离子液体对非水相脂肪酶催化合成辛酸戊酯的影响

摘要

离子液体对非水相脂肪酶催化合成辛酸戊酯的影响硕士研究生吴红平导师夏咏梅专业应用化学非水相酶催化酸和醇合成酯已被广泛用于食品、化妆品及医药等行业，其中溶剂工程的调控是一个重要的手段。离子液体具有良好的热稳定性、溶解范围广、可以忽略的蒸汽压和物性可调控等优良的性质，特别是其较强的极性，可溶解高极性底物，使其更有望成为酶催化反应溶剂工程的调控工具。本文以辛酸和戊醇的酯化反应为研究对象，选择脂肪酶RM和Novozym435为催化剂，研究了离子液体及微波辐射下离子液体对该反应的影响，具体研究内容和结果如下： 1.用脂肪酶RMIM在不同溶剂系统中催化合成辛酸戊酯，考察了[BMIM][PF6]对该反应初速度及反应进程的影响。在含1％(占辛酸质量)【BMIM】[PF6】的有机溶剂体系中，反应初速度随溶剂logP(2.0～5.1)的变化趋势与有机溶剂中的变化趋势一致。[BMIM][PF6](占辛酸质量1％)的加入即可改变该酯化反应溶剂体系的溶剂行为，但其对该反应的影响与反应溶剂无关，只与离子液体的加入有关。荧光光谱分析表明，酶活性的表现与酶分子的构象变化有一定的相关性。当[BMIM][PF6]力日入量为辛酸质量1％～3％时，以壬烷为溶剂的反应初速度随[BMIM][PF6]加入量的增加而降低。进一步研究表明在[BMIM][PF6]加入量为辛酸质量1％～5％范围内，[BMIM][PF6]对脂肪酶RMIM的抑制作用是不可逆抑制。 2.考察了[BMIM][PF6]对脂肪酶RMIM最适反应温度和操作稳定性的影响。结果显示，在40℃～70℃范围内，当[BMIM][PF6]加入量为辛酸质量2％时，以壬烷为溶剂酶催化反应的最适温度为60℃，此温度高于不加离子液体的最适反应温度(50℃)。同时，离子液体(占辛酸质量1％)的存在可以提高固定化脂肪酶RMIM的操作稳定性。 3.考察了离子液体加入量为辛酸质量1％时离子液体的结构对酶RMIM催化合成辛酸戊酯的影响。当阳离子均为[BMIM】+时，酶促酯化反应在阴离子为PF6-的离子液体-壬烷中辛酸转化率明显高于其阴离子为BF4-、Cl-中的；而阴离子均为PF6-时，辛酸转化率随离子液体咪唑环上烷基链的增长而降低。在含不同结构离子液体的壬烷中，微波辐射都表现出提高酶催化反应初速度的特点，且这种效应随着离子液体阴、阳离子的不同而有所变化。 4.研究了微波辐射下[BMIM][PF6]对脂肪酶Novozym435催化合成辛酸戊酯的影响，考察了具有不同logP的有机溶剂以及[BMIM][PF6]的加入对该反应的影响。结果表明，微波辐射下反应初速度随溶剂logP(2.0～5.1)的变化趋势与常规加热下的变化趋势基本一致;在极性大的芳烃溶剂中微波能更明显地提高酶的活性。[BMIM][PF6](占辛酸质量1％)的加入不会改变该反应的最适加水量(占辛酸质量2％)。微波辐射下，以壬烷为溶剂，当[BMIM][PF6]为辛酸质量1％～3％时，反应初速度与其加入量负相关，而当其加入量为辛酸质量3％～8％(占辛酸质量)时，反应初速度与其加入量正相关。采用ChemPcwer微波合成仪进行在壬烷或含[BMIM][PF6](占辛酸质量1％)壬烷中的酯化反应，微波辐射均提高了辛酸转化率。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2离子液体的分类和制备

1.2.1 N，N′-二烷基咪唑阳离子型离子液体的制备

1.2.2 N-烷基吡啶阳离子型离子液体的制备

1.2.3季铵阳离子型离子液体的制备

1.2.4季膦阳离子型离子液体的制备

1.2.5其它阳离子型离子液体的制备

1.3离子液体作为酶促反应溶剂的特性

1.4离子液体中酶的特性变化

1.4.1酶活

1.4.2稳定性

1.4.3选择性

1.5影响非水相脂肪酶催化反应的因素

1.5.1溶剂

1.5.2水

1.5.3微波辐射

1.6离子液体中的脂肪酶催化反应

1.6.1转酯化反应

1.6.2酯化反应

1.6.3手性醇拆分反应

1.6.4水解反应

1.6.5氨解反应

1.7展望

1.8立题依据和主要研究内容

1.8.1立题背景及存在的问题

1.8.2主要研究内容

第二章离子液体对非水相脂肪酶RM IM催化合成辛酸戊酯的影响

2.1引言

2.2主要试剂与仪器

2.2.1试剂

2.2.2仪器

2.3实验方法

2.3.1不同有机溶剂中脂肪酶RM IM催化合成辛酸戊酯

2.3.2有机溶剂-离子液体中脂肪酶RM IM催化合成辛酸戊酯

2.3.3脂肪酶RM IM荧光发射光谱的检测

2.3.4酯化反应初速度及辛酸转化率的测定

2.4结果与讨论

2.4.1有机溶剂中离子液体对酶促酯化反应初速度的影响

2.4.2离子液体的加入量对壬烷中酶促酯化反应初速度的影响

2.4.3六氟磷酸类离子液体对酶促酯化反应的影响

2.4.4离子液体结构对酶促酯化反应的影响

2.4.5离子液体对酶促酯化反应进程的影响

2.4.6脂肪酶在有机相酶促酯化反应后荧光光谱的变化

2.5本章小结

第三章离子液体对脂肪酶RM IM性质影响的初步研究

3.1引言

3.2主要试剂与仪器

3.2.1试剂

3.2.1仪器

3.3实验方法

3.3.1壬烷-离子液体中脂肪酶RM IM催化合成辛酸戊酯

3.3.2酯化反应初速度及辛酸转化率的测定

3.4结果与讨论

3.4.1离子液体对脂肪酶RM IM抑制的可逆性研究

3.4.2离子液体对壬烷反应体系中酶颗粒分散的影响

3.4.2离子液体对脂肪酶最适反应温度的影响

3.4.3离子液体对脂肪酶操作稳定性的影响

3.5本章小结

第四章微波辐射下离子液体对非水相脂肪酶Novozym 435催化合成辛酸戊酯的影响

4.1引言

4.2主要试剂与仪器

4.2.1试剂

4.2.2仪器

4.3实验方法

4.3.1有机溶剂-离子液体中脂肪酶Novozym 435催化合成辛酸戊酯

4.3.2不同辐射时间下脂肪酶Novozym 435催化合成辛酸戊酯

4.3.3酯化反应初速度及辛酸转化率的测定

4.4结果与讨论

4.4.1微波辐射下有机溶剂对反应初速度的影响及其微波效应

4.4.2离子液体对酶促酯化反应最适加水量的影响

4.4.3不同离子液体对反应初速度的影响及其微波效应

4.4.4不同量离子液体对反应初速度的影响及其微波效应

4.4.5不同辐射时间下离子液体的微波效应

4.5本章小结

全文结论

致谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文