手性δ-取代己内酰胺化学_酶串联一锅法合成及立体构型调控.pdf

浙江大学学报（理学版）Journal of Zhejiang University（Science Edition）http：/ 51 卷第 1 期2024 年 1月Vol.51 No.1Jan.2024 手性-取代己内酰胺化学/酶串联一锅法合成及立体构型调控屠美玲，王祁宁，李琰君，张建庭，贾继宁，杨阿三（浙江工业大学 化工学院，浙江 杭州 310014）摘要：报道了一种以 1-取代高烯丙基胺为原料，结合酶催化动态动力学拆分与分子内烯烃复分解反应串联一锅法制备手性-取代己内酰胺的方法。分别用脂肪酶和蛋白酶作为动态动力学拆分催化剂，实现了手性-取代己内酰胺立体构型的调控。通过该方法制备的 R-取代己内酰胺的对映体过量值（enantiomeric excess，ee）均在90%以上，产率维持在 76%以上；所制备的 S-取代己内酰胺的 ee也在 82%以上，产率均高于 70%。关键词：手性己内酰胺；立体构型可调控合成；化学/酶串联一锅法合成中图分类号：TQ 46 文献标志码：A 文章编号：10089497（2024）0105509TU Meiling,WANG Qining,LI Yanjun,ZHANG Jianting,JIA Jining,YANG Asan（College of Chemical Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，China）One pot chemo/enzymatic synthesis of chiral-substituent caprolactam and its configuration controlling.Journal of Zhejiang University(Science Edition),2024,51(1):5563Abstract:Herein,a novel one pot synthesis of chiral-substituent caprolactam strategy which applies 1-substituent homoallylic amine as the starting material is reported.This method combines the enzymatic dynamic kinetic resolution(DKR)and ring cross metathesis.Moreover,the configuration of caprolactam can be controlled by using lipase and protease as the DKR catalyst.The enantiomeric excess value of obtained R-and S-caprolactam can reach up to 90%and 82%,the yield can also be above 82%and 70%.Key Words:chiral caprolactam;configuration-controlling synthesis;one pot chemo/enzymatic synthesis含氮杂环化合物诸如环半胺、内酰胺和环胺等，是药物和天然生物碱等的重要骨架1。手性内酰胺，特别是含有 1 或 2 个毗邻环上氮原子的相邻立体中心的内酰胺，是许多具有生物活性的天然产物和药物的结构特征2，例如，蛋白酶体抑制剂乳胞素3、抗肿瘤药物马里佐米4-5、抗抑郁药物 R-咯利普兰6和抗癫痫药物布瓦西坦7等。手性内酰胺的立体构型可调控合成充满挑战。国内外研究人员一直致力于开发-取代手性内酰胺绿色高效的不对称制备方法8-9。通常-取代内酰胺的不对称合成有化学法与生物法 2种途径。化学法大多基于不对称迈克尔加成反应构筑-取代内酰胺的手性。此外，不对称氢化也是合成手性内酰胺的重要方法。例如，2018 年，LANG 等10报道了一种铑（Rh）配合物催化，-不饱和内酰胺不对称加氢反应制备手性内酰胺的方法；2020 年，SHI 等11开发了一种钌（Ru）配合物催化酮酸/酯的不对称还原性胺化后分子内环化制备手性内酰胺的方法。总体而言，化学法制备-取代手性内酰胺仍具有反应步骤繁杂、过渡金属催化剂昂贵以及底物范围狭窄等局限。鉴于此，生物催化以其绿色环保、立体选择性专一逐渐代替化学法成为合成手性内酰胺的重要替代方法。例如，ALEKU 等12从米曲霉（Aspergillus）中发现了一种依赖 NADP（H）的还原性氨酶，该酶可催化 4-氧戊酸乙酯与多种伯胺和仲胺还原性偶联，产生手性内酰胺。