疏水性脯氨酸离子液体化学修饰提升猪胰脂肪酶催化性能

为了提高猪胰脂肪酶(PPL)的活性和稳定性,采用一系列具有不同长度疏水烷基的脯氨酸离子液体对PPL进行了修饰。结果表明,所有修饰酶的各项酶学性能都得到了提高,综合来说,[ProC₈][H₂PO4]-PPL表现出较好的催化性能,催化橄榄油水解最适活性达到原酶的2.7倍,在50℃保存2 h后的剩余酶活是原酶的5.0倍,催化效率K_cat·K_m^-1是原酶的4.4倍,催化α-苯乙醇转酯化的对映体选择性是原酶的1.6倍。光谱学表征揭示了PPL荧光基团微环境及二级结构的变化,这些变化与修饰酶的活性和稳定性的提高有关。与以往报道的结果相比,新型脯氨酸功能离子液体对脂肪酶催化性能的改善更为有效。     

甜菜碱类离子液体化学修饰猪胰脂肪酶提升其酶学性能

设计并合成了不同链长、不同阴离子的甜菜碱离子液体对猪胰脂肪酶（porcine pancreatic lipase,PPL）进行化学修饰。所有修饰酶的各项酶学性能都有了明显提高,修饰剂的链长和阴离子对修饰效果有一定的影响;经[BetaineC₁₆][H₂PO₄]修饰的PPL表现出最佳的酶学性能,其酶活是原酶的3.4倍,在60℃下保存45min后的酶活是原酶的8.7倍,在强极性非质子溶剂二甲基亚砜中储存2h后稳定性提高了1.7倍,催化α-苯乙醇转酯化反应的对映体选择性提高了2.0倍。动力学测试结果表明修饰酶较原酶有更高的底物亲和力。荧光光谱表征表明,随着修饰度的增加,荧光强度逐渐降低。圆二色谱表征表明离子液体修饰剂的引入引起了PPL二级结构的变化,修饰后酶的α-螺旋含量降低,β-折叠含量上升,使酶的活性和稳定性得以提升。证实以甜菜碱类离子液体作为修饰剂可以同时有效提升脂肪酶的各项酶学性能,为酶的化学修饰拓展了一种新型、高效的修饰剂。     

手性脯氨酸类离子液体化学修饰猪胰脂肪酶催化性能研究

通过化学修饰同时提高脂肪酶包括选择性在内的酶学性能具有重要意义。以N-乙酰-脯氨酸作为手性源制备的四种离子液体对猪胰脂肪酶(PPL)进行化学修饰,通过三硝基苯磺酸法(TNBS)测定了修饰度,采用水解4-硝基苯酚棕榈酸酯的反应测定酶活。正如预期的一样,所有修饰酶的酶学性能均得到显著改善。其中修饰酶的热稳定性、有机溶剂耐受性、不同温度和pH下的耐受性甚至对映体选择性均得到同时提升。结果也表明,离子液体的组成及构型对修饰酶的酶学性能有较大程度的影响,经过[BMIM][N-AC-L-pro]修饰后的PPL各项催化性能明显优于[BMIM][N-AC-D-pro],而经过[N-AC-L-pro][Cl]和[N-AC-D-pro][Cl]修饰的PPL催化性能差异较小。经过[N-AC-L-pro][Cl]修饰后PPL展现出最高的酶活,达到原酶的2.5倍。经过[BMIM][N-AC-L-pro]修饰后的PPL展现出最佳的酶学性能,在酶活提高了1.0倍的同时,热稳定性提高了2.6倍(50℃,2.5 h),对映体选择性提高了1.5倍,在强极性质子溶剂甲醇中的稳定性也提升了1.3倍,且在不同温度、pH下也展现出了较好的稳定性与耐受性。通过荧光光谱和圆二色谱表征证明,手性离子液体成功嫁接到PPL的表面,引起脂肪酶构象的改变,从而促使酶的催化性能发生改善。通过该研究,手性离子液体被证实为是一种可用于酶分子改造并提升选择性在内各项催化性能的新型且有效的修饰剂。     

