠杆菌BL21(DE3)/pET28a(+)‑LXCAR按如下方法构建:以含雷弗松氏菌(Leifsonia xyli)HS0904源短链脱氢酶的质粒pET28a(+)为模板,经易错PCR、定点突变获得突变体LXCAR,该突变体核苷酸序列为SEQ IDNO.3所示;将获得的突变体基因与表达质粒pET28a(+)连接后转入大肠杆菌BL21(DE3),从而构建获得了含雷弗松氏菌(Leifsonia xyli)HS0904短链脱氢酶突变体基因的重组大肠杆菌BL21(DE3)/pET28a(+)‑LXCAR;
SEQ IDNO.3:
atggcgcagt acgacgtggc cggacggtcc gcgatcgtga ccggaggcgg ctcgggcatc 60gggcgcgcca tcgccctcac cctcgcggcg agcggagcgg ccgtcctcgt caccgacctg 120aacgaggaaa acgcaaatgc cgtcgtggcg gagatcagcg ccgcgggcgg caccgcgcgg 180gcactcgccg gcgatgtgac cgacccggcc ttcgccgagg ccagcgtcgc ggccgcgaac 240gagctggccc cgctgcgcat cgccgtcaac aacgccggca tcggcggagc ggcagcaccg 300gtcggcgact acccgctcga ctcgtggcgc aaggtcatcg aggtcaacct caacgccgtc 360ttctacggga tgcaggcgca gctcgacgcg atcggcgcga acggcggcgg cgcgatcgtc 420aacatggcgt ccatcctggg cagcgtcggc ttcgccaact attcggcgta cgtcaccgcg 480aagcacgcgc tgctcggcct gacgcagaac gcggcgctgg agtacgccgg caagaacgtc 540cgtgtcgtcg cggtcggccc cggcttcatc cgcaccccgc tcgtggcgtc gaacatggac 600gcggacaccc tcgccttcct cgagggcaag cacgcgctcg gccgcctggg cgagccggag 660gaggtcgcct cgctggtcgc gttcctcgcc tccgacgccg ccagcttcat caccggcagc 720taccacctgg tcgacggagg ctacacagca caatag 756。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述催化剂的制备方法为:重组大肠杆菌BL21(DE3)/pET28a(+)‑LXCAR接种于含有50μg/mL卡那霉素的LB液体培养基中,37℃、200 rpm振荡培养12 h,再以体积浓度1%的接种量接种到新鲜的含有50μg/mL卡那霉素的LB液体培养基中,37℃、200 rpm培养至菌体浓度OD600为0.6~0.9后,向培养液中加入终浓度为
0.1mmol/L的异丙基‑β‑D‑硫代半乳糖苷,置于30℃、200 rpm下诱导培养10 h;培养结束后,
4℃、10000 rpm离心10 min,收集菌体,用生理盐水洗涤菌体两次,收集湿菌体,即为重组大肠杆菌BL21(DE3)/pET28a(+)‑LXCAR湿菌体。
说明书 :
一种生物催化制备(R)‑1‑(3‑三氟甲基苯基)乙醇的方法
(一)技术领域
醇的方法。
(二)技术背景
塞前30分钟给药时,该化合物以60mg/kg的剂量显示出显著的神经保护作用。(R)‑1‑(3‑三
氟甲基苯基)乙醇((R)‑MTF‑PEL),分子式C9H9F3O,CAS号:127852‑24‑8,是制备该神经保护
剂的关键手性中间体。
应时间为45h,收率为81%,光学纯度为60%,该方法得到的产物对映体选择性偏低反应时
间较长。盖萍等人筛选得到一株氧化微杆菌C3(Microbacterium oxydans C3),可不对称还
原底物间三氟甲基苯乙酮为(R)‑1‑(3‑(三氟甲基苯基)乙醇,反应的底物浓度较低,仅为
5mM,37℃转化24h,底物转化率和e.e.值分别为88%和99%。许建和等人利用来源于耐热克
