離子液體中苯甲硫醚不對稱氧化規(guī)律的研究畢業(yè)設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 離子液體中苯甲硫醚不對稱氧化規(guī)律的研究 學(xué) 院 生物科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè) 生物制藥工程 學(xué)生姓名 mr liang 指導(dǎo)教師 王菊芳 提交日期 2009 年 6 月 6 日 華 南 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （論文） 任 務(wù) 書 茲發(fā)給 05生物制藥 班學(xué)生 mr liang 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書，內(nèi)容如下： 1.畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 離子液體中苯甲硫醚不對稱氧化反應(yīng)規(guī)律的研究 2.應(yīng)完成的項目： （1）不對稱氧化反應(yīng)的正交實驗 （2）有機(jī)溶劑中各因素對硫醚不對稱氧化反應(yīng)的影響 （3）離子液體中各因素對硫醚不對稱氧化反應(yīng)的影響 （4）緩沖液中各因素對硫醚不

2、對稱氧化反應(yīng)的影響 （5）總結(jié)反應(yīng)體系中不同條件對不對氧化反應(yīng)的影響規(guī)律 3.參考資料以及說明： （1） 王軍.離子液體的性能及應(yīng)用.中國紡織出版社. （2） 張鎖江,呂興梅等.離子液體從基礎(chǔ)研究到工業(yè)應(yīng)用.科學(xué)出版社. （3） 付建龍.有機(jī)化學(xué)教程,北京:化學(xué)工業(yè)出版社 （4） 符冠燁.手性亞砜的合成及其在不對稱合成中的應(yīng)用 （5） 官斌，孟慶偉，高占先.有機(jī)催化的不對稱反應(yīng). （6） （7） 4.本畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書于 年 月 日發(fā)出，應(yīng)于 年 月 日前完成，然后提交畢業(yè)考試委員會進(jìn)行答辯。 專業(yè)教研組（系）、研究所負(fù)責(zé)人 審核 年 月 日 指導(dǎo)教師 簽發(fā) 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）評

3、語：（應(yīng)包括平時表現(xiàn)、論文質(zhì)量、答辯表現(xiàn)等內(nèi)容） 畢業(yè)設(shè)計（論文）總評成績： 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 摘 要 傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)和分離過程都是在有機(jī)溶劑中進(jìn)行的，由于使用大量易揮發(fā)的有機(jī)溶劑，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。而離子液體作為一種新型的反應(yīng)介質(zhì)由于其具非揮發(fā)性、強(qiáng)極性和熱穩(wěn)定性好等的特點而被譽(yù)稱為21世紀(jì)的“綠色反應(yīng)劑”。這種物質(zhì)的廣泛應(yīng)用可以很好的解決環(huán)境污染問題。近年來，離子液體被廣泛關(guān)注，其在各方面的應(yīng)用的報道日益增多，尤其是在作為生物催化反應(yīng)的溶劑和共溶劑更是備受關(guān)注。由于離子液體作為一種高效的溶劑和共溶劑在生物催化合成手性物質(zhì)中發(fā)揮著重大的作用。本文研究苯甲硫醚分

4、別在緩沖溶液、有機(jī)溶液、離子液體中的不對稱反應(yīng)規(guī)律，實驗在不同的ph值、底物濃度、過氧物化物種類、過氧化物添加方式等條件下進(jìn)行反應(yīng)。研究結(jié)果表明，當(dāng)ph為6.4，底物濃度為10mm，過氧化氫添加量為6mm，且過氧化氫分5次添加時底物轉(zhuǎn)化率和e.e.為最高。在幾種有機(jī)溶劑反應(yīng)體系中，異丙醇的底物轉(zhuǎn)化率和e.e.為最高，達(dá)到60%和91%。在所研究的親水性和疏水性離子液體中，bmim bf4 的底物轉(zhuǎn)化率和和e.e為最高，達(dá)到56.4和90% 。關(guān)鍵詞：離子液體；生物催化；不對稱氧化反應(yīng)，手性亞砜abstractthe traditional chemical reaction and separ

5、ation processes are carried out in molecular solvents, and the use of a large number of volatile organic solvents have caused serious environmental pollution. as a new type of reaction medium with non-volatile and strong polarity and thermal stability characteristics and good reputation, ionic liqui

6、ds have been called the green reaction agent in 21st century. wider application of such substances can be a very good solution to the environmental problems. in recent years, ionic liquids are being widely concerned and increasly reported about their applications in all aspects, especially used as b

7、iological solvents and cosolvents in the catalytic reactions. respecting ionic liquids playing an important role in biocatalytic chiral synthesis as high efficient solvents and cosolvents. this article study the sulfoxidation in different condition such as different ph, substrate concentration , per

8、oxides and so on . the research shows that gets the highest e.e and substrate conversion that ph is 6.4 and the substrate concentration is 10mm and adding 6mm of hydrogen peroxide with added is at 5 times the rate. several organic solvents in the reaction system, isopropyl alcohols substrate convers

9、ion and e.e is the highest, reaching 60% and 91%. research in the hydrophilic and hydrophobic ionic liquids, bmim bf4s substrate conversion rate and e.e reach the highest of 56.4 and 90% . keyword: ionic liquids, biocatalysis, asymmetric oxidation,chiral sulfoxidesii目錄摘 要i第一章緒論11.1 離子液體的發(fā)展歷史和概念11.1.

