【正文】 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。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）。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）。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）。他們還建立了雙酶催化體系（圖 230）。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。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）。作者篩選了一系列酶，溶劑等條件。首先，漆酶催化氧化苯酚生成鄰二苯醌。 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。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?。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）。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 28 青霉素G ?；复呋膭e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）。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。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。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)。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。串聯(lián)反應(yīng)可以由簡(jiǎn)單原料經(jīng)過多個(gè)化學(xué)鍵形成來得到目標(biāo)產(chǎn)物。 (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。 (d) O Khersonsky, C Roodveldt and D. S Tawfik, Curr. Opin. Chem. Biol., 2006, 10, 498。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了脂肪酶具有催化串聯(lián)的親核加成消去Michael加成反應(yīng)的新功能，考察了酶源、反應(yīng)介質(zhì)、混合溶劑的比例、酶濃度、溫度、反應(yīng)時(shí)間、底物結(jié)構(gòu)對(duì)脂肪酶催化該串聯(lián)反應(yīng)的影響。Wong[21]課題組與Richter[22]課題組通過控制各步反應(yīng)條件，利用多酶催化的功能來合成多種糖類衍生物。Huerta課題組[13]報(bào)道了α羥基酯化合物的動(dòng)力學(xué)拆分可以通過脂肪酶Pseudomonas cepacia和釕催化劑的組合來實(shí)現(xiàn)，得到較高的產(chǎn)率和ee值。 cocatalyze.目錄目錄獨(dú)創(chuàng)性聲明 i摘要 iiAbstract iii第一章 緒論 1 酶催化多功能性的研究 1 酶催化多組分串聯(lián)反應(yīng) 1 小分子對(duì)酶促反應(yīng)的調(diào)控 2 本論文的研究目的與內(nèi)容 2第二章 酶催化多功能性與酶催化串聯(lián)方法研究進(jìn)展 4 酶的催化多功能性 4 脂肪酶的催化多功能性 4 蛋白酶的催化多功能性 7 ?；复呋映煞磻?yīng) 7 酯酶催化氧化反應(yīng) 9 轉(zhuǎn)氨酶的催化多功能性 10 其他酶的催化多功能性 10 酶促串聯(lián)反應(yīng) 11 12 多酶催化串聯(lián)反應(yīng) 14 18 22 22 23 24第三章 水解酶催化FriedelCraft反應(yīng)及其串聯(lián)反應(yīng) 30 實(shí)驗(yàn)部分 30 實(shí)驗(yàn)試劑 30 實(shí)驗(yàn)儀器與方法 31 合成FriedelCrafts產(chǎn)物的表征 32 合成雙分子吲哚衍生物的表征 35 39 39 水解酶催化FriedelCrafts烷基化反應(yīng) 40 酶源對(duì)FriedelCrafts烷基化反應(yīng)的影響 41 脂肪酶催化FriedelCrafts烷基化反應(yīng)的條件優(yōu)化 42 44 47 脂肪酶催化醛與吲哚衍生物的串聯(lián)反應(yīng) 48 48 水解酶催化雙分子吲哚與醛的串聯(lián)反應(yīng) 48 酶源對(duì)吲哚與對(duì)硝基苯甲醛串聯(lián)反應(yīng)的影響 50 反應(yīng)條件對(duì)水解酶催化吲哚與醛串聯(lián)反應(yīng)的影響 50 53 56 本章小結(jié) 58第四章 D氨基酰化酶與N雜環(huán)催化ClaisenSchmidt反應(yīng) 61 61 實(shí)驗(yàn)部分 62 實(shí)驗(yàn)試劑 62 實(shí)驗(yàn)儀器與方法 63 咪唑與D氨基?