（应用化学专业论文）酶促方法与可聚合药物单体区域选择性合成.pdf

嘲 促方法与日最音药物单体k 域择合成 摘要 论文研究了非水介质中酶的区域选择性催化方法，选用三种带有活性基团的乙烯脂 肪酸酯( 丁二酸二乙烯酯、己二酸二乙烯酯和癸二酸二乙烯酯) 作为酰基供给体，分别 与三种典型的药物( 氯霉素、维生素c 和阿昔洛韦) 进行酶促酯交换反应，用红外、核 磁等手段表征，验证了酶作为生物催化剂的区域选择性，成功合成了儿种可聚合的药物 单体，同时探讨了有机溶剂中各种不同反应条件对酶反应活性的影响。 氯霉素和三种乙烯脂肪酸酯的酶催化酯交换反应体系中酰化试剂选择性地与氯霉 素的伯羟基反应，并且探讨了溶剂、酶源、时间、酰化试剂、温度和溶剂中的含水量对 酶催化活性的影响。在选择的七种酶( p o r c i n ep a n c r e a s 脂肪酶、h o gp a n c r e a s 脂肪酶、 c a n d i d ac y l i n d r a c e a 脂肪酶和日产脂肪酶、b a c i l l u ss u b 枷娟唬性蛋白酶和吲定化的脂肪酶 l i p o z y m e ) 和六种溶剂( 吡啶、丙酮、d m f 、乙腈、1 ，4 一二氧? 、环、甲苯和辛烷) 中，同 定化的脂肪酶l i p o z y m e 在二氧六环和甲苯中催化活性比较好。在二氧六环中嘲定化脂肪 酶l i p o z y m e 催化氯霉素和己二酸二乙烯酯的酯交换反应体系中，l i p o z y m e 脂肪酶在5 0 时表现了最好的催化活性，反应产率随着时间的增加而增大，当二二氧六环的含水量比 较低时，l i p o z y m e 酶的催化活性高。在酰化试剂链长影响因素的讨论中，由于酶的活性 部位选择合适的底物进行反应，链长适中的己二酸二乙烯酯更容易被固定化脂肪酶 l i p o z y m e 催化而与氯霉素反应。 脂肪酶在丙酮中催化维生素c 和乙烯脂肪酸酯的研究中，酰化也发生在维生素c 的 伯羟基上。同样，用b a c i l l u ss u b t i l i s 碱性蛋白酶作催化剂在吡啶中台成了三种阿昔洛韦 酯的衍生物。这几种典型药物的衍生物可作为合成高分子药物的单体。 为进一步探讨酶的区域选择性，利用b a c i l l u ss u b t i l i s 蛋白酶在吡啶中催化多羟基底 物葡萄糖和三种乙烯脂肪酸酯的酯交换反应，酰化反应发生在葡镯糖的6 位伯羟基上， 体现了酶的高效区域选择性。 关键词：酶催化，氯霉素，维生素c ，阿昔洛韦，葡萄糖，酯交换反应，区域选择性 可聚合单体。 i v 一一 堂兰查竺翌竺兰兰竺查 一一! 警 一一一 t a b s t r a e t t h e p a p e ri n v e s t i g a t e dt h em e t h o do f e n z y m a t i c r e a c t i o ni nn o n - a q u e o u sm e d i at e nn o v e l p o l y m e r i z a b l ev i n y ld r u g s s u g a rd e r i v a t i v e sw e r er e g i o s e l e c t i v e l ys y n t h e s i z e db ye n z y m ei n o r g a n i cs o l v e n t s t h e s e v e r a lo fr e a c t i o nf a c t o r so ni n f l u e n c i n gt h ee n z y m ec a t a l y t i ca c t i v i t i e s w e r ea l s od i s c u s s e d i nt h i s p a p e r , t h r e et y p i c a ld r u g sc h l o r a m p h e n i c o l ，l a s c o r b i ca c i d a n da c y c l o v i rw e r e c h o s ea st h er e a c t i o ns u b s t r a t e w ef o c u s e do nt h ee n z y m a t i cs y n t h e s i sf o rm o d i f i c a t i o no f t h e s ed r u g s h e r ew ec h o o s et h r e ee t h y l e n ea l i p h a f i ce s t e r s ( d i v i n y ls u c c i n a t e ，d i v i n y la d i p a t e a n dd i v i n y ls e b a c a t e ) a st h ea c y ld o n o r s i ra n dn m r s p e c t r o s c o p yo f t h ec o r r e s p o