蛋白酶的催化多功能性在不對稱aldol反應(yīng)和插烯Michael反應(yīng)中的應(yīng)用.pdf

1、酶除了可以催化天然底物外，還可以催化非天然底物的化學(xué)轉(zhuǎn)化，我們稱這種功能為酶的多功能性，這種功能通常被隱藏在天然催化轉(zhuǎn)化中。酶催化多功能性不僅為有機合成提供了更多的催化劑，也為酶的進一步研究奠定了基礎(chǔ)。本論文主要研究了蛋白酶的催化多功能性在不對稱aldol反應(yīng)和插烯Michael反應(yīng)中的應(yīng)用。
　　α-胰凝乳蛋白酶是一種能夠分解蛋白質(zhì)的消化性酶，其活性基團含有絲氨酸殘基，屬于絲氨酸蛋白酶，其活性位點主要包含組氨酸-57、天冬氨酸-

2、102和絲氨酸-195三個氨基酸殘基，它們構(gòu)成了著名的催化三聯(lián)體。我們首次用α-胰凝乳蛋白酶作為催化劑催化對氰基苯甲醛和環(huán)己酮的不對稱aldol反應(yīng)，從溶劑、含水量、酶量和溫度等方面對反應(yīng)條件進行了優(yōu)化，隨后又進行了底物的擴展，得到了最高26％的收率，63/37的dr值和50%的ee值。為了證明該aldol反應(yīng)確實是由α-胰凝乳蛋白酶催化的，我們用金屬離子Cu2+、Ag+，尿素，鹽酸胍，以及特異性抑制劑對甲苯磺酰氟（PMSF）、焦磷酸二

3、乙酯（DEPC）和二環(huán)己基碳亞胺（DCC）做了一系列的對照實驗，同時用與α-胰凝乳蛋白酶具有相同活性位點的牛胰蛋白酶、人糜蛋白酶、豬胰蛋白酶催化該反應(yīng)，驗證了aldol反應(yīng)發(fā)生在α-胰凝乳蛋白酶的活性位點上，基于對照實驗，我們提出了一個可能的三聯(lián)體催化該aldol反應(yīng)的機理。
　　手性叔醇結(jié)構(gòu)在很多天然產(chǎn)物和人工合成的生物活性分子中廣泛存在，但由于位阻的原因，在合成上存在一些困難。對于此類物質(zhì)的合成所用的催化劑有金屬配體復(fù)合物以及

4、一些小分子。作為一種綠色環(huán)保又可持續(xù)的生物催化劑，蜂蜜曲霉蛋白酶被用作催化劑，在無外加溶劑下，通過不飽和酮酸酯和環(huán)己酮的不對稱aldol反應(yīng)成功實現(xiàn)了手性叔醇結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。我們通過溫度、含水量、投料比、酶量等條件的探究對反應(yīng)進行了優(yōu)化，在最佳的反應(yīng)條件下，蜂蜜曲霉蛋白酶催化直接不對稱aldol反應(yīng)合成了一系列含有手性叔醇結(jié)構(gòu)的芳環(huán)化合物，雜環(huán)吡啶也可以實現(xiàn)手性叔醇結(jié)構(gòu)的合成，直鏈丙酮、四元環(huán)、五元環(huán)、六元環(huán)和吡喃環(huán)的酮都可以作為底物，得到

5、了高達(dá)90%的收率，93/7的dr值和70%的ee值。本工作不僅拓展了蜂蜜曲霉蛋白酶的的應(yīng)用范圍，還為探索天然酶未發(fā)現(xiàn)的催化多功能性提供有價值的信息。
　　水是一種綠色的溶劑，廉價易得，水作為有機反應(yīng)的溶劑具有清潔安全無污染的特點。豬胃蛋白酶是在人和很多其他的動物的消化系統(tǒng)中產(chǎn)生的一種酶，它能使蛋白質(zhì)分解成更小的多肽，豬胃蛋白酶的活性位點是32號和215號的天冬氨酸殘基。本論文中我們用水作為反應(yīng)的溶劑，豬胃蛋白酶作為催化劑催化當(dāng)歸

6、內(nèi)酯和N-苯基馬來酰亞胺的插烯Michael反應(yīng)，首先對投料比、酶量、溫度和時間等條件進行了優(yōu)化，接著在最優(yōu)條件下對底物進行了擴展，合成了一系列的γ,γ-二取代的丁烯酸內(nèi)酯化合物，共12個化合物，收率最高達(dá)98%，dr值高達(dá)>99/1。我們通過用金屬離子Ag+，羰基二咪唑（CDI）和二環(huán)己基碳亞胺（DCC）對豬胃蛋白酶做了對照實驗，驗證了反應(yīng)可能發(fā)生在豬胃蛋白酶的活性位點上，在此基礎(chǔ)上我們提出了一個豬胃蛋白酶催化插烯Michael反應(yīng)的