立体选择性还原芳香酮微生物的筛选及反应特性的研究

以苯乙酮为模型底物,从土壤中筛选得到了两株能高效催化前手性芳香酮不对称还原分别生产相应的S-和R-型醇的菌株,鉴定后分别为白地霉(Geotrichum candidum)和毕氏酵母(Pichia pastoris)。进一步考察了这两株菌催化苯乙酮不对称还原的反应特性,发现毕氏酵母还原苯乙酮的产物以R-型(R-α-苯乙醇)为主,产率达到75%左右,e.e.达到90%左右;白地霉还原苯乙酮的产物为S-α-苯乙醇为主,产率达到80%左右,e.e.达到70%左右。这较面包酵母具有更高的催化活性。     

酵母细胞不对称还原4-氯苯乙酮合成相应手性醇

以4-氯苯乙酮(C l-ACP)为苯环上含卤素的芳香酮的模型底物,研究了活性酵母细胞在水相体系中催化该类芳香酮不对称还原合成相应手性醇的反应特性。结果表明,酵母细胞可催化C l-ACP的不对称还原反应,产物为S-型的4-氯-α-苯乙醇(C l-PEA),反应的立体选择性很高,S-C l-PEA的e.e.值可达到99%左右。较合适的反应条件为:反应60 h,底物浓度低于20 mmol/L,体系的pH为6~8,温度为30℃左右,酵母细胞用量为20 g/L左右,以质量浓度为20 g/L的葡萄糖为辅助底物。产物得率可达到33%。同时发现酵母细胞可以选择性地氧化外消旋C l-PEA中的S-型醇为C l-ACP。     

表面活性剂介入酵母细胞催化芳香酮的对映选择性还原

以酵母细胞催化4'-氯苯乙酮合成(S)-1-4'-氯苯基乙醇为模型反应,研究了十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚系列表面活性剂对酵母细胞催化4'-氯苯乙酮对映选择性还原反应的影响。结果表明,向反应体系中加入表面活性剂可明显提高4'-氯苯乙酮的转化率,而对产物(S)-1-4'-氯苯基乙醇对映体过量值的影响极小,壬基酚聚四氧乙烯醚(NP-4)是最合适的添加剂。此外,还考察了NP-4对酵母细胞催化系列芳香酮对映选择性还原反应的影响,结果表明,NP-4对产物(S)-1-芳基乙醇的对映体过量值几乎没影响,但对底物芳香酮转化率均有明显的提高,同时还发现底物转化率的提高幅度与芳香环上取代基的电子效应有关,取代基供电子能力越强越有利于底物转化率的增加。     

活性干酵母与湿酵母催化不对称还原合成(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯的对比研究

研究有机溶剂中面包酵母催化2-氧代-4-苯基丁酸乙酯(OPBE)不对称还原合成标题化合物((R)-HPBE),分别考察用干酵母和湿酵母作催化、底物浓度、反应体系和湿酵母保存时间等凶素对OPBE转化率(X<,OPBE>)、HPBE产率(Y<,HPBE>)及(R)-HPBE的光学纯度(e.e.%)的影响.实验结果表明,湿酵母的立体选择性好于干酵母,但转化率和产率很低;乙醚为湿酵母催化较为适宜的介质.另外,湿酵母培养好后应立即反应.     

面包酵母用于苯乙酮的不对称还原研究

研究了面包酵母用于苯乙酮的不对称还原,分别考察了反应温度,反应时间,催化剂用量等因素对转化率和对映体选择性的影响。     

水-有机溶剂两相体系中面包酵母不对称还原苯乙酮合成手性苯乙醇的研究

以面包酵母细胞不对称还原苯乙酮合成S-α-苯乙醇为模型反应,研究了水-有机溶剂两相体系促进面包酵母细胞催化芳香酮的不对称还原情况.首先研究了适合于活性细胞催化的两相溶剂体系,实验表明合适的有机溶剂为logp3的溶剂,这与有机相中的酶催化对溶剂的要求相一致.在所选用的溶剂中,正辛烷获得的效果最好.在此基础上进一步考察了两相之间的比率、辅助溶剂、底物浓度以及水相体系的pH等对反应的影响.实验表明两相之间的比率和辅助溶剂对反应有显著的影响,合理改变这些因素可以改善底物在两相之间的分配进而促进反应的进行.反应对底物浓度的敏感性较单相水相体系反应要小得多,而pH对反应的影响与水相中反应相同.在有机溶剂与水相体积比为1:4、添加1%乙醇以及底物浓度为30 mmol·L-1时,产物得率可达到45%左右,这较在水相中反应有显著的提高.     

