6.1 酶促酰化反应拆分消旋体胺
比较一致的意见，还是认为催化不对称路线是最为理想的。当向一些公司询问他们在商业上最有生命力的手性化学时，大多数公司的回答都是催化不对称化学。德国BASF公司负责新业务开发的经理Henning Althoefer认为，公司Ludwigshafen中间体部至今最好的事迹莫过于(S)-甲氧基异丙胺。该化合物是除草剂Outlook的单一对映体活性成分的中间体。
Outlook是一个手性转换的产品。BASF另一个除草剂Frontier的活性成分是消旋体。在BASF的Geismar工厂有一个专门车间，每年以数千吨的规模生产(S)-甲氧基异丙胺。该生产是基于一个消旋胺通过一个适当酯的酶促酰化反应。只有一个对映体被酰化生成酰胺，生成的酰胺可以很容易地与未反应的胺分离开。BASF采用同样的原理，在Ludwigshafen生产ChiPros手性胺。在通常情况下，不需要的对映体通过消旋化再反馈给原生产过程。
6.2 生物催化拆分制备对映体纯β-氨基酸
(1)脂酶选择性水解拆分消旋β-氨基酸
Dowpharma公司应用脂酶生物催化拆分生产对映体纯β-氨基酸。该公司的脂酶是1990年代末由英国剑桥Chirotech Technology公司开发的，后者现在是Dow化学公司的子公司。Dowpharma公司负责生物催化技术的领导Karen E.Holt说，从前拆分消旋β-氨基酸时氨基是需要保护的，也就是说拆分的底物是羧基(转化为酯)和氨基(转化为酰胺)双重保护衍生而来。采用生物催化拆分没有必要保护氨基，而且拆分的步骤比从前要做的试验也少[Trtrahedron Lett.,41，2679(2000)]。该路线已在Dowpharma公司以吨级规模生产，产品的对映体纯度达到99%。
Degussa公司负责技术和R&D管理的副总裁Karlheinz Drauz认为，β-氨基酸是如此之重要，脂酶路线对于β-氨基酸又是如此之普遍，所以许多公司都在试图将β-氨基酸化学商业化。β-氨基酸是多种正在开发中药物的中间体，对每种化合物的需求量从几百公斤到几吨。和Dowpharma一样，Degussa的路线也是从通过一锅烩合成制备的消旋β-氨基酸开始。应用Degussa专有的酯将该氨基酸酯化。采用一种商业上可以买到的脂酶选择性水解，只有(S)-酯被水解释放出(S)-β-氨基酸。该游离酸直接从反应中沉淀出来，对映体过剩大于99.5%，化学纯度达到99%。Degussa已经以几百公斤规模生产各种β-氨基酸(如β-苯丙氨酸)，而且生产规模不久将会更大。
(2)生物催化剂的优点几乎是无法超越的
Dowpharma负责化学催化技术的领导Ian C.Lennon指出，Chirotech的科学家通过对不饱和底物碳-碳双键的催化不对称氢化，考查生成β-氨基酸的反应。考查的结论是，这条路线比较复杂，即使是关键步骤是不对称的，也要经过更多的阶段和步骤，而且产生的废物也比较多。这种复杂性的部分原因是在合成需要的底物时生成E和Z异构体混合物。大多数催化剂能以高对映体过剩有效氢化E-异构体，而不能氢化Z-异构体。可是，Z-异构体生成的数量又比较多，因为它在热力学上更为稳定。在这种情形下，对映选择的总收率与生物催化拆分相比就大为逊色了。
最近，Chiral Quest公司应用铑-TangPhos催化剂，为这个问题的解决提供了一个方法。据宾西法尼亚州立大学化学教授和该公司创始人及首席执行官张枯木(译音)称，该催化剂与底物的几何异构体形式无关。他声称，反应条件是相当温和的，铑-TangPhos催化剂可以98%-99%对映体过剩氢化E-和Z-异构体。因为TangPhos电子给予能力高，周转次数可高达10000次。根据需求预测，该公司将这个催化剂的生产扩大到公斤级。
在采用生物催化路线制备β-氨基酸之前，Degussa曾试图对α,β-不饱和烯酰胺进行对映选择性催化氢化，但结果证明不理想。应用Degussa的铑-MalPhos催化剂，只能达到95%对映纯。要想使对映体纯度提高到药用要求，至少还要进行一次重结晶。另外，该路线生成的是一种β-氨基酸衍生物，要得到该氨基酸还要进行一步化学反应和相应的后处理。看来，在一步反应中直接从溶液中获得大于99.5%对映体过剩的产品，其他方法是很难超越酶法的。
(3)对映体纯β-氨基酸的用途潜力巨大
Degussa正在开发使不希望的对映体重新消旋的方法，同时也在寻求这些对映体的潜在用途。现在发现(R)-β-氨基酸酯是一种出色的拆分剂。据Degussa披露，在对特-亮氨酸消旋体拆分以公斤规模生产D-特-亮氨酸的工艺中，成功地应用了(R)-3-氨基-3-苯基丙酸乙酯。Drauz认为，D-特-亮氨酸在手性图中是一个薄弱环节。许多不对称配体、催化剂和手性助剂都是以特-亮氨酸为基础的。原来只有那些掺人L-特-亮氨酸的对映体可被容易地制造，现在可以大体上相同的成本制备基于D-特-亮氨酸的互补化合物。这对于所有基于特-亮氨酸的不对称反应都是一个绝好的结果。D-特-亮氨酸可作为新药侯选化合物的构建单元，在含有L-特-亮氨酸的侯选药物对映体的合成中也有需要，因为在药物开发过程中对含有D-特-亮氨酸的对映体也必须进行评价。
