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酵母不对称还原4-羟基-2-丁酮为（R）-1，3-丁二醇的初步研究

作　者: 杨套伟
导　师: 饶志明
学　校: 江南大学
专　业: 微生物学
关键词: 不对称还原 4-羟基-2-丁酮 (R)-1,3-丁二醇筛选优化
分类号: R914
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

手性化合物由于其独特的光学活性,广泛应用于医药、食品、化工、农药等领域,随着对不同光学异构体药物药理作用的研究进展和对外消旋药物申报和使用的种种限制,手性药物成为近年来研究的热点和方向。光学纯醇类化合物是手性药物合成的重要中间体。利用微生物或其细胞内的氧化还原酶催化潜手性酮的不对称还原已成为制备高光学纯度手性醇的重要方法。(R)-1,3-丁二醇((R)-1,3-BDO)是一种重要的化工原料,可以用于合成氮杂环丁酮,它是抗生素、信息激素、香料和杀虫剂的中间体原料。国外文献中已经对采用微生物法立体选择性还原羰基化合物制备该手性醇进行了相关报道,本文将对微生物法还原4-羟基-2-丁酮(4H2B)制备光学纯(R)-1,3-丁二醇进行初步的探索。工作的主要内容包括:(1)从本实验室筛选并保存的80株酵母菌株中筛选获得1株酵母菌HBY61,它们对底物4H2B具有较高的催化还原活性和对映体选择性,还原产物是光学纯(R)-1,3-BDO ((R)-1,3-BDO e.e.%=100%)。对菌株进行形态学和常规生理生化鉴定实验,并结合18S rDNA基因分析,比对结果表明,HBY61与Pichia jadinii相似性达99.7%。(2)考察了酵母HBY61在水相中立体选择性催化4H2B不对称还原反应的特性,建立了以气相色谱(GC),火焰离子检测器为主的检测方法。采用标准图谱和添加底物和产物标准品比较对照的方法进行定性分析,并确立了以外标法进行定量分析。(3)考察了培养基成分及各组分含量对酵母菌培养生物量的影响:碳源和氮源浓度的优化及磷酸盐等因素的影响。优化后培养基配方:葡萄糖120 g/L、酵母膏20 g/L、KH2PO4 5 g/L、蛋白胨20 g/L和MgSO4 0.75 g/L。活化后的菌株以2%的接种量接种于优化后的最优组分的培养基中,培养28 h生物量达到15.1 g/L,与优化前的培养基相比,生物量是优化前的1.9倍;(R)-1,3-BDO的产率达到58.2%,比优化前提高了10%。并研究了酵母菌在最佳培养基中的生长曲线,表明26-28 h是酵母菌生长最旺盛的时期。(4)对影响酵母菌催化还原4H2B反应因素进行了研究,结果确定了适宜的温度(30℃)、pH值(7.0)、摇床转速(150-200 r/min)、初始底物浓度(1%)、菌体培养时间(28 h)和碳源底物(6%葡萄糖)等工艺条件。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-17
  1.1 手性药物概述  9-11
    1.1.1 手性药物研究的意义  9-10
    1.1.2 手性药物的研究现状及发展前景  10-11
  1.2 (R)-1,3-丁二醇的性质及其在制药领域的应用  11-12
  1.3 微生物法不对称还原合成(R)-1,3-丁二醇  12-15
    1.3.1 概述  12
    1.3.2 (R)-1,3-丁二醇合成方法  12-13
    1.3.3 微生物法不对称还原合成(R)-1,3-丁二醇的原理  13
    1.3.4 微生物不对称合成(R)-1,3-丁二醇的特点  13-14
    1.3.5 影响微生物转化的因素  14-15
  1.4 对映体纯度表征与测定方法  15-16
    1.4.1 对映体纯度的表征  15
    1.4.2 对映体纯度测定方法  15-16
  1.5 本课题研究的主要内容  16-17
第二章实验材料与方法  17-23
  2.1 实验材料  17-18
    2.1.1 实验仪器  17
    2.1.2 实验材料  17-18
  2.2 实验方法  18-23
    2.2.1 菌株筛选  18
    2.2.2 菌株鉴定  18-19
    2.2.3 检测分析方法  19-20
    2.2.4 数据处理  20
    2.2.5 酵母培养条件的建立与优化  20-21
    2.2.6 酵母菌不对称还原4-羟基-2-丁酮条件优化  21-23
第三章结果与讨论  23-44
  3.1 菌株的筛选与鉴定  23-27
    3.1.1 菌株的筛选  23
    3.1.2 菌株鉴定  23-27
  3.2 检测分析方法  27-31
    3.2.1 产物定性分析  27-28
    3.2.2 产物光学纯度测定  28-30
    3.2.3 产物定量分析  30-31
  3.3 酵母菌培养条件的建立和优化  31-35
    3.3.1 碳源的选择  31-32
    3.3.2 氮源的选择  32-33
    3.3.3 酵母膏浓度对酵母生长及产物产率的影响  33-34
    3.3.4 MgSO_4 浓度对酵母生长及产物产率的影响  34
    3.3.5 KH_2PO_4 浓度对酵母生长及产物产率的影响  34-35
    3.3.6 酵母菌生长曲线及还原率测定的测定结果  35
  3.4 酵母菌不对称合成(R)-1,3-丁二醇条件研究  35-43
    3.4.1 添加不同的辅助底物对反应的影响  35-37
    3.4.2 底物浓度和外加消旋产物对反应的影响  37-38
    3.4.3 酵母细胞还原4-羟基-2-丁酮的过程曲线  38-39
    3.4.4 细胞用量对还原反应的影响  39
    3.4.5 酵母细胞的重复利用  39-40
    3.4.6 酵母菌不同培养时间对还原反应的影响  40-41
    3.4.7 反应温度对还原反应的影响  41
    3.4.8 反应体系pH 对还原反应的影响  41-42
    3.4.9 摇床转速对还原反应的影响  42-43
  3.5 小结  43-44
第四章结论与展望  44-46
  4.1 结论  44
  4.2 建议与展望  44-46
致谢  46-47
参考文献  47-49
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  49

酵母不对称还原4-羟基-2-丁酮为（R）-1，3-丁二醇的初步研究

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