还原芳族硝基化合物的方法技术

本文公开了一种还原芳族硝基化合物的方法。在一些实施方案中，所述方法包括以下步骤：(i)使芳族硝基化合物与催化剂接触，其中所述催化剂包含：(a)歧化剂；和(b)生物催化剂。本发明专利技术还公开了用于所述方法的生物催化剂；以下物质作为用于还原芳族硝基化合物的催化剂的用途：(a)歧化剂；和(b)生物催化剂；以及试剂盒，所述试剂盒包括(a)歧化剂；和(b)生物催化剂。

Method for reducing aromatic nitro compounds

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】还原芳族硝基化合物的方法
本专利技术涉及使用包含歧化剂和生物催化剂的催化剂还原底物的方法、该催化剂用于还原底物的用途、以及包含该催化剂的试剂盒。本专利技术还涉及用于该方法的生物催化剂。
技术介绍
作为用于制备芳族胺化合物的快速有效的方法，芳族硝基化合物的还原已引起相当多的关注，所述芳族胺化合物是化学、药物和农用化学工业中的重要中间体。然而，还原过程是复杂的。普遍接受的机制基于电化学模型，如方案1所示。根据该模型，两条平行的化学途径负责硝基原料向胺产物的转化(Haber)。主要途径涉及硝基基团2逐步还原为亚硝基基团7、羟胺3，并最终还原为胺官能团1。这三个步骤具有不同的速率，其中羟胺3的还原是最慢的步骤。这导致羟胺3中间体的显著积聚。平行途径涉及缩合途径，其中氧化偶氮基中间体6经由亚硝基7和羟胺3中间体之间的缩合形成。将氧化偶氮基中间体6逐步还原成偶氮化合物4、腙化合物5，并且最终还原成胺产物1。方案1：将芳族硝基化合物转化成芳族胺化合物的两种平行途径用于将芳族硝基化合物还原为芳族胺化合物的优选工业方法是使用高压下的氢气与负载型金属催化剂的催化氢化方法。典型的氢化催化剂包括Pd/C或Pd/Al2O3(Hoogenraad等人)。另外，Ni的商业制剂(Gallagher等人)、负载型纳米粒子(诸如Au/TiO2和Au/Fe2O3(Corma和Serna))或可商购获得的硫化铂催化剂(Kasparian等人；Boymans等人)是已知的。催化转移氢化方法避免了对通过使用NaBH4、水合肼或甲酸原位生成氢气在高压下处理氢气的专用设备的需要(Kadam等人)。Studer等人开发了改进的催化氢化方法(Studer等人；Studer和Baumeister)，其中催化量的钒化合物与贵金属、镍或钴氢化催化剂结合使用。钒化合物被认为促进羟胺3歧化为苯胺1和亚硝基7。然而，产物和有机废物流中的残余金属污染的存在是催化化学还原方法的主要关注问题。可通过开发无金属还原策略来防止残余金属污染。然而，这些方法通常具有长反应时间并且采用高温(Orlandi等人)。用于将芳族硝基化合物还原为芳族胺化合物的可供选择的方法是使用黄素依赖性硝基还原酶(NR)。黄素依赖性硝基还原酶(NR)是能够利用黄素辅因子(诸如黄素单核苷酸(FMN)、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)或其他黄素)的通用性来还原宽范围的芳族硝基化合物的酶。在一定程度上，与硝基还原酶共享相同黄素辅因子的细菌烯酸还原酶也能够还原芳族硝基基团(Toogood和Scrutton；Williams和Bruce)。然而，先前使用硝基还原酶还原芳族硝基化合物的尝试仅导致适度的成功，其中完全转化成期望的胺仍然是研究人员所达不到的(Hoogenraad等人；Pitsawong等人；Yanto等人)。一般来讲，硝基还原酶仅能够催化芳族硝基化合物2还原为对应的羟胺3。此外，这些反应性中间体还积聚并形成一系列副产物，从而降低了生物催化过程的效率。在非常罕见的情况下，进行朝向芳族胺1的还原，然而这高度依赖于所涉及的具体底物(Miller等人)。因此，芳族硝基化合物的还原仍存在关于有效控制氢化度以及在其他官能团的存在下选择性氢化硝基基团的显著挑战。
技术实现思路
本专利技术人已开发出还原芳族硝基化合物的催化方法，其中在生物催化硝基还原后生成的羟胺快速进入由歧化剂催化的歧化循环，从而导致最终的芳族胺产物的积聚。该方法已经由一系列底物展示，并且还展示了反应的增强(放大)。在本专利技术的第一个方面，提供了一种还原芳族硝基化合物的方法，所述方法包括如下步骤：(i)使芳族硝基化合物与催化剂接触，其中，所述催化剂包含：(a)歧化剂；以及(b)生物催化剂。歧化剂可包含金属，具体地讲选自第3族至第13族的金属，并且更优选地选自第3族至第12族的过渡金属。歧化剂可包含选自第5族至第11族，优选地第5族的金属。歧化剂可包含选自以下的金属：钒、铬、钼、铁、钴、镍或铜；优选地选自钒、钼、铁、钴或铜；更优选地为钒。歧化剂可选自CuCl2、Cu(OAc)2、Cu2O、Cu(0)(铜金属)、FeCl2、FeCl3、Fe(acac)3、FeCl2、FeSO4、Fe(0)(铁金属)、NaMoO4、NH4VO3、VOSO4、V(acac)3、V2O5、V(0)(钒金属)和CoCl2。优选地，歧化剂选自CuCl2、FeCl2、NaMoO4、NH4VO3、VOSO4、V(acac)3、V2O5和CoCl2。更优选地，歧化剂选自NH4VO3、VOSO4和V2O5。生物催化剂可以为或包含能够催化芳族硝基化合物还原成芳族羟胺化合物的多肽。任选地，生物催化剂为或包含能够催化芳族硝基化合物还原成芳族胺化合物的多肽。生物催化剂可为氧化还原酶。优选地，生物催化剂为硝基还原酶。生物催化剂可以为或包含属于GO：0016491的多肽。优选地，生物催化剂为或包含属于GO：0016657的多肽。生物催化剂可以为或包含属于EC1.X.X.X的多肽，其中X表示任何亚族。任选地，生物催化剂为或包含属于EC1.5.1.X、1.6.99.X或EC1.3.1.X的多肽，其中X表示任何亚型。