lgP 0.31 0.49 -0.23 -1.14 0.80 1.45
介电常数 — 7.6 20.6 2.2 17.0 5.8
选择率(E) 89 69 142 178 212 518
溶剂与酶活性的兼容性
lgP 与水混溶性
对酶活性的影响
-2.5-0
完全混溶 用于亲脂底物,有机溶剂含量为 20-50%时,对酶活性影响较小
N
而得到SQ31765。
• 化学产率为：97%；
H3C
N HCl CH3
• 光学产率为：> 99.9% d.e.
OMe
OH O SQ31765
OMe
OMe
OMe
CF3
CF3
CF3
O N HO
1
OH
N
N
HO
H
2
橙红色诺卡菌
OMe
O
O3
CF3
N
H3C
N HCl CH3
OH O
5 SQ31765
OMe CF3
O-
中具有重要的作用。
L-肉毒碱
• 作为一种功能性食品添加剂， L-肉毒碱 已经为世界各国所接受，可以添加于奶粉、 运动饮料、老年营养保健食品、减肥健美 食品等中。
H CH3
N N
O CH3
Talampanel
O O
O O
3
O O
O2N
CH3 接合糖酵母 O
O
XAD-7
O
1
关键反应步骤
S CH3 OH
2
p-O 2N-Ph-CHO HCl,甲 苯
S CH3
O
O
NaOH,空 气 O
DMSO/DMF
4
S CH3
O OH
H2NN-Ac EtOH ,HCl
NO2
S CH3
• 特点： • 酶与有机溶剂在空间上分离； • 保持较高的酶活性； • 产物与酶及时分离； • 正确的振荡、搅拌会加快反应速率。
（2）水不互溶有机溶剂单相体系：
• 是指用与水不互溶的有机溶剂取代所有的溶剂 水（98%），形成的固相酶分散在有机溶剂中的 单相体系。
• 特点： • 有机溶剂中含有少于2%的水分； • 酶表面必须含有残余的结构水分子； • 固相酶在有机溶剂中具有催化活性； • 必须使固相酶与有机相充分混匀。
• 按酶催化反应的类型将酶类生物催化剂 分成六大类，分别用编号EC1、EC2、EC3、 EC4、EC5、EC6表示。
• 六大类酶类生物催化剂及其主要作用类 型见下表所示。
作用类型 氧化还原酶
oxidoreductases
转移酶
transferases
水解酶
hydrolases
裂合酶
lyases
异构酶
• 还原结果：使分子内的羰基、碳碳双键 立体选择性地还原产生特定构型化合物。
• 例如：脱氢酶被广泛的用于醛、酮羰基 以及烯烃碳碳双键的还原。
脱氢酶催化的还原反应
O
OH
OH
R1
R2
或
脱氢酶
R1
R2 或 R1
R2
R1
X 还原型辅酶
氧化型辅酶
R2 H
H R3
R1
X 或 R1
X
R2
R3
H R3
R2 H
循环系统
0-2 部分互溶
易使酶失活,很少使用
2-3
低互溶 使酶产生弱的变性,酶的活性难 以预测,应小心使用
>3
不互溶 不会引起酶的变性,能保持酶的 高活性
皱褶假丝酵母脂肪酶催化2-溴丙酸酯化
Br
CRL 正丁醇
COOH 己烷
rac
Br COOBun + (R)
Br
COOH (S)
水含量对酶反应选择性的影响
isomerases
连接酶
ligases
命名
反应类型
利用率
EC1 催化底物氧化或还原
25%
常用
EC2
催化底物之间官能团的 转移: 羰基甲基等
~5%
较少用
EC3
催化底物水解
65%
常用
催化底物分子裂解成两 ~5%
EC4
部分
有应用
EC5
催化底物内分子重排
~1%
很少用
EC6
催化两个底物的连接
~1%
很少用
3、不同形式生物催化剂的特点：
酶
数目少 数目多
浓度
高
低
反应时间
短, 催化作用
长, 生命过程
产物 分离
容易
困难
起始原料 合成物质 C+N源 副产物
少
多
二、非水介质中的生物催化
讲解内容提要：
• 1、非水介质体系简介： • 2、非水介质对酶活性的影响： • 3、介质对酶催化选择性的影响：
1、非水介质体系简介：
• 天然酶主要是在水溶液中催化生物反应。 • 人工合成的非天然底物多数是疏水性的，并且，
• 特点： • 对于多数的生物酶均适用； • 无毒、低粘度、产物易于分离纯化； • 容易控制酶催化反应的特性：反应速率、反应
选择性等； • 需高压反应器、易引起酶的失活等。
2、非水介质对酶活性的影响：
• ①水活度：αW • ②溶剂的极性： 0 < lg P > 3 • ③溶剂的pH：最适pH，缓冲溶液 • ④酶的形态：最适酶量，分散性等 • ⑤酶的稳定性：最佳调节参数αW
可以简化产物和酶的分离纯化。
（4）水互溶有机溶剂单相体系：
• 是指由水和水互溶性有机溶剂组成的单相 反应体系。
• 特点： • 酶、底物、产物均能溶解于同一体系； • 主要适用于亲脂性底物的生物转化； • 水/有机溶剂的比率对反应有影响。
（5）超临界流体体系：
• 是指利用超临界气体作为酶催化亲脂性底物的 溶剂体系。
• 化学产率： > 80%
• 光学产率： > 99.8% d.e.