；复呋疌laisenSchmidt反應(yīng) 64 68 68 有機(jī)溶劑對(duì)ClaisenSchmidt反應(yīng)的影響 69 添加劑對(duì)ClaisenSchmidt反應(yīng)的影響 69 添加劑與酶的比例對(duì)ClaisenSchmidt反應(yīng)的影響 70 反應(yīng)時(shí)間對(duì)ClaisenSchmidt反應(yīng)的影響 71 優(yōu)化后的?；复呋疌laisenSchmidt反應(yīng)條件 72 N雜環(huán)化合物調(diào)節(jié)?；复呋铣搔? β不飽和羰基化合物 72 724. 73 ?；概c咪唑催化Claisenschmidt反應(yīng)的機(jī)理 74 酶活性中心催化驗(yàn)證 74 反應(yīng)機(jī)理 75 本章小結(jié) 76第五章 酰化酶催化醛酮多步串聯(lián)合成環(huán)己烯酮衍生物 78 78 實(shí)驗(yàn)部分 79 實(shí)驗(yàn)試劑 79 實(shí)驗(yàn)儀器與方法 80 D氨基?；概c咪唑催化串聯(lián)反應(yīng)合成環(huán)己烯酮衍生物 81 合成化合物的表征 83 催化劑對(duì)醛酮串聯(lián)反應(yīng)的影響 86 86 添加劑對(duì)醛酮串聯(lián)反應(yīng)的影響 87 試驗(yàn)條件對(duì)該串聯(lián)反應(yīng)的影響 87 有機(jī)溶劑對(duì)醛酮串聯(lián)反應(yīng)的影響 87 丙酮的量對(duì)醛酮串聯(lián)反應(yīng)的影響 88 添加劑與酶的比例對(duì)醛酮串聯(lián)反應(yīng)的影響 88 優(yōu)化后的?；复呋┩?lián)反應(yīng)的條件 89 N雜環(huán)化合物調(diào)節(jié)?；复呋铣森h(huán)己烯酮衍生物 90 905. 91 酰化酶與咪唑催化醛酮串聯(lián)反應(yīng)的機(jī)理假設(shè) 92 酶活性中心催化驗(yàn)證 92 反應(yīng)機(jī)理 92 本章小結(jié) 93第六章 總結(jié) 95攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文 97致 謝 98第一章 緒論第一章 緒論酶作為一種高效的、對(duì)環(huán)境友好的催化劑已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于有機(jī)合成[1af]。本論文總共合成了74種化合物，產(chǎn)物經(jīng)IR，1HNMR, 13CNMR，GCMS，HRMS等手段表征分析和驗(yàn)證。并通過無酶，BSA及失活的PPL來驗(yàn)證酶活性中心的催化作用，提出了可能的催化機(jī)理。碩 士 學(xué) 位 論 文論文題目: 水解酶的催化多功能性及其串聯(lián)方法的研究作者姓名 陳 香 指導(dǎo)教師 林 賢 福 教 授 學(xué)科(專業(yè)) 應(yīng) 用 化 學(xué) 所在學(xué)院 理 學(xué) 院 提交日期 2011 年 1 月 碩士學(xué)位論文水解酶的催化多功能性及其串聯(lián)方法的研究作 者： 陳 香導(dǎo) 師：林賢福 教授二○一一年一月中國(guó) 論文研究了脂肪酶催化FriedelCrafts烷基化反應(yīng)的新功能，考察了反應(yīng)條件，包括反應(yīng)時(shí)間、酶源、溶劑、底物的比例、酶濃度、溫度、底物結(jié)構(gòu)對(duì)脂肪酶催化FriedelCrafts烷基化反應(yīng)的影響，合成了15種吲哚衍生物?？疾炝朔磻?yīng)條件：酶源、溶劑、添加劑、酶與添加劑的比例、底物結(jié)構(gòu)對(duì)?；概c咪唑催化串聯(lián)Aldol縮合消去Michael加成分子內(nèi)Aldol縮合消去反應(yīng)的影響，并提出了可能的反應(yīng)機(jī)理。 multifunction。Kroutil[12]課題組利用金屬與酶的的組合來實(shí)現(xiàn)串聯(lián)的氧化與非對(duì)稱還原反應(yīng)。Ragauskas和Witayakran[20]也報(bào)道了苯并呋喃衍生物可以通過雙酶體系來合成。研究了脂肪酶催化FriedelCrafts烷基化反應(yīng)的新功能，考察了反應(yīng)條件，包括反應(yīng)時(shí)間、酶源、溶劑、底物的比例、酶濃度、溫度、底物結(jié)構(gòu)對(duì)脂肪酶催化FriedelCrafts烷基化反應(yīng)的影響。 (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。 (b) M Krausser, W Hummel, H Groger. Eur. J. Org. Chem. 2007, 5175。最近的研究表明部分酶還具有催化多功能性，即許多酶能夠在主反應(yīng)的活性位點(diǎn)催化第二種反應(yīng)，而且越來越多的研究表明催化多功能性普遍存在。 脂肪酶的催化多功能性脂肪酶是一類來源比較廣泛，商業(yè)上易得的生物催化劑，目前有些脂肪酶催化的有機(jī)反應(yīng)已經(jīng)成功應(yīng)用于工業(yè)化的生產(chǎn)中。在異丙醚中，該反應(yīng)可以得到馬氏（Markovnikov）加成產(chǎn)物。