制备手性胺中间体的对映选择性方法

本发明涉及用于制备手性胺化合物的对映选择性方法。特别地，本发明涉及用于生产手性胺中间体的生物催化方法及由其制造的活性成分。

背景技术：

1、药物活性成分、农用化学品、食品和饲料添加剂以及聚合物的合成中的许多中间体化合物都是作为对映体的外消旋混合物生产的。最多只能进一步使用50％的材料，即所需的对映体。在无法回收或进一步外消旋的情况下丢弃不需要的对映体会产生大量废物。例如，在活性药物成分(api)乙胺丁醇的生产中就是这种情况。

2、乙胺丁醇(ethambutol)1被列为世界卫生组织(who)用于针对结核病(tb)的联合药物疗法的基本药物。乙胺丁醇具有以下化学结构：

3、

4、乙胺丁醇是tb治疗的主要药物，因为其在降低分枝杆菌对于标准tb治疗中与乙胺丁醇联合使用的其他治疗(如异烟肼、利福平和吡嗪酰胺)产生耐药性方面发挥着至关重要的作用。乙胺丁醇通过靶向于负责阿拉伯半乳聚糖生物合成的阿拉伯糖基转移酶(一种必需的细胞壁成分)而抑制正常的分枝杆菌细胞壁组装。活性化合物具有两个关键的(s)-氨基-醇单元。这些单元(s,s)的立体化学对于乙胺丁醇的功效至关重要，其中(r,r)镜像立体异构体针对tb增殖的活性要低约500倍。

5、已知的合成乙胺丁醇的方法包括外消旋氨基醇的关键手性拆分步骤，首先将氨基醇的中间体外消旋(50/50r和s)混合物转化为相应的(+)-酒石酸盐(方案1)，如美国(us)专利3,651,144号中所述。所需的(s)盐被选择性沉淀，随后只能使用该组分。这个过程会产生浪费，因为超过50％的外消旋化合物((r)组分)被有效地丢弃，因为其不能经济地回收或外消旋化和再利用。这也导致了低产率。在完成费力的重结晶和随后的解络过程后，可以从外消旋混合物获得所需(s)-对映体3的最大产率为31％。

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7、方案1.乙胺丁醇的工业合成

8、乙胺丁醇可以以立体选择性的方式制备，即通过剧烈还原由非天然氨基酸(s)-2-氨基丁酸2的酯获得氨基醇3，随后与1,2-二氯乙烷反应生成乙胺丁醇1(方案2)，如美国专利3,979,457号中所述。

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10、方案2.由s-氨基酯中间体制备乙胺丁醇的现有途径

11、方案2中所示的乙胺丁醇的合成从相对昂贵的非天然氨基酸(外消旋2-氨基丁酸)开始。根据方案2，使用n-酰基转移酶的经典生物拆分可以获得所需(s)氨基酯对映体2的50％的理论最大产率。此外，使用氨基酸作为起始材料和中间体生产乙胺丁醇需要昂贵的大规模离子交换色谱来纯化相应的氨基酸。由于在进一步使用之前需要干燥氨基酸产物以去除水分，使得这变得更加麻烦和昂贵。

12、俄罗斯专利公开ru27212231(c1)号描述了一种由外消旋2-氨基丁-1-醇生产乙胺丁醇的替代方法。该方法包括通过在氢氧化钠的存在下使氨基与苄基碳酰氯反应来保护氨基，以获得2-氨基丁-1-醇的n-苯氧羰基衍生物。然后，衍生物的醇基用乙酸乙酯立体选择性酰化，该反应由脂肪酶ppl催化。(s)-对映体通过还原回收以获得(s)-2-氨基丁-1-醇，将其与1,2-二氯乙烷烷基化以形成产物。根据该方法生产乙胺丁醇的起始材料是硝基丙烷。该方法的脂肪酶拆分步骤产生所需(s)-对映体中间体的最大50％的理论产率。保护性n-苯氧羰基的安置相对昂贵。此外，需要钯催化的氢化步骤来使n-苯氧羰基脱保护，以获得所需的游离氨基醇化合物。

13、另一种由非天然氨基酸制成的api是度鲁特韦(dolutegravir)。度鲁特韦(下文方案3中的5)是一种强效的新一代整合酶链转移抑制剂药物，可对抗人类免疫缺陷病毒(hiv)感染。其已被fda批准用于治疗出生时感染hiv的儿童(从4周大开始)。度鲁特韦被建议用于无经验治疗个体的一线抗逆转录病毒治疗(art)。还建议经历其他治疗方案副作用的人改用度鲁特韦、富马酸替诺福韦酯(tenofovir disoproxil fumarate)和拉米夫定(lamivudine)的新方案，称为tld。这是一种固定剂量组合，包括一种整合酶抑制剂(度鲁特韦)和两种核苷/核苷酸逆转录酶抑制剂(nrti)。包括度鲁特韦在内的新方案具有若干优势，包括其与诸如用于治疗结核病(一种常见的共病)的药物等其他药物的相互作用较少这一事实。