近平滑假丝酵母ATCC 7330对不同取代基乙酮类底物的催化效果

通过对接模拟和催化转化实验研究了近平滑假丝酵母ATCC 7330对10种不同取代基乙酮类底物的催化效果。结果表明:近平滑假丝酵母ATCC 7330整细胞催化对芳环取代乙酮类底物的光学选择性优于脂环取代乙酮类底物,对氨基苯乙酮的光学选择性最高,与模拟对接预测的结合能大小一致;从催化剂周转数来看,近平滑假丝酵母ATCC 7330整细胞对10种不同取代基乙酮类底物的催化能力大小依次为对氯苯乙酮=邻氯苯乙酮1-萘乙酮对氨基苯乙酮环戊基乙酮环己基乙酮邻氨基苯乙酮1-(1H-茚-4-基)乙酮苯乙酮环丙基乙酮,与对接模拟预测有一定差距。说明近平滑假丝酵母ATCC 7330整细胞的催化能力除了与结合能有关外,还与细胞的渗透性、反应溶剂等因素有关。     

拟热带假丝酵母中羰基还原酶的纯化及其酶学性质研究

从拟热带假丝酵母Candida pseudotropicalis 104(C104)中,通过离子交换层析和蓝色琼脂糖亲和层析分离得到依赖于辅酶NAD(H)的羰基还原酶,酶的分子量约为37.5 kD.催化氧化反应的最适pH为8.5,催化还原反应的最适DH为6.0～6.5,最适反应温度均为50℃.该酶热稳定性较低,在pH7.0～8.5环境下较稳定,多数重金属离子均能导致酶活力下降.该酶的反应底物广泛,能高选择性催化还原多种氯代苯乙酮衍生物,其中还原苯乙酮、2＇-氯-苯乙酮、3＇-氯-苯乙酮和4'-氯-苯乙酮可产生对应的s型醇,其对映体过剩值(e.e.)均达到将近100%.底物上取代基团的位阻效应和电荷诱导效应是羰基还原酶还原底物活力大小的重要影响因素.     

引入树脂吸附促进酵母细胞不对称还原芳香酮

以酵母细胞不对称还原苯乙酮合成S-α-苯乙醇为模型反应,研究了酵母细胞催化芳香酮的不对称还原情况.首先考察了底物和产物对细胞的毒性情况及对反应的不利影响;再在此基础上研究通过引入树脂吸附控制底物和产物浓度以避免较高浓度底物和产物对细胞的毒性,进而提高反应时-空产率.实验发现苯乙酮和α-苯乙醇对酵母细胞活性具有显著的毒害,抑制反应的活性;引入树脂吸附可显著促进反应的进行,使用杭州争光树脂厂的ZG3^#树脂可获得最好的效果;当使用适量的树脂时底物初始浓度即使提高到70 mmoL·L^-1还可以获得较好的产物收率,这比未引入树脂吸附时的底物浓度提高了近1倍.     

促进活性细胞催化前手性羰基不对称还原研究进展

利用活性微生物细胞催化羰基不对称还原成为手性醇合成的重要方法。虽然当前已经筛选出许多立体选择性很高的微生物和反应过程,但这类反应能实际应用的还很少,主要是因为产业化方面的研究不够。本文从此出发,结合作者近几年的研究工作对当前活性微生物细胞催化羰基不对称还原相关工程方面的研究进行了详细的介绍和论述。分析了利用活性细胞催化时空产率低的原因,对国内外研究者针对这些原因为提高时空产率所进行的各种研究和提出的方法分别进行了归纳和分析。     