鲁维酵母(Kluyveromyces thermotolerans)CGMCC 2.1492羰基还原酶构建的重组大肠杆
菌细胞,对底物间三氟甲基苯乙酮进行生物还原,底物浓度为10mM,30℃反应12h,底物转化
率为99%,e.e.值大于99%。目前报道的利用微生物细胞催化制备(R)‑1‑(3‑(三氟甲基苯
基)乙醇存在催化底物浓度偏低,催化效率不理想等问题。
计性,良好的生物相容性,易于制备,稳定性高且环境友好。天然低共熔溶剂主要是由天然
的初级代谢产物组成,例如糖,糖醇,有机酸,氨基酸和胺,通常还含有一定摩尔比的水,它
具有比一般低共熔溶剂更佳的生物相容性和可持续性。
液介质体系中转化间三氟甲基苯乙酮制备(R)‑1‑(3‑三氟甲基苯基)乙醇((R)‑MTF‑PEL)。
由于低共熔溶剂可改变作为催化剂的微生物细胞膜通透性,减少底物和产物的抑制作用,
从而可进一步提高还原反应效率。
(三)发明内容
剂制备成本低,反应条件温和、操作简单、环境友好等优点,并且可催化的底物浓度以及产
物的产率和e.e.值均较高。
获得的湿菌体为催化剂,以间三氟甲基苯乙酮为底物,加入辅助底物,以pH 6.0~8.0(优选
pH 7.5)磷酸缓冲液为反应介质构成转化体系,于20~40℃、200rpm条件下进行生物催化不
对称还原反应,反应结束后,反应液经分离纯化得到(R)‑1‑(3‑三氟甲基苯基)乙醇产物;所
述辅助底物为葡萄糖、甘油、麦芽糖、乳糖、异丙醇、乙醇或正丁醇中的一种,优选异丙醇;所
述重组大肠杆菌为大肠杆菌BL21(DE3)/pET28a(+)‑LXCAR。
糖、麦芽糖、乳糖时,加入量以转化体系总体积计为100g/L;所述辅助底物为甘油时,加入量
以转化体系总体积计为60g/L;所述辅助底物为异丙醇、乙醇或正丁醇时,体积加入量以转
化体系总体积计为5~30%(优选10%)。
醇、尿素、果糖、海藻糖、葡萄糖、甘油中之一。
丙氨酸(ChCl:Ala)、氯化胆碱:色氨酸(ChCl:Trp)、氯化胆碱:酪氨酸(ChCl:Tyr)、氯化胆
碱:谷氨酸(ChCl:Glu)、氯化胆碱:谷胱甘肽(ChCl:GSH)、氯化胆碱:果糖(ChCl:Flu)、氯化
胆碱:海藻糖(ChCl:Myc)、甜菜碱:异丙醇(B:IPA)、甜菜碱:半胱氨酸(B:Cys)、甜菜碱:丙氨
酸(B:Ala)、甜菜碱:赖氨酸(B:Lys)、甜菜碱:谷氨酸(B:Glu)、L‑肉碱:赖氨酸(C:Lys)、L‑脯
氨酸:赖氨酸(P:Lys)、L‑肉碱:葡萄糖:甘油(C:Glc:G),摩尔比均为1:1。优选低共熔溶剂种
类为氯化胆碱:赖氨酸(ChCl:Lys)。
大肠杆菌BL21(DE3)/pET28a(+)‑LXCAR接种于含有50μg/mL卡那霉素的LB液体培养基中,37
℃、200rpm振荡培养12h,再以体积浓度1%的接种量接种到新鲜的含50μg/mL卡那霉素的LB
液体培养基中,37℃、200rpm培养至菌体浓度OD600为0.6~0.9后,向培养液中加入终浓度为
0.1mM的异丙基‑β‑D‑硫代半乳糖苷(IPTG),30℃、200rpm下诱导培养10h。培养结束后,4℃、
10000rpm离心10min,收集菌体,用生理盐水洗涤菌体两次,收集湿菌体,即为重组大肠杆菌
BL21(DE3)/pET28a(+)‑LXCAR湿菌体。
该方法具有产物立体选择性高,工艺简单,环境友好,反应产率高等优点,并且在生物还原
过程中通过添加价廉的辅助底物,可实现辅酶的原位再生。同时在反应介质体系中加入低
共熔溶剂氯化胆碱:赖氨酸(ChCl:Lys),显著提高了反应的底物浓度和产率。许建和等人利
用来源于耐热克鲁维酵母的羰基还原酶构建重组工程菌,对间三氟甲基苯乙酮底物进行生
物催化,反应的底物浓度较低,为10mM,30℃反应12h,底物转化率为99%,e.e.值大于99%。
本发明提出了利用重组大肠杆菌BL21(DE3)/pET28a(+)‑LXCAR全细胞生物还原间三氟甲基
苯乙酮制备(R)‑1‑(3‑三氟甲基苯基)乙醇的新方法,当底物浓度为100mM时,产物(R)‑1‑
(3‑三氟甲基苯基)乙醇的产率为93.8%,e.e.值>99.9%。当反应介质体系中加入低共熔溶
剂氯化胆碱:赖氨酸(ChCl:Lys),底物浓度提高到400mM时,产物(R)‑1‑(3‑三氟甲基苯基)
乙醇的产率为74.2%,e.e.值>99.9%,表现出更优的催化效率。与已报道的转化菌株相比,
本发明提出的重组大肠杆菌催化间三氟甲基苯乙酮的底物浓度和产物产率均较高。
