离子液体三相微乳液在生物催化中的应用研究

摘要

离子液体拥有许多独特的性质，如:几乎可以忽略的蒸汽压、超强的溶解能力、强大的可设计性以及可以与某些溶剂形成三相等，这些性质使得离子液体的应用范围不断扩大，主要涉及到的领域有:酶催化反应、萃取、有机合成等。
　　 本文利用亲油性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[Bmin]PF6，并借助混合表面活性剂形成了具有稳定中相的三液平衡体系。以离子液体、表面活性剂和盐的水溶液为三组分绘制了拟三元相图，研究形成三液平衡体系所需的各个组分的含量范围，结果表明在研究范围内存在较大区域的连续三相微乳液。利用拟三元相图，配制不同组成的三相微乳液，研究脂肪酶、底物以及产物等对其各相体积的影响，从而确定各相体积变化最小的三相微乳液为反应介质。在该介质中进行了脂肪酶催化水解4-硝基苯丁酸酯反应，并考察了反应条件对水解反应的影响，其中温度、pH、反应时间对酶活性有较大的影响，且在缓冲溶液的pH=8、温度为45℃时反应速率最大。在最优条件下，对三相微乳液与两相微乳液两个体系中的酶催化反应进行了动力学研究，根据米氏方程求得了两个人体系中的Vmax和Km值。其中，三相体系的Vmax约是两相体系的5倍，充分体现了三相微乳液在酶促水解p-NPB反应方面的优越性。为了进一步阐述三相微乳液在酶催化方面的优势，考察了酶在其中的稳定性，发现培育72h后脂肪酶的残余活性仍能达到72％，远远高于两相微乳液。通过红外光谱分析得出洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶在三相微乳液中的蛋白质酰胺Ⅰ带结构与水溶液中极其相近，这也就充分解释了其在三相微乳液中催化性能的显著。
　　 为了进一步探讨三相微乳液在酶催化领域的独特优越性，还以其为反应介质进行了酶催化手性拆分反应。以布洛芬为底物，皱褶假丝酵母菌为脂肪酶主要来源，采用酶促酯化的方法对其进行手性拆分。高效液相色谱建立了检测R-布洛芬、S-布洛芬及其酯的方法，其中R-布洛芬和S-布洛芬能够得到较好的分离，而布洛芬酯未能分离开。对两相微乳液和三相微乳液两个体系中酶法拆分反应进行了比较，三相微乳液中脂肪酶的对映体选择性和活性均高于两相微乳液体系，再一次体现了三相微乳液的优越性。此外，利用单因素法着重考察了醇种类、底物与醇摩尔比、底物浓度、酶浓度、盐浓度、温度以及总表面活性剂浓度等因素对酶促酯化反应的影响。结果表明，醇种类、底物与醇摩尔比、酶浓度等因素对反应有较大的影响。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 脂肪酶简介

1．1．1 脂肪酶概述

1．1．2 脂肪酶的结构与功能

1．1．3 脂肪酶的专一性

1．2 微乳液

1．2．1 微乳液的分类

1．2．2 微乳液的特征

1．2．3 微乳液中的酶及其催化反应

1．3 离子液体

1．3．1 离子液体概述

1．3．2 离子液体中的酶

1．4 本文的立体依据及主要研究内容

1．4．1 立体依据

1．4．2 论文主要内容

第二章 微乳液相行为的研究

2．1 实验部分

2．1．1 实验仪器和试剂

2．1．2 拟三元相图的绘制

2．2．4 实验介质的确定

2．2 实验结果与讨论

2．2．1 表面活性剂的确定

2．2．2 拟三元相图的研究

2．2．3 实验体系的确定

2．3 本章小结

第三章 三相微乳液中脂肪酶的催化水解反应

3．1 实验部分

3．1．1 实验仪器和试剂

3．1．2 不同介质中脂肪酶的催化活性

3．1．3 三相体系中底物及产物在各相中的分配

3．1．4 动力学研究

3．1．5 脂肪酶在不同介质中的稳定性

3．1．6 红外谱图收集

3．1．7 红外谱图处理

3．1．8 反应介质的重复使用

3．2 结果与讨论

3．2．1 底物及产物的吸收光谱

3．2．2 三相体系中底物及产物在各相中的分配

3．2．3 脂肪酶的催化活性

3．2．4 不同反应介质中脂肪酶的催化活性研究

3．2．5 反应进程曲线的测定

3．2．6 脂肪酶的稳定性

3．2．7 脂肪酶结构的研究

3．2．8 反应介质的重复利用

3．3 本章小结

第四章 三相微乳液中脂肪酶催化拆分反应

4．1 实验部分

4．1．1 实验仪器和试剂

4．1．2 不同介质中脂肪酶催化酯化拆分反应

4．1．3 HPLC分析条件

4．1．4 对映体过剩值和转化率的计算方法

4．1．5 标准曲线的绘制

4．1．6 三相体系中底物在各相中的分配

4．2 结果与讨论

4．2．1 实验原理

4．2．2 高效液相色谱检测方法的建立

4．2．2 工作曲线的绘制

4．2．3 三相体系中底物在各相中的分配

4．2．4 不同介质对酶促拆分反应的影响

4．2．5 底物醇对酶促酯化反应的影响

4．2．6 底物摩尔分数比例对酶促酯化反应的影响

4．2．7 温度对酶促酯化反应的影响

4．2．8 酶浓度对酶促酯化反应的影响

4．2．9 表面活性剂浓度对酶促酯化反应的影响

4．2．10 盐浓度对酶促酯化反应的影响

4．2．11 底物浓度对酶促酯化反应的影响

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

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