酵母催化2-辛酮不对称还原为2-辛醇

利用活性酵母细胞催化2-辛酮的不对称还原,合成在制备光学活性物质中具有重要用途的直链手性仲醇.实验发现不对称还原的产物主要是S-2-辛醇,反应的转化率和光学选择性都比较高.考察了底物浓度、产物、辅助底物的种类及浓度,以及pH值和温度对反应的转化率和光学选择性的影响.结果表明,底物和产物对酵母的活性具有一定的毒害作用,产物2-辛醇对酮的还原反应具有抑制作用,酵母能选择性地催化S-2-辛醇氧化为相应的酮;在酵母催化还原2-辛酮的同时需要一定的辅助底物来再生辅酶NAD（P）H,利用10 g&#8226;L^-1的葡萄糖作辅助底物较好;温度30 ℃、pH值3.0或7.0为较好的反应条件.     

新型醛酮还原酶不对称转化制备(S)-N,N-二甲基-3-羟基- 3-(2-噻吩)-1-丙胺

生物催化具有反应条件温和、绿色环保、高立体选择性等优点,已成为制备光学活性度洛西汀的重要方式和途径,但仍存在有效的生物催化剂数量有限和反应效率低等问题,基因组数据库的发展为新型立体选择性生物催化剂的开发提供了有效的途径和平台。本研究通过基因组信息挖掘,从Candida parapsilosis CCTCCM 203011中发现了8个新型的醛酮还原酶,分析研究不同的醛酮还原酶对N,N-二甲基-3-酮-3-(2-噻吩)-1-丙胺(DKTP)的催化还原能力,发现CPAR4能够高立体选择性地催化还原DKTP生成度洛西汀中间体(S)-N,N-二甲基-3-羟 基-3-(2-噻吩)-1-丙胺(DHTP)。通过粗酶体系反应参数的优化,CPAR4催化还原底物浓度在3g/L时,产率达到94.5%,光学纯度大于99.9%ee;当底物浓度为5g/L 时,产率仍达到70%以上。该重组菌粗酶液能够高立体选择性地生物还原DKTP生成度洛西汀中间体 (S)-DHTP,具有一定的应用潜力。     

[Bmim][Br3]与羰基化合物的选择性溴化反应研究

研究了离子液体三溴化1-丁基-3-甲基咪唑[Bmim][Br3]对2-戊酮、4-甲基苯乙酮、4-甲氧基苯乙酮、6-甲氧基-2-乙酰基萘、2,2,5,5-4-甲基-3-已酮、环辛酮、环十二酮、丁醛等羰基化合物的α-溴化反应.在无催化剂、溶剂条件下,三溴化1-丁基-3-甲基咪唑[Bmim][Br3]对以上几种羰基化合物溴化,高产率、高选择性地得到α-溴化产物,产率为88%～94%.实验结果表明,在离子液体[Bmim][Br3]存在下,溴化反应不仅速度较快、温度缓和、操作简便,而且产物的产率高,易分离,对环境更友好.     

咪唑型离子液体基苯乙酮肟环钯催化Suzuki偶联反应的研究

在碳酸钾作用下,4-羟基苯乙酮和1,2-二氯乙烷反应合成4-氯乙氧基苯乙酮,再与1-甲基咪唑反应生成甲基(乙氧基苯乙酮)咪唑盐酸盐,然后通过肟化反应将苯乙酮转变成苯乙酮肟结构,最后再经氟硼酸根与氯离子交换和钯络合反应得到咪唑型离子液体基苯乙酮肟环钯催化剂-Pd[2Oxime-mim]BF4。当甲醇与水的体积比为1∶1,碳酸钾加入量为2mmol,反应温度为45℃,催化剂用量为2×10~(-3)mmol时,Pd[2Oxime-mim]BF4催化对溴苯乙酮与苯硼酸Suzuki偶合反应45min后的收率可达98.94%,且对反应底物的适应性较强,含有供电子基团底物的反应收率也在92%以上。催化剂重复使用四次时催化剂性能基本不变。     