分子模拟指导化学修饰对有机相中脂肪酶的性能强化

脂肪酶是一种应用广泛的重要生物催化剂,它对手性底物具有良好的立体选择性,而且能适应包括疏水有机溶剂在内的多种非天然反应介质。提高脂肪酶在非天然环境中的立体选择性已经成为关于脂肪酶的研究热点。然而已有研究在提高选择性的同时,往往伴随催化活力的降低。本文提出一种基于计算机模拟的理性改造方法,能够在不降低脂肪酶活力的情况下大幅提高其在有机介质中的立体选择性。以洋葱假单胞菌脂肪酶(Pseudomonas cepacia lipase,PcL)在正己烷中催化手性仲醇的转酯化反应为模型,借助分子动力学模拟,预测 N-乙酰咪唑(NAI)修饰 PcL的效果。蛋白质谱证实产生主要影响的是位于 PcL活性口袋内的 Tyr²⁹ 残基。进一步通过实验验证,发现经 NAI 修饰酪氨酸残基(Tyr)后 PcL催化拆分手性仲醇的对映体选择性最高从 E = 12.6 提高到 48.1,同时催化活力也有所提高。     

离子液体中酶催化反应的研究进展

讨论了近年来离子液体作为酶催化反应介质的应用发展。说明了不同类别的酶在离子液体或水合离子液体两相体系中具有催化活性，尤其是脂肪酶，在无水的离子液体介质反应体系中不仅能保持很好的活性，其手性选择性和操作稳定性往往优于传统介质中的表现。指出了离子液体的环境相容性使其成为绿色生物反应工程新的应用溶剂。对不适于在传统溶剂体系中进行的生物催化再生和产物回收研究，离子液体溶剂已经逐渐表现出其优势。     

手性季铵类离子液体的研究进展

离子液体是一种"绿色"的环境友好型化合物,其在室温下多为液态。由于离子液体的阳离子和阴离子部分有着很强的可设计性,将手性结构引入离子液体是许多研究者努力的方向。本文综述了手性季铵类离子液体的研究和发展过程,以及近些年的研究进展,着重地介绍了手性季铵类离子液体的合成、种类及其在现代化学中的应用。     

L-脯氨酸类离子液体催化醛自身缩合反应

研究了在L-脯氨酸类离子液体催化下,羰基化合物自身羟醛缩合反应。系统考察了反应时间、催化剂的用量及催化剂重复使用等因素对反应的影响,优化了反应条件。结果表明,当反应时间为2.0 h,催化剂用量为2 g/1 mol醛（酮）,转化率可达80%以上,选择性可达99%以上。同时该催化剂能够选择性地催化醛类化合物的自身缩合,而酮类化合物不参与反应。     

离子液体在生物催化制备手性化合物中的应用

介绍了离子液体的特性;同时对近几年报道的离子液体对酶及细胞活性影响的研究进行了归纳、总结和分析;详细介绍了近几年报道的有关离子液体在生物催化手性化合物合成中的应用情况,特别是对于水解酶和氧化还原酶催化的反应按反应的类型分别进行了归纳和分析。     

基于化学修饰法探讨脂肪酶对手性伯醇的识别机理

洋葱假单胞菌脂肪酶（PcL）催化多种手性伯醇酯的不对称水解反应显示其对结构中含有额外的非酯键氧原子的手性伯醇酯的对映体选择性较高,而对不含额外氧原子的选择性差。分别用多种氨基酸残基特异性的修饰剂修饰 PcL,结果发现经 N-乙酰咪唑（NAI）修饰酪氨酸残基（Tyr）后 PcL 对含额外非酯键氧原子的手性伯醇酯对映体选择性显著降低,而对不含额外氧的伯醇酯选择性几乎不受影响。蛋白质谱证实产生主要影响的是位于 PcL 活性口袋内的 Tyr29 残基,手性伯醇酯能否与 Tyr29 形成额外氢键决定了 PcL对其选择性。分子动力学模拟表明,Tyr29被修饰的 PcL 不能与底物形成氢键,因此选择性明显下降。这一发现成功揭示了脂肪酶对手性伯醇对映体选择性的分子识别机理。     

