酶的非水相催化

酶的非水相催化酶的非水相催化第1頁Contentsofchapter61、酶催化反應介質(zhì)2、有機介質(zhì)反應體系

3、酶在有機介質(zhì)中催化特征

4、有機介質(zhì)中酶催化反應條件及其控制

GoGoGoGo5、酶非水相催化應用

Go酶的非水相催化第2頁6.1酶催化反應介質(zhì)水是酶促反應最常見反應介質(zhì)但對于大多數(shù)有機化合物來說，水并不是一個適宜溶劑。因為許多有機化合物(底物)在水介質(zhì)中難溶或不溶。因為水存在，往往有利于如水解、消旋化、聚合和分解等副反應發(fā)生。是否存在非水介質(zhì)能確保酶催化？？在活細胞中酶大多集中在水和有機溶劑界面，酶在細胞中作用模型是含水有機溶劑系統(tǒng)酶促反應。酶的非水相催化第3頁Hill.A.C(1898)J.Chem.Soc,73,634-658Kastlc,J.C.andLocvCnhart,A.a.(1900)AmChem,J,24,491-525Sym,E,A(1933)Biochem,Z,258,304-324Sym,E,A(1936)Enzymologia1,156-160失敗原因？酶催化反應介質(zhì)酶的非水相催化第4頁Klibanov試驗酶的非水相催化第5頁酶催化反應介質(zhì)Zaks,A.andKlibanov,A.M(1984),Science224,1249-1251ZaKs,A.andKlibanov,A.M.(1985),Proc.Natl,Acad,Sci.u.s.a.82,3192-3196.成功原因？酶的非水相催化第6頁酶非水相催化類型有機介質(zhì)中酶催化

有機介質(zhì)中酶催化是指酶在含有一定量水有機溶劑中進行催化反應。適合用于底物、產(chǎn)物二者或其中之一為疏水性物質(zhì)酶催化作用。酶在有機介質(zhì)中因為能夠基礎(chǔ)保持其完整結(jié)構(gòu)和活性中心空間構(gòu)象，所以能夠發(fā)揮其催化功效。氣相介質(zhì)中酶催化

酶在氣相介質(zhì)中進行催化反應。適合用于底物是氣體或者能夠轉(zhuǎn)化為氣體物質(zhì)酶催化反應。因為氣體介質(zhì)密度低，擴散輕易，所以酶在氣相中催化作用與在水溶液中催化作用有顯著不一樣特點。酶的非水相催化第7頁酶非水相催化類型超臨界介質(zhì)中酶催化酶在超臨界流體中進行催化反應。超臨界流體是指溫度和壓力超出某物質(zhì)超臨界點流體。

離子液介質(zhì)中酶催化酶在離子液中進行催化作用。離子液（ionicliquids）是由有機陽離子與有機（無機）陰離子組成在室溫條件下呈液態(tài)低熔點鹽類，揮發(fā)性低、穩(wěn)定性好。酶在離子液中催化作用含有良好穩(wěn)定性和區(qū)域選擇性、立體選擇性、鍵選擇性等顯著特點。酶的非水相催化第8頁6.2有機介質(zhì)反應體系非極性有機溶劑酶懸浮體系(微水介質(zhì)體系)

用非極性有機溶劑取代全部大量水，使固體酶懸浮在有機相中。但依然含有必需結(jié)合水以保持酶催化活性(含水量普通小于2%)。酶狀態(tài)能夠是結(jié)晶態(tài)、凍干狀態(tài)、沉淀狀態(tài)，或者吸附在固體載體表面上。與水互溶有機溶劑水單相體系有機溶劑與水形成均勻單相溶液體系。酶、底物和產(chǎn)物都能溶解在這種體系中。非極性有機溶劑水兩相/多相體系由含有溶解酶水相和一個非極性有機溶劑(高脂溶性)相所組成兩相體系。酶的非水相催化第9頁（正）膠束體系：膠束又稱為正膠束或正膠團，是在大量水溶液中含有少許與水不相混溶有機溶劑，加入表面活性劑后形成水包油微小液滴。◆表面活性劑極性端朝外，非極性端朝內(nèi)，有機溶劑包在液滴內(nèi)部。◆反應時，酶在膠束外面水溶液中，疏水性底物或產(chǎn)物在膠束內(nèi)部。反應在膠束兩相界面中進行。反膠束體系：又稱為反膠團，是指在大量與水不相混溶有機溶劑中，含有少許水溶液，加入表面活性劑后形成油包水微小液滴?！舯砻婊钚詣O性端朝內(nèi)，非極性端朝外，水溶液包在膠束內(nèi)部?！舴磻獣r，酶分子在反膠束內(nèi)部水溶液中，疏水性底物或產(chǎn)物在反膠束外部，催化反應在兩相界面中進行。不論采取何種有機介質(zhì)反應體系，酶催化反應介質(zhì)中都含有機溶劑和一定量水。它們都對催化反應有顯著影響。