10、1 離子液體的發(fā)展歷史11.1.2 離子液體的概念21.2 離子液體的理化性質(zhì)21.3 離子液體的分類31.3.1 常規(guī)離子液體31.3.2 手性離子液體41.3.3 功能化離子液體41.3.4 離子液體的重復(fù)利用問題41.4 離子液體發(fā)展的瓶頸4手性亞砜和不對稱氧化反應(yīng)51.6 手性亞砜51.6.1 手性亞砜的概念51.6.2 手性亞砜的性質(zhì)51.6.3 手性亞砜的用途51.7 不對稱氧化反應(yīng)和離子液體中反應(yīng)的影響因素61.7.1 不對稱氧化反應(yīng)61.7.2 離子液體中反應(yīng)的影響因素71.8 手性亞砜的合成方法81.9 本課題的立項意義及研究內(nèi)容9第二章 緩沖液中hrp促甲基苯基硫醚不對稱氧

11、化反應(yīng)的研究112.1實驗材料與方法112.1.1酶及主要試劑112.1.2主要儀器設(shè)備112.2實驗方法112.2.1緩沖液的配制112.2.2酶、過氧化氫含量及ph值等反應(yīng)條件的優(yōu)化112.2.3過氧化氫的添加方式對不對稱氧化反應(yīng)的影響122.2.4底物濃度對酶促芳香基硫醚不對稱氧化反應(yīng)的影響122.2.5底物轉(zhuǎn)化率、e.e.值的計算122.2.6高效液相色譜分析132.3結(jié)果與討論132.3.1不對稱氧化反應(yīng)條件的確定132.3.4過氧化氫的添加方式對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響152.3.5底物濃度對酶促芳香基硫醚不對稱氧化反應(yīng)的影響162.4 結(jié)論與展望17第三章 有機(jī)溶劑中hrp促甲基

12、苯基硫醚不對稱氧化反應(yīng)的研究183.1實驗材料183.1.1酶及主要試劑（同2.1.1）183.1.2主要儀器設(shè)備（同前）183.1.3底物轉(zhuǎn)化率、e.e.值的計算（同前）183.1.4高效液相色譜分析（同前）183.2實驗方法183.2.1親水性有機(jī)溶劑的選擇183.2.2有機(jī)溶劑種類對酶促芳香基硫醚不對稱氧化反應(yīng)的影響183.2.3有機(jī)溶劑含量對反應(yīng)液ph值的影響183.2.4不同配比異丙醇/水混合相中的酶促芳香基硫醚不對稱氧化反應(yīng)183.3結(jié)果與討論193.3.1有機(jī)溶劑種類對酶促芳香基硫醚不對稱氧化反應(yīng)的影響193.3.2有機(jī)溶劑含量對反應(yīng)液ph值的影響193.3.3不同配比異丙醇/水

13、混合相中的酶促芳香基硫醚不對稱氧化反應(yīng)203.4 結(jié)論與展望21第四章 含離子液體介質(zhì)中hrp促甲基苯基硫醚不對稱氧化反應(yīng)特性的研究224.1實驗材料224.1.1酶及主要試劑（同前）224.1.2主要儀器設(shè)備（同前）224.2實驗方法224.2.1離子液體的選擇224.2.2 不同離子液體種類對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響224.2.3 離子液體含量對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響224.2.4 離子液體/緩沖液混合溶劑和有機(jī)溶劑/緩沖液混合溶劑中酶促不對稱氧化反應(yīng)比較224.2.5底物濃度對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響234.2.6溫度對氧化反應(yīng)的影響（為了調(diào)粘度）234.2.7 ph對氧化反應(yīng)的影響2

14、34.2.8氧化劑種類對酶促芳香基硫醚不對稱氧化反應(yīng)的影響234.2.9底物轉(zhuǎn)化率、e.e.值的計算（同前）234.2.10高效液相色譜（hplc）分析（同前）234.3結(jié)果與討論234.3.1不同離子液體種類對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響244.3.2離子液體含量對酶促不對稱氧化反應(yīng)及混合體系ph值的影響244.3.3離子液體/緩沖液混合溶劑和有機(jī)溶劑/緩沖液混合溶劑中酶促不對稱氧化反應(yīng)比較254.3.4離子液中底物濃度對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響264.3.5離子液中溫度對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響274.3.6離子液中ph對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響274.3.7氧化劑種類對酶促芳香基硫醚不對稱氧

15、化反應(yīng)的影響284.4 結(jié)論與展望29第五章 實驗總結(jié)30參考文獻(xiàn)31致謝33附錄：3434第一章 緒論手性是一切生物的基本特征。構(gòu)成生物體系的大多數(shù)生物大分子的重要構(gòu)件僅以單一的對映形態(tài)存在。手性對映體在性質(zhì)上往往表示出差異，有時甚至表現(xiàn)出百花截然不同的性質(zhì)1-2。隨著科學(xué)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對于手性藥物的高附加值已越來越被社會和人們所重視，許多的藥物已被相應(yīng)的法律法規(guī)約束不能以消旋體的形式上市，從而手性藥物也已經(jīng)成為制藥和精細(xì)化工業(yè)關(guān)注的焦點3。手性藥物具有光學(xué)活性。（一個物質(zhì)旋轉(zhuǎn)偏振光振動平面的能力稱為光學(xué)活性，而該物質(zhì)被稱為光學(xué)活性物質(zhì)。只有含有手性碳的分子才具有光學(xué)活性4。）

16、長期以來人們只能通過一般的化學(xué)方法來獲得手性藥物，得到的產(chǎn)物光學(xué)性(ee%)不高，產(chǎn)物的途徑。在眾多的不對稱合成中反應(yīng)中，人類獲取具有生物活性光學(xué)純化合物的最有了展前途的是不對稱催化法5。而在這一領(lǐng)域中，硫醚的不對稱氧化反應(yīng)一直愛到廣泛的關(guān)注。通過對潛手性硫醚的不對稱氧化反應(yīng)是制備手性亞砜的最直接方法，手性亞砜是一種具有弧電子對，結(jié)構(gòu)是呈錐形結(jié)構(gòu)的物質(zhì)（圖1）6。人們早已知道手性亞砜的消旋化能量和消旋溫度較高（分別為146176kj/mol和200），所以其在化學(xué)反應(yīng)過程中是比較穩(wěn)定的。手性亞砜可以作為手性輔劑和中間體用于合成復(fù)雜的手性天然物；作為手配體或手性催化劑用于多種不對稱催化反應(yīng)；作為

