【正文】 (b) S BringerMeyer, H Sahm. Biocatalysis, 1988, 1, 321。 (b) P F. Mugford, V P. Magloire, R J. Kazlauskas. J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 6536。許建和等人研究酶促拆分酮洛芬酯的過程時，考察了不同的表面活性劑對酶促反應(yīng)的影響[86]。例如，辣根過氧化物酶（HRP）可以催化非手性的氧化反應(yīng)。首先，將底物與苯甲酸結(jié)合成體積龐大的鹽，而該鹽對兩種對映體的反應(yīng)活性都降低，但對于R對映體活性的降低更加明顯，因此，E值可以提高四倍。Quiros等人在脂肪酶可以通過在介質(zhì)中加入一系列胺和固相緩沖劑來控制?；磻?yīng)[80]。圖252 脂肪酶催化脂的拆分Tsukube等人研究發(fā)現(xiàn)脂肪酶催化的水解反應(yīng)的速率和立體選擇性可以通過加入冠醚來改變 [77]。 當(dāng)反應(yīng)發(fā)生在DMF中，CALB可以催化高選擇性地硫醇與羧酸乙烯酯的antiMarkovnikov加成，當(dāng)反應(yīng)介質(zhì)變?yōu)楫惐褧r，CALB選擇Markovnikov加成反應(yīng)（圖 250）。因而可以通過改變反應(yīng)溶劑或調(diào)節(jié)酶的催化中心來影響底物在酶中位置，來調(diào)控反應(yīng)的區(qū)域選擇性。但是現(xiàn)有的酶促反應(yīng)類型不多，這對于有機合成來說存在著巨大的不足。首先，甘露糖經(jīng)甘露糖氧化酶氧化、其次是脯氨酸脫水。其次，H2O2進入水相時，氯過氧化物酶可以催化H2O2與苯甲硫醚反應(yīng)生成光學(xué)純的手性化合物[63]。圖241 動態(tài)動力學(xué)拆分安息香 Gr246。Lee 和 B228。其次是脂肪酶 CALB 催化氰醇的酯化拆分（圖 238）。利用化學(xué)法對沒有反應(yīng)的底物進行消旋化，再通過酶促選擇性來實現(xiàn)動態(tài)動力學(xué)拆分，理論上能夠得到光學(xué)純的產(chǎn)物。aJunceda[47]等人將二羥丙酮激酶、墨角藻糖1磷酸醛縮酶和乙酸激酶組合到一起，完成了二羥丙酮磷酸酯依賴性醛縮酶催化二羥丙酮為起始原料的兩步一鍋法反應(yīng)合成糖類衍生物（圖 234）。然后經(jīng)扁桃酸外消旋化酶催化沒有參與反應(yīng)的(R)扁桃酸消旋化，經(jīng)過四次循環(huán)，得到產(chǎn)率為 80%，ee 值為 98%的(S)O乙酰扁桃酸（圖 231）。圖 229 酶催化串聯(lián)反應(yīng)合成L苯基甘氨酸Li課題組建立一種兩步一鍋法雙酶串聯(lián)反應(yīng)。反應(yīng)中使用兩種不同立體選擇的醇脫氫酶就能夠?qū)崿F(xiàn)外消旋的醇全部轉(zhuǎn)化為單一構(gòu)型的醇。首先，水解酶MML可以催化鄰苯二胺與脂反應(yīng)生成酰胺的衍生物。圖 223 漆酶催化串聯(lián)的二羥基苯甲酸衍生物與芳香胺的反應(yīng)來合成環(huán)庚稀 我們課題組[35]發(fā)現(xiàn)Michael加成反應(yīng)與?；磻?yīng)串聯(lián)成一鍋反應(yīng)可以由堿性蛋白酶（來自Bacillus subtilius）來催化完成。其次，鄰苯二酚在酪氨酸酶的作用下進一步被氧化成鄰位苯醌。而來自于兩種細菌的異構(gòu)酶在pH= Michael加成反應(yīng)[29]等，酶的催化多功能性不但拓寬了生物催化劑在有機合成中的應(yīng)用，豐富了有機合成方法學(xué)，而且為生命體系中復(fù)雜分子的合成提供了一種高效、綠色的途徑。接著通過考察空白、失活酶、牛血清蛋白等催化對照實驗來驗證了谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的活性中心起到催化作用。一系列的硝基烷烴和醛可以做為該反應(yīng)底物，利用D氨基?；复呋铣梢幌盗芯哂袧撛谏锘钚缘南趸衔?。但是令人感到意外的是，酶催化反應(yīng)并沒有立體選擇性。根據(jù)催化三聯(lián)體理論，他們提出了催化機理。這個反應(yīng)的機理與Michael加成類似，都是通過形成烯醇式中間體進行的。他們將催化中心的絲氨酸突變成丙氨酸，實驗結(jié)果顯示突變酶催化活性提高了60多倍。CALB能夠催化乙烯酯與硫醇的加成反應(yīng)來合成硫醚類的化合物。 酶的催化多功能性酶的催化多功能性是指酶在其活性位點能夠催化不同化學(xué)反應(yīng)的能力，這些化學(xué)反應(yīng)可能在兩點上有所不同：(1)參與的官能團，即反應(yīng)過程中形成或斷裂的鍵不同；(2)可能的催化機理，即鍵形成或斷裂的過程不同。酶一直被認(rèn)為是一種快速、專一且只對一定底物或一類反應(yīng)具有高度識別的生物催化劑。 (b) W B. Wu, J M. Xu, Q Wu, D S. Lv, X F. Lin. Adv. Synth. Catal. 2006, 348, 487。參考文獻[1]. (a) R. J Kazlauskas, Curr. Opin. Chem. Biol., 2005, 9, 195。 本論文的研究目的與內(nèi)容本論文的研究目的是：通過研究酶的催化多功能性，認(rèn)識酶催化本質(zhì)，實現(xiàn)調(diào)控酶促反應(yīng)，并應(yīng)用于有機合成。我們課題組也利用單酶催化合成一系列含糖咪唑衍生物[19]及復(fù)雜的咪唑糖類復(fù)合物。