浅谈生物催化在精细有机化工中的应用.pdf

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1、浅谈生物催化在精细有机化工中的应用梁辰宇(合肥工业大学，安徽合肥230009)摘要：生物催化在精细有机合成中的应用越来越广泛，为精细化工发展所面临的一系列问题带来了解决的新思路。本文间kz--单介绍了生物催化技术及其在精细有机化工中的一些主要应用。关键词：生物催化；应用；精细4；6_r-；有机合成当前，精细化工行业面临的主要问题为如何提高产品的经济效益和竞争力以及解决资源利用率、能源不足和环境污染等问题。生物催化作为当今迅速发展的生物技术的一个重要分支，为精细化工的发展带来了新的方向，使其向更高的台阶迈

2、进。1生物催化介绍1．1定义生物催化即生物转化，指在化学转化的中以酶或是包括全细胞、细胞器及组织的生物有机体作为过程的催化剂。1-2优势(1)多数反应进行的条件温和，可以大大降低不利的副反应；(2)固定酶可以反复利用，节省能源；(3)转化率高；(4)对底物的结构、催化反应类型、立体结构的选择性严格，专一性高；(5)酶可以生物降解，反应完成后无废弃物，环境友好；(6)同一反应，酶的催化效率高于化学催化剂；(7)一个反应器可以进行几个生物催化反应，具有相容性；(8)催化反应类型多；(9)能用于非自然环境，底

3、物可以是非天然物质(10)合成反应对象可以是手性化合物或大分子及高分子。1．3应用生物催化技很早术就已应用于实践，如在夏商时就已开始进行酿酒、造酱等发酵过程。但直到20世纪60年代，生物催化才用在大规模的工业化生产上【1】。现在，已在制药、香妆等很多领域得到广泛使用。1．4分类主要为两类：一个是酶催化剂，又可分为氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶、合成酶六类；另一个是催化抗体。酶主要与底物过渡态结合，而抗体则是与抗原的基态结合。抗体催化能够在极短的时间内形成专一的受体，而酶的专一性则是漫长进化的

4、结果。2精细有机化工中的应用20世纪80年代，生物催化在有机合成中的潜在价值才被人们发现；20世纪90年代，生物催化差不多可以说是“合成有机化学的时尚”。2．1高分子方面主要包括高分子改性、合成、修饰和降解。酶法可以改变天然高分子由于主链上含大量羟基而难化学加工的状况，并且反应条件温和、副产物少、反应模式或水解位点特定，还可以降低生产成本。2．2不对称合成利用生物催化将无手性或潜在手性物质转化为手性物质，主要有七类：1、还原反应：羰基碳碳双键等的还原；2、氧化反应：C-H键、不饱和键及醇的氧化[5]；3

5、、醇酮基反应；4、脱羧反应；5、连锁反应：Diels-Alder反应、重排反应、亲电及亲核反应；6、水解反应：酰胺化合物的水解、对称酯的水解；7、酶与过渡金属元素联合催化的光学转化反应。2．3合成药物不同于化学方法，生物催化在药物及中间体生产中可以合成不对称手性化合物。经过催化技术的不断改造，已可以获得产量高、收率高、立体控制效果好的药物或主要活性成分，主要有：1、Lipitor：抗高血脂症的首选药物；2、Pregabalin：Lyfica的活性药物成分，用于治疗神经痛及癫痫；3、Paroxctinc：

6、Paxil的活性成分，用于治疗抑郁症；4、Levetiracctam：Keppra的原料药，主要用作癫痫的治疗药物。2．4合成生物表面活性剂化学合成的表面活性剂会受到原材料、价格、产品性能等因素影响，在生产和使用过程中有环境污染[15]。而生物表面活性剂环境友好，不但几乎无毒，还可以完全生物降解。目前合成生物表面活性剂的方法是微生物法、酶催化法。酶法合成一些分子结构相对简单的表面活性剂，有单酰化甘油脂类、糖脂类、；氨基酸类、磷脂类生、异头碳上构成单一的烷基糖类[161。2．5石油脱硫技术酶脱硫路线主要为

7、还原和氧化两条。目前已发现有和化学催化历程相同的生物催化脱硫的酶[171。3生物催化应用的局限性尽管生物催化具有很多化学催化所不能比拟的优势，但其在实际工业生产应用中还存在诸多问题：(1)影响酶催化反应的发生及反应效率的因素多，应用受到限制；(2)酶容易失活；(3)产物分离困难；(4)酶在有机溶液中不稳定，影响工业应用；(5)酶催化成本高；(6)存在对不需要的生物质及对底物的浪费。4结语在对环境和社会可持续发展高度关注的今天，生物催化过程无毒、无污染，能源及原料消耗低，经济效益明显，是今后绿色化工发展的

8、方向。但生物催化还面临一些问题：化工生产规模有待进一步扩大、一些技术不成熟、反应器有待研发及如何提高酶催化反应的稳定性及可控性简化反应过程等。解决以上问题，需要科学工作者们尤其是化学家和生物学家共同努力，利用学科交叉，实现化学催化和生物催化的优势互j}b[201，使精细化工向着绿色合成的方向继续迈进。此外，还要改进生物催化在精细有机化工中现有的工业化技术，积极探索新的的更好的技术方法，发现具有更加高效、可控、稳定、普遍性强等优点的生物酶。生