三液相酶催化体系拆分手性仲醇

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光学纯仲醇是非常有价值的手性结构单元。酶法拆分制备手性仲醇,能够克服传统化学法条件要求苛刻、成本高、环境污染大等问题受到了广泛的关注。但该方法受制于与之匹配的体系缺乏的难题,例如底物与产物分离困难、酶难以回用、选择性差等严重制约其发展,亟需开发新型酶催化体系。近年来,三液相体系(TLPS)因为在产物分离和提高酶催化效率等方面具有它独特的优势,有望解决部分当前酶拆分体系存在的诸多问题。本文基于此构建了适合酶法拆分的三液相体系,并以酶法拆分制备(R)-1-(4-甲氧基苯基)乙醇为例,探讨了该体系拆分制备手性仲醇的可行性,并对催化反应的微观机制与连续化应用进行阐述与验证。研究内容如下:(1)构建不同的三液相体系并探索不同酶、溶剂、反应体系等对于1-(4-甲氧基苯基)乙醇乙酸酯水解拆分效率的影响;最终得到由CALB脂肪酶参与的异辛烷/硫酸钠/PEG600体系为最优体系,在该体系下,不但可将产物、底物进行有效分离,而且水解拆分1-(4-甲氧基苯基)乙醇乙酸酯效果比传统体系有大幅提升,其转化率可达49.87%(理论转化率仅为50%),eep可达98.72%。另外,在该体系下,酶主要富集于中间相并可有效回用,重复利用8次后其酶的催化效率仍可到最初反应效率的95%以上;最后,通过在该体系下对不同碳链脂肪仲醇与芳香仲醇进行酶法拆分制备,验证了该体系具有较好的普适性。(2)针对前期构建的三液相体系存在较多疏水溶剂这一问题,探讨了直接利用其液体底物构建新型的无溶剂三液相酶催化拆分体系,研究发现底物/PEG2000/磷酸盐体系为最优体系这一无溶剂体系催化效率较优,并且其手性拆分的转化率以及选择性比有溶剂体系均有一定幅度的提高,通过对该体系p H、转速、温度等因素对水解拆分效率的优化,确立其最优条件为:200rpm、45℃、16%磷酸盐、19%PEG2000、p H=8时,此时的eep为99.77%,转化率为49.36%。同时,中相作为新型的液态固定化酶在重复利用8次后转化效率仍有第一次的91.67%。(3)针对三液相体系中,酶催化效率具有明显提升这一现象,通过激光共聚焦显微镜以及马尔文粒径分析仪对无溶剂与有溶剂组成的三液相体系的微观结构与粒径分析发现无溶剂分散乳滴具有更小的粒径。进一步通过相转移催化机制解释该反应提升的原因,最终实现该多液相体系的可连续化工艺应用,得到催化反应较为持久的生物转化,即该反应可以维持48h以上。
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