然而，-取代手DOI：10.3785/j.issn.1008-9497.2024.01.007收稿日期：20220819；修回日期：20230131；接受日期：20230216；出版日期：20240125.基金项目：浙江省科技厅公益项目（LGF18D060002）.作者简介：屠美玲（1982），ORCID：https：/orcid.org/0000-0002-8700-3524，女，硕士，实验师，主要从事有机中间体合成研究.浙 江 大 学 学 报（理学版）第 51 卷性内酰胺的生物合成方法相对较少。此外，传统化学合成法与-取代手性内酰胺生物合成方法均面临手性内酰胺立体构型调控的重大挑战。在传统化学合成方法中，通常只能得到一种构型的手性内酰胺。若要实现立体构型翻转，往往需要繁复的工艺。因此，开发一种-取代手性内酰胺立体构型调控生物合成方法，具有重要的现实意义和理论价值。为了实现-取代手性内酰胺绿色高效合成并调控其立体构型的目的，充分利用酶促反应绿色环保、立体选择性专一以及转化率高的优点，开发了一种化学/酶串联一锅法合成-取代手性内酰胺的工艺（图1），并在此基础上，通过对酶催化剂的调节实现调控-取代手性内酰胺立体构型的目的。1实 验1.1试剂与仪器苯甲醛，4-溴苯甲醛，辛醛，4-氯苯甲醛，4-氟苯甲醛，钛酸四乙酯，叔丁基亚磺酰胺，烯丙基溴化镁，Grubbs 二代催化剂，钯（Pd）、镍（Ni）、钴（Co）等过渡金属，丙烯酸甲酯，丙烯酰氯，甲苯，二氯甲烷，四 氢 呋 喃 等 化 学 试 剂。PS-IM（天 野 脂 肪 酶，Amano，硅藻土固定），碱性蛋白酶等酶制剂。化合物的核磁共振氢谱（1H-NMR）用 Bruker Advance DMX 400 MHz 型核磁共振仪测定，四甲基硅烷（TMS）作为内标。手性-氨基酸的对映体过量值（enantiomeric excess，ee）用手性液相色谱仪测定。检测条件：手性色谱柱为大赛璐AD-H，流动相为正己烷/异丙醇（v/v）=85/15，流速为0.1 mL min-1，检测波长为254 nm。1.2实验过程1.2.11-取代高烯丙基胺的制备1-苯基高烯丙基胺（C10H13N）的化学合成过程为 1-苯基高烯丙基胺1-取代高烯丙基胺的制备方法参照文献 13，将钛酸四乙酯（1.0 mmol）加入相应醛的二氯甲烷溶液（1.0 mmol L-1），随 后，加 入 叔 丁 基 磺 酰 胺（1.2 mmol），在室温下搅拌 12 h。当薄层色谱显示反应结束后，加入 20 mL 去离子水并过滤。水相用二氯甲烷萃取（340 mL），合并有机相溶液并用 MgSO4干燥、过滤、真空浓缩，得到相应的亚胺。将制备的磺酰亚胺中间体（1.0 mmol）溶解于无水四氢呋喃，配成 1.0 mmol L-1的溶液，冷却至 0，随后加入烯丙基溴化镁的四氢呋喃溶液（1.2 mmol）。待反应逐步升至室温，搅拌过夜。为淬灭反应，将反应液冷却至0 后，加入饱和的NH4Cl水溶液。分液，水相用二氯甲烷萃取（340 mL），合并有机相后用MgSO4干燥、过滤、真空浓缩。粗产物通过柱层析色谱纯化（洗脱剂为甲醇/二氯甲烷（v/v）=3/97）。1-苯基高烯丙基胺和 1-取代高烯丙基胺的结构式和磁共振氢谱（1H-NMR）特征：1-苯 基 高 烯 丙 基 胺（C10H13N）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3，ppm）：7.367.32（m，5 H），5.785.64（m，1 H），5.155.07（m，2 H），4.023.97（dd，1 H），2.452.32（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰。图 1化学/酶串联一锅法合成手性-取代内酰胺Fig.1Chemo-enzymatic synthesis of chiral-substituent caprolactam56屠美玲，等：手性-取代己内酰胺化学/酶串联一锅法合成及立体构型调控第 1期1-（4-溴-苯基）高烯丙基胺（C10H12BrN）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3，ppm）：7.287.16（m，4 H），5.765.68（m，1 H），5.094.75（m，2 H），4.033.92（dd，1 H），2.582.36（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰。