【正文】 起到催化作用，提出了反應(yīng)的機(jī)理。 (d) O Khersonsky, C Roodveldt and D. S Tawfik, Curr. Opin. Chem. Biol., 2006, 10, 498。 (b) Qian C, Xu J M, Wu Q, Lv D S, Lin X F. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 6100. [9]. J M. Xu, F Zhang, B K. Liu, Q Wu, X F. Lin. Chem. Commun. 2007, 2078. [10]. (a) W B. Wu, N Wang, J M. Xu, Q Wu, X F. Lin. Chem. Commun. 2005, 2348。 (c) E Burda, W Hummel, H Groger. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 9551. [15]. (a)F Zheng, W C. Yang, M C. Ko, J J. Liu, H Cho, D Q. Gao, M. Tong, H H. Tai, J H. Woods, C G. Zhan. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12148。它具有選擇性高、條件溫和、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，因而吸引了化學(xué)、化工、制藥、材料等眾多領(lǐng)域研究學(xué)者的興趣。串聯(lián)反應(yīng)可以由簡單原料經(jīng)過多個(gè)化學(xué)鍵形成來得到目標(biāo)產(chǎn)物。本章主要針對(duì)酶的催化多功能性研究、小分子調(diào)控酶促混亂性的研究以及單酶參與的串聯(lián)反應(yīng)在有機(jī)合成中的應(yīng)用及化學(xué)/酶促法催化串聯(lián)反應(yīng)。因此，對(duì)于脂肪酶的研究也備受關(guān)注[3ac]，從而脂肪酶催化多功能性也不斷被報(bào)道出來。圖21 CALB突變酶催化的1,3二羰基化合物與α,β不飽和羰基化合物的Michael加成反應(yīng)我們課題組研究發(fā)現(xiàn)CALB也可以催化CS鍵的生成的新功能[5]。然而當(dāng)該反應(yīng)在DMF中進(jìn)行時(shí)，CALB可以催化二者發(fā)生反馬氏（antiMarkovnikov）加成反應(yīng)。根據(jù)這一理論，他們采取突變的方法來提高酶的催化效率。更有趣的是他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)環(huán)戊胺的活性要大于環(huán)己胺，而環(huán)己胺的活性要大于二乙胺的活性。實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明，用丙氨酸代替絲氨酸后羥醛縮合反應(yīng)活性大約增加了2倍。將酶中丙氨酸突變?yōu)榻z氨酸后，反應(yīng)的活性提高了4倍，但是這個(gè)反應(yīng)并沒有立體選擇性。Gotor[12ab]課題組發(fā)現(xiàn)仲胺與丙烯腈反應(yīng)可以用CAL B在甲苯中催化進(jìn)行，結(jié)果顯示CAL B具有很好的Michael加成活性。圖 28 青霉素G 酰化酶催化的別嘌醇與乙烯酯的Markovnikov 加成反應(yīng)我們課題組[14ac]研究非水介質(zhì)酶促反應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在有機(jī)溶劑中，咪唑與丙烯酸甲酯的Michael加成反應(yīng)可以用枯草桿菌蛋白酶進(jìn)行催化（圖 29）。接著通過考察空白、失活酶、牛血清蛋白等催化對(duì)照實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證青霉素 G 酰化酶的活性中心起到催化作用。我們同樣通過無酶、失活酶、牛血清蛋白催化及活性位點(diǎn)抑制的對(duì)照實(shí)驗(yàn)證明了Markovnikov加成是酶催化過程。圖 211 D氨基酰化酶催化的 Markovnikov 加成反應(yīng)的推測(cè)機(jī)理 我們還針對(duì)D氨基?；刚归_了進(jìn)一步的研究，發(fā)現(xiàn)了D氨基?；敢材艽呋继兼I的Henry反應(yīng)[17]。