新型金属—酶催化剂的设计及其用于动态动力学拆分手性胺类化合物的研究

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金属催化和酶催化在很长时间被认为是两个不同的领域,动态动力学拆分(DKR)则是金属-酶协同催化的成功应用。动态动力学拆分是一种对光学活性物质进行分离纯化的方法,在手性化合物的生产中得到了广泛应用。本篇文章中,以动态动力学拆分手性胺类化合物为探针反应,就金属-酶催化剂的设计及其在DKR反应的应用进行了研究。(1)首先对Pd@NH2-MIL-101结合CALB-CLEAs动态动力学拆分胺进行了研究。本章中,我们通过还原法合成了金属纳米颗粒后将其负载到载体上得到了Pd@NH2-MIL-101金属加氢催化剂,结合CALB-CLEAs后应用于rac-1-苯乙胺的DKR反应中。在不添加外加碱情况下,反应4 h后得到了光学纯产物R-酰胺的得率和ee值均超过99%。此外,在本章中我们首次证明了温和的微波条件可以应用于胺的DKR。在与传统加热方式同等的温度下将反应时间降低到1 h并得到了超过99%的优异得率和ee值。该催化剂体系对不同底物也具有很好的普适性。催化剂重复使用9次仍保持较高活性,证实了金属-酶催化剂的稳定性。这种金属-酶共催化剂的组合也为DKR胺的微波工业应用提供了一种首选方法。(2)为实现动态动力学拆分的工业化,使用非贵金属代替贵金属是将来的发展趋势,但非贵金属容易使酶失活的特性一直是难以解决的问题。实现金属-酶活性位点的分离是解决这一问题的关键所在。针对这一问题,本章中制备了一种Yolk-Shell结构金属催化剂,可以实现金属材料与酶催化剂在核-壳材料不同区域的功能性分离。为进一步提高酶活力,我们在传统分层酶聚体的基础上,开发了一种新型双层酶聚体,使得酶聚体的内外均可以提供拆分反应的活性位点,进一步提高了游离酶CALB的固载率。我们将制备的Yolk-Shell结构金属催化剂与双层酶聚体相结合应用于rac-1-苯乙胺的一锅法DKR反应中。在无任何外加碱情况下,反应5 h后得到了光学纯产物R-酰胺的转化率为99%,ee值和选择性均>99%。
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