【正文】 224）。最后，苯醌與烯烴化合物發(fā)生DielsAlder反應(yīng)得到最終產(chǎn)物。對(duì)現(xiàn)有酶活性位點(diǎn)進(jìn)行一定程度的人工修飾，能夠得到新的多功能性酶或者創(chuàng)造出以多功能性為主要活性的酶。圖 215 酶催化4硝基苯甲醛與硝基甲烷的Henry 反應(yīng) 其他酶的催化多功能性早在1921 年Neuberg和Hirsch[22ac]這兩位科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)酵母全細(xì)胞能夠催化額外的反應(yīng)（圖216）。我們同樣通過無酶、失活酶和牛血清蛋白催化的對(duì)照實(shí)驗(yàn)證明了Henry反應(yīng)是酶催化過程（圖 212）。圖 210 青霉素 G?；复呋膭e嘌醇與乙烯酯的 Markovnikov 加成反應(yīng)我們還針對(duì)其他的?；刚归_了研究，發(fā)現(xiàn)了碳氮鍵的Markovnikov加成反應(yīng)可以用活性中心含有兩種鋅離子的D氨基?；复呋M(jìn)行[16ab]。酶中的組氨酸殘基和天冬氨酸殘基協(xié)同負(fù)責(zé)質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，催化中心的陰離子穴可以結(jié)合腈基用于穩(wěn)定過渡態(tài)。圖25 水解酶催化正己醛的aldol反應(yīng)。圖23 甲基硫醇與丙烯醛的Michael 加成反應(yīng)中計(jì)算的模型。非常有趣的是硫醇的加成位置可以通過反應(yīng)的溶劑來調(diào)控（如圖22）。大多數(shù)催化多功能性的例子都包含以上兩點(diǎn)，酶的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和進(jìn)化過程中的不完美控制都可能賦予酶的新催化功能。越來越多具有高立體選擇性的酶被廣泛應(yīng)用于多種有機(jī)化合物的合成中[2ac]。 (c) W B. Wu, J M. Xu, Q Wu, D S. Lv, X F. Lin. Synlett 2005, 2433. [11]. J. L Wang, X Li, H. Y Xie, B. K Liu, X. F Lin, Journal of Biotechnolgy, 2010, 145, 240.[12]. F G. Mutti, A Orthaber, J H. Schrittwieser, J G. Vries, R Pietschnig and W Kroutil. Chem. Commun., 2010, 46, 8046.[13]. F F. Huerta, Y R S. Laxmi, J E. Backvall. Org. Lett., 2000, 2, 1037.[14]. (a) A N. Parvulescu, P A. Jacobs, D E. De Vos. Adv. Synth. Catal. 2008, 350, 113。 (b) P Berglund and S Park, Curr. Org. Chem., 2005, 9, 325。為此，論文將圍繞以下內(nèi)容開展研究。在利用串聯(lián)來合成碳水類方面，多酶已經(jīng)展現(xiàn)出很大的優(yōu)勢和潛力。 酶催化多組分串聯(lián)反應(yīng)串聯(lián)反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)從簡單的原料出發(fā)合成復(fù)雜的功能分子，酶聯(lián)合化學(xué)催化劑來催化串聯(lián)反應(yīng)是個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性方法。 tandem。論文通過調(diào)控酰化酶與咪唑共同催化催化芳香醛與酮的Aldol縮合消去Michael加成分子內(nèi)Aldol縮合消去串聯(lián)反應(yīng)活性，合成了15種新穎的環(huán)己烯酮衍生物。 （保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書） 學(xué)位論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 簽字日期： 學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向： 工作單位： 電話： 通訊地址： 郵編：i摘要摘要酶催化有機(jī)合成方法的研究越來越受化學(xué)家關(guān)注，探索酶催化的新功能，調(diào)控酶促反應(yīng)，通過酶催化多功能性來設(shè)計(jì)串聯(lián)反應(yīng)新方法新途徑；為化學(xué)的綠色合成提供更有價(jià)值的新思路、新技術(shù)。 杭州M. S. DissertationStudy on the Catalytic Promiscuity of Hydrolase and Tandem Reaction Author: Xiang ChenAdvisor: Prof. Xianfu Lin Chemistry Department, Zhejiang UniversityJan 2011Hangzhou China獨(dú)特性聲明附件3：獨(dú)創(chuàng)性聲明與版權(quán)使用授權(quán)書獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。