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微生物转化合成手性醇的初步研究

作　者: 齐宏飞
导　师: 阳小成
学　校: 成都理工大学
专　业: 矿产资源化学
关键词: 手性醇不对称还原面包酵母苯乙酮 2-氨基-1-苯乙酮
分类号: O621.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

手性也称为不对称性,是自然界最本质的属性之一。手性物质在日常生活中有非常重要的作用,手性药物、手性农药和手性材料越来越广泛地应用到各个领域中。具有手性的芳香醇分子,在药物合成中有非常重要的作用,它是许多手性药物合成中关键的中间体。生物催化法以其反应周期短、条件温和、成本低、操作简单等优点,越来越多地被应用到手性合成中,以弥补传统化学合成方法的不足。其中,面包酵母就是一种广泛应用的菌种。微生物催化还原前手性芳香酮可以得到相应的具有手性的芳香醇。而关于微生物催化芳香酮研究,底物多数是苯乙酮和卤代苯乙酮,其它种类芳香酮涉及很少。因此,本课题实验采用苯乙酮和2-氨基-1-苯乙酮为底物,用面包酵母菌进行还原,得到具有手性的苯乙醇和2-氨基-1-苯乙醇,二者均是重要的手性合成中间体。首先,在苯乙酮的不对称还原研究中,对于面包酵母菌种进行了接种保存和培养观察,并进行了发酵培养,得到数量较多的活性酵母细胞,保存在4℃冰箱中以备反应用。之后,在PBS缓冲液体系中,将面包酵母、底物苯乙酮以及辅助底物葡萄糖按照一定比例混合,30℃下置于120r/min摇床上进行反应,反应时间为50h。反应完毕后,将反应混合物用乙酸乙酯萃取、离心,收集有机相,用无水硫酸钠干燥,然后测定各个指标。经过气相色谱检测证明得到了手性的苯乙醇,产率为35%,且产物以S-型为主,e.e.(对映体过量值)达到90%以上。之后,通过检测反应各阶段底物苯乙酮和产物苯乙醇的浓度,得到了面包酵母还原苯乙酮的反应曲线,得知反应主要集中在最初的30h。然后,针对影响反应的温度、pH、底物浓度、酵母添加量和辅助底物葡萄糖的浓度五个因素进行了单因子实验,得到了各条件对反应的影响,并测得了最佳反应条件:温度30℃、pH7.0、苯乙酮浓度22mmol/L、酵母用量0.24g/ml,葡萄糖浓度0.2g/ml,反应时间30h。然后,对2-氨基-1-苯乙酮,实验同样用面包酵母对其进行了还原反应,研究方法与苯乙酮还原反应类似。气相色谱检测结果表明得到了手性的2-氨基-1-苯乙醇,但产率不高,仅为20%;进一步高效液相色谱检测结果显示,产物多数为S-2-氨基-1-苯乙醇,e.e.在90%以上,立体选择性较高。同样也测定了反应的反应曲线,在前40h反应基本终止。对温度、pH、底物浓度、酵母用量和葡萄糖浓度也进行了单因子实验,通过对结果的分析得到了反应进行的最佳条件:温度30℃、pH7.0、底物浓度18mmol/L、酵母浓度0.22g/ml、葡萄糖浓度0.2g/ml、时间30h。实验研究表明,运用本试验方法得到了苯乙醇和2-氨基-1-苯乙醇,且e.e.较高,基本达到了获得手性醇的预期目标,特别是2-氨基-1-苯乙醇。本研究成功利用面包酵母菌还原得到了该产物,在国内同类研究中处于较先进的水平,具有一定的新颖性。但可以看到,这两种手性产物的产率仅为35%和20%,处于低产率水平,因此,以后还要通过改进实验条件、对现有面包酵母菌种进行诱变等措施来提高转化率。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章引言  10-19
  1.1 手性分子及其研究历史  10-15
    1.1.1 手性和手性物质  10
    1.1.2 关于手性的研究历史  10-12
    1.1.3 手性物质的作用  12-15
  1.2 手性分子化学合成方法与研究现状  15-19
    1.2.1 手性源法  15-16
    1.2.2 不对称催化法  16
    1.2.3 外消旋体拆分法  16-19
第2章研究方案的确定依据  19-26
  2.1 生物催化法的优点和分类  19-21
    2.1.1 生物催化法的优点  19
    2.1.2 生物催化法的分类  19-21
  2.2 微生物法催化酮类不对称还原研究现状  21-24
    2.2.1 面包酵母菌还原酮类物质研究进展  21-22
    2.2.2 芳香酮生物还原研究进展  22-24
  2.3 论文研究思路  24-26
第3章实验原理和检测方法  26-28
  3.1 实验原理  26
  3.2 检测方法  26-28
    3.2.1 目标产物的存在与否及其光学构型  26
    3.2.2 反应产率的测定  26-27
    3.2.3 产物的对映体过量值（E.E.值，%）  27-28
第4章面包酵母还原苯乙酮  28-40
  4.1 材料与仪器  28-29
    4.1.1 实验材料  28
    4.1.2 仪器设备  28
    4.1.3 菌种培养基  28-29
  4.2 实验方法  29-30
    4.2.1 菌种的培养与保存  29
    4.2.2 菌体活化培养  29
    4.2.3 实验室条件下面包酵母还原苯乙酮  29-30
    4.2.4 反应过程曲线的测定  30
    4.2.5 反应条件单因子实验  30
  4.3 结果分析  30-37
    4.3.1 面包酵母菌落形态观察  30
    4.3.2 反应过程曲线  30-31
    4.3.3 反应产物的色谱检测  31-32
    4.3.4 单因子实验结果分析  32-37
  4.4 小结与讨论  37-40
    4.4.1 小结  37
    4.4.2 讨论  37-40
第5章面包酵母还原2-氨基-1-苯乙酮  40-52
  5.1 仪器与材料  40
    5.1.1 实验材料  40
    5.1.2 仪器设备  40
    5.1.3 菌种培养基  40
  5.2 实验方法  40-42
    5.2.1 菌种的培养与保存  40-41
    5.2.2 菌体活化培养  41
    5.2.3 实验室条件下面包酵母还原2-氨基-1-苯乙酮  41
    5.2.4 反应过程曲线的测定  41-42
    5.2.5 反应条件单因子实验  42
  5.3 结果分析  42-50
    5.3.1 反应过程曲线  42-43
    5.3.2 反应产物的色谱检测  43-45
    5.3.3 单因子实验结果分析  45-50
  5.4 小结与讨论  50-52
    5.4.1 小结  50
    5.4.2 讨论  50-52
结论  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-59
攻读学位期间取得的学术成果  59

微生物转化合成手性醇的初步研究

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