n d i n gv i n y l e s t e rd e r i v a t i v e so f t h e s ed r u g sc o n f i r m e dt h ee n z y m ec a t a l y z e da c y l a t i o nr e s u l t s t h eo b t a i n e dc h l o r a m p h e n i c o lv i n y l e s t e r sa n dl - a s c o r b i ca c i d v i n y l e s t e r sw e r e c h a r a c t e r i z e db yi ra n dn m r s p e c 仃a t h er e s u l t sr e v e a l e dt h a ta c y l a t i o nt o o kp l a c ew i t h e x c e l l e n t r e g i o s e l e c t i v i t y t o w a r d st h e p r i m a r yh y d r o x y l f u n c t i o n i nt h es a m e w a y , t r a n s e s t e r i f i c a t i o no fa c y c l o v i rw i t he t h y l e n ea l i p h a t i ce s t e r sc a t a l y z e db ya l k a l i n ep r o t e a s e f r m nb a c i l l u ss u b t i l i si n p y r i d i n es h o w e dt h a t t h e a c y c l o v i rv i n y l e s t e r sw e r eo b t a i n e d e f f i c i e n t l y t h e s et y p i c a ld r u g s d e r i v a t i v ew o u l db eu s e f u la sam o n o m e r o f p o l y m e rd r u g s t h er e a c t i o ns y s t e mo fe n z y m ec a t a l y z e de s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o nb e t w e e nc h l o r a m p h e n i c o l a n de t h y l e n ea l i p h a t i ce s t e r sh a v eb e e nd e v e l o p e di no r d e rt od i s c u s st h es o l v e n t s ，e n z y m e s ， t i m e ，a c y ld o n o lt e m p e r a t u r ea n dt h em e d i u mw a t e rc o n t e n t so ni n f l u e n c i n gt h ee n z y m e c a t a l y t i ca c t i v i t i e s t r a n s e s t e r i f i c a t i o no fc h l o r a m p h e n i c o lw i t hd i v i n y ls u c c i n a t ec a t a l y z e db y l i p o z y m e ，i m m o b i l i z e d f r o mm u e o rm i e h e ii nd i o x a n es h o w sm o r e e f f i c i e n c y i nt h e p r e l i m i n a r ys c r e e n i n gt e s to fe n z y m e s a l k a l i n ep r o t e a s ef r o mb a c i l l u ss u b t i l & ；l i p a s ef r o m p o r c i n ep a n c r e a s ；l i p o z y m e ，i m m o b i l i z e df r o mm r c o rm i e h e i ；l i p a s ef r o mh o gp a n c r e a s ； l i p a s e f r o mc a n d i d ac y l i n d r a c e a ；l i p a s e ( j a p a n ) a n d s o l v e n t s ( p y r i d i n e ，a c e t o n i t r i l e 1 ，4 - d i o x a n e ，m e t h y l