1-（4-氯-苯基）高烯丙基胺（C10H12ClN）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3，ppm）：7.307.19（m，4 H），5.825.76（m，1 H），5.134.88（m，2 H），4.053.94（dd，1 H），2.622.38（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰。1-（4-氟-苯基）高烯丙基胺（C10H12FN）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3，ppm）：7.327.28（m，4 H），5.755.68（m，1 H），5.145.08（m，2 H），4.013.98（dd，1 H），2.452.32（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰。1-庚基高烯丙基胺（C11H23N）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3，ppm）：5.845.78（m，1 H），5.175.10（m，2 H），2.542.48（m，1 H），1.471.38（m，2 H），1.341.22（m，10 H），0.850.76（m，3 H）。氨基上的活泼氢没有出峰。1.2.2外消旋丙烯酰（1-苯基高烯丙基）胺标样的制备1-苯基高烯丙基胺的动态动力学拆分过程为丙烯酰（1-苯基高烯丙基）胺标样制备过程：在30 mL DCM 中 依 次 加 入 1-苯 基 高 烯 丙 基 胺（10 mmol），TEA（11 mmol）以及DMAP（1.0 mmol），置 于 冰 水 浴 中，磁 力 搅 拌 下 滴 加 丙 烯 酰 氯（11 mmol）。用 TLC 监测原料反应，完全后，依次用 5%柠檬酸溶液、饱和 NaHCO3、饱和 NaCl洗涤 3次。有机相用无水硫酸镁干燥，旋蒸浓缩得到粗产物。粗产物过柱提纯（v石油醚v乙酸乙酯=20 1）。丙烯酰（1-苯基高烯丙基）胺（C13H15NO）的结构式和1H-NMR特征为丙烯酰（1-苯基高烯丙基）胺：1H-NMR（400 MHz，CDCl3）：7.327.16（m，5 H），6.406.35（m，1 H），6.186.16（m，1 H），5.88-5.84（m，2 H），5.835.81（m，1 H），5.054.94（m，2 H），2.672.46（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰。1.2.3外消旋-苯基己内酰胺标样的制备丙烯酰（1-苯基高烯丙基）胺分子内关环反应（RCM）所需外消旋-苯基己内酰胺的方程式为-苯基己内酰胺标样制备过程：将丙烯酰（1-苯基高烯丙基）胺（5.0 mmol）溶于 25 mL 除水的DCM 中，氮气保护，磁力搅拌下滴加 Grubbs二代催化剂（质量分数为 10%，溶于 DCM，10 mL）。加热回流 12 h，用 TLC 监测原料完全反应后，旋蒸除溶剂得到粗产物，过柱纯化（v石油醚v乙酸乙酯=3 1）。-苯 基 己 内 酰 胺（C11H11NO）的 结 构 式 和1H NMR特征为-苯基己内酰胺：1H NMR（400 MHz，CDCl3）：7.477.31（m，5 H），6.986.97（m，1 H），6.166.14（m，1 H），5.485.44（m，1 H），2.732.55（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰。高分辨质谱：C11H11NO 分子质量为 173.08，实际检测发57浙 江 大 学 学 报（理学版）第 51 卷现分子离子峰为 196.07，该峰为-苯基己内酰+钠的分子离子峰。1.2.4化学/酶串联一锅法合成 R-取代内酰胺在 5.0 mL 无水甲苯中加入 1-取代高烯丙基胺（0.11 mmol）、酰化试剂（0.1 mmol）以及用透析袋包装的 Pd 催化剂（质量为 1-取代烯丙基胺质量的5%）、酶催化剂（PS-IM，质量为 1-取代高烯丙基胺质量的 20%）。将反应液加热至 50 oC，反应 48 h 后加入 Grubbs二代催化剂（质量为丙烯酸甲酯质量的10%），继续回流 48 h。过滤，减压蒸馏得到粗产物。粗产物采用柱色谱纯化（v石油醚v乙酸乙酯=3 1），得到最终产物。R-取代内酰胺的结构式和1H-NMR特征：R-苯 基 己 内 酰 胺（C11H11NO）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3）：7.477.31（m，5 H），6.986.97（m，1 H），6.166.14（m，1 H），5.485.44（m，1 H），2.732.55（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰，ee为 93%。