酶的非水相催化第10頁一、反應體系中水對酶催化反應影響天然酶都溶于水，只有在一定量水存在條件下，酶分子才能進行催化反應。所以酶在有機介質(zhì)中進行催化反應時，水是不可缺乏成份之一。有機介質(zhì)中水含量多少對酶空間構(gòu)象、酶催化活性、酶穩(wěn)定性、酶催化反應速度等都有親密關(guān)系，水還與酶催化作用底物和反應產(chǎn)物溶解度相關(guān)。酶分子只有在空間構(gòu)象完整狀態(tài)下，才含有催化功效。在無水條件下，酶空間構(gòu)象被破壞，酶將變性失活。故此，酶分子需要一層水化層，以維持其完整空間構(gòu)象。有機介質(zhì)中水含量對酶催化反應速度有顯著影響。存在最適水含量。酶的非水相催化第11頁必需水豬胰脂肪催化甘油三丁酸酯和正庚醇轉(zhuǎn)酯反應酶的非水相催化第12頁1、必需水概念緊緊吸附在酶分子表面，維持酶催化活性所必需最少水量，稱為必需水。酶的非水相催化第13頁干燥酶水合過程⑴與酶分子表面帶電基團結(jié)合到達0-0.07g水/g酶；⑵與酶分子表面極性基團結(jié)合(0.07-0.25g/g)；⑶凝聚到酶分子表面相互作用較弱部位（0.25-0.38g/g）；⑷酶分子表面完全水化，被一層水分子覆蓋。酶的非水相催化第14頁2、酶活與水關(guān)系：酶活最大時——蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)動力學剛性和熱力學穩(wěn)定性（柔性）之間到達最正確平衡點?！皠?cè)岵泵傅姆撬啻呋?5頁3、影響酶必需水含量原因（酶和溶劑）a．不一樣酶需水量不一樣溶菌酶在含水量38%以上，即每個酶分子周圍有300個以上水分子，整個酶被一層單分子水層所包圍，酶活性才能發(fā)揮。在辛烷中糜蛋白酶催化僅需吸附50個水分子脂肪酶僅需幾個水分子就可顯示出活性。b.同一個酶在不一樣有機溶劑中最適反應需水量不一樣溶劑疏水性越強，需水量越少。酶的非水相催化第16頁4．表征必需水作用參數(shù)---熱力學水活度水活度（wateractivity)：特定溫度和壓力條件下，反應體系中水摩爾分數(shù)Xw與水活度系數(shù)гw乘積：аw

=гw×Xwгw是溶劑疏水性函數(shù)，溶劑疏水性越大，гw越大。аw

是一個強質(zhì)性質(zhì)物理量，在平衡狀態(tài)時，反應體系中各組分（酶、溶劑、底物和產(chǎn)物）аw

是相同。酶的非水相催化第17頁酶的非水相催化第18頁研究水活度意義1、最正確水活度與溶劑極性幾乎無關(guān)，大約在0.55左右。2、能夠排除溶劑對最適含水量影響。3、水活度可由反應體系中水蒸汽壓除以在相同條件下純水蒸汽壓而測得。酶的非水相催化第19頁二、有機溶劑對酶催化反應影響

常見有機溶劑有辛烷，正己烷，苯，吡啶，丙醇，乙腈，二氯甲烷等。1、有機溶劑對酶結(jié)構(gòu)與功效影響

在有機溶劑中，酶分子（經(jīng)過修飾后可溶于有機溶劑者除外）不能直接溶解，而是懸浮在溶劑中進行催化反應。依據(jù)酶分子特征和有機溶劑特征不一樣，保持其空間結(jié)構(gòu)完整性情況也有所差異。酶在有機介質(zhì)中與有機溶劑接觸，酶分子表面結(jié)構(gòu)將有所改變。當酶懸浮于有機溶劑中，有一個別溶劑能滲透到酶分子活性中心，會降低活性中心極性，可能降低酶與底物結(jié)合能力；可能與底物競爭活性中心結(jié)合位點，降低底物結(jié)合能力，從而影響酶催化活性。酶的非水相催化第20頁2、有機溶劑對酶活性影響

