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华根霉菌丝结合脂肪酶酯合成动力学拆分（R，S）-2-辛醇

作　者: 单天宇
导　师: 徐岩
学　校: 江南大学
专　业: 生物化工
关键词: 华根霉菌丝结合脂肪酶选择性酯化动力学拆分 2-辛醇
分类号: TQ923
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

光学纯2-辛醇是光电材料、医药、农药和精细化工产品的重要手性中间体。与传统的化学法相比,生物酶法催化拆分(R, S)-2-辛醇具有反应条件温和、选择性高、副反应少和环境污染小等优点,不仅具有较为重要的学术价值,而且还具有较好的实际应用价值。本研究确定华根霉菌丝结合脂肪酶RCL为立体选择性拆分(R, S)-2-辛醇的生产用酶,并对该脂肪酶的催化体系和产品(R)-2-辛醇、(S)-2-辛醇的提取制备进行了较系统的研究。首先,通过对不同脂肪酶有机相酯化拆分(R, S)-2-辛醇的效果的比较,发现RCL有机相酯合成拆分(R, S)-2-辛醇具有较好的拆分效果。研究进一步确定了RCL的制备条件和有机相催化酯合成拆分(R, S)-2-辛醇的最适条件:“记忆”pH6~7、有机介质异辛烷、摇床转速150 r/min、温度40℃。为了进一步提高RCL有机相酯合成拆分(R, S)-2-辛醇的催化效率,研究确定了酰基供体为正辛酸以及水活度为0.11,同时发现添加底浓度(≤0.5 mg/mL)的非离子表面活性剂Trion X-100, Span-80,酶促拆分反应的立体选择性和催化活性得到不同程度的改善。更具有价值的是,研究发现通过在反应体系中添加3 ?分子筛来吸附酯化反应产生的水后,RCL酶促反应初速度有明显的提高(54.9μmol/g·h),是不添加分子筛时的7.3倍;同时也获得理想光学活性的产物酯(eep 95.9%)。RCL拆分(R, S)-2-辛醇的光学选择率E值远高于其它商品化脂肪酶,具有较好的应用前景。针对两种反应产物沸点的差异,采用减压蒸馏较好地将2-辛醇和辛酸-2-辛酯进行分离并确定了最终的分离流程。(S)-2-辛醇的质量回收率为65.5 %,ee值为97.1 %,(R)-2-辛醇的质量的回收率为68.5 %,ee值为95.2 %。根据非水相体系中(R, S)-2-辛醇的酶促酯合成拆分反应的机制,建立了有机相RCL酶促酯合成拆分(R, S)-2-辛醇的的反应动力学模型,得到相应的动力学方程。将由动力学模型拟和的曲线与实验实测数据的走向曲线进行了比较,发现模型拟合值和实测实验值能够较好的吻合,说明该模型可以较好的描述有机相RCL催化拆分(R, S)-2-辛醇的酯合成反应过程。本研究确定RCL为立体选择性酯化拆分(R, S)-2辛醇的较好的脂肪酶,并找到了提高RCL催化拆分(R, S)-2-辛醇催化效率的关键因素。产物分离制备的流程和相关酶促反应动力学模型确立,对后续工业生产放大具有一定的价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 生物法制备光学纯化合物  8-9
  1.2 脂肪酶非水相动力学拆分制备光学纯化合物  9-12
    1.2.1 非水相生物催化  9
    1.2.2 全细胞催化剂  9-10
    1.2.3 脂肪酶有机相手性识别机理  10
    1.2.4 脂肪酶有机相对仲醇的动力学拆分  10-11
    1.2.5 脂肪酶有机相对仲醇拆分的工业化应用  11-12
  1.3 脂肪酶拆分(R, S)-2-辛醇的研究进展  12-14
    1.3.1 产品概况  12
    1.3.2 国内外研究进展  12-14
  1.4 本研究的主要内容和意义  14-16
    1.4.1 本研究的主要内容  14
    1.4.2 本研究的意义  14-16
第二章 RCL 有机相酯化拆分(R, S)- 2-辛醇催化体系的研究  16-23
  2.1 引言  16
  2.2 材料与方法  16-18
    2.2.1 试剂和仪器  16-17
    2.2.2 实验方法  17-18
  2.3 结果与讨论  18-22
    2.3.1 不同脂肪酶有机相酯化拆分(R, S)-2-辛醇的效果的比较  18-19
    2.3.2 RCL 酯合成拆分(R, S)-2-辛醇时间过程曲线  19
    2.3.3 “pH 记忆”值对RCL 拆分(R, S)-2-辛醇的影响  19-20
    2.3.4 有机介质对RCL 拆分(R, S)-2-辛醇的影响  20-21
    2.3.5 摇床转速对RCL 拆分(R, S)-2-辛醇的影响  21
    2.3.6 不同温度对RCL 拆分(R, S)-2-辛醇的影响  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章提高RCL 酯化拆分(R, S)-2-辛醇的催化效率和产物的提取、鉴定  23-36
  3.1 引言  23
  3.2 材料与方法  23-26
    3.2.1 试剂和仪器  23-24
    3.2.2 实验方法  24-26
  3.3 结果与讨论  26-34
    3.3.1 酰基供体对酯化拆分(R, S)-2-辛醇的影响  26-27
    3.3.2 非离子表面活性剂对酯化拆分(R, S)-2-辛醇的影响  27-28
    3.3.3 体系水活度对酯化拆分(R, S)-2-辛醇的影响  28-29
    3.3.4 分子筛吸附催化反应产生的水对酯化拆分(R, S)-2-辛醇的影响  29-30
    3.3.5 催化体系优化后RCL 与商品化脂肪酶酯化拆分(R, S)-2-辛醇的比较  30
    3.3.6 RCL 拆分(R, S)-2-辛醇ees, eep 过程曲线  30-31
    3.3.7 高(R, S)-2-辛醇浓度对酯化拆分影响  31-32
    3.3.8 产物鉴定  32-33
    3.3.9 产物光学纯度的鉴定  33-34
  3.4 本章小结  34-36
第四章 RCL 有机相酯化拆分(R, S)-2-辛醇动力学研究  36-43
  4.1 引言  36
  4.2 材料与方法  36-37
    4.2.1 试剂和仪器  36
    4.2.2 实验方法  36-37
  4.3 结果与讨论  37-42
    4.3.1 RCL 有机相酯化拆分(R, S)-2-辛醇的机理  37-39
    4.3.2 反应动力学模型的推导  39-40
    4.3.3 模型的参数和拟和结果  40-42
  4.4 本章小结  42-43
主要结论和展望  43-45
  1 主要结论  43-44
  2 展望  44-45
致谢  45-46
参考文献  46-50
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  50

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