二腈的区域和对映选择性生物水解反应: 腈水合酶与二腈分子 作用模式初探

在Rhodococcussp.AJ270细胞的催化作用下,内消旋的内式和外式双环[2.2.1]-庚烯-2,3-二腈和双环[2.2.2]-5-辛烯-2,3-二腈水解生成相应的二酸或酸酐,而外消旋的反式双环[2.2.1]-5-庚烯-2,3-二腈和双环[2.2.2]-5-辛烯-2,3-二腈则发生区域选择性和立体选择性的水解反应生成光活性的氰基酰胺和氰基羧酸。讨论了腈水合酶与二腈的作用模式。     

不同催化体系下腈的水合反应研究进展

腈可用于构建新的碳-碳、碳-杂原子键,所得产物丰富多样.酰胺基团广泛存在于医药、农药和天然产物中,此外,酰胺还是有机合成反应中重要的中间体.在目前报道的酰胺类化合物的合成方法中,腈的水合反应已成为学术界和工业界最广泛使用的获得初级酰胺类化合物的方法之一.早期腈的水合反应中通常涉及强酸、强碱的使用,但在该类反应体系下,往往存在产率低及反应选择性差等问题,且所得酰胺容易过度水解成羧酸.为了克服这一局限实现腈的高效水合,且满足绿色化学的要求,近年来,不同的催化体系相继被开发,如过渡金属配合物催化剂、金属阳离子催化剂、金属纳米粒子催化剂、离子液体催化剂及其它类型催化剂.对这些催化体系下腈的水合反应研究进行阐述和总结,并对该领域的发展前景进行了展望.     

固定化对恶臭假单胞菌腈水合酶催化特性的影响

酶法代替铜催化法使丙烯腈转化制内烯酰胺的研究,70年代起在国外开始进行.近年来,国内也相继开展了这方面的工作.他们筛选得到的恶臭假单胞菌JP-1具有较高腈水合酶活力,其完整细胞的腈水合酶催化特性也已进行了研究.本文研究了采用海藻酸钙包埋法制备的恶臭假单胞菌固定化细胞的酶学性质.     

紫外光谱法实时测定腈水合酶的催化动力学

采用紫外光谱法研究了腈水合酶催化丙烯腈水合的过程,在不同丙烯腈初始浓度下,测定了催化过程中275nm紫外吸光度的变化,计算出丙烯酰胺的生成速率.用Michaelis-Menten方程对不同丙烯腈浓度下的Nocardiasp.腈水合酶催化速率进行了拟合,得到该酶以丙烯腈为底物的米氏常数(K_m)为8.46mmol/L,单位质量腈水合酶的催化速率常数(k_cat)为2398μmol/(min·mg).     

腈水解酶在医药中间体生物催化研究中的最新进展

腈水解酶是生物催化领域中的一种重要催化剂,可用于羧酸的生物合成,反应过程具有条件温和、催化效率高、选择性突出、工艺绿色环保等特点,在医药中间体的制备中具有重要应用,符合原子经济性和绿色化学的发展方向。相关酶种的挖掘及改造已逐步成为新的研究热点,许多腈水解酶催化剂已被开发应用于医药中间体的合成。随着现代分子生物学技术的进步以及生物催化进入第三次发展浪潮,利用基因工程手段构建的基因工程菌或纯化酶作为催化剂已变得较为普遍,提高催化剂的催化潜力、改善其催化特性以最大程度的体现腈水解酶合成反应的独特优势,将为腈水解酶应用于更多医药中间体的合成奠定基础。本文综述了用于医药中间体合成的腈水解酶的应用与发展现状,并探讨了该领域研究所面临的前所未有的机遇与挑战。     

含三元环腈的生物转化反应与应用*

腈的对映选择性生物转化反应是合成高光学活性羧酸及其酰胺衍生物的有力手段。 本文介绍了在红球菌AJ270催化下,一系列含三元环结构的腈,包括环丙腈、环氧丙腈和氮杂环丙腈的生物转化反应。提出了腈水合酶和酰胺水解酶酶活中心的假设,即腈水合酶可能位于比较疏散的立体空间环境中,而酰胺水解酶则处于相对深埋的位置且空间大小有限。另外本文还探讨了腈的生物催化反应在天然产物及生物活性分子合成中的应用。     

