酶在手性合成中的应用研究
酶催化在手性药物合成中的应用
酶催化在手性药物合成中的应用摘要：近几年我国在生物技术发展迅速，其中酶在有机合成中的应用越加广泛，利用酶催化的不对称性可以合成许多手性分子，即利用酶促反应的高度立体、活性和区域选择性将前体化合物不对称合成各种复杂的手性化合物。
而当前我国市售的数千种合成药物中有30%以上为手性药物，由此可见酶催化作用在我国医药行业中发挥着十分重要的现实意义。
基于此，本文就酶催化在手性药物合成中的应用进行了分析。
关键词：酶催化；手性药物；合成引言酶催化反应是在常温、常压、近中性的条件下进行的一种生化反应，反应选择性强并且极为迅速，几乎没有副反应发生，催化效率极高，与工业催化相比，酶催化反应效率高出一千万甚至十万亿倍，因此其在手性药物的合成中也具有较高的优势。
一、有机介质中酶催化的基本原理生物酶的催化活性可以在水溶液、有机溶剂中发挥作用，据研究，当酶在有机溶剂中发生反应可以确保其蛋白质的天然折叠结构，同时，其在有机溶剂与在水溶液中的催化反应机理基本相同，即“酰基一酶”的催化机理。
但是就催化活性来说，包括其稳定性、专一性等方面则会根据溶剂的不同有着较大的差别。
据分析，酶的活性主要是受到酶分子上的水分的影响，因此溶剂中的水含量并不会影响其活动，由于酶的带电基团会和部分极性基团之间发生相互作用，所以在无水的情况下酶分子会形成一种非活性的刚性结构，其中微量的水分作为润滑剂，与这些功能团之间形成氢键，降低蛋白质多肽链折叠结构里带电基团之间的静电作用以及极性基团之间的偶极一偶极相互作用，最终可以有效的提高蛋白质结构的柔韧性和极化性。
二、酶催化在手性合物成中的应用（一）酶催化的不对称还原反应酶催化的不对称还原反应主要是还原分子中的酮基或碳碳双键，并以此形成特定结构型化合物，在其反应期间还需要有辅酶参与，比如NDA(H)及其相应的酸NADP(H)。
例如C=C双键的还原，以延胡索酸加成合成L一田东氨酸为例（图1）：图1（二）酶催化的不对称水解反应酶催化的不对称水解反应是手性药物合成中较为常见的一种防范，其可以通过控制立体选择性创造光学活性体，比如酯类化合物、环氧化合物的合成等方面。
手性多功能材料的合成与应用研究
手性多功能材料的合成与应用研究手性多功能材料是当今材料科学领域的研究热点之一。
它们具有非常特殊的结构和性质，对于光电器件、催化剂、生物医学等领域有着重要的应用价值。
本文将探讨手性多功能材料的合成方法、性质以及各领域中的应用。
手性多功能材料的合成是一个复杂而关键的过程。
目前，合成手性多功能材料的方法主要包括手性诱导合成、手性催化合成和手性选择性结晶等。
手性诱导合成是通过添加具有手性结构的化合物作为模板或催化剂，在反应过程中使目标化合物特异性地形成手性结构。
手性催化合成是通过使用手性配体与金属离子形成手性催化剂，促使反应选择性地生成手性产物。
手性选择性结晶则是通过调控反应条件，控制晶体生长的方向和速率，使晶体特异性地形成手性结构。
这些方法各有特点，适用于不同的材料体系和合成需求。
手性多功能材料具有独特的结构和性质。
由于手性结构的存在，它们的光学活性、电子结构和化学活性等都表现出非对称性。
光学活性主要体现在手性多功能材料对偏振光的选择性吸收和散射，这为制备光学器件提供了良好的基础。
电子结构的非对称性使得手性多功能材料具有流体力学和电磁学中的手性光学性质，这对于设计新型液晶和超材料具有重要意义。
此外，手性多功能材料还具有很好的催化活性，能够促使化学反应发生特异性的手性选择性。
在光电器件领域，手性多功能材料被广泛应用于光学器件的制备。
例如，手性多功能材料可以用来制备光相控阵列，用于光通信和显示技术。
此外，它们还可以应用于光记忆器件和光驱动的微型机械系统。
由于手性多功能材料的光学活性，这些器件可以实现快速、高灵敏度的光学信号传输和处理。
在催化剂方面，手性多功能材料的催化活性得到了广泛研究和应用。
手性催化剂是目前合成具有手性结构的有机化合物的重要工具。
手性催化剂能够促使反应产物形成所需的手性结构，提高合成产物的选择性。
这对于药物合成和农药合成等领域具有重要的意义。
同时，手性催化剂在不对称合成反应中也发挥着重要的作用，可以有效地控制化学反应的立体选择性。
酶催化合成手性药物
酶催化合成手性药物手性药物是一类非常特殊的生物活性物质，它们具有独特的化学结构和非常复杂的生物活性，常常是一种手性异构体，其中一种具有治疗作用，而相反手性异构体则可能具有毒性。
因此手性药物的制备和纯化显得尤为重要和困难，而酶催化合成手性药物则成为了一种重要的手段。
酶是一种天然的催化剂，它具有高效、专一性、选择性、可控性等特点，因而被广泛地应用于生物化学、工业化学、药物化学领域，尤其是在手性药物合成中，酶催化技术具有独特的优势。
酶催化合成手性药物的基础是手性催化反应，即利用手性催化剂（如酶）来催化手性化合物之间的化学反应。
在手性催化反应中，不同手性异构体间的反应速率和结构是有区别的，可以实现对手性化合物的不对称合成。
酶催化合成手性药物的中心在于利用手性酶对手性底物进行催化反应，使其产生高对映选择性的产物。
酶催化合成手性药物的过程一般包括两个主要步骤：手性底物酶催化反应和后处理。
手性底物酶催化反应是酶催化合成手性药物的核心环节。
在这个过程中，酶催化剂发挥其专一性和高效性的作用，选择性地催化目标底物产生高对映选择性的产物。
目前常用的酶催化剂主要有酯酶、脱氢酶、转移酶、氨化酶、羟化酶等。
同时，为了进一步提高手性药物合成的效率和选择性，有时还需要对酶进行改造和工程。
后处理是将反应产物中残留的杂质从目标产物中分离出来的过程。
这个过程主要涉及产物分离、纯化和析出等步骤。
通常使用液-液分离、毒性除去、分子筛分离等方法来分离产物中的杂质，然后通过萃取、结晶、蒸馏等方法来纯化产物，最终通过浓缩和干燥等方法在产物中析出目标化合物。
酶催化合成手性药物的应用非常广泛。
例如，世界上最大的口服降糖药物甲磺酸二甲双胍就是通过酶催化合成而成，而亚洲唯一的口服抗癌药物伊立替康也是通过酶催化合成而成。
酶催化技术还可以用于制备氨基酸、植物生长调节剂、医疗诊断试剂等领域。
不过，酶催化合成手性药物还面临着一些挑战和难点。
例如，大多数酶的稳定性较差，容易受到反应条件的影响而失去活性；酶催化反应有时处于平衡状态，需要借助其他手段来促进反应的进行和产物的析出；还有一些合成路线非常复杂，需要进行多步反应，在每一步反应中对催化剂和反应条件进行反复优化。
手性化学合成的原理与应用
手性化学合成的原理与应用手性是指分子存在的它们与它们的镜像分子的相对立体构型。
一个手性分子有两种可能的立体异构体，也就是一个左旋异构体和一个右旋异构体。