Gotor課題組在對(duì)水解酶研究中，發(fā)現(xiàn)水解酶Chirazyme L2[7]可以催化二級(jí)胺與丙烯腈的Michael加成反應(yīng)（圖24）。Berglund 和Brinck都報(bào)道了己醛或丙醛的aldol反應(yīng)可以用CAL B在環(huán)己烷中催化進(jìn)行 [9ab]。圖 27 脂肪酶催化嘧啶與丙烯酰氧基丙酸乙烯酯的Michael加成反應(yīng) 蛋白酶的催化多功能性Lee[13]報(bào)道了在水相中糜蛋白酶可以先催化三甲氧基硅烷的水解，然后催化產(chǎn)物的縮合得到硅醚（圖 28）。嘧啶類、唑類、嘌呤類等氮雜環(huán)化合物都可以做該反應(yīng)底物，潛在生物活性的氮雜環(huán)衍生物可以利用D氨基?；复呋铣傻玫?。圖 212 D氨基?；复呋?硝基苯甲醛與硝基乙烷的 Henry反應(yīng)依據(jù)D氨基?；复呋疢arkovnikov加成反應(yīng)的機(jī)理，我們課題組推測(cè)鋅離子依賴型的酰化酶還應(yīng)該具有催化Michael加成的功能。接著Ohta課題組[23]報(bào)道了芳基丙二酸酯脫羧酶可以催化aldol反應(yīng)，他們?cè)谠囼?yàn)中發(fā)現(xiàn)酶的催化新功能與天然活性都經(jīng)歷一個(gè)烯醇負(fù)離子的中間體。隨著蛋白質(zhì)工程和酶促多功能性研究的不斷深化，酶在不對(duì)稱合成及生命體系中必定會(huì)取得更大突破。圖 221 單酶催化羥基化氧化DielsAlder的串聯(lián)反應(yīng) Beifuss課題組[33]在研究漆酶時(shí)發(fā)現(xiàn)：漆酶可以催化串聯(lián)的氧化Michael加成氧化Michael加成反應(yīng)生成一系列苯并呋喃類衍生物（圖 222）。圖 224 單酶催化?；疢ichael的串聯(lián)反應(yīng)四川大學(xué)的余孝其[36]課題組在研究水解酶的多功能性時(shí)發(fā)現(xiàn)水解酶可以催化氨，醛和丙酮三組分一鍋法的Mannich反應(yīng)（圖 225）。作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)在第二步中加入弱酸時(shí)可以明顯地加速該反應(yīng)。潛手性的α氯代酮經(jīng)過醇脫氫酶立體選擇性還原生成鹵代醇，然后由鹵代醇脫鹵酶催化非立體選擇性消去氯化氫，生成相應(yīng)的(R)或(S)環(huán)氧化合物[39]。這種方法能夠制備光學(xué)純的苯基1，2二羥基苯乙烷的衍生物。圖232 L蘇氨酸醛縮酶和 L酪氨酸脫羧酶催化串聯(lián)反應(yīng)合成2氨基1苯基乙醇 LopezGallego課題組[44]發(fā)現(xiàn)cephalosporin C的轉(zhuǎn)化可以通過D氨基酸氧化酶和過氧化物酶的組合來實(shí)現(xiàn)，這就避免了反應(yīng)中生成過氧化氫，也就避免了由氧化氫引起氧化酶的失活。圖234 三酶一鍋法合成糖類衍生物 Sheldon[49]等人發(fā)現(xiàn)5脫氧乙基D木糖可以利用4種酶來催化丙三醇的磷酸化、氧化、羥醛縮合及去磷酸化四步反應(yīng)來合成。m等人報(bào)道了脂肪酶催化Henry反應(yīng)與酯交換的串聯(lián)一鍋法 [53]。圖238 動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)立體選擇性合成腈醇 Park 和 Kim等人建立了手性胺的高效合成的方法[56]，它是以酮肟為起始原料一鍋法來合成得到。De Vos[59ab] 等人組合了酶和鎳或鈷催化劑來實(shí)現(xiàn)胺類化合物的動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分（圖 240）。首先，苯甲醛衍生物與Wittig試劑反應(yīng)生成烯酮。圖 243 在超臨界二氧化碳和水兩相中的化學(xué)酶促串聯(lián)反應(yīng)Janssen課題組發(fā)現(xiàn)，一些金屬試劑不會(huì)引起酶的失活，他們組合鹵化氫脫鹵酶和硫酸銅催化劑成功的催化環(huán)氧化物的開環(huán)反應(yīng)與【3+2】疊氮烷的環(huán)加成反應(yīng)，成功的合成了高手性的三唑醇[64]。該過程操作簡(jiǎn)便，不需要中間體的分離和任何保護(hù)/去保護(hù)的措施（圖 246）。酶促多功能性的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步提高酶在有機(jī)合成中的應(yīng)用，并成為研究熱點(diǎn)。Park和Kazlauskas發(fā)現(xiàn)并證明了Cantarctica 脂肪酶對(duì)葡萄糖具有區(qū)域選擇性[70]，在1(2甲氧基乙基)3甲基咪唑啉四氟硼酸酯([MOEMIM]BF4)中酶催化該反應(yīng)得到的幾乎是6?；a(chǎn)物。研究表明，改變反應(yīng)的條件能夠提高酶促反應(yīng)的立體選擇性或改變酶對(duì)底物構(gòu)型的選擇性。作者考察了一系列冠醚和幾種聚醚發(fā)現(xiàn)，在添加苯丙冠醚、氮雜冠醚和硫雜冠醚時(shí)，脂肪酶催化的水解反應(yīng)的立體選擇性可以明顯提高。作者還系統(tǒng)的地考察了pKa 值對(duì)脂肪酶的立體選擇性的影響。堿絡(luò)