脂肪酶催化酯化拆分与水解拆分2-甲基丁酸及其酯

2-甲基丁酸手件中心碳原子上的基团差异较小,是一种典型的酶法动力学拆分较为困难的风味化合物.本文分别在不同体系中比较了几种商品化脂肪酶和华根霉脂肪酶(RCL)催化酯化和水解反应对2-甲基丁酸及其酯的拆分,结果表明,RCL不仅在非水相中具有一定的选择性酯化能力,而且在水相中具有更强的选择性水解2-甲基丁酸乙酯的能力,在40℃下优先水解(S-型底物,反应10h后(R)-2-甲基丁酸乙酯的ee值为92.4%.进一步考察了温度对RCL催化酯化拆分与水解拆分的影响,结果表明,低温下反应的对映体选择性较高,在4℃下通过水解拆分获得的(R)-2-甲基丁酸乙酯的ee值町提高至95.0%.     

微水相中改性Ultrastable-Y分子筛固定化脂肪酶拆分(R,S)-2-辛醇

采用改性Ultrastable-Y分子筛固定化P. expansum PED-03脂肪酶(PEL), 利用固定化PEL在微水相中对(R,S)-2-辛醇进行拆分. 结果表明, 改性Ultrastable-Y分子筛固定化PEL所催化的拆分反应的转化率(c)和对映体过量值(e.e.)以及对映体选择性(E)均得到大幅度提高. 介质类型和体系含水量对酶促拆分反应有较大的影响. 在以正己烷为溶剂, 含水量为0.8%的体系中, 于50 ℃反应24 h的转化率(c)可达到理论值的97.68%, 对映体过量值(e.e.)可达到98.75%. 改性Ultrastable-Y分子筛固定化PEL催化效率高、立体选择性强, 且催化性能稳定, 在(R,S)-2-辛醇的酶法拆分方面具有良好的应用前景.     

一个具有相反光学选择性的新颖海洋 GDSL脂肪酶MT6用于（S）-1-苯基乙醇制备

1-苯乙醇是一种重要的手性药物中间体,并且(S)-1-苯乙醇和(R)-1-苯乙醇均具有应用价值.怎样获得光学醇的1-苯乙醇是药物合成中的重要问题.传统的化学合成手段不仅反应过程复杂,而且反应条件剧烈,对环境污染严重,因此生物催化方法越来越受到重视.脂肪酶和酯酶以其出色的立体选择性和温和的反应条件而被广泛用于手性药物的拆分制备.但是之前的一些研究发现脂肪酶和酯酶大都对(R)-1-苯乙醇及其衍生物有选择性,而我们发现并鉴定的脂肪酶 MT6的立体选择性则与这些脂肪酶/酯酶完全相反,具体体现在以下两个方面：(1) MT6能够特异地催化(S)-1-苯乙醇和乙酸异丙烯酯的转酯反应,生成(R)-1-苯乙醇;(2) MT6能够选择性地水解(S)-乙酸苏合香酯,生成(S)-1-苯乙醇.可见,利用 MT6催化的转酯反应和水解反应可以巧妙地进行(S)-1-苯乙醇和(R)-1-苯乙醇的制备. MT6来源于深海放线菌Marinactinospora thermotolerans SCSIO 00652,属于 GDSL家族脂肪酶第 II类群,这一类群的脂肪酶绝大多数来自微生物.有关 GDSL家族脂肪酶在手性拆分中的应用研究非常少.我们之前报道了 MT6的克隆、表达、纯化及转酯拆分反应,本文重点考察了 MT6通过水解反应制备(S)-1-苯乙醇的条件,优化了酶促水解拆分反应温度、有机共溶剂、pH、离子强度、酶用量、底物浓度、反应时间以及底物侧链长度等参数.研究发现,在反应体系中加入一定量的有机共溶剂能够大大提高产物(S)-1-苯乙醇的光学纯度,其中添加二氯甲烷获得的结果最为理想,可以将产物光学纯度从43%提高到89%,E值从2.84提高至22.82.经过优化,最佳反应温度为40°C,共溶剂二氯甲烷浓度为5%(体积分数),反应缓冲液为0.1 mol/L Tris-HCl (pH =7.0),酶用量为150 mg/mL,底物为15 mmol/L乙酸苏合香酯,反应时间控制在12 h.在此条件下,制备的(S)-1-苯乙醇的光学纯度可达97%,转化率可达28.5%,E值为95.9.此外,还比较了侧链长度不同的1-苯基乙醇酯对水解反应的影响,结果表明1-苯基乙醇酯的侧链长度可极大影响光学选择性和产率.在反应条件相同时, MT6催化侧链长度为4个碳的丁酸-1-苯乙酯水解,生成(S)-1-苯乙醇的光学纯度仅为50%.利用 AutoDock软件进行分子对接,结果显示长侧链的1-苯基乙醇酯离活性中心 His230的咪唑基较远,可能是导致酶立体选择性低的重要原因.值得注意的是,海洋微生物来源的 GDSL脂肪酶 MT6在水解反应和转酯反应中均表现出与一些已知脂肪酶/酯酶相反的立体选择性,因而具备进一步开发和应用价值.所制备的(S)-1-苯乙醇的光学纯度为97%,可以通过和转酯反应相结合的方式进一步提高产物的光学纯度和转化率.     