手性通常与光旋度和化学性质相关，因此手性分子的合成及其分离具有广泛的应用领域，在医药、农药、香精和颜料等领域中都有着重要的意义。
本文将介绍手性化学合成的原理及其应用。
手性化学合成的原理手性化学合成通常通过在合成过程中使用手性催化剂或手性试剂来制备手性化合物。
手性催化剂是指具有手性分子的催化剂，手性试剂则是指具有手性分子的试剂。
手性催化剂和手性试剂通过自己的手性来诱导产生或选择性地催化产生手性化合物。
通常，手性化学合成方法可以分为以下两种类型：1. 手性化学反应手性化学反应是指化学反应过程中催化剂或反应物具有手性分子的反应。
手性化学反应基于光、电、热或其他化学反应机制，通常使用手性催化剂或手性试剂来得到高对映选择性。
例如，氢化总反应是将不对称的烯酮转化为手性的醇的手性化学反应。
在氢化总反应中，通常使用钯或铂催化剂，以及具有手性膦基磷酸、手性膦配体或手性催化剂进行选择性催化反应。
使用正确的手性催化剂，可以得到高对映选择性，获得单对映体的产物。
2.手性合成手性合成是指在没有手性催化剂的情况下制备手性化合物的过程。
手性合成的过程通常利用对映异构体之间的化学反应差异，例如，通过化学反应活化和快速消除手性分子对映体的间位异构化。
手性合成的方法包括对映选择性还原、对映选择性氧化、对映选择性烷基化和对映选择性亲核取代等，这些反应通常使用手性试剂或非手性催化剂。
例如，常见的一种手性合成技术是使用糖转移酶催化反应生产手性糖基化合物。
在这种反应中，糖转移酶催化器可以使用具有手性羟基的底物，促进糖基的转移和分子的立体异构。
这种手性合成方法不需要催化剂，因此通常用于制备非常复杂和高度手性化合物。
手性化学合成的应用手性化学合成在医药、农药、香精和颜料等领域中有广泛的应用。
1. 医药领域手性分子在药物中具有重要的作用。
脂肪酶在手性药物制备中的应用
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食品与药品 Food and Drug ２００７ 年第 ９ 卷第 ０７Ａ 期
脂肪酶在手性药物制备中的应用
生物催化原理与应用在手性药物合成领域的进展
生物催化原理与应用在手性药物合成领域的进展1.生物催化的特点生物催化是指利用酶或生物有机体（整个细胞、细胞器、组织等）作为催化剂的化学转化过程，也称为生物转化。
生物催化反应具有很高的化学选择性、区域选择性和立体选择性。
通过生物催化不对称合成技术生产手性药物得到的产物具有较高的光学活性、纯度和较高的收率，其中一些可以达到100%[1]。
微生物是生物催化中常见的有机催化剂。
其实质是利用微生物细胞中的酶催化非天然有机化合物的生物转化过程，通过分离纯化转化液可获得所需的产物[2]。
自然界中微生物种类繁多，酶含量丰富，因此微生物可以用于多种生物转化反应。
微生物生物转化反应具有高选择性，特别是高立体选择性的特点，能成功地完成常规化学方法难以实现的反应；反应条件温和，特别适合于制备不稳定化合物。
微生物生物转化可以使用游离细胞或固定化细胞作为催化剂。
到目前为止，微生物生物转化已经实现了一些有机酸、抗生素、维生素、氨基酸、核苷酸和类固醇的工业化生产[3]。
生物催化技术可以大大增加衍生物的多样性，有效地修饰复杂产物的结构，从简单分子中构建新的化合物库。
在这个过程中，经常可以发现新的生理活性物质。
使用生物催化发现先导化合物的优点是：① 广泛的可能反应；② 能够进行方向区域选择和立体选择；③无需基团保护和脱保护，一步反应即可完成；④ 在温和均匀的条件下，一步反应的自动化和再现性很容易实现；⑤ 温和的反应条件保证了复杂多变的分子结构的稳定性；⑥ 高催化活性可以减少催化剂的用量；⑦ 酶的固定化可以使催化剂重复循环使用；⑧ 生物催化剂可以在环境中完全降解。
生物催化过程通常无污染或污染较小，能耗相对较低。
这是一种环境友好的合成方法[4]。
2.手性化合物的理解和发展手性是自然界物质的基本属性，构成生命有机体的分子都是不对称分子，生命中普遍存在的糖为d型、氨基酸为l型、dna的螺旋构象和蛋白质都是右旋，并且生命体内许多内源性化合物，包括与药物发生药动学和药效学相互作用的天然大分子都具有手性。
酶催化的立体选择性反应在手性药物合成中的应用
综述与专论酶催化的立体选择性反应在手性药物合成中的应用王峥，周伟澄(上海医药工业研究院，上海200437)摘要：酶催化的立体选择性反应是当今手性药物合成研究的热点之一，本文按化学反应类型综述了酶催化的水解、酰化、还原、氧化和还原氨化这5种反应在手性药物合成中的应用，重点强调立体选择性。
关键词：酶催化；手性药物；合成；应用；综述中图分类号：R499文献标识码：A文章编号：1001-8255(2006)07-0498-07酶催化的立体选择性反应是当今手性药物合成研究的热点之一，与经典的有机合成相比，酶催化的反应条件温和，立体选择性好，可避免因反应条件苛刻而导致的消旋化、异构化及重排等副反应[1 ]。
三废污染较少，被称为绿色化学。
此外，作为反应催化剂的酶可循环使用。
目前，工业用酶大部分来自微生物，少数来自植物和动物，也可通过基因工程和蛋白质工程等现代生物技术大规模生产，具有广阔的应用前景和商业价值。
本文通过酶催化的化学反应类型综述其在手性药物合成中的应用，重点强调其立体选择性。
1 水解反应水解反应在酶催化手性合成中应用最为广泛，酯、环氧化物等可通过酶的立体选择性水解、分离得到光学纯的单一异构体。
此类反应一般在水中进行，有时也加入有机溶剂以增加底物的溶解度，溶媒的水分子参与反应。
1.1 阿巴卡韦的合成阿巴卡韦(abacavir，1)是由GlaxoSmithKline 公司研发的核苷类抗病毒药物，临床上用于治疗HIV 感染。
1 含有两个手性碳原子，有4 个立体异构体，其中(1S,4R)- 型为药用，有多种合成途径[2]。
用环戊二烯和乙醛酸经Diels-Alder 加成和酰化反应主要得一对对映体(1R,4S,5R)和(1S,4R,5S)-4-endo-4- 丁酰氧基-2- 氧杂双环[3.3.0]辛-7- 烯-3- 酮(4a 和4b)，脂肪酶Amano PS 能选择性水解4a 得(1R, 4S,5R)- (－)-4-endo-4- 羟基-2- 氧杂双环[3.3.0]辛-7- 烯-3- 酮( 3 a ) [ 3 ] ，而4b 不被水解。
有机化学中的手性分子合成和反应机理探究
有机化学中的手性分子合成和反应机理探究有机化学是研究碳和碳氢化合物的化学性质和反应机理的科学。
在有机化学中，手性分子合成和反应机理一直是研究的重点和难点。
本文将从手性分子合成方法、手性控制机理以及手性反应机理三方面来探究有机化学中的手性分子合成和反应机理。