离子液体促进的氨硼烷对羰基化合物的选择性还原

制备了一种具有高储氢容量的储氢材料——氨硼烷,研究了氨硼烷对苯乙酮、苯甲酰乙酸乙酯、水杨醛、2-乙基-2-己烯醛等四种羰基化合物的还原反应,考察了离子液体对反应的影响,对产物结构进行了鉴定。结果表明,以水为溶剂,氨硼烷可以选择性还原这四种羰基化合物,离子液体能够较好的促进氨硼烷对羰基化合物的选择性还原,使反应速率提高,反应时间缩短,并且离子液体可循环使用。     

Lewis酸催化合成草酸二苯酯反应研究

研究了Lewis酸催化剂催化苯酚和草酸二甲酯酯交换合成草酸二苯酯(DPO)反应。考察了不同Lewis酸催化剂对DPO合成反应的催化活性和Lewis酸催化剂的酸性对催化性能的影响,确定了弱酸中心促进主产物甲基苯基草酸酯(MPO)和DPO的生成,而强酸中心有利于副产物苯甲醚的生成。以弱酸TS-1分子筛为催化剂,MPO和DPO总选择性为99.2%。以强酸AlCl3为催化剂,苯甲醚选择性达到60.4%。探讨了Lewis酸催化剂催化苯酚和草酸二甲酯酯交换合成草酸二苯酯反应机理。Lewis酸催化苯酚和DMO酯交换合成MPO反应是按酰氧键断裂的反应历程进行的,DMO中和羰基相连的给电子基的-COO-基团及较大的基团体积降低了苯酚和DMO酯交换合成MPO反应的反应活性。而苯酚和DMO甲基化反应生成苯甲醚是按烃氧键断裂的反应历程进行的。     

烯丙基化合物对面包酵母立体选择性的影响机理

添加烯丙基化合物可以控制酵母催化不对称还原反应的立体选择性,以4-氯-3-羰基丁酸乙酯(COBE)为模型底物,用丙烯酰胺和烯丙基醇对酵母进行预处理,产物(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯(S-CHBE)的对映体过量值(e.e.)可以增加至94%;而用烯丙基溴预处理,则可以得到R型产物. 通过DNS法和API ZYM试验条证明烯丙基类化合物对细胞及胞内酶系存在毒害作用,且作用大小取决于烯丙基所带基团. 预处理后的酵母细胞经PBS缓冲液多次洗涤后,其活性可以逐渐得到恢复. 随着底物浓度的增加,经烯丙基醇预处理的酵母细胞,其S型产物的e.e.值维持在90%左右,而经烯丙基溴处理后,反应得到的R型产物的e.e.值则从90%下降到45%左右. 说明烯丙基类化合物竞争性地吸附于酶的活性区域,且其所带基团决定了被吸附酶的类型. 以抑制剂类似物处理酵母细胞,其反应结果说明酵母体内催化不对称还原反应的两类酶存在着空间位阻效应.     

手性磺酰胺醇催化苯乙酮的不对称还原反应

由天然氨基酸合成了6个手性磺酰胺醇,并对其在NaBH4/BF3.Et2O还原苯乙酮中的不对称催化性能进行了研究。这些磺酰胺醇催化苯乙酮的还原反应获得了很高的化学产率和较低的对映体过量。     

有机相微生物活细胞催化羰基不对称还原反应的研究进展

介绍了近１０年来在有机介质中以微生物活细胞作为生物催化剂催化羰基化合物不对称还原反应的最新进展,分析了有机相中影响微生物催化及立体选择性的因素,并列举了一些反应实例。     

稀土-联萘酚催化潜手性酮不对称氢转移反应

以右旋联萘酚和稀土为原料,在无水无氧下合成了2个配合物[(THF)2Na]3[Sm(R-BINOLate)3](1)与[(THF)2Na]3[Gd(R-BINOLate)3](2)。以异丙醇作氢源,在常压下配合物(1)和配合物(2)用于苯乙酮不对称氢转移反应。考察了催化剂种类、催化剂用量、反应温度对底物转化率和产物对映选择性的影响规律。结果表明,在室温条件下反应24 h,5%的配合物(1)催化苯乙酮的不对称还原反应,反应产物S-苯乙醇的e.e.值可达94%;5%的配合物(2)催化苯乙酮的不对称还原反应,反应产物S-苯乙醇的e.e.值可达85%。