一个具有相反光学选择性的新颖海洋GDSL脂肪酶MT6用于(S)-1-苯基乙醇制备（英文）

1-苯乙醇是一种重要的手性药物中间体,并且(S)-1-苯乙醇和(R)-1-苯乙醇均具有应用价值.怎样获得光学醇的1-苯乙醇是药物合成中的重要问题.传统的化学合成手段不仅反应过程复杂,而且反应条件剧烈,对环境污染严重,因此生物催化方法越来越受到重视.脂肪酶和酯酶以其出色的立体选择性和温和的反应条件而被广泛用于手性药物的拆分制备.但是之前的一些研究发现脂肪酶和酯酶大都对(R)-1-苯乙醇及其衍生物有选择性,而我们发现并鉴定的脂肪酶MT6的立体选择性则与这些脂肪酶/酯酶完全相反,具体体现在以下两个方面:(1)MT6能够特异地催化(S)-1-苯乙醇和乙酸异丙烯酯的转酯反应,生成(R)-1-苯乙醇;(2)MT6能够选择性地水解(S)-乙酸苏合香酯,生成(S)-1-苯乙醇.可见,利用MT6催化的转酯反应和水解反应可以巧妙地进行(S)-1-苯乙醇和(R)-1-苯乙醇的制备.MT6来源于深海放线菌Marinactinospora thermotolerans SCSIO 00652,属于GDSL家族脂肪酶第II类群,这一类群的脂肪酶绝大多数来自微生物.有关GDSL家族脂肪酶在手性拆分中的应用研究非常少.我们之前报道了MT6的克隆、表达、纯化及转酯拆分反应,本文重点考察了MT6通过水解反应制备(S)-1-苯乙醇的条件,优化了酶促水解拆分反应温度、有机共溶剂、pH、离子强度、酶用量、底物浓度、反应时间以及底物侧链长度等参数.研究发现,在反应体系中加入一定量的有机共溶剂能够大大提高产物(S)-1-苯乙醇的光学纯度,其中添加二氯甲烷获得的结果最为理想,可以将产物光学纯度从43%提高到89%,E值从2.84提高至22.82.经过优化,最佳反应温度为40°C,共溶剂二氯甲烷浓度为5%(体积分数),反应缓冲液为0.1 mol/L Tris-HCl(p H=7.0),酶用量为150 mg/m L,底物为15 mmol/L乙酸苏合香酯,反应时间控制在12 h.在此条件下,制备的(S)-1-苯乙醇的光学纯度可达97%,转化率可达28.5%,E值为95.9.此外,还比较了侧链长度不同的1-苯基乙醇酯对水解反应的影响,结果表明1-苯基乙醇酯的侧链长度可极大影响光学选择性和产率.在反应条件相同时,MT6催化侧链长度为4个碳的丁酸-1-苯乙酯水解,生成(S)-1-苯乙醇的光学纯度仅为50%.利用Auto Dock软件进行分子对接,结果显示长侧链的1-苯基乙醇酯离活性中心His230的咪唑基较远,可能是导致酶立体选择性低的重要原因.值得注意的是,海洋微生物来源的GDSL脂肪酶MT6在水解反应和转酯反应中均表现出与一些已知脂肪酶/酯酶相反的立体选择性,因而具备进一步开发和应用价值.所制备的(S)-1-苯乙醇的光学纯度为97%,可以通过和转酯反应相结合的方式进一步提高产物的光学纯度和转化率.     