手性分子合成方法手性分子合成方法是指通过某些技术手段合成手性分子的方法。
手性分子是指分子无平面对称的有机化合物，包括左旋和右旋两种异构体。
这两种异构体在物理性质和化学性质上大多数相同，但具有不同的光学活性和生物活性。
因此，在制药工业、医学和生物化学等领域中，手性分子合成和分离技术具有重要的应用价值。
1. 使用手性试剂使用手性试剂是最常见的手性分子合成方法之一。
这种方法是通过引入手性试剂作为催化剂或反应物，使得反应生成手性产物。
例如，使用手性催化剂对酮和胺进行不对称氢化反应时，得到的产物是具有手性的药用原料。
2. 利用手性分离技术手性分离技术是指通过物理或化学手段分离出手性异构体的方法。
例如，利用手性柱层析技术可以从混合物中分离出左旋或右旋的手性分子。
这种方法适用于制备单一左旋或右旋手性产物。
3. 利用生物酶催化合成利用生物酶催化合成是指通过利用酶催化合成反应合成手性产物。
例如，利用乳酸脱氢酶酶催化反应可以从混合物中分离出单一的左旋或右旋乳酸。
手性控制机理手性控制机理是指通过对反应条件、反应介质等参数的调控，实现手性产物选择性合成的原理。
手性控制机理与化学反应机理密不可分，是手性分子化学研究的核心。
1. 手性接受位手性接受位是指分子中的一个具有局部手性的结构单元，在反应过程中控制产物的手性产生。
这类手性接受位包括手性中心、手性手性识别结构、手性水解和催化位等。
例如，利用手性中心结构的左旋木糖为反应物可以得到单一的左旋产物。
2. 手性识别机制手性识别机制是通过手性成对反应中参与的手性分子之间的相互作用来实现手性控制的原理。
例如，利用具有拟手性的锂盐对酰亚胺进行加成反应，可以得到高对映选择性的手性产物。
手性药物合成技术的绿色化研究
手性药物合成技术的绿色化研究一、手性药物概述手性药物是指由手性分子构成的药物，包括左旋与右旋异构体。
这些药物在生物体内的效果和代谢机制有很大差异，因此对其手性纯度要求相当高。
手性药物在药学、化学、医学等多个领域具有广泛应用，且在医疗中的应用越来越重要。
例如，糖尿病药物、抗癌药物等。
然而，传统的合成手法存在很大的环境影响和安全风险，因此迫切需要寻求一种绿色合成手法来提高生产效率并减少对环境的影响。
二、手性药物合成技术的绿色化(一)酶催化手性合成技术酶催化方法是利用天然和重组酶催化手性合成的技术。
这种方法有许多优点，如反应速度快、对环境的巨大影响较小、产物纯度高等，被视为一种绿色的手性化学合成技术。
许多酶催化反应已被成功应用于手性药物的合成。
如在去甲肾上腺素和多巴胺的合成中，使用了酪氨酸羟化酶和类肌酸酐酸化酶等酶催化反应。
(二)金属有机骨架材料手性分离技术金属有机骨架材料(MOFs)是具有大孔径和高表面积的新型多孔晶体材料。
该技术的优点在于可以在可控条件下，优势互补，以获得高效的手性分离。
特别是在制备放射性核素药物的过程中，手性分离技术是必不可少的一环。
在铂类抗癌药物合成中，也使用了该技术对其进行手性分离（三）基于可持续发展的手性化学合成在手性化学合成中，绿色化技术的开发取得了重大进展。
例如，绿色催化剂和可再生的和有效的溶剂的应用，以及废弃物和二氧化碳的回收和利用，这些技术极大地提高了合成效率和产品纯度。
通过开发和应用这些可持续发展的绿色技术，可以在环保和经济收益方面取得双赢。
三、绿色化技术在手性药物合成中的优势(一)减少有害废弃物的产生绿色化技术在手性化学合成中使用，可以减少有害废弃物的产生。
例如，通过开发高效的催化剂和溶剂系统，可以将反应废物降至最低。
通过这种方式，可以显著减少有害气体的排放和废水的排放，减少对环境的污染。
(二)提高反应效率和产物纯度绿色化技术还可以提高反应效率和产物纯度。
例如，在酶催化反应中，催化剂的使用可以使反应速度大大加快，提高产物纯度。
手性有机化合物的合成与应用研究
手性有机化合物的合成与应用研究手性有机化合物是有机化学中一类十分重要且引人关注的研究领域。
它们具有分子结构的镜像异构体，即左旋和右旋两种形式。
这种手性性质在生命分子、药物、催化剂等领域中有着广泛的应用价值。
在本文中，我们将探讨手性有机化合物的合成方法以及它们在不同领域中的应用研究。
合成手性有机化合物通常有两种方法：一是通过化学合成，即有机合成领域中使用手性诱导试剂或催化剂来制备手性分子；二是利用生物合成反应或酶催化合成方法。
化学合成方法中，手性诱导试剂的应用广泛，如手性酰胺、手性醇、手性酸等，它们可以引导产生手性反应中间体，从而得到手性有机化合物。
此外，催化剂也是合成手性有机化合物的重要手段，如金属有机催化剂、酶催化剂等，它们可以提供立体选择性和催化反应的速度选择性。
生物合成反应和酶催化合成方法则利用生物体内的酶系统来合成手性有机化合物，具有环境友好、高效可持续等优点。
手性有机化合物在药物领域中具有重要的应用价值。
由于手性分子与生物体内的手性受体或酶相互作用，其活性和代谢行为往往可能产生巨大差异。
因此，在药物研发中合成纯度高的手性有机化合物是非常重要的。
例如，此前市场上销售的几乎所有非甾体类抗炎药是通过化学手段得到的光学混合物，而在1930年代末发现的非甾体抗炎药“拜瑞妥”，由于其真正的有效成分是其左旋体，因而具有更好的抗炎作用。
除了药物领域，手性有机化合物在农药、化妆品、食品添加剂等领域也有广泛应用。
例如，将手性化合物应用于农药中可以提高其活性和选择性。
在农药中，手性有机化合物可以提高杀虫剂的作用效果，减少对环境的污染，它们被广泛用于农作物保护。
此外，手性有机化合物还广泛应用于食品添加剂的合成，例如防腐剂和甜味剂等。
通过合成手性有机化合物，可以获得更加纯度高、活性好、环境友好的化合物，从而提高产品的效果和品质。
手性有机化合物的研究对于理解生命的起源和生命分子的结构活性关系也具有重要意义。
通过研究手性有机化合物的合成和性质，可以揭示手性决定性的起源及其在生物领域和其他领域的作用机制。
酶促合成手性化合物技术及应用展望
酶促合成手性化合物技术及应用展望手性化合物是现代有机化学研究中的重要分支, 它们具有不对称结构特征, 可以同时存在两种或多种同分异构体。
在医药、农药、食品、香料、材料科学等领域具有广泛的应用前景。
然而，手性化合物的制备一直是有机合成化学中的一个难题。
传统的化学合成方法通常需要大量的试验以及复杂的化学步骤，且易引发环境问题。
近年来，酶催化合成手性化合物的技术取得了长足的进展，成为一种可行的制备手性化合物的方法。
酶是一种生物催化剂，具有选择性高、底物特异性强以及反应条件温和等特点，可以实现手性产物的高选择性。
酶催化合成手性化合物的技术是利用酶作为催化剂，通过底物与酶之间的特异性作用，使底物在酶的催化下发生手性选择性的转化反应，最终得到手性化合物。
