光学活性2-甲基丁酸及其短链酯是重要手性精细化学品。脂肪酶催化的动力学拆分相对于其他拆分方法具有规模易放大,环境友好,产品满足“绿色”、安全等食品级要求等优点,因此常被用于许多手性风味物质的拆分。然而,由于2-甲基丁酸及其短链酯中连接于手性中心碳原子上的甲基与乙基的空间差异太小,使其脂肪酶动力学拆分较为困难,而且光学纯度还很难达到工业生产的要求。针对2-甲基丁酸及其酯,研究建立了级联动力学拆分法,即将脂肪酶催化的选择性酯化反应与选择性水解反应相偶联,对其进行拆分,建立了级联动力学模型,最终获得了4种光学纯度较高的不同构型的异构体。具体的内容与结果:1)为获得较高光学纯度及得率的产物,对级联动力学拆分中酯化拆分与水解拆分反应分别进行了体系的建立与优化,筛选了各自体系中既具有较高光学选择性又同时具有较高的催化活性的脂肪酶。对于酯化拆分体系,建立并优化了酯化反应体系:筛选确定了RCL为酯化拆分一步用酶,加酶量为16mg/ml,底物浓度为0.1mol/L,温度4℃。而对于水解拆分体系,建立并优化水解反应体系为:筛选确定了RCL为水解拆分用酶,加酶量为15mg/ml,底物浓度为0.2 mol/L,温度4℃。2)为了提高级联反应终产物的得率,研究建立了级联动力学拆分反应模型,对反应进行理论指导,即在目标产物ee值的要求下,控制两步反应的转化率以得到最高的产物得率。在此模型指导下,进行了两种选择性反应通过不同顺序相偶联的级联动力学反应:先水解后酯化的级联动力学拆分反应中,控制了第一步与第二步的转化率分别为45%与38%,最终获得了ee值为90.64%的(S)-2-甲基丁酸乙酯;而先酯化后水解的级联动力学拆分反应中,分别控制第一步与第二步的转化率为34.8%与40.2%,获得了ee值为92.3%的(S)-2-甲基丁酸。3)研究中发现RCL在水相中40℃下水解反应通过优先水解(S)-2-甲基丁酸乙酯,10h后可获得ee值为92.4%的剩余底物(R)-2-甲基丁酸乙酯。温度对RCL催化酯化与水解拆分的影响研究表明,低温下反应的对映体选择率较高,在4℃下通过水解拆分获得的(R)-2-甲基丁酸乙酯的ee值可提高至95.0%。提取(R)-2-甲基丁酸乙酯,使用(S)-型选择性较弱但转化活性较高的Novozym 435催化其第二步水解,获得了ee值为92.2%的(R)-2-甲基丁酸。研究通过两种不同顺序的级联动力学拆分反应以及两步水解法,最终获得了ee值分别为90.6%的(S)-2-甲基丁酸乙酯,ee值92.3%的(S)-2-甲基丁酸,ee值95.0%的(R)-2-甲基丁酸乙酯及ee值92.2%的(R)-2-甲基丁酸。