b e n z e n e ，o c t a n e ，d m f , ) i n t h er e a c t i o n s y s t e m o ft r a n s e s t e r i f i c a t i o n r e a c t i o nb e t w e e nc h l o r a m p h e n i c o la n dd i v i n y l a d i p a t ec a t a l y z e db yl i p o z y m e ，i m m o b i l i z e d f r o mm u c o rm i c h e li n1 ，4 一d i o x a n e ，t h er e s u l t si n d i c a t et h a t5 0 i sp r e f e r a b l ea tf o u rd l 圩e r e n t t e m p e r a t u r e s ( 4 0 c ，5 0 c ，6 0 c a n d7 0 - ( 3 ) t i m ec o u r s es t u d i e si n d i c a t et h a tar e a c t i o np e r i o d o f5 di so p t i m a lf o rt h ey i e l d t h em e d i u mw a t e rc o n t e n t sd i s c u s ss h o wt h a tt h el e s sw a t e ri n t h e rm e d i u m ，t h em o r et h et r a n s e s t e r i f l c a t i o nr e a c t i o ni sf a v o r e d i nt h ei n f l u e n c eo f a c y id o n o r , d i v i n y la d i p a t ei sm o r ea p p r o p r i a t ef o rt r a n s e t e r i f l c a t i o n t h ef u r t h e rl e n g t h e n i n go f t h ec a r b o n c h a i nd o e sn o ti n c r e a s et h ey i e l d sf u r t h e r , t h i sm i g h tb er e l a t e dt ot h ef i t t i n go f t h es u b s t r a t ei n v ￥竺燮三! 苎! 苎竺兰! 兰兰兰竺竺! 兰 t h ee n z y m e a c t i v es i t e i no r d e rt of u r t h e r i n v e s t i g a t et h er e g i o s e l e c t i v eo f e n z y m er e a c t i o n ，w ea l s oc h o s ee i u c o s e a sr e a c t i o ns u b s t r a t e t h et r a n s e s t e r i f i c a t i o no f g l u c o s ea n de t h y l e n ea l i p h a t i ce s t e r sw a s c a t a l y z e db yb a c i l l u ss u b t i l i sp r o t e a s ei n p y r i d i n e t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h ea c v l a t i o n h a p p e n e d a tt h e s i x 。h y d r o x y lg r o u pt h e s er e s u l t sm a n i f e s tt h a tt h ee n z y m eh a se f f i c i e n t r e g i o s e l e c t i v i t y k e y w o r d s ：e n z y m e 。c a t a l y z e d ，t r a n s e s t c r i f i c a t i o n ，c h l o r a m p h e n i c o l ，l - a s c o r b i ca c i d ，a c y c l o v i l g l u c o s e ，r e g i o s e l e c f i v e ，p o l y m e r i z a b l em o n o m e r v i 浙t 大掌日究生论， 攻读硕士期间发表的论文 1 x i n gt a ox u e ，d es h u il v ，z h lc h u nc h e n ，q iw u ，y i n gc a i ，x i a