常用的手性反应包括不对称还原、不对称氧化、不对称酯化、不对称酰胺等反应。
酶催化合成手性化合物的主要优势包括高度的立体选择性、环境友好、容易分离底物和产物、反应条件温和等。
与传统的化学方法相比，酶催化合成手性化合物的步骤较少，减少了试剂和废物的使用，提高了反应的选择性和效率。
随着酶催化手性化合物合成技术的不断发展，其应用领域也在不断扩展。
在制药领域，酶催化手性合成已经成功用于合成多种药物分子。
例如，利用酶催化反应可以合成高性能药物如那必利、舍曲林、多西他赛等，这些药物在临床治疗方面具有重要的意义。
在农药领域，酶催化手性合成可以用于合成高效、低毒的农药分子，从而提高农作物的产量和抗性。
在食品工业中，酶催化合成可以合成天然食品添加剂，如氨基酸和甜味剂，从而提高食品的品质和营养价值。
在香料和化妆品工业中，酶催化合成可以合成高纯度、高稳定性的香料和化妆品成分。
此外，酶催化手性合成还可以用于合成具有特殊功能和特殊结构的手性化合物，如手性催化剂和手性液晶等。
然而，酶催化手性合成技术仍然面临一些挑战和限制。
首先，生物催化反应的速度通常比较慢，需要较长的反应时间。
其次，酶催化反应受到生物催化剂的稳定性和底物特异性的限制。
加氧酶在手性化合物合成中的应用研究进展
加氧酶在手性化合物合成中的应 用研究进展 ＊
李新 亮 曲媛媛 周 豪 王 腾 曹湘 禹 周集体
（ 连 理 工 大 学 环 境 学 院 ， 宁 大 连 １ ６ ２ ） 大 辽 １０ ３
摘 要 手性化合物广泛应用 于医药 、 农药 、 新材料及 精细化学 品合成等领域 。传统 的化学合成 方法存在一 定的局 限， 如对映
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手性化 合物 的最新 研究 进展 。 １ 合 成手 性化合 物 的微 生 物加 氧酶资 源 目前 ， 用 生物 催 化 合 成 化 学 品 已经 成 为一 种 利 成熟 的工业 技术 。研究 表 明 ， 水解 酶 和氧 化 还 原 酶 是 ２种常见 且最 重 要 的 工业 用 酶 ， 主要 用 于手 性 化 合物 的合 成＿ 。加 氧 酶 是 氧 化 还 原 酶 中重 要 的 一 ３ ］
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有机合成中的手性催化反应
有机合成中的手性催化反应手性催化反应是有机合成领域中的一个重要分支，它基于手性催化剂的作用，实现对手性物质的高选择性合成。
在有机合成中，手性催化反应不仅能够提高反应的效率，还能够合成出具有生物活性的手性分子。
本文将介绍手性催化反应的原理、机制以及在有机合成中的应用。
一、手性催化反应的原理手性催化反应是利用手性催化剂促使化学反应中的手性底物或反应中间体形成对映异构体的过程。
手性催化剂通常由手性的金属配合物、手性有机分子或酶等组成。
这些手性催化剂能够与底物或反应中间体形成络合物，从而形成具有高立体选择性的反应过渡态，进而促使手性底物生成对映异构体产物。
二、手性催化反应的机制手性催化反应的机制主要包括配位手性催化和酶催化两种。
1.配位手性催化配位手性催化是指手性催化剂通过与底物形成配合物，进而在反应中发挥构象选择性的作用。
手性配体能够与金属离子形成手性配位底物，从而形成具有不对称结构的催化活性中间体，使反应顺序发生对称性破缺，从而得到手性产物。
2.酶催化酶催化是生物体内最常见的手性催化反应，酶是具有高立体选择性的天然催化剂。
酶催化通过与底物的特异性识别和手性识别作用，实现对底物的手性选择性催化。
酶催化反应通常处于生物体内部，能够在温和的条件下，高效地完成手性底物的转化。
三、手性催化反应在有机合成中的应用手性催化反应在有机合成中具有广泛的应用前景，尤其在药物合成和天然产物的全合成中起到了重要作用。
1.药物合成手性催化反应在药物合成中的应用非常广泛。
通过手性催化反应，可以选择性地合成具有优良生物活性的手性药物。
例如，通过手性催化反应可以高效地制备出多种类药物的碳立体异构体，从而提高药物的生物利用度和药效。
2.天然产物的全合成手性催化反应在天然产物的全合成中也起到了重要作用。
天然产物通常具有复杂的结构和丰富的生物活性，利用手性催化反应可以高效地合成出这些手性化合物。
通过手性催化反应的选择性和高效性，可以有效地提高合成过程的产率和立体选择性。
人类手性药物的合成研究
人类手性药物的合成研究人类生活中不可避免地会出现各种疾病，而药物的出现则是让我们能够抵抗疾病的利器。
但药物的效果往往与其分子结构的手性密切相关。
目前市场上存在的手性药物，大多数都是左旋体或者右旋体单独使用的。
因此，研究和合成具有手性分子的药物变得十分重要和迫切。
本文将从手性分子背景、合成手性药物的研究方法和手性药物在医学中的应用等三个方面进行探讨。
一、手性分子背景通常情况下，分子是镜像对称的，正反两面是完全重合的。
即使镜像照片是颠倒过来的，但两幅照片也是完全相同的。
这种分子称为非手性分子，也称为拉奇旋光性。
但是也有一类分子，在镜像平面两面是不同的，镜像像左右手一样是不重合的。
这种分子称为手性分子。
手性分子的这种特性，决定了其光学性质。
分子对经过普通照明的自然光产生的作用被称为光学活性。
手性分子是光学活性分子，因此这些分子在化学反应、生物过程和药物作用中的活性和选择性的问题非常重要。
二、合成手性药物的研究方法合成手性分子有很多方法，其中包括对映选择性合成、对映体交换、手性催化合成、酶促合成等。
对映选择性合成又被称为一步制备法，通过控制反应条件和反应物比例的合理选择，直接合成所需要的手性化合物。
对映选择性合成法是通过反应条件的巧妙设计，使其中一种对映体被优先生成，特别适用于对映体间难以分离的化合物。
例如，利用质子化剂和还原剂来加氢合成2-叔丁基-1-苯基乙醇的对映体，反应产物的对映体比例可达到98%。
但是也有一些其他情况下，对映选择性合成法的选择不可行，因此实际应用场合有限。
对于对映体间难以分离的化合物，采用对映体交换法是一种常用的制备手性化合物的方法。
这种方法首先使用非手性化合物和手性助剂或反应中的手性物质，利用化学反应、结晶方法等制备手性复合物，然后分离其中的基质和手性助剂、手性催化剂等。
由于基质化合物和手性助剂的相对分子量相差很大，两者形成的复合物具有不同的物理和化学性质，从而可以利用结晶分离方法进行分离。
酶催化技术在手性化合物合成中的应用
入一些有机溶剂 。 目前该反应使用 的酶大部 分是水解酶 ， 其