不斷研究探索酶催化多功能性的機理，深入認(rèn)識酶催化的性質(zhì)，這將大大促進酶催化方法在綠色有機合成中應(yīng)用。 acylase。同時考察了酶源、溶劑、添加劑、反應(yīng)時間、底物結(jié)構(gòu)對?；概c咪唑催化反應(yīng)的影響；并合成了18種α, β不飽和羰基化合物。本人授權(quán) 浙江大學(xué) 可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得 浙江大學(xué) 或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。論文研究了N雜環(huán)化合物添加對酶促反應(yīng)的調(diào)控作用。113浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractEnzyme catalysis in organic synthesis had drawn an increasing number of chemist’s attention. Explore new function of enzymes。酶促一鍋法和酶促串聯(lián)反應(yīng)也逐漸成為研究的熱點。利用酶具有催化多種反應(yīng)的功能，以多步串聯(lián)和一鍋轉(zhuǎn)化的方式來實現(xiàn)多種生物活性化合物合成，這對有機合成方法學(xué)具有重要的意義。因而，利用單酶或多酶來探索新反應(yīng)的組合將會是一個新的領(lǐng)域。研究N雜環(huán)化合物對?；复呋喙δ苄缘恼{(diào)控作用，考察酶源、有機溶劑、各種N雜環(huán)化合物、N雜環(huán)化合物與酰化酶的比例、催化劑的量、反應(yīng)時間等因素對酶催化功能的影響。 (f) R Kourist, S Bartch, L Fransson, K Hult and U. T Bornscheuer, ChemBioChem., 2008, 9, 67.[2]. M Svedendahl, K Hult, P Berglund. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17988. [3]. O Torre, I Alfonso, V Gotor. Chem. Commun. 2004, 1724. [4]. I Alfonso, V Gotor. Chem. Soc. Rev. 2004, 33, 201. [5]. (a) S Akai, K Tanimoto, Y Kita. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 1407。misch, W Eisenreich, G Richter, A Bacher. J. Org. Chem. 2002, 67, 8890. [23]. (a) T Itoh, S H. Han, Y Matsushita, S Hayase. Green Chem. 2004, 6, 437。同時也能防止活潑或不穩(wěn)定中間產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的累積，加快反應(yīng)速度，提高最終產(chǎn)物的得率，進而得到一些常規(guī)方法難以合成的化合物。他們將CAL B上105位的絲氨酸突變成丙氨酸，從而實現(xiàn)了CAL B快速催化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)（如圖21）。中間體為：氧穴可以結(jié)合底物中的羰基，組氨酸與天冬氨酸協(xié)同奪取質(zhì)子。Berglund課題組還發(fā)現(xiàn)正己醛的羥醛縮合[8]反應(yīng)可以由CAL B催化發(fā)生（圖25）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在豬胰脂肪酶PPL的催化下，該反應(yīng)可以得到一定手性的產(chǎn)物，其ee值為43%（圖26）。在疏水性溶劑中，底物可以完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。首先，酶活性中心的一個鋅離子起到氧陰離子穴的作用，與乙烯酯中的羰基進行配位，從而影響乙烯酯的碳碳雙鍵的電荷分布，進而使得與氧相連的碳帶部分正電荷，羰基就被活化了，而這種正電荷更易于被親核進攻；其次，酶催化中心的天冬氨酸殘基奪取氮原子上的質(zhì)子，形成親核試劑，再加成到乙烯酯的α碳上。研究表明，由于?；磻?yīng)與過氧化反應(yīng)具有相同過渡態(tài)和酶酰基復(fù)合物中間體，從而導(dǎo)致了酯酶的催化多功能性（圖 214）。圖216 丙酮酸脫羧酶催化乙醛和苯甲醛的立體選擇性縮和反應(yīng)。在研究中發(fā)現(xiàn)絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶[30]能夠催化三種非天然的反應(yīng)， 包括氨基丙二酸酯的脫羧反應(yīng)、蘇氨酸的逆羥醛縮合反應(yīng)以及丙氨酸的消旋化反應(yīng)。再者，漆酶又催化氧化苯酚生成鄰二苯醌。并在此條件下合成了七種Mannich反應(yīng)產(chǎn)物。這種方法能夠制備光學(xué)純的R或S構(gòu)型的環(huán)氧化合物。圖 228 酶催化串聯(lián)反應(yīng)合成光學(xué)純β疊氮醇或β腈基醇Kroutil課題組還建立一種兩步一鍋法雙酶串聯(lián)反應(yīng)體系。