脂肪酶催化二次动力学拆分制备高光学纯度(S)-萘普生

设计了一种利用立体选择性相反的两种脂肪酶催化二次动力学拆分,由外消旋萘普生甲酯制备高光学纯度(S)-萘普生的方法。理论曲线预测,与简单的酶促动力学拆分反应相比,二次动力学拆分可以明显提高高光学纯度产物的产率.根据几种脂肪酶在微水/异辛烷双液相反应体系中不对称水解萘普生甲酯的立体选择性和对映体比率(E),首先选用R选择性的固定化南极假丝酵母脂肪酶(Novozym 435)对外消旋萘普生甲酯进行第一次拆分,然后选用S选择性的柱状假丝酵母脂肪酶(CRL)对S过量的剩余底物萘普生甲酯在同样的反应体系中进行第二次拆分.该二次拆分反应对映体过量值为96.8%的(S)-萘普生产率达19.9%.     

改性Ultrastable-Y分子筛固定化对非水相中脂肪酶拆分(R,S)-2-辛醇的影响

采用改性Ultrastable-Y分子筛固定Penicillium expansum PED-03 脂肪酶(PEL), 利用固定化PEL在非水相中对(R,S)-2-辛醇进行手性拆分, 考察了改性Ultrastable-Y分子筛固定化处理对PEL催化性能的影响. 结果表明, 与游离PEL及经其它载体固定化的PEL相比, 改性Ultrastable-Y分子筛固定的PEL所催化的拆分反应的转化率(c)和对映体过量值(ee)以及对映体选择性(E)均得到了较大提高. 经固定化处理后, PEL的最适反应温度明显升高, 适宜反应温度范围变宽, 其稳定性也得到了明显改善, 而适宜反应pH值则具有“记忆”性. 在间歇式反应器中利用Ultrastable-Y分子筛固定化PEL对(R,S)-2-辛醇进行手性拆分, 50 ℃反应24 h转化率(c)可达理论值的97.68%, 对映体过量值(ee)可达98.75%. 连续8批拆分反应的结果表明: 改性Ultrastable-Y分子筛固定化脂肪酶催化效率高、立体选择性强(平均E 值＞460), 且催化性能稳定, 显示了该固定化酶在(R,S)-2-辛醇的手性拆分方面具有良好的应用前景.     

新型酰基供体用于酶法动力学拆分制备(R)-1-(2-萘基)乙胺的研究

首次成功实现了光学纯(R)-1-(2-萘基)乙胺的高效酶法动力学拆分制备,考察了脂肪酶种类、溶剂、酰基供体、底物浓度、反应温度等对拆分效果的影响,发现新型酰基供体——正戊酸对氯苯酯能够很好地抑制非酶促自催化酰胺化效应.在甲苯溶剂中,底物浓度300 mmol/L,40℃条件下,采用该供体在脂肪酶Novozym 435催化下,动力学拆分反应8 h转化率达到理论最佳值50%,eep>99%.     

