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有机相微生物活细胞催化羰基还原反应的研究

作　者: 蒋群
导　师: 姚善泾
学　校: 浙江大学
专　业: 生物化工
关键词: 有机介质 完整细胞生物催化 羰基还原 不对称还原 面包酵母 活力保留值 4-氯乙酰乙酸乙酯
分类号: O643.3
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要


以有机相微生物活细胞催化不对称合成为背景，一方面考察了面包酵母对有机溶剂的耐受性，并建立了有机物存在时微生物的活力保留值模型，另一方面考察了面包酵母活细胞在有机介质中催化4-氯乙酰乙酸乙酯等含羰基化合物的不对称还原反应，对促进微生物活细胞生物转化法应用于手性有机合成领域具有一定的理论意义和实际价值。 首先，考察了固定化面包酵母在有机溶剂中浸泡24h后的糖代谢活力保留值，结果表明，固定化面包酵母对有机溶剂的耐受性比游离面包酵母有所增强；随着溶剂logPoct值的增大固定化面包酵母对其耐受性增强；温度和酵母的预培养时间等也影响固定化面包酵母的溶剂耐受性，30℃时固定化面包酵母的耐受性最强，预培养10h的酵母耐受性有所降低。 其次，应用有机化合物定量结构—活性相关研究方法，根据“靶学说”理论，建立了有机物存在时微生物的活力保留值模型，分别得出了同一或同类有机物存在时细胞活力保留值与一些相关理化参数的关系式，并很好地关联了Rhizopus nigricans细胞的11α-羟化酶活力保留值和Monoraphidium braunii细胞的光合成活力保留值等数据。另外，考察了乙酸丁酯、仲丁醇、苯甲醛和4-氯乙酰乙酸乙酯等四种有机物存在时面包酵母的糖代谢活力保留值，结果表明，这四种有机物对面包酵母有毒害作用，随着其在水相中浓度的增大，对面包酵母的毒害作用增强。面包酵母的糖代谢活力保留值的实验测定值与模型计算值相符，进一步验证了微生物活力保留值模型的正确性。 第三，考察了有机介质中Sigma公司生产的面包酵母（Type Ⅱ）催化4-氯乙酰乙酸乙酯不对称羰基还原反应的影响因素，如溶剂选择、固定化条件、反应温度和底物浓度等。以邻苯二甲酸二丁酯作为反应介质，面包酵母可催化较高浓度的有毒底物4-氯乙酰乙酸乙酯发生还原反应，得到具有光学活性的手性药物中间体R-4-氯-3-羟基丁酸乙酯（ee=58％）。 第四，选用具有较高选择性的菌株——梅山酵母，固定化后在邻苯二甲酸二丁酯中催化4-氯乙酰乙酸乙酯的不对称还原反应，得到对映体过量值较高的R-4-氯-3-羟基丁酸乙酯（ee=76％）。不同缓冲体系、缓冲溶液pH值、温度等对梅山酵母和面包酵母（Type Ⅱ）在邻苯二甲酸二丁酯中催化4-氯乙酰乙酸乙酯不对称羰基还原反应的影响存在差异，不同来源的菌株表现出不同的反应特性。 第五，在面包酵母（TypeⅡ）催化4-氯乙酰乙酸乙酯还原反应体系中，分别加入浙江大学博十学位论义 摘要磷酸戊糖途径抑制剂(Na少O＊、糖酵解途径抑制剂（NaF）和三竣酸循环抑制剂(丙二酸人 结果使个氯乙酚乙酸乙酯的还原反应都受到了抑制，反应产率大大下降。表明糖酵解途径、磷酸戊糖途径和三竣酸循环的顺利进行对于面包酵母在有机介质中催化4－氯乙酚乙酸乙酯还原反应都是十分重要的。 最后，考察了有机介质中面包酵母催化另两种含碳基化合物—一卜苯刁，2－丙二酮和苯甲醛的还原反应，反应产率和选择性受到有机溶剂、反应温度和固定化所用缓冲液pH值等因素的影响。