OH O
O H+,MeOH n
OH
1)TsCl/Py H3COOC
COOCH3
2)
Li S
1
(R)-羟基丁酸甲酯
SS
2
1)6mol/L HCl 2)TFAA 3)H2O2,NaWO4
O
粗糙链孢霉菌
6 SS OO
pH = 4.0
OH
4 6
NO2
NO2
环己烷
HOOC
(R) COOR
ROOC
COOR
假单胞脂肪酶
H3C
N H
CH3
NO2
H3C
N H
CH3
异丙醚
HOOC
(S) COOR
H3C
N H
CH3
溶剂对水解二氢吡啶羧酸酯选择性的影响
R
溶剂
t-BuCOOCH2t-BuCOOCH2EtCOOCH2EtCOOCH2-
环己烷 异丙醚 环己烷 异丙醚
构型 R S R S
e.e. % 88.8 >99 91.4 68.1
假单胞脂肪酶催化水合蒎醇酯化反应
HO O
+ H3C O
OH 消旋水合蒎醇
AcO PSL
有机溶剂
HO +
OH (-)-(1S,5R)
OH (+)-(1R,5S)
溶剂极性对酶催化酯化选择性的影响
溶剂 乙酸乙烯酯
四氢呋喃 丙酮
二恶烷 3-戊酮 叔戊醇
OH N
N H
5
O CH3
NO2 O O
H2N
H CH3
N N
O CH3
Talampanel
6
（2）抗心绞痛新药SQ31765的合成：
• SQ31765合成的关键中
间体(4)，既是选择橙红色
诺卡菌为生物催化剂，立
体选择性的将底物(3)(取代
CF3
的苯并丫庚因-2,3-二酮)还
原为(4)，后者经N-烷基化
溶剂含水量(%) 0
0.05 0.075 0.125
初速度 11 21 66 100
选择率(E) 17 21 39 81
三、手性药物生物催化应用
讲解内容提要：
• 1、还原反应： • 2、氧化反应： • 3、水解和酯化反应：
1、还原反应：
• 生物催化的还原反应在手性药物的不对 称合成中具有重要的应用。
是指利用纯酶或有机体催化无手性、潜手 性的化合物转变为手性产物的过程。
• 微生物生物转化: microbiall biotransformation 生物催化中常用的有机体主要是微生物，
其本质是利用微生物细胞内的酶催化非天 然的有机化合物的生物转化，因此，又称 为微生物生物转化。
2、生物酶的分类及作用：
OH
N
4
HO
（3）碳酸酐酶抑制剂MK0507的合成：
• MK0507，商品名为 Trusopt，由Merck公司 开发上市，是一个高度 水溶性化合物，用于治 疗青光眼。
• 其分子中含有两个手 性中心，化学不对称合 成法见下图：
NH HCl
S
S
OO
SO2NH2
MK0507
OH COOCH3
1
(R)-羟基丁酸甲酯
3、介质对酶催化选择性的影响：
• 酶在水溶液中催化反应的选择性基本是固定的， 因为，水的物理化学性质是不变的。
• 但是，有机溶剂的数目众多，各自具有不同的 物理化学性质。
• 例如：偶极矩、介电常数、溶解性、沸点、化 学结构、异构现象等。
• 因此，有机溶剂能影响酶催化反应的选择性。
假单胞脂肪酶催化二氢吡啶羧酸酯的 选择性水解反应