論文研究了脂肪酶催化的親核加成消去Michael加成串聯(lián)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，結(jié)果表明：在水與二氧六環(huán)比例為4/1的混合溶劑中，脂肪酶PPL可以催化醛與吲哚的串聯(lián)反應(yīng)，合成了26種雙分子吲哚衍生物。關(guān)鍵詞：脂肪酶、酰化酶、串聯(lián)反應(yīng)、多功能性、共同催化。對(duì)酶促反應(yīng)的研究也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槊复俚亩喙δ苄院驼{(diào)控酶促反應(yīng)。酶促化學(xué)法即可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分[14ac]，又可以用于手性合成[15ab]。酶催化串聯(lián)反應(yīng)具有條件溫和，環(huán)境友好等優(yōu)勢。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。 (e) G. H Dijoux, M. M Elenkov, J. H. L Spelberg, B Hauer and D. B Janssen, ChemBioChem., 2008, 9, 1048。 (b)G J. Williams, T. L Woodhall, M Farnsworth, A Nelson, A Berry. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16238.[16]. K Li, T He, Ch Li, X. W Feng, N Wang and X. Q Yu, Green Chem., 2009, 6, 777.[17]. X W. Feng, Ch Li, N Wang, K Li, W W. Zhang, X Q. Yu. Green Chem., 2009, 11, 1933.[18]. M. Rusch gen Klaas, M. Kunz, S. Warwel, J. Mol. Catal. B: Enzym., 1999, 7, 283.[19]. S P. Yao, D S. Lu, Q Wu, Y Cai, S H. Xu, X F. Lin. Chem. Commun. 2004, 2006. [20]. S Witayakran, A J. Ragauskas. Eur. J. Org. Chem. 2009, 3, 358. [21]. D Franke, T Machajewski, C C. Hsu, C H. Wong. J. Org. Chem. 2003, 68, 6828. [22]. W R246。該方法減少中間產(chǎn)物的分離步驟，簡化反應(yīng)操作的過程。首次報(bào)道了酶促CC鍵Michael加成反應(yīng)的是Berglund[4]課題組。圖22 脂肪酶催化硫醇與乙烯酯的反應(yīng)Berglund課題組還CAL B進(jìn)行深入的研究，他們提出了α, β不飽和羰基化合物與硫醇Michael加成反應(yīng)的中間體[6]（圖23）。圖24 水解酶催化二級(jí)胺與丙烯腈的Michael加成反應(yīng)。針對(duì)脂肪酶催化aldol反應(yīng)立體選擇性的問題，余孝其課題組[10]在水相中研究了7 種脂肪酶催化含芳香醛與丙酮反應(yīng)。研究表明，該蛋白酶具有廣泛的底物適應(yīng)性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，如嘧啶類和嘌呤類，都能做為加成反應(yīng)的供體。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們提出了?；复呋疢arkovnikov加成反應(yīng)可能的催化機(jī)理（圖 211）。圖 213 D氨基酸?；复呋?1,3二羰基化合物與 α,β不飽和化合物的 Michael 加成 酯酶催化氧化反應(yīng)Altenbuchner[19]和Shimizu[20]兩個(gè)課題組發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)體系中含有過氧化氫或過氧酸時(shí)，一些酯酶可以顯示出氧化酶的活性，即催化過氧化反應(yīng)。Gerlt研究組[24ab]發(fā)現(xiàn)N?；被嵯妇哂写呋撍磻?yīng)的功能（圖 217）。而酶具有催化多種反應(yīng)的功能，所以將酶催化的多種反應(yīng)的功能加以組合，并以多步串聯(lián)和一鍋轉(zhuǎn)化的方式來實(shí)現(xiàn)多種生物活性化合物合成，這對(duì)有機(jī)合成方法學(xué)具有重要的意義。其次，漆酶催化1，3二羰基化合物對(duì)鄰二苯醌發(fā)生一個(gè)Michael加成反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)水解酶MML在水與丙酮的混合溶劑中可以得到較好的結(jié)果。醇脫氫酶可以催化潛手性的α氯代酮經(jīng)過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[38ab]。這種方法能夠制備光學(xué)純的 R 或 S 構(gòu)型的β疊氮醇或β腈基醇（圖 228）。一種單氧化酶催化苯乙烯的氧化反應(yīng)，另一個(gè)酶催化苯乙烷的衍生物的水解反應(yīng)。圖233 酶促合成糖苷化聚對(duì)二苯酚 Van Herk等人報(bào)道了糖類化合物的合成可以通過雙酶體系來催化完成[46]。