非水相中的酶催化技术课件

1、非水相酶催化技术杨黎耀2011年10月25日酶作为一种高效生物催化剂, 具有高度的特异立体选择性及区域选择性, 并在常温、常压和值中性附近条件下具有十分高效的催化活力。利用酶的高效选择性催化作用可制造出种类繁多的目标产物, 避免了化学合成中的许多不足。目前, 酶催化技术在医药方面的应用是当前最为关注的领域之一, 这主要是因为医药产品一般附加值高, 且大多是光学活性物质, 作为十分优良的手性催化剂酶, 用于多种高效手性药物的合成及制备将十分有效, 潜力巨大。Enzyme酶催化技术研究进展酶和细胞固定化技术非水相酶催化技术低共熔酶催化反应技术酶催化反应与分离的祸合技术非水相酶催化技术 近十年来,

2、大量的研究发现, 与过去认为酶只能在水溶液中进行反应的传统观点相反, 酶在非水相（也称为非水介质）中也具有催化活性。通过非水相中的酶催化可以完成多种化学反应, 如氧化、脱氢、还原、脱氨、羟基化、甲基化、环氧化、酯化、酞胺化、开环反应、聚合反应等等。非水相中的酶催化已被应用于许多方面, 如内、外消旋体的拆分、区域选择性转化、酶催化聚合、肽合成、酶法分析等, 尤其是在不对称合成方面显示了其独特的优势。利用酶在非水相中的催化活性目前已经成为一种重要的酶技术,它大大扩展了酶的工业应用领域。非水相酶催化技术体系水与有机溶剂的互溶均相体系水与有机溶剂形成的两相或多相体系单相有机溶剂体系反胶束体系超临界液体

3、低温体系非水相酶催化的微环境水不溶有机溶剂, 双液相反应, 其中包括反相胶团和水有机双相反应体系。水不溶有机相介质, 单有机相反应, 只含极少量水分。超临界流体或超临界气体。非水相酶催化过程中的影响因素1.水含量 所谓非水相, 并不是说反应体系中不含有任何水分, 只不过体系中含水量较少而已。一般认为, 水在酶的催化系统中起着正反两方面的作用。 在正的方面, 酶在绝对无水的条件下是不具有催化活性的, 因为水分子直接或间接地通过氢键、疏水键、范德华力等维持着酶分子催化活性所必需的构象。在反的方面, 水与大部分酶的失活作用有关, 尤其是酶的“ 热失活” 。 从以上两方面可以看出, 在非水相酶反应体系

4、中存在一“ 最佳含水量” 。非水相酶催化过程中的影响因素3.pH 酶在水溶液中催化某反应的最适pH就是它在非水相体系中催化该反应的pH。从分子水平来说, 酶的可电离基团在给定的水溶液中获得某一电离状态, 将它直接干燥或冷冻干燥后再加入到有机介质中, 它还会保持这一电离状态, 从而影响酶在有机相中的催化活性。由此也可以得到酶在非水相催化中的最适。非水相中的酶 适于非水介质中催化的酶类有脂肪酶、酯酶、蛋白酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、醛缩酶、多酚氧化酶、醇脱氢酶、ATP酶、细胞色素氧化酶、胆固醇氧化酶等。二辛酸丙二醇酯的非水相酶催化合成+脂肪酶非水相催化 GRAS24最新公布的香料化合物中丙二醇酯类

5、占有较大的比例。目前，合成该类化合物主要采用化学合成法。而化学合成工艺往往需要使用腐蚀性强的强酸作为催化剂，以毒性高的有机原料为溶剂，易造成环境污染。随着人们对健康的关注和环保意识的增强，开辟一条对环境友好、安全的合成工艺路线极为重要。与化学合成法相比，生物催化是一种“绿色的”环境友好的合成工艺，它具有反应条件温和、催化效率高、催化专一性强等优点。目前，国外用生物催化剂替代化学催化剂生产化学品已成为必然的发展趋势。合成最优条件 选用BT01脂肪酶为催化剂，辛酸与丙二醇摩尔比为2:1,酶加量为丙二醇质量的1%,50下减压搅拌反应，反应7d结束，酯化率高达92.9%，反应物中含二辛酸丙二醇酯为85

6、.6%。反应制得的纯品经质谱和红外光谱分析证实为二辛酸丙二醇酯。二辛酸丙二醇酯的工艺条件研究底物摩尔比对酯化率的影响 辛酸与丙二醇的摩尔比对辛酸转化为二辛酸丙二醇酯的酯化率影响较大，考察底物摩尔比对酯化率的影响。固定丙二醇的量不变，按辛酸与丙二醇摩尔比为1:1、2:1、3:1、4:1加入辛酸，加酶量均为丙二醇质量的1.5%进行反应。测定不同底物摩尔比下酯化率（以二辛酸丙二醇酯计）随反应时间的变化，结果如下图所示。 由图可知，随着辛酸与丙二醇摩尔比从1:1增加至2:1时，丙二醇转化为二辛酸丙二醇酯的酯化率有很大幅度的提高，继续增加至3:1、4:1酯化率增加幅度不大。同时，考虑到辛酸过高不利于二辛

7、酸丙二醇酯的纯化，故选择辛酸与丙二醇最佳摩尔比为2:1.二辛酸丙二醇酯的工艺条件研究加酶量对酯化率的影响 在辛酸与丙二醇摩尔比2:1体系中，加酶量分别为丙二醇质量的0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，50 下进行反应，考察加酶量对酯化率（以二辛酸丙二醇酯计）的影响，结果如下图。由下图可见，随着加酶量的增加，酯化速度加快，酯化率提高，占丙二醇质量1%的加酶量与占1.5%、2.0%的最高酯化率相当，效果最佳，反应7d酯化率达92.9%。故选择最适加酶量为丙二醇质量的1%。二辛酸丙二醇酯的工艺条件研究反应时间对产物组成的影响 辛酸与丙二醇在脂肪酶的作用下，生成单辛酸丙二醇酯与二辛酸丙二醇酯，两者的相对含量随反应时间而变化。考察反应时间对反应产物组成的影响，辛酸与丙二醇摩尔比为2:1，加酶量为丙二醇质量的1%,50下进行反应!每隔1d取样进行GC分析，测定反应物中单辛酸丙二醇酯与二辛酸丙二醇酯的相对含量，结果如下图所示。 由图可知，随着反应的进行，反应物中单辛酸丙二醇酯的含量先增加后逐渐降低，反应1d时单辛酸丙二醇酯的含量达最高为42.5%，随后逐渐降低。而二辛酸丙二醇酯的含量随反应时间的延长逐渐增加，反应7d达85.6%继续延长反应变化不大。参考文献：沈树