一种制备对乙烯基苯酚的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备对乙烯基苯酚的生物催化方法，包括根据下述反应流程图的三步一锅反应：(A)其中a)可被取代的苯酚(1)借助酪氨酸酚裂解酶(TPL)的催化作用并且在铵离子存在的情况下与丙酮酸(BTS)结合生成可被取代的酪氨酸(2)，b)为了获得可被取代的对香豆酸(3)，借助酪氨酸氨裂解酶(TAL)或苯基氨裂解酶(PAL)的催化作用从酪氨酸(2)消除氨，和c)为了获得期望的可被取代的对乙烯基苯酚(4)，借助酚酸脱羧酶(PAD)的催化作用使对香豆酸(3)脱羧；d)其中将产生的CO2排出反应体系，以使所有三个反应级的化学平衡都向着产物的方向移动。

A method for the preparation of vinyl phenol

The invention relates to a preparation of vinyl phenol biological catalysis method, including the one pot reaction following reaction according to the three step flow chart: (A) a) phenol substituted (1) with tyrosine phenol lyase (TPL) catalyst and ammonium ions in the presence of pyruvate (BTS) combined generate tyrosine substituted (2), b) in order to obtain substituted p-coumaric acid (3), with the help of tyrosine ammonia lyase (TAL) or phenyl ammonia lyase (PAL) catalysis from tyrosine (2) elimination of ammonia, and C) in order to obtain the desired substituted vinyl phenol (4), with the help of phenolic acid decarboxylase (PAD) catalysis to p-coumaric acid decarboxylation; (3) d) which will produce CO2 from the reaction system, so that all three level reaction chemical equilibrium movement toward the direction of the product.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种制备对乙烯基苯酚的方法本专利技术涉及一种制备对乙烯基苯酚的生物催化方法。
技术介绍
乙烯基苯酚衍生物在聚合物化学中被用作有用组分，并且例如能够在制造化学和生物传感器时用于组装电介质层。卤化衍生物例如被应用于制造阻燃剂以及查尔酮，一类已知的具有广泛生物活性的有机化合物。将非活化的酚类选择性对位乙烯基化为对-或4-乙烯基苯酚并不已知。因此，在使用锡催化剂的情况下，非活化芳烃的直接乙烯基化生成选择性的邻位衍生物(Yamaguchi等人，J.Am.Chem.Soc.117，1151-1152(1995))，而用路易斯酸(例如GaCl3)催化提供邻位和对位区域异构体的混合物(Yamaguchi等人，Angew.Chem.Int.Ed.36，1313-1315(1997))。然而，在苯酚衍生物上并不实施这两种方法。更多的是借助施蒂勒反应(Stille-Kupplung)在使用相应的对溴苯酚和非常毒性的乙烯基锡试剂来人工合成对乙烯基苯酚(Littke等人，J.Am.Chem.Soc.124，6343-6348(2002))。替代地，对乙烯基苯酚能够由相应的4-羟基苯甲醛借助赫克反应在鏻盐催化作用下(Chen等人，Tetrahedron69，653-657(2013))或者通过诺文葛尔缩合反应(Knoevenagel-Kondensation)在根据多布纳的变体中借助仲胺的催化作用在微波辐照(Sinha等人，Tetrahedron63，960-965(2007))下制备而成。相比之下，生物催化方法局限于分别使用离子液体(Sharma等人，Adv.Synth.Catal.350，2910-2920(2008))、酚酸脱羧酶(PAD)(Wuensch等人，Org.Lett.14，1974-1977(2012))、或者特定的对羟基肉桂酸或对香豆酸脱羧酶(pHCA-DC或pCA-DC或简称为PDC)例如来自植物乳杆菌的PDC(Rodriguez等人，Proteins78，1662-1676(2010)和Jung等人，Appl.Microbiol.Biotechnol.97，1501(2013))使对香豆酸(4-羟基肉桂酸)脱羧，任选地在两相体系中(Ben-Bassat等人，Org.ProcessRes.Dev.11，278-285(2007))：然而，为此通常必须由相应的醛来合成相应的肉桂酸，这是昂贵的。也报道过使用共同表达真菌苯基氨裂解酶(PAL)和细菌对羟基肉桂酸脱羧酶(PDC)的基因工程细菌，通过消除酪氨酸中的氨，从葡萄糖来细菌生产对乙烯基苯酚。然而生产率在此极低(0.4g/L)，反应局限于该酶底物，诸如苯基丙氨酸(0.5g/L)和肉桂酸的副产物的量相当大(Qi等人，MetabolicEngin.9，268-276(2007))。