第八章 生物基精细化学品

HCl.H2N
CH3 NH2 .HCl
Na2Cr2O7, H2SO4
CH3
O CH3 CH3
保险粉 C6H6
TM
(2)异植物醇（IPL）的合成 (Roche,BASF,西南化工研究院）
O OH OH
+ HC
CH
Lindlar catalyst
Al(i-PrO)3 CH3COCH2COOEt
O
HC
CH
龙虾和河虾中的壳聚糖和红色素。
羊毛提炼过程中的羊毛脂、羊毛脂醇和胆固醇。
（1）半合成制备抗癌药物紫杉醇
（2）香草醛
重要的香料，产量14000吨/年；香草豆中提取，但含量仅为1.5-2.0%。 香草豆市场动荡：2004年全球产量1975吨，2005年1275吨，2004年 60$/kg，2003年500$/kg。 挪威Borregaard公司通过化学氧化法从天然木质素合成香草醛，2000 吨/年，1吨树木可炼制4公斤。 两步酶法转化阿魏酸（3）制备香草醛，700$/kg，远高于化学合成的 价格10$/kg。
O OH OH
+ HC
CH
Lindlar catalyst
Al(i-PrO)3 CH3COCH2COOEt
O
HC
CH
Na， NH3 甲基庚烯酮 脱氢芳樟醇
OH
（-）-薄荷醇
需求15000吨/年。
20%通过化学合成制得，生成8种异构体，仅（1R,2S,3R） -（-）-薄荷醇有效。
Takasago半合成工艺：
分为高密度胆固醇和低密度胆固醇，前者对心血管有保护 作用，通常称之为“好胆固醇”，后者偏高，冠心病的危 险性就会增加，通常称之为“坏胆固醇”。血液中胆固醇 正常含量每单位在140-199毫克之间。
控制胆固醇（cholesterol ）
成年美国人25%胆固醇偏高。
高胆固醇食物：猪脑、动物内脏、蛋黄、鱿鱼、贝壳类、 奶油、黄油、羊肉、猪油、牛油等动物油脂中含有较多胆 固醇。而且，这些油脂中的饱和脂肪酸还可以促进肝脏合 成更多的胆固醇。
第八章 生物基精细化学品
1. 大豆和玉米加工过程
2. 大豆和玉米基植物化学品
3.来源于其他生物质资源的精细化学品
Product of Biorefinery
高值产品 生物基材料
+
植物化学品（phytochemicals）+ 高附加值发酵产品
玉米湿磨工艺
麸质粗粉 胚芽 麸质饲料
玉米油 胚芽粗粉
大豆加工工艺
（6）蛋白酶抑制剂
（7）生育酚
3.来源于其他生物质资源的精细化学品
（1）植物甾醇（phytosterols）
谷甾醇（大豆，60%）
菜油甾醇（大豆，20%）
Stigmasterol甾醇（大豆，20%）
胆固醇（cholesterol ）
胆固醇是动物组织细胞所不可缺少的重要物质，它不仅参
与形成细胞膜，而且是合成胆汁酸，维生素D以及甾体激 素的原料。
（3）类胡萝卜素（carotenoids）
Β-胡萝卜素
Β-玉米黄质素
黄体素 叶黄素 玉米黄素
类胡萝卜素作用
玉米中的色素主要是胡萝卜素和叶黄素，每千克玉米含 20-80mg。 类胡萝卜素是动物中维生素A的最直接来源，但叶黄素只 起色素作用，不是维生素A的前体；叶黄素可用于治疗眼 科疾病—斑疹恶化。 多烯结构，对光、热和空气不稳定，可用作抗氧化剂。
与胆酸紧密结合，降低结肠癌的发病率。
清除肠道内的毒素和硬化物质。
……
（六）蛋白酶抑制剂（protease inhibitors）
蛋白酶抑制剂占大豆蛋白总量的~6%，也存在玉米、水稻 等其他农作物中。 Bowman-Birk Inhibitor （BBI），相对分子量8000的多肽， 是有效的胰凝乳蛋白酶和胰岛素抑制剂；还可以用于辐射 保护药物。 α-淀粉酶抑制剂。
小麦胚芽
生育酚的结构式
维生素E（α-生育酚）
维生素E（α-生育酚）立体异构体的生物活性
天然维生素E
天然维生素E从天然植物油提取，对人体无副作用，可以长期服用。
合成VE是以石油化工副产物为原料制成，有化工中间产物（主环）， 对人体健康存在潜在威胁，不适宜长期服用。
