酶在有机合成中的应用

酶在有机合成中的应用制作人：关杰雄周建华王天戌梁颂辉王芸芸王玉海二反应条件苛刻一反应产率不高有机反应中遇到的难题四大特点：一高效率二专一性三条件温和四调节能力OAcOH+OHOAcOAcOH另外，对于酯水解反应，利用脂酶（PLE）进行拆解的时候，如果水解前是手性或内消旋二脂，则酶只水解其中一个酯基，ee值达到77-88%一、酶的选择专一性（一）区域选择性例如：二羧酸酯类化合物的选择性局部水解（二）立体专一性和一般的常规催化剂相比，酶在化学反应中显示了异常优越的立体选择性。某些酶可以只对特定光学特性的分子作用，而对其他分子没有影响例如：消旋化的氨基酸消旋化氨基酸的α-氨基经乙酰化以后，用蛋白质水解酶水解。水解酶只能识别并且水解由L－氨基酸形成的酰氨键。因此可以将L-α-氨基酸游离出来。而蛋白水解酶不能识别D-氨基酸形成的酰氨键，因此仍以乙酰氨基酸形式存在，从而达到分离的目的。ROAcRH2NOAcH2NHH(CH3CO)2OCH3ONHCH3NHCOOHOHRCH3ROAcROAcHH2NNHHCOCH3OAcRACELASES二、对映选择性反应酶在反应中具有很强的光学和手性识别能力，可以应用于某些光学活性物质的制造例如：面包酵母面包酵母是面包中的一种发酵真菌，它可以对手性碳进行对映选择性还原，以α-酮酸酯为例在用面包酵母还原α-甲基乙酰乙酸乙酯时，C3位形成S构型，C2位是R，S均有使用面包酵母还可以制造某些光学活性化合物：CH3OCH3OOC2H5面包酵母CH3OHCH3OOC2H5(CH3)3SiClOLiCH3OLiCH3CH3OSiO(CH3)3OOCH3CH3CH3H+OCH3CH3OCH3OCH3CH3OCOOC2H5面包酵母CH3OHHC2H5OHNADPNADPHCH3COOC2H5HOHCOOC2H5CH3COOC2H5OCO2O2HCH3OHOHOHOHCH3面包酵母+OHOCH3CH3HOHOHS-1,2-丙二醇R-1,2-丙二醇官能团异构例如：紫杉醇（抗癌药）H2NOOOMe面包酵母H2NOHOOMe三动力学拆分酵母分解糖时，将辅酶NADP转化成NADPH，同时将羰基化合物在酵母还原酶作用下由NADPH夺取一个H，被还原成羟基，例如将乙酰乙酸乙酯在面包酵母作用下还原成S-3-羟基丁酸乙酯（将酵母悬浊液打进乙酰乙酸乙酯与乙醇的混合液中，通入空气）以脂酶（lipase)催化手性醇为例：利用动力学拆分，MATTSON还在CAL催化下用硫代辛酸乙酯作为酰化剂成功拆分了具C2对称性的二醇，其ee值达99%以上而且通过形成环状亚硫酸酯还能将内外消旋体分开OOC(CH3)3OROOO-OOHOOH+酶作用专一性的机制酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有催化活性的手性中心，这些手性中心对底物分子构型取向起着诱导和定向的作用，使反应可以按单一方向进行。酶能够区分对称分子中等价的潜手性基团。(a)“三点结合”的催化理论。认为酶与底物的结合处至少有三个点，而且只有一种情况是完全结合的形式。只有这种情况下，不对称催化作用才能实现。胰凝乳蛋白酶结构酶的反应机制非酶促反应：S→S#→P酶促反应：E+S→ES→ES#→EP→E+P米氏方程：V=Vmax*[S]/Km+[S](Km=(k2+k3)/k1)S:底物P:产物S#：S的过渡态ES：酶—底物中间物EP：酶—产物中间物酶在改善反应条件中的作用催化抗体与半抗原抗原与抗体NHO2NCOOHO2NO2NCOOHH3CNO2+FHCOOHFH衍生物OOCOOCOOCCOOHHOOC---抗体抗体抗体抗体ROR'OOR'ROOHROO+HORPOROOR-稳定类似物他们利用这种电性互补原理在抗体结合部位引入了一个羧酸根基团,羧酸根基团在抗体影响下,吸取质子的能力增强,可用来催化β-氟化酮的反应,通过夺取α-氢质子而消去HF,大大降低了反应活化熵.由六个带有铵盐的半抗原形成的抗体中,四个可以起到以上的催化作用,羧酸根在生理条件下(PH=6.2)下是一个良好的碱,同位素效应表明,β-氟化酮消去反应中,脱去质子的一步是决定速度的步骤参考文献《生物化学》古练权编高等教育出版社《有机化学合成原理》《催化化学》吴越著科学出版社《高分子化学》林尚安等编科学出版社《山东化工》第四期王成华《酶工程与有机合成》袁其中等〈有机合成基础〉岳保珍，李润涛著北医大出版社〈有机合成方法研究进展〉古练权著中大化工院《酶动力学》P.C.恩格尔著科学出版社《酶活性控制》P.科恩著科学出版社《酶催化选择性有机合成研究新进展》高守海等著1996。214