整体型SiO2基大孔材料固定化脂肪酶及应用

摘要

脂肪酶是具有界面活性的一类酰基水解酶，在水和油界面上具有较高的催化活性，能催化脂类水解以及酯合成、酯交换、氨解和酸解等反应，被广泛应用于诸多工业领域。手性化合物制备方法中的酶法动力学拆分是利用脂肪酶在有机溶剂中的高活性、高立体选择性和底物专一性，能与单一对映异构体发生转酯化反应，从而达到外消旋体拆分的目的。但游离酶在使用中因难以回收进行重复利用、容易造成产物的二次污染，限制了其在工业生产中的使用，因此将脂肪酶在合适的载体上进行固定化，方便酶的回收和重复使用是解决上述问题的有效途径。SiO2多孔材料作为无机多孔材料的一种，具有良好的热稳定性和机械稳定性。本文采用硬模板法制备具有高孔隙率、高比表面积、孔径均一的整体型SiO2大孔材料，并通过不同方法对其进行表面改性，用作载体固定化脂肪酶，将制备得到的固定化酶用于1-苯乙醇的手性拆分，具体结果如下： （1）以具有柱撑式结构的环氧树脂大孔聚合物为模板，制备整体型大孔SiO2材料。通过SEM、MIP、FTIR和N2吸附-脱附法对材料孔道结构和表面性质进行表征。结果表明大孔SiO2具有三维连续贯通的大孔孔道，孔壁由连续的SiO2纳米薄膜构筑而成且表面存在丰富的介孔，比表面积为75.1m2/g，孔隙率为92.3%。以整体型大孔SiO2为载体采用吸附法固定褶皱假丝酵母脂肪酶(CRL)，优化了脂肪酶的固定化条件，系统对比研究了游离脂肪酶和固定化脂肪酶的酶学性质。结果表明，在CRL浓度为0.6mg/mL、pH为8.0、固定化时间为10h时，固定化酶酶活达到4825U/g。与游离脂肪酶相比，固定化脂肪酶的pH稳定性、热稳定性和储存稳定性明显提高，连续使用8次后的酶活为初始酶活的68.0%。 （2）通过溶剂蒸发将环氧树脂粘附在大孔SiO2孔壁表面，制备EP/SiO2复合大孔材料，固定化荧光假单胞菌脂肪酶(PFL)，优化了PFL的固定化条件。当脂肪酶初始浓度为0.8mg/mL，pH为8.5，固定化时间为12h时，固定化酶的酶活为5530U/g。相较于游离脂肪酶，固定化脂肪酶具有更好的pH稳定性和热稳定性，固定化酶重复使用10次后，酶活保留为初始酶活的64.9%。 （3）以上述制得的固定化脂肪酶PFL@EP/SiO2为催化剂，催化1-苯乙醇的手性拆分，系统探究了反应时间、溶剂、体系水活度、催化剂用量、(R,S)-1-苯乙醇与酰基供体比对拆分反应的影响。结果表明，在本反应体系中，反应时间、水活度和催化剂用量和对反应的影响较大。当反应时间为48h，反应溶剂选用环己烷，采用CuSO4·5/3水合盐对控制反应体系水活度，催化剂的用量为0.15g，(R,S)-1-苯乙醇与酰基供体摩尔比为1∶3时，固定化酶催化(R,S)-1-苯乙醇转酯化反应的ees值达到99.5%，eep>99.5%，转化率C为49.9%，E值大于2000。 （4）通过甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸甲酯(Trim)在大孔SiO2孔道内的原位聚合反应制备Poly(GMA-co-Trim)/SiO2复合大孔材料固定化荧光假单胞菌脂肪酶，并用于1-苯乙醇的手性拆分。系统研究了反应时间、溶剂、体系水活度、催化剂用量、(R,S)-1-苯乙醇与酰基供体比对拆分反应的影响。结果表明，当反应时间为36h，催化剂用量为0.20g，(R,S)-1-苯乙醇与酰基供体摩尔比为1∶4，以环己烷为溶剂，加入CuSO4·5/3调节反应体系水活度时，固定化酶催化(R,S)-1-苯乙醇转酯化反应的eep值达到97.7%，ees为90.1%，转化率C为48.0%，E值大于200。

目录

声明

引言

1绪论

1.1固定化酶技术

1.1.1固定化酶技术的发展

1.1.2固定化酶的方法简介

1.2脂肪酶及其固定化

1.2.1脂肪酶简介

1.2.2脂肪酶的催化机理

1.2.3脂肪酶的固定化

1.3固定化脂肪酶在手性拆分中的应用

1.3.1手性化合物

1.3.2手性化合物的制备方法

1.3.3脂肪酶在(R, S)-1-苯乙醇拆分中的应用

1.4本课题的研究目的及内容

1.4.1研究目的

1.4.2 研究内容

2实验试剂与表征方法

2.1试剂

2.2实验仪器

2.3表征方法

2.3.1红外光谱分析

2.3.2场发射扫描电镜

2.3.3热重及差热分析

2.3.4比表面积分析

2.3.5孔性质分析

2.3.6紫外可见分光光度计

2.3.7液相色谱分析

3整体型大孔SiO2的制备及其固定化脂肪酶

3.1实验部分

3.1.3 CRL的固定化

3.1.4脂肪酶酶活与蛋白含量的测定

3.2结果与讨论

3.2.1材料的表征

3.2.2脂肪酶固定化条件的优化

3.2.3固定化脂肪酶的酶学性质

3.3结论

4 EP/SiO2复合大孔材料的制备及其固定化脂肪酶

4.1实验部分

4.1.1 EP/SiO2复合大孔材料的制备

4.1.2 PFL的固定化

4.1.3脂肪酶酶活及蛋白含量的测定

4.2结果与讨论

4.2.1材料的表征

4.2.2脂肪酶固定化条件优化

4.2.3固定化脂肪酶的酶学性质

4.3本章小结

5.1实验部分

5.1.1实验原理

5.1.2 实验方法

5.1.3测定方法

5.1.4数据处理

5.2结果与讨论

5.2.1反应时间对手性拆分的影响

5.2.2溶剂对手性拆分的影响

5.2.3水活度对手性拆分的影响

5.2.4催化剂用量对手性拆分的影响

5.2.5 (R, S)-1-苯乙醇与酰基供体摩尔比对手性拆分的影响

5.3本章小结

6Poly(GMA-co-Trim)/SiO2固定化PFL催化(R, S)-1-苯乙醇手性拆分

6.1.1 Poly(GMA-co-Trim)/SiO2复合大孔材料的制备

6.1.2 PFL的固定化

6.1.3PFL@Poly(GMA-co-Trim)/SiO2催化(R, S)-1-苯乙醇手性拆分

6.2结果与讨论

6.2.1材料表征

6.2.2反应时间对手性拆分的影响

6.2.3催化剂用量对手性拆分的影响

6.2.4水活度对手性拆分的影响

6.2.5溶剂对手性拆分的影响

6.2.6酰基供体与(R, S)-1-苯乙醇摩尔比对手性拆分的影响

6.3本章小结

7结论

参考文献

在学研究成果

致谢