極性較強有機溶劑，如甲醇，乙醇等，會奪取酶分子結(jié)合水，影響酶分子微環(huán)境水化層，從而降低酶催化活性,甚至引發(fā)酶變性失活。所以應選擇極性適宜溶劑，控制好介質(zhì)中含水量，防止酶在有機介質(zhì)中因脫水作用而影響其催化活性。有機溶劑極性強弱能夠用極性系數(shù)lgP表示。P是指溶劑在正辛烷與水兩相中分配系數(shù)。極性系數(shù)越大，表明其極性越??；反之極性系數(shù)越小，則極性越強。研究表明，有機溶劑極性越強，越輕易奪取酶分子結(jié)合水，對酶活力影響就越大。極性系數(shù)lgP<2極性溶劑普通不宜作為有機介質(zhì)酶催化溶劑使用。酶的非水相催化第21頁（1）單相共溶劑體系中，有機溶劑對酶活性影響有機溶劑直接作用于酶，破壞維持酶活性構(gòu)象氫鍵和疏水作用力，或破壞酶周圍水化層，使酶失活或變性。有些酶活性會伴隨一些有機溶劑濃度升高而增大，在某一濃度（最適濃度）到達最大值；若濃度再升高，則活性下降。（2）低水有機溶劑體系中，大個別酶活性得以保留，但也有一些酶活性亦改變。酶的非水相催化第22頁（3）反向微團體系中，微團效應使一些酶活性增加酶活力依賴微團水化程度，即取決于水與表面活性劑摩爾比（R）。超活性：凡是高于水溶液中所得酶活性值活性稱為超活性（Super-activity）。認為：超活性是由圍繞在酶分子外面表面活性劑這一外殼之較大剛性所引發(fā)。酶的非水相催化第23頁超活性產(chǎn)生機理酶的非水相催化第24頁根據(jù)

（1）微團水化程度（W）（W=[H2O]/[表面活性劑]）最正確值和酶活性最大值呈正相關(guān)。（２）W值最正確時，微團內(nèi)徑總是相當于被包裹酶分子直徑。酶的非水相催化第25頁3、有機溶劑對底物和產(chǎn)物分配影響◆有機溶劑與水之間極性不一樣，在反應過程中會影響底物和產(chǎn)物分配，從而影響酶催化反應?！粲袡C容劑能改變酶分子必需水層中底物和產(chǎn)物濃度?！羝胀ㄟx取2≤lgP≤5有機溶劑作為有機介質(zhì)為宜。酶的非水相催化第26頁6.3酶在有機介質(zhì)中催化特征

酶在有機介質(zhì)中起催化作用時，因為有機溶劑極性與水有很大差異，對酶表面結(jié)構(gòu)、活性中心結(jié)合部位和底物性質(zhì)都會產(chǎn)生一定影響，從而顯示出與水相介質(zhì)中不一樣催化特征。酶的非水相催化第27頁

◆在有機介質(zhì)中，因為酶分子活性中心結(jié)合部位與底物之間結(jié)合狀態(tài)發(fā)生一些改變，致使酶底物特異性會發(fā)生改變?！舨灰粯佑袡C溶劑含有不一樣極性，所以在不一樣有機介質(zhì)中，酶底物專一性也不一樣。在極性較強有機溶劑中，疏水性較強底物輕易反應；而在極性較弱有機溶劑中，疏水性較弱底物輕易反應。

1、底物專一性酶的非水相催化第28頁2、對映體選擇性（enantioselectivity）又稱為立體選擇性或立體異構(gòu)專一性，是酶在對稱外消旋化合物中識別一個異構(gòu)體能力大小指標?！裘冈谟袡C介質(zhì)中催化，與在水溶液中催化比較，因為介質(zhì)特征發(fā)生改變，而引發(fā)酶對映體選擇性也發(fā)生改變?！裘冈谒芤褐写呋Ⅲw選擇性較強，而在疏水性強有機介質(zhì)中，酶立體選擇性較差。酶的非水相催化第29頁3、區(qū)域選擇性酶在有機介質(zhì)中進行催化反應含有區(qū)域選擇性（regioselectivity）,即酶能夠選擇底物分子中某一區(qū)域基團優(yōu)先進行反應。4、鍵選擇性：酶在有機介質(zhì)中進行催化反應含有化學鍵選擇性。鍵選擇性與酶起源和有機介質(zhì)種類相關(guān)。

