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酶催化反应可以在非常温和的pH和温度条件进行反应,并且具有显著的化学、区域以及立体选择性。因此,在过去的几十年内生物催化剂在有机合成中的使用越来越多,特别是手性化合物的合成。光学活性二级醇广泛用于给最终产物提供手性中心,本课题通过生物合成的方法从潜手性酮类催化合成一系列的手性醇类化合物。这些反应可以由纯化酶或者全细胞催化完成。目前的报道更倾向于使用纯化酶来催化,因其反应的时空产率较高而且没有副产物。全细胞催化反应的优势在于操作简单,经济,反应不需要外加辅助因子。然而,两种催化介质各有局限而影响其在醇的手性合成中的更广泛的应用。本研究致力于考察全细胞催化潜手性酮类化合物制备手性醇的工艺。
首先利用全细胞催化法合成2-羟基-4-苯基丁酸乙酯(EHPB)的两种对映异构体。筛选得到两株高立体选择性菌株能催化前手性酮还原分别生产相应的手性醇。考察了这两株菌株的反应特性,得到了合适的反应条件:菌株短小芽孢杆菌(Bacilluspumilus Phe-C3),反应24 h,底物浓度25 mmol/L,体系pH7.0,温度30℃,R-EHPB的产率达74.5%,e.e.达97%;菌株肺炎克雷伯菌(Klebsiellapneumomiae Phe-E4),反应20 h,底物浓度15 mmol/L,体系pn7.0,温度30℃,S-EHPB的产率达71.7%,e.e.达95%。
进一步考察了菌株Bacillus pumilus Phe-C3的反应能力,对反应底物进行了筛选,选取了一系列的α-,β-羰基酯类化合物作为底物。同时还优化了反应条件,对底物最适浓度做了筛选。得到了制备规模的各种二级醇,产率在62.4-91.0%,e.e.90.2-97.1%。同时,针对2-羟基-4-苯基丁酸乙酯的合成,还考察了菌株的再生以及重复使用能力。结果发现,该菌株具有很强的再生能力,重复利用6次以后,其催化能力依然可以保持在初始值的80%以上。