反應(yīng)中使用兩種不同構(gòu)型選擇酶就可以實現(xiàn)將苯乙烯全部轉(zhuǎn)化為單一構(gòu)型的二醇，產(chǎn)率為95%，ee % 高達99%。首先，磷酸化酶催化二羥丙酮的磷酸化反應(yīng)生成二羥丙酮磷酸酯（DHAP）。 酶催化選擇性在串聯(lián)反應(yīng)中已經(jīng)展現(xiàn)出極大的應(yīng)用，很多課題組利用酶催化選擇性成功的合成了一系列復(fù)雜的化合物。該方法可以將消旋化的α氯醇轉(zhuǎn)化為光學(xué)純的α氯醇（圖 237）。在整個反應(yīng)過程中必須控制氫氣的壓力能夠得到光學(xué)純的產(chǎn)物。Huerta等人組合了脂肪酶[60]（來自Pseudomonas cepacia）和釕催化劑來實現(xiàn)α羥基酯的動力學(xué)拆分。如分別選用 R或 S構(gòu)型選擇的醇脫氫酶，可以得到一對對映異構(gòu)體。首先是鈀催化劑催化碘代的芳香化合物與丁烯酮的Heck反應(yīng)。首先是漆酶催化兒茶酚氧化生成苯醌。作者發(fā)現(xiàn)在CAL B在乙腈做溶劑，冠醚做添加劑的條件下可以催化該反應(yīng)發(fā)生脫羰基aldol的串聯(lián)反應(yīng)。宗敏華利用Pseudomonas cepacia脂肪酶催化氟尿苷的區(qū)域選擇性?；磻?yīng)[72]。酶催化該反應(yīng)的立體選擇性可以通過加入 LiCl來提高。在THF中，MβCD的添加可以提高枯草桿菌蛋白酶對sec苯乙醇的立體選擇性 [78]，且導(dǎo)致S對映體的反應(yīng)速率比 R對映體快約兩倍。如果在沒有添加劑，該反應(yīng)沒有任何立體選擇性。 圖253 脂肪酶催化脂的拆分Shin課題組報道在苯丙氨酸甲酯與(S)10樟腦磺酸絡(luò)合中，脂肪酶催化的苯丙氨酸甲酯與正丙醇的酯交換反應(yīng)的立體選擇性高達53[83]。 有些報道表明通過使用濃度較小的表面活性劑來改善酶的立體選擇性。 (c) D. M. Z Schmidt, E. C Mundorff, M Dojka, E Bermudez, J. E Ness, S Govindarajan, P. C Babbitt, J Minshull and J. A Gerlt, Biochemistry, 2003, 42, 8387.[2]. (a) O Khersonsky, C Roodveldt and D. S Tawfik, Curr. Opin. Chem. Biol., 2006, 10, 498。 (b) Y Cai, Q Wu, Y M. Xiao, D S. Lv, X F. Lin. J. Biotechnol., 2006, 121, 330。 T Purkarthofer, K Gruber, M GruberKhadjawi, K Waich, W Skranc, D Mink, H Griengl. Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 3454. [27]. B Behrouzian, P H. Buist, J Shanklin. Chem. Commun. 2001, 401. [28]. (a) B Behrouzian, B Dawson, P H. Buist, J Shanklin. Chem. Commun. 2001, 765。 (b)C Branneby, P Carlqvist, K Hult, T Brinck, P Berglund. Biochemistry, 2003, 42, 8633.[10]. Ch Li, Feng, N Wang, Y. J Zhou and X. Q Yu, Green Chem., 2008, 10, 616.[11]. J M. Xu, S P. Yao, W B. Wu, D S. Lv, X F. Lin. J. Mol. Catal. BEnzym. 2005, 35, 50.[12]. (a) O Torre, I Alfonso, V Gotor. Chem. Commun., 2004, 1724。參考文獻[1]. (a) R. J Kazlauskas, Curr. Opin. Chem. Biol., 2005, 9, 195。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]。（圖 253）。高pKa值的堿能夠明顯地加快反應(yīng)速率并能維持一個穩(wěn)定E值。環(huán)糊精也可以提高反應(yīng)速率及立體選擇性。Itoh課題組報道了在冠醚衍生物的動力學(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）。Kim研究發(fā)現(xiàn)四種單糖的酰化反應(yīng)可以利用CRL脂肪酶在離子液體中催化發(fā)生 [71]。隨著研究的進展，人們還發(fā)現(xiàn)有些小分子可以提高酶的活力及選擇新。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]。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）。其次，烯酮經(jīng)過醇脫氫酶催化轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物。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。他們在研究中組合了納米鈀和脂肪酶兩種催化劑來催化，首先，納米鈀能夠