水解酶催化C-C鍵的合成及其應(yīng)用研究.pdf

1、酶一直被認(rèn)為是一種高效、專一、具有很強的立體選擇性的生物催化劑，但是近年來發(fā)現(xiàn)，酶在有多種溶媒中具有催化第二種反應(yīng)的能力，即酶的催化多功能性，也稱為酶的催化混亂性。酶在有機溶液與水的兩相介質(zhì)中表現(xiàn)出的催化混亂性為有機合成提供了更多的途徑。值得一提的是，酶的混亂性催化在生物的進化方面具有重要的意義，普遍認(rèn)為，在生命起源的時候，不可能同時出現(xiàn)大量的酶催化其對應(yīng)單一的反應(yīng)，而是有可能一種酶催化多種反應(yīng)。本論文主要發(fā)展了有機介質(zhì)中的酶催化方法，

2、篩選了具有催化活性的酶，比如脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶，通過酶催化合成制備了一系列C-C單鍵和C=C雙鍵的化合物，同時研究了酶催化的反應(yīng)機理。相對于其他研究者所作的工作，本論文更加偏重于使用一種酶連續(xù)催化不同類型的幾步反應(yīng)，而得到一些相對復(fù)雜的化合物，往往是一些藥物的通用母核，從而具有一定的實際應(yīng)用性。
　　論文首先研究了纖維素酶在有機介質(zhì)中催化aldol反應(yīng)制備C-C單鍵的化合物?？疾炝死w維素酶酶源、溶劑、酶的濃度、水含量、溫度和

3、反應(yīng)底物的結(jié)構(gòu)對酶促aldol反應(yīng)的影響。研究了在有機介質(zhì)中6種纖維素酶催化苯甲醛和丙酮的aldol反應(yīng)，同時通過無酶存在和失活酶的對照實驗，驗證了纖維素酶在有機介質(zhì)中可以催化aldol反應(yīng)，以綠色木霉纖維素酶催化效果最佳，在50℃下DMSO為溶劑，體系含水量為15％，酶濃度為10mg/mL，在恒溫振蕩器中反應(yīng)24h，產(chǎn)物的收率能達到85％，同時推測了可能的催化機理。
　　論文也研究了有機介質(zhì)中淀粉酶與脂肪酶催化Knoevenag

4、el反應(yīng)制備C=C雙鍵的化合物。首先以芳香醛與乙酰丙酮和丙二腈為底物，研究了不同酶源、反應(yīng)溶劑、體系含水量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、酶量等因素對水解酶催化Knoevenagel縮合反應(yīng)的影響。在12種商業(yè)酶中發(fā)現(xiàn)豬胰脂肪酶（Lipase from porcine pancreas，PPL）與豬胰α-淀粉酶（α-Amylasefrom porcine pancreas，PPA）對Knoevenagel縮合反應(yīng)有較好的催化活性。摸索了PPA催化

5、Knoevenagel縮合反應(yīng)的最佳條件:在30℃，乙醇溶劑中，酶濃度為10mg/mL，在恒溫振蕩器中反應(yīng)12h，收率達到81％;同時研究各類的取代芳香醛與乙酰丙酮、丙二腈的Knoevenagel縮合反應(yīng)情況和PPA的重復(fù)使用情況，發(fā)現(xiàn)PPA催化Knovenegal縮合反應(yīng)的底物適應(yīng)性還是比較廣的，重復(fù)使用性也較好，PPA重復(fù)使用6次，未發(fā)現(xiàn)酶活的明顯下降。由于酶不溶于有機溶劑，在過濾掉酶后直接重結(jié)晶，方法簡便收率很高。提出了PPA可能

6、催化Knovenegal縮合反應(yīng)的機理，闡明質(zhì)子的轉(zhuǎn)移主要由His-Asp組成的二聯(lián)體介導(dǎo)。
　　令作者感到非常意外的是:當(dāng)嘗試使用水解酶催化芳香醛與氰基乙酸甲酯的Knoevenagel反應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)在醇類溶劑中脂肪酶不僅催化Knovenagel反應(yīng)，還催化酯交換反應(yīng)。從12種商業(yè)酶中篩選出PPL對于Knoevenagel縮合和酯交換反應(yīng)均有較好的催化活性。通過對反應(yīng)的動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)Knoevenagel縮合反應(yīng)速率明顯快于酯交換的

7、反應(yīng)速率，因此可以證明:在有機溶劑中，脂肪酶混亂性催化Knoevenagel的能力要遠強于其天然屬性—催化酯化的能力。
　　論文同時研究了淀粉酶和脂肪酶在有機介質(zhì)中催化Robinson成環(huán)反應(yīng)，主要研究了8種水解酶催化1，3-環(huán)戊二酮或者1，3-環(huán)己二酮和甲基乙烯酮一鍋法合成Wieland-Miescher酮的反應(yīng)活性，結(jié)果顯示PPA和PPL具有較高的Robinson加成催化活性。相比較脯氨酸催化該反應(yīng)的能力，兩種酶在轉(zhuǎn)化率以及反