生物酶催化合成手性化合物.ppt

* 生物酶催化合成手性化合物 及其固载化研究 Seminar II 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, pp79 350 452 614 706 812 934 1180 1330 1718 2000 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2005 2008 (Unit: 100 million $) 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 18% 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%ee T.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%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％, ee99%. 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.