中脂肪酶 的使用最普遍 ， 主要由于其不需辅酶 。 例 如 内消旋 对称二 酯在猪肝 酯酶 的催化 下单侧水 解生 成 手性单酯 ：
、
，
在羟基腈 裂解酶的作用下分离得到 的， Ｐ ｕ ｒ ｋ ａ ｒ ｔ ｈ ｆｅ ｏ ｒ 等 首 次
３ ． ２ 酶催 化 的不 对称 水解 反 应
酶催化 的不对称水 解反应 在合成 手性 化合 物方面应用 最为广泛 ， 可 以通过控 制立 体选 择性创 造光 学活 性体 ， 例如
内消旋二醇单面羟基氧化脱氢得 到相应 的内酯。
酯类化合物 、 环氧化合 物 的合成 ， 通 过酶 的立 体选择 性水解
体系为缓 冲液 （ ｐ Ｈ值 ２ ． ９— ３ ． １ ） ， 甲基 叔丁基 醚 （ Ｍ Ｔ Ｂ Ｅ） 为 溶剂 ， 合成单一手性 的 Ｒ Ｃ ＭＡ， 反应如 下 ：
以抑制血小板聚集 ） 的药物 中间体 ， 以邻氯 苯 甲醛 （ Ｂ Ａ Ｌ Ｄ） 、 ＨＣ Ｎ、 Ｒ裂解酶 （ Ｒ—Ｈ Ｎ Ｌ ） 为原 料 ， 柠 Ｏ０Ｍ
ｅ
猪 肝 酯 酶
一、 ， Ｃ ＯＯＨ
～
（ Ｓ Ｃ ＭＢ ） 是一种杀虫剂 的不活泼 中间体 ， 以 间苯 氧基苯 甲醛
（ ＭＰ Ｂ Ａ） 、 Ｈ Ｃ Ｎ、 羟 腈酶 （ Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｘ ｙ ｎ ｉ ｔ ｒ ｉ ｌ ｅ ｌ ｙ ａ ｓ ｅ ，Ｈ Ｎ Ｌ ） 为原料 ，
报道 了酶催化的不对称 Ｈ ｅ ｎ ｒ ｙ 反应 ， 而他们 就是将这种酶应 用于一系列的醛和硝基 甲烷 的 Ｈ ｅ ｎ ｒ ｙ 反应 。
例 １ ： ｏ Ｌ —ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｘ ｙ一３ 一ｐ ｈ ｅ ｎ ｏ ｘ ｙ— ｂ ｅ ｎ ｚ ｅ ｎ ｅ— ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｉ ｔ ｒ ｉ ｌ ｅ
酶在手性拆分中的应用
Ｃ ｅ ｉｔ ．１ ８ ． ６ （） １４ ３ ０ ． ｈ ｍ ｓｙ ９ ８ ２ ３７：３９ — ２ １ ｒ
【】高波 ， ６ 朱广山 ， 博学奇．介孔分子 筛 Ｓ Ａ １ Ｂ 一５ 中 ａ一 凝 乳 蛋 白 酶 组 装 及 催 化 活 性 研 究 ｆ． 胰 Ｊ 】 高等学校化 学学报 ，０ ３ ４６：ｌ０ 一 １２ ２０ ，２ ｆ） １０ ｌ０ ． 作者简 介： 韩佳 （９ ７ ， ， １８ ～）女 湖北 京山人 ， 西 南交通大 学生命科 学 与工程 学院 硕士研 究 生， 学历 ： 硕士在读 ， 究方向 ： 研 药物化学。
ｅ ｒ ｈ ｄ ｄ ｒｎ ｓ Ⅲ ． Ｊ ｕ ａ ｏ Ｍｏｅ ｕａ ｎ ｉ ｅ ｏ ｏａ ｔ ｃ ｏｒｌ ｆ ｎ ｌｃｌ ｒ
Ｃ ｔｌｓ ：Ｅ ｚ ｍ ｔ ．２ ｏ ，３ （） ３ ５ ． ａａ ｉ Ｂ ｎｙ ａｉ ０ ４ ２２：３ － １ ｙｓ ｃ
ｔ１ Ｐ ｎ ｅ ３ ａ ｔ ｓ Ｏ．Ｂ ｅ ｖ ｌ Ｊ ｏ ｂ ｎ ｔ ｎ ｏ ｎ ｉ ａ ｋ ａ ．Ｃ ｍ ｉａｉ ｆ Ｅ — ｌ ｏ
状并给 出了自己的见解。 关键 词 ： ； 性拆 分 ； 映体 酶 手 对 体。采用动态动力学拆分法（ Ｋ Ｄ Ｒ法 ） 制备是一种 捷径， 与其它方法相比其高效方便。一般的 Ｄ Ｒ Ｋ 都以金属作催化剂，近年来利用过渡金属作催化 剂 也得到广泛 的研究 ， 但金属容易残 留在药物中 间体中， 会对人类健康产生不 良影响。 因此利用酶 进行 Ｄ Ｒ 制备反应成为一条捷径 。利用该法还 Ｋ 是有条件的：底物的消旋化速率必须 比酶催化反 １ 结 晶拆分 法 ． １ 应 快 ： 物 在底 物消 旋化 的 反应 条 件 下必 须 立 体 产 酶催化反应必须有高度的选择性。 在一对对映体的过饱和溶液 中， 某～种对 映 化学稳定； 异构体能够 自发的结晶或在加入了某一种对映体 ２３ ＿去消旋化或对映体收敛转化 去消旋化过程，又称 为对映体收敛转化法 ， 的晶种后 ， 该对映体以高纯度析出晶体， 而剩余 的 溶液含有过量的另一种对映异构体 ，在溶液浓缩 有别于分离两种对映体，是将两种对映体通过各 后能够析 出或植入同样的品种后析 出。在该过程 自独立 的路线转化为相 同的立体异构体产物， 其 中， 要仔细的控制好条件才能得到较好的结果。 当 中一种对映体的构型保持不变， 而另一种发生改 在结晶的过程中，如果能使另一种对映异构体消 变。如 Ｄ ａ ｒ ｕ ｓ ｅ等人 Ｉ 了 ｍ 立 一种实用的去消旋 旋化 ， 该方 法 就很有 吸 引力 。 则 过程制备手性胺， 使用一种具有光学选择性的胺 １ 非 对 映异 构体拆 分法 ． ２ 环 氧化 酶 和一 个无 选择 性 的化 学 还原 试 剂 ｆ 氨 如 即通 过手 性试 剂 与对 映异 构 体反 应 ， 成 非 水 ～硼烷１ 生 。酶只氧化 Ｓ型对映体为亚胺，后者可 对映异构体， 利用它们之间分子键作用力的差异 ， 以 被还原 为 外消 旋胺 。 用非手性的方法将它们分离开来，最后分解所要 ２ ． ４非水溶 剂 下酶 法拆分 的非对映异构体得到前述的对映异构体之一。 前面提及到，酶拆分法的缺点是酶在溶剂中 Ｉ 底物选择性拆分法 ＿ ３ 的活性问题及溶液较稀存在酶的回收问题。Ｚｋ ａｓ 早期的为无酶的动力学拆分法， 用一手性试 等人 发现当在非水溶剂中时糜蛋 白酶的热力学 剂与一对对映体以不同的速率反应 ， 根据速率差 稳定性比有水更加稳定 ， 贮存时间更长， 选择性更 值而得到 目标对映异构体ｔ 现在人们已逐渐广泛 高。 １ 。 但游离酶在非水相 中对水分的变化非常敏感 ， 地用脂肪酶和酯酶来拆分外消旋醇和羧酸。酶催 易结块且分散性差 ，严重影响了酶的催化性能此 化拆分的主要途径为立体选择性水解 、酯化和转 法仍然在研究中。 酯 作 用。 除此 之外 ， 化还 原酶 也常 被用 于合 成 和 氧 ３ 研究 现状 拆分外消旋体。 相比较传统 的拆分试剂， 它们对底 现在人们努力的重点是寻找和改 良能在有机 物 具有 高度 的化 学选 择性 、 选择 性 、 区域 以及 对 映 溶剂中使用的酶。酶在非水介质中进行催化作用 选择性 ；而且它们无需辅酶因子并且没有催化副 时需要分子表面有一定的水分，以维持其行使催 反应。 现在 通过 微生 物发 酵 的方 法 ， 它们 已经 能够 化功能所必需的构象。 由于绿色化学的发展， 人们 大 量生产 。 发现很多酶在离子液体中具有 比在有机溶剂 中更 ２酶 拆分 法 高的催化活性和立体选择性 。并且发明了酶 固定 ２１ ．