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载化研究SeminarII学生：张慧东导师：李灿2004.9.18镜平面对映体A对映体B生物分子皆具有手性。手性药物，香料，食品添加剂等精细化学品的合成是目前有机化学和催化化学的前沿研究方向。此外，手性非线性功能材料和手性仿生材料的研究也受到人们重视。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$)获得手性化合物途径：拆分衍生化学手性催化生物酶催化生物酶催化的优越性(与化学催化相比)：催化条件温和催化效率高1010倍高选择性(底物，区域，位点，立体)低能耗绿色过程酶活性位特点：三维立体结构位于酶分子表面的一个裂隙内由几个氨基酸组成，占酶分子体的2％具有柔性和可运动性底物与酶以次级键结合催化为诱导契合机理氧化还原酶(细胞)11%裂解酶及其他酶10%脂肪酶25%其他水解酶2%酯酶15%氧化还原酶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(系统命名)所有酶催化不对称反应脂肪酶催化不对称反应酶催化的不对称反应发表的文章数脂肪酶来源手性酸醇胺酯酰胺脂肪酶动力学拆分去对称化水解酯化动力学拆分酯化水解偶合其他反应针对外消旋底物选择其中一种构型反应保留另一种构型选择性与酶有关理论转化率50％动力学拆分-酯化JOC,2003,68,6899动力学拆分-酯化Ee%>95%T.2002,58,2973.40%yie,93%eeT.A.2002,13,511.动力学拆分-水解一步法制备两类有价值的中间体b-胺基酸和b-内酰胺(Ee%>

4、98%)O.L.2003,5,1209.动力学拆分-偶合加氢和外消旋化反应Pd/C和Lipase偶合，底物定量转化为纯手性产物O.L.2001.3.4099.去对称化水解酯化针对内消旋底物只与一侧反应选择性与酶有关产物对称面消失产物产生手性理论产率100%去对称化-水解酶选择性的水解一个酯基产率57％,ee>99%.JOC,2004,69,2478.去对称化-酯化JOC,2002,67,411用EtO-，可避免产物的消旋化.酶催化的不足：稳定性差易失活催化过程的操作范围通常较窄通常仅在水溶液中表现出高活性分离循环使用较难解决方法：从生

5、物角度考虑，生物培养生物筛选生物工程改造利用化学的优势，化学修饰固载化酶的固载化：包囊吸附共价键合膜反应器超临界流体离子液固载化-包囊酶存在下，酸碱催化水解硅酯Si(OR)4与RSi(OR)3之比为1:5，形成疏水空穴热稳定性增加活性增加2－8倍；循环20次，保留70％活性。Adv.Synth.Catal.2001.343.711T.A.2002,13,2039.固载化-吸附AlcoholAcetateLipasesTimehYield%Ee％Yield%Ee%PS18046>9944>99PS-硅藻土7545>9946>99PS-陶

6、瓷1346>9946>99固载化-膜反应器聚酰胺膜：固载酶不对称反应分离产物渗透水保留微乳微乳：有机相含底物大反应界面水相萃取产物膜反应器96%ee未固载98%ee两相反应90%eeBioEng2003,84,677.固载化:超临界流体和离子液Chem.Commun.2000,1367.J.M.C.A.2004,214,113.IonicLiquids总结酶(脂肪酶)水解或酯化外消旋底物动力学拆分内消旋底物去对称化固载化可提高稳定性和活性对不对称诱导影响不大1.扩充反应和底物的类型2.优化酶催化条件3.改善酶稳定性，提高可重复使用能力

7、4.探求底物结构和反应选择性相关性5.化学模拟酶展望(从化学角度)谢谢大家！