nf ul 1 n + ， e n z y m e c a t a l y z e dt r a n s e s t e r i f i c a t i o no fu n u s u a ls u b s t r a t e s ：s y n t h e s i so fa c y c l o v i ra n d l - a s c o r b i ea c i d ( v i t a m i nc ) v i n y le s t e r s ，c h i n e s ec h e m i c a l l e t t e r s 2 0 0 3 ，( i np r e s s ) 2 薛兴涛，陈志春，施氏年，吕德水林贤福+ ，氧化还原酶催化合成芳香聚合物的 硪巍选艮。功能高分子学报，2 0 0 2 。1 5 f i l ? 8 2 8 6 3 ，w uq i ，l ud e s h u i ，c a iy i n g ，x u ex i n g t a o ，c h e r tz h i c h u n ，l i nx i a n f u + ( 林贤福) ，r e g i o - a n ds t e r e o - s e l e c t i v es y n t h e s i so f v i n y lg l u c o s ee s t e rc a t a l y z e db ya na l k a l i n ep r o t e a s e o f b a c i l l u ss u b t i l i s ? 、b i o t e c h n 0 1 l e t t 。2 0 0 1 2 3 位4 ) 1 9 8 l 一1 9 8 5 4 才滢，吴起，薛兴涛，冯陈国，吕德水，林贤福- ，含糖聚合物的酶促合成，蔚分 f 通报，2 0 0 2 2 。4 3 4 8 5 施长年，陈志春，薛兴涛，吕德水，林贤福，。纳米二氧化钛表面组成及其微结构分 析技术进展7 ，杉群学掘2 0 0 2 ，1 6 ( ”，3 9 。4 2 6 x u ex i n g - t a o ，s h ic h a n g - n i a n ，l i nx i a n - f u + f 林贤祸) ，l i p a s e c a t a l y z e ds y n t h e s i s o fv i t a m i nc v i n y le s t e r 7 第二商全国袁枫化学学术会议鹫第一弱全国化学生物学学 术会议论文集2 0 0 1 j7 4 9 杭燃 v i i 酶促方法与日膏l 药物单体目域择性戚 致谢 感谢林老师对我论文的指导，在他无微不至的关怀下保证了论文的顺利完成。林老 师严谨的治学态度和平易近人的生活作风给我留下了深刻的印象，每当我的学习生活中 遇到困难时，他总是给予我强有力的鼓舞和支持，使我有信心和决心解决问题。在我人 生重要的阶段，林老师的思想对我的人生观和价值观产生了潜移默化的影响，使我终身 受益。 感谢吕德水老师和陈志春对我多年来的关心和照顾。 在本论文的完成过程中，得到了本课题组其他成员的大力帮助。在此，对这些已经 离开课题组和正在课题组学习的所有成员表示深深的感谢，f b l f 是：何琳、吴起、施长 年、徐立恒、李扬眉、才滢、江秀明、杨绍明、林汉枫、王娜、幺七平、肖咏梅、郑三 燕、施玉珍、陈幼芳、俞国华、许建明、刘博凯、李大奇、_ j 彬彬。我很自豪能够加入 到林老师的这个大家庭中，在这充实、快乐的三年多学习生活里，很多值得我去同味和 感激的事情将永远留在我的记忆中。 感谢红外光谱室的刘清老师和核磁室的何琳老师对化合物结构表征提供的帮助。 感谢应化所其他老师和同学对我的帮助和支持。 感谢同窗学友梅江华、张达、张大同、徐小民、王淼、魏少勇、谌攀、肖洪平等， 大家在一起互相帮助，度过了一段快乐的时光。 谨以此文献我的家人以及不断努力进取的自己。 祝课题组蒸蒸日上! v i i i 薛兴涛 2 0 0 3 年3 月于浙江大学 兰兰查竺竺竺兰兰兰兰一1 节一 第一章绪 论 高分子药物凼其长效、低毒、低剂量、高生物利用率以及高浓度定位释药等优点而 成为新型药物开发研究的热点之一。用化学方法将小分子药物通j 立高分子化制成高分子 药物是一种有效的手段如武汉大学以卓仁禧i l3 为首的科研组对5 一氟尿嘧啶等制成高分 子药物的研究、南开大学咀何炳林【z l 为首的科研组对扩敬型膜控制释放的高分子药膜研 究、浙江大学以朱康杰嘲为首的科研组对聚乙烯醇聚碳酸酯释药体系的研究等等都取得了 较大进展。因此台成高分子药物成为重要的研究课题而其中合成可聚合药物 ；行生物单 体是其重要的内容之一。 通常药物分子台有多个活性基团，包括氨基、羧基、酯基等，这些基团容易与许多 有机化台物反戍，因此采用化学音成的方法很难得到单一的目标产物。自从k i i b a n o v 4 1 及其合作者开创非水酶学以来，使用酶作为催化剂研究非水溶剂中的有机反应得到广泛 研究，利用生物催化剂的高技选择性来合成药物衍生物是较立) = 的选扦， 国外很多研究小组对其进行了广泛研究。