生物催化剂可以为或包含属于CATH超家族3.40.109.10、3.20.20.70或3.40.50.360的多肽。生物催化剂可以为或包含属于PF00724、PF00881或PF02525的多肽。优选地，生物催化剂为或包含属于PF00881的多肽。生物催化剂可以为或包含具有以下序列基序(1)的多肽：(1)A-x(3，4)-G-x-[ADEGQST]-x(4)-[ADEGNQST]-[AEGNQST]其中：x表示任何氨基酸残基，x(n)表示由长度为n的任何氨基酸残基组成的片段；[ab]表示选自a或b的单个残基；以及氨基酸由它们的单字母代码表示。生物催化剂可以为或包含在对应于以下的位置处具有与SEQIDNO：1[NR-4]的那些氨基酸残基相似或相同的至少9个氨基酸残基的多肽：SEQIDNO：1[NR-4]的第5、39、40、41、42、64、65、67、112、132、135、136、138、220、224、229、230位。生物催化剂可以为或包含在对应于以下的位置处具有与SEQIDNO：1[NR-4]的那些氨基酸残基相似或相同的至少15个氨基酸残基的多肽：SEQIDNO：1[NR-4]的第13、15、38、39、40、41、42、43、64、65、67、69、104、112、132、133、134、135、136、137、138、139、172、220、221、224、225、229、230、233位。生物催化剂可以为或包含与SEQIDNO：1[NR-4]具有至少50％相似性或同一性并且在对应于SEQIDNO：1[NR-4]中的以下位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种还原芳族硝基化合物的方法，所述方法包括以下步骤：/n(i)使芳族硝基化合物与催化剂接触，/n其中，所述催化剂包含：/n(a)歧化剂；以及/n(b)生物催化剂。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181218 US 62/781,3311.一种还原芳族硝基化合物的方法，所述方法包括以下步骤：
(i)使芳族硝基化合物与催化剂接触，
其中，所述催化剂包含：
(a)歧化剂；以及
(b)生物催化剂。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述歧化剂包含选自第3族至第13族的金属。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述歧化剂包含选自第5族至第11族的过渡金属。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述歧化剂包含选自钒、铬、钼、铁、钴、镍或铜的过渡金属。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述歧化剂选自CuCl2、Cu(OAc)2、Cu2O、Cu(0)(铜金属)、FeCl2、FeCl3、Fe(acac)3、FeCl2、FeSO4、Fe(0)(铁金属)、NaMoO4、NH4VO3、VOSO4、V(acac)3、V2O5、V(0)(钒金属)和CoCl2。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述歧化剂选自NH4VO3、VOSO4和V2O5。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述生物催化剂为硝基还原酶。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述生物催化剂为或包含具有以下基序(1)的多肽：
(1)A-x(3，4)-G-x-[ADEGQST]-x(4)-[ADEGNQST]-[AEGNQST]
其中：
x表示任何氨基酸残基，
x(n)表示由长度为n的任何氨基酸残基组成的片段；
[ab]表示选自a或b的单个残基；并且
氨基酸由它们的单字母代码表示。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述生物催化剂为或包含在对应于以下的位置处具有与SEQIDNO：1[NR-4]的那些氨基酸残基相似或相同的至少9个氨基酸残基的多肽：
SEQIDNO：1[NR-4]的第5、39、40、41、42、64、65、67、112、132、135、136、138、220、224、229、230位。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述生物催化剂为或包含在对应于以下的位置处具有与SEQIDNO：1[NR-4]的那些氨基酸残基相似或相同的至少15个氨基酸残基的多肽：
SEQIDNO：1[NR-4]的第13、15、38、39、40、41、42、43、64、65、67、69、104、112、132、133、134、135、136、137、138、139、172、220、221、224、225、229、230、233。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述生物催化剂为或包含与SEQIDNO：1[NR-4]具有至少70％相似性或同一性并且在对应于SEQIDNO：1[NR-4]中的以下位置的残基处具有以下氨基酸的多肽：
41[SIMVAHNTWL]；
136[GSAN]；
224[KATYFREGIQV]；
229[SKRYAQCGHNTV]；
230...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·比萨尼，A·博纳德尔，B·多明格斯，J·莱帕伊，A·普什帕纳特，I·斯拉布，J·特德罗，S·曼宁，S·赫德利，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB