生物催化重点.ppt

2 大环化作用 一般由生物合成末端的环化酶所催化 环化酶具有丰富的底物多样性, 不仅可以催化线性硫酯底物高效合成18 —42 元环的巨内酰胺,而且底物除两个基团外, 其他所有基团均可被取代。 酶环化作用并不仅通过催化碳氮键形成大环多肽, 还可以催化NRP 缩酚肽的合成和PK 内酯环化反应。 生物催化与绿色化学 生物催化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。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。 * 绿色化学 * 生物催化合成的研究 利用生物催化（酶，微生物等催化）合成化学品不但具有条件温和、转化率高的合成的优点，而且，可以合成手性化合物及高分子及化学法难于合成的化合物。 生物催化合成的产品有类固醇及甾醇合成，类萜合成，生物碱合成，半合成抗生素合成，有机酸类合成，糖的转化，药用多肽及蛋白质的合成，氨基酸类合成，胺合成等。 * 绿色化学 * 生物催化应用领域： （1）传统化学法由丙烯腈合成丙烯酰胺，转化率仅为97%~98%，由化学法合成的丙烯酰胺聚合生成的聚丙烯酰胺分子质量很难超过1200万，而采用生物法即采用丙烯腈水合酶催化合成，其转化率达99.9%以上，比化学法成本低10%以上，聚合生成聚丙烯酰胺分子质量达2000万。 * 绿色化学 * （2）利用酶法生产的氨基酸有很多，若利用顺酐和富马酸等为原料经化学法生产天门冬氨酸，转率仅为80~85%，而采用酶法生产，天门冬氨酸的转化率可达99%以上。 * 绿色化学 * （3）酶催化剂将化学合成的前体、潜手性化合物或外消旋衍生物转化为单一、光学活性产物，根据有机化学基本理论中关于立体化学的阐述，可知通过酶催化而生成的手性化合物在精细化工中占极重要的地位。 例：LyricaTM的活性成分pregabalin 的化学生产路线 cyanodiester (CNDE) 水解脱羧和加氢后得到消旋β2氨基酸, 最后进行化学拆分。为了得到高光学纯度的活性药物成分(API) , ( S)2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 % —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。 酶拆分在第一步进行,不需要的对映体可以很容易回收 3 步反应都在水中进行。因此,该新工艺免除了传统的( S)2扁桃酸化学拆分过程和图式5 所示的大部分有机溶剂 收率和通量(throughput) 加倍提高 生物合成路线 生物催化的主要应用方向 2 3 * 医药 农药 食品添加剂 有机酸 饲料添加剂 化工 轻工 日化工业 生物催化的国内成功应用实例 2 3 * 1.生物催化在医药领域的应用 β-内酰胺类抗生素中间体：6-APA和7-ADCA（青霉素G酰化酶） 该酶已实现产业化，已占国内70％以上的份额，并出口欧美； β-内酰胺类抗生素侧链：D-对羟基苯甘氨酸（海因酶） 国内采用一菌双酶法，已经工业化规模生产。 β-阻断剂药物中间体：(S)-布洛芬系列（环氧化合物水解酶） 其他药物合成前体 　 维生素B6的合成原料： L-丙氨酸（天冬氨酸脱羧酶） 目前以该酶为催化剂、使L-天冬氨酸脱羧制备的L-丙氨酸，成本（2 万元/吨）低于化学合成的DL-丙氨酸，并已形成了万吨的生产规模。 生物催化的国内成功应用实例 2 3 * 2.生物催化在农药领域的应用 手性农药中间体：S-生物丙烯菊酯（特异性脂肪酶） S-生物丙烯菊酯生物活性是普通丙烯菊酯的245倍，不仅用量大大减少，而且残留极少，产品的质量好于国外同类产品，已形成2亿元的年产值，取得了很好的经济效益。 3.生物催化在食品添加剂领域的应用 甜味剂原料：L－天冬氨酸和L-苯丙氨酸（氨基酸转移酶） L-苯丙氨酸是无糖甜味剂阿斯巴甜的限制性原料，国内开发了以氨基转移酶为催化剂的海因酶法制备路线，具有自主知识产权，已实现了产业化生产，工艺水平和经济技术指标均达到了国际先进水平。 生物催化的国内成功应用实例 2 3 * 4.生物催化剂在有机酸领域的应用 L-苹果酸 （水合酶） L-苹果酸目前稳定在年产500吨左右，是国际上的主要生产厂， 其生产成本低于化学合成的DL-苹果酸； L-酒石酸 （水解酶） L（+）-酒石酸2000年年产近3000吨，是国际上唯一的应用酶工程技术生产该产品的国家。 5.生物催化剂在饲料