(四)附图说明
(五)具体实施方式
鲜的含有50μg/mL卡那霉素的LB液体培养基中,37℃、200rpm培养至菌体浓度OD600为0.6~
0.9后,向培养液中加入终浓度为0.1mM的异丙基‑β‑D‑硫代半乳糖苷(IPTG),置于30℃、
200rpm下诱导培养10h。培养结束后,4℃、10000rpm离心10min,收集菌体,用生理盐水洗涤
菌体两次,收集湿菌体,即为重组大肠杆菌BL21(DE3)/pET28a(+)‑LXCAR湿菌体。LB液体培
养基组成为:胰蛋白胨10g/L,酵母提取物5g/L,NaCl 9g/L,溶剂为水,pH自然。
29日,已在申请人先前的专利申请(公开号:CN110283733A,公开日期:2019年9月27日)中公
开。
日,已在申请人先前的专利申请(公开号:CN110760449A,公开日期:2020年02月07日)中公
开。
邮编430072,已在申请人先前的专利申请(公开号:CN107746861A,公开日期:2018年3月2
日)中公开。
CN201610369158.5,申请日2016年5月27日)中公开。
氟甲基苯乙酮构成5mL转化体系,30℃、200rpm条件下转化12h。
器为氢火焰离子检测器;进样口温度和检测器温度为250℃;柱温为程序升温:115℃保留
2min,然后以2℃/min升温至140℃,保留1min。各物质的保留时间分别为:底物间三氟甲基
苯乙酮2.64min,十二烷3.94min,(S)‑1‑(3‑三氟甲基苯基)乙醇6.92min,以及(R)‑1‑(3‑三
氟甲基苯基)乙醇6.35min。底物间三氟甲基苯乙酮,以及光学纯产物1‑(3‑三氟甲基苯基)
乙醇标准品的气相检测色谱图见图1,不同种类的微生物细胞生物转化结果见表1,重组工
程菌BL21(DE3)/pET28a(+)‑LXCAR催化间三氟甲基苯乙酮还原反应萃取液的气相检测色谱
图见图2。
底物间三氟甲基苯乙酮构成5mL转化体系,30℃、200rpm条件下转化12h。反应结束后,采用
实施例1方法测定产率和e.e.值,结果见表2所示。结果表明,采用异丙醇为辅助底物时的产
率最高,达86.2%,产物e.e.值大于99.9%。
50mM间三氟甲基苯乙酮底物构成5mL转化体系。30℃、200rpm条件下转化12h。反应结束后,
采用实施例1方法测定产率和产物e.e.值,结果见表3。结果表明,最适的缓冲液pH值为7.5,
此时产率为89.6%。
基苯乙酮构成5mL转化体系。30℃、200rpm条件下转化12h。反应结束后,采用实施例1方法测
定产率和产物e.e.值,结果见表4。结果表明,最适的离子强度为100mM。
100mM底物间三氟甲基苯乙酮构成5mL转化体系。30℃、200rpm条件下转化12h。反应结束后,
采用实施例1方法测定产率和产物e.e.值,结果见表5。结果表明,最适的异丙醇加量为
15%。
底物间三氟甲基苯乙酮构成5mL转化体系。20℃~40℃、200rpm条件下转化12h。反应结束
后,采用实施例1方法测定产率和产物e.e.值,结果见表6。结果表明,最适转化温度为30℃。
分别为100mM和200mM的底物间三氟甲基苯乙酮构成5mL转化体系。30℃、200rpm条件下转化
12h。反应结束后,采用实施例1方法测定产率和产物e.e.值,结果见表7。结果表明,底物浓
度为100mM时,最适的湿菌体添加量为40g/L;底物浓度为200mM时,最适的湿菌体添加量为
80g/L。
终浓度分别为100mM和200mM的底物间三氟甲基苯乙酮构成5mL转化体系。30℃、200rpm条件
下转化不同时间。反应结束后,采用实施例1方法测定产率和产物e.e.值,结果见表8。结果
表明,最佳转化时间为21h。
度为15%(v/v)异丙醇辅助底物和终浓度为400mM底物间三氟甲基苯乙酮构成5mL转化体
系。30℃、200rpm条件下转化21h。反应结束后,采用实施例1方法测定产率和产物e.e.值,同
样条件下以不含低共熔溶剂的体系作为对照,结果见表9。
1)为最佳,其产率为70.2%,而不含低共熔溶剂的转化体系的产率为66.8%。因此,优选的
低共熔溶剂种类为氯化胆碱:赖氨酸(ChCl:Lys)。
浓度为15%(v/v)异丙醇辅助底物和终浓度为400mM的底物间三氟甲基苯乙酮5mL转化体
系。30℃、200rpm条件下转化21h,反应结束后采用实施例1方法测定产率和产物e.e.值,结
果见表10。