脂肪酶級聯(lián)動力學拆分(R，S)-2-甲基丁酸及其酯的研究.pdf

1、光學活性2-甲基丁酸及其短鏈酯是重要手性精細化學品。脂肪酶催化的動力學拆分相對于其他拆分方法具有規(guī)模易放大，環(huán)境友好，產品滿足“綠色”、安全等食品級要求等優(yōu)點，因此常被用于許多手性風味物質的拆分。然而，由于2-甲基丁酸及其短鏈酯中連接于手性中心碳原子上的甲基與乙基的空間差異太小，使其脂肪酶動力學拆分較為困難，而且光學純度還很難達到工業(yè)生產的要求。本研究針對2-甲基丁酸及其酯，建立了級聯(lián)動力學拆分法，即將脂肪酶催化的選擇性酯化反應與選擇性

2、水解反應相偶聯(lián)，對其進行拆分，建立了級聯(lián)動力學模型，最終獲得了4種光學純度較高的不同構型的異構體。主要研究內容如下：
　　 ⑴為獲得較高光學純度及得率的產物，對級聯(lián)動力學拆分中酯化拆分與水解拆分反應分別進行了體系的建立與優(yōu)化，篩選了各自體系中既具有較高光學選擇性又同時具有較高的催化活性的脂肪酶。對于酯化拆分體系，建立并優(yōu)化了酯化反應體系:篩選確定了RCL為酯化拆分一步用酶，加酶量為16 mg/ml，底物濃度為0.1 mol/L，

3、溫度4℃。而對于水解拆分體系，建立并優(yōu)化水解反應體系為:篩選確定了RCL為水解拆分用酶，加酶量為15 mg/ml，底物濃度為0.2 mol/L，溫度4℃。
　　 ⑵為了提高級聯(lián)反應終產物的得率，研究建立了級聯(lián)動力學拆分反應模型，對反應進行理論指導，即在目標產物ee值的要求下，控制兩步反應的轉化率以得到最高的產物得率。在此模型指導下，進行了兩種選擇性反應通過不同順序相偶聯(lián)的級聯(lián)動力學反應:先水解后酯化的級聯(lián)動力學拆分反應中，控制了

4、第一步與第二步的轉化率分別為45%與38%，最終獲得了ee值為90.64%的(S)-2-甲基丁酸乙酯；而先酯化后水解的級聯(lián)動力學拆分反應中，分別控制第一步與第二步的轉化率為34.8%與40.2%，獲得了ee值為92.3%的(S)-2-甲基丁酸。
　　 ⑶研究中發(fā)現(xiàn)RCL在水相中40℃下水解反應通過優(yōu)先水解(S)-2-甲基丁酸乙酯，10 h后可獲得ee值為92.4%的剩余底物(R)-2-甲基丁酸乙酯。溫度對RCL催化酯化與水解拆分

5、的影響研究表明，低溫下反應的對映體選擇率較高，在4℃下通過水解拆分獲得的(R)-2-甲基丁酸乙酯的ee值可提高至95.0%。提取(R)-2-甲基丁酸乙酯，使用(S)-型選擇性較弱但轉化活性較高的Novozym435催化其第二步水解，獲得了ee值為92.2%的(R)-2-甲基丁酸。
　　 ⑷通過兩種不同順序的級聯(lián)動力學拆分反應以及兩步水解法，最終獲得了ee值分別為90.6%的(S)-2-甲基丁酸乙酯，ee值92.3%的(S)-2-