R-（4-溴-苯基）己内酰胺（C11H10BrNO）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3）：7.547.36（m，4 H），7.027.01（m，1 H），6.196.15（m，1 H），5.525.47（m，1 H），2.742.57（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰，ee为 95%。R-（4-氯-苯 基）己 内 酰 胺（C11H10ClNO）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3）：7.507.37（m，4 H），7.027.01（m，1 H），6.206.16（m，1 H），5.505.47（m，1 H），2.742.54（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰，ee为 94%。R-（4-氟-苯基）己内酰胺（C11H10FNO）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3）：7.477.31（m，5 H），6.986.97（m，1 H），6.166.14（m，1 H），5.485.44（m，1 H），2.732.55（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰，ee为 90%。R-庚 基 己 内 酰 胺（C12H21NO）：6.936.83（m，1 H），6.02（m，1 H），4.494.36（m，1 H），2.33（m，2 H），1.861.58（m，2 H），1.571.19（m，10 H），0.88（m，3 H）。氨基上的活泼氢没有出峰，ee为 90%。1.2.5化学/酶串联一锅法合成 S-取代内酰胺2010 年，BLIDI 等14-15报道了一种由固定化碱性蛋白酶催化仲胺的 S-构型选择动态动力学拆分，本文在合成 S-取代内酰胺过程中采用该酶催化剂。碱性蛋白酶处理方法参照文献 12-13，具体58屠美玲，等：手性-取代己内酰胺化学/酶串联一锅法合成及立体构型调控第 1期操作为：在 100 mL 烧瓶中，加入 50 mL 磷酸盐缓冲液（0.1 mmol L-1，pH=7），加热至 60 C，然后加入60 mg 正辛基-D-吡喃葡萄糖苷和 60 mg 甲基-环糊精。搅拌，溶解。取其中 25 mL 溶液，加入500 mg 碱性蛋白酶液体提取物。混合物在液氮冷却下迅速降温，并在-54 oC 条件下冷冻干燥 20 h，得到 822 mg酶粉。在无水甲苯中加入 1-取代高烯丙基胺（0.11 mmol）、酰化试剂（0.1 mmol）以及透析袋密封的 Pd催化剂（质量为 1-取代高烯丙基胺质量的 5%）、酶催化剂（处理后的碱性蛋白酶，质量为 1-取代高烯丙基胺质量的 20%）。将反应液加热至 50 oC，待反应 48 h后加入 Grubbs二代催化剂（质量为丙烯酸甲酯质量的 10%），回流 48 h。过滤，减压蒸馏得到粗产 物。粗 产 物 采 用 柱 色 谱 纯 化（v石油醚v乙酸乙酯=3 1），得到最终产物。S-取代内酰胺的结构式和1H-NMR特征：S-苯 基 己 内 酰 胺（C11H11NO）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3）：7.477.31（m，5 H），6.986.97（m，1 H），6.166.14（m，1 H），5.485.44（m，1 H），2.732.55（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰，ee为 85%。S-（4-溴-苯 基）己 内 酰 胺（C11H10BrNO）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3）：7.547.36（m，4 H），7.027.01（m，1 H），6.196.15（m，1 H），5.525.47（m，1 H），2.742.57（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰，ee为 88%。