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.     

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%.     

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.     

离子液体的制备及其在酶催化反应中的应用

离子液体，尤其是非水溶性离子液体可以作为一种溶剂或酶的载体用于非水相酶促反应中，也可以用于双相体系中的酶促反应。本文概括性介绍了常见离子液体的制备，总结和讨论了离子液体中酶的活性、稳定性、反应选择性以及各类酶在离子液体中的催化反应行为。离子液体的物性及其与酶的相容性对酶本身及酶促反应都有很大的影响。在非水相酶促反应中，离子液体的极性作用不遵从通常用来判别大多数有机物溶剂行为的规则，比如lgP规则。     

漆树漆酶的催化氧化作用(ⅩⅠⅠⅠ)-Fe2+离子对漆酶催化氧化反应的影响

以5,6-二溴-2,3-二氰基氢醌为底物,在pH4.50条件下,用分光光度法考察了FeSO4对漆树漆酶催化氧化反应的影响.结果表明,在本文实验条件下SO2-4离子对酶促反应的影响基本可以忽略,而Fe2+离子对漆酶的催化氧化反应则有明显的竞争性抑制作用.研究证实,Fe2+离子的抑制作用是通过它还原酶促反应的产物半醌自由基阴离子来实现的.     

离子液体/季铵盐辅助氯过氧化物酶促氧化合成聚酚

基于氯过氧化物酶(CPO)催化氧化苯酚衍生物单体,建立了一个聚酚的绿色合成体系.以对苯基苯酚、对甲基苯酚、4-乙基苯酚、对羟基肉桂酸、对异丙基苯酚和邻甲基苯酚等6种底物为考察对象,以聚合物的产率、聚合度及热稳定性为评价指标,研究了体系中引入离子液体(ILs)或季铵盐(QAS)以及底物结构和反应微环境等对聚合反应和聚合物性质的影响.结果表明,引入少量咪唑类ILs或QAS可有效提高产物收率,其中ILs/QAS的阳离子基团越大和疏水链越短,越有利于酶催化聚合反应的进行;而ILs/QAS添加量的影响则呈现"钟罩"型规律.同时,苯酚对位取代远比邻位取代有利于聚合反应进行;而对位取代基中烷基类给电子基团比芳香基取代更有优势,所得聚合物的聚合度和热稳定性相对增大,但随着取代基团的增大,其空间位阻不利于聚合物产率的提高;反应体系的p H应控制在弱酸性至近中性,以避免竞争性的副反应的发生;而氧化剂H_2O_2则需要采用间歇式加入以抑制瞬时过浓导致CPO活性中心卟啉环的氧化损伤.基于CPO的活性中心结构分析了聚合机理.     

离子液体中酶促区域选择性合成CFAE

碳水化合物脂肪酸酯(CFAE)作为一类非离子型生物表面活性剂,被广泛用于食品、医药及化妆品工业,一些CFAE还具有抗菌、抗肿瘤等特殊生物活性。非水介质中酶促区域选择性合成CFAE反应的瓶颈在于高极性碳水化合物与酰基供体不易相溶,并具有多个可酰化羟基。传统有机溶剂虽能提高极性底物在体系中溶解度,但常使酶活下降。新型绿色介质离子液体用于CFAE的酶法合成过程具有诸多优点,不仅生物催化剂能维持较好的活性与稳定性,且良好的底物溶解性可改善反应区域选择性及转化速率,反应体系还可重复利用。本文介绍了离子液体中影响酶促区域选择性合成CFAE反应的主要因素,包括酶、底物在离子液体中的溶解性能及底物自身性质等,详述了离子液体中酶促制备CFAE的研究进展,也指出了酶促合成CFAE存在的问题与发展前景。     

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.     

含离子液体［bmim］Cl的反应介质中马肝醇脱氢酶的催化特性

 研究了马肝醇脱氢酶(HLADH)在含离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯酸盐(［bmim］Cl)的反应介质中的催化特性. 以乙醇为底物时,该酶在［bmim］Cl含量≤0.15 g/ml的体系中的活力高于在不含离子液体的体系中的活力; 离子液体浓度过高(＞0.15 g/ml)对酶活性有明显的抑制作用. 反应温度和pH对含离子液体的反应介质中酶活力的影响规律与不含离子液体时的规律相似. 与不含离子液体的反应介质相比, HLADH在含0.05 g/ml ［bmim］Cl的体系中催化乙醇氧化的活化能下降,酶反应的Vmax和Km均升高. 反应体系中低浓度(≤0.1 g/ml)的离子液体能提高酶的热稳定性,但高浓度(＞0.1 g/ml)的离子液体可降低酶的热稳定性. 紫外二阶导数光谱显示,在含不同浓度离子液体的反应介质中酶分子构象的变化有较大的差异.     

