酶促反应在有机合成中的应用详解演示文稿

酶促反应在有机合成中的应用详解演示文稿1目前一页\总数六十页\编于十九点优选酶促反应在有机合成中的应用2目前二页\总数六十页\编于十九点对酶的第一印象：酶是很不稳定的酶价格昂贵酶只对天然底物有活性酶只在天然环境中才起作用酶是什么？与有机化学关系不大？3目前三页\总数六十页\编于十九点1950年Kendall,Reichstein与Hench因发现类固醇的消炎作用而获得诺贝尔奖1952年以化学方法以牛胆汁中的deoxycholicacid为原料合成cortisone，反应共需31个步骤，产品售价每克$200。1952年利用Rhizopusarrhizuz产生的hydroxylase将反应过程缩短为11個步骤，产品售价每克$6。1980年使用突变之Mycobacterium分解植物油中的固醇以作为原料，产品价格每克$0.46。如：类固醇合成技术的演进：酶促反应在有机合成中的重要作用4目前四页\总数六十页\编于十九点（一）、什么是酶？酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称为生物催化剂Biocatalysts

。绝大多数的酶都是蛋白质。5目前五页\总数六十页\编于十九点酶和一般催化剂的共性1，用量少而催化效率高；2，它能够改变化学反应的速度，但是不能改变化学反应平衡。3，酶能够稳定底物形成的过渡状态，降低反应的活化能，从而加速反应的进行6目前六页\总数六十页\编于十九点（二）、酶的特性1.高效性—酶是非常有效的催化剂化学催化剂：0.1~1%mol生物催化剂：10-3~10-4%mol酶的催化作用可使反应速度提高106-1012倍。例如：过氧化氢分解

2H2O22H2O+O2用Fe+催化，效率为6*10-4

mol/mol.S，而用过氧化氢酶催化，效率为6*106mol/mol.S。用-淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在65C条件下可催化2吨淀粉水解。7目前七页\总数六十页\编于十九点2．反应条件温和酶促反应一般在pH5-8水溶液中进行，反应温度范围为20-40C。高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。3．环境可接受的生物催化剂是环境友好的试剂，可完全降解8目前八页\总数六十页\编于十九点4．酶是彼此相容的几个生物催化反应可以在同一个反应器中进行可以使用多酶体系来催化几个顺序反应的进行5．酶的高度选择性酶的专一性Specificity，又称为特异性，是指酶在催化生化反应时对底物的选择性9目前九页\总数六十页\编于十九点共性：用量少，降低反应的活化能，改变化学反应的速度。酶的性质：特性：高效性—化学催化剂：1~0.1%mol

生物催化剂：10-3~10-4%mol

，使反应速度106~1012倍

反应条件温和，环境友好

酶彼此相容纳

高选择性—化学、区域、立体选择性

10目前十页\总数六十页\编于十九点（一）化学选择性A.deRaddt;Klempier,N;J.chem.soc.perkinTransI,1992,137只专一性地识别催化所作用基团，其它敏感基团不受影响。Y:41%Y:92%Y:41%11目前十一页\总数六十页\编于十九点（二）区域选择性选择性的作用多官能团化合物中的一个基团OttoMeth-Cohn,Mei-XiangWang,J.Chem.Soc.Perkin.Trans1.1997.3197Effenberger,F.;Obwald,S.Synthesis.

2001,12.1866.12目前十二页\总数六十页\编于十九点（三）立体选择性1.去对称化13目前十三页\总数六十页\编于十九点MasahiroYokoyama,HirimichiOhta,Tetrahedron:Asymmetry.1993,4,1081腈生物转化酶对前手性二腈中的氰基有效的识别，不同的作用，得到光活性产物Wang,M.-X.;Liu,C.-S.;Li,J.-S.Tetrahedron:Asymmetry

2001,12,3367.

前手性二腈的去对称化14目前十四页\总数六十页\编于十九点2.外消旋体的生物转化A.动力学拆分15目前十五页\总数六十页\编于十九点外消旋体的动力学拆分Mei-XiangWang,GangLu,Tetrahedron:Asymmetry.2000.11.1123-1125

Wegman,M.A.;vanLangen,L.M.;Sheldon,R.A.Biotechnol.Bioeng.2002,79,356.16目前十六页\总数六十页\编于十九点B.动态动力学拆分17目前十七页\总数六十页\编于十九点外消旋体的动态动力学拆分K.Yamamoto,K.Oishi,I.Fujimatsu,Appl.Environ.Microbiol.,1991.57.302818目前十八页\总数六十页\编于十九点将生物催化剂应用于有机合成是目前最吸引人的研究领域。是有机化学与生物学密切联系的交叉学科。符合绿色化学的发展方向。三、酶催化的有机合成反应19目前十九页\总数六十页\编于十九点酶催化的有机反应类型水解反应氧化反应还原反应C-C键形成反应20目前二十页\总数六十页\编于十九点区域选择性酯水解C.Dinkel,M.Moody,C.Schultz,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.2001,40,3004.21目前二十一页\总数六十页\编于十九点酯酶的动态动力学拆分22目前二十二页\总数六十页\编于十九点区域选择性酯化M.Schudok,G.Kretzschmar,TetrahedronLett.