另外，基于苯酚，酪氨酸衍生物的生物催化人工合成方法是已知的：专利技术人工作团队的出版物，Kroutil等人，Adv.Synth.Catal.352，731-736(2010)公开了一系列苯酚衍生物的此种反应，其中取代基F、Cl、Br、CH3和OCH3在苯酚的2或3位置上，并且是在使用了弗氏柠檬酸杆菌(Citrobacterfreundii)的酪氨酸苯酚裂解酶(TPL)的情况下进行的。借助酪氨酸氨裂解酶(TAL)或苯基氨裂解酶(PAL)从酪氨酸中酶促地催化消除氨以获得肉桂酸同样是已知的：参见Kyndt等人，FEBSLetters512，240(2002)，以及Louie等人，Chem.Biol.13(12)，1327-1338(2006)。然而，至今未曾报道此反应用于酪氨酸的衍生物。在这样的背景下，本专利技术的目的在于开发更好的生物催化方法用于制备对乙烯基苯酚，该方法能够实现对乙烯基苯酚的迅速且经济实惠的生产。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种用于制备对乙烯基苯酚的生物催化方法来实现此目的，该方法包括依据下述反应流程图的三步一锅反应：其中，a)以自身已知的方式将可被取代的苯酚1借助酪氨酸酚裂解酶(TPL)的催化作用并且在铵离子存在的情况下与丙酮酸(BTS)结合生成可被取代的酪氨酸2，b)为了获得可被取代的对香豆酸3，以自身已知的方式借助酪氨酸氨裂解酶(TAL)或苯基氨裂解酶(PAL)的催化作用从酪氨酸2消除氨，和c)为了获得期望的可被取代的对乙烯基苯酚4，以自身已知的方式借助酚酸脱羧酶(PAD)的催化作用使对香豆酸3脱羧；d)其中将产生的CO2排出反应体系，以使所有三个反应级的化学平衡都向着产物的方向移动。本专利技术在此基于三个自身已知的单一反应步骤的结合以及出乎意料的认知，即不仅所有三个反应能够基本上同时在一个一锅反应里进行，而不至于在一定程度上相互抑制，而且完全能够达到超过90％的转化率——即使是以被取代的苯酚作为起始底物。这一点并不是所希望的，主要是基于以下事实，即不仅反应物而且全部产物在形式上都是苯酚，这样的话在三个单一反应中的相互抑制作用可能性就较高。通过将三个反应步骤实施为一锅反应，并且因为将脱羧时在步骤c)中产生的二氧化碳排出体系而使得总反应的化学平衡移动，专利技术人在优化了反应条件之后甚至成功地实现了总转化率(通过全部三级计算所得)达到全部高于97％，如后面的实施例所证实的那样，这是完全没有预料到的。因此，本专利技术提供了一种方法，该方法以较高的纯度实现了从苯酚向对乙烯基苯酚的可选择性的、非常快速的并且几乎完全的转化，这是以传统的有机化学方式至今仍不可能实现的。如专利技术人通过变化pH值所确定的那样，根据本专利技术的一锅反应在优选的实施方式中在pH值为8至9时，优选pH值为8来实施。极好的整体转化率在这方面也是非常令人吃惊，因为两个第一反应步骤的理想pH值分别都高于10，而脱羧反应在pH为酸性至中性时比在碱性氛围里进行得明显更快、更完全，而且对于单个反应来说自pH值超过9就几乎观察不到任何转化，正如稍后示例中再次证实的那样。单一反应的结果与开始所引用的专业文献(之前的Rodriguez等人；之前的Jung等人，)相符，虽然Jung等人(之前的)公开了在pH值为5.8时他们所使用的PAD的pH最优值，但是所引用的专业文献里却例如在pH值为6.5或7.0时借助PAD来进行生物催化脱羧。但由于这个原因，在pH为8时根据本专利技术的一锅反应也被证实为理想的，因为在该pH值下可以使用无毒的KPi缓冲液(磷酸钾)作为水性溶液，而当pH为9时则必须使用例如磺酸盐类(例如CHES缓冲液：N-环己基-2-氨基乙磺酸)的更毒的试剂。在另一优选实施方式中，在b)步骤中使用酪氨酸氨裂解酶(TAL)作为催化剂，因为专利技术人用研究过的苯基氨裂解酶(PAL)几乎不能发现转化。优选地，以包含重组酶的全细胞形式加入酪氨酸氨裂解酶(TAL)，因为它们在根据本专利技术的方法中表现出了足够高的活性，并且因此能够避免昂贵的且有时很大浪费地从细胞培养物中分离酶。同样的情况也适用于根据本专利技术优选在步骤c)中作为催化剂使用的阿魏酸脱羧酶(FAD)，它在此特别优选地也以包含重组酶的全细胞的形式加入。在其他优选的实施方式中，除了带有相应pH值的水性缓冲系统外还使用了与水不混溶的共溶剂，优选的是乙醚，特别优选的是相对于水性缓冲体系而言5％的乙醚，以进一步提高整个反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备对乙烯基苯酚的生物催化方法，包括根据下述反应流程的三步一锅反应：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.10 AT A130/20151.一种用于制备对乙烯基苯酚的生物催化方法，包括根据下述反应流程的三步一锅反应：其中a)以自身已知的方式将可被取代的苯酚1借助酪氨酸酚裂解酶(TPL)的催化作用并且在铵离子存在的情况下与丙酮酸(BTS)结合生成可被取代的酪氨酸2，b)为了获得可被取代的对香豆酸3，以自身已知的方式借助酪氨酸氨裂解酶(TAL)或苯基氨裂解酶(PAL)的催化作用从酪氨酸2消除氨，和c)为了获得期望的可被取代的对乙烯基苯酚4，以已知方式借助酚酸脱羧酶(PAD)的催化作用使对香豆酸3脱羧；d)其中将产生的CO2排出反应体系，以使所有三个反应级的化学平衡都向着产物的方向移动。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在pH值约为8至9时进行所述反应。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在pH值约为8时进行所述反应。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔夫冈·克劳蒂尔，爱德华多·布斯托，罗伯特·西蒙，
申请(专利权)人：格拉茨大学，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT