生物催化合成手性化合物课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生物酶催化合成手性化合物,及其固载化研究,生物酶催化合成手性化合物,镜平面,对映体,A,对映体,B,生物分子皆具有手性。手性药物，香料，食品添加剂等精细化学品的合成是目前有机化学和催化化学的前沿研究方向。此外，手性非线性功能材料和手性仿生材料的研究也受到人们重视。,手性,100,镜平面对映体 A对映体 B 生物分子皆具有手性。手性药,沙利多胺(,Thalidomide),*,沙利多胺(Thalidomide)*,全世界手性化合物需求逐年上升,Chem.&Eng.News,2001,Vol.79,No.40,pp79,350,452,614,706,812,934,1180,1330,1718,2000,0,300,600,900,1200,1500,1800,2100,1993,1994,1995,1996,1997,1998,1999,2000,2005,2008,(,Unit:100 million$),全世界手性化合物需求逐年上升Chem.&Eng.New,获得手性化合物途径：,拆分 衍生 化学手性催化 生物酶催化,生物酶催化的优越性(与化学催化相比)：,催化条件温和,催化效率高 10,10,倍,高选择性(底物，区域，位点，立体),低能耗,绿色过程,获得手性化合物途径：,酶活性位特点：,三维立体结构,位于酶分子表面的一个裂隙内,由几个氨基酸组成，占酶分子体的2,具有柔性和可运动性,底物与酶以次级键结合,催化为诱导契合机理,酶活性位特点：,氧化还原酶,(细胞),11%,裂解酶及,其他酶,10%,脂肪酶,25%,其他水,解酶,2%,酯酶,15%,氧化还原酶,4%,蛋白酶,18%,腈水合酶,5%,加氧酶,10%,合成手性化合物的酶的比例,(,系统命名,),氧化还原酶(细胞)11%裂解酶及其他酶10%脂肪酶25%其他,所有酶催化不对称反应,脂肪酶,催化不对称反应,酶催化的不对称反应发表的文章数,所有酶催化不对称反应酶催化的不对称反应发表的文章数,脂肪酶来源,脂肪酶来源,手性酸 醇 胺 酯 酰胺,脂肪酶,动力学拆分,去对称化,水解,酯化,手性酸 醇 胺 酯 酰胺脂肪酶动力学拆分去对,动力学拆分,酯化 水解 偶合其他反应,针对外消旋底物,选择其中一种构型反应,保留另一种构型,选择性与酶有关,理论转化率50,动力学拆分 酯化 水解 偶合其他反应针对外消旋底物,动力学拆分,-酯化,JOC,2003,68,6899,动力学拆分-酯化JOC,2003,68,6899,动力学拆分,-酯化,Ee%95%,T.,2002,58,2973.,40%,yie,93%ee,T.A.,2002,13,511.,动力学拆分-酯化Ee%95%40%yie,93%eeT.,动力学拆分,-水解,一步法制备两类有价值的中间体,b,-,胺基酸和,b,-,内酰胺(,Ee%98%),O.L.,2003,5,1209.,动力学拆分-水解一步法制备两类有价值的中间体,动力学拆分,-偶合加氢和外消旋化反应,Pd/C,和,Lipase,偶合，底物定量转化为纯手性产物,O.L.,2001,.,3,.4099.,动力学拆分-偶合加氢和外消旋化反应Pd/C和Lipase偶合,去对称化,水解 酯化,针对内消旋底物,只与一侧反应,选择性与酶有关,产物对称面消失,产物产生手性,理论产率,100%,去对称化 水解 酯化针对内消旋底物,去对称化,-水解,酶选择性的水解一个酯基,产率,57,ee99%.,JOC,2004,69,2478.,去对称化-水解酶选择性的水解一个酯基,去对称化,-酯化,JOC,2002,67,411,用,EtO-,，,可避免产物的消旋化.,去对称化-酯化JOC,2002,67,411用EtO-,酶催化的不足：,稳定性差,易失活,催化过程的操作范围通常较窄,通常仅在水溶液中表现出高活性,分离循环使用较难,酶催化的不足：,解决方法：,从生物角度考虑，生物培养,生物筛选,生物工程改造,利用化学的优势，化学修饰,固载化,解决方法：从生物角度考虑，生物培养,酶的固载化：,包囊,吸附,共价键合,膜反应器,超临界流体,离子液,酶的固载化：,固载化-包囊,酶存在下，酸碱催化水解硅酯,Si(OR),4,与,RSi(OR),3,之比为,1:5,，形成疏水空穴,热稳定性增加,活性增加28倍；,循环20次，保留70活性。,Adv.Synth.Catal,.,2001,.,343.,711,固载化-包囊酶存在下，酸碱催化水解硅酯Adv.Synth.,T.A.,2002,13,2039.,固载化-吸附,Alcohol,Acetate,Lipases,Time,h,Yield%,Ee,Yield%,Ee%,PS,180,46,99,44,99,PS,-,硅藻土,75,45,99,46,99,PS,-,陶瓷,13,46,99,46,99,T.A.2002,13,2039.固载化-吸附Alco,固载化-膜反应器,聚酰胺膜：,固载酶,不对称反应,分离产物,渗透水,保留微乳,微乳：,有机相含底物,大反应界面,水相萃取产物,膜反应器,96%,ee,未固载,98,%ee,两相反应,90%,ee,BioEng,2003,84,677.,固载化-膜反应器聚酰胺膜：微乳：膜反应器96%eeBioEn,固载化:超临界流体和离子液,Chem.Commun.,2000,1367.,J.M.C.A.,2004,214,113.,Ionic Liquids,固载化:超临界流体和离子液Chem.Commun.200,总结,酶(脂肪酶),水解或酯化,外消旋底物 动力学拆分,内消旋底物 去对称化,固载化 可提高稳定性和活性,对不对称诱导影响不大,总结酶(脂肪酶)水解或酯化,1.扩充反应和底物的类型,2.优化酶催化条件,3.改善酶稳定性，提高可重复使用能力,4.探求底物结构和反应选择性相关性,5.化学模拟酶,展望(从化学角度),1.扩充反应和底物的类型展望(从化学角度),谢谢大家！,谢谢大家！,