酶法动力学拆分 化的方法来稳定酶的活性 ，但常规 固定化方法存 此法的关键为找到合适的酶 ， 外消旋混合物 在诸多弊端 ， 如吸附法固定时易造成酶的流失 ； 而 中的组分 和 酶 以不 同的速 率反 应 ，将其 中一种 对 共价结合或包埋 固定时则会大幅降低酶的活性。 映 体转化 为 产物 ， 另一 种速 率很 低 或不 反 应 ， 对 从 高 波 等人 介孔 分 子筛 成 功地 固定 了胰 凝 乳 蛋 用 而达到分离的效果。 在动力学拆分过程中， 随着反 白酶 ， 克服 了上 述 问题 。Ｕｔ ｓ ｂｅＹ分 子 筛 成功 ｌａｔ ｌ ｒ ａ — 应转化率的变化，底物和产物的 ｅ 值不断变化 ， 能为酶提供适合它们存在的“ ｅ 潮湿” 环境 ， 采用其 为此采用一个新的度量值 Ｅ，用束表示对映体过 固定化的脂肪酶拆分时，能大大提高催化效率和 量比， 其表示了酶对对映体中两种构型分别的能 立体选择性。 力 。根据 经验 规律 ， Ｅ值小 于 】 不 适 于实 用 生 ５则 ４展望 产。 上述已经阐述 了酶在手性拆分 中的应用以及 ２２ 法动 态动 力学拆 分 ．酶 在应用 中各种因素对酶催化活性的影 响，关键还 动力学拆分得到光学纯度产物的量不会超 是要发现高效的特异的酶。随着现代生物技术的 过 ５％， 果不加 以利 用另 一种 异 构体 ， ０ 如 而将 其 废 发展， 通过高通量筛选技术以及新的菌株的发现 ， 弃的话 ，不仅会造成环境污染 ，也会增加经济成 必定能够发现作用于手性拆分 的特异 的酶，为以 本 。在 此基 础之 上 ， 出 了动 态 动力 学 拆分 ， 提 即在 后的人类 医药以及其它方面做出巨大的贡献。 拆分过程中， 将不需要的对映体进行消旋化 ， 这样 参 考 文献 不断循环可以把 外消旋体全部转化为一种对 映 Ｉ］ Ｘ Ｑ，Ｘｉ ，Ｇ ｎ ， ｅ １ ｎｙ ｔ １ ｕ ｅ Ｙ ｅ ｇ Ｘ ｔ ．Ｅ ｚｍａｉ ａ ｃ 有记载来最早的拆分为巴斯德在 １４ 年从 ８８ 外消旋的酒石酸盐 中得到了 ＲＲ 酒石酸盐。 ８９ ，一 １ ９ 年 Ｍ ｒ ｗｌ ａｃ ａ ｋ ｄ和 Ｍｃ ｅｚ 发现 了非酶催化动力 Ｋ ｎｉ ｅ 学拆分法 ， 在当时并没有引起重要的影响。 后来人 们倾向于寻找合成单一对映异构体的方法，但拆 分的方法现在依旧占据很大 的比 例。 ｌ手性拆分法的分类
酶催化机制研究及其在化学合成中的应用探索
酶催化机制研究及其在化学合成中的应用探索酶是一类在生物体内参与化学反应的蛋白质，其具有高度选择性和催化活性，可以加速化学反应速率。
酶催化机制研究是一门重要的科研领域，对于理解生物体内各种代谢过程以及开发高效的化学合成方法具有重要意义。
本文将探索酶催化机制的研究进展，并探讨其在化学合成中的应用潜力。
酶催化机制的研究旨在了解酶是如何选择性地催化特定的化学反应的。
酶通过结合底物并形成酶-底物复合物，使底物发生特定的转化。
在酶催化过程中，酶分子与底物的结合能力、活性位点的催化剂和底物的空间构型等因素起到关键作用。
酶催化机制的研究方法多种多样，其中 X射线晶体学和核磁共振技术是两种常用的手段，可以揭示酶和底物之间的结构关系。
通过分析酶的活性位点结构和催化机制，可以了解酶是如何促进底物的转化的。
例如，林格曼酶是一种重要的酶类，其催化机制的研究揭示了镍离子是如何在催化过程中发挥关键作用的。
随着酶催化机制的深入研究，科学家们开始探索将酶催化机制应用于化学合成中。
酶催化在化学合成中的应用可以提高反应效率、选择性和环境友好性。
酶可以在温和条件下催化复杂的化学反应，并避免产生不必要的副反应。
其中一种应用就是利用酶催化合成手性化合物。
手性化合物具有重要的生物活性和药理活性，合成手性化合物通常需要高效的手性诱导剂和高催化活性的催化剂。
酶通过其高度立体选择性和催化活性，可以实现对手性化合物的高效合成。
例如，尔曼酯酶是一种被广泛应用于手性合成中的酶类，其具有高度立体选择性和催化活性，可以催化手性醇和手性酸的酯化反应，合成对映体纯的酯化产物。
此外，酶催化机制的研究还可以为生物能源的合成提供新的途径。
利用酶催化的高度选择性和高效催化活性，可以实现对可再生资源的高效转化。
例如，利用酶催化木质纤维素的水解和糖化反应，可以生产生物乙醇和其他高附加值化合物。
这种可再生能源的生产方法具有较低的能耗和环境友好性，对于缓解能源短缺和减少碳排放具有重要意义。
酶法在药物合成中的应用
酶法在药物合成中的应用酶法在药物合成中的应用酶法是一种利用酶作为催化剂来合成化合物的方法。
由于酶在化学反应中的高效和选择性催化作用，酶法在药物合成中得到了广泛应用。
它不仅能提高药物的合成效率，降低成本，还能减少对环境的污染。
本文将深入讨论酶法在药物合成中的应用。
一、酶法在药物合成中的优势1.高效性：酶催化反应可以在温和的条件下进行，使得反应速率大大提高。
这对于一些缓慢的化学反应来说尤为重要。
2.选择性：酶具有高度的选择性，可以只作用于特定的底物。
这使得反应的产物纯度更高，大大减少了后续步骤中的纯化工作。
3.环境友好：与传统的化学合成方法相比，酶法使用的底物和催化剂通常都是天然的，无污染，对环境友好。
二、酶法在药物合成中的具体应用1.反应选择性的提高在药物合成中，有时需要在复杂的分子结构中选择性地引入特定的官能团。
酶可以通过催化特定的反应来实现。
例如，青霉素的合成中，酶可以催化羧酸酶反应，将头五环内的侧链与香草酰辅酶A结合，最终得到青霉素的结构。
2.底物转化的催化酶在药物合成中也扮演着将底物转化为所需产物的角色。
一些药物合成需要将底物转化为特定的衍生物，然后再进行进一步的反应。
酶可以催化底物的转化反应，以获得所需的衍生物。
例如，通过酶催化，将油酸转化为5a酆类甾体，再经过一系列的化学反应，最终可以合成糖皮质激素。
3.环境条件的改善许多传统的化学反应需要在较高的温度和压力下进行，这样容易导致副反应的发生。
而酶法可以在较低的温度和压力下进行反应，从而减少了副反应的发生。
例如，酶催化的糖化反应可以在室温下进行，而传统的酸催化糖化反应需要高温条件。
4.反应的产物纯度提高酶具有高选择性催化作用，可以降低副产物的生成。
这使得整个反应过程更加纯净，减少了后续纯化工作的时间和成本。
5.药物不对称合成不对称合成是合成具有手性的化合物的重要方法。
酶是具有高度手性选择性的催化剂，可以在药物不对称合成中发挥重要作用。
例如，青霉素的合成中，使用酶可以实现对手性中间体的选择性催化。
酶在有机合成中的应用与发展
酶在有机合成中的应用与发展酶是生物体内的一种酶类蛋白质，具有协同反应、高度特异性、高效性和灵活性等特点。
在有机合成中，酶已经被广泛应用，并且随着科技水平的不断提高，酶在有机合成领域中的应用也不断发展。