我們進(jìn)而設(shè)計(jì)了一些試驗(yàn)來驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果正與我們的推測(cè)一致，氮雜環(huán)化合物與丙烯酸酯的碳氮鍵的Michael加成反應(yīng)[18]可以利用D氨基酸?；缸龃呋瘎﹣韺?shí)現(xiàn)，以及1,3二羰基化合物與共軛稀醛或稀酮的碳碳鍵的Michael加成（圖 213）。 轉(zhuǎn)氨酶的催化多功能性西南大學(xué)的He課題組針對(duì)轉(zhuǎn)氨酶進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶可以催化硝基烷烴與醛的Henry反應(yīng)[21]，得到了Henry反應(yīng)產(chǎn)物（圖 215），利用該酶能夠高效地催化硝基烷烴和一系列不同結(jié)構(gòu)的芳香醛發(fā)生Henry反應(yīng)， 且研究了醛的結(jié)構(gòu)對(duì)酶促Henry反應(yīng)的影響。而酵母丙酮酸酯脫羧酶能夠催化乙醛和苯甲醛的aldol反應(yīng)，生成(R)苯基乙?；状肌Ｑ芯堪l(fā)現(xiàn) Br, Cl, I, CN, NO2, N3, OCN, SCN和 HCOO等9個(gè)負(fù)離子都可以作為親核試劑，而含硫化合物、二價(jià)的負(fù)離子和非離子的伯醇和氨類則不能反應(yīng)，這表明酶只能接受線型的一價(jià)負(fù)離子作為底物（圖 218）圖 218 鹵代醇脫鹵酶催化的環(huán)氧開環(huán)反應(yīng) Griengl 課題組報(bào)道了第一個(gè)生物催化的不對(duì)稱Henry反應(yīng)[26]，他們發(fā)現(xiàn)硝基甲烷和苯甲醛的不對(duì)稱Henry反應(yīng)可以被醇腈裂合酶(來源于 Hevea brasiliensis)催化，在室溫條件下及PBS 緩沖液和TBME 混合溶液中反應(yīng) 48 小時(shí)，產(chǎn)率可以達(dá)到 63%，ee值為 92%（圖 219）圖219 HbHNL催化硝基甲烷與醛的加成反應(yīng)許多課題組在研究中發(fā)現(xiàn)9硫代和10硫代硬脂酸酯類化合物的磺化氧化反應(yīng) [27]和9氟代硬脂酸酯類化合物的羥基化反應(yīng)[28]可以通過去飽和酶催化得到。 酶促串聯(lián)反應(yīng)串聯(lián)反應(yīng)因其高效、多樣的合成優(yōu)勢(shì)備受化學(xué)家青睞。首先，是由酪氨酸酶催化苯酚羥基化生成鄰苯二酚。首先，漆酶催化氧化苯酚生成鄰二苯醌。機(jī)理如下：圖 222 漆酶催化串聯(lián)反應(yīng)的可能機(jī)理 Hahn課題組[34]在研究漆酶的性質(zhì)時(shí)也發(fā)現(xiàn)它可以催化二羥基苯甲酸衍生物與芳香胺的雙組分多鍵形成反應(yīng)，合成了一系列的六圓環(huán)到八圓環(huán)的藥物中間體（圖 223）。作者篩選了一系列酶，溶劑等條件。圖 225 水解酶MML在水相中催化Mannich反應(yīng)同樣是余孝其課題組[37]在研究中還發(fā)現(xiàn)水解酶可以催化鄰苯二胺和脂類反應(yīng)生成2烷基苯并咪唑（圖 226）。圖 226 酶催化串聯(lián)反應(yīng)合成2烷基苯并咪唑 多酶催化串聯(lián)反應(yīng)Kroutil課題組建立一種兩步一鍋法雙酶串聯(lián)反應(yīng)（圖 227）。即一個(gè)酶催化醇的氧化反應(yīng)，另一個(gè)酶催化酮的還原反應(yīng)。該環(huán)氧化物在鹵代醇脫鹵酶的作用下，由親核試劑進(jìn)攻環(huán)氧化合物來合成手型的醇。這種方法能夠制備光學(xué)純的苯甘氨酸（圖 229）。他們還建立了雙酶催化體系（圖 230）。在異丙醚中，脂肪酶Pseudomonas sp能夠催化扁桃酸的?；鸱諿42]。Nakano 等人報(bào)道了糖苷化反應(yīng)與聚合反應(yīng)串聯(lián)反應(yīng)可以利用糖苷轉(zhuǎn)移酶和葡萄糖氧化酶的組合來催化完成[45]，得到產(chǎn)物的分子量分布為 （圖 233）。在糖類化合物的合成中，Garc237。文中報(bào)道可以通過調(diào)節(jié)pH來控制肌醇六磷酸酶的催化活性（圖 235）?；瘜W(xué)法又可以與酶催化串聯(lián)來解決酶促拆分時(shí)只有一半的底物轉(zhuǎn)化的問題。由于Henry是個(gè)可逆反應(yīng)，因而該反應(yīng)過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)的拆分過程，該反應(yīng)最終得到高光學(xué)純的β硝基醇衍生物（圖 236）。