氯过氧化物酶修饰电极用于岩白菜素的电催化氯化

将氯过氧化物酶(CPO)与双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)混合后滴涂于玻碳(GC)电极表面, 制得CPO-DDAB/GC修饰电极. 循环伏安结果显示, 固定在电极表面的CPO可与电极之间发生直接的电子传递作用. 利用高效液相色谱-质谱联用技术对反应产物进行表征, 结果显示, 以该CPO修饰电极为工作电极, 在氧气饱和的氯化钾-岩白菜素溶液中, 利用CPO催化氧还原生成的过氧化氢可进一步驱动CPO对岩白菜素的催化氯化反应. 经估算总转化数(TTN)达到13600, 即1 mol CPO可催化13600 mol岩白菜素.     

离子液体中锰卟啉催化双氧水氧化烯烃的研究

研究了离子液体中Mn(TFPP)Cl(meso-tatrakis(pentafluoropheyl)porphinato)manganese(Ⅲ)cloride锰卟啉催化烯烃的氧化反应.在离子液体-CH2C12混合溶剂中,以价廉、环境友好的H2O2为氧源,考察了离子液体结构、反应条件等对环氧化反应的影响.当氧化剂/环己烯/催化剂/咪唑=450∶150∶1∶75(摩尔比)时,室温下,在MMISM-CH2Cl2的混合溶剂中,环己烯的转化率和环氧环己烷的选择性可分别达到94.8%和95.5%,远高于在纯CH2Cl2中的实验结果.并在最优反应条件下考察了该催化剂体系对烯烃底物的适用性.此外,反应结束后,产物可以由正己烷萃取出来,考察了混合溶剂中Mn(TFPP)Cl催化剂的重复使用情况.     

金属离子对氯过氧化物酶在25℃到55℃激活作用以及机理的研究

基于氯过氧化物酶（CPO）的卤化活性分析,发现某些碱土金属（Ca2+, Mg2+）和过渡金属（Co2+, Ni2+）对CPO具有明显的激活及稳定化作用。例如25 ºC时与CPO在纯缓冲溶液中相比,在75 μmol·L-1 Ca2+,90 μmol·L-1 Mg2+,90 μmol·L-1 Ni2+及105 μmol·L-1 Co2+存在时CPO可分别获得1.33,1.37,1.34 及1.27倍的最大相对活性。而在55 ºC,没有金属离子存在时,CPO 30分钟后仅能保留40%的活性,但在Ca2+,Mg2+离子的介质中,CPO的活性可分别保留81% 和 75%。推测这是由于金属离子结合在CPO活性中心周围的酸-碱催化位点Glu183, His105 and Asp106上,通过底物浓集和诱导有利构象来激活CPO. 同时动力学研究表明金属离子对CPO的激活归因于催化效率（kcat）的提高,以及CPO对底物亲和性及选择性的改善。     

水/有机溶剂双相中郁李醇腈酶催化含硅(R)-酮氰醇对映选择性合成

 研究了水/有机溶剂双相中来源于郁李仁的(R)-醇腈酶催化2-三甲基硅-2-乙酮与2-甲基-2-羟基丙腈对映选择性合成(R)-2-三甲基硅-2-羟基丙腈,初步探讨了反应时间、酶粉颗粒大小、底物浓度、底物配比和酶添加量对转氰反应的影响. 结果表明,适宜的反应条件为: 反应时间96 h左右, 酶粉颗粒大小0.3～0.45 mm, 底物2-三甲基硅-2-乙酮浓度14 mmol/L, 底物2-甲基-2-羟基丙腈与2-三甲基硅-2-乙酮摩尔比2:1, 单位体积反应介质中的酶添加量43.5 g/L左右. 在该优化反应条件下,反应平衡转化率和产物的光学纯度(ee值)均可高达99%. 对比研究发现,郁李醇腈酶催化2-三甲基硅-2-乙酮反应在酶促反应初速率、底物转化率和产物光学纯度等方面均显著优于其碳结构类似物3,3-二甲基-2-丁酮.     