离子液体中脂肪酶催化拆分外消旋烯丙酮醇反应

 以离子液体为溶剂,考察了溶剂类型、水活度、温度、 pH值和共溶剂等因素对脂肪酶催化拆分外消旋烯丙酮醇(R,S)-4-羟基-3-甲基-2-(2-丙烯基)-2-环戊烯-1-酮反应的影响,并与常用于外消旋烯丙酮醇拆分的有机溶剂乙酸乙烯酯进行了比较. 结果表明,在离子液体［bmim］PF6中脂肪酶的催化性能较好,酶初始反应速率为18.48 μmol/(g·min), 半衰期为74.53 h, 高于在乙酸乙烯酯中的相应值(9.18 μmol/(g·min)和64.29 h). 但离子液体中拆分反应的转化率低于在乙酸乙烯酯中的转化率,可以通过向离子液体中补加酰基供体来提高外消旋烯丙酮醇的转化率. 两种反应介质中最佳酶反应条件均为水活度0.17, 温度40 ℃和pH=7, 但加入共溶剂后,离子液体中脂肪酶催化拆分外消旋烯丙酮醇的效率降低,而在乙酸乙烯酯中则有所提高.     

脂肪酶催化一步酯化协同拆分合成S-萘普生淀粉酯

利用CRL脂肪酶选择性催化外消旋萘普生甲酯与玉米淀粉进行转酯化反应合成光学纯S-萘普生淀粉酯,同时达到拆分外消旋萘普生的目的.考察了有机溶剂、脂肪酶用量、底物浓度比、反应温度对酯化协同拆分反应的影响,结果表明在异辛烷中脂肪酶CRL可以催化S-萘普生甲酯与淀粉发生转酯化反应同时完成外消旋萘普生的拆分,并且在脂肪酶用量为10%、底物浓度比为1∶3、异辛烷用量为15 m L、反应温度为60℃的条件下反应6d,外消旋萘普生甲酯的转化率为42.5%,产物对映体过量值eep高达99.1%.     

水对脂肪酶非水相催化拆分2-辛醇的影响

利用假单胞菌脂肪酶在有机溶剂中催化的对映选择性酯化反应，对外消旋（Ｒ，Ｓ）－２－辛醇进行了动力学拆分，考察了水对脂肪酶非水相催化性能的影响．结果表明，酶在有机溶剂中的活力显著依赖于系统的加水量，二者呈钟罩形曲线，但最佳加水量范围以及酶的活力大小因溶剂不同而异；在最佳加水量范围内，系统含水量的变化对酶的对映选择性影响不大，但加水量增大（＞１％，Ｖ／Ｖ）会导致逆反应（酯的水解）加剧而降低醇的光学纯度；在反应进行一定时间后，添加分子筛移走酯化反应生成的水，可显著提高反应的转化率，并增大醇的对映体过量，但当超过快反应（Ｒ－醇的酯化）的平衡转化率时，反而会造成残留醇的光学纯度下降．用二甲基甲酰胺和乙二醇取代部分或全部的水添加于非水相酶反应系统，也能起到与水类似的甚至更强的激活酶的作用．     

非水相中微生物脂肪酶催化转酯化拆分(R,S)-α-苯乙醇

研究了非水有机溶剂体系中脂肪酶不对称转酯化拆分(R,S)-α-苯乙醇反应,比较了15种不同微生物来源的脂肪酶,从中优选出催化活性及对映选择性较高的脂肪酶Lipase PS,系统考察了影响该酶催化不对称转酯化反应的关键因素,获得了优化的催化拆分工艺条件.结果表明,脂肪酶Lipase PS在非水反应体系中,以正己烷为反应介...     