首先是化學(xué)法得到外消旋化的氰醇。他們?cè)谘芯恐薪M合了納米鈀和脂肪酶兩種催化劑來催化，首先，納米鈀能夠催化酮肟的加氫反應(yīng)生成胺來實(shí)現(xiàn)胺的消旋化過程。金屬催化劑具有較好的消旋化作用，酶促反應(yīng)又具有非常高的立體選擇性，如若二者結(jié)合，就可以得到理想的效果。經(jīng)過組合酶和鎳或鈷催化消旋與?；拇?lián)反應(yīng)得到100%產(chǎn)率和 100% ee 值。Alcantara 課題組發(fā)現(xiàn)安息香的動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分可以利用Pseudomonas stutzeri脂肪酶和釕催化劑的組合[61]來完成，底物的轉(zhuǎn)化率可以提高到90%，產(chǎn)物的 ee 值仍舊保持不變（圖 241）。其次，烯酮經(jīng)過醇脫氫酶催化轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物。接著他們又組合鈀和酶催化的Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)與還原反應(yīng)相結(jié)合，來一鍋法制備高光學(xué)純的聯(lián)芳基手性醇（圖 242）圖242 Wittig反應(yīng)與酶促還原串聯(lián)合成烯丙醇 Leitner課題組首先利用Pd在超臨界CO2中催化H2與O2生成H2O2。這一發(fā)現(xiàn)激發(fā)了酶與金屬組合催化串聯(lián)反應(yīng)的研究（圖 244）。圖245 Heck反應(yīng)與酶促還原串聯(lián)合成烯丙醇 Schoevaart等人發(fā)現(xiàn)在水相中組合Pd/C和D甘露糖氧化酶來一鍋法合成甲基4脫氧6醛基D葡萄糖苷[66ab]。Paizs課題組利用醛與Wittig試劑反應(yīng)，得到的產(chǎn)物再經(jīng)豬肝酯酶和苯丙氨酸銨裂解酶的催化來合成天然和非天然的L芳基丙氨酸[67]。圖 247 兒茶酚與 1,3二羰基化合物的串聯(lián)反應(yīng) 酶促反應(yīng)具有條件溫和性，未來將代替現(xiàn)有的化學(xué)法來減少對(duì)環(huán)境的污染。隨著研究的進(jìn)展，人們還發(fā)現(xiàn)有些小分子可以提高酶的活力及選擇新。圖 248 水解酶催化脫羰基的aldol反應(yīng)和脫羰基的Knoevenagel反應(yīng)底物在酶催化中心的取向能夠決定酶促反應(yīng)的區(qū)域選擇性。Kim研究發(fā)現(xiàn)四種單糖的?；磻?yīng)可以利用CRL脂肪酶在離子液體中催化發(fā)生 [71]。圖 249 脂肪酶催化氟尿苷的區(qū)域選擇性?；磻?yīng)我們課題組利用溶劑來調(diào)控脂肪酶催化硫醇與羧酸乙烯酯的區(qū)域選擇性加成反應(yīng)，完成了antiMarkovnikov加成與Markovnikov加成反應(yīng)[73]。Itoh課題組報(bào)道了在冠醚衍生物的動(dòng)力學(xué)拆分[74]中，通過加入鈉離子可以增加lipasePS在催化外消旋反應(yīng)速度和立體選擇性（圖 251）。對(duì)于lipase MY[76]的動(dòng)力學(xué)研究表明，R型的初始速率明顯加快，由于受到了LiCl 的抑制作用，S型的對(duì)映體的初始速率減慢（圖 252）。環(huán)糊精也可以提高反應(yīng)速率及立體選擇性。Kim課題組在研究酶促立體選擇性水解外消旋的酮洛芬乙酯時(shí)[79]，發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)體系中加入手性的環(huán)糊精，對(duì)映體過量值和轉(zhuǎn)化率大大提高了。高pKa值的堿能夠明顯地加快反應(yīng)速率并能維持一個(gè)穩(wěn)定E值。 Klibanov等人發(fā)現(xiàn)，Pseudomonas cepacia脂肪酶在多種溶劑中催化苯丙氨酸甲酯和正丙醇的酯交換反應(yīng)[82]。（圖 253）?？赡婷附j(luò)合物的形成也能夠影響酶的反應(yīng)活性。在體積更大的異羥肟酸衍生物下，HRP的立體選擇性可提高到10倍[84]。當(dāng)加入SDS時(shí)。參考文獻(xiàn)[1]. 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