t o k i w a 研究小组l 5 运用碱性蛋白酶催化合 成了许多糖酯衍生物；s a m c y 小组州则把酶应用到表面活性剂的台成中台成j - 甘油单酯， 并对磷脂体进行生物修饰；k o b a y a s h i 小组1 7 1 运用氧化还原酶( 瓣根过氧化物酶、大豆过 氧化物酶和漆酶) 作为芳烃类化台物氧化聚合的催化剂来台成聚芳烃类功能高分子材料： f e r r e r o 和g o t o r 小组p 1 运用生物催化剂分别对核苷类的碱基和鞯基进行修饰选择性台成 了核营类、碳环核营类和c 一核苷类衍生物；d o r d i c k 小编口j 用酶化学法或多酶催化法研究 r 支链含有多塘和核苷的聚合物萼。 国内在非水介质中酶催化反应中也已取得进展。北京人学叶蕴华研究小组m 运用固 载化酶催化合成丁生物活性肚、寡肽等；中科院上海有机研究所李祖义小组i j 研究，糖 酯衍生物的酶催化台成等。 奉研究论文设想将酶催化步骤引入商分子药物的制祷过程中利异j 酶的高教选择性 在有机溶剂中合成可聚合的药物衍生物，为化学方法聚合或共聚得到具有合适裴药量、 亲水亲油性、靶向性的更安全、高效的高分子药物提供单体。 本论文研究的内容重点在于有机溶剂中酶选择性催化合成可檗合药物单体以及通过 酶促反应体系的控制和调节来获得酶的更高催化梧性。论又研究内容主要包括以下几个 方面： ( 1 ) 选择几种典型的含活性基团羟基的醇类药物为酶催化反应的底物，如氯霉索、 阿昔洛韦、维生素c 等，咀二羧酸= 乙烯酯( c h 2 一c h o c o r c o o c h = c h 2 ) 等含有活性 酶促者诗与可聚啻葡物单体区域堆择性合成 基团的羧酸酯类为酰基供体，利用非水介质中酶促酯交换反应高教合成可聚合的药物乙 烯酯。 ( 2 1 ，通过“反应介质工程”( 如溶剂、水含量、添加剂等) 、“底物分子”( 如底物分 子结构、底物浓度等) 、啦及“酶”( 如酶种类、酶源、酶永含鼙、酶的活化、酶的浏定 化等) 等方面来讨论反应介质对酶促反应中催化活性的影响。 ( 3 ) 进一步探讨酶的高效区域选择性，选择台有多个羟基的葡萄糖作为酶催化反应 的底物，同样以二羧酸二乙烯酯为酰基供给体，利用非水介质中酶促酯交换反应台成结 构单一的葡萄糖酯。 ，c o o c h - c h 2c o o c h = c h 2 星substkate：佣詈+c趔i-125ci：hiq02 n i cs o l v e n t ；o 画r d r h l d r u go rs u g a r 。 n 茅：裂2c h 3 c h o 2 图1 1 酶催化合成可聚台药物糖衍生物的反应通式 t h er e a c t i o ng e n e r a l f o r m u l ao f e n z y m ec a t a l y z e ds y n t h e s i so f t h ep o l y m e r i z a b l e d r u g s s a g a r sd e r i v a t i v e 参考文献 ly a hg p z h u orx z h e n gcy ，j o u r n a lo f b i o a c t i v ea n dc o m p a t i b l ep o l y m e r s , 2 0 0 1 1 6 ( 4 ) 。2 7 7 2 。绦释1 复，俑豫椿世界科技研究与发展，2 0 0 0 2 2 ( 1 ) ，2 0 3q i u l y ，z h u kj ，i n l ，p h a r m ，2 0 0 1 ，2 l9 ( 1 2 ) 1 5 l 4 2 姚a ，k l i b a n o v , a m ，s c f p 月卯，1 9 8 4 ，2 2 4 ，1 2 4 9 5 t o k i w a ，y k i t a g a w a , m ，e ta l ，b i o t e c h n o l o g yt e c h n 由“m ，1 9 9 9 ，1 3 ，1 7 3 6 s a m m y ，1 3b ，v u i 窍佻，e ，n ， t ) t n d s 细b f o t e c h n o i o g y ，1 9 9 s j j ，1 5 4 7k o b a y s h i ，s ，j o u r n a l o f p o l y m e r s e i e n e ep a r t ap o l y m e r c h e m i s t r y , 1 9 9 9 , 3 7 ，3 0 4 l 8 f e r r e r o m 。0 0 t o r , v ，c h b mr e v2 0 呻，1 0 0 ，4 3 1 9 9 p a r k ，oj ，k i m ，d y ，d e r d i c k ，j s ，b w t e c h n o l u g ya n d b i o e n g i n e e r i n g , 2 0 0 0 ，7 0 ，2 0 9 1 0g u o ，x ，y e ，yh ，e ，缸，t e t r a h e d r o n ，2 0 0 0 ，5 6 3 51 7 1 1 m r d ，op ，f a n g j ，l i ，zy ，e w y m ea n d m ，e r o b i a lt e c h n o l o g y ，1 9 9 7 ，? 