生物酶催化的不对称合成反应课件

1、生物酶催化的不对称合成反应Seminar Report报告人: 刘开颖导师: 王利 2006.4.4引言生物酶与生物酶催化的不对称合成反应展望参考文献主要内容：几个术语生物催化(biocatalysis) 是指利用酶或者有机体（细胞、细胞器等）作为催化剂实现化学转化的过程，又称为生物转化(biotransformation)。手性合成(chiral synthesis) 是指利用手性诱导试剂使得无手性或者潜手性的反应物转变为手性产物的过程，又称为不对称合成。生物酶催化的不对称合成(asymmetry synthesis with biocatalysis) 是指利用纯酶或者有机体催化无手性、潜

2、手性化合物转变为手性产物的过程。镜平面对映体 A对映体 B 手性是物质在不同层次所具有的内在的普遍的特征。生命活动依赖于分子的手性，构成生命体系生物大分子的基本单元如碳水化合物、氨基酸等大部分物质都是手性分子。许多生理现象的产生都源于分子手性的精确识别与严格匹配，手性的生物受体与客体的两个对应异构体以不同的方式相互作用。100手性Hoffmann, The Same and Not the Same, Columbia University Press, New York, 1995. 药物的有效生物活性也与手性立体结构密切相关。经过多年来对许多手性化合物的对映异构体进行深入研究,认识到手性化

3、合物的对映体构型与药效有非常重要的关系,一般手性药只有其中一个对映体具有生理活性。含手性结构药物的两个对映体,其生物活性往往存在很大差异,可以相差数十倍、百倍甚至完全相反的药理作用或毒性。世界上每年出售的手性药物成上升趋势Chem. & Eng. News, 2001, Vol. 79, No. 40, pp79.N. M. Maier. J. Chromatogr. A, 906(2001)3-33.3504526148121330706934118003006009001200150019931994199519961997199819992000100 million $Single e

4、nantiomers among the top-selling 500 drugs.背景Ryoji Noyori20世纪90年代，手性药物的研发已成为世界新药发展的战略方向与热点领域，不对称催化反应研究的成功为手性药物工业注入了强大的活力，生物酶催化是获取光学纯手性药物的关键技术。为此，2001年的诺贝尔化学奖就授予了三位从事不对称催化反应的科学家Williams S. Knowles，Ryoji Noyori与K. Barry Sharpless.随着人们对环境保护意识的加强，绿色合成化学已经成为有机化学家所面临的新的挑战和未来研究的主要内容，具有环境友好、高选择性特点的生物酶催化的不对称

5、合成反应越来越引起人们的关注。 “We chemists are proud of our ability to create high values from almost nothing on the basis of accumulated scientific knowledge” Ryoji Noyori 酶的分类及在生物催化中的使用情况与化学试剂催化的共性：能够改变化学反应速度，不能改变化学反应平衡形成过度态，降低反应的活化能酶催化的优势：酶催化反应条件温和酶催化反应速度快、效率高酶催化剂用量少高选择性（底物、区域、位点、立体）环境友好生物酶催化的特点邻近效应定向效应酸碱共同催化应

6、力作用生物酶催化的机理锁-钥学说诱导契合学说三点结合学说Orgnanic Letters 2003, Vol.5, No.8, 1209-1212.两种中间体-氨基酸和-内酰胺生物酶催化合成生物酶催化的不对称反应的应用手性药物 D-对羟基苯甘氨酸生物酶催化不对称合成生物酶催化的不对称反应的应用食品添加剂 生物酶催化不对称合成香兰素 生物酶催化不对称合成L-苹果酸缺点：生物酶催化反应的可操作范围一般比较窄；稳定性差，容易失活；酶一般仅在水溶液中表现出最高的催化活性；酶的活性容易被底物或产物所抑制；酶是生物大分子，可能会引起过敏反应。生物酶催化的缺点及解决方法解决方法：生物技术角度： 生物培育 生

7、物筛选 基因、蛋白质工程技术改造化学的角度： 化学修饰 固载化生物催化的不对称合成是一个由有机化学、生物化学和微生物学等多学科交叉的研究领域。它的研究领域主要涉及到生物催化剂和反应介质两大要素，随着非水介质中酶催化反应的研究和应用，一些不利应速正在被克服，生物催化的不对称和成正在得到迅猛发展。固定化酶和固定化细胞技术可以使生物催化反应在固定床内连续进行生物转化，这将使生物催化法具有工业应用价值当代生物技术如基因工程、蛋白质工程的发展和应用极大地促进了生物酶催化不对称合成反应的研究和应用，生物催化的手性合成在医药、食品、农药和其他特种材料的研制与生产中得到广泛应用，展现了广阔的应用前景。生物催化

8、剂可以被降解，是环境友好的催化剂，它具有高度的立体选择性，减少了废物的排放，这是绿色化学研究的主要内容。因此，生物酶催化的不对称合成将成为绿色化学研究的重要领域之一，具有好的发展与应用前景。展望P. Ball. Nature, 2001, 409: 253.Hoffmann, The Same and Not the Same, Columbia University Press, New York, 1995.Blaschke,G. Arzneim.-Forsch.1979,29,1640. Chem. & Eng. News, 2001, Vol.79, No.40: pp79.N. M.

9、 Maier. J. Chromatogr. A, 906(2001)3-33.T.D. Machajewski, D.H. Wong. Angew. Chem. Int. Ed., 2000, 39:1352.Orgnanic Letters 2003, Vol.5, No.8, 1209-1212.R.A.Holton. Us Patent 5175315.R.A.Holton. European Patent Application 0400971 A2. S.Takahashi. Biotechnology, 1986, 24: 269.H.Yananaka, T.Kawanoto.

10、J.Ferment.Bioeng., 1997, 84:181.Matsumae H, Furui M, Shibatani T. J Fervent Bioeng, 1993, 75: 93-98Yamada S, Tsujoka I, Shibatani T. Chem Pham Bull, 1999, 47: 146-150L.Tao. Appl. Environ. Microbio., 2000, 66: 648.Sun Zhihao. Chinese Journal of Bioprocess Engineering., Vol.2, No.4: 6-11.杜灿屏. 化学进展, 1999, 11(11): 218.邹承鲁.酶活性部位的柔性, 山东科学技术出版社张今等.分子酶学工程导论, 北京: 科学出版社, 2003张玉彬等. 生物催化的手性合成, 北京: 化学工业出版社, 2001张树政等. 工业微生物学成就, 科学出版社, 1988, p85.参考文献Thank You !The End常规分析方法： 气、液相色谱（GC、LC），点阵和微孔板的紫外可见(UV-V