介绍
顺-4-环戊烯-1,3-二醇双乙酸钠（cis-3,5-Diacetoxy-1-cyclopentene，简称 cis-3,5-DAC）是一种具有meso 结构的环戊烯衍生物，它的分子结构中环戊烯环上的两个乙酰氧基（-OAc）处于顺式构型，分子内存在对称面，整体无手性，但局部官能团可通过选择性反应产生手性，通过酶或化学催化剂选择性活化一个乙酰氧基。因其分子内对称的双乙酰氧基官能团可通过酶催化去对称化转化为高对映纯度的手性中间体，成为合成前列腺素、抗生素viridenomycin、抗肿瘤化合物neocarzinostatin及uleine类单萜吲哚生物碱的关键前体。
图一 顺-4-环戊烯-1,3-二醇双乙酸钠
合成工艺
传统合成路线的不足
环戊二烯的光氧化需使用纯氧作为氧源、卤素灯作为光源，存在爆炸风险；反应中生成的不稳定内过氧化物（endo-peroxide）易自发分解为副产物 (Z)-3-(环氧乙烷 - 2 - 基) 丙烯醛，导致产率仅 20%-40%；且后处理需柱色谱纯化，难以规模化。
优化后的规模化合成工艺
通过双加热裂解工艺从双环戊二烯（dicyclopentadiene）制备单体，将双环戊二烯缓慢加入 200℃的硅油中裂解，单体蒸气经 300℃ Raschig 环柱进一步纯化，再通过 0℃冷凝器收集，单体纯度可达 99% 以上。用100W白光LED灯替代卤素灯，用压缩空气替代纯氧。将环戊二烯溶于2-丙醇中以0.5 mL/min的速率缓慢滴加，同时通过双泵同步补充硫脲（3% w/v 甲醇溶液），维持硫脲过量以快速还原内过氧化物为cis-3,5-二羟基-1-环戊烯（cis-3,5-Diol），减少副产物生成；反应体系维持在 0-5℃。cis-3,5-Diol无需分离，直接用三乙胺 - 乙酰氯在二氯甲烷中乙酰化；后处理通过正庚烷萃取去除 dimer 杂质，用碳酸钠溶液洗去光敏剂玫瑰红，最终得到纯度大于99% 的顺-4-环戊烯-1,3-二醇双乙酸钠，整体产率提升至 30%，且无需柱色谱纯化，适合公斤级制备[1]。
应用
顺-4-环戊烯-1,3-二醇双乙酸钠的应用在于其meso结构可通过酶催化去对称化转化为手性单乙酰氧基衍生物，以Candida antarctica 脂肪酶B（CAL-B）为催化剂。
去对称化的机制
顺-4-环戊烯-1,3-二醇双乙酸钠的两个乙酰氧基化学环境对称，CAL-B 可通过其活性中心的空间选择性，仅催化其中一个乙酰氧基发生水解（水相）或酯交换（有机相），生成 (1R,4S)-4 - 羟基环戊-2-烯-1-基乙酸酯（关键手性中间体，简称 (1R,4S)-HCPA），该过程的对映选择性由酶的活性中心构象决定 ——CAL-B 的 “盖子结构（lid）” 在疏水环境中打开，暴露的活性口袋仅允许 cis-3,5-DAC 的一个乙酰氧基进入并发生反应[2]。
不同酶催化体系的性能
（1）聚合物负载 CAL-B 交联酶聚集体（CLEAs）体系
PEI 功能化环氧聚合物负载 CAL-B CLEAs用聚乙二醇（PEG 600）沉淀 CAL-B 形成酶聚集体，吸附于聚乙烯亚胺（PEI）修饰的环氧聚合物表面，再用戊二醛交联固定；该固定化酶在水相（0.1 M 磷酸缓冲液，pH 7.5）和有机相（甲基叔丁基醚，MTBE）中均能高效催化去对称化。酶可循环使用 5 次，活性保留率 > 80%；且昂贵的聚合物载体可通过 1 N HCl 洗去失活酶后重复使用 5 次，显著降低成本。
（2）固定化CAL-B体系
Novozym-435是 CAL-B 吸附于疏水丙烯酸树脂的商业制剂，MTBE或二异丙醚（DIPE）为最优溶剂，疏水环境利于酶活性中心打开，转化率达100%，e.e.大于99%；而四氢呋喃等cyclic ether因与底物竞争酶活性口袋，转化率仅 15%-82%；5℃下反应可显著提升对映选择性，原因是低温扩大了酶对顺-4-环戊烯-1,3-二醇双乙酸钠两个乙酰氧基的空间识别差异；酶可循环使用 10 次，转化率与对映选择性无显著下降，且产物可通过冷却结晶分离，简化后处理。
（3）游离CAL-B体系
使用游离CAL-B催化顺-4-环戊烯-1,3-二醇双乙酸钠水解，虽产率与e.e.较高，但游离酶无法回收，且产物需多次萃取，仅适用于小批量制备，验证了 CAL-B催化对顺-4-环戊烯-1,3-二醇双乙酸钠去对称化的普适性[3]。
图二 顺-4-环戊烯-1,3-二醇双乙酸钠的酶催化去对称化
参考文献
[1]Putta S ,Reddy M A ,Sheelu G , et al.Preparation of (1R,4S)-4-hydroxycyclopent-2-en-1-yl acetate via Novozym-435?? catalyzed desymmetrization of cis-3,5-Diacetoxy-1-cyclopentene[J].Tetrahedron,2018,74(46):6673-6679.DOI:10.1016/j.tet.2018.09.052.
[2]Tirunagari H ,Jayashree M ,Gurrala S , et al.Polymer supported cross-linked enzyme aggregates (CLEAs) of lipase B from;Candida antarctica;: An efficient and recyclable biocatalyst for reactions in both aqueous and organic media[J].Biocatalysis and Biotransformation,2022,40(3):182-194.DOI:10.1080/10242422.2021.1885381.
[3]Delayre, B., Fung, C., Wang, Q., et al. (2021). Enantioselective Total Synthesis of (+)-Nordasycarpidone, (+)-Dasycarpidone, and (+)-Uleine. Helvetica Chimica Acta, 104, e2100088.