17、手性藥物用于治療胃潰瘍的質(zhì)子泵抑制劑（如esomeprazole）等7。圖（1）而離子液體作為一種高效的共溶劑和溶劑，由于其在反應(yīng)中表現(xiàn)出來的良好性質(zhì)，不容易揮發(fā)、強(qiáng)極性、疏水性等。本文主要就在離子液體中通過對潛手性的硫醚進(jìn)行不對稱氧化生成手性亞砜進(jìn)行實驗，通過其與傳統(tǒng)的有機(jī)不對稱反應(yīng)的對比對其反應(yīng)規(guī)律作出一些初步的研究。1.1 離子液體的發(fā)展歷史和概念1.1.1 離子液體的發(fā)展歷史離子液體可以看作是新型溶劑，也可以看作是具有一定應(yīng)用歷史的功能材料。正是因為如此，對離子液體的稱謂比較多，如室溫離子液體、室溫溶鹽、離子液體、室溫有機(jī)鹽等。隨著人們對離子液體的深入研究，人們認(rèn)為把熔點定義在室溫附近

18、太狹窄，有些離子化合物的熔點高于室溫但低于水的沸點。因此，最近人們把溶點低于100攝氏度的離子化合物稱為離子液體8。1914 年首先發(fā)現(xiàn)的離子液體是乙胺硝酸鹽(etnh3no3)。20世紀(jì)40年代，hurey等在尋找一種溫和的混合物電解al2o3時，把n-甲基吡啶加入alcl3中，兩個固體的混合物在加熱后變成了無色透明的液體，這一偶然的發(fā)現(xiàn)構(gòu)成了當(dāng)今離子液體的原型，即第一代離子液體8。但其遇水表現(xiàn)得非常不穩(wěn)定，尋找穩(wěn)定的離子液體一直是人們的愿望。直到1986年seddon等在nature上發(fā)表論文，報道采用n,n-二烷基咪唑鎓與三氯化鋁給成的離子液體作為非水溶劑，研究過渡金屬配合物的電子吸收光

19、譜9。20世紀(jì)80年代早期，英國bp公司和法國的ifp等研究機(jī)構(gòu)開始較系統(tǒng)地探索離子液體作為溶劑和催化劑的可能性。在1992年，當(dāng)wilkings和zaworotko合成四氟硼酸鹽離子液體時，才意味著第二代離子液體的產(chǎn)生，同時也是離子液體方法的誕生10。后來合成出的六氟磷酸鹽離子液體和四氟硼酸鹽離子液體成為離子液體的主力軍8。再到1996年，gratzel等發(fā)表了有關(guān)含cf3和其它氟代烷基離子液體合成和性能的研究。這類離子液體對水穩(wěn)定，不發(fā)生水解反應(yīng)，即使將bmim(cf3so2)2n與過量水于100反應(yīng)24h小時也未發(fā)現(xiàn)分解現(xiàn)象。同時這類離子液體具有低的黏度、高的電導(dǎo)率、高的熱穩(wěn)定性等優(yōu)良性

20、能8。在這以后離子液體才得以被廣泛開發(fā)和利用。隨著綠色化學(xué)概念的產(chǎn)生，這方面的研究更趨于活躍。北大本洋化約組織（nato）于2000年召開了有關(guān)離子液體的會議11；歐盟制定了離子液體的研究計劃12；日本有關(guān)離子液體的研究也很活躍13。目前離子液體不再只是實驗室用樣品，默克（merk）等許多公司已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)離子液體作為商品出售，merk公司的產(chǎn)品多達(dá)150種。據(jù)報道2000年離子液體的產(chǎn)值約為100萬美元，到2005年已達(dá)2.5億美元。時至今日離子液體作為一種強(qiáng)勢商品必然有著可觀的經(jīng)濟(jì)規(guī)模和效益。1.1.2 離子液體的概念離子液體（ionic liquids）是由有機(jī)陽離子和無機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)

21、成的、在室溫或較低溫（100）下呈液態(tài)的鹽類，通常稱為室溫離子液體 (room-temperature ionic liquids)。1.2 離子液體的理化性質(zhì)離子液體的理化性質(zhì)對以其為反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行的生物、化學(xué)反應(yīng)有著重要的影響，其熔點、熱穩(wěn)定性、溶解性能、粘度、密度、極性等與反應(yīng)溫度、反應(yīng)速度、反應(yīng)的選擇性、反應(yīng)器的形式及產(chǎn)品與離子液體的分離等密切相關(guān)。 1） 極性 0.60.7, 與短鏈醇的極性相似2） 溶解性 化合物，水，超臨界co23） 粘度 高4） 酸堿度 偏酸性，與合成、分離純化方法有關(guān)5） 穩(wěn)定性 300 oc以上非常穩(wěn)定6） 熔點 高，與陰陽離子密切相關(guān)7） 密度 與陰陽離子組

22、成密切相關(guān)14目前，常用的離子液體主要是由咪唑類或吡啶類陽離子和一系列陰離子如四氟硼酸、六氟磷酸等組成的，如1-烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸。1.3 離子液體的分類離子液體的種類分為：常規(guī)離子液體、手性離子液體、功能化離子液體15。1.3.1 常規(guī)離子液體alcl3是最早研究的常規(guī)離子液體，但由于其不穩(wěn)定一直不是研究的重點，所以在此一般不包括其。常規(guī)離子液體的陽離子一般為含有n或p的有機(jī)大離子，其中季銨類離子包括16：1）咪唑離子im+及其取代衍生物。咪唑離子的兩個n原子是相同的，如n,n/（或1，3）-取代的咪唑離子記為r1r3im+，n-乙基-n/-甲基咪唑離子記為emim+,若2-位上還有

