介紹

D-異薄荷醇（(+)-Isomenthol）屬于單環(huán)單萜類化合物，是薄荷屬植物精油的次要成分，與薄荷醇、新薄荷醇等同為薄荷醇的 8 種立體異構(gòu)體之一。它具有獨特的清涼氣味和手性骨架，被廣泛應(yīng)用于食品香料、日用化工、有機合成手性助劑及醫(yī)藥制劑領(lǐng)域。傳統(tǒng)化學(xué)方法對異薄荷醇的結(jié)構(gòu)修飾存在區(qū)域選擇性差、副產(chǎn)物多、反應(yīng)條件苛刻等缺陷，而微生物轉(zhuǎn)化憑借其溫和的反應(yīng)條件和優(yōu)異的立體 / 區(qū)域選擇性。

圖一 D-異薄荷醇

微生物轉(zhuǎn)化

菌株轉(zhuǎn)化能力差異

亞麻鐮孢菌（NRRL 68751）：將 200 mg 外消旋異薄荷醇底物加入培養(yǎng) 2 天的二級發(fā)酵液中，繼續(xù)培養(yǎng) 8 天后終止反應(yīng)。經(jīng)氯仿萃取、硅膠柱層析及制備型反相 HPLC 純化，共得到 35 mg D-異薄荷醇的新代謝物5α- 羥基異薄荷醇、72 mg 已知代謝物1α- 羥基異薄荷醇，同時回收未反應(yīng)底物 28 mg。

匍枝根霉（TSY 0471）：在相同底物濃度下培養(yǎng) 11 天，僅得到 87 mg 1α- 羥基異薄荷醇，回收未反應(yīng)底物 64 mg，未檢測到D-異薄荷醇。空白對照實驗（無菌培養(yǎng)基加底物、無菌株培養(yǎng)不加底物）證實，所有轉(zhuǎn)化產(chǎn)物均為微生物酶促反應(yīng)的結(jié)果，排除了非生物轉(zhuǎn)化的可能性。

轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征

兩種D-異薄荷醇代謝物均為無色針狀晶體，高分辨電子電離質(zhì)譜（HR-EI-MS）顯示其分子離子峰分別為m/z 172.2645 和 172.2687，與分子式 C??H??O?的理論值（172.2676）一致，表明均為異薄荷醇的單羥基化衍生物。紅外光譜在 3385 cm?1 處出現(xiàn)強吸收峰，證實分子中存在羥基。通過一維和二維核磁共振波譜（NMR）分析確定了羥基的位置和構(gòu)型：1H-NMR 譜中出現(xiàn)一個額外的低場次甲基信號 δ_H 3.54（dt, J=10.6, 4.3 Hz），表明該碳與羥基直接相連；1H-1H COSY 譜顯示該信號與 H-4（δ_H 1.20）和 H-6（δ_H 1.40, 2.01）存在相關(guān)，證明羥基位于 C-5 位；HMBC 譜進一步證實 H-5 與 C-4（δ_C 48.7）的遠程相關(guān)；H-5 信號的雙三重峰裂分模式表明其為 β- 軸向構(gòu)型，因此與之相連的羥基為 α- 平伏構(gòu)型。該代謝物的 NMR 譜與D-異薄荷醇高度相似，但特征性變化為 7 位甲基信號從雙峰變?yōu)閱畏澹é腳H 1.17, s），表明 C-1 位發(fā)生了羥基化，消除了 H-1 與 Me-7 的耦合作用。HMBC 譜中 Me-7 與 C-1（δ_C 70.0）和 C-2（δ_C 42.2）進一步驗證了這一結(jié)論。

圖二 D-異薄荷醇的微生物轉(zhuǎn)化路徑

真菌轉(zhuǎn)化的區(qū)域選擇性規(guī)律

C-1位是普遍的優(yōu)先氧化位點。黑曲霉、亞麻鐮孢菌和匍枝根霉均能特異性催化D-異薄荷醇C-1 位的羥基化，生成1α- 羥基異薄荷醇，表明該位點是真菌單加氧酶的普遍識別位點；亞麻鐮孢菌具有獨特的 C-5 位羥基化能力。在異薄荷醇的微生物轉(zhuǎn)化中觀察到 C-5 位的氧化反應(yīng)，說明亞麻鐮孢菌中存在一種能夠識別 C-5 位的特異性單加氧酶，為異薄荷醇的多位點修飾提供了新的酶源。這種選擇性差異源于不同真菌體內(nèi)單加氧酶的活性中心結(jié)構(gòu)不同，其對底物的結(jié)合模式和催化位點具有特異性[1]。

參考文獻

[1] GONDAL H Y, CHOUDHARY M I, KHAN A A. Microbial Transformations of (+)-Isomenthol by Fusarium lini and Rhizopus stolonifer[J]. Chemical and Pharmaceutical Bulletin, 2011, 59(7): 874-875.