0 ，5 2 兰翌兰! 兰型苎羔一、r 一 第二章文献综述 2 1 非水介质中酶促反应概述 酶能在非水介质中表现出生物活性，这并不奇怪。因为在生物体中酶是在一种特 殊的微环境中起作用，这种檄环境并非是简单的水溶渡介质。生物体中许多酶( 生物膜内、 外表面上的酶) 就是在天然的疏水环境中发挥作用的。但是，酶能在非生物体系的有机溶 剂( 仅禽微量水) 中表现出生物活性这一事实无疑是对有机溶剂使酶变陛、失活过传统观 念的挑战。早在本世纪初b o u r q u e l o te 等人就做了将乙醇、丙酮类的有机溶剂加到酶的 水溶液中，进行非水酶催他的尝试。在这种情况下，需要保持根高的含水最，酶才具有 一定的催化活性，怛比水洛液中的酶活力低许多。在有机溶剂是酶的变性剂，火活剂这 传统概念的影响下，酶在有机介质中倦化作用的研究进展十分缓慢。直到本世纪八十 年代初，才取得了突破性进展。酶催化介质由水与有机溶剂( 乙醇、丙酮、二氧六环、甘 油等) 的互溶体系不仅过渡至水与有机溶剂( 如三氯甲烷、乙酸乙酯、乙醚、丙醇等烷基卤 化物；酯、醚和除乙醇外的醇类) 组成的双液相体系吲、反相胶团【习而且还发摧到仅音微 量水或几乎无柬的有机溶剂1 4 j ( 如正己院、苯、环己烷婶脂肪旅和芳香旗的烃娄) 在这种舍 微量水的有机介质( m i c r o a q u e o u sm e d i a ) 中，美国k i i b a n o v 教授首先用脂肪酶酶粉和固定 化酶成功的催化台成酯，肽口j ，手性醇、羧酸、羧酸酯利睦附。大量研究结果表明：酶 在有机介质中的催化反应有以f 优点： ( 1 ) 提高脂溶性底物的溶解度。有利于高浓度底物连续生物转化； ( 2 ) 使许多热力学平衡从加水分解反应转为其逆反席，如酯合成或肽合成： ( 3 ) 可以抑制由戒引起的副反应： ( 4 ) 酶不溶于有机介质，易于回收再利用； ( 5 ) 固定化酶方法简单，可以只沉积在载体表面； ( 6 ) 从低沸点的溶剂中分离纯化产物比水中容易： ( 7 ) 酶的热稳定性比水中高，而且没有微生物污染； ( 8 ) 酶催化反应在温和条件f 即可进行： ( 9 ) 酶具有很高催化选择性，如底物专一性ls u b s t r a l es e l e c t i v i t y ) 、别映选择性 ( e n a n t l o s e l e c t i v l 啪、前手性选择性( p r o c hr a ls e l e d v i t y ) ：和e 选择性( r 晒o s e l e c t i v i t y ) 等。 因此，酶在有机介质中催化反应的研究近几年十分活跃，闩益增多的研究报导和综 合评述展示了有机溶剂中的酶优于水相中酶的巨大应用潜力。酶在很多方面得到很大的 确倔方诗与可置古茴将单伟区域选择性啻成 研究，按照目标产物和底物采分可h 把酶促反应划分为六_ 人研究领域：糖酯的鲰促合 成；核苷类的酶促合成；聚( 糖) 酯的酶倔舍成聚芳烃类高分子的酶性合成；肽类衍生物 的酶促合成；药物衍生物的酶促台成。本研究论文主要涉及酶在药物衍生物合成中的应 用所以对前五种研究领域做简要概述，相关详细部分可见参考文献，对第六部分则做 详细练述。 糖酯摸化台物在自然界中广泛地存在，是一娄在细胞膜上承担物质传输和能量传递 的具有重要生理恬性的物质。嗣时，糖酯类化台物具有特殊的两亲结构它们也是一类 重要的非离子烈生物表面活性剂。由于耱环上- o h 很多，用化学方法制备或是选择性差， 或是产率不理想。应用酶米制各糖酯类化合物已引起人们的趣。美国的k l i b a n o v 等人 ( 7 】首先在1 9 9 7 年用脂肪酶在有机溶剂中区域选择性酯化了单糖自此有关糖酯的酶催化 台成得到了很大的发展。糖酯合成是酶促反应中研究较多的一个领域，比较成熟。有关 近几年的糖酯酶促台或有相关的综述性交献报道剐， 核苷是生物系统的基本构件，具有广泛的生物活性”“”】。为了弥补核营类化合物在 特定席用方面的缺陷，有关核苷分子中杂环础平【糖部分的修饰得到广泛的研究。自从非 水酶学( n o n a q u e o u se n z y m o l o g y ) 得以发展，有关具有潜在应用价值的核营类衍生物的 酶促区域选择性研究成为核苷修饰的另一重要研究领域。所需酶类大部分都是水角早酶， 其反应可包括以下几部分：杂环碱部分的酶水解反应；糖部分的酶水解反应；核苷中羟 基的酶促酰化反应；酶促烷氧基羧化反摩等。在结构上与核苷类似的化台物，虽然不是 磷酸化酶的赢物，但是具有传筑核苛相似的生物括性，在抗病毒化学疗法( o u t i v i r a l c h e m o l h e r a p y ) 中也具有重要的赢甩价值，其生物催化剂修饰也得到定发展”i 。 酶在高分子合成中也有广泛的应用，在已发现的酶类中，水解酶在高分子台成中应 用最为广泛，其中脂肪酶催化合成聚醑是酶促聚合中研究比较成熟的课题，已有相关综 述文献报道。