酶的非水相催化第30頁5、穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性提升；儲存穩(wěn)定性提升例：丹麥Nove企業(yè)生產(chǎn)脂肪酶LipozymeTM，在水溶液中60℃保溫1小時后剩下酶活只有10%，而在橄欖油中一樣條件下脂肪酶剩下酶活仍近100%。60℃對烏桕脂和硬脂酸甲酯轉(zhuǎn)化反應24小時后，酶仍保持82%。酶的非水相催化第31頁

在低水有機溶劑體系中，酶穩(wěn)定性與含水量親密相關(guān)；普通在低于臨界含水量范圍內(nèi)，酶很穩(wěn)定；含水量超出臨界含水量后酶穩(wěn)定性隨含水量增加而急劇下降。酶的非水相催化第32頁6、pH值特征◆在有機介質(zhì)反應中，酶所處pH環(huán)境與酶在凍干或吸附到載體上之前所使用緩沖液pH值相同。這種現(xiàn)象稱之為pH印記（pH-imprinting）或稱為pH記憶?！裘冈谟袡C介質(zhì)中催化反應最適pH值通常與酶在水溶液中反應最適pH值靠近或者相同。利用酶這種pH印記特征，能夠經(jīng)過控制緩沖液中pH值方法，到達控制有機介質(zhì)中酶催化反應最適pH值。酶的非水相催化第33頁有機相酶反應優(yōu)點1．有利于疏水性底物反應，能催化在水中不能進行反應。2．可提升酶熱穩(wěn)定性。3．可改變反應平衡移動方向。4.可控制底物專一性。5.酶和產(chǎn)物易于回收。6.可防止微生物污染。酶的非水相催化第34頁6.4有機介質(zhì)中酶催化反應條件及其控制◆酶在有機介質(zhì)中能夠催化各種反應，主要包含：合成反應、轉(zhuǎn)移反應、醇解反應、氨解反應、異構(gòu)反應、氧化還原反應、裂合反應等。◆酶在有機介質(zhì)中各種催化反應受到各種原因影響：酶種類和濃度、底物種類和濃度、有機溶劑種類，水含量、溫度、pH和離子強度等。酶的非水相催化第35頁酶種類選擇：應含有對有機介質(zhì)變性潛在能力，在有機介質(zhì)中能保持其催化活性構(gòu)象，還要尤其注意酶穩(wěn)定性、底物專一性、對映體選擇性、區(qū)域選擇性、鍵選擇性等。酶形式選擇：⑴酶粉：a-胰凝乳蛋白酶在酒精中轉(zhuǎn)酯反應，催化活性隨反應體系中酶量降低而顯著增加。⑵化學修飾酶：SOD經(jīng)糖脂修飾后變成脂溶性，對溫度、pH、蛋白酶水解穩(wěn)定性均高于天然SOD。⑶固定化酶：酶固定在不溶性載體上，反抗有機介質(zhì)變性能力、反應速度、熱穩(wěn)定性等都可提升。1、酶選擇酶的非水相催化第36頁固定化載體影響①載體能經(jīng)過分配效應猛烈地改變酶微環(huán)境中底物和產(chǎn)物局部濃度。例：在水浴液中，底物肉桂酸濃度在0.1mmol/L以上可強烈抑制馬肝酸脫氫酶，但在乙酸丁酯中使用親水載體固定化酶，底物濃度高達50mmol/L也不會發(fā)生抑制作用。②載體影響酶分子上結(jié)合水③經(jīng)過載體與酶之間形成多點結(jié)合作用，可穩(wěn)定酶催化活性構(gòu)象。例：α-胰凝乳蛋白酶與聚丙烯酰胺凝膠共價結(jié)合后，在乙醇中穩(wěn)定性顯著提升，而且對有機溶劑抗性隨酶與載體間共價鍵數(shù)量增加而增強。酶的非水相催化第37頁

生物印跡(bio-imprint)是一個經(jīng)過酶與配體問相互作用、誘導，從而改變酶構(gòu)象方法。

其原理是利用酶在水溶液中柔性，加人手性競爭性抑制劑，然后將這種酶-抑制劑復合物轉(zhuǎn)入親脂性溶劑，使酶三維結(jié)構(gòu)以一個改性狀態(tài)被“凍結(jié)”，除去抑制劑改性酶憑借其“記憶”功效就含有了對底物立體選擇性。

