生物催化的有机反应(total).pptVIP

1、一些基本概念: 生物催化：biocatalysis 生物催化是指利用酶或有机体(细胞、细胞器等)作为催化剂实现化学转化的过程，又称为生物转化(biotransformation)。 生物催化的手性合成：chiral synthesis with biocatalyst 是指利用纯酶或有机体催化无手性、潜手性的化合物转变为手性产物的过程。 微生物生物转化: microbiall biotransformation 生物催化中常用的有机体主要是微生物，其本质是利用微生物细胞内的酶催化非天然的有机化合物的生物转化，因此，又称为微生物生物转化。 2、生物酶的分类及作用： 生物体内存在的生物酶系统大体分为两类： （1）酶：enzyme 酶是一类以蛋白质为主要成分的生物催化剂，主要催化糖、蛋白质、核酸和脂类等的合成与分解代谢。 （2）核酶：ribozyme 核酶是一类以核糖核酸为主要成分的生物催化剂，主要催化核糖核酸的剪接反应。 酶类生物催化剂的分类： 按酶催化反应的类型将酶类生物催化剂分成六大类，分别用编号EC1、EC2、EC3、EC4、EC5、EC6表示。 六大类酶类生物催化剂及其主要作用类型见下表所示。 3、不同形式生物催化剂的特点： 在生物催化的手性合成中，既可以使用离体生物酶，也可以使用完整的微生物细胞作催化剂。 反应中使用何种形态的酶系统取决于多方面的因素，包括：反应类型、辅酶、辅酶循环、反应规模、反应条件等等。 举例说明： 许多酶的生物催化作用，需要辅助因子或辅酶才能够进行反应。 细胞自身能够合成这些辅助因子，因此，用生长的细胞进行生物催化反应时，不需要在反应系统中添加该类辅助因子； 当用无细胞的纯酶系统时，则需要添加这些辅助因子。例如：ATP、NADH、NADPH等。 生物催化法与发酵法的比较 假单胞脂肪酶催化二氢吡啶羧酸酯的选择性水解反应 溶剂对水解二氢吡啶羧酸酯选择性的影响 假单胞脂肪酶催化水合蒎醇酯化反应 溶剂极性对酶催化酯化选择性的影响 1、地尔硫卓的生物转化： 地尔硫卓，又名硫氮卓酮，是一种钙通道拮抗剂，临床上用来治疗各种类型的心绞痛和轻中度高血压。 其分子中具有2个手性中心，化学合成法可得到4种异构体，以顺式(2S,3S)-(+)-异构体作用最强。 2、青霉素和头孢菌素类的半合成： 还原反应： 生物催化的还原反应在手性药物的不对称合成中具有重要的应用。 还原结果：使分子内的羰基、碳碳双键立体选择性地还原产生特定构型化合物。 例如：脱氢酶被广泛的用于醛、酮羰基以及烯烃碳碳双键的还原。 脱氢酶催化的还原反应 NAD+（nicotinamide adenine dinucleotide），即烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 辅酶NAD+的作用 （1）神经退行性疾病治疗新药—— Talampanel的合成： Talampanel[(-)-LY300164]属于5H-2,3-苯并二氮卓类药物，在关键的手性中间体 2 的手性还原过程中，即采用了生物催化法。 结果：合成步骤减少；总产率大幅提高(16%→51%)；减少环境污染。 （2）抗心绞痛新药SQ31765的合成： SQ31765合成的关键中间体(4)，既是选择橙红色诺卡菌为生物催化剂，立体选择性的将底物(3)(取代的苯并丫庚因-2,3-二酮)还原为(4)，后者经N-烷基化而得到SQ31765。 化学产率为：97%； 光学产率为： 99.9% d.e. （3）碳酸酐酶抑制剂MK0507的合成： MK0507，商品名为Trusopt，由Merck公司开发上市，是一个高度水溶性化合物，用于治疗青光眼。 其分子中含有两个手性中心，化学不对称合成法见下图： 应用生物催化法，经过实验研究筛选，最终选择粗糙链孢霉菌作为生物催化剂，可以选择性地将中间产物（3S）-酮砜还原为关键手性中间体（4S,6S)-反式-羟基砜， （4R,6S)-异构体仅为0.2% 。 化学产率： 80% 光学产率： 99.8% d.e. （4）L-肉毒碱的生物催化合成： L-肉毒碱（L-carnitine）又称为维生素BT，在体内脂肪酸的代谢过程中具有重要的作用。 作为一种功能性食品添加剂， L-肉毒碱已经为世界各国所接受，可以添加于奶粉、运动饮料、老年营养保健食品、减肥健美食品等中。 化学合成得到的产物为消旋体。但是，D-肉毒碱却对L-肉毒碱具有活性拮抗作用 生物催化的氧化反应可以使底