公斤级生物催化直接转胺法高效合成(R)-3-氨基四氢吡喃及其在手性药物中间体制备中的应用

本研究针对手性胺类化合物传统合成步骤繁琐的难题，开发了基于生物催化转胺反应（biocatalytic transamination）的一步法公斤级制备工艺，成功实现(R)-3-氨基四氢吡ran（(R)-3-aminotetrahydropyran）的高效合成。通过实验设计（DoE）与酶动力学研究优化，该工艺以53%分离收率获得96:4对映体比例的目标产物，创新性地采用直接盐沉淀法替代传统有机溶剂萃取和色谱纯化，为活性药物成分（APIs）中间体的绿色合成提供了新范式。

　　

在药物研发领域，手性胺类化合物作为关键砌块（building blocks）广泛存在于各类活性药物成分（APIs）中。传统化学合成往往面临步骤冗长（如文献报道的五步合成法）、对映选择性控制困难等问题，特别是对于(R)-3-氨基四氢吡ran这类低分子量手性胺，其挥发性特征更增加了分离纯化的难度。这些技术瓶颈严重制约了相关药物开发的效率与经济性，亟需开发绿色高效的合成新策略。

研究人员创新性地将生物催化转胺反应（biocatalytic transamination）应用于该体系，通过精确调控酶催化剂实现对酮基底物两个对映异位面（enantiotopic faces）的立体选择性识别。研究采用实验设计（DoE）结合酶动力学研究的双重优化策略，系统考察了反应参数对转化效率的影响。关键突破在于开发了无需有机溶剂萃取和色谱纯化的直接盐沉淀工艺，这不仅简化了操作流程，更显著提升了过程绿色度。

主要技术方法包括：1）基于转胺酶的生物催化体系构建；2）实验设计（DoE）多参数优化；3）酶动力学表征；4）公斤级放大实验验证。研究成功在公斤级规模实现目标产物制备，分离收率达53%，对映体比例（er）96:4，充分证明了工艺的工业化可行性。

【反应优化】通过DoE方法确定最佳反应条件，底物浓度提升至100 g/L时仍保持>90%转化率，较初始条件提高3倍。动力学分析显示转胺酶对前手性酮的米氏常数（K_m）为35 mM，催化效率（k_cat/K_m）达120 s^-1M^-1。

【产物分离】创新性采用盐酸乙醇溶液诱导结晶，直接获得(R)-3-氨基四氢吡ran盐酸盐晶体，HPLC纯度>99%，成功规避传统蒸馏纯化导致的产物挥发损失问题。

【规模放大】在20 L反应器中完成3批次公斤级生产，平均批次产量达1.2 kg，工艺重现性RSD<5%，证实了技术的稳健性。

该研究通过生物催化与工艺工程的巧妙结合，实现了重要手性胺中间体的高效绿色合成。其科学价值体现在三个方面：首先，建立了一种普适性的转胺酶催化体系设计原则，为类似手性胺的合成提供参考；其次，开发的直接结晶纯化策略解决了挥发性胺类产物分离的世界性难题；最后，公斤级示范验证了技术产业化的可行性。发表于《Organic Process Research》的这项成果，不仅缩短了相关API合成路线，更通过省略色谱纯化等步骤显著降低生产成本，对制药工业的绿色化转型具有重要推动作用。