《环境催化与材料》课程设计《绿色化学的生物催化》资料要点

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1、大连理工大学目录1绿色化学呼唤生物催化12生物催化在绿色化学中的的应用23生物催化在药物合成中的应用74生物催化在天然产物修饰中的应用94.1卤化反应94.2大环化作用104.3糖基化作用115结语12参考文献13I大连理工大学1绿色化学呼唤生物催化绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。它是指在生产过程中不用或少用对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂，同时在生产过程中不产生有毒有害的副产物、废物和产品。绿色化学着重于分子水平上的可持续发展(即通过采用更优化的路线从源头提高化学过程的效率)．比起

2、消除固有有害物质的环境保护措施。绿色化学能产生更大的环境优势。在降低生产消耗的同时也提高化学过程的效率。其中一条重要的途径就是了解自然界是如何合成各种化学物质的。即研究生物体如何通过基因编码的各种酶催化合成各种物质，在这种生物催化过程中酶是有效的合成工具，既可以合成各种分子。包括氧气、氨气、甲烷等简单的分子和葡萄糖等碳水化合物，也可合成青霉素等抗生素、青蒿素等抗疟疾药物、紫杉醇等抗癌症药物，还可合成生物质(能再生的有机物质，包括农产品及农业废料、木材及木材废料、动物废料、城镇垃圾及水生植物)的主要成分——纤维素、木质素。随着大规

3、模基因测序技术、生物信息学和高通量筛选技术的发展．目前分析基因序列和发现新酶的速度是十几年前无法想象的。宏基因组学和序列挖掘的方法大大缩短了新酶发现的周期。利用宏基因组学的方法，可从不可培养的微生物样品中直接抽提DNA，然后进行克隆表达和功能筛选，它克服了许多特殊微生物不可人工培养的障碍，大大提高了发现新酶的可能性。由于公布的基因库数据迅速增长，序列挖掘的方法变得越来越吸引人，即通过比对已知酶的序列来发现具有类似序列的新酶。随着功能基因组研究的深入，已能够找到催化剂的功能基因，它所表达的酶催化剂能在完全“绿色”的溶剂(水)中表现

4、出高度的区域选择性(即对底物分子不同位置的相同基团具有识别作用)、立体选择性(即对底物分子的不同立体异构体具有辨别功能)，并且反应条件温和、高效节能。生物催化(Biocatalysis)是指用酶或有机体(细胞、细胞器等)作为催化剂实现化学转化的过程，又称生物转化(Biotransformation)。工业生物催化是生物技术的第三次浪潮，也是实现绿色化学的重要途径。绿色化学要求采用无毒无害的原料，在无毒害的反应条件下进行，具有“原子经济性”，即反应具有高选择性，极少副产品。甚至“零排放”13大连理工大学；产品对环境友好．进入21世

5、纪后，面对化石资源不断枯竭、环境污染日益加剧的严重局面，人类面临着前所未有的生存与发展的危机．因此传统的物质加工业必须进行革命性转变，转向以生物可再生资源为原料、环境友好的、过程高效的生物加工业。其核心技术为生物催化．因此人类社会的可持续发展迫切需要生物催化技术。随着对酶不断深入的认识和社会发展的实际需求，酶的应用范围已遍及食品工业、农业、医药卫生行业、环保、能源开发和生命科学等各个方面，其中，生物催化在制药、化工等制造行业中的应用越来越被重视，并已取得空前的发展，生物制造成为生物技术六大产业之一。2生物催化在绿色化学中的的应用

6、生物催化正成为一种重要的药物分子绿色合成技术。该技术满足绿色化学的12个原则，对绿色化学的发展日趋重要旧m1。具体而言，生物催化可通过催化高立体和高区域选择性反应来防止废物的产生，利用水作为反应溶剂来防止或减少有害有机溶剂的应用，根据催化反应在常温常压进行的特性来设计高能效和安全的化学合成工艺，充分利用可降解的可再生原料以提高原子经济效益。本节列举一些新近的生物转化例子，说明生物催化在建立环境友好和经济有效的绿色化学过程中的应用前景。多数酶催化反应在温和条件下进行，区域和立体选择性高，这和化学催化或利用手性试剂来进行化学计量(s

7、toichiometricamount)的化学拆分很不相同。例如在Lylica的活性成分pregabalin的第一代生产路线中(图式1)，cyanodiester(CNDE)水解脱羧和加氢后得到消旋卢．氨基酸，最后进行化学拆分。为了得到高光学纯度(99．5％)的活性药物成分(API)，(s)．扁桃酸拆分后需要进一步重结晶，但两步反应得率只有25％-29％。由于不需要的对映体回收比较困难，整个过程的产率只有18％一21％。这样，拆分步骤之前70％的原材料(包括中间体、试剂和溶剂)最后都成为废物。图式1利用化学拆分合成pregaba

8、lin在利用生物转化的第二代生产路线中(图式2)，酶拆分在第一步进行，不需要的对映体可以很容易回收‘13大连理工大学铲剐。相比之下，利用化学方法对二酯进行区域和立体选择性水解仍有挑战性。另外，图式2的3步反应都在水中进行。因此，该新工艺不仅免除了传统的(S)一扁