6.3 生物催化生产-羟基丁酸酪
(S)-4-氯-3-羟基丁酸酯(ECHB)是合成阿托伐他汀(atorvastatin，Lipitor)和罗素伐他汀(rosuvastatin，Crestor)等降胆固醇药的中间体。Lipitor单个产品2003的销售额为103亿美元(编译者注：2004年销售额达到120亿美元)。许多公司都在抢着为这些化合物供应手性侧链。围绕开发ECHB更好的生产方法展开了激烈竞争。
(1)羰基还原酶不对称氢化
生物催化剂被成功地用于从前手性酮工业生产单一对映体3-羟基丁酸酯。东京Daicel化学工业公司采用全细胞生物催化，ECHB的生产能力每年达100多吨。自从5年前文献报道该化合物以来，该化合物的生产工艺已经有了重大改进(C&EN,July19，1999)。关键步骤是应用生物催化剂对4-氯乙酰乙酸乙酯(ECAA)进行不对称氢化。该催化剂是一种羰基还原酶，最初从Kluyveromyces aestuarii中分离，然后在大肠杆菌中表达。ECAA是从双烯酮化学合成而来，双烯酮是Daicel的一个核心原料。氢的来源是烟酰胺腺苷二核苷(NADH)被还原。该化合物预先通过葡萄糖脱氢酶系统将葡萄糖转化为葡糖酸而再生。考虑到生成大量葡糖酸废弃物对环境的影响，Daicel改用甲酸转化成二氧化碳的甲酸盐脱氢酶系统。
一种既稳定又有活性的甲酸盐脱氢酶从Mycobacterium vaccae中分离得到，其生产能力通过定点突变得到提高。该变种现在已用于商业生产ECHB，在49.9g/L比例的情况下，对映体纯度超过99%，其生产效率远远高于野生型酶(19.0g/L)，甚至也优于经过优化的葡萄糖脱氢酶(45.6g/L)。甲酸盐脱氢酶的定点突变还收到另外两种效果：增加了对ECAA的耐受性，改善了在有机溶媒中的行为。ECAA对于产生野生型酶的所有细胞都是有毒的，而且通常有机溶媒也可使野生型酶失活。在经过定点突变酶的情况下，没有多少细胞因ECAA的存在而死亡，实际上这种酶在有机溶剂中工作也比较好。Dowpharma与位于圣迭戈的生物催化公司Diversa合作，开发出一条基于腈水解酶(nitrilases)的路线(C&EN，Feb.18，2002；Oct.7，2002)。
(2)化学催化羰基不对称氢化
Chiral Quest公司也加入了竞争的行列，该公司采用钌-C3-TunePhos催化剂进行ECAA不对称氢化。使用1公斤该催化剂，可从ECAA生产9吨98%-99%对映纯的ECHB。Chiral Quest正在向一家工业生产ECHB的客户供应公斤量的这种催化剂。位于德国慕尼黑的Wacker Specialty公司也瞄准了3-羟基-丁酸酯单一对映体，将此作为实现从酮制备手性醇最大生产商目标的一部分。该公司是双烯酮的一家主要生产商，从双烯酮很容易制备前手性的乙酰乙酸酯。
为了对生产3-羟基丁酯不同的选择进行经济学比较，Wacker对制备(R)-3-羟基丁酯的两条路线(使用分离酶生物催化还原和使用铑及二磷配体催化不对称氢化)进行了分析。该公司根据已发表的文献得出的结论是：应用全细胞发酵生物催化还原并不是一条理想的路线。Wacker的分离酶生物催化路线，是基于一种从Lactobacillus brevis中分离出的醇脱氢酶。该酶的商业应用已被开发，其专有权属于Julich精细化学品公司(JFC)。该公司位于德国Julich，是Wacker为精细化学品开发酶催化过程的一个合作伙伴。Wacker声称，该工艺以97%收率生成100%对映纯的产品，并以数百公斤规模投入生产。Wacker估计，该路线可以生产出商业数量的(R)-3-羟基丁酯，其成本在100美元/公斤以下。相比之下，应用Wacker专有配体的化学催化路线生成98%对映纯的产品，收率可达到95%。这条路线也被用于百公斤级的生产。Wacker估计，采用此路线生产(R)-3-羟基丁酯的成本比生物催化要低10%-15%。
最大的不同是化学催化路线的产量比生物催化的高3至4倍。要想在生物催化中得到高对映体过剩，工艺过程必须在稀溶液中进行，这就意味着产出率是比较低的。两条路线都被用于数吨规模生产，根据客户对纯度和价格的要求决定采用哪一条路线。由于该生物催化路线生成的手性醇质量特别好，Wacker正在与JFC和Prokaria合作，开发其它各种专用手性醇的生产工艺。Prokaria是位于冰岛首都雷基亚比克的一家公司，该公司从冰岛生物多样性来源发现各种酶。
Bayer化学品部的3-羟基酯(包括3-羟基丁酯)，是用Bayer的催化剂钌-ClMeO-BIPHEP催化不对称氢化方法生产的，年产量为吨级，对映体纯度大于99%。根据客户要求，Bayer已经应用该化学从乙酰基丙酮制备对映纯的(S,S)-戊-2,4-二醇。Bayer生产了若干公斤这种对映体，其对映体过剩大于99%，非对映体过剩大于98%。有趣的是，这家客户是专门从事生物催化的，而且已拥有一条制备R,R-对映体的生物催化路线。该公司一直想找到一种方法，以便在他们的产品目录中有两种对映体。