全文目录


中文摘要  9-11
英文摘要  11-13
第一章 绪论  13-39
  1．1 研究背景  13-15
    1．1．1 酶化学技术和非水相酶学  13-14
    1．1．2 有机相微生物活细胞催化  14-15
  1．2 有机相微生物活细胞催化的研究进展  15-19
    1．2．1 概述  15
    1．2．2 有机溶剂对底物或产物抑制的消除作用  15-18
    1．2．3 界面面积的影响  18
    1．2．4 有机相微生物活细胞催化反应的立体选择性  18-19
  1．3 有机相微生物活细胞催化羰基还原反应的研究进展  19-26
    1．3．1 概述  19-20
    1．3．2 催化有机相羰基还原反应的微生物  20-21
    1．3．3 羰基还原反应的影响因素  21-25
      1．3．3．1 有机溶剂种类  21-22
      1．3．3．2 水分含量  22-23
      1．3．3．3 有机相催化用的微生物形式  23
      1．3．3．4 底物结构  23-24
      1．3．3．5 温度  24
      1．3．3．6 辅酶再生  24-25
    1．3．4 立体选择性的控制  25-26
      1．3．4．1 立体选择性影响因素的作用机理  25
      1．3．4．2 立体选择性的控制手段  25-26
    1．3．5 反应实例  26
  1．4 有机溶剂对微生物的影响  26-32
    1．4．1 有机溶剂对酶活的影响  27
    1．4．2 有机溶剂的生物相容性  27-29
    1．4．3 有机溶剂对微生物的毒害机制  29-31
    1．4．4 微生物对有机溶剂的耐性  31-32
  1．5 本论文的主要研究内容  32-33
  参考文献  33-39
第二章 固定化面包酵母对有机溶剂的耐受特性  39-49
  2．1 前言  39
  2．2 材料和方法  39-43
    2．2．1 材料  39-40
      2．2．1．1 菌种  39
      2．2．1．2 试剂  39
      2．2．1．3 培养基  39
      2．2．1．4 仪器设备  39-40
    2．2．2 方法  40-43
      2．2．2．1 固定化面包酵母对有机溶剂的耐受性实验  40-41
      2．2．2．2 游离面包酵母对有机溶剂的耐受性实验  41
      2．2．2．3 面包酵母生长曲线的测定  41-42
      2．2．2．4 面包酵母死、活细胞的鉴别和活细胞计数  42-43
  2．3 结果与讨论  43-47
    2．3．1 固定化面包酵母对不同有机溶剂的耐受性  43-44
    2．3．2 固定化面包酵母与游离面包酵母对有机溶剂耐受性的比较  44-45
    2．3．3 预培养时间对固定化面包酵母耐受性的影响  45-46
    2．3．4 温度对固定化面包酵母耐受性的影响  46-47
  2．4 小结  47-48
  参考文献  48-49
第三章 微生物的活力保留值模型  49-69
  3．1 前言  49-50
  3．2 材料与方法  50-51
    3．2．1 菌种  50
    3．2．2 有机化合物  50
    3．2．3 面包酵母糖代谢活力保留值的测定  50
    3．2．4 葡萄糖浓度的测定  50-51
    3．2．5 CAAE在水中溶解度的测定  51
  3．3 微生物活力保留值模型的推导  51-57
  3．4 模型的验证  57-67
    3．4．1 Rhizopus nigricans细胞的11α-羟化酶活力保留值  57-59
    3．4．2 Monoraphidium braunii细胞的光合成活力保留值  59-61
    3．4．3 面包酵母的糖代谢活力保留值  61-67
  3．5 小结  67-68
  参考文献  68-69
第四章 固定化面包酵母在有机介质中催化4-氯乙酰乙酸乙酯的不对称还原反应  69-107
  4．1 前言  69-74
    4．1．1 L-肉碱的应用和制备方法  69-70
    4．1．2 CAAE不对称还原的研究现状  70-74
  4．2 材料与方法  74-78
    4．2．1 材料  74
      4．2．1．1 菌种  74
      4．2．1．2 试剂  74
      4．2．1．3 仪器设备  74
    4．2．2 方法  74-78
      4．2．2．1 实验流程  74
      4．2．2．2 面包酵母的固定化  74-75
      4．2．2．3 有机相固定化面包酵母催化CAAE的还原反应  75
      4．2．2．4 分析检测和结果表达  75-76
      4．2．2．5 CAAE在邻苯二甲酸二丁酯-水两相体系中分配系数的测定  76-77
      4．2．2．6 羧甲基纤维素钠-海藻酸钠（CMC-Alg）微胶囊固定化面包酵母  77
      4．2．2．7 CMC-Alg微胶囊机械强度的测定  77
      4．2．2．8 CMC-Alg微胶囊直径的测定  77
