微反应系统制备(R)-(+)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯

背景技术

(R)-(+)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯是合成L-肉碱的关键中间体。以卤代乙酰乙酸酯为原料经不对称催化还原法制取(R)-4-卤-3-羟基-丁酸酯是原子经济性最高的途径。Kitamura等（Tetrahedron Letters , 1988 , 29 , 1555-1556）报道了采用手性双膦配体BINAP与金属钌配位形成的手性配合物作催化剂不对称催化氢化卤代乙酰乙酸酯制备(R)-4-卤-3-羟基-丁酸酯的方法，尽管此法可达到97%的ee值（即enantiomeric excess对映体过量百分数），但催化剂及配体制备工序复杂、S/C值（即substrate/catalyst底物与催化剂的比值）偏低，成本高，且需高温高压反应条件，操作繁复，安全隐患大。中国专利CN106947752、中国专利 CN108018321、美国专利US4710468等均描述了采用酶催化不对称还原氯乙酰乙酸乙酯制备(R)-(+)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯的方法。酶催化法具有高立体选择性、反应条件温和及环境友好的优势，但是存在反应时间长（长达十几至几十个小时），过程效率低和收率低等缺点。

上述酶催化法均在传统间歇式反应釜中进行。由于反应底物为有机相，酶催化剂和辅酶因子等在水相，因此该酶催化反应是典型的多相反应过程，表观反应速率很大程度上取决于相间传质过程，并受多相界面面积和界面动态行为影响极大。间歇式反应釜内多相传质与混合性能差以及液滴尺寸分布范围宽，不但影响反应过程的进行及反应的选择性，而且减慢反应速率，是导致酶催化法反应时间长、效率低和收率低的重要原因之一。

制备方法

(1)、将氯乙酰乙酸乙酯溶于甲苯配制0.20g/ml的氯乙酰乙酸乙酯的甲苯溶液，作为底物液；将磷酸二氢钠和磷酸氢二钠溶于水配制pH值为6.7的100mmol/L的磷酸盐缓冲液，再将葡萄糖和含有羰基还原酶YOL151W突变体的全细胞催化剂加入上述磷酸盐缓冲液，作为生物催化液，其中所述生物催化液含0.44g/ml的葡萄糖和0.4g/ml的全细胞催化剂；配制质量分数为20%的K₂CO₃水溶液，储存于pH调节剂储罐12；

(2)、将步骤(1)制备的底物液和生物催化液分别同时泵入微混合器10，将两股物料的体积流量均调节为1.86ml/min，两股物料在微混合器10内混合，得到反应混合物料；

(3)、步骤(2)中从微混合器10流出的反应混合物料依次进入微通道反应器11、pH调节器14、微通道反应器17、pH调节器19、微通道反应器22、pH调节器24进行生物催化不对称还原反应，反应混合液经背压阀26，流入产物液收集储罐27，经分离纯化即得目标物(R)-(+)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯；微通道反应器11、pH调节器14、微通道反应器17、pH调节器19、微通道反应器22、pH调节器24内的温度都为30℃，背压阀26的背压值设为0.3Mpa；底物液和生物催化液从进入微混合器10形成反应混合物料到进入产物液收集储罐27的总停留时间为8分钟；pH调节器14、pH调节器19和pH调节器24内的反应混合液的pH值由pH自动调节系统稳定控制在6.7。 

(4)、取样分析，用Agilent液相色谱仪作定量检测，以峰面积定量反应底物和产物浓度。经分析，反应底物氯乙酰乙酸乙酯完全转化，产物(R)-(+)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯的收率为96.8%。

参考文献

[1]复旦大学. 使用微反应系统连续制备(R)-4-卤-3-羟基-丁酸酯的方法:CN202011235128.8[P]. 2021-02-02.