有机相酶催化不对称醇解反应拆分α-氰基苄醇乙酯及其反应动力学研究

摘要

光学活性氰醇是一类具有重要应用价值的手性中间体,它很容易转化为β-氨基醇、α-羟基酸、α-羟基酮等许多手性物质,进而合成其它多种光学活性化合物,因而在医药、农药等精细化工领域具有广阔的应用前景,特别对制备手性药物中间体最具发展潜力,它将为手性药物的研制和开发开辟一条新的途径。本文研究了有机溶剂中脂肪酶催化α-氰基苄醇乙酯的非对称醇解反应,拆分α-氰基苄醇乙酯合成(S)-α-氰基苄醇(又称为苯乙氰醇或扁桃氰)。考察了脂肪酶、溶剂、醇、温度、外扩散、酶量、底物浓度以及苯甲醛等因素对反应的影响,并对该反应的动力学进行了研究。结果表明脂肪酶Lipase A.S.具有最高的催化活性和最好的对映体选择性,经实验确定的最佳条件为:四氢呋喃为溶剂,甲醇为酰基受体,反应温度为30-40℃,为消除传质的影响摇床转速应大于200r/min,底物浓度为300mmol/L,甲醇浓度为150-300mmol/L,酶量为10mg/mL,反应48小时,(S)-苯乙氰醇的得率可达40％,对映体过量值大于98%。研究结果还表明反应过程中产物苯乙氰醇的分解是产物对映体过量值和得率降低的主要原因,苯乙醇氰的分解产物苯甲醛,对反应有很强的抑制作用,底物甲醇会对反应产生抑制作用。根据实验结果和对反应过程的分析,确定反应符合存在甲醇竞争抑制的乒乓双双反应机理,由此推导得到反应的初速度方程如下: v0=(vm)[A][B])/([A][B]+KA[B]+KB(1+([A]/(KiA)[A]))其中:v0为反应的初速度,[A]为甲醇浓度,[B]为(S)-酯浓度。对实验数据进行拟合,得到模型参数为:Vm=169.11(mmol/L/hr),KA=0.01(mmol/L),KB=1536.86(mmol/L),KiA=796.98(mmol/L),模型的R2=0.969。拟合结果表明,模型计算值和实验数据能够较好地吻合。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 文献综述

1．1 手性技术的重要性

1．2 手性药物及其合成

1．2．1 手性药物简介

1．2．2 手性药物制备方法

1．3 有机相酶催化

1．3．1 酶催化的应用

1．3．2 有机相酶催化的优点

1．3．3 有机相酶催化的应用

1．3．4 有机相中酶催化活力的改善

1．4 手性α-氰基节醇的制备

1．4．1 非对称合成

1．4．2 消旋体拆分合成

1．4．3 (S)-α-氰基苄醇合成方法比较

1．5 课题思路

第二章 实验材料及方法

2．1 试验材料

2．1．1 脂肪酶及其它试剂

2．1．2 试验仪器

2．2 试验和分析方法

2．2．1 底物的合成

2．2．2 检测方法的建立

2．2．3 试验方法

2．3 本章小结

第三章 酶、溶剂、醇的选择

3．1 脂肪酶的筛选

3．2 底物醇的筛选

3．3 溶剂的筛选

3．3．1 酶活性和溶剂属性的定量关系模型

3．3．2 溶剂工程

3．3．3 溶剂对反应初速度转化率和ee值的影响

3．4 本章小结

第四章 酶反应条件的考察

4．1 温度的影响

4．2 内扩散和外扩散的影响

4．3 苯甲醛浓度的影响

4．4 底物浓度的影响

4．5 反应过程曲线

4．6 本章小结

第五章 酶催化醇解反应动力学

5．1 引言

5．2 反应机理的确立

5．3 反应模型的推导

5．3．1 初速度方程的推导和求解

5．3．2 速度方程的推导

5．4 本章小结

第六章 结论和建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

附录

致谢