四 酶非水相催化的反应介质--氟溶剂
➢ 高氟代烃通常具有极大的惰性、非极性、热力学稳定、 无毒,和一般的有机溶剂、水不能混溶。
➢ 具有高氟化基团的化合物会优先溶解于含氟溶剂中
*如Goto 等人发现一些脂肪酶在全氟辛烷 (perfluorooctane)中催化反应的速率超出酶在异辛烷中 催化反应的速率10倍之多。
➢ 由于酶不溶于有机溶剂中，酶的重复利用更加方便； ➢ 可以省略产物的萃取分离过程，提高了产物得率；
➢ 在有机溶剂存在的条件下，一般不存在微生物对反应 体系的污染问题。
非水相酶催化的缺点-酶催化活力下降
但与酶在水相中催化时的活性相比,酶在有机溶剂中催 化时的活性大大降低。如下因素常被认为与酶在非水 相中催化活性降低有关 1）在制备酶干粉进行冷冻干燥时酶活性中心构象会发 生变化或与有机溶剂直接接触导致的酶活性构象改变； 2）pH变化，尤其对于交联体晶体酶而言。同时在冷冻 干燥过程中使用挥发性缓冲液也可能导致酶最适pH的 改变。
* 离子液体强极性的特点使它对精细化工和医用产品起始材料的 “构建单元”(如肽、糖、核酸等极性底物)具有的较强的溶解性， 预示着离子液体可能在精细化工和医用产品生产上扮演重要角色。
（3）同时还有很多研究者认为离子液体是一种“可设计”的溶剂，可 以通过合成手段合成一系列结构和性质迥异的离子液体来满足各方 面研究和应用的需求。
（1）离子液体具有热稳定性高、蒸汽压低和对环境 友好等特点而被研究者称为“绿色”的溶剂
A 室温离子液体没有显著的蒸汽压。虽然在室温离子 液体中,阴阳离子间的库仑力较弱，但和一般分子溶 剂的分子间的作用力相比，离子液体显然要大得多， 因此即使在较高的温度下，离子液体也不易挥发， 故离子液体可用于高真空体系，而且对环境无污染， 有望为绿色工业开辟新的道路。
五 酶非水相催化的反应介质—离子液体
(一) 离子液体的结构及分类 离子液体是呈现为液态的盐 离子液体是完全由阴阳离子组成且常温下呈液态的
离子化合物,这些离子化合物结构上存在离子结构对 称性低、分子间作用力弱等特点，导致了离子液体熔 点接近室温或低于室温，使离子液体成为一种以液态 方式存在的盐。
(二)离子液体的优点
➢ 是目前研究最多的一种非水反应介质
➢ 应用较多的一种反应介质
➢ 但也是最受诟病的一种反应介质,其毒性，易燃，易 爆，容易挥发（碳排放）都引发了其它非水相介质的 研究
二 酶非水相催化的反应介质-气相
优点: ➢ 避免了有机溶剂的使用； ➢ 酶的回收较为方便； ➢ 气相中底物和产物的传质效果较好。
缺点: ➢ 反应器中的反应物浓度受到底物蒸汽压的影响 ➢ 酸与醇的酯化反应中酶还受到酸蒸汽的不可逆抑制失
非水酶学诞生的生产背景
80年代是油脂,香料行业迅猛发展时期，需要许多催化 反应生产酯类产物
非水相酶学的诞生
水是酶促反应最常用的反应介质。
但对于大多数有机化合物来说,水并不是一种适宜的溶剂。因为许 多有机化合物(底物)在水介质中难溶或不溶。
由于水的存在,往往有利于如水解、消旋化、聚合和分解等副反应 的发生；同时水也使酯化反应的反应平衡不能指定移动。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
是否存在非水介质能保证酶催化？？
早期实验证明酶不能在丙酮乙醇等有机溶剂中催化
1984年,克利巴诺夫（Klibanov）等人在有机介质中进行了 酶催化反应的研究，他们成功地在利用酶有机介质中的催化 作用，获得酯类、肽类、手性醇等多种有机化合物，明确指 出酶可以在水与有机溶剂的互溶体系中进行催化反应。
3） 酶在有机溶剂中的构象过于刚硬(rigid)导致活 性降低；
4）由于酶在有机溶剂中不能溶解,可能存在底物和 产物的扩散限制
5）底物在不同溶剂中去溶剂化能(desolvation energy)的差异；
第一节 酶非水相催化的反应介质
有机介质 气相介质 超临界介质 氟溶剂 离子液体
一 酶非水相催化的反应介质—有机溶剂
B 离子液体有较好的热稳定性、化学稳定性，可以不 必考虑其它溶剂通常具有的易燃性，大大提高了实 验室和工业应用中的安全性和可操作性。
（2）离子液体强极性的特点也拓宽了酶催化反应介质选择的范围,这 是因为强极性底物一般用强极性溶剂来溶解，但强极性有机溶剂常 常使酶失活，而在相同强极性的离子液体中，酶却表现出较好的活 性和稳定性
➢ 从理论上来讲,这种室温呈溶解状态的盐(molten salt)按阴阳离子 不同排列组合方式有1018 种之多，数量十分庞大，但根据阳离 子母体的不同可将常见的离子液体大致归纳为四类:分别是咪唑 盐类(A)；吡啶盐类(B)；季铵盐类；(C)和季鏻盐类；(D)其阳离 子的结构:
➢ 可作为离子液体的阴离子有：BF4-、PF6-、TA- (CF3COO- )、 HB - (C3F7COO- )、TfO- (CF3SO3- )、NfO-(C4F9SO3- )、 Tf2N- ( (CF3SO2) 2N- )、Beti - ( (C2F5SO2 -) 2N- )、Tf3C( (CF3SO2- ) 3C- )、SbF6-、AsF6-、NO2-等。
活作用
三 酶非水相催化的反应介质—超临界流体
优点: ➢ 超临界流体有极好的扩散性和很低的黏度,有利于底
物向酶分子扩散。底物在超临界中的溶解度还可通过 调节超临界流体的压力和温度来改变。 ➢ 由于通常用于酶催化反应的超临界流体为二氧化碳， 它在常温下是气态不会与产物混合，所以可制得高纯 度的产物。 缺点: ➢ 设备复杂，难于连续生产和进行工业放大。 ➢ 反应介质还会降低酶表面的pH 值且还可能对酶表面 进行化学修饰 ➢ 反应结束后取出产物的减压过程也容易造成酶的失活。
非水相酶催化的优点
➢ 脂溶性底物和产物在有机溶剂中的溶解性较高,有利 于提高底物和产物浓度的水平；
➢ 在适当的条件下，可以使酶促反应的热力学平衡向 合成方向(而不是水解方向)移动；同时由于有机溶剂 的存在，含水量减少，大大降低了许多水参与的副反 应；
➢ 在非水相中酶的稳定性得到显著提高。如猪胰脂肪酶 在99 %的有机溶剂中100 °C保温数十个小时仍保持 较高的酶活性。而在此温度条件下，酶在水溶液中却 迅速失活；