23、取代基則記為r1r2r3im+。2)吡啶離子鍵py及其衍生物。吡啶離子的n原子上有取代基r則記為rpy+。3）季銨離子r4n+。r4表示n原子上的四個取代基，如二甲基乙基丁基銨可簡記為n1124。其中最穩(wěn)定的、最常見的是烷基取代的咪唑陽離子，而且能通過調(diào)整烷基取代基的長度和對稱性可以形容低熔點的咪唑類離子液體。下表（1）為一些常見的研究得較多的的常規(guī)陽、陰離子液體組成：表（1）161.3.2 手性離子液體大家都知道手性的研究在生命科學(xué)、制藥以及材料科學(xué)中起著極為生要的作用。手性離子除具有一般手性物體的功能特征外，還具有一般液體材料沒有的優(yōu)異特性，如：151) 較低的揮發(fā)性和在常溫下幾乎觀察不到

24、的蒸汽壓；2) 非易燃性；3) 對許多有機(jī)和無機(jī)手有良好的溶解性；4) 是一類極性的、非配位的溶劑；5) 有非常寬的液態(tài)范圍；6) 可通過選擇陰、陽離子對其理化性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控。離子液體在許多的化學(xué)反應(yīng)中取代了傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑，避免了有毒物質(zhì)的產(chǎn)生，對環(huán)境表示了友好。因此手性離子液體是名符其實的“綠色溶液”，同時其也被廣泛用到各個科學(xué)領(lǐng)域。1.3.3 功能化離子液體離子液體被稱為“設(shè)計者的溶劑”17，原因就是離子液體是一類特殊的液體熔融鹽，具有優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)以及可以可修飾、調(diào)變的陰陽離子結(jié)構(gòu)，這種離子液體經(jīng)過設(shè)計而滿足特定需求的專一的離子液體就是功能化的了。其的物理和化學(xué)性質(zhì)都會因人們的需要而進(jìn)

25、行調(diào)整和改變。調(diào)變化學(xué)性質(zhì)的功能化離子近年來受到高度重視18，不同官能團(tuán)的引入實現(xiàn)了離子液體特定的功能化要求，含質(zhì)子酸的離子液體19、含手性中心的離子液體20、具有配體性質(zhì)的離子液體21都已見報道。功能離子液體大體包括：含羥基的功能化離子液體、含醚基的功能化離子液體、含巰基的功能化離子液體、含酯基的功能化離子液體、bronsted酸性離子液體、含配位基的功能化離子液體。221.3.4 離子液體的重復(fù)利用問題離子液體的價格比有機(jī)溶劑昂貴得多。因此，欲將離子液體應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，除了降低離子液體的生產(chǎn)成本，還必須很好地解決離子液體的回收及循環(huán)使用這一重要問題。目前，分離產(chǎn)物、回收離子液體的主要方法

26、有萃取法、蒸餾法、柱層析法和超臨界二氧化碳法。高效回收離子液體新技術(shù)的問世將極大地加速與離子液體相關(guān)的研究和應(yīng)用的進(jìn)程。1.4 離子液體發(fā)展的瓶頸離子液體雖然作為一種新式的反應(yīng)介質(zhì)被上重視起來，但在離子液體中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過程非常復(fù)雜，很多的機(jī)理還沒被很好的搞清楚。在生物催化不對稱氧化反應(yīng)方面，還是缺少研究離子液體與酶分子的相互作用，闡明離子液體對酶分子構(gòu)象的影響規(guī)律,進(jìn)而揭示離子液體對酶反應(yīng)特性影響之分子基礎(chǔ)的報道。這無疑將極大地阻礙相關(guān)的研究和應(yīng)用?？梢姡訌?qiáng)離子液體中生物催化的基礎(chǔ)理論研究具有重要的意義。手性亞砜和不對稱氧化反應(yīng)1.6 手性亞砜1.6.1 手性亞砜的概念手性亞砜是可以作為

27、手性輔助劑和中間體用于合成復(fù)雜的手性天然化合物；作為手性配體或手性催化劑用于多種不對稱催化反應(yīng)；作為手性藥物用于治療胃潰瘍的質(zhì)子泵（如esomeprazole）等23。1.6.2 手性亞砜的性質(zhì)1）手性亞砜具有光學(xué)活性。手性亞砜具有高度的光學(xué)穩(wěn)定性，由大多數(shù)亞砜的熱力學(xué)常數(shù)計算表明，亞砜的兩個異構(gòu)體要在200 左右才能發(fā)生轉(zhuǎn)化或消旋化。光學(xué)活性的亞砜已廣泛被用于手性藥手的合成以及其它不對稱合成中,因此，選擇性制備手性亞砜具有較大的理論意義和應(yīng)用前景24。2）手性亞砜具有較好的手性傳遞性。引言中提到手性亞砜是一種具有弧電子對，結(jié)構(gòu)是呈錐形結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，與其它手性基團(tuán)相比，它至少有三個具有明顯位阻和

28、電子差異的取代基，即氧原子，孤對電子，兩個烷基或芳基。當(dāng)兩個烷基或芳基不同時，亞砜就具有光學(xué)活性。手性亞砜基團(tuán)能使鄰近的甚至遠(yuǎn)端的反應(yīng)中心發(fā)生不對稱反應(yīng)。3）兩種構(gòu)型的對映體都能夠得到。通過選用不同的反應(yīng)條件，可分別合成出兩種構(gòu)型的對映體25。1.6.3 手性亞砜的用途由于手性亞砜具有高度的光學(xué)活性、較好的手性傳遞性，所以其在手性藥物和其它手性物質(zhì)具有很大的作用和用途：1）手性輔助試劑和手性中間體。在過去的20年中，手性亞砜化合物作為手性輔助試劑在不對稱合成領(lǐng)域中的應(yīng)用呈指數(shù)級的增長，確立了手性亞砜官能團(tuán)在碳碳鍵和碳雜鍵的形成過程中是有效的、最通用的手性控制因素之一26。手性亞砜除了作為手性輔