利用生物印跡方法能夠調(diào)控酶底物專一性、立體選擇性和對映體選擇性等。酶的非水相催化第38頁生物印跡過程以下：(1)將酶溶于含有其配體緩沖溶液中，使酶構(gòu)象被誘導而發(fā)生改變；(2)將此酶液冷凍干燥形成酶粉，水分不經(jīng)融化直接升華，能夠固定酶構(gòu)象；(3)用有機溶劑沖洗凍干酶粉，除去印跡分子；(4)將有機溶劑沖洗過酶粉過濾并真空干燥。酶的非水相催化第39頁

大家利用酶與配體相互作用性質(zhì)，誘導改變酶分子構(gòu)象，制備出含有結(jié)合特定配體能力新型酶制劑。Klibanov等將枯草桿菌蛋白酶從含有競爭性抑制劑N-Ac-Tyr配體（競爭性抑制劑）緩沖液中沉淀、干燥、除配體后，放在無水有機溶劑中，發(fā)覺被配體印跡后酶催化活性提升100倍，而在水溶液中則無此現(xiàn)象產(chǎn)生。生物印跡實例酶的非水相催化第40頁2、底物選擇和濃度控制

酶在有機介質(zhì)中底物專一性與在水溶液中專一性有些差異，所以要依據(jù)酶在所使用有機介質(zhì)中專一性選擇適宜底物。底物濃度對酶催化反應速度有顯著影響，普通說來，在底物濃度較低情況下，酶催化反應速度隨底物濃度升高而增大。當?shù)孜锏竭_一定濃度以后，再增加底物濃度，反應速度增大幅度逐步降低，最終趨于平衡，逐步靠近最大反應速度。

酶的非水相催化第41頁3、有機溶劑選擇

有機溶劑是影響酶在有機介質(zhì)中催化關(guān)鍵原因之一，在使用過程中要依據(jù)詳細情況進行選擇。有機溶劑極性選擇要適當極性過強（lgP<2）溶劑，會奪取較多酶分子表面結(jié)合水，影響酶分子結(jié)構(gòu)，并使疏水性底物溶解度降低，從而降低酶反應速度，在普通情況下不選?。粯O性過弱（lgP＞

5）溶劑，即使對酶分子必需水奪取較少，疏水性底物在有機溶劑中溶解度也較高，不過底物難于進入酶分子必須水層，催化反應速度也不高。通常選取2≤lgP≤5

溶劑作為催化反應介質(zhì)。

酶的非水相催化第42頁有機溶劑與反應匹配性（即相容性）（包含反應產(chǎn)物與溶劑匹配性，極性產(chǎn)物傾向于保留在酶附近，可能引發(fā)產(chǎn)物抑制或無須要副反應發(fā)生。例：對于酶促糖改性而言，使用疏水性，與水不互溶溶劑是不現(xiàn)實，因為不溶性底物和不溶性酶之間無相互作用，必須用親水性溶劑（如吡啶或二甲基甲酰胺）例：在己烷中聚苯酚氧化酶催化反應中，極性苯醌產(chǎn)物不溶于己烷，造成在酶周圍水層發(fā)生不需要聚合，該聚合物纏住酶，降低酶活，而在極性更強氯仿中，苯醌分配到主體溶劑中不會使酶失活。有機溶劑對酶催化反應是惰性例：酯基轉(zhuǎn)移反應包括到醇對于酯親核攻擊而產(chǎn)生另一個酯，假如溶劑也是酯，就會生成以溶劑為基礎(chǔ)酯，假如溶劑是醇，也會得到類似結(jié)果。酶的非水相催化第43頁4、水含量控制

有機介質(zhì)中，水含量對酶分子空間構(gòu)象和酶催化反應速度有顯著影響。要經(jīng)過試驗確定反應體系最適水含量。最適水含量與溶劑極性相關(guān)，通常隨溶劑極性增大，最適水含量也增大；而到達最大反應速度水活度卻改變不大，都在0.5～0.6之間。在實際應用時應該控制反應體系水活度在0.5～0.6范圍內(nèi)。酶的非水相催化第44頁5、溫度控制