手性离子液体催化苯乙烯不对称氢甲酰化反应

手性是与生活休戚相关的一种自然属性,利用手性催化剂催化反应的进行是最有效的一种不对称催化合成反应方法。离子液体所具有的可设计性结构,以及黏度低、不易挥发、无异味、绿色环保等优良性质使其近年来受到化学工作者们的广泛青睐。将手性配体与功能化离子液体耦合,合成一种全新的具有不对称诱导和控制功能的手性离子液体催化剂,并用于反应考察其催化活性,得到了苯乙烯氢甲酰化的最优反应工艺条件为甲苯作溶剂,对叔丁基邻苯二酚作阻聚剂,反应温度60℃,合成气p(CO/H_2)=2 MPa,n(CO)∶n(H_2)=1,持续反应4 h。在该反应条件下,苯乙烯的转化率为84.9%,2-苯基丙醛收率为76%,e.e.值为84%。     

丙酸酯在离子液体中的催化合成研究

利用正交实验法获得了在离子液体[Hmim] BF4-中合成丙酸正丁酯的最佳工艺条件,考察了在该离子液体催化下,丙酸和多种醇的酯化反应及催化剂的重复使用性能;实验结果表明,离子液体[Hmim] BF4-催化合成丙酸正丁酯的最佳工艺条件为n离子液体∶n丙酸∶n正丁醇=1∶4∶1,油浴温度140℃,反应时间8 h,此时收率可达77.8%。离子液体[Hmim] BF4-在丙酸酯化反应中具有良好的催化活性,反应条件温和,无腐蚀、无废酸排放,并可以重复使用。     

Stabilization of native penicillin G acylase by ionic liquids

Five different ionic liquids, based on dialkylimidazolium cations associated with perfluorinated and bis{(trifluoromethyl)sulfonyl}imide anions, were used to investigate the scope and limitations of these new solvents as media for penicillin G acylase‐catalyzed reactions. Deactivation of the native enzyme in ionic liquids (ILs) and in organic solvents (toluene, dichloromethane and 2‐propanol) at low water content and 40 °C was investigated using the hydrolysis of penicillin G as activity test. Native penicillin G acylase shows greater stability in IL media than in organic solvents. For example, a half‐life time of 23 h was obtained in 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium bis{(trifluoromethyl)sulfonyl}imide, [emim⁺][Tf₂N^?], which was about 2000‐fold higher than that in 2‐propanol. An enhancement of the PGA stability was observed by the presence of substrate in ionic liquids based on tetrafluoroborate and hexafluorophosphate anions, achieving the highest increase of the half‐life time in 1‐butyl‐3‐methylimidazolium hexafluorophosphate ([bmim⁺][PF₆^?]), which was about 9‐fold higher than the half‐life time in the absence of substrate. Copyright © 2007 Society of Chemical Industry     

离子液体中胰岛素结构稳定性的分子动力学模拟

离子液体作为一种新型绿色溶剂,由于其独特的物理化学性质,被广泛应用于蛋白质的稳定性研究。选用热敏性蛋白药物胰岛素作为研究对象,采用分子动力学模拟方法,从分子层面上研究不同种类的离子液体对胰岛素结构的稳定效果。结果表明,与纯水体系相比,在常温下离子液体能够有效地稳定胰岛素的分子结构,且体系中阴离子的氢键碱性越弱,阳离子的烷基链越短,对胰岛素分子结构的稳定作用越强。并深入分析不同烷基链长度的二氰胺类离子液体与胰岛素之间的相互作用,发现相较于长烷基链离子液体,短烷基链离子液体与胰岛素之间的相互作用更强,揭示了后者能更好地维持和稳定胰岛蛋白的分子结构。     

咪唑型室温离子液体的绿色合成研究

设计了无溶剂一锅法合成1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐室温离子液体的新的合成路线,反应原料在80℃下搅拌反应3 h,分离产率分别为97.8%和92.9%。用IR1、HNMR1、3CNMR对离子液体的结构进行了表征,热重分析法测试了其热稳定性能分别为340℃和360℃,探索了反应温度和反应时间对产率的影响。     

离子液体的电导性质研究进展

离子液体(ILs)具有优异的导电能力,其电导性质不仅是电化学应用的基础,而且广泛用于研究ILs溶液热力学性质与微观结构。本文首先总结了近年来实验测定法在研究纯ILs、ILs+溶剂和ILs+ILs体系电导率(κ)或摩尔电导率(Λ)等方面取得的进展,详细讨论了ILs结构、ILs浓度、温度等因素对体系κ或Λ的影响,并结合溶液热力学模型分析了ILs κ或Λ的变化规律。在此基础上,重点介绍了电导性质在研究纯ILs的离子率以及ILs+溶剂体系微观结构和相互作用方面的应用及进展。最后,对ILs电导性质研究与应用提出了几点建议。     