近临界水中己二腈的水解

在间歇式反应器中成功地实现了己二腈(ADN)在近临界水中的水解。考察了m(ADN)/m(水)比、温度、时间、m(ADN)/m(添加物)比、添加物种类以及压力对每种产物产率的影响。通过高效液相色谱检测,己二腈在近临界水中水解主要生成五种产物,分别为5-氰基戊酰胺、己二酰胺、5-酰胺己戊酸、己二酸和微量的5-氰基戊酸。实验结果表明,ADN浓度和时间的改变对己二酰胺、5-酰胺基戊酸和己二酸的产率有明显的影响;时间是影响5-氰基戊酸产率的重要因素;5-氰基戊酰胺产率主要取决于ADN的浓度。     

腈的生物转化不对称合成β-氨基酸和β-氨基酰胺

含有腈水合酶和酰胺水解酶的红球菌Rhodococcus erythropolis AJ270能在非常温和的条件下催化一系列β-氨基苯丙腈衍生物的水解反应, 生成相应的β-氨基酸和β-氨基酰胺. 底物结构对生物转化反应的效率及立体选择性影响很大. 3-氨基-3-苯丙腈的生物水解反应显示了较低的立体选择性, 而氮甲基取代衍生物的水解反应则显示了中等立体选择性, 生成相应S构型β-氨基酸和R构型β-氨基酰胺. 氮上大位阻取代基显著降低生物催化效率.     

氧化锰晶体作为催化材料调控氨氧化反应产物选择性

有机腈类化合物作为一类重要的化工原料,被广泛应用于医药/农药制造、精细化学品合成和高性能纤维/橡胶生产中.传统合成有机腈类化合物一般使用剧毒的氰化物作为腈化试剂,这类氰化物在危害人体健康的同时,也会严重污染生态环境.针对无氰化物的腈化过程,发展了很多新的反应路线,其中,采用氨气作为氮源的直接氨氧化引起了广泛关注.在该反应中,高温气固相氨氧化反应容易发生过氧化等副反应.与之相比,液相体系中的氨氧化过程反应条件则相对温和,可以有效抑制过氧化.但是,在液相反应中,腈类产物很容易被水合成酰胺类化合物,从而导致该反应的产物选择性大幅降低.本文研究发现,通过改变氧化锰晶体结构可以有效地调控醇类分子氨氧化反应中腈和酰胺产物的选择性.MnO2(包括α,β,γ和δ相)催化的氨氧化过程中,主要得到了酰胺(选择性>99.0％),而在相同反应条件下,α-Mn2O3却可以高选择性地催化醇氨氧化到腈类产物(选择性>99.0％),在该体系中,即使额外增加反应体系中水和催化剂的用量,腈类产物依然不会转化为酰胺产物.动力学研究结果表明,α-Mn2O3催化腈水合到酰胺的反应速率几乎为零,这说明该类催化剂可以有效抑制腈水合反应.原位红外光谱结果表明,α-Mn2O3表面无法有效活化水分子,并且对腈类分子的吸附较弱,这些因素都导致了腈水合反应难以进行,从而可以高选择性地形成腈类化合物.与之相反,MnO2催化材料则可以高效地活化水分子,并且对腈类分子吸附较强,从而有效促进了水合反应并获得了酰胺产物.综上,通过调控氧化锰的晶体类型就可以简单、有效地改变氨氧化反应中的产物选择性.即使在苛刻的反应条件下,例如较大量的水存在下,α-Mn2O3催化的反应体系中依然可以高选择性地获得腈类化合物.本文为高效调控氨氧化反应的产物选择性提供了一个可靠方案.     

氧化腈无铜点击反应构建氮氧杂环的研究进展

点击化学(Click chemistry)自从2001年被Sharpless提出之后,得到了飞速的发展.而Cu(I)催化的叠氮-炔之间的环加成(Cue-AAC)反应作为点击反应的典型代表,已广泛地应用于新材料的制备、药物的合成以及催化剂载体之中.但是在反应过程中使用Cu(I)催化剂,导致产品易被金属铜盐污染,从而使该反应在生物医药等应用领域受到限制.基于氧化腈的点击反应作为一类新型的点击反应,其不仅仅可以与炔、烯进行1,3-偶极环加成反应,还可以与腈反应.由于该反应不需要铜金属催化以及有良好的立体选择性和区域选择性等的优点,常被应用于药物的制备以及一些特定结构生物活性化合物的合成中.对基于氧化腈的点击反应最新进展进行综述.