溫度是影響酶催化作用主要原因之一。在最適溫度下酶催化反應速度到達最大。在微水有機介質(zhì)中，因為水含量低，酶熱穩(wěn)定性增強，所以其最適溫度高于在水溶液中催化最適溫度。要注意是酶與其它非酶催化劑一樣，溫度升高時，其立體選擇性降低。

酶的非水相催化第45頁6、pH值控制

酶在有機介質(zhì)中催化最適pH值通常與在水溶液中催化最適pH值相同或者靠近。在有機介質(zhì)中，酶催化活性與酶在緩沖溶液中pH值和離子強度有親密關(guān)系。酶分子從緩沖溶液轉(zhuǎn)到有機介質(zhì)后，酶分子保留了原有pH印記。經(jīng)過調(diào)整緩沖溶液pH和離子強度方法對有機介質(zhì)中酶催化pH值和離子強度進行調(diào)整控制。酶的非水相催化第46頁6.5酶非水相催化應用

酶催化反應應用脂肪酶肽合成青霉素G前體肽合成酯合成醇與有機酸合成酯類轉(zhuǎn)酯各種酯類生產(chǎn)聚合二酯選擇性聚合?；蚀减；鞍酌鸽暮铣珊铣啥嚯孽；穷愼；u基化酶氧化甾體轉(zhuǎn)化過氧化物酶聚合酚類、胺類化合物聚合多酚氧化酶氧化芳香化合物羥基化膽固醇氧化酶氧化膽固醇測定醇脫氫酶酯化有機硅醇酯化酶的非水相催化第47頁一、手性藥品拆分

手性藥品：化學組成相同，而其立體結(jié)構(gòu)互為對映體兩種異構(gòu)體化合物。酶的非水相催化第48頁手性藥品兩種對映體藥理作用藥品名稱有效對映體作用另一個對映體作用普萘洛爾（Propranolol）萘普生（Neproxen）青霉素胺（Penicillamine）羥基苯哌嗪(Dropropizine)反應停（Thalidomide）酮基布洛芬（Ketoprofen）喘速寧（Trtoquinol）乙胺丁醇（Ethambutol）萘必洛爾（Kebivolol）S構(gòu)型，治療心臟病,β-受體阻斷劑S構(gòu)型，消炎、解熱、鎮(zhèn)痛S構(gòu)型，抗關(guān)節(jié)炎S構(gòu)型，鎮(zhèn)咳S構(gòu)型，鎮(zhèn)靜劑S構(gòu)型，消炎S構(gòu)型，擴張支氣管S,S構(gòu)型，抗結(jié)核病右旋體，治療高血壓,β-受體阻斷劑R構(gòu)型，鈉通道阻滯劑R構(gòu)型，療效很弱R構(gòu)型，突變劑R構(gòu)型，有神經(jīng)毒性R構(gòu)型，致畸胎R構(gòu)型，防治牙周病R構(gòu)型，抑制血小板凝集R,R構(gòu)型，致失明左旋體，舒張血管1992年，美國FDA明確要求對于含有手性特征化學藥品，都必需說明其兩個對映體在體內(nèi)不一樣生理活性、藥理作用以及藥品代謝動力學情況。許多國家和地域也都制訂了相關(guān)手性藥品政策和法規(guī)。這大大推進了手性藥品拆分研究和生產(chǎn)應用。當前提出注冊申請和正在開發(fā)手性藥品中，單一對映體藥品占絕大多數(shù)。酶的非水相催化第49頁概念⒈光學活性物質(zhì)：能使平面偏振光旋轉(zhuǎn)化合物為光學活性物質(zhì)。⒉手性：一個含有光學活性有機物不能與它鏡像重合⒊對映異構(gòu)體：兩個互為鏡像但不能重合對映體稱為對映異構(gòu)體，它們旋光能力相同，但方向相反。⒋外消旋體：等量對映異構(gòu)體混合物沒有光學活性，成為外消旋體。⒌外消旋體拆分：即利用拆分技術(shù)將外消旋體兩個對映體分開。經(jīng)過外消旋體拆分可得純光緒活性物質(zhì)。酶的非水相催化第50頁光學活性物質(zhì)制備技術(shù)

不對稱合成法以含有手性中心天然化合物即手性源為原料，經(jīng)過傳統(tǒng)化學合成方法，保留其活性中心，取得新手性化合物；也能夠用前手性底物與手性助劑或手性催化劑反應，生成光學活性產(chǎn)物。酶是一類含有催化活性蛋白質(zhì)，本身就是手性物質(zhì)，所以可作為不對稱合成手性催化劑。酶的非水相催化第51頁外消旋體拆分