29、助劑在不對稱合成中的用途，作為手性中間體也是其很重要的一個方面，其良好的手性傳遞性引起了很多科學(xué)工作者的關(guān)注。我國黃量、周維善、李焰、白東魯、曾志宏等課題組在這方面已經(jīng)做了不少工作27。2)手性配體和手性催化劑。手性亞砜及其衍生物近年來迅速發(fā)展為一類新型手性催化劑和配體，用于不對稱烯丙基化、(雜)diels-alder 環(huán)加成和氫化等反應(yīng)。例如，對甲苯基甲基亞砜首次被作為催化劑(或者稱促進(jìn)劑) 促進(jìn)烯丙基三氯硅烷與亞胺的加成反應(yīng)，盡管需要3 倍于亞胺的量的手性亞砜來催化。亞磺?；鶃啺芬呀?jīng)被發(fā)展成易制和高效的手性配體，例如雙亞磺?；鶃啺穊isox 2（圖1.1）在雜diels-alder 反應(yīng)取

30、得98 %ee 。隨著這類配體合成方法的不斷改進(jìn)，這類配體將進(jìn)一步得到發(fā)展。3）手性藥物。esomeprazole 3（圖1.1）為代表的一系列質(zhì)子泵抑制劑，都是手性雜環(huán)基亞砜類化合物。esomeprazole 是s構(gòu)型的奧美拉唑，比消旋體具有更佳的療效和更小的個體差異性，以其卓著的品質(zhì)名列2004 年全球暢銷藥物第5 位，銷售額高達(dá)43 億美元。其它一些手性亞砜正不斷被開發(fā)成新藥,因此亞砜類的手性藥物具有極大的經(jīng)濟(jì)學(xué)意義。圖1.1 部份手性亞砜 28 fig. 1.1 some chiral sulfoxides1.7 不對稱氧化反應(yīng)和離子液體中反應(yīng)的影響因素1.7.1 不對稱氧化反應(yīng)隨著有

31、機(jī)化學(xué)的發(fā)展，特別是醫(yī)藥化學(xué)、農(nóng)藥化學(xué)、制藥工業(yè)、農(nóng)業(yè)及環(huán)境保護(hù)等對具有高度光學(xué)活性的單一異構(gòu)分子的要求越來越強(qiáng)烈，催化不對稱氧化反應(yīng)在近二、三十年中得到熱切的關(guān)注，實現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并已廣泛用到生產(chǎn)實踐中29。因此,sharpless在不對稱氧化領(lǐng)域中的卓越貢獻(xiàn)分享了2001年諾貝爾化學(xué)獎30。但對于不對稱氧化的研究一直集中在有機(jī)化學(xué)方學(xué)方面，而在離子液體中進(jìn)行不對稱氧化反應(yīng)的相關(guān)研究和反應(yīng)規(guī)律卻不多。這與當(dāng)今社會倡導(dǎo)的綠色科學(xué)、環(huán)保有點不相稱，因為在傳統(tǒng)的不對稱氧化反應(yīng)中所用到的試劑和氧化劑一般會產(chǎn)生相應(yīng)對環(huán)境有害的殘渣和廢物等。而離子液體作為一種新型的“綠色”共溶劑和試劑，其有著優(yōu)良

32、的性質(zhì)如不容易揮發(fā)、強(qiáng)極性等，反應(yīng)后可以通過萃取法、蒸餾法、柱層析法和超臨界二氧化碳法等進(jìn)行回收重復(fù)利用。雖然目前可能對離子液體的回收問題也是需要面對的問題之一，但這個方向?qū)玫礁嗟年P(guān)注。本文也將就在離子液體中對硫醚的不對稱氧化生成手性亞砜的反應(yīng)作一些驗證性的實驗和探究。1.7.2 離子液體中反應(yīng)的影響因素）離子液體粘度和溫度的影響。與有機(jī)溶劑或水相比，離子液體的粘度過高for example,bmimbf4 (19.6 cp, 25oc , water (0.9 cp at 25oc), methanol (0.5 cp at 25oc) , toluene (0.6 cp at 25o

33、c),這不僅使底物和產(chǎn)物的傳質(zhì)受到一定程度的限制，降低反應(yīng)速度。在離子液體中加入能與之相溶的有機(jī)溶劑或水，可降低離子液體的粘度。陽離子的結(jié)構(gòu)對離子液體粘度的影響也是比較大的，這主要是由氫鍵和范得華力來決定的31-36。如下圖（1.2），從圖中可以看出，隨著烷基鏈長的增加，離子液體（陰離子為6-）的粘度也相應(yīng)增大，2者基本上呈線性關(guān)系。如bmim+中側(cè)鏈短小，圖1.2 不同溫度下離子液體（陰離子均為6-）粘度與陽離子之間的關(guān)系32 fig. 1.2 the relationship between viscosity cations for ionic liquids with antion p

34、f6-32活動性強(qiáng)，由其組成的離子液體粘度相應(yīng)較底，而含更長烷基鏈或氟化烷基鏈的離子液體液體較大，這是因為更強(qiáng)的范得華力作用的結(jié)果。同時，溫度對離子液體粘度的影響也比較大，隨著溫度的升高，離子液體的粘度減小33。所以可以通過提高溫度來降低離子液體的粘度，但反應(yīng)物的對映體選擇性一般隨之下降。陰離子的大小和幾何形狀對離子液體的粘度也有很大的影響，陽離子為c4min+的離子液體粘度與陰離子的變化關(guān)系如下圖（1.3）所示。如c4mim+與c4mim+tf2n-圖1.3 離子液體粘度（陽離子均為c4mim+）與陰離子與陰離子之間的關(guān)系34 table. 1.3 the relationship betw