S-（4-氯-苯基）己内酰胺（C11H10ClNO）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3）：7.507.37（m，4 H），7.027.01（m，1 H），6.206.16（m，1 H），5.505.47（m，1 H），2.742.54（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰，ee为 85%。S-（4-氟-苯基）己内酰胺（C11H10FNO）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3）：7.477.31（m，5 H），6.986.97（m，1 H），6.166.14（m，1 H），5.485.44（m，1 H），2.732.55（m，2 H）。氨基上的活泼氢没有出峰，ee为 82%。S-庚 基 己 内 酰 胺（C12H21NO）：1H-NMR（400 MHz，CDCl3）：6.936.83（m，1 H），6.02（m，1 H），4.494.36（m，1 H），2.33（m，2 H），1.861.58（m，2 H），1.571.19（m，10 H），0.88（m，3 H）。氨基上的活泼氢没有出峰，ee为 84%2结果与讨论2.11-取代高烯丙基胺的动态动力学拆分反应优化酶促反应最大的优点在于其高度立体专一性，源自不同菌属和种类的酶通常呈现不同的催化活性和立体选择性。根据国内外相关研究，南极假丝酵母脂肪酶B（CAL-B）和脂肪酶PS-IM是仲胺和仲醇动态动力学拆分反应中应用最广泛的 2种脂肪酶。此外，外消旋化试剂也是影响动态动力学拆分结果的重要因素。常见的仲胺外消旋化试剂有钯碳（Pd/C）、钯硫酸钡（Pd/BaSO4）、雷尼镍（Ni）、雷尼钴（Co）等。因此，本文以 1-苯基高烯丙基胺为模板底物，考察其在不同酶和不同外消旋化试剂作用下的动态动力学拆分反应，结果如表 1所示。由表 1可知，当以 Pd/C为外消旋化试剂时，CAL-B和PS-IM均表现出较高的立体选择性，所得 R-丙烯酰（1-苯基高烯丙基）胺的ee分别为 92%和 90%。但是在反应 48 h后，CAL-B体系产物的产率（53%）远低于 PS-IM 的（75%），这一现象可能与酰化试剂活性有关。因此，后续优化过程中将选择PS-IM酶催化剂。如前文所述，外消旋化试剂也是影响拆分结果的重要因素，本文共考察了 4 种外消旋化试剂的拆分反应。结果表明，Pd/BaSO4的催化效果最好，产59浙 江 大 学 学 报（理学版）第 51 卷物的 ee 和产率分别高达 93%和 86%。雷尼钴的催化效果最差，尽管产物的 ee 达 96%，但产率仅为25%。与 Pd/BaSO4相比，当 Pd/C 和雷尼镍作为外消旋化试剂时产率都较低。因此，将 PS-IM 与 Pd/BaSO4体系作为 1-取代高烯丙基胺动态动力学拆分的最佳条件。此外，为了实现对产物立体构型的调控，考察了碱性蛋白酶催化的 1-苯基高烯丙基胺的动态动力学拆分反应，结果见表 1。在最佳拆分条件下，S-构型产物的 ee 和产率分别可达 87%和80%。2.21-取代高烯丙基胺一锅法合成手性内酰胺在得到最佳动态动力学拆分条件后，尝试实现手性内酰胺的一锅法合成。将丙烯酸甲酯作为 1-取代高烯丙基胺的酰胺试剂，目的是构筑一个具有分子内关环（RCM）反应可能性的结构，然后利用RCM 反应实现内酰胺的一锅法合成。通过动态动力学拆分，得到了手性的丙烯酰（1-取代高烯丙基）胺，该 化 合 物 在 Grubbs 二 代 催 化 剂 催 化 下 通 过RCM 反应得到手性-取代内酰胺。为了实现酶促动态动力学拆分与 RCM 一锅反应，对反应条件进行了优化，结果如表 2所示。最初的一锅法制备工艺如下：动态动力学拆分反应结束后，在反应液中添加 Grubbs二代催化剂继续反应 24 h。但结果表明，该工艺并不会生成内酰胺（见表 2 第 1 行）。分析该工艺路线失败的原因可能是，Pd/BaSO4会对后续关环反应产生影响。为解决这一问题，将动态动力学拆分反应所需的 Pd/BaSO4和 PS-IM 酶以及 RCM 反应所需的 Grubbs二代催化剂分别装入透析袋中，利用小分子在溶剂中溶解后可以自由进入透析袋的特性避免 3种催化剂的相互接触。这一改进的效果立竿见影，产物的 ee和产率分别达到 94%和 23%。虽然该工艺成功实现了手性内酰胺的一锅法制备，但收率仍较低，有待进一步优化。一锅法制备手性内酰胺产率过低可能由过量酰化试剂所致。通常，为提高产率，在仲胺的动态动力学拆分过程中会使用过量的酰化试剂。但是，在本文所设计的一锅法制备工艺中，过量的酰化试剂（丙烯酸甲酯）在 Grubbs 二代催化剂的催化下会与动态动力学拆分产物丙烯酰（1-取代高烯丙基）胺发生分子间的烯烃复分解反应，从而降低目标产物的产率。