14、迄今为止被认为最有效的度鲁特韦的当前工业合成描绘于方案3中，并描述于欧洲专利出版物ep 2 320 908 b9号中。

15、

16、方案3.度鲁特韦的工业合成实例

17、合成取决于获得关键中间体(r)-3-氨基-1-丁醇(6)(方案3中的步骤8)。氨基醇(6)不能由天然存在的氨基酸制备。对于生产的每千克度鲁特韦，需要463g的(r)-3-氨基丁-1-醇(6)。因此，生产成本较低的工艺将降低生产度鲁特韦的总体成本。

18、通常，需要环境友好或“绿色”且成本较低的常规化学工艺替代品，以生产作为中间体或前体的特定手性胺，以及由此生产的生物活性化合物。

19、先前对本发明背景的论述仅旨在促进对本发明的理解。应当理解的是，上述论述并不意味着承认或认可所提及的任何材料在申请的优先权日都是本领域公知常识的一部分。

技术实现思路

1、根据本发明的一个方面，提供一种用于制备手性胺的方法，该方法包括使式i的酯与对映选择性ω-转氨酶在氨基供体的存在下接触，使得所述ω-转氨酶催化氨基从所述氨基供体向式i的酯的α-酮基或β-酮基对映选择性转移，以产生具有对映体过量的选定的对映体的氨基酯产物，

2、

3、其中r1是甲基或乙基；

4、r2是直链或支化的c1-c4烷基；并且

5、n是0或1，

6、其中，当n为0时，氨基向所述α-酮基转移，或者当n为1时，氨基向所述β-酮基转移。

7、对映体过量可以至少为70％，优选至少95％，更优选至少99％。氨基酯产物可基本上是对映体纯的。选定的对映体可以以至少80摩尔％的产率回收。

8、对映选择性ω-转氨酶可以是选定的式i的酯的(s)-选择性ω-转氨酶，以产生对映体过量的(s)-氨基酯对映体。作为选择，对映选择性ω-转氨酶可以是选定的式i的酯的(r)-选择性ω-转氨酶，以产生对映体过量的(r)-氨基酯对映体。

9、氨基供体可以是异丙胺。接触步骤可以在缓冲溶液中进行。缓冲溶液可包含磷酸吡哆醛(plp)作为辅因子。缓冲溶液的ph值可以为约7.1至7.5。接触步骤可以在约20℃至40℃，优选约30℃的温度下进行。

10、该方法可包括以基本上避免外消旋化发生的方式将选定的氨基酯对映体还原为相应的氨基酸或氨基醇。

11、选定的氨基酯对映体水解为相应的氨基酸的过程可以在溶剂中用催化量的碱进行。溶剂可以是水或醇基溶剂。选定的对映体水解为相应的氨基酸的过程可以于室温进行。作为选择，例如，选定的氨基酯对映体水解为相应的氨基酸的过程可通过脂肪酶或蛋白酶进行酶催化。

12、选定的氨基酯对映体还原为相应的氨基醇的过程可通过雷尼镍催化剂使用氢气进行。选定的氨基酯对映体还原为相应的氨基醇的过程可在溶剂中使用还原剂进行。还原剂可以是硼氢化物试剂(如硼氢化钠)与合适的路易斯酸催化剂(如三氟化硼或硼氢化钙)。作为选择，当使用硼氢化钠时，可以添加碘作为催化剂。溶剂优选是乙醚溶剂。选定的氨基酯对映体还原为相应的氨基醇的过程可在室温至约70℃的温度进行。

13、r2可以是甲基、乙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基或叔丁基。

14、当n是0时，r1可以是乙基，使得式i的酯是c1-c4烷基2-氧基丁酸酯。ω-转氨酶可以是(s)-选择性ω-转氨酶，其构造成催化具有对映体过量的c1-c4烷基(s)-2-氨基丁酸酯的氨基酯产物的产生。r2可以是乙基或异丙基。2-氧基丁酸乙酯或2-氧基丁酸异丙酯的(s)-选择性ω-转氨酶可以是(s)-选择性胺转氨酶(ata)酶prozomix ata230或prozomix ata254。(s)-2-氨基丁酸乙酯或(s)-2-氨基丁酸异丙酯的对映体过量可至少为99％。该方法可包括将(s)-2-氨基丁酸乙酯或(s)-2-氨基丁酸异丙酯水解为(s)-2-氨基丁酸((s)-高丙氨酸(homoalanine))，这对于左乙拉西坦(levetiracetam)或布瓦西坦(brivaracetam)的合成是有用的。该方法可包括将(s)-2-氨基丁酸转化为左乙拉西坦或布瓦西坦。作为选择，该方法可包括将(s)-2-氨基丁酸乙酯或(s)-2-氨基丁酸异丙酯还原为(s)-2-氨基丁-1-醇，这对于乙胺丁醇的合成是有用的。该方法可包括将(s)-2-氨基丁-1-醇转化为乙胺丁醇。

