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连续流技术遇到酶催化技术会发生什么有趣的反应呢?

发布:康宁反应器技术有限公司
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工艺开发及应用

- 分享与解析 


一、背景介绍

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柯提斯重排反应

在化学品实际生产中,柯提斯重排反应(英文Curtius rearrangement)是常见制备伯胺的方法,但因为反应涉及到叠氮化合物的参与并产生氮气是一类典型“危险反应”。加强反应的过程控制对此类反应的安全进行至关重要。

连续流微反应器可以显著提高有效传质和传热,还可以限制有害中间体的数量,减轻安全隐患。

● 近期辉瑞公司在对新型ACCYZ剂的研究中成功应用连续Curtius重排反应合成啶内酰胺部分(6,Scheme 1)。

● 勃林格殷格翰公司的研究人员在生产目标化合物7(Scheme 1)的Curtius重排反应过程中,通过连续流降低了批次中苄醇含量并且连用在线IR监测,实现了0.75 kg / h的产量(约80%的收率)。


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Schme 1基于流动的Curtius重排反应的常见装置

关于固定化酶催化

      固定化酶催化技术的发展,使生物催化在合成工艺中得到拓展。该项技术具有以下优缺点。

固定化酶催化的优缺点

优点

缺点

适用连续流和批处理

固定有可能导致酶活下降

可以重复利用

固定过程需要成本和处理时间

与可溶性酶相比提高了有机溶剂的稳定性和耐受性

有可能导致动力学特性发生不利变化

下游处理更容易

传质限制


连续流技术可通过增强的传质来提高生物转化的速度,以小结构促进大生产;可以严格控制反应参数以提高产量和生产率。

随着连续流技术在合成过程中的成功应用,研究者也把关注点拓展到下游的分离和纯化工艺上来。


二、实验详情

概述


最近柏林大学化学院Marcus Baumann等人研究了在连续Curtius重排过程中,利用酶的化学选择性将杂质标记和修饰成新化合物,这些化合物可使用常见纯化技术轻松清除。是比较新颖的合成组合和相应的下游加工工艺创新。

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Scheme 2 酶介导标记及其后续纯化策略


连续流+生物酶催化的Curtius重排

1、使用苄醇(BnOH)作为亲核试剂的Curtius重排过程的中间体异氰酸酯与(Scheme 3)高沸点产品9a-d的共极性,除去残留的苄醇在放大规模上是比较困难。

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Scheme 3氨基甲酸酯9a-d的一般Curtius重排过程


2、使用生物催化可以促进在连续流下的简单纯化。以 4-(三氟甲基)苯甲酸(8a)转化为相应的Cbz-氨基甲酸酯9a为例(Scheme 4)

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Scheme 4. 连续流通过Curtius重排得到9a


3、利用南极洲念珠菌脂肪酶B(CALB)作为催化剂,在丁酸乙烯酯(10)存在下,将苯甲醇转化为丁酸苄酯(11)。酶床的长度约为8 cm的CALB色谱柱可以使苄醇的完全转化。酶的性能在数次运行中(5×1 mmol规模)并没有降低,蒸发并萃取(EtOAc / H2O)后,分离出产物9a。

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Scheme 5. Curtius重排和串联CALB催化BnOH流程


放大反应

为了证明该流程的可扩展性,进行了放大实验。

使用上述流动装置(Scheme 5),并与装有3.0 g固定CALB的更大的色谱柱以0.5 mL / min的流速泵送DPPA(0.9 M的甲苯溶液)和底物(1 M的甲苯溶液,1.0当量的NEt3、1.8当量的BnOH)。粗产品蒸发并从庚烷中结晶为白色结晶固体。分离的产率为83%,得到22g纯的氨基甲酸酯9a,通过量为6.6g / h。

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图1固定化酶柱子的外观


在整个放大过程中,样品均通过HPLC和1H NMR光谱进行了分析,所有情况下都使用CALB对残留的苯甲醇进行了定量转化(图2)。

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图2定量转化


三、实验总结

  1. 该工艺过程中残留的苯甲醇转化为丁酸苄酯,在分离过程中可以轻松清除丁酸苄酯。研究证明了连续的Curtius重排反应与有效的生物催化转化相结合的优势。

  2. 在连续过程的放大过程中,固定在玻璃柱中的固定式CALB非常稳健。以高收率和分析纯度分离出所需产品,不到4小时约22 g的产品。

  3. 在连续流工艺的纯化处理环节使用酶作为纯化工具突出了连续流工艺下游处理工艺的创新,为连续流工艺应用扩展提供了新的思路。


 综上该研究很好的将连续流技术和酶催化技术结合,相互促进,有效降低了合成工艺后处理的难度,提高了整个连续化生产效率。在化学合成工艺的探索中有更多像这样多项技术结合产生促进作用的“有趣反应”,等着大家去探究!

您有相似的经验或者案例可以和我们分享吗?欢迎您在留言区留言分享。

本文参考:DOI 10.1021/acs.oprd. 0c00420


四、康宁反应器技术一体化平台

康宁反应器可以与众多在线分离、纯化、水解、核磁分析、颗粒度分析、光谱分析等后处理、分析仪器联用实现整个生产工艺的连续化生产。

针对工艺创新,康宁专注于连续流微反应技术的创新与世界YL创新团队精密合作,打造了“微反应+微分离+在线检测”一体化平台并获得客户的认可。该平台自动化程度高,反应结果瞬间可知,可以开发釜式反应不能完成的系列困难反应,并可以无缝放大至工业生产。

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2020-12-02
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