为此，考察了 3 组不同酰化试剂比例的一锅法反应，结果如表 2 第 2第 4 行所示。可知，底物胺与酰化试剂的最佳比例为 1.1/1.0，在此条件下手性内酰胺产物的 ee 和产率分别可达 93%和78%。同理，考察碱性蛋白酶在最佳条件下一锅法制备手性-内酰胺的工艺。当以碱性蛋白酶为催化剂时，产物内酰胺为 S-构型，ee 和产率分别可达85%和 72%。至此，实现了化学/酶串联一锅法制备手性-取代内酰胺的目的。此外，为验证 RCM反应过程中底物的立体构型几乎可以保持不变，还考察了分步反应合成手性-内酰胺（结果如表 2 第表 11-苯基高烯丙基胺的酶促动态动力学拆分结果aTable 1The results of enzymatic DKR of 1-phenylbut-3-en-1-amine序号123456酶CAL BPS-IMPS-IMPS-IMPS-IM碱性蛋白酶催化剂Pd/CPd/CPd/BaSO4雷尼镍雷尼钴Pd/BaSO4ee/%b929093909687产率/%c537586542580构型R-R-R-R-R-S-注 a 反应条件：0.1 mmol高烯丙基胺，0.3 mmol丙烯酸甲酯，1.0 mL 甲苯，质量为高烯丙基胺质量 5%的外消旋化试剂和 20%的酶，氮气保护，50 下反应 48 h；b 通过手性液相检测；c 为分离产率。60屠美玲，等：手性-取代己内酰胺化学/酶串联一锅法合成及立体构型调控第 1期5 行所示），实验结果表明，虽然分步法制备手性-内酰胺的 ee与一锅法大致相同，但产率明显下降。2.3化学/酶串联一锅法合成手性内酰胺底物扩展在以 1-苯基高烯丙基胺为模板，成功实现 R-构型和 S-手性-取代己内酰胺化学/酶一锅法制备以后，进一步考察该方法的底物适用性。研究选取了以-1-苯基、-1-（4-溴苯基）、-1-（4-氯苯基）、-1-（4-氟苯基）为代表的芳香高烯丙基胺原料和以-1-庚基高烯丙基胺为代表的脂肪高烯丙基胺原料，分别考察这些原料以 PS-IM 酶以及碱性蛋白酶为催化剂，在最佳反应条件下制备手性-取代己内酰胺，结果如表 3所示。由表 3 可知，无论是芳香高烯丙基胺底物还是脂肪高烯丙基胺底物，均能制备高光学纯度的手性-取代己内酰胺。其中，芳香-取代己内酰胺的 ee 最高可达 95%，产率为 82%（表 3 第 2 行）；脂肪-取 代 己 内 酰 胺 的 ee 可 达 90%，产 率 为 82%（表 3 第 5 行）。就芳香高烯丙基胺类底物而言，含有吸电子基产物的 ee 和产率均略好于不含吸电子基产物的。例如，R-（4-溴苯基）和 R-（4-氯苯基）己内酰胺的 ee 和产率均略高于 R-苯基己内酰胺的（表 3 第 1第 3 行）。脂肪-取代己内酰胺的 ee 略低于芳香-取代己内酰胺的，产率与芳香-取代己内酰胺相当。这是因为脂肪底物氨基两侧取代基位阻差异小于芳香底物氨基两侧取代基。当用处理后的碱性蛋白酶为催化剂时，所有-取代己内酰胺均由 R-构型转变为 S-构型，这与文献 14-15 的研究结果相符。通过该串联一锅法制备的 S-取代己内酰胺的 ee 最高可达 88%，产率最高可以维持在 78%左右（表 3 第 7 行）。总体而言，采用碱性蛋白酶作为催化剂，S-取代己内酰胺的 ee和产率均低于采用 PS-IM 体系的。3结 论报道了一种以 1-取代高烯丙基胺为原料，结合酶催化动态动力学拆分反应与分子内烯烃复分解反应串联一锅法制备手性-取代己内酰胺的方法。在此基础上，分别用脂肪酶和蛋白酶作为动态动力学拆分催化剂，实现了手性-取代己内酰胺立体构型的调控。制备的 R-构型-取代己内酰胺的 ee均在 90%以上，最高可达 95%，产率也维持在 76%以上，最高可达 83%。制备的 S-构型-取代己内酰胺的 ee 在 82%以上，产率高于 70%。鉴于手性-取代己内酰胺在医药领域的重要性，其立体可调控表 2化学/酶串联一锅法合成手性-内酰胺aTable 2Chemo-enzymatic synthesis of-caprolactam序号12345d6酶PS-IMPS-IMPS-IMPS-IMPS-IM碱性蛋白酶胺/酰化试剂1.0/5.01.0/5.01.0/1.11.1/1.01.1/1.01.1/1.0ee/%b-9492939285产率/%c（构型）-23（R-）70（R-）78（R-）70（R-）72（S-）注 a 反应条件：高烯丙基胺，丙烯酸甲酯，1.0 mL甲苯，质量为高烯丙基胺质量 5%的外消旋化试剂和 20%的酶，氮气保护，50 下反应48 h。