羰基还原酶CR2重组酶体系不对称合成(S)-N,N-二甲基-3-羟基-3-(2-噻吩)-1-丙胺

构建了羰基还原酶CR2重组酶体系,并优化了相关的酶促催化反应条件.通过在催化体系中添加辅酶NADP+(0.1 mmol/L)和辅底物葡萄糖(120 g/L),在30℃及p H=8.0的条件下反应4 h,CR2重组酶体系不对称还原N,N-二甲基-3-酮-3-(2-噻吩)-1-丙胺(DKTP,10 g/L),合成了高光学纯度(S)-N,N-二甲基-3-羟基-3-(2-噻吩)-1-丙胺[(S)-DHTP,e.e.值99.9%],产率为62%.在酶促催化过程中,由于辅酶循环生成葡萄糖酸导致反应体系p H值下降而影响催化效率.通过调控反应体系p H值,(S)-DHTP的产率提高到68%.不同浓度底物的反应过程表明底物对CR2酶促反应具有抑制作用,且在10 g/L底物浓度下反应的时空产率可达1.3 g·L-1·h-1.     

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.     

热动力学的滴定量热法研究2: 单底物酶促反应的热动力学

用滴定量热法分别建立了滴定期和停滴反应期单底物酶促反应热动力学的数学模型。根据这两种模型,可由一次实验的滴定量热曲线同时解析出单底物酶促反应的热力学参数(Δ~rH~m)和动力学参数(K~m和k~2)。用滴定量热法研究了一个经典的单底物酶促反应---过氧化氢酶催化分解过氧化氢反应的热动力学,由滴定期和停滴反应期热动力学模型解析出在298.15K和pH=7.0时该反应的米氏常数K~m分别为(5.41±0.24)×10^-^3和(5.43±0.21)×10^-^3mol.L^-^1,酶转换数k~2分别为(3.58±0.33)×10^3和(3.60±0.41)×10^3s^-^1,摩尔反应焓为(-86.75±0.88)kJ.mol^-^1,实验结果验证了上述热动力学模型的正确性。     

以邻氨基酚为底物的伏安酶联免疫分析体系酶促反应的研究

辣根过氧化物酶 (HRP)催化H2 O2 氧化邻氨基酚的酶促反应与邻氨基酚的氧化产物的电极还原反应相偶合的伏安酶联免疫分析新体系具有很高的灵敏度 ,测定HRP的检出限为 6 .0× 1 0 -10 g/L ,线性范围为 1 .0× 1 0 -9～ 4.0× 1 0 -6g/L .制备出了HRP催化H2 O2 氧化邻氨基酚的产物纯品 ,并应用电化学分析、高效液相色谱、紫外 可见光谱、红外光谱、13 C核磁共振谱、1H核磁共振谱、质谱、元素分析等技术对体系酶促反应进行了深入的研究 .在所选择的酶促反应条件下 ,生成的产物为 3 氨基吩嗪 .提出了酶促反应及其产物的电极还原过程 .     

Br(o)nsted酸性离子液体催化异丁醛和叔丁醇缩合反应

考察了Br(o)nsted酸性离子液体同时作为溶剂和催化剂催化异丁醛和叔丁醇缩合制备 2,5-二甲基-2,4-己二烯的反应性能.结果表明,Br(o)nsted酸性离子液体具有良好的催化性能,反应后反应产物与离子液体自动分层易分离,离子液体经过真空干燥处理后可以作为溶剂和催化剂循环使用.调变离子液体中的阳离子或阴离子的结构对催化性能有较大的影响.     

离子液体中的生物催化反应

本文综述了近年来离子液体中生物催化反应的研究进展。离子液体作为新的绿色溶剂,用于生物催化反应具有以下特点:在离子液体中酶有良好的稳定性、选择性和反应活性。离子液体可溶解极性大的反应物, 产物易分离,酶和离子液体可重复使用。对离子液体中的生物催化进行了展望。     

离子液体[BMIM]Cl预处理对微晶纤维素酶解的影响

以微晶纤维素为研究对象, 设计了离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(1-butyl-3-methylimidazolium chloride, [BMIM]Cl)预处理微晶纤维素Avicel的实验方法以实现纤维素的高效酶解糖化. 在[BMIM]Cl中Avicel完全溶解, 经水洗沉淀得到再生纤维素, 回收后的离子液体可重复利用. 预处理后底物酶解的可溶性糖转化率在24 h时高达94.65%, 较之同样条件下未经预处理底物的酶解糖转化率(48.57%)有飞跃性提升. 进一步考察了离子液体预处理对纤维素结构及形态的影响, 结果表明: [BMIM]Cl预处理后Avicel氢键减弱; 结晶度明显下降, 结晶型态由纤维素I型转变为纤维素II型; 由规整的平行排布转变为疏松有孔的无序形貌. 正是离子液体预处理引起的纤维素微观与宏观结构性质的显著改变使得再生后纤维素酶解的可溶性糖转化率大幅提高.