酶参与的不对称合成优秀课件

4.2.1 辅酶的循环使用
总转换数(TTN, total turnover number) 每摩尔辅酶用于转化生产物的总摩尔数。 实验室要求：TTN至少为103~104 工业生产要求：TTN≥105
❖ 底物偶联法
❖ 酶偶联法
❖ 人工电子传递体
常用的辅酶
氧化还原酶需要辅酶作为反应过程中氢或电子的 传递体。
♣ 氢化酶 氢化酶(hydrogenase)能催化NADH再生，这种酶以分子氢直接作为氢的供体，氢有很 强的还原能力，同时对酶和辅酶无毒。
♣ 谷氨酸脱氢酶、乳酸脱氢酶 乙醛-酵母ADH系统也可用于NAD-的再生，其转换数达到103~104。该系统中酶容易失 活是其致命的弱点。
人工电子传递体
4.2.2 脱氢酶催化酮还原
酶参与的不对称合成优秀课件
第四章 酶参与的不对称合成
Chapter 4 enzymes mediated asymmetric reactions
主要内容
4.1 酶及酶催化反应的特点及缺点 4.2 酶催化还原反应 4.3 酶催化氧化反应 4.4 酶催化水解反应 4.5 总结
4.1 Chiral synthesis with biocatalyst
❖ 酶催化剂的用量少，一般手性催化剂的用量是 0.1%~1mol%，而酶催化反应中酶的用量为103~10-4mol%。
❖ 酶与其他催化剂一样，仅能加快反应的速度， 但不影响反应的热力学平衡，酶催化的反应往 往是可逆的。
生物催化手性合成的反应优点
❖ 酶在温和条件下进行，反应PH为5~8，一般在7左右， 反应温度在30℃左右。这样可以减少不必要的副反 应，如分解、异构和重排反应。
❖ 不同酶所催化反应的条件往往是相同或相似的，因 此，一个连续反应可以采取多酶复合体系，使这些 生物催化反应能在同一个反应器中进行，可以简便 操作步骤。
生物催化手性合成的反应缺点(一)
❖ 尽管酶催化反应的条件温和，但是酶反应参数必须 精确控制。一般酶催化反应都有其最适条件，如温 度、PH值、离子强度等。这些参数变化的范围较小， 一旦变化幅度超过它们的允许值，将会引起酶的活 性丧失。
❖ 许多酶都需要辅助因子或辅酶才能进行，然而辅酶 一般较为昂贵，必须使用另外一种酶才能使其原位 活化或再生。
酶在生物催化反应中的使用情况
4.2 酶催化还原反应
面包酵母醇脱氢酶和马肝醇脱氢酶能催化酮的不对 称还原，其还原产物仲醇的对映体过量率近100%。
主要内容
❖ 辅酶的循环使用 ❖ 脱氢酶催化酮还原 ❖ 酵母细胞催化酮还原 ❖ 酵母细胞催化烯烃还原
方法，特别适合于大规模重复性使用，其TTN可达 103~105。
其它脱氢酶
♣ 葡萄糖脱氢酶 葡萄糖和葡萄糖脱氢酶(glucose dehydrgenase, GDH)系统是另一种NADH或NADPH 再生系统。
♣ 醇脱氢酶 乙醇-醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase, ADH)系统用于NADH和NADPH的循环再生。
❖ 酵母醇脱氢酶 ❖ 马肝醇脱氢酶 ❖ 布氏热厌氧菌醇脱氢酶 ❖ 羟基甾(zai)体脱氢酶
commercially availase, YADH) 底物专业性强，只针对醛和甲基酮。
马 肝 醇 脱 氢 酶 (horse liver alcohol dehydrogenase, HLADH) 底物专业性不强，因而可催化多种底物还原，应用广，缺 点是立体选择性不高。
酶的特征
酶是决定生物体系中化学转化方式的卓 越非凡的分子器件。酶最为显著的特征是其催 化能力和专一性。由于它们能专一性地与多种 分子结合，并使化学反应加速几个数量级。作 为一类大分子，它们在催化各种反应时是高效 率的。
生物催化手性合成的反应特点
❖ 酶的反应速度比非酶催化的反应速度一般要快 106~1012倍。
❖ 酶在水溶液中表现出最高的催化活性，而一般都是 在有机溶剂中进行，而在非水介质中酶的活性在水 溶液中低，一般降低一个数量级水平。
生物催化手性合成的反应缺点(二)
❖ 酶催化反应容易被底物或产物所抑制，在底物或底 物浓度较高时，会引起酶活性丧失。
❖ 酶是生物大分子，可能会引起过敏反应，使用时一 定要注意。
常 用 的 辅 酶 有 尼 克 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 NADH (nicotinamide adenine dinucleotide)又称辅酶I (Co I) 和 尼 克 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 磷 酸 NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)又称 辅酶II (Co II)
羟基甾体脱氢酶(hydroxysteroid dehydrogenase, HSDH) 最佳底物是烷基取代单烷酮和二环酮。
用于还原反应的酶
♣ 甲酸脱氢酶♥ ♣ 葡萄糖脱氢酶 ♣ 醇脱氢酶 ♣ 氢化酶 ♣ 谷氨酸脱氢酶、乳酸脱氢酶
甲酸脱氢酶
(formate dehydrogenase, FDH)
该方法的最大优点是辅助底物甲酸和反应产物(CO2) 对酶无毒和易于除去，FDH稳定性好、易于固定化， 且已可商品化供应。
该体系的缺点是FDH成本较高，酶的活性低。 目前甲酸/FDH系统是最方便和最经济的NADH再生
利用纯酶或有机体催化无手性、潜手性化合物 转化为手性产物的过程。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 化非天然有机化合物的生物转化，又称为生物转化 （microbial biotransformation）。固定化酶和固定 化细胞技术可使生物催化反应在连续进行生物转化， 这将使生物催化法具有工业化应用价值。
底物偶联法
定义：在反应过程中添加辅助底物（供体），在 相同酶催化下实现主要底物和辅助底物同时转化， 但两者方向相反。为了使反应朝向所需方向进行， 一般使辅助性底物过量，以保证转换数TTN超过 103。
酶偶联法
酶偶联途径是利用两个平行的氧化还原反应酶 系统，一个酶催化底物转化，另一个酶则催化辅酶 循环再生。为了达到最佳效果，两个酶的底物相对 独立，以避免两个底物竞争同一个酶的活性中心。