然后加入质量为高烯丙基胺质量 10%的 Grubbs二代催化剂，继续反应 48 h；b 通过手性液相检测；c 为分离产率。d 分步法：高烯丙基胺，丙烯酸甲酯，1.0 mL甲苯，质量为高烯丙基胺质量 5%的外消旋化试剂和 20%的酶，氮气保护，50 oC 下反应 48 h。反应液经过柱色谱纯化后（v石油醚v乙酸乙酯=20 1）进行下一步 RCM 反应（反应条件与一锅法一致）。61浙 江 大 学 学 报（理学版）第 51 卷一锅法合成方法的建立具有重要的理论价值和现实意义。参考文献（References）：1VITAKU E，SMITH D T，NJARDARSON J T.Analysis of the structural diversity，substitution patterns，and frequency of nitrogen heterocycles among US FDA approved pharmaceuticals J.Journal of Medicinal Chemistry，2014，57（24）：10257-10274.DOI：10.1021/jm501100b2CARUANO J，MUCCIOLI G G，ROBIETTE R.Biologically active -lactams：Synthesis and natural sourcesJ.Organic&Biomolecular Chemistry，2016，14：10134-10156.DOI：10.1039/c6ob01349j3FENTEANY G，STANDAERT R F，LANE W S，et al.Inhibition of proteasome activities and subunit-specific amino-terminal threonine modification by lactacystin J.Science，1995，268（5211）：726-731.DOI：10.1126/science.7732382.4FELING R H，BUCHANAN G O，MINCER T J，et al.Salinosporamide A：A highly cytotoxic proteasome inhibitor from a novel microbial source，a marine bacterium of the new genus salinosporaJ.Angewandte Chemie International Edition，2003，42（3）：355-357.DOI：10.1002/anie.2003901155MARX L B，BURTON J W.A total synthesis of salinosporamide A J.Chemistry-A European Journal，2018，24（26）：6747-6754.DOI：10.1002/chem.2018000466ZHU J，MIX E，WINBLAD B.The antidepressant and antiinflammatory effects of rolipram in the central nervous systemJ.CNS Neuroscience&Therapeutics，2001，7（4）：387-398.DOI：10.1111/j.1527-3458.2001.tb00206.x7MULA M.Brivaracetam for the treatment of epilepsy in adultsJ.Expert Review of Neurotherapeutics，2014，14（4）：361-365.DOI：10.1586/14737175.2014.8962008REZNIKOV A N，KAPRANOV L E，IVANKINA V V，et al.Nitroalkenes in the Ni（II）catalyzed asymmetric michael addition：Convenient route to the key intermediate of brivaracetam J.Helvetica Chimica Acta，2018，101：e1800170.DOI：10.1002/hlca.2018001709SUKHANOVA A A，NELYUBINA Y V，ZLOTIN S G.Asymmetric synthesis of 3-prenyl-substituted pyrrolidin-2-onesJ.Mendeleev