460-39-9 / 3,3,3-三氟丙胺的制備

背景及概述^[1][2]

手性胺在醫藥、農藥和化學產業中起到非常重要的作用，它們通常作為中間體或合成單體用于制備各種諸如藥物活性物質的生理活性物質，例如頭孢菌素或吡咯烷衍生物等為數眾多的手性胺的各種應用中，只有一種特定的光學活性形式，即（R）或（S）對映體是有生理活性的。

合成3,3,3-三氟丙胺類化合物的化學方法主要有采用三氟化試劑直接對胺類底物引入三氟基團。然而，三氟化試劑如C6H5SCF3等比較昂貴，且難以制備；而3,3,3-三氟丙胺底物不穩定、易分解，在反應過程中容易水解，所以上述化學合成方法，不適合放大實驗和產業化。與傳統的化學合成方法相比，酶法通常使用更為溫和的條件，并且能夠獲得合理的立體選擇性。但是，通常使用的酶底物特異性、對映體選擇性和/或轉化率對于工業化的生產過程還不夠高。另外，使用轉氨酶生產光學活性胺的一個最主要的缺陷是常常會發生底物和產物抑制現象。

根據PFAM數據庫中的多序列比對，3,3,3-三氟丙胺的轉氨酶可以被分為5類：天冬氨酸轉氨酶、芳香族轉氨酶、ω-轉氨酶、支鏈轉氨酶和D-轉氨酶。由于ω-轉氨酶可以催化一些特定的底物，因此具有更好的工業應用價值。

3,3,3-三氟丙胺

制備^[2]

將帶有重組質粒pET-28a-ω-opt-TA的重組工程菌接種到20mL含有50μg/mL卡那霉素的LB液體培養基中，37℃、180rpm振蕩過夜培養，然后以1%的接種量接種到含有50μg/mL卡那霉素的100mLLB液體培養基，37℃、180rpm培養至OD600為0.6～0.8時，加入IPTG（終濃度為1mmol/L），25℃、150rpm繼續誘導18h。誘導結束后，4℃下4000×g離心10min，收集菌體沉淀。用pH8.0、0.1mol/L的磷酸緩沖液洗滌兩次，除盡培養基后再用原發酵液體積1/10的破胞緩沖液重懸細胞，在冰浴中超聲破胞90次（300W，工作3s，間隙6s），12000×g離心10min收集上清，即得到含有轉氨酶活性的粗酶液。

采用Ni-NTA親和層析對所得的粗酶液進行分離純化。經上樣、清洗和洗脫，收集洗脫液，透析除去小分子即得到純酶。適當稀釋后，以考馬斯亮藍法測定純酶的濃度。Ni-NTA親和層析過程中，細胞裂解緩沖液：50mmol/L磷酸二氫鈉/磷酸氫二鈉，300mmol/L氯化鈉，20mmol/L咪唑，pH8.0；洗脫緩沖液：50mmol/L磷酸二氫鈉/磷酸氫二鈉，300mmol/L氯化鈉，100mmol/L咪唑，pH8.0；再生緩沖液：50mmol/L磷酸二氫鈉/磷酸氫二鈉，300mmol/L氯化鈉，250mmol/L咪唑，pH8.0。

Ni-NTA親和層析后得到的ω-TA洗脫液經SDS-PAGE檢測為電泳純化，如圖3所示，該酶液用20mMpH8.0磷酸緩沖液4℃透析24小時，除去咪唑等小分子雜質，該重組酶于4℃冰箱保存。

以外消旋的三氟丙酮為底物，利用純化的ω-TA酶為催化劑，于20～40℃、pH6.5～8.5的緩沖體系中進行轉化反應。例如，在2mL的催化反應體系中，添加0.5mgω-TA、10μmol三氟丙酮、30μmolL-丙氨酸或L-天冬氨酸以及0~2μmolPLP，在25℃反應0.5～3h，所得的產物用5mL乙酸乙酯萃取，萃取液用于氣相色譜分析底物的轉化率。萃取液加入1mL三乙胺后靜置5min，然后再加入1.2mL乙酰氯反應10min，所得的反應液用手性毛細管氣相色譜法分析產物對映體過量值（ee）。

采用氣相色譜法分析底物的轉化率。所用氣相色譜儀為福立GC-9790氣相色譜儀，氣相色譜柱為30m×250μm×0.25μmKF-3，進樣口和檢測器溫度分別為180℃和200℃，FID檢測器，載氣（氮氣）流速30mL/min，氫氣流速為30mL/min，空氣流速為300mL/min。程序升溫條件為50℃維持5min，10℃/min升溫至180℃，維持5min。

