氯过氧化物酶的手性催化活性在有机合成中的应用

氯过氧化物酶（CPO）作为过氧化物酶家族中的一员对多种有机底物表现出了广泛的催化活性。自上世纪60年代被发现以来，CPO在有机合成中的应用一直是一个研究热点。它作为一种生物催化剂能催化广泛的底物合成手性化合物，且有高的产率和高的对映选择率。本文综述了氯过氧化物酶在手性有机合成中的应用，重点关注了卤化、醇氧化、羟基化、环氧化、磺化氧化等反应，并讨论了目前在该领域所面临的问题及今后的发展趋势。     

过氧化物酶在不对称氧化中的应用及氧化反应机理

过氧化物酶尤其是从Caldariomyces fumago中得到的氯过氧化物酶（GPO）能 催化多种底物的氧化和环氧化反应，表现出良好的立体选择性，近年在此领域内的 应用有若干重要的进展。由于CPO与细胞色素P450单加氧酶的相似性，它们的反应 机理与活性部位的研究也十分引人瞩目。     

手性苄基甲基亚砜的氯过氧化物酶催化定向合成

基于氯过氧化物酶(CPO)对有机底物的手性识别功能,以CPO催化、叔丁基过氧化氢(TBHP)氧化甲基苄基硫醚合成手性R-苄基甲基亚砜,并在反应体系中引入多羟基化合物及季铵盐提高了目标产物的产率;反应主要受体系的pH值、氧化剂类型、反应时间、氧化剂/底物摩尔比,以及CPO用量等因素控制.引入多羟基化合物(甘油,PEG400,PEG600)时,R-苄基甲基亚砜的产率及ee值可分别达到65.5%和96.3%;而引入季铵盐(TEABr,TPABr,TBABr)时,其产率提高到78.2%～68.5%,ee值为95.4%～94%.UV-vis及荧光光谱分析表明反应体系中引入少量添加剂时CPO活性中心的血红素辅基暴露程度增加,底物容易接近,同时CPO的α-螺旋结构得以加强,从而有效改善了CPO的催化性能.与目前的合成方法相比,CPO酶促氧化制备手性R-苄基甲基亚砜高效、定向,酶用量极少,具有一定的产业化应用潜能.     

手性环氧氯丙烷的CPO酶催化不对称合成

基于氯过氧化物酶(CPO)对有机底物的手性识别,以CPO催化、叔丁基过氧化氢(TBHP)氧化3-氯丙烯合成手性(R)-环氧氯丙烷,并引入多羟基化合物为添加剂提高了目标产物的产率及对映选择性.反应主要受体系的pH值以及CPO用量等因素控制.UV-vis及CD光谱分析表明,反应体系中引入多羟基化合物(甘油、PEG400、PEG600)时,CPO的血红素辅基暴露程度增加,底物容易接近活性中心,同时CPO的α-螺旋结构得以加强,从而有效提高了产物收率.CPO对底物的手性识别主要基于底物与酶催化中间体([Fe(IV)=O·]+)形成的复合物对酶的稳定性的影响.通过反应条件优化,(R)-环氧氯丙烷产率可达67.3%,对映选择性(ee)97.5%.     

基于离子液体共溶剂效应的氯过氧化物酶催化氧化邻苯二胺的研究

通过缓冲液-离子液体混合溶剂中氯过氧化物酶(CPO)催化氧化邻苯二胺(OPD)的产物结构和性能的表征,证实此酶促反应的产物为2,3-二氨基吩嗪(DAP);OPD-H2O2-CPO反应体系有望用于荧光酶联免疫分析;酶动力学分析表明以咪唑类离子液体(ILS)为共溶剂时,CPO对底物的亲和力及对底物识别的专一性都得以改善,从而有效提高了产物收率;酶促反应主要受CPO的稳定性及酶的用量等因素控制.在最佳条件下,产率可达81.16%.     

用于生物氧化的蓝色漆酶

漆酶是一种含铜多酚氧化酶, 在真菌和高等植物中产生, 多为分泌型糖蛋白. 有氧的条件下, 漆酶能催化底物氧化, 把氧还原成水. 详述了漆酶在有机合成中的应用.     