Lipase-catalyzed synthesis of (S)-naproxen ester prodrug by transesterification in organic solvents

A lipase-catalyzed enantioselective transesterification process was developed for the synthesis of (S)-naproxen 2-N-morpholinoethyl ester prodrug from racemic 2,2,2-trifluoroethyl naproxen ester in organic solvents. By selecting isooctane and 37°C as the best solvent and temperature, the apparent fits of the initial conversion rates for transesterification and hydrolysis side reaction suggest a ping-pong Bi-Bi enzymatic mechanism with the alcohol as a competitive enzyme inhibitor. Improvements in the initial conversion rate and the productivity for the desired (S)-ester product were obtained after comparing with the result of an enantioselective esterification process. Studies of water content in isooctane and alcohol containing various N,N-dialkylamino groups on the enzyme activity and enantioselectivity, as well as the recovery of (S)-ester product by using extraction, were also reported.     

A catalytic-enantioselective entry to planar chiral pi-complexes: enantioselective methoxycarbonylation of 1,2-dichlorobenzene-Cr(CO)(3)

The palladium-catalyzed mono-methoxycarbonylation of 1,2-dichlorobenzene tricarbonylchromium(0) has been achieved with up to 95% ee in the presence of the chiral ferrocene ligand (R,S)-PPF-pyrrolidine. It was found that the enantioselectivity strongly depends on the reaction time (conversion). Obviously, the initial enantioselectivity is enhanced by a subsequent kinetic resolution connected to the formation of the bis-methoxycarbonylated byproduct.     

华根霉脂肪酶有机相酯合成活性的重塑

研究了具有较高酯合成活性的华根霉膜相关脂肪酶及其沉淀酶蛋白的重折叠处理过程, 发现膜成分及表面活性剂可能是影响其活性的关键因素. 进一步考察了影响异源表达的可溶性华根霉脂肪酶r27RCL酯合成活性重塑的关键因子及作用阶段. 研究结果表明, 表面活性剂对脂肪酶的酯合成活性具有关键影响, 直接添加表面活性剂可使酯合成活性显著提高. 在7种不同表面活性剂中, 两性离子表面活性剂LPC14将r27RCL的酯合成活性提高了5.75倍. 分子动力学模拟结果表明, 在有机相反应中, 表面活性剂的添加使脂肪酶催化三联体之间的氢键作用力得到加强, 从而提高了脂肪酶的有机相酯合成能力.     

水饱和离子液体中萘普生的酶法拆分

 考察了五种水饱和离子液体反应介质中固定化脂肪酶催化外消旋萘普生甲酯的水解. 结果表明,这些具有不同阴阳离子组合的咪唑基离子液体作为反应介质都能促进水解反应的有效进行,但在水饱和1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(［bmim］PF6)中,反应进行得更快,转化率更高. 这些离子液体对脂肪酶均有一定的溶解作用并使溶解的脂肪酶失活. 脂肪酶在离子液体中的溶解度与其剩余活性之间有一定的相关性. 为了解决脂肪酶在离子液体中的溶解问题,使用非极性、高比表面积的无定形多孔硅胶YWG-C6H5对脂肪酶进行了固定化. 在水饱和［bmim］PF6中使用固定化脂肪酶催化反应,反应72 h的转化率为28.3%, 产物的对映体过量值为98.2%, 继续进行反应,转化率将增加,但产物的对映体过量值明显下降. 利用离子液体有别于传统有机溶剂的特性,对离子液体的循环使用、产物的回收和水的补充方法进行了研究. 在反复批式反应中,固定化脂肪酶连续使用五次,活性仅略微下降.     

Kinetic resolution of both 1-phenylethanol enantiomers produced by hydrolysis of 1-phenylethyl acetate with <Emphasis Type="Italic">Candida antarctica</Emphasis> lipase B in different solvent systems

The enzymatic resolution of (R, S)-1-phenylethanol produced by hydrolysis of (R, S)-1-phenylethyl acetate catalyzed by immobilized Candida antarctica lipase B (CALB) was successfully carried out in different solvent systems. A systematic screening and optimization of the reaction parameters such as enzyme amount, the nature and the content of organic solvent, pressure and temperature in supercritical carbon dioxide (SC-CO₂) and phosphate buffer, with respect to the conversion rate, were performed. CALB exhibits high enantioselectivity in both tert-butanol with 0.025 mol/l phosphate buffer (pH 7.5) and SC-CO₂ with 0.025 mol/l phosphate buffer (pH 7.5) systems. The conversion rate was 41.2% higher in SC-CO₂ with 0.025 mol/l phosphate buffer (pH 7.5) then in tert-butanol with 0.025 mol/l phosphate buffer (pH 7.5) and the reaction time decreased from 8 h to 90 min.     