用手性毛細管氣相色譜法分析產物對映體過量值（ee）。所用氣相色譜儀為滕州經緯GC8100，手性毛細管氣相色譜柱為0.25mm×25mFS-LIPODEX-E，進樣量為3μL，進樣口和檢測器溫度分別為180℃和200℃，載氣（氮氣）流速30mL/min，氫氣流速為30mL/min，空氣流速為300mL/min。程序升溫條件為100℃維持2min，5℃/min升溫至150℃，維持5min。

將帶有重組質粒pET-28a-ω-opt-TA的重組工程菌接種到20mL含有50μg/mL卡那霉素的LB液體培養基中，37℃、180rpm振蕩過夜培養，然后以1%的接種量接種到含有50μg/mL卡那霉素的100mLLB液體培養基，37℃、180rpm培養至OD600為0.6～0.8時，加入IPTG（終濃度為1mmol/L），25℃、150rpm繼續誘導18h。誘導結束后，4℃下4000×g離心10min，收集菌體沉淀。用pH8.0、0.1mol/L的磷酸緩沖液洗滌兩次，除盡培養基后再用原發酵液體積1/10的破胞緩沖液重懸細胞，在冰浴中超聲破胞90次（300W，工作3s，間隙6s），12000×g離心10min收集上清，即得到含有轉氨酶活性的粗酶液。

采用Ni-NTA親和層析對所得的粗酶液進行分離純化。經上樣、清洗和洗脫，收集洗脫液，透析除去小分子即得到純酶。適當稀釋后，以考馬斯亮藍法測定純酶的濃度。Ni-NTA親和層析過程中，細胞裂解緩沖液：50mmol/L磷酸二氫鈉/磷酸氫二鈉，300mmol/L氯化鈉，20mmol/L咪唑，pH8.0；洗脫緩沖液：50mmol/L磷酸二氫鈉/磷酸氫二鈉，300mmol/L氯化鈉，100mmol/L咪唑，pH8.0；再生緩沖液：50mmol/L磷酸二氫鈉/磷酸氫二鈉，300mmol/L氯化鈉，250mmol/L咪唑，pH8.0。

Ni-NTA親和層析后得到的ω-TA洗脫液經SDS-PAGE檢測為電泳純化，如圖3所示，該酶液用20mMpH8.0磷酸緩沖液4℃透析24小時，除去咪唑等小分子雜質，該重組酶于4℃冰箱保存。

以外消旋的三氟丙酮為底物，利用純化的ω-TA酶為催化劑，于20～40℃、pH6.5～8.5的緩沖體系中進行轉化反應。例如，在2mL的催化反應體系中，添加0.5mgω-TA、10μmol三氟丙酮、30μmolL-丙氨酸或L-天冬氨酸以及0~2μmolPLP，在25℃反應0.5～3h，所得的產物用5mL乙酸乙酯萃取，萃取液用于氣相色譜分析底物的轉化率。萃取液加入1mL三乙胺后靜置5min，然后再加入1.2mL乙酰氯反應10min，所得的反應液用手性毛細管氣相色譜法分析產物對映體過量值（ee）。

采用氣相色譜法分析底物的轉化率。所用氣相色譜儀為福立GC-9790氣相色譜儀，氣相色譜柱為30m×250μm×0.25μmKF-3，進樣口和檢測器溫度分別為180℃和200℃，FID檢測器，載氣（氮氣）流速30mL/min，氫氣流速為30mL/min，空氣流速為300mL/min。程序升溫條件為50℃維持5min，10℃/min升溫至180℃，維持5min。

用手性毛細管氣相色譜法分析產物對映體過量值（ee）。所用氣相色譜儀為滕州經緯GC8100，手性毛細管氣相色譜柱為0.25mm×25mFS-LIPODEX-E，進樣量為3μL，進樣口和檢測器溫度分別為180℃和200℃，載氣（氮氣）流速30mL/min，氫氣流速為30mL/min，空氣流速為300mL/min。程序升溫條件為100℃維持2min，5℃/min升溫至150℃，維持5min。

在2mL的20mMpH8.0磷酸緩沖液中，添加0.25mgω-TA、5μmol三氟丙酮、15μmolL-天冬氨酸以及0.1μmolPLP，在25℃反應1h，得到轉化率為97.0%的3,3,3-三氟丙胺。

主要參考資料

[1]梅蘇寧, 楊建明, 薛云娜, 王偉, 王為強, & 呂劍. (2011). 含氟低級脂肪胺的合成及應用進展. 化工新型材料, 39(8), 19-22.

[2] 楊幼平, 陳小明, 王良芥, & 羅和安. (2004). 毛細管氣相色譜法測定水溶液中n,n-二甲基-2,3-二氯丙胺鹽酸鹽. 分析儀器(1), 37-39.

[3] 田良鑫. (1999). 全氟化碳心停搏液的心肌保護作用. 嶺南心血管病雜志(4), 295-296.