35、een viscosity and anyions for ionic liquids with cation c4mim+34相比，其粘度有很大的差別，這是由于tf2n-具有很大的對稱性，因而造成其粘度很低35。所以可以通過添加不同的陰陽離子組分和比例調(diào)離子液體的粘度到合適的范圍，再在反應(yīng)物中作反應(yīng)中介。因為其性質(zhì)是可調(diào)的，所以其也被稱為“設(shè)計者”的溶劑。）離子液體表面張力的影響。離子液體的表面張力一般比有機(jī)溶劑高，但比水的表面張力低，這樣使用離子液體就可以加速分離的過程。另外，陽離子對離子液體的表面張力也有一定的影響，隨著烷基鏈的增長，離子液體的表面張力相應(yīng)地降低36。）和水活度的影響。在

36、生物催化氧化中，作為反應(yīng)介質(zhì)的離子液體的ph和水活度對酶的反應(yīng)有顯著的影響。離子液體中的ph過高或過低都將導(dǎo)致酶變性失活。離子液體中的水活度過大，會降低酶的熱穩(wěn)定性，對諸如酯化、轉(zhuǎn)酯、氨解或胺解反應(yīng)，過高的水活度會加速副反應(yīng)，降低產(chǎn)率及產(chǎn)物的對映體純度。當(dāng)然，離子液體中水活度過低，酶將難以維持其活性構(gòu)象、發(fā)揮催化作用。因此，準(zhǔn)確控制ph值和水活度對離子液體中酶反應(yīng)的研究和應(yīng)用具有重要的意義。實際上，用碳酸鈉溶液沖洗、純化離子液體將對離子液體的ph值和水活度有一定的影響。目前，一般采用飽和鹽水溶液氣相平衡方法來控制離子液體中的水活度，也有通過在反應(yīng)體系中添加水合鹽來控制離子液體中的水活度。由于一

37、些離子液體能溶解大量無機(jī)鹽化合物，后一種方法難以被廣泛地采用。在線調(diào)控反應(yīng)過程中離子液體的ph和水活度新方法的建立將有助于充分發(fā)揮酶在離子液體中的優(yōu)良催化特性。 ）離子液體的純度。同樣在生物催化氧化中，研究表明，離子液體中鹵素離子含量低于0.1（w/v）時，對酶活性沒有影響，鹵素離子含量過高會導(dǎo)致酶活顯著下降。獲得高純度的離子液體是離子液體用于生物催化的首要條件。目前，提純離子液體的方法主要有兩種：一）水不溶性的離子液體，先用蒸餾水沖洗，然后真空干燥。二）水溶性的離子液體，先用碳酸鈉溶液洗滌，然后硅膠過濾，真空干燥。因此，開發(fā)高效、低成本的離子液體純化新技術(shù)也必將大有可為。1.8 手性亞砜的合

38、成方法制備光學(xué)活性的手性亞砜有好多種主法，主要有：手性拆分，硫醚的不對稱氧化和合成。其中含硫化合物的不對稱氧化是最直接的方法。在溶有過氧化物酶的有機(jī)或離子液體中通過添加h2o2催化磺化反應(yīng)的發(fā)生，已悄悄成為一種新的方法。yuchun xie等37研究了hrp與保護(hù)劑或配基共凍干后在分支醇溶劑中催化的立體選擇性得到了極大的提高。sergei v.dzyuba等38報道了許多具有催化非天然、非生理，立體選擇性的轉(zhuǎn)化過程能力的酶和非酶蛋白在有機(jī)化學(xué)中都很有用：例如，辣根過氧化酶能催化酚類物質(zhì)，又能催化各類與其非相關(guān)的反應(yīng)，包括不對稱的磺化氧化反應(yīng)和過氧化物還原反應(yīng)；普遍存在的牛血清白蛋白雖然不具有催

39、化功能，但是也能催化不對稱磺化氧化反應(yīng)。prasanta kumar das等39研究了-糜蛋白酶介導(dǎo)的不對稱磺化氧化反應(yīng)，結(jié)果表明，-糜蛋白酶介導(dǎo)的反應(yīng)無論在產(chǎn)率還是對映選擇性上都比bsa介導(dǎo)的要高出許多。ju-hyun yu等40研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)hrp與d-脯氨酸共凍干后，其在非水相介質(zhì)中催化氧化反應(yīng)的對映選擇性得到了極大提高。近20 多年，手性亞砜的制備方法一直是非常活躍的研究領(lǐng)域，并得到了很大的發(fā)展。其制備方法主要分為以下幾類: (1)化學(xué)及酶拆分消旋體亞砜化合物；(2)硫醚的酶催化氧化；(3)硫醚的非對映選擇性氧化；(4)手性氧化劑對映選擇性氧化硫醚；(5)手性金屬絡(luò)合物誘導(dǎo)的硫醚的不對

40、稱氧化；(6)手性亞磺酰衍生物的親核取代；(7)水解手性螺環(huán)-4-硫化合物；(8)手性金屬絡(luò)合物催化硫醚不對稱氧化等方法41。迄今為止，制備光學(xué)活性亞砜的最有效方法是通過對映選擇性的催化劑氧化硫醚，而酶和手性金屬催化劑是高效的對映選擇性催化劑42-43。生物亞砜化方法可分為: (1)酶，如細(xì)胞色素p2450 酶、環(huán)己烷單加氧酶、氯過氧化酶、溴過氧化酶；(2) 微生物，如細(xì)菌( corynebacterium equi atcc21107、pseudomonas putida uv4)、真菌( helminthosporium 、mortierella isabellina)；(3) 抗體，該方