一、酶在化学合成中的应用在化学合成中，酶可以作为催化剂应用于合成反应中，其与传统化学催化剂相比较，优点明显：温和条件、高效性、选择性等，可以被化学家利用制备有机分子结构多样性的具体化合物。
例如，天然产物中就有很多通过酶的催化合成而形成的产物，如松茸醇、淀粉酶、胰岛素等。
同时，酶的选择性较高，可以高效选择同型异构体，具有很大的应用价值。
例如，酶可以催化手性化合物的合成，也可以对具有特定化学构象的化合物进行合成和调控，推动了药物设计和合成方面的进展。
二、酶在生物转化中的应用生物转化以能够将废物转化为有用的物质而受到人们的广泛关注。
目前，酶作为一种生物催化剂应用于生物转化领域中，可以使废物得到有效处理并产生一些有用的物质。
例如，利用酶降解农业废弃物和工业废弃物来生产化肥和生物燃料，能够充分利用和保护自然资源，同时降低污染物对环境的影响，对环境保护和可持续发展具有重要意义。
此外，酶还被广泛应用于生物降解领域、纳米技术和工业废水的处理中，促进了环保事业的发展。
三、酶在农业生产中的应用酶在农业生产中的应用也取得了一些进展。
目前，酶被广泛应用于饲料生产、植物培育、食品加工等领域。
例如，酶可以被用于发酵饲料的制备中，可以提高饲料的营养价值，降低饲料成本，从而提高养殖效益和粮食利用率。
另外，酶能够增加农产品的口感和质量，提高营养价值，改善食品加工和储藏性能。
同时，酶还可以被用于植物生长调节剂，促进植物生长和发育，提高产量和质量。
四、酶在医疗保健中的应用酶在医疗保健领域也得到了广泛的应用。
例如，酶可以被用于化学药物的制备中，可以提高药物的效用和降低副作用，提高临床疗效。
同时，酶还可以被用于制备生物医用材料，例如人工心脏瓣膜、肝脏支架等，可以提高治疗效果、降低治疗费用和减轻患者痛苦。
药物合成中的手性控制研究
药物合成中的手性控制研究近年来，药物合成领域中的手性控制逐渐成为研究的热点之一。
手性分子在化学和生物学中具有重要的意义，因为它们可以对光线、生物活性以及药物代谢等方面产生巨大的影响。
针对手性控制的研究不仅可以提高药物的合成效率，还有望发现更多高效、高选择性的药物。
本文将就药物合成中的手性控制研究进行深入探讨。
一、手性分子的背景和定义手性分子是指由原子或官能团组成的分子，其镜像不能重合的性质。
根据它们与光的反应性质，手性分子可分为两类：旋光性和非旋光性。
旋光性手性分子有光学活性，可使线偏振光的平面方向发生旋转，分为左旋体和右旋体。
非旋光性手性分子镜像关系对应的立体异构体称为对映异构体，通常分别用R和S表示。
二、手性药物的重要性手性药物的研究意义和应用潜力巨大。
首先，手性药物在体内代谢、作用等方面与对映异构体之间可能存在明显的差异。
例如，左旋肾上腺素和右旋肾上腺素对心血管系统的效应不同，这直接导致了左旋肾上腺素常用于降低血压，右旋肾上腺素用于治疗哮喘等疾病。
其次，手性药物的合成可能存在产率低、副反应多等问题，手性控制研究可以提高合成效率、降低成本。
此外，手性药物的合成不仅涉及化学领域，还需要生物学、物理学等学科的综合研究。
三、手性控制的主要手段为了实现手性控制，研究者们开发了多种手段和方法，以下是其中几种主要的手性控制手段：1. 化学合成化学合成是实现手性控制的最常见方法之一。
常用的手性合成手段包括对映选择性催化、手性诱导、手性助剂等。
通过选择适当的手性催化剂或手性诱导剂，可以有效地控制手性生成的产率和物种。
此外，手性分离也是一种常用的策略，通过物理或化学方法将对映异构体分离，实现手性纯度的提高。
2. 生物酶催化生物酶催化是一种高效、具有良好对映选择性的手性合成方法。
酶催化的手性控制具有天然的优势，因为许多酶本身就是具有手性的。
通过选择适当的酶催化剂，可以实现高效的手性合成。
3. 光化学方法光化学方法利用光的能量来实现手性控制。
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HO
15
A.J.Hacking,et al. US Patent,1993,5270460
酶催化的不足与解决方法
稳定性差 易失活 催化过程的操作范围通常较窄 通常仅在水溶液中表现出高活性 分离循环使用较难
生物培养 生物筛选 生物工程改造
化学修饰 固载化
16
总结与展望
• 酶催化为制备具有工业价值的手性化合物 提供了另外一个空间、一些创新的手段以 及不计其数的机会。温和条件的酶催化减 少了化学催化中可能产生的分子消旋化、 差向异构化和重排等问题。 • 酶手性催化起步晚，不成熟。通过生物及 其化学方法的对酶进行改进，使酶具有更 高的稳定性和可操作性，生物酶催化将在 手性化合物的合成中发挥重要作用。
反应催化的类型
电子的转移 转移功能基团 水解反应 键的断裂通常形成双 键 A-+B --- A+BA-B+C --- A+B-C A-B+H2O --- A-H+B-OH AX-BY--- A=B + X-Y
EC5
EC6
分子内基团的转移
键形成与ATP水解偶 联
AX-BY --- AY- BX
A+B --- A-B
(Unit: 100 million $)
2000
350 452 614 706 812 934 1180 4 Chem. & Eng. News, 2001, Vol. 79, No. 40, pp79 1330
1600
1718
获得手性化合物途径：
衍生
拆分
手性化合物
化学手性催化
生物酶催化5ຫໍສະໝຸດ 生物催化剂－酶18
19
醇脱氢酶三级结构
20
氨基酸
Ala Leu Met Trp Ser Cys Asn Asp Lys Arg 丙氨酸 亮氨酸 甲硫氨酸 色氨酸 丝氨酸 半胱氨酸 天冬酰胺 天冬氨酸 赖氨酸 精氨酸 Val Ile Phe Gly Thr Tyr Gln Glu His Pro 缬氨酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 甘氨酸 苏氨酸 酪氨酸 谷氨酰胺 谷氨酸 组氨酸 脯氨酸
seminarⅠ
酶在手性合成中的应用研究
学生：王培远 导师：杨启华 研究员
1
手性
对映体 A
镜平面
对映体 B
生物分子皆具有手性。手性药物，香料，食品添加剂等精细化学 品的合成是目前有机化学和催化化学的前沿研究方向。此外，手 性非线性功能材料和手性仿生材料的研究也受到人们重视。 2
手性
O
H N
O
O
O
• 仅催化和加速热力学可进行的反应，不影 响热力学平衡常数 • • • • • 催化条件温和(T, pH, P) 催化效率高 (106 ～ 1012倍) 1894 高选择性(底物，区域，位点，立体 ) Fischer 低能耗 绿色过程
1967 Koshland
10