1997,38,387.23目前二十三页\总数六十页\编于十九点去对称化G.M.Ramos-Tombo,X.Busquets,O.Ghisalba,TetrahedronLett.1986,27,5707.24目前二十四页\总数六十页\编于十九点去对称化T.Sugahara,K.Ogasawara,Synlett,1996,319.25目前二十五页\总数六十页\编于十九点动态动力学拆分M.T.Reetz,K.Schimossek,Chimia.1996,50,668.26目前二十六页\总数六十页\编于十九点氨基水解酶制备非天然氨基酸M.Beller,M.Eckert,H.-P.Rebenstock,E.W.Holla,Chem.Eur.J.1998,4,935.27目前二十七页\总数六十页\编于十九点环氧化物的水解：28目前二十八页\总数六十页\编于十九点对应体会聚的特例29目前二十九页\总数六十页\编于十九点氧化还原反应氧化还原酶催化反应时，需要氧化还原辅因子充当过程中氢和电子的传递体。一般烟酰胺腺嘌呤二核苷酸[NAD(H)]作为辅因子。30目前三十页\总数六十页\编于十九点辅因子再生循环M.Wolberg,W.Hummel,M.Mu¨ller,Angew.Chem.,Int.Ed.Engl.2000,39,4306.31目前三十一页\总数六十页\编于十九点还原：Y.Naoshima,H.Hasegawa,T.Nishiyama,A.Nakamura,Bull.Chem.Soc.Jpn.1989,62,608.32目前三十二页\总数六十页\编于十九点氧化酶制备手性内酯I.J.Jakovac,H.B.Goodbrand,K.P.Lok,J.B.Jones,J.Am.Chem.Soc.

1982,104,4659.33目前三十三页\总数六十页\编于十九点双羟基化T.Hudlicky,H.Luna,J.D.Price,F.Rulin,TetrahedronLett.1989,30,4053.34目前三十四页\总数六十页\编于十九点环氧化E.J.Allain,L.P.Hager,L.Deng,E.J.Jacobsen,J.Am.Chem.Soc.1993,115,4415.35目前三十五页\总数六十页\编于十九点酶催化的Baeyer-Viliger氧化S.Rissom,U.Schwarz-Linek,M.Vogel,U.Kragl,TetrahedronAsymm.

1997,8,2523.S.M.Roberts,P.W.H.Wan,J.Mol.Catal.B:Enzymat.

1998,4,111.36目前三十六页\总数六十页\编于十九点C=C双键的还原反应37目前三十七页\总数六十页\编于十九点C-C键形成反应醇醛缩合反应Michael型加成反应偶姻反应38目前三十八页\总数六十页\编于十九点Aldolases因作用底物的不同被分为四类Pyruvate-DependentAldolasesDHAP-DependentAldolasesAcetaldehyde-DependentAldolasesGlycine-DependentAldolases39目前三十九页\总数六十页\编于十九点Aldolase因手性活性中心的作用方式被分为两大类40目前四十页\总数六十页\编于十九点Aldolases催化立体选择性的c-c键形成反应W.-D.Fessner,G.Sinerius,J.Badia,J.Aguilar,Angew.Chem.,Int.Ed.Engl.1991,

30,555.P.M.St.Hilaire,M.Meldal,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.

2000,39,1162.41目前四十一页\总数六十页\编于十九点一锅法制备双羟基手性化合物R.Schoevaart,F.vanRantwijk,R.A.Sheldon,J.Org.Chem.2000,65,6940.42目前四十二页\总数六十页\编于十九点昂贵的DHAP限制催化应用43目前四十三页\总数六十页\编于十九点M.Sugiyama,Z.Hong,L.J.Whalen,C.-H.Wong,Adv.Synth.Catal.2006,348,2555–2559.44目前四十四页\总数六十页\编于十九点2001,Schurmann和Sprenger发现fructose6-phosphate(FSA)J.Am.Chem.Soc.,2007,129(47),14811-1481745目前四十五页\总数六十页\编于十九点G.DeSantis,J.Liu,D.P.Clark,C.-H.Wong,Bioorg.Med.Chem.2003,11,43–52.制备阿伐他汀手性合成子46目前四十六页\总数六十页\编于十九点J.Liu,G.DeSantis,C.-H.Wong,Can.J.Chem.2002,80,643–645底物工程改变选择性47目前四十七页\总数六十页\编于十九点酶促D-A反应H.Oikawa,T.Kobayashi,K.Katayama,Y.Suzuki,A.Ichihara,J.Org.Chem.1998,63,8748.48目前四十八页\总数六十页\编于十九点加成反应氰醇的合成49目前四十九页\总数六十页\编于十九点酶的缺陷1,酶催化反应只能得到一种构型（L-型或D-型）的光学产物；2，酶常常存在着底物或产物抑制现象，造成反应转化率降低，生产能力低等问题；3，极端的pH、较高的温度和高盐浓度的反应体系都可能使酶钝化，失去部分甚至大部分催化活性；4，大量