41、法具有工藝綠色、底物p酶比率高且對某些底物可以取得高光學(xué)純度，例如芳基甲p-乙基硫醚、二硫代縮醛等底物取得了高達(dá)99 %e.e.。但也存在酶或微生物的價格昂貴、底物濃度低和底物適用范圍窄(取代基的細(xì)微改變就導(dǎo)致對映選擇性的劇烈下降) 等問題。目前許多生物活性分子中都含有一個亞磺酰的立體中心結(jié)構(gòu)，而且立體化學(xué)不同的對映體可能具有不同的生理活性及代謝作用。因此，光學(xué)活性的手性亞砜制備具有重要的理論和實際意義。1.9 本課題的立項意義及研究內(nèi)容手性亞砜作為一種重要的手性中間體藥物，在醫(yī)藥和醫(yī)療上有著重大的作用。而獲得亞砜的方法中，不對稱催化亞砜化是最符合原子經(jīng)濟(jì)性的方法。近20 多年來對映選擇性氧化

42、硫醚發(fā)展很迅速，手性催化劑已經(jīng)涉及多種微生物的多種過氧化物酶。硫醚的不對稱生物催化氧化經(jīng)過近二十年來的探索和研究， 已得到了很大的發(fā)展。 近年來，多種生物催化劑已被應(yīng)用于潛手性硫醚的不對稱氧化，包括氯過氧化物酶、錳過氧化物酶、深黃被孢霉、馬棒桿菌等。 酶催化反應(yīng)在過去的十幾年間得到了飛速的發(fā)展，并成為現(xiàn)代有機(jī)合成方法的一種強(qiáng)有力的補(bǔ)充手段。酶催化各種硫化物氧化獲得手性亞砜及其絕對構(gòu)型的新技術(shù)突破了天然酶源的局限性，為發(fā)展更多性能更加優(yōu)良的酶或新功能酶提供了條件；預(yù)計在今后的十來年內(nèi)，將會有更多優(yōu)于傳統(tǒng)化學(xué)路線的生物催化方法被廣泛應(yīng)用于各種精細(xì)化學(xué)品的工業(yè)生產(chǎn)中。相信隨著手性亞砜誘導(dǎo)的高度立體選

43、擇性反應(yīng)的深入研究，亞砜化合物在不對稱合成中將有更廣闊的應(yīng)用前景。本文擬研究不同的離子液體中反應(yīng)條件等等對甲基苯基硫醚不對稱氧化成亞砜的影響。第二章 緩沖液中hrp促甲基苯基硫醚不對稱氧化反應(yīng)的研究2.1實驗材料與方法2.1.1酶及主要試劑 辣根過氧化物酶；苯甲硫醚（methyl phenyl sulfide）純度99%以上，購自sigma 公司；苯甲基亞砜（methyl phenyl sulfoxide）純度97%以上，購自aldrich公司；甲醇、異丙醇、乙醇2.1.2主要儀器設(shè)備高效液相色譜（hplc）：lc-2100，fid檢測器，美國agilient公司手性柱：chiralcel o

44、d-h，0.46cm15cm, daicel化學(xué)公司通風(fēng)櫥：p1168,雷蒙特科學(xué)實驗室設(shè)備有限公司臺式水浴恒溫振蕩器：shz-88，江蘇太倉市實驗設(shè)備廠臺式高速冷凍離心機(jī)：sigma 3k30，德國sigma公司電子天平：sartorius cp225d，德國微量移液器：eppendorf，德國冰箱：hualing bcd-182w，中國雪柜實業(yè)有限公司ph計：pb-20, 德國sartorius2.2實驗方法2.2.1緩沖液的配制 取4下保存的hrp酶粉適量，加不同ph值的pbs緩沖液配成所需濃度的酶液；用30%的h2o2 加入緩沖液配成濃度為0.1m h2o2 溶液備用；配制0.2m磷酸

45、鹽緩沖液，先各配0.2m的na2hpo412h2o和nah2po42h2o溶液，再按表1的比例配成不同ph值的pbs緩沖液。表2 不同ph值的磷酸鹽緩沖液table 2 different ph values in phosphate buffer試劑 ph5.86.47.07.60.2 m na2hpo48.026.561.087.00.2 m nah2po492.073.539.013.02.2.2酶、過氧化氫含量及ph值等反應(yīng)條件的優(yōu)化 取4支2ml具塞離心管分別加入500l氧化反應(yīng)體系（ph分別為5.8、6.4、7.0、7.6），含：1.0mm苯甲基硫醚溶液（溶解于異丙醇），辣根過氧化

46、物酶溶液（0.5mg/ml、1 mg/ml、1.5 mg/ml、2 mg/ml），過氧化氫（2mm、4mm、 6mm、 8mm），在20、28、36、44恒溫水浴鍋中反應(yīng)。于1h、3h、5h、7h分別取樣200l，添加20l的na2so3（1mol/l, 溶解于ph=7.0的0.05mol/l磷酸鹽緩沖溶液）讓酶失活，再用乙醚萃取，然后取20l 上清作hplc分析。2.2.3過氧化氫的添加方式對不對稱氧化反應(yīng)的影響2.2.3.1過氧化氫等量不同次數(shù)添加對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響 通過多因素多水平分析，選取一個底物相對酶過量的反應(yīng)體系來探索酶與氧化劑的最適比例。取5支2ml具塞離心管分別加入50