利用拆分技術(shù)將外消旋體兩個對映體分開。非生物拆分法：⑴機械分離法；⑵形成和分離對映體異構(gòu)法；⑶色譜分離法；⑷動力學拆分。生物拆分法：利用一個酶或一系列酶。酶的非水相催化第52頁⑴非水相酶反應應用研究熱點是手性產(chǎn)品合成和開發(fā)。脂肪酶和酯酶應用最多。工業(yè)應用：奧地利Chemie-linz企業(yè)已從美國MIT

購置了Klibanov教授非水相酶催化法拆分a-鹵代丙酸專利許可，并建立了中試工廠，大批量生產(chǎn)光學活性除草劑中間體。⑵生物拆分法原理：實質(zhì)為動力學拆分過程，即兩個對映體競爭酶同一個活性中心位置，二者反應速率不一樣，產(chǎn)生選擇性，從而使反應產(chǎn)物含有光學活性。酶的非水相催化第53頁生物拆分法快：E+A→E+P慢：E+B→E+Q

表征參數(shù)：對映體選擇率底物中一對異構(gòu)體（同一個酶兩種競爭性底物）Vm/Km之比；反應某一拆分過程效果，也表征酶選擇性大小，是酶反應特征參數(shù)。酶的非水相催化第54頁二、多肽合成

例：a-胰蛋白酶能夠催化N-乙酰色氨酸與亮氨酸合成二肽。水中反應合成率為0.1%以下；在乙酸乙酯和微量水組成系統(tǒng)中，合成率可達100%。酶的非水相催化第55頁三、甾體轉(zhuǎn)化

例可松轉(zhuǎn)化為氫化可松酶促反應，在水-乙酸丁酯或水-乙酸乙酯組成系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)化率高達100%和90%。酶的非水相催化第56頁脂肪酶-位置選擇性酯化反應葡萄糖苷-6-O-酰基衍生物是一個可生物降解非離子表面活性劑，它能夠用脂肪酸和葡萄糖苷在脂肪酶催化下進行選擇性酯化得到：酶的非水相催化第57頁糖酯合成酶的非水相催化第58頁脂肪酶-消旋化合物選擇性酯化以2-取代-1,3-丙二醇和脂肪酸為原料，在有機溶劑介質(zhì)中用脂肪酶(CCL)或豬肝酯酶（PLE）催化酯化反應，可得到較高光學純度R-或S-酯。酶的非水相催化第59頁脂肪酶-消旋化合物拆分

有機介質(zhì)中用脂肪酶(PSL)催化酯化用于γ-羥基-α,β-不飽和酯拆分。能夠防止副反應發(fā)生。酶的非水相催化第60頁脂肪酶-內(nèi)酯合成反應-羥基酸或它酯在脂肪酶催化下，發(fā)生分子內(nèi)環(huán)化作用得到內(nèi)酯化合物。內(nèi)酯可繼續(xù)反應形成開鏈寡聚物.內(nèi)酯化產(chǎn)物形式主要取決于羥基酸長度外，也取決于脂肪酶類型、溶劑及溫度等。酶的非水相催化第61頁酶的非水相催化第62頁生物柴油

生物柴油是利用生物油脂生產(chǎn)有機燃料，是由動物、植物或微生物油脂與小分子醇類經(jīng)過酯交換反應而得到脂肪酸酯類物質(zhì)。能夠代替柴油作為柴油發(fā)動機燃料使用。

生物油脂起源：菜子油，豆油，椰子油，棕櫚油、蓖麻油、棉籽油，葵花籽油，廢食用油等優(yōu)點：（1）含有良好環(huán)境屬性（2）含有很好低溫發(fā)動機開啟性能。（3）含有很好潤滑性能。（4）含有很好安全性能。（5）含有良好燃料性能。（6）含有可再生性能。酶的非水相催化第63頁從生物質(zhì)到生物柴油生物柴油生產(chǎn)裝備酶的非水相催化第64頁美國生物柴油發(fā)展趨勢酶的非水相催化第65頁生物柴油生產(chǎn)方法當前生物柴油主要是用化學法生產(chǎn)，采取酸、堿催化油脂與甲醇之間轉(zhuǎn)酯反應，而生成脂肪酸甲酯。反應時間短，