生物酶催化合成手性化合物

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1、生物酶催化合成手性化合物及其固載化研究SeminarII學(xué)生：張慧東導(dǎo)師：李燦2004.9.18鏡平面對(duì)映體A對(duì)映體B生物分子皆具有手性。手性藥物，香料，食品添加劑等精細(xì)化學(xué)品的合成是目前有機(jī)化學(xué)和催化化學(xué)的前沿研究方向。此外，手性非線性功能材料和手性仿生材料的研究也受到人們重視。手性×100沙利多胺(Thalidomide)*全世界手性化合物需求逐年上升Chem.&Eng.News,2001,Vol.79,No.40,pp79350452614706812934118013301718200003006009001200150018

2、0021001993199419951996199719981999200020052008(Unit:100million$)獲得手性化合物途徑：拆分衍生化學(xué)手性催化生物酶催化生物酶催化的優(yōu)越性(與化學(xué)催化相比)：催化條件溫和催化效率高1010倍高選擇性(底物，區(qū)域，位點(diǎn)，立體)低能耗綠色過(guò)程酶活性位特點(diǎn)：三維立體結(jié)構(gòu)位于酶分子表面的一個(gè)裂隙內(nèi)由幾個(gè)氨基酸組成，占酶分子體的2％具有柔性和可運(yùn)動(dòng)性底物與酶以次級(jí)鍵結(jié)合催化為誘導(dǎo)契合機(jī)理氧化還原酶(細(xì)胞)11%裂解酶及其他酶10%脂肪酶25%其他水解酶2%酯酶15%氧化還原酶4%蛋白酶1

3、8%腈水合酶5%加氧酶10%合成手性化合物的酶的比例(系統(tǒng)命名)所有酶催化不對(duì)稱反應(yīng)脂肪酶催化不對(duì)稱反應(yīng)酶催化的不對(duì)稱反應(yīng)發(fā)表的文章數(shù)脂肪酶來(lái)源手性酸醇胺酯酰胺脂肪酶動(dòng)力學(xué)拆分去對(duì)稱化水解酯化動(dòng)力學(xué)拆分酯化水解偶合其他反應(yīng)針對(duì)外消旋底物選擇其中一種構(gòu)型反應(yīng)保留另一種構(gòu)型選擇性與酶有關(guān)理論轉(zhuǎn)化率50％動(dòng)力學(xué)拆分-酯化JOC,2003,68,6899動(dòng)力學(xué)拆分-酯化Ee%>95%T.2002,58,2973.40%yie,93%eeT.A.2002,13,511.動(dòng)力學(xué)拆分-水解一步法制備兩類(lèi)有價(jià)值的中間體b-胺基酸和b-內(nèi)酰胺(Ee%>

4、98%)O.L.2003,5,1209.動(dòng)力學(xué)拆分-偶合加氫和外消旋化反應(yīng)Pd/C和Lipase偶合，底物定量轉(zhuǎn)化為純手性產(chǎn)物O.L.2001.3.4099.去對(duì)稱化水解酯化針對(duì)內(nèi)消旋底物只與一側(cè)反應(yīng)選擇性與酶有關(guān)產(chǎn)物對(duì)稱面消失產(chǎn)物產(chǎn)生手性理論產(chǎn)率100%去對(duì)稱化-水解酶選擇性的水解一個(gè)酯基產(chǎn)率57％,ee>99%.JOC,2004,69,2478.去對(duì)稱化-酯化JOC,2002,67,411用EtO-，可避免產(chǎn)物的消旋化.酶催化的不足：穩(wěn)定性差易失活催化過(guò)程的操作范圍通常較窄通常僅在水溶液中表現(xiàn)出高活性分離循環(huán)使用較難解決方法：從生

5、物角度考慮，生物培養(yǎng)生物篩選生物工程改造利用化學(xué)的優(yōu)勢(shì)，化學(xué)修飾固載化酶的固載化：包囊吸附共價(jià)鍵合膜反應(yīng)器超臨界流體離子液固載化-包囊酶存在下，酸堿催化水解硅酯Si(OR)4與RSi(OR)3之比為1:5，形成疏水空穴熱穩(wěn)定性增加活性增加2－8倍；循環(huán)20次，保留70％活性。Adv.Synth.Catal.2001.343.711T.A.2002,13,2039.固載化-吸附AlcoholAcetateLipasesTimehYield%Ee％Yield%Ee%PS18046>9944>99PS-硅藻土7545>9946>99PS-陶

6、瓷1346>9946>99固載化-膜反應(yīng)器聚酰胺膜：固載酶不對(duì)稱反應(yīng)分離產(chǎn)物滲透水保留微乳微乳：有機(jī)相含底物大反應(yīng)界面水相萃取產(chǎn)物膜反應(yīng)器96%ee未固載98%ee兩相反應(yīng)90%eeBioEng2003,84,677.固載化:超臨界流體和離子液Chem.Commun.2000,1367.J.M.C.A.2004,214,113.IonicLiquids總結(jié)酶(脂肪酶)水解或酯化外消旋底物動(dòng)力學(xué)拆分內(nèi)消旋底物去對(duì)稱化固載化可提高穩(wěn)定性和活性對(duì)不對(duì)稱誘導(dǎo)影響不大1.擴(kuò)充反應(yīng)和底物的類(lèi)型2.優(yōu)化酶催化條件3.改善酶穩(wěn)定性，提高可重復(fù)使用能力

7、4.探求底物結(jié)構(gòu)和反應(yīng)選擇性相關(guān)性5.化學(xué)模擬酶展望(從化學(xué)角度)謝謝大家！