圖235 pH不同調(diào)控的四種酶催化的一鍋串聯(lián)反應(yīng) 還有很多復(fù)雜的多酶催化串聯(lián)反應(yīng)研究，例如：Romisch 等人報(bào)道了核黃素[50]可以利用八種酶來催化以葡萄糖為原料的串聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行合成，該過程得到 3550%的產(chǎn)率；而Takahash等人組合11種酶來催化以葡萄糖1磷酸和胸腺嘧啶為原料合成TDPLmycarose[51]。圖 236 一鍋串聯(lián) Henry反應(yīng)和脂肪酶催化酯交換反應(yīng) Kroutil課題組報(bào)道了過渡金屬配合物的氧化反應(yīng)與非對(duì)稱生物還原反應(yīng)的組合方法，它通過銥的配合物氧化α氯醇生成α氯酮，然后再通過醇脫氫酶把α氯酮還原為光學(xué)純的α氯醇[54]。其次，脂肪酶選擇性催化?；磻?yīng)（圖 239）。圖240 一鍋法拆分、消旋胺 手性醇的動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分可以通過組合釕金屬配合物與脂肪酶來實(shí)現(xiàn)。該反應(yīng)中異丙醇作為輔酶的還原劑對(duì)Wittig反應(yīng)沒有任何影響，該反應(yīng)的產(chǎn)率高達(dá) 90％，ee 值為 99％。圖 244 一鍋法酶促與Click反應(yīng) Cacchi課題組組合鈀催化劑與醇脫氫酶的化學(xué)/酶法串聯(lián)反應(yīng)來制備手性醇（圖 245）。圖 246 水相中 3 步一鍋法化學(xué)酶促轉(zhuǎn)化過程 Ragauskas等人發(fā)現(xiàn)苯并呋喃衍生物[68]可以用兒茶酚和1,3二羰基化合物為起始原料合成得到。四川大學(xué)的余孝其課題組在研究發(fā)現(xiàn)水解酶可以催化醛和乙酰乙酸脂的衍生物反應(yīng)[69]。試驗(yàn)結(jié)果表明，與利用四氫呋喃或氯仿作溶劑相比，2位和3位的選擇性都有明顯的提高。圖251 脂肪酶催化水解冠醚Okamoto和Ueji也發(fā)現(xiàn)2（4取代苯氧）丙酸與正丁醇的酯化反應(yīng)[75]可以用lipase MY或lipase AY能夠催化得到。環(huán)糊精本身是一種大環(huán)結(jié)構(gòu)物質(zhì)，它過化學(xué)修飾具有了內(nèi)部疏水空腔和外部親水邊緣，就使它在水溶液中能夠穩(wěn)定蛋白質(zhì)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)氯化三甲胺或氯化三乙胺能夠顯著的提高Novozym435催化2乙烯環(huán)己醇的酯化反應(yīng)的立體選擇性[81]。通過過渡態(tài)進(jìn)行分子模擬表明鹽對(duì)酶立體選擇性的影響主要存在空間效應(yīng)，該方法用手性鹽能夠得到更大差異的立體選擇性。分子模擬研究表明：龐大的異羥肟酸絡(luò)合物可以抑制HRP 對(duì)對(duì)映體的選擇性。 (b) P Berglund and S Park, Curr. Org. Chem., 2005, 9, 325。 (b) O Torre, V GotorFernandez, I Alfonso, L F. GarciaAlles, V Gotor. Adv. Synth. Catal., 2005, 347, 1007. [13]. C W. Lee. Tetrahedron Lett., 1999, 40, 2461.[14]. (a) Y Cai, X F. Sun, N. Wang, X F. Lin. Synthesis, 2004, 671。 (b) B Behrouzian, B Dawson, P H. Buist, J Shanklin. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 3277. [29]. M GruberKhadjawi, T Purkarthofer, W Skranc, H Griengl. Adv. Synth. Catal., 2007, 349, 1445. [30]. T Purkarthofer, K Gruber, M GruberKhadjawi, K Waich, W Skranc, D Mink, H Griengl. Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 3454. [31]. T Lange, P Hedden, J E. Graebe. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1994, 91, 8552. [32]. G H. Muller, A Lang, D R. Seithel, H Waldmann. . J., 1998, 4, 2513. [33]. H Leutbecher, S Hajdok, Ch Braunberger, M Neumann, S Mika, J Conrad and U beifuss. Green Chem., 2009, 11, 676.[34]. V Hahn, T Davids, M Lalk, F Schauer and A Mikolasch. Green Chem., 2010, 12, 879.[35]. S P. Yao, D S. Lu, Q Wu, Y Cai, S H. Xu, X F. Lin. Chem. 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