      4．2．2．9 CMC-Alg微胶囊膜厚的测定  77-78
      4．2．2．10 CMC-Alg微胶囊固定化面包酵母的耗糖  78
      4．2．2．11 葡萄糖浓度的测定  78
  4．3 结果与讨论  78-100
    4．3．1 有机相固定化面包酵母催化CAAE还原反应的溶剂选择  78-83
      4．3．1．1 邻苯二甲酸二丁酯对面包酵母催化CAAE还原活力的影响  78-79
      4．3．1．2 不同溶剂对CAAE还原反应的影响  79-80
      4．3．1．3 邻苯二甲酸二丁酯的作用  80-83
    4．3．2 固定化条件对面包酵母催化CAAE还原反应的影响  83-89
      4．3．2．1 缓冲溶液的影响  83-84
      4．3．2．2 缓冲溶液pH值和不同缓冲体系的影响  84-86
      4．3．2．3 氯化钙浓度的影响  86-87
      4．3．2．4 海藻酸钠浓度的影响  87
      4．3．2．5 水分含量的影响  87-89
    4．3．3 温度对固定化面包酵母催化CAAE还原反应的影响  89-90
    4．3．4 底物浓度对固定化面包酵母催化CAAE还原反应的影响  90-91
    4．3．5 反应进程曲线  91
    4．3．6 梅山酵母催化CAAE还原反应的研究  91-96
      4．3．6．1 来源不同的面包酵母催化活力的比较  91-92
      4．3．6．2 缓冲溶液pH值和不同缓冲体系的影响  92-94
      4．3．6．3 底物浓度的影响  94
      4．3．6．4 温度的影响  94-95
      4．3．6．5 反应进程曲线  95-96
      4．3．6．6 梅山酵母与面包酵母（Type Ⅱ）催化CAAE还原反应的比较  96
    4．3．7 利用CMC-Alg中空胶囊固定面包酵母催化CAAE的还原  96-100
      4．3．7．1 CMC-Alg中空微胶囊的制备  96-98
      4．3．7．2 CMC-Alg微胶囊的生物相容性  98-100
      4．3．7．3 CMC-Alg微胶囊固定化面包酵母催化CAAE的还原反应  100
  4．4 小结  100-101
  参考文献  101-107
第五章 糖代谢对面包酵母催化4-氯乙酰乙酸乙酯还原反应的影响  107-115
  5．1 前言  107
  5．2 材料与方法  107-108
    5．2．1 菌种  107
    5．2．2 方法  107-108
      5．2．2．1 面包酵母的固定化  107
      5．2．2．2 固定化面包酵母催化CAAE还原反应  107-108
      5．2．2．3 糖代谢抑制剂对面包酵母催化CAAE还原反应的影响  108
      5．2．2．4 产物的分析检测  108
  5．3 结果与讨论  108-114
    5．3．1 磷酸戊糖途径抑制剂对面包酵母催化CAAE还原反应的影响  108-111
    5．3．2 糖酵解途径抑制剂对面包酵母催化CAAE还原反应的影响  111-113
    5．3．3 三羧酸循环抑制剂对面包酵母催化CAAE还原反应的影响  113-114
  5．4 小结  114
  参考文献  114-115
第六章 有机相面包酵母催化其它含羰基化合物的还原反应  115-127
  6．1 前言  115-116
  6．2 材料与方法  116-118
    6．2．1 材料  116
      6．2．1．1 菌种  116
      6．2．1．2 试剂  116
      6．2．1．3 仪器设备  116
    6．2．2 方法  116-118
      6．2．2．1 面包酵母的固定化  116-117
      6．2．2．2 有机相固定化面包酵母催化的还原反应  117
      6．2．2．3 分析检测和结果表达  117-118
  6．3 结果与讨论  118-123
    6．3．1 有机相固定化面包酵母催化1-苯-1，2-丙二酮的还原  118-120
      6．3．1．1 温度的影响  118-119
      6．3．1．2 缓冲溶液pH值的影响  119
      6．3．1．3 不同添加物的影响  119-120
    6．3．2 有机相固定化面包酵母催化苯甲醛的还原反应  120-123
      6．3．2．1 有机溶剂的影响  120-121
      6．3．2．2 底物浓度的影响  121-122
      6．3．2．3 温度的影响  122
      6．3．2．4 缓冲溶液pH值的影响  122-123
  6．4 小结  123-124
  参考文献  124-127
第七章 结论与建议  127-129
  7．1 结论  127-128
  7．2 建议  128-129
致谢  129-130
攻读博士学位期间发表论文情况  130

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化
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