[4-氯-3-羟基丁酸乙酯手性对映体合成进展]对映体与手性
摘 要：（R）-4-氯-3-羟基丁酸乙酯[（R）-CHBE]和（S）-4-氯-3-羟基丁酸乙酯[（S）-CHBE]分别是L-肉碱和阿伐他汀关键中间体。这组对映体的合成，受到国内外学术界的广泛关注。本文从手性催化剂不对称催化氢化，脱卤酶催化的脱卤环合反应，微生物不对称拆分，生物催化不对称还原,手性前体合成五个方面，阐述（R）-CHBE和（S）-CHBE的合成进展，并展望了工业化应用前景。
关键词:4-氯-3-羟基丁酸乙酯;（R）-4-氯-3-羟基丁酸乙酯；（S）-4-氯-3-羟基丁酸乙酯；不对称还原;手性合成
L-肉碱（L-carnitine）也称左旋肉碱，作为脂肪酸运输的载体，以乙酰基L-肉碱的形式将中长链脂肪酸，从细胞线粒体膜外转移到膜内，在线粒体基质中氧化产生能量。当人体运动或体力消耗促使能量需求增加时，L-肉碱加速了把人体积累脂肪往细胞线粒体膜内的“搬运”，促进了脂肪的代谢，而达到减肥效果。由于L-肉碱对人体的安全性，良好的降脂减肥效果，以及对心脏良好的保健作用，治疗老年性痴呆症和男性不育症都有良好效果，L-肉碱成为风靡全世界的减肥药和功能保健品，在2010年我国的消费量出现爆发性的增长。
以(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯[(R)-CHBE]作为起始原料，是合成L-肉碱最简便的工艺路线[1]，因此L-肉碱的合成，最核心的技术问题是如何获取高ee值的(R)-CHBE。
阿伐他汀是羟甲戊二酰辅酶A (HMG．CoA)还原酶抑制剂，通过选择性抑制肝脏中胆固醇合成的限速酶HMG．CoA还原酶，因而使血浆中胆固醇水平下降，还可以降低低密度脂蛋白(LDL)和甘油三酯(TG)、升高高密度脂蛋白(HDL)，从而对动脉粥样硬化和冠心病的防治有重要意义。阿伐他汀由Pfizer公司开发，自1997年率先在英国上市，全世界销售额一直保持处方药的首位，2004年达到106.8亿美元[2]，2007年达136.73亿美[3]。
目前国内降脂和降胆固醇药以辛伐他汀为主，阿伐他汀因其适应症更广、耐受性和安全性更好，随着第一份专利保护期到2009年9月到期[4]，阿伐他汀的合成技术已经引起国内各制药企业的广泛关注，在阿伐他汀手性侧链有两个羟基，是与HMGCoA还原酶识别的药效团，合成该侧链涉及的关键中间体是(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯[(S)-CHBE)]，学术界对(S)-CHBE合成技术展开了多方面的研究。
鉴于(R)-CHBE和(S)-CHBE这一组对映体在合成L-肉碱和阿伐他汀的重要意义，作者在此综述近几年国内外对这两个关键中间体的合成进展。
1 (R)-CHBE合成进展
1.1 手性催化剂不对称催化氢化
4-氯乙酰乙酸乙酯（COBE）可方便地由乙烯酮氯化获得[5]，1988年M.Kit－amura[6]以COBE为原料，进行羰基不对称氢化，获得高光学纯度的(R)-CHBE。采用0.05％mol的Ru(OCOMe)2[（S）-binap]为催化剂，在10MPa，100℃下反应5min，获得的(R)-CHBE收率达到97％，对映体过量值(ee)97%。
2002年Cheng-Chao Pai等[7]采用Ru[(R-Bisbenzodioxan-
Phos)Cl2（DMF）n]作为不对称氢化催化剂，在50ml的压力釜中，反应氢压为0.345MPa,在乙醇溶剂存在下，0.2molCOBE，0.5mg手性催化剂，在80－90℃反应124h。得到(R)-CHBE产物对映体过量值(ee)97%。COBE转化率100％。
1.2 脱卤酶催化的脱卤环合反应
Shimizu等[8]采用筛选的一株大肠杆菌EnterobacterDS-S-75对rac-4-氯-3-羟基丁酸乙酯进行不对称转化，可以同时得到对映体过量值(ee)大于99%的(R)-4-氯-3-羟基丁酸甲酯和对映体过量值(ee)为95.9% 的(S)-3-羟基-γ－丁内酯，两个对映体的转化率均达到48 ％，并已放大到15 m3规模的工业生产。在此研究基础上，Tsushi等成功构建了转基因工程菌[9]Escher-chia coli DH5a，与Enterobacter DSS-75相比，该基因工程菌可提高反应速度近20倍，并且使耐受底物含量由8％提高到15％ 。
1.3 微生物不对称拆分
脂肪酶催化拆分消旋体是一种制备具有光学活性手性化合物的常用方法。金勇等[10]以二氧六环作溶剂，商品脂肪酶Novozym435氨解反应,拆分(rac)- CHBE，获得[R]－CHBE,并同时获得[S]- 4-氯－3－羟基丁酰胺。反应中需要的氨气由氨基甲酸铵缓慢分解提供。在底物浓度达到80 g/L ，30℃ 反应35 h，[R]－CHBE的光学纯度为99％（ee）、转化率为57.7 ％。可惜该文献没有披露S构型酰胺的ee值。
1.4 生物催化不对称还原
大肠杆菌不具备还原COBE的能力，可将专一还原COBE生成(R)-CHBE的酶的基因从供体细胞中克隆出来并转化到大肠杆菌中表达，从而获得高光学纯度的(R)-CHBE，敬科举等[11]采用基因工程技术，从赭色掷孢酵母(Sporobolom-
yces salmonicolor ZJU0105)中克隆出NADPH 依赖型醛基还原酶基因，构建了重组大肠杆菌E．coli BL21(pET28一ALR105)。加入构建的工程菌40 g /L(湿菌体)，葡萄糖0．1 mol／L，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)0.2 mmol／L)，葡萄糖脱氢酶(GDH)10 U／ml，底物COBE10g/L。在pH6.0，30℃ 下振荡反应6 h。得到的结果是:底物COBE的转化率99.5%，CHBE收率95.5％，对映体过量值（ee）99.0％。存在的关键问题是必需添加价格昂贵的NADPH，允许加入的底物浓度距离工业化使用的经济要求还有较大差距。