47、0l氧化反應(yīng)體系,分別含1.0mm苯甲基硫醚溶液（溶解于異丙醇），2mg/ml辣根過氧化物酶溶液，6mm過氧化氫。反應(yīng)在28恒溫水浴鍋中進(jìn)行，從第一次添加h2o2 溶液開始計時，分批添加若干次，每次時間間隔1分鐘,則5支管分別添加1、2、3、4、5次。反應(yīng)20分鐘后往各個樣（200l）中分別添加20l的na2so3（1mol/l, 溶解于ph=7.0的0.05mol/l磷酸鹽緩沖溶液）讓酶失活，再用乙醚萃取，然后取20l上清液作hplc分析。2.2.3.2過氧化氫分批不同量添加對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響再取500ul氧化反應(yīng)體系中含：1.0mm苯甲基硫醚溶液（溶解于異丙醇），2mg/ml辣根過

48、氧化物酶溶液，適量過氧化氫（1mm、2mm、3mm、4mm、6mm、8mm、10mm、20mm）。反應(yīng)在28恒溫水浴鍋中進(jìn)行，從第一次添加h2o2 溶液開始計時，分批添加若干次，每次加5l，每次時間間隔1分鐘。反應(yīng)20分鐘后往各個樣（200l）中分別添加20l的na2so3（1mol/l, 溶解于ph=7.0的0.05mol/l磷酸鹽緩沖溶液）讓酶失活，再用乙醚萃取，然后取20l 上清液作hplc分析。2.2.4底物濃度對酶促芳香基硫醚不對稱氧化反應(yīng)的影響在4個2ml具塞離心管中分別加入1ml反應(yīng)液ph6.4，包括適量苯甲硫醚1mm、10mm、20mm、40mm 、1mg/ml辣根過氧化物酶、

49、3mm h2o2 和10%異丙醇v/v，混合均勻后，置于水浴恒溫振蕩器內(nèi)反應(yīng)（28、180 r/min），反應(yīng)20分鐘后分別取樣200l，添加20l的na2so3（1mol/l, 溶解于ph=7.0的0.05mol/l磷酸鹽緩沖溶液）讓酶失活，再用乙醚萃取，最后取20l 上清作hplc分析。2.2.5底物轉(zhuǎn)化率、e.e.值的計算圖2.1為不對稱氧化反應(yīng)底物苯甲硫醚的標(biāo)準(zhǔn)曲線其回歸方程為y = 12.211x + 0.2627底物轉(zhuǎn)化率（%）（反應(yīng)前底物濃度-反應(yīng)后底物濃度）/反應(yīng)前底物濃度100% e.e.s(s-r )/(s+ r ) 1002.2.6高效液相色譜分析用高效液相色譜檢測反應(yīng)體

50、系中苯甲硫醚、r-苯甲亞砜、s-苯甲亞砜的濃度，分析條件如下：儀器：高效液相色譜（hplc）lc-2100，fid檢測器，美國agilient公司；流動相：異丙醇/正已烷(15/85,v/v)；流速：0.5 ml/min；柱溫：30；進(jìn)樣量：20l；手性色譜柱：chiralcel od-h（0.46cm15cm）；檢測波長為242 nm。苯甲硫醚、r-苯甲亞砜、s-苯甲亞砜的保留時間分別為：5.300 min、11.034 min和13.443min；采用外標(biāo)法，條件穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，平均誤差不超過0.3%。色譜圖見附錄。2.3結(jié)果與討論 2.3.1不對稱氧化反應(yīng)條件的確定2.3.1.1 酶含量

51、對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響圖2.2 為酶含量對s-型產(chǎn)物產(chǎn)量和e.e.值的影響 fig 2.2 effect of enzyme on sulfoxidation通過對s-型產(chǎn)物產(chǎn)量和e.e.值的分析知，當(dāng)?shù)孜餄舛纫欢〞r，酶加的越多，產(chǎn)物的產(chǎn)量也越大，但是當(dāng)酶含量越過一定范圍時，產(chǎn)物的e.e.值開始減小，雖然產(chǎn)量在圖中并沒有很大的變化，但純酶價格昂貴，故要嚴(yán)格控制酶的添加量，每毫摩爾底物加入1.5mg2mg/250ul酶粉為宜。2.3.1.2過氧化氫含量對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響 圖2.3 h2o2 含量對s-型產(chǎn)物產(chǎn)量和e.e.值的影響 fig 2.3 effect of h2o2 on s

52、ulfoxidation從圖中看出前期隨著過氧化氫加入量的增多，e.e.和產(chǎn)量都相應(yīng)的升高，但過氧化氫加入量超過一定的程度，e.e.和產(chǎn)量卻下降了，這是由于過量的過氧化物氧化劑會將手性亞砜進(jìn)一步氧化成砜，故應(yīng)把h2o2 的含量控制在一定濃度下，從產(chǎn)物產(chǎn)量與對映體過量值綜合考慮，控制h2o2 為6 mm為宜。2.3.1.3 ph對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響圖2.4 ph值對s-型產(chǎn)物產(chǎn)量和e.e.值的影響fig 2.4 effect of ph on sulfoxidation通過極差分析，可能清楚的看出ph值對反應(yīng)產(chǎn)物e.e.值的影響十分顯著，僅次于酶量對反應(yīng)的影響，在一定ph值范圍內(nèi)，產(chǎn)物e.e.值隨著ph值的升高而下降。然而ph值對反應(yīng)產(chǎn)量的正面影響是先升后降。綜上所述，此氧化反應(yīng)的最適ph值為6.4。2.3.4過氧化氫的添加方式對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響2.3.4.1過氧化氫等量不同次數(shù)添加對酶促不對稱氧化反應(yīng)的影響 圖2.5 等量過氧化氫分不同次數(shù)添加對不對稱氧化的影響fig. 2.5 effect of h2o2 adding style at stable concentration on sulfoxidation在6mm濃度下進(jìn)行，隨氧化劑添加次數(shù)的增多而增大，而