咪唑/吡啶离子液体辅助氯过氧化物酶催化氧化环己烯的研究

以氯过氧化物酶(CPO)催化、H2O2氧化实现环己烯的环境友好转化,并通过溶剂工程调控和提高目标产物的产率.研究结果表明缓冲液体系(PBS)中引入咪唑/吡啶类离子液体(ILs)时,含量仅为1.5%(WILS/WPBS)时环己烯转化率即可提高31%.酶促反应动力学参数Km的减小以及Kcat和Kcat的增大表明引入离子液体时CPO对底物的亲和力及对底物识别的专一性得以改善,导致转化数增大,这是底物转化率有效提高的主要原因;此外,紫外,荧光及圆二色谱研究及产物组成分析表明离子液体在反应体系中具有多重功能:相转移催化、诱导酶分子结构优化及调节产物组成.由于反应基本在150 min内结束,酶用量极少,因此具有一定的产业化应用潜能.     

羧基功能化Fe3O4固定化酶反应器的构筑及性能研究

对固定化酶的载体进行功能化修饰,通过改善载体和酶的界面连接可使酶分子在载体表面形成高度有序的二维排列,从而提高酶的催化活性和操作稳定性.用柠檬酸修饰的Fe₃O₄磁性纳米粒子(CA-Fe₃O₄)易于磁性分离且表面富含羧基,可作为一种优良载体通过吸附法固定化氯过氧化物酶(CPO)构筑CPO@CA-Fe₃O₄酶反应器、共固定化CPO和葡萄糖氧化酶(GOx)构筑GOx&CPO@CA-Fe₃O₄级联酶反应器.将酶反应器应用于催化氧化结晶紫染料的脱色时,两种酶反应器均显示出良好的催化活性、对底物的亲和性与专一性、热稳定性,在实际水样中也有良好的应用效果.与CPO@CA-Fe₃O₄相比, GOx&CPO@CA-Fe₃O₄酶反应器因级联反应中H₂O₂的原位产生而表现出更优异的催化性能...     

氯过氧化物酶修饰电极对一氯二甲酮的催化氯化

通过将氯过氧化物酶溶液(Chloroperoxidase, CPO)与Nafion分散的单壁碳纳米管分散液混合后直接滴涂到玻碳电极表面制得修饰电极. 这个固定了氯过氧化物酶的碳纳米管修饰玻碳电极, 在pH=5.0的磷酸缓冲溶液中测得的循环伏安曲线上有一对准可逆的氧化还原电流峰, 经过与裸电极和没有固定氯过氧化物酶的碳纳米管修饰电极上测得的循环伏安行为对比后确认, 碳纳米管对氯过氧化物酶与电极之间的电子传递反应具有很好的促进作用. 利用该修饰电极能催化一氯二甲酮氯化为二氯二甲酮, 无需添加过氧化氢作为反应启动剂, 紫外光谱的测试结果表明, 每摩尔氯过氧化物酶可催化氯化4.0×105 mol 的一氯二甲酮, 表现出很高的催化效率.     

有机农药异丙隆的级联生物降解体系的构建

构建了一个酶促氧化结合活性淤泥处理的级联生物降解有机农药异丙隆的体系.首先,建立了氯过氧化物酶（CPO）催化H₂O₂氧化降解异丙隆的酶处理体系.在最佳反应条件下,异丙隆的降解率可在10 min内达到100%.反应在室温下进行,pH=3.0,所需H₂O₂浓度为0.2 mmol/L,酶用量极少,仅7 nmol/L.降解体系高效、温和、绿色,无二次污染,极具应用潜力.CPO酶促氧化降解异丙隆的产物用HPLC-MS测定,并进一步根据主要产物推测了降解的途径.结果表明,异丙隆经CPO催化H₂O₂氧化处理后,被分解成较小的4-异丙基苯胺和4-乙基苯胺苄基正离子碎片分子.如果将CPO-H₂O₂酶促氧化作为一种前处理手段,后续与活性淤泥微生物降解过程结合,通过这种二级处理方法可实现含异丙隆污水的化学需氧量（COD）的有效去除,达到含异丙隆污水深度治理的目的.进一步以绿藻Chlorella pyrenoidosa的生长抑制率为评价指标对异丙隆酶催化氧化降解的产物进行了毒性评估,结果表明,随着底物降解率的逐渐增大,降解产物对绿藻的生长抑制率逐渐减小,说明经酶法降解后得到的产物与异丙隆相比毒性降低.