1、生物酶催化合成手性化合物 及其固載化研究,Seminar II,學(xué)生：張慧東 導(dǎo)師：李燦,2004.9.18,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, pp79,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

2、性(底物，區(qū)域，位點(diǎn)，立體) 低能耗 綠色過程,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,合成手性化合物的酶的比例(系統(tǒng)命名),所有酶催化不對稱反應(yīng) 脂肪酶 催化不對稱反應(yīng),酶催化的不對稱反應(yīng)發(fā)表的文章數(shù),脂肪酶來源,手性酸 醇 胺 酯 酰胺,脂肪酶,水解,酯化,動(dòng)力學(xué)拆分,酯化 水解 偶合其他反應(yīng),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.,動(dòng)力學(xué)拆分-水解,動(dòng)力學(xué)拆分-偶合加氫和外消旋化反應(yīng),Pd

3、/C和Lipase偶合，底物定量轉(zhuǎn)化為純手性產(chǎn)物 O. L. 2001. 3. 4099.,去對稱化,水解 酯化,針對內(nèi)消旋底物 只與一側(cè)反應(yīng) 選擇性與酶有關(guān) 產(chǎn)物對稱面消失 產(chǎn)物產(chǎn)生手性 理論產(chǎn)率100%,去對稱化-水解,酶選擇性的水解一個(gè)酯基 產(chǎn)率57, ee99%. JOC, 2004, 69, 2478.,去對稱化-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， 化學(xué)

4、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28倍； 循環(huán)20次，保留70活性。,Adv. Synth. Catal. 2001. 343. 711,T.A. 2002, 13, 2039.,固載化-吸附,Alcohol,Acetate,Lipases,Time,h,Yield%,Ee,Yield%,Ee%,PS,180,46,99,44,99,PS,-,硅藻土,75,45,99,46,99,PS,-,陶瓷,13,46,99,46,99,固載化-膜反應(yīng)器,聚酰胺膜： 固載酶 不對稱反應(yīng) 分離產(chǎn)物 滲透水 保留微乳,膜反應(yīng)器96%ee 未固載98%ee 兩相反應(yīng)90%ee,BioEng 2003, 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.,Ionic Liquids,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 去對稱化 固載化 可提高穩(wěn)定性和活性 對不對稱誘導(dǎo)影響不大,1.擴(kuò)充反應(yīng)和底物