氧化还原酶
N. J. Turner.Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 3177 11 N. J. Turner.Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 4807
S.J. Benkovic,et al. Science. 2003,301:1196 17 P.Ball. Nature,2001,409:225
参考文献
1. Chem. & Eng. News, 2001, Vol. 79, No. 40, pp79 2. 张玉彬. 生物催化的手性合成，化学工业出版社，2002，p20 3. N. J. Turner.Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 3177 4. N. J. Turner.Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 4807 5. E. N. Jacobsen,et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1520 6. B.A.Anderson, et al.J.Am.Chem.Soc.,1995,117:12358 7. A.J.Hacking,et al.biotechnol.Bioeng.,1992,39:203 8. A.J.Hacking,et Patent,1993,5270460 9. S.J. Benkovic,et al. Science. 2003,301:1196 10. P.Ball. Nature,2001,409:225 11C.Walsh.Nature,2001,409:226 12. F.H.Arnord. Nature,2001,409:253 13. K.M.Koeller. Nature,2001,409:232 14. A.M.Klibanov. Nature,2001,409:241 15. C.Khosla, P.Harbury. Nature,2001,409:247 16. A.Schmid, et al.Nature, 2001,409:258
胰凝乳蛋白酶活性中心
A B C
S
S
His57
S
S
Asp102
O C C H2 O
H2C H N N H O
Ser195 CH2
His57 Asp102 O C C H2 O H2C H N N H O
Ser195 CH2
9
张玉彬. 生物催化的手性合成，化学工业出版社，2002，p20
生物酶催化的优越性(与化学催化相比)
O O O
CH3
NaOH,Air DMSO/DMF
O O
CH3 O OH
51%
NO2 H2NNHAc ETOH,HCl O O CH3 OH N NH CH3 O2 N O O CH3 Pd/C,H2,EtOH O N O N O2N CH3 O O CH3SO2Cl Et3N,CH2Cl2 O O NO2 CH3 OMs N NH CH3 O
O
H N
O
N
N O O
(R): 镇静剂
(S): 致畸性
生物分子皆具有手性。手性药物，香料，食品添加剂等精细化学 品的合成是目前有机化学和催化化学的前沿研究方向。此外，手 性非线性功能材料和手性仿生材料的研究也受到人们重视。 3
全世界手性药物需求逐年上升
2100 1800 1500 1200 900 600 300 0 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2002 2005 2008
OH HO HO HO O OH Cl OAc O AcO AcO O OAc Cl O AcO Cl O OH O HO OH OAc
脂肪酶P
HO HO HO
O
OH O AcO O OH OH
1.SO2Cl2 2.Ac2O/pyr
MeOH,NaOMe
Cl
OH O Cl O HO O HO OH Cl
7
酶活性中心
• 酶活性中心是指酶蛋白分子中与催化有关的一个特定区域， 位于酶分子表面的一个裂隙内，由几个氨基酸组成，占酶 分子体的2％。它能与底物结合并发挥催化作用。包括底 物结合部位和催化部位。
一些酶活性中心的必需基团
酶 胰蛋白酶 α－胰凝乳蛋白酶 嗜热菌蛋白酶 羧肽酶A 核糖核酸酶 溶菌酶 乳酸脱氢酶 活性中心的必需基团 His42,Asp87,Ser180 His57,Asp102,Ser195 His142,Glu166,His146 Arg145,Tyr248,Glu270,Zn His12,Lys41,His119 Glu35,Asp52 Asp30,Asp53,Lys58,Tyr85,Arg101,Glu140,Arg171,His195,Lys250 8 张玉彬. 生物催化的手性合成，化学工业出版社，2002，p20
连接酶（合成酶）
12
E. N. Jacobsen,et al. Angew.Chem.Int.Ed. 2006, 45, 1520
手性药物合成中的应用
O O O CH3 ATCC14462 XAD-7 O O S CH 3 OH
还原反应
1999美国总统绿 色化学挑战奖
p-O2NPhCHO HCl,Toluen
1. SO2Cl2 2. Ac2O/pyr
OH AcO
OAc O AcO O AcO Cl O AcO Cl
Cl
MeOH,NaOMe
HO
OH O HO O HO Cl O HO Cl
14
A.J.Hacking,et al.biotechnol.Bioeng.,1992,39:203
食品添加剂合成中应用
21
• 酶是由生物细胞产生的，具有催化化学反应 功能的生物催化剂。
6
酶分类（International enzyme commission,EC）
编号
EC1 EC2 EC3 EC4
名称
氧化还原酶 (Oxidoreductase) 转移酶 (Transferase) 水解酶 (Hydrolase) 裂合酶 (Lyase) 异构酶 （Isomerase） 连接酶或合成酶 （Ligase）
16％
t-BuOLi,THF
O
O2N
LY300164
H2N
13
B.A.Anderson et al.J.Am.Chem.Soc.,1995,117:12358
食品添加剂合成中应用
OH HO HO O HO HO
巨大芽孢杆菌
HO HO
OAc O HO
β －果糖基转移酶
HO
Cl OAc HO HO O HO O HO OH O HO