手性物质及其生物制备方法的研究进展_李凛解读

1、化工技术与开发第 40 卷 1 手性物质简介 人的左、右手不能重叠，互为镜像，化学界把 这种特性称为手性，将具有这种特性的物质称为手性物质。手性物质在医药 1、农药2、功能材料3等领域已经得到广泛的应用：在医药领域,手性 药物 的销售量超过了市售药物的三分之一,预计手性药物的产值在 2020 年将达到 2500 亿美元4;在农药领域,手性农药占全球农药市场的份额已 经超过 25%,商品化的 手性农药已经超过了 173 个品种5;在功能材料领域,手性材料在隐身材 料，液晶材料，非线性有机光学 材料等方面 表现出了强大的竞争力3 o随着应 用领域的不断扩大，人们对手性物质的需求量也越来越大，因此加

2、快对手性物质制 备方法的探索迫在眉睫。 2 手性物质的制备方法 天然产物提取法：天然存在的手性物质主要 包括碳水化合物类（D-葡萄糖、有机酸类（乳酸、氨基酸类（L-谷氨酸、萜 类化合物（+-樟脑、生物碱类（-咖啡碱这五大类6,它们存在于动 植物中。 该法以动植物的组织、器官为原料，利用破碎、萃取、层析等手段得到纯手性 单一异构体。天然产物提取法成本较高，且应用价值不高，无法广泛推广。 手性源法:该法以较廉价的手性物质为底物，通过构型保留、构型改进 等处理得到较昂贵的纯手性单一异构体。如葛军英等7以手性的冰片为底物与 非手性的丙酮酸进行酯化反应得到了手性丙酮酸冰片酯。手性源法成本较低， 但作为底

3、物的廉价手性物质种类较少，限制了该方法 的推广。 化学法：可分为化学合成和化学拆分。化学合成又称为不对称合成，是指 在手性试剂的作 用下，将非手性物质转化为纯手性单一异构体 。付瑞等8利用一 种含（R -18 结构单元的底物经过 化学合成得到了一种海洋天然产物。该法是目前 制备手性物质的主流方法之一，优点是底物廉价 易得，增值较高，易于实现工业化 生产，缺点是生 产成本很高。化学拆分是指在手性试剂的作用 下，将外消旋体 中的两种异构体转化为非对映异 构体，然后利用非对映异构 体之间的物理、化 学性质差异将其分开。朱永忠等9采用锆，钛改性的 禺沸石,成功拆分（S -1-苯乙醇得到（R -1-苯乙

4、 醇。该法也是目前制备手性物质的主流方法之一，但其副反应多，产品分 离提纯复杂，成本也偏高。 生物法：该法是指利用酶或微生物细胞作为生物催化剂，通过不对称合成或拆 分来制备手性物质。该法立体选择性强，反应条件温和，成本较 综述与进展 手性物质及其生物制备方法的研究进展 李 凛 1,2,李 璟 2,胡 强 3,张 婷 4,曾庆乐 2 （1.成都理工大学矿产资源化学四川省高校重点实验室 ,四川成都 610059; 2.成都理工大学材料与化学化工学院,四川 成都 610059; 3.四川大学化学工程 学院,四川 成都 610065; 4.中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心 ，陕西 杨凌 71

5、2100要:对手性物质的应用进行了介绍，总结了手性物质的制备方法，对生物法制 备手性物质的研究进 展进行了概述。 关键词：手性物质；酶催化法；微生物转化；生物拆分 中图分类号:0 621.1 文献标识码:A 文章编号：1671-9905（2012 01-0008-03 基金项目：国家自然科学基金项目（No.20672088;成都理工大学优秀创新团队 培育计划 作者简介：李凛（1980-,男,汉,讲师,博士 , E-mail : 收稿 日期:2011-10-26 第 41 卷第 1 期 2012 年 1 月化 工技术与开发 Tech no logy &Developme nt of Ch

6、emical In dustry Vol.41No.1 Ja n. 2012 第 1 期 低,污染少，能完成一些 在化学 反应中难以进行的反应10,目前是手性物 质制备方法的研究热点，将来会成为主流的制备方法。 3 生物法制备手性物质的发展及应用生物法制备手性物质主要包括酶法，微生 物法和生物拆分法 3 种。 3. 1 酶法酶法是指以酶为催化剂使非手性物质转化为纯手性单一异构体，与化学 合成法原理类似。酶法与化学合成法相比有 3 个显著优点：对底物 有高度的立体 选择性，反应效 率高；不需要借助任何手性试剂就可以转化成纯手性单一异构体 成本较低；能催化合成各种立 体异构体,也适用于许多不稳定化

7、合物的制备，应 用范围广。该法被认为是生物法 中最有希望取得技术突破的领域。 在酶法中主要利用水解酶、脱氢酶、还原酶等酶类。Hill 等11利用 6-氧化樟脑水解酶将3-二酮转化为环戊酮和环己酮。Wolfgang 等12以脱氢酶 为催化剂,将 2-辛酮还原为光活性 2-辛醇。Hanson 等13利用酮还原酶制 备了一种叫（S -2 莓 代-1-乙醇的手性醇。 3. 2 微生物法 微生物法是指以微生物细胞为催化剂使非手性物质转化为纯手性单一异 构体。常用的微生物有霉菌，酵母和真菌等。微生物法在提高酶的稳定性，降低 生产成本，简化生产工艺等方面很好地弥补了酶催化法的缺陷。 20 世纪 50 年代人

8、们首次用黑根霉将黄体酮转化为a羟基黄体酮，使人们开始 意识到微生物转化的重要性。Kagohara 等14利用烃降解菌催化氧化苯乙醇，其 纯手性单一异构体的产率高达 99%以上。Agusta 等15利用从山茶中分离的内 生真菌腐皮壳菌转化黄烷类化合物。关宏等16筛选出了一种丝状真菌能选择性 还原左旋一叶碱。3. 3 生物拆分法 生物拆分法是利用酶作为生物催化剂，使外消旋体的其中一个对映异构体分 解，从而只剩另一个对映异构体而达到分离的目的。随着酶的固 定化技术，多相 反应器等新技术日趋成熟，必将极大地促进生物拆分技术的发展。 生物拆分法主要用于制备手性醇、氨基酸、胺类化合物等。Kalaitzak

9、is 等 17 利用NADPH酮还原酶将a-烷基-1,3-二酮还原得到纯手性单一异构体单酮 醇。 Vakhlu等 18 发现从Trichosoron菌种中分离得到的一种新型水解酶能非 常有效地拆 分1-氯-3-2-丙醇和 1-乙醇。Beller 19发现了苯丙氨 酸乙酯经过败 血酶催化拆分得到选择性好的纯 a 包基酸。Kosjek 等20利用酵母还原酶把 3- 氧基-4 苯基-1- 3-内酰胺进行生物拆分得到了 3-羟基-&内酰胺。 4 结语 21 世纪是生物的世纪，固然每种制备方法都有其优势与缺陷，但大力发展生物 技术是整个社会发展的趋势，同时生物法在手性物质的制备方面具有得天独厚的

10、 优势，而且其工业发展潜力非常巨大。随着现代生物技术和基因工程技术的迅速 发展，可以预料该技术将在手性化合物及其相 关产品的产业化上发挥巨大作用。 参考文献： 1Lu DQ , Tu QB , Ling XQ , et al. Preparation and Drug Application of Chiral EpichlorohydrinJ . Chinese Journal of Organic Che mi stry , 2009, 29(8:1209-1216. 2 Ji ng Ye , Meiro ng Zhao , Jing Liu , et al. Enan tioselect

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