使用固定化的ω-转氨酶不对称合成高附加值的手性胺

手性N-杂环分子，特别是具有氨基官能团的化合物如3-氨基哌啶是用于产生大量具有药理学性质的生物活性化合物的有价值的中间体。在本文中，通过使用固定化的ω-转氨酶（TAs-IMB），异丙胺作为胺供体和吡哆醛 - 胺化前手性前体1-Boc-3-哌啶酮来合成3-氨基-1-Boc-哌啶的两种对映体。描述了作为辅因子的5'-磷酸（PLP）。与其他方法相比，本方法在一步中提供目标化合物，从商业底物开始具有高产率和高对映体过量。通过使用不同的市售固定化酶进行反应，评估不同实验条件下的催化活性和对映选择性。在批次和半连续系统中重复使用最有效的酶。所选择的生物催化剂在反应条件下显示出良好的稳定性，在转化率和几个循环后的对映体过量方面提供了一致的结果。鉴于这种可持续方法在工业规模上的发展，报告的结果可能具有实际意义。

关键词： 不对称催化; 生物转化; 手性胺; 固定化酶; ω-转氨酶

对映体纯的胺是具有不同工业应用的生物活性化合物的重要前体，包括药物，香料和农产品[1]。因此，开发适合于大规模生产的制备方法是重要的。在这种情况下，人们越来越关注包括ω-转氨酶（TAs）在内的反应，这些反应已经被认为是一种更环保，更可持续的手性胺生产方法[2-5]。TA，也称为氨基转移酶，是在吡哆醛-5'-磷酸（PLP）作为辅助因子存在下能够将氨基从胺供体转移到含有羰基官能团的受体的酶，并且酶易于原位再生不需要另外的酶。原则上，对映体纯的手性胺可以按照两种方法制备：通过从外消旋胺开始的动力学拆分或通过从合适的底物（例如相应的羰基化合物）开始的不对称合成。在动力学拆分中，可以获得50％产物的最大产率。此外，大量的副产物可能使产物分离和手性胺的回收复杂化。从而，不对称合成通常是优选的，因为理论上100％的产物收率是可能的。然而，该过程是可逆的，因此基质的转化率取决于平衡向形成所需产物的程度。为此目的，使用两种不同的策略：（i）除去源自胺供体的共产物（即，在减压下或通过降解/转化）和（ii）使用过量的胺供体。然而，后一种方法可能具有一些缺点：取决于过量使用的胺供体的性质，目标胺的回收和纯化可能是困难的和/或这种过量可导致酶的抑制。[2-6]。

由于（R） - 和（S） - 选择性TA在市场上可获得，因此胺产物的两种对映体都是可获得的。这一点特别相关，因为在大多数情况下，手性药物的药理活性与其绝对构型密切相关。最近的研究有利于在工业水平上应用TA，因此它们经常被发现用于大规模合成手性胺的酶[2,4]。此外，已经开发了TA的固定化以增加稳定性，酶再循环性，易于后处理和产物的纯化[2-4,7-13]。最近，我们报道了使用IPA作为胺供体的几种固定化TA的成功使用[14]。

光学活性的3-氨基哌啶及其N和/或N'-保护的类似物是用于合成大量用于治疗肥胖，I型和II型糖尿病或作为精神药物的生物活性化合物的重要中间体。抑郁症和精神分裂症[15-19]。特别是（R）-3-氨基-1-Boc-哌啶是主要用于合成二肽基肽酶IV（DPP-IV）抑制剂的化合物的有用前体，例如阿格列汀，利格列汀和其他抗糖尿病药[15,17]。 ]。多年来，通过使用外消旋混合物的拆分，手性前体的制备或前手性化合物的不对称合成，测试了许多合成途径以光学活性形式制备3-氨基哌啶及其N-保护的前体[20-22]。

相比之下，只有少数例子通过生物转化发表了这种分子的合成[23,24]。在这些方法中，TA以商业游离形式或从细菌来源分离，从相应的外消旋胺开始的动力学拆分和从相应的酮开始的不对称合成。第一种方法虽然以高对映选择性进行，但是是动力学拆分，因此限于所需产物的最大产率的50％。第二种方法使用非商业酶，这可能是潜在大规模工业应用的观点的限制。最近，已经描述了具有较小应用兴趣的（S） - 对映体的合成[25]。。然而，该研究中使用的酶不是商业上可获得的，并且没有报道该反应的对映选择性。

为了获得对映体纯的（R） - 和（S）-3-氨基-1-Boc-哌啶（2），通过使用市售的固定化TA（TAs-IMB）和异丙胺作为胺供体来研究转氨反应。 

这些酶共价固定在环氧丙烯酸酯树脂上，并提供优于天然树脂的几个优点，特别是考虑到大规模应用。除了在较高温度或有机溶剂中增强的稳定性之外，在载体上的固定允许酶的容易回收和反应后产物的分离。此外，以适当浓度使用的固定化TA的活性可与游离酶相当[26]。根据供应商方案应用这些酶的条件是：50毫克底物（45 mM），200毫克TA酶，1 mM PLP和1毫升异丙胺在三乙醇胺缓冲液（100 mM，pH 7.5）中的应用总体积为5.75 mL。如果底物不溶于缓冲液，可以使用DMSO溶液（15％v / v）。