脂肪酶催化拆分酮洛芬及其酯的研究

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酮洛芬(Ketoprofen)是α-芳基丙酸类非甾体抗炎药(NSAIDs)的一种,临床上主要用于风湿性关节炎、痛风等疾病的治疗,药理学研究发现S-酮洛芬表现出解热、镇痛的药理活性,而R-型一般用作治疗牙周炎。本文对脂肪酶催化动力学拆分外消旋酮洛芬及外消旋酮洛芬乙酯制备手性酮洛芬的反应工艺进行了研究,重点对影响底物转化率及脂肪酶的对映体选择性的因素进行了优化分析,并对化学修饰脂肪酶改善其选择性的方法进行尝试。主要内容如下:  (1)考察了有机相中脂肪酶催化酮洛芬的酯化拆分反应,Novozym435被确定为最佳生物催化剂;在对反应溶剂及酰基受体的筛选过程中发现:转化率与溶剂的疏水性相关,溶剂的疏水性越强,其转化率越高,但对映体选择性与疏水性之间不存在明显的影响关系。醇作为酰基受体,其链长的增加导致转化率及ee值呈现先升后降的趋势,不同取代位的醇的反应速率为:伯醇>仲醇>叔醇,最终确定了Novozym435为催化剂,异辛烷为反应溶剂,正丙醇为酰基受体的反应体系;进一步考察了底物醇比例、酶量、温度、转速、添加剂及反应时间对反应的影响。确定了最优的反应条件为:底物醇比例为10%(v/v),酶量15 mg/mL,温度30℃,转速200 r/min,添加剂为18-冠醚-6,在此条件下反应时间12h的转化率和eep分别为49.9%和87.2%。  (2)由于Novozym435在酯化拆分反应中表现出较差的耐温性及对醇的耐受性,希望通过化学修饰能获得活性更高、稳定性更好的新酶品种。  选取不同修饰剂(酸酐和PEG)对Novozym435进行化学修饰,在转化率及对映体选择性这两个方面对其底物正丙醇的耐受性、温度耐受性、重复稳定性等考察,其结果如下:(1)经不同修饰剂修饰后的Novozym435的酶的酯化活力虽有所下降,但是部分修饰的酶仍能维持一个较高的水平(>82%),而其对映体选择性基本无变化。(2)修饰后的Novozym435在高温条件下,仍表现出较好的对映体选择性。(3)在酯化拆分反应中的操作稳定性实验中,PEG修饰的脂肪酶的稳定性高于酸酐修饰的脂肪酶,在经重复使用4次后,仍然是初始酶活的90%以上。(4)丁二酸酐和顺丁烯二酸酐修饰后的脂肪酶的底物正丙醇耐受性提高,其中顺丁烯二酸酐修饰的脂肪酶的最佳的正丙醇浓度达到了20%,而丁二酸酐修饰后的Novozym435在正丙醇浓度达到30%时仍表现很好的催化活性,进而使其底物酮洛芬浓度分别提升至40 mg/mL和80 mg/mL。(5)对丁二酸酐和顺丁烯二酸酐修饰的Novozym435的添加剂考察发现,添加剂的不同,其效果不一样,丁二酸酐修饰的Novozym435在以β-环糊精为添加剂时,转化率及ee值为48.6%和81.2%;经顺丁烯二酸酐修饰的Novozym435在以以PEG为添加剂时的转化率和ee值为48.9%和80.1%。  (3)研究了水/有机溶剂体系中脂肪酶催化水解拆分酮洛芬乙酯的反应。通过对不同脂肪酶水解拆分酮洛芬的效果比较发现,Novozym435具有较好的拆分效果,考察了助溶剂及其浓度对反应的影响,建立了Novozym435催化水解拆分的反应体系为含乙腈(30%)的PBS缓冲体系,进一步研究了底物浓度、酶量、离子浓度、pH、温度及反应时间等因素对反应的影响,确定了最适反应条件:底物浓度,20 mg/mL;Novozym435,10 mg/mL,pH=7.0;离子浓度,0.35 mol/L;30℃下反应12h后最终转化率为69.5%,ees值为94.3%。
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