Communications，2016，26：471-473.DOI：10.1016/j.mencom.2016.11.003表 3化学/酶一锅法合成手性-内酰胺底物扩展Table 3Chemo/enzymatic synthesis of chiral-substituent caprolactam序号12345678910R-1-苯基-1-（4-溴苯基）-1-（4-氯苯基）-1-（4-氟苯基）-1-庚基-1-苯基-1-（4-溴苯基）-1-（4-氯苯基）-1-（4-氟苯基）-1-庚基酶PS-IMPS-IMPS-IMPS-IMPS-IM碱性蛋白酶碱性蛋白酶碱性蛋白酶碱性蛋白酶碱性蛋白酶ee/%b93959490908588858284产率/%c（构型）78（R-）82（R-）83（R-）76（R-）82（R-）72（S-）78（S-）73（S-）70（S-）75（S-）注 a 反应条件：0.1 mmol高烯丙基胺，0.3 mmol丙烯酸甲酯，1.0 mL 甲苯，质量为高烯丙基胺质量 5%的外消旋化试剂和 20%的酶，氮气保护，50 下反应 48 h。然后加入质量为高烯丙基胺质量 10%的 Grubbs二代催化剂，继续反应 48 h；b 通过手性液相检测；c 为分离产率。62屠美玲，等：手性-取代己内酰胺化学/酶串联一锅法合成及立体构型调控第 1期10LANG Q W，GU G X，CHENG Y T，et al.Highly enantioselective synthesis of chiral-lactams by Rh-catalyzed asymmetric hydrogenation J.ACS Catalysis，2018，8（6）：4824-4828.DOI：10.1021/acscatal.8b0082711SHI Y J，TAN X F，GAO S，et al.Direct synthesis of chiral NH lactams via Ru-catalyzed asymmetric reductive amination/cyclization cascade of keto acids/estersJ.Organic Letters，2020，22（7）：2707-2713.DOI：10.1021/acs.orglett.0c0066912ALEKU G A，FRANCE S P，MAN H，et al.A reductive aminase from Aspergillus oryzae J.Nature Chemistry，2017，9（10）：961-969.DOI：10.1038/nchem.278213KENNEMUR J L，KORTMAN G D，HULL K L.Rhodium-catalyzed regiodivergent hydrothiolation of allyl amines and imines J.Journal of the American Chemical Society，2016，138（36）：11914-11919.DOI：10.1021/jacs.6b0714214BLIDI L E，VANTHUYNE N，SIRI D，et al.Switching from（R）-to（S）-selective chemoenzymatic DKR of amines involving sulfanyl radical-mediated racemization J.Organic&Biomolecular Chemistry，2010，8（18）：4165-4168.DOI：10.1039/c0ob00054j15BLIDI L E，NECHAB M，VANTHUYNE N，et al.En route to（S）-selective chemoenzymatic dynamic kinetic resolution of aliphatic amines.One-pot KR/racemization/KR sequence leading to（S）-amides J.Journal of Organic Chemistry，2009，74（7）：2901-2903.DOI：10.1021/jo900074w（上接第 40页）18贾豆，郑素佩.求解二维 Euler方程的旋转通量混合格式 J.应用数学和力学，2021，42（2）：170-179.DOI：10.21656/1000-0887.410196JIA D，ZHENG S P.A hybrid scheme of rotational flux for solving 2D Euler equationsJ.Applied Mathemat