15、作为选择，当n是0且r1为乙基时，ω-转氨酶可以是(r)-选择性ω-转氨酶，其构造成催化具有对映体过量的c1-c4烷基(r)-2-氨基丁酸酯的氨基酯产物的产生。r2可以是乙基或异丙基。2-氧基丁酸乙酯或2-氧基丁酸异丙酯的(r)-选择性ω-转氨酶可以是(r)-选择性ata酶prozomix ata239或野生型(r)-选择性转氨酶。野生型(r)-选择性转氨酶可从费希新萨托菌(neosartorya fischeri)、烟曲霉(aspergillus fumigatus)或土曲霉(aspergillus terreus)的一种或多种中分离。(r)-2-氨基丁酸乙酯或(r)-2-氨基丁酸异丙酯的对映体过量可至少为70％。该方法可包括将(r)-2-氨基丁酸乙酯或(r)-2-氨基丁酸异丙酯水解为(r)-2-氨基丁酸((r)-高丙氨酸)。作为选择，该方法可包括将(r)-2-氨基丁酸乙酯或(r)-2-氨基丁酸异丙酯还原为(r)-2-氨基丁-1-醇。

16、该方法可包括通过使草酸二乙酯或草酸二异丙酯与乙基溴化镁反应以产生2-氧基丁酸乙酯或2-氧基丁酸异丙酯来制备式i的酯，其中n是0且r1为乙基。

17、当n是1时，r1可以是甲基，使得式i的酯是c1-c4烷基3-氧基丁酸酯。ω-转氨酶可以是(r)-选择性ω-转氨酶，其构造成催化具有对映体过量的c1-c4烷基(r)-3-氨基丁酸酯的氨基酯产物的产生。r2可以是乙基或异丙基。3-氧基丁酸乙酯或3-氧基丁酸异丙酯的(r)-选择性ω-转氨酶可以是选自prozomix ata 234、prozomix ata 241、prozomix ata 254或prozomix ata 261中的一种或多种的(r)-选择性ata酶或从费希新萨托菌、烟曲霉或土曲霉中分离的(r)-选择性野生型酶。该方法可包括将(r)-3-氨基丁酸乙酯或(r)-3-氨基丁酸异丙酯水解为(r)-3-氨基丁酸。作为选择，该方法可包括将(r)-3-氨基丁酸乙酯或(r)-3-氨基丁酸异丙酯还原为(r)-3-氨基丁-1-醇，这对于度鲁特韦的合成是有用的。该方法可包括将氨基丁-1-醇转化为度鲁特韦。

18、作为选择，当n是1且r1为甲基时，ω-转氨酶可以是(s)-选择性ω-转氨酶，其构造成催化具有对映体过量的c1-c4烷基(s)-3-氨基丁酸酯的氨基酯产物的产生。该方法可包括将c1-c4烷基(s)-3-氨基丁酸酯水解为(s)-3-氨基丁酸。作为选择，该方法可包括将c1-c4烷基(s)-3-氨基丁酸酯还原为(s)-3-氨基丁-1-醇。

19、根据本发明的第二方面，提供一种用于制备左乙拉西坦或布瓦西坦的方法，该方法包括以下步骤：

20、使c1-c4烷基2-氧基丁酸酯与(s)-选择性ω-转氨酶在氨基供体的存在下接触以产生基本上对映体纯的c1-c4烷基(s)-2-氨基丁酸酯；

21、将c1-c4烷基(s)-2-氨基丁酸酯水解为(s)-2-氨基丁酸；并且

22、将(s)-2-氨基丁酸转化为左乙拉西坦或布瓦西坦。

23、根据本发明的第三方面，提供一种用于制备乙胺丁醇的方法，该方法包括以下步骤：

24、使c1-c4烷基2-氧基丁酸酯与(s)-选择性ω-转氨酶在氨基供体的存在下接触以产生基本上对映体纯的c1-c4烷基(s)-2-氨基丁酸酯；

25、将c1-c4烷基(s)-2-氨基丁酸酯还原为(s)-2-氨基丁-1-醇；并且

26、将(s)-2-氨基丁-1-醇转化为乙胺丁醇。

27、根据本发明的第四方面，提供一种用于制备度鲁特韦的方法，该方法包括以下步骤：

28、使c1-c4烷基3-氧基丁酸酯与(r)-选择性ω-转氨酶在氨基供体的存在下接触以产生基本上对映体纯的c1-c4烷基(r)-3-氨基丁酸酯；

29、将c1-c4烷基(r)-3-氨基丁酸酯还原为(r)-3-氨基丁-1-醇；并且

30、将(r)-3-氨基丁-1-醇转化为度鲁特韦。

31、现在将仅通过实例的方式，参考附图来描述本发明的实施方式。