Enhancement of activity and selectivity in lipase‐catalyzed transesterification in ionic liquids by the use of additives

BACKGROUND: Seven ionic liquids (ILs) based on 1-alkyl-3-methylimidazolium cation in combination with hexafluorophosphate and bis{(trifluoromethyl)sulfonyl}imide anions were tested as reaction media for lipase-catalyzed transesterification in low water conditions. With the aim of improving the activity and/or selectivity of the lipase, various treatments were applied to ionic liquid media such as equilibration with aqueous solutions of salts, NaHCO₃ or Na₂CO₃, or the addition of a catalytic amount of a non-reactive organic base to the reaction mixture, triethylamine. RESULTS: The treated ionic liquids were shown to be excellent media for lipase-catalyzed ester synthesis by transesterification compared with conventional organic solvents, such as n-hexane. All treatments were found to enhance the synthetic activity of the enzyme, the best results being achieved with the addition of triethylamine. The addition of a catalytic amount of this base to the ILs resulted in a significant increase in both the synthetic activity and selectivity values. For instance, the synthetic activity in [emim⁺][TfN₂⁻] was enhanced more than 12 times and the selectivity increased from 86% to 95% when triethylamine was used. CONCLUSION: These treatments could be easy-to-use approaches to improve the efficiency of enzymatic reactions in ionic liquids when the reaction does not proceed smoothly. Copyright © 2007 Society of Chemical Industry     

微波辅助离子液体测定环境中残留红霉素的研究

用微波辅助疏水性离子液体[Bmim]PF6萃取分离红霉素,考察了微波辐射功率、辐射时间、离子液体用量、pH值对红霉素萃取率的影响。结果表明,微波辅助离子液体萃取分离红霉素的最佳工艺条件为:在303.15 K的温度下,调节体系pH=6～7,微波辐射功率为210 W,采用间歇辐射的方式,单次辐射时间为20 s,辐射3次,离子液体的用量为3 g,萃取率为90.7%。同时,建立微波辅助离子液体富集分离分析牛奶中红霉素的方法,该方法的检出限为4μg/kg,线性范围在5～50μg/L,RSD=1.7。     

Physical and electrochemical properties of room-temperature dicyanamide ionic liquids based on quaternary phosphonium cations

The physicochemical and electrochemical properties of room temperature ionic liquids based on quaternary phosphonium cations together with a dicyanamide anion are presented in this report. The most dicyanamide-based phosphonium ionic liquids prepared were hydrophilic, except ionic liquids containing a long alkyl chain in the phosohonium cation. It was found that asymmetric phosphonium cations gave low-melting salts in combination with a dicyanamide anion. The dicyanamide-based phosphonium ionic liquids exhibited relatively low viscosities and high conductivities when compared to those of the corresponding ammonium ionic liquids. Particularly, the ionic liquids containing a methoxy group in the phosphonium cations indicated very low viscosities. Comparatively good electrochemical stability of the dicyanamide-based phosphonium ionic liquids was confirmed by voltammetric measurements. The thermogravimetric analysis suggested that the dicyanamide-based phosphonium ionic liquids showed higher thermal stability than those of the corresponding ammonium ionic liquids, indicating an improving effect of the phosphonium cations on the thermal stability.     

胰岛素活性结构在水合离子液体中的稳定性

离子液体以其独特的、可修饰的分子结构以及优良的物理化学性质被应用于蛋白质的稳定性研究。采用分子动力学模拟方法及微量热法,研究热敏性蛋白药物胰岛素在不同水质量分数下水合离子液体中活性结构的稳定性,并深入分析离子液体与胰岛素之间的相互作用及水分子与蛋白质稳定性之间的关系。研究结果表明,当水质量分数低于25.00%时,胰岛蛋白的热变性温度能保持在68℃以上。且通过模拟分析得出,含水量25.00%的水合离子液体体系中,大量阴、阳离子在胰岛蛋白表面聚集,并通过较强的静电相互作用吸附在其表面,从而对蛋白质的活性结构展现出良好的稳定效果。结合宏观实验研究及微观动力学计算阐释了不同水含量的离子液体稳定蛋白质的作用机理,并为离子液体对蛋白质的稳定作用研究提供了一种新的分析方法。