[发明专利]制备β-羟基-α-氨基酸的方法

说明书

本发明涉及制备β-羟基-α-氨基酸的方法。特别涉及基本上以L-赤式存在的制备β-羟基-α-氨基酸的酶催化方法。

β-羟基-α-氨基酸具有许多用途，包括用作制备β-内酰胺抗菌素的中间体。例如参见Mattingly，P.G.;Miller，M.J.，J.Org.Chem.1981，46，1557和Miller，M.J.等人，J.Am.Chem.Soc.1980，102，7026。制备β-羟基-α-氨基酸的一些化学方法已为公知，然而，其中大多数存在着一种或多种缺点。它们包括缺乏一般性，立体化学控制差，需要手性助剂，或产生的基本为苏式（或顺式）异构体。

酶催化方法比化学方法具有某些特殊的优点。例如，它们可以在水溶液体系中在温和的条件下进行，并且通常为立体选择性的。在本发明方法中所用的酶一般称为醛缩酶。一种这样的醛缩酶为丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）（Schirch，L.Adv.Enzy-mol.Relat.Areas  Mol.Biol.1982，53，83和Schirch，L.;Gross，T.J.Biol.Chem.1968，243，5651）。醛缩酶的天然生物作用包括一碳单元向或从丝氨酸的转移，和象苏氨酸及别苏氨酸这类β-羟基-α-氨基酸的逆醛醇裂解，生成醛和甘氨酸。

醛缩酶普遍存在于植物、细菌和动物中，例如，玉米籽苗、绿豆籽苗和兔肝。本发明方法包括在温和条件下使用SHMT合成β-内酰胺抗菌素的前体β-羟基-α-氨基酸。本方法以大量实例提供了L-赤式异构体形式的β-羟基氨基酸，这是形成β-内酰胺抗菌素的合适的非对映形所需的前体形式。

本发明提供了制备β-羟基-α-氨基酸的酶催化方法，该方法包括在PH约7到约8之间的水溶液介质中，在约30℃到约55℃之间的温度下，将甘氨酸和脂肪醛，如乙醛或丁醛或芳香醛，如2-呋喃甲醛与丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）一起培养。例如，在该方法中可将琥珀酸半醛的酯转化为β-羟基-α-氨基己二酸单酯。

本文提供的方法用于制备由下述通式（Ⅰ）表示的β-羟基-α-氨基酸

该方法包括在PH约5.5到约9之间的水溶液介质中，在丝氨酸羟甲基转移酶和5-磷酸吡哆醛的存在下，混合甘氨酸和醛RCHO。该方法是在约30℃到约55℃之间，优选约37℃的温度下进行。

甘氨酸和醛RCHO的相对比例可以变化，然而，当使用等摩尔量时，可以得到较高的产品的收率。所用酶的量取决于酶已被纯化的程度以及存在的任何杂质对酶催化活性可能具有的影响。

反应介质的PH是用缓冲液处理，使其在约5.5到约9之间，对于大多数底物来说，优选PH在约7.0到约8.0之间。磷酸盐缓冲液适于提供所需的PH范围。

正如其他酶催化反应的情况一样，在催化特定底物的反应中，辅助因素能够影响酶的底物的专一性以及酶的效率。在该方法中，对丝氨酸羟甲基转移酶的主要辅助因素是5′-磷酸吡哆醛。除了PLP以外，可被附加的其他辅助因素对于以某些底物所得到的产品的收率具有有利的影响。例如，在转化底物丙酮醛过程中，四氢叶酸增加了酶的活性。此外，偏钒酸钠也可作为转化同一醛的辅助因素。

上面的通式Ⅰ描述了由本方法提供的以内盐形式存在的β-羟基-α-氨基酸。这种盐的形式是在本方法的PH条件下所预料的形式，然而，在其他条件下也可能存在由下面通式所表示的非离子形式。

用于本方法的醛RCHO可以是直链或支链烷基、链烯基或炔基醛或芳香或杂环醛。醛可以具有取代基，例如，烷氧基，如甲氧基或乙氧基;酯化羧基，如羧基的C₁-C₄烷基酯，氰基;羟基;酰化羟基，如甲酰氧基、乙酰氧基、丙酰氧基、或丁酰氧基;卤素，如氟或氯;卤代烷基，如三氟甲基或氯甲基;或脂肪醛可以包含氧基，即RCHO可以是酮醛，如4-氧代戊醛或丙酮醛等。同样，芳香醛或杂环醛可以在芳环或杂环上或在其任何烷基或链烯基部分上被取代。能用于本方法中的烷基、链烯基和炔基醛RCHO的实例有乙醛、丙醛、丁醛、戊醛、琥珀酸半醛甲酯、琥珀酸半醛苄酯、4-羟基戊醛、戊二酸半醛甲酯、丙酮醛、O-甲酰基4-羟基戊醛、3-氟戊醛、5-氯戊醛、2-氯丙醛、炔丙醛以及由下面通式表示的烯烃醛

其中R'为氢或C₁-C₄烷基，如丙烯醛、丁烯醛和4-戊烯醛。