糖苷酶可用来催化台成聚糖如纤维索、淀粉和壳多糖等。 含糖聚合物是种生物可降解的功能高分子材料，根据其结构主要分为两大娄：一 类主链含糖，具有良好的水溶性，可用作吸水剂、卫生用品、缓释药物等；另一类支链 宙糖，不仅良好的水溶性可直接用于生物化学和生物医学，如蚩矗质的分离、细胞培养 及缓释药物等，而且其支链上的糖可以被生物体内的糖类受体议划，是研究细胞间分子 识别行为深入认识生命现象的模型分子，因此含耱聚合物合成研究引起各国学者的重视。 由于糖分子存在众多微环境相似的羟基，聚糖酯的化学合成方法存在条件苛刻、选择性 差和产物复杂等问题。而酶是具有高度的立体选择性、化学选择性及高教、快速、专、 无毒等催化特畦的生物催化荆，在非水介质中能够催化反应并县确高度选择性，斟而酶 促方法合成舍糖聚合物研究受到了的青睐。无论主链含糖聚糖醮、支链宙稽聚台物、中 心为糖的星形秉台物或硅烷土链台糖聚台物，酶促台或是种高度选择性的台成功能粟 4 兰兰查兰翌! ! 兰苎兰查1 r 一 t 糖酯方法，为糖酯类聚合物的合成提供了一个新的选择。近年来含糖聚合物的酶促合成 研究进展本实验室已有综述报道【】”。 除水解酶用于高分子合成反应外，氧化还原酶也被j = f j 于聚合物的合成，辣根过氧化 物酶( h r p ) 和大豆过氧化物酶( s b p ) 都是典型的氧化还原酶，对用过氧化氢作为氧化 剂的苯酚和芳香胺的偶合过程有催化作用。h r p 、s b p 1 1 漆酶经常被用作芳烃类化合物 氧化聚合的催化剂来合成聚芳烃类功能高分子材料1 1 。 有机溶剂中酶催化反应的突破性进展对多肽化学的发展也起了巨大推动作用，国内 叶蕴华等人在此领域有相关综述报道州。 利用酶的独特优点催化合成糖酯、核苷衍生物以及生物医用、导电功能高分子等化 合物已受到人们的关注。虽然目前酶源限制、价格昂贵，同时反应机理和影响因素等问 题还并不十分清楚，但酶在催化合成反应中表现了特有的选择性和催化活性，展示了重 要应并| j 前景。 参考文献 1 b o u r q u e l o t ，e ，b r i d e l ，m ，p h t e r m 劭咖，1 9 1 1 ，4 ，3 8 5 2 k l i b a n o v , a m e ta 1 ，b f o t e c h n 0 1 b i o e n g ，1 9 7 7 ，1 9 ，13 5 1 3 m a r t i n e k 。k ，e ta 1 ，e b i o 曲e m ，1 9 8 6 ，1 5 5 ，4 5 3 4 z a k s ，a ，k l i b a n o v , am ，s c i e n c e ，1 9 8 4 ，2 2 4 ，1 2 4 9 5 ，m a r g o l i n ，a l ，k l i b a n o v , a m ，a m c h e m s o c ，1 9 8 7 ，1 0 9 ，3 8 0 2 6 k i r e h n e r , g ，k l i b a n o v , a m ，e ta l ，a mc h e ms o c ，1 9 8 5 ，1 0 7 ，7 0 7 2 7 t h e r i s o d ，m ，k l i b a n o v , am ，a mc h e m s o c ，1 9 8 7 ，1 0 9 ，3 9 7 7 8 k o e l l e r , k m ，w o n g ，c h ，c h e mr e v ，2 0 0 0 ，1 0 0 ，4 4 6 5 9 矾d m a n n ，h ，s e b a s t i a n ，d ，c h e mr e v 、1 9 9 4 ，9 4 ，9il 1 0 c h u ，c k ，b a k e ld c ，e d ；n u c l e o s i d e sa n dn u c l e o t i d e se i sa n t i t u m o ra n da n t i v i r a l a g e n t s p l e n u mp r e s s ：n e wy o r k 1 9 9 3 1 1 t o w n s e n d ，l b ，e d ；c h e m i s t r yo f n u c l e o s i d e sa n dn u c l e o t i d e s ；p l e n u mp r e s s ：n e w y o r k ，1 9 8 8 1 2 m i g u e l ，e ，v i c e n t e ，g ，c h o mr e v ，2 0 0 0 ，t 0 0 ，4 3 1 9 1 3 松村秀一，祝膨材织1 9 9 7 ，17 ，3 2 1 4 k o b a y s h i ，s ，k a s h i w a ，k ，k a w a s a k i ，一，a a mc h e ms o c ，1 9 9 1 ，1 1 3 、3 0 7 9 1 5 k o b a y a s h i ，s ，s h i m a d a ，j ，k a s h i w a ，k ，s h o d