今天给大家分享一篇发表在Nat. Commun.上的对氨基酸进行消旋化和提取的文章。本文的通讯作者是韩国的Seong Kyu Kim教授和Kwan Mook Kim教授。
由于相对易于规模化生产以及有机层的可回收性，在有机层和水层之间的界面上进行的对映选择性液-液萃取（ELLE）得到了广泛的研究。ELLE的一个缺点是不需要的对映异构体堆积在一层中，从而将收率限制在50％。如果ELLE可以与未提取的对映异构体的外消旋作用偶联，则收率理想地接近100％。作者开发了手性羰基化合物作为非衍生AA的ELLE的萃取剂，该萃取物依赖于可共价亚胺键的可逆形成，并且比基于非共价相互作用的萃取剂具有更高的对映选择性。
图1c显示了在这项工作中用作EECR萃取剂的手性羰基化合物，它们具有共同的设计元素：（i）与AA的氨基可逆地形成亚胺的醛或酮基; （ii）羰基邻位的-OH部分易于通过分子间共振辅助氢键（RAHB）稳定亚胺的形成；（iii）通过与羧酸酯基团的二次氢键相互作用增加了萃取剂对其AA底物的亲和力和选择性。
图2a显示了ELLE实验的结果，该实验是使用（R）-5作为萃取剂的方法用苯丙氨酸（Phe）进行的。在室温下提取L-Phe 12 h后，有机层的1H NMR分析确认进行了提取。相反，非对映异构亚胺（R）-5-D-Phe没有萃取。
最后，图2a给出结果，萃取D/L-Phe后有机层获得的1H NMR光谱与L-Phe相同，证明了（R）-5对后者的排他选择性。对于其他AA的ELLE实验，例如异亮氨酸（Ile），亮氨酸（Leu），蛋氨酸（Met），缬氨酸（Val），丙氨酸（Ala），色氨酸（Trp），得出了相似的结果。尤其是在Val和Ala的情况下，根本没有提取出D形式。
据报道，AA的外消旋是由Cu2+（10 mol％）/吡哆醛（1 ^ equiv。）或Cu2 +（10 ^ mol％）/ PLP（10 mol％）中外消旋的。为了找到与EECR相容的更好条件，仅1 mol％的PLP和1 mol％的Cu2+足以引起AA外消旋。例如Ala，Phe，Leu，Trp和Met。在室温和约12的pH下几个小时。在这些条件下，Phe的消旋化发生了约半衰期。
在典型的EECR实验中，将手性萃取剂5在与水不混溶的有机溶剂中的溶液与上述含有外消旋催化剂的AA水溶液一起搅拌。在这些条件下，可以在水层中的AA浓度高达1-2 M的情况下进行EECR实验。对于苯丙氨酸，有机层的质子NMR监测表明亚胺的形成是快速的（约60％在30分钟内达到最大值），但将混合延长额外的2-6小时，则有利于达到稳定状态，并且对所需的非对映异构亚胺具有独特的热力学选择性。
相分离后，有机层用HCl水溶液反萃取以水解亚胺，提供游离的5和对映体富集的（通过HPLC≥98：2对映体比率（e.r）AA的盐酸盐。水解后有机层的NMR分析显示，原始5可以在至少20个EECR循环中循环使用，而没有任何降解迹象。水层的中和允许通过沉淀分离AA。从外消旋AA开始的四个EECR周期中，孤立的AA产量可能达到76％，这表明EECR优于ELLE方法施加的理论极限50％。由于亲水性AA的溶解度更高，因此获得的分离产率更高。
Cu2+离子从水层到有机层的转移是一个严重的问题，以前阻碍了EECR的成功实施。使用5作为萃取剂也解决了这个问题。亚胺和相邻酚基团的共面性可能有利于Cu2+离子的结合。
即使经过多次重复的亚胺形成和水解循环，有机层和水层仍保留其初始颜色，表明水层中有Cu2+离子螯合。通过原子吸收光谱法的进一步分析证实。
在上述EECR实验的令人鼓舞的结果之后，开发了连续的EECR流量。设计的装置如图4c所示，由三个阶段组成，分别执行EECR，水解和残留酸清除。EECR在连续的搅拌反应器腔室R1-R3中进行，该腔室流入U型管U1，以将反应混合物分离为有机层和水层。蠕动泵P1将分离的有机层从U1转移到进行亚胺水解的连续搅拌反应器腔室R4-R6中。在U型管U2中分离各层后，得到含有5的有机层和含有对映体纯的AA为其HCl盐的水层。从U2流出的酸性有机层被转移到U型管U3中以进行残留的酸清除，然后再循环回R1中，在此处开始新的EECR循环。在该过程中，起始AA也以不连续的添加进料到反应器R1中，以补偿其消耗。
使用图4d所示的设备，流经EECR可以将常见的L-Phe连续转化为更有价值的D-Phe。反应器连续运行40 h。从水解的水层中分离出4.9μg（29.7μmmol）的对映体纯度≥98：2 er的固体D-Phe。占所用L-Phe总量的65％。连续操作40小时后，未发现手性萃取剂5的降解迹象，这表明依赖于5的AA的EECR的吸引力在于进一步进行工艺强化和工业规模生产。
文章引用：DOI: 10.1038/s41467-020-20402-x