Effect of lipase immobilization on resolution of (R, S)-2-octanol in nonaqueous media using modified ultrastable-Y molecular sieve as support

The lipase from Penicillium expansum PED-03 (PEL) was immobilized onto modified ultrastable-Y (USY) molecular sieve and the resolution of (R, S)-2-octanol was carried out in a bioreactor in nonaqueous media by the immobilized lipase. It was found that the conversion rate, enantiomeric excess (ee) value, and enantioselectivity (E) value of the resolution catalyzed by PEL immobilized on modified USY molecular sieve were much higher than those of the reaction catalyzed by free PEL and PEL immobilized on other supports. Immobilized on modified USY molecular sieve, the PEL exhibited obvious activity within a wider pH range and at a much higher temperature and showed a markedly enhanced stability against thermal inactivation, by which the suitable pH of the buffer used for immobilization could be “memorized.” The conversion rate of the reaction catalyzed by PEL immobilized on modified USY molecular sieve reached 48.84%, with excellent enantio-selectivity (avarege E value of eight batches >460) in nonaqueous media at “memorial” pH 9.5, 50°C for 24 h, demonstrating a good application potential in the production of optically pure (R, S)-2-octanol.     

水饱和离子液体中脂肪酶催化萘普生甲酯对映选择性水解

 对比研究了水饱和异辛烷和水饱和离子液体1-正丁基-3甲基咪唑六氟磷酸盐([bmim]PF6)中脂肪酶催化萘普生甲酯不对称水解反应. 结果表明,由于离子液体[bmim]PF6同时具有极性和疏水性,因而成为萘普生甲酯不对称水解反应的理想介质. 与水饱和异辛烷相比,水饱和离子液体不仅明显降低了水解反应的平衡常数(K),增大了对映体比率(E),从而有效提高了水解反应的平衡转化率(ceq)和产物的对映体过量值(eep),而且由于离子液体对另一产物甲醇的溶解度高,还明显地提高了脂肪酶的操作稳定性.     

A parametric study on biphasic medium conditions for the enantioselective production of naproxen by <Emphasis Type="Italic">Candida rugosa</Emphasis> lipase

A parametric study to increase the enantioselectivity of Candida rugosa lipase (CRL) toward S-Naproxen production by the hydrolysis of racemic Naproxen methyl ester in an aqueous-organic biphasic batch system was carried out. Effects of organic solvent type, aqueous phase/organic solvent volume ratio, agitation rate, concentrations of the substrate and the enzyme, pH of the aqueous phase, and temperature on the en antiomeric excess for the product (ee_p), on the enantiomeric ratio (E) and on the conversion (x) were evaluated. Employing isooctane as the solvent resulted in higher ee_p, E, and x than those obtained in hexane, cyclohexane, and toluene. The higher the volume ratio of aqueous phase/organic solvent employed, the higher the conversion and enantioselectivity achieved. The increase in agitation rate increased the hydrolysis rate. Higher concentration of racemic Naproxen methyl ester than 10 mg/mL decreased both the conversion and enantioselectivity. The increase in crude CRL concentration resulted in enhancement of x, but the decrease of fee_p and E. Acidic pH led to higher conversion and enantioselectivity than the medium and alkaline pH values. A further increase in temperature to over 45°C decreased the conversion and enantioselectivity. The highest enantiomeric ratio achieved in the S-Naproxen production was E=171.1, with x=49.8% and ee_p=95.7%.