a ，s ，m a c r o m o l e c u l e s ，1 9 9 2 2 5 3 2 3 7 1 6 k o b a y a s h i ，s ，k i y o s a d a , t ，s h o d a , s ，j a m c h e m s o c ，1 9 9 6 ，1 1 8 ，1 3 1 1 3 1 7 才滢，吴起，薛兴涛，冯陈国，吕德水，林贤福，府殄于疆托2 0 0 2 2 4 3 5 丫 1 8 1 9 6 h 促方浩目日r 药物4 区域* 成 薛兴涛，陈志春，施长年，吕德水，林贤福，功齄蔚分于学按，2 0 0 2 ，1 5 ，8 2 刑国文，叶蕴华李祟熙，蔚鲁学；缆化笋学7 职1 9 9 8 ，1 6 ，1 9 0 2 篓兰查竺竺主兰兰苎兰三， r ”一一一 t 2 2 酶在合成药物衍生物中的应用 酶被广泛应用于工业领域：食品舡( f o o dp r o c e s s i n 曲、洗涤制品( d e t e r g e n t s ) 、纺织 业( t e x t i l e s ) 、造纸业( p a p e r a n dp u l p ) j f u 有机合成( o r g a n i cs y n t h e s i s ) q b 。美国工业酶市场在 1 9 9 6 年销售额达到3 7 亿美元，预计到2 0 0 6 年可达到6 名亿美元。酶的两个主要应用 领域是食品与洗涤业，总额达到3 2 亿美元( 如下表) 。其中应用的酶8 0 是水解酶 ( h y d r o l y s e s ) ：5 是氧化还原酶( o x i d o r e d u c t a s e s ) ；剩下的1 5 是其它种类的酶，如转化 酶( t r a n s f e r a s e s ) l t l 裂舍酶( l y a s e s ) 。 t a b l e s a l e so fi n d u s t r i a le n z y m e s a p p l i c a t i o n s a l e s f u sm i l l i o nd o l l a r ) f o o d ( 食品业) d e t e r g e n t s ( 洗涤业) t e x t i l e s ( 纺织业) l e a t h e r ( 皮革制造业) p a p e ra n dp u l p ( 造纸业) o t h e r s ( 其它) t 6 8 8 1 5 9 7 2 6 6 1 0 5 1 0 3 o 酶在有机合成，特另l j 是在药物生产中的应用非常少，不到其市场份额的1 。然而， 生物催化剂在有机合成中的应用研究却是科研所和t 厂最为感兴趣的课题。j o n e sa n d h o l l a n d 3 1 总结了1 9 5 0 0 个生物转化反应，其中有8 0 0 0 篇文章和专利描述酶和微生物酶作 为催化剂进行生物转化反应。很显然，大部分所描述的酶反应仅限于实验室阶段但酶 催化反应的工业化应用也并非是遥遥无期。 现在的精细化学品领域，特别是药物化学制剂和农刚化学品中，正在寻找具有特殊 功能的或光学纯的新化合物。在这一领域，因为酶的特殊性质，如底物反应的专一性、 区域和立体选择性p i j ，生物催化法将可能成为很有潜力的开发方法。而且，生物催化反 应通常都在温和的条件下进行，如室温和中性溶剂中。酶催化效率极高，反应速率可达 到1 0 “。相对于传统的化学方法，生物催化法污染性小、能耗低。但生物催化法也有其 缺点。如酶有时不稳定、实验室分离法复杂、产率低。然而，通过提高纯化工艺和使用 固定化的酶可以减少其限制性。 商业化的药物种类中有一半以上含有手性中心。因为酶和细胞受体都是手性的，所 以存在于外消旋药物中的两种对映体可能会以不同速度在体内吸收、活化和降解。这两 种对映体可能呈现相同的药物活性，或者一种没有活性甚至有毒i ”。 7 嘲 促方法与。可聚合镕物单区域选择性合成 手性药物涉及了药物的所有种类包括心血管药物( c a l d i o v a s c u l a r ) 、抗癌药 ( a m i c a n c e r ) 、抗炎药( a n t i i n f l a m m a t o r y ) 、止痛药( a n a l g e s i c s ) 、抗生索类药物( a n t i b i o t i c s ) 、 抗传染药物( a n t i i n f e c t i v e ) 、抗组胺药( a n t i h i s t a m i n e ) 和治疗中枢神经系统( t h ec e n t r a l n e r v o u ss y s t e m ) 和呼吸道系统( r e s p i r a t o r ys y s t e m ) 的药物。 因为生物催化剂的高度光学选择性，使它成为合成纯手性药物的理想工具。在合成 光学纯化合物中应用最为广泛的酶是水解酶( 蛋白酶、酯酶利脂肪酶) ，其中5 0 的生物 转化反应是由水解酶来完成的。在本绪论中将综述酶作为催化剂的立体选择性和区域选 择性在药物衍生物中的应用。 外消旋的水合蒎醇( s o