而且天然维E具有较高的生物活性，是合成维生素E的2倍，所以更容 易被人体吸收利用，其生物利用度为合成维生素E的2-8倍。 天然维生素E的抗氧化和抗衰老性能指标都数十倍于合成维生素E。 在欧美发达国家，天然维生素E几乎全部被用于人类保健品和药品生 产，而合成维生素E被逐渐禁止应用于人体食用，而只用于饲料加。
99.7%ee
（七）抗疟疾特效药—青蒿素
（八）抗禽流感药—达菲
物达菲的手性制造
抗禽流感药物（Tamiflu，商品名：达菲）
路线一：
八角
提取
莽草酸
化学合成
达菲
含量少，提取分离成本高
路线二： 微生物合成 化学合成
葡萄糖
莽草酸
达菲
可以规模生产，避开原有工艺专利
（九）酵母炼制精细化学品
生物反应
生物分离
Rhodia 合成工艺
儿茶酚
可以葡萄糖为原料，通过微生物转化制备儿茶酚
（3）单萜（异戊二烯二聚体C10）
两种松萜可来自松树加工硫酸盐纤维素过程的副产物—— 天然硫酸盐松脂。 柠檬精油可从柑橘或柠檬皮中提取。
柠檬精油烷氧基化—固体酸催化
芳樟醇的半合成工艺
四元环不稳定
芳樟醇的化学合成工艺 （Roche、BASF、NHU、西南化工研究院）
国际与国内市场酶制剂销售额比例
其它
其它行业用酶 焙烤食品用酶
国际
洗涤剂用酶 洗涤剂用酶 纺织用酶 乳制品用酶 酿酒用酶 饲料用酶 焙烤食品用酶 其它行业用酶
国内
洗涤剂用酶
饲料用酶
酿酒用酶
乳制品用酶 纺织用酶
淀粉、酒精用酶
洗涤剂用酶
淀粉、酒精用酶
其它
关于作业
C4二酸（丁二酸、富马酸、苹果酸） 葡萄糖二酸 木糖醇\阿拉伯醇 不需要写出反应式的立体构型 反应催化剂不作要求 反应步骤要完整（尼龙合成，不是合成己二酸、） 反应结构式要写正确（甲基四氢呋喃，不需要注明中英文 名称 ） 完成优秀同学：吴凌天、韦敏、王震、陈希、童鹏
生物精制
产品
食品添加剂
饲料添加剂
1亿吨
原料和中间体
250万吨
…
需求量
20000亿元左右
国家生化工程技术研究中心—同凯兆业
（十）酶制剂
350 300 306 221
年产量(kt)
250 200 150 100 50 0 1980 1985 1990 8.9 24 85
1995
2000
目前中国已有超过20种酶实现了工业化，年总产值约6亿元 。 其中葡糖淀粉酶、 -淀粉酶 和蛋白酶占 97% 的酶市场， 另外还有果胶酶和纤维素酶。
O
OH
Al(i-OPr)3 MAA
脱氢橙花叔醇COL
法尼基丙酮FA
O
THF, Mg Pd-C, H2
Cl
植物酮PA
OH
第八章 生物基精细化学品
1. 大豆和玉米加工过程
2. 大豆和玉米基植物化学品
3.来源于其他生物质资源的精细化学品
产物精炼副产物—生物基精细化学品
植物油炼制过程中的植物甾醇、软磷脂、生育酚等。 制糖过程中的 甜菜碱、果胶和棉子糖。 从金鸡纳树皮中提取奎宁过程中的奎宁酸。
合理控制胆固醇饮食：多吃鱼、富含纤维食物、大豆制品， 摄入足量的维生素C和少吃高脂类食品。
植物甾醇的作用
自然界中胆固醇主要存在于动物性食物之中，植物中没有胆 固醇，但存在结构上与胆固醇十分相似的物质——植物甾醇。 植物甾醇无致动脉粥样硬化的作用，在肠粘膜，植物甾醇 （特别是谷甾醇）可以竞争性抑制胆固醇的吸收。 甾醇通过微生物发酵可以转化为重要的其他甾体：4-雄甾烯
龙脑烯醛
Bayer-Villiger氧化
如果用间氯过氧苯甲酸 或[Ti]/H2o2则主要产物为环氧化物
（4）生物碱
吗啡和可待因
吗啡最古老的生物碱，1805年德国药剂师从鸦片（太阳晒干 的罂粟乳胶（含吗啡20%））中分离出来。
两条合法的吗啡合成工艺
吗啡衍生物
（5）类固醇（steroid）
Synthesis of Vitamin E
TMHQ
Lewis Acid, ZnCl2
IPL
(1)2,3,5-三甲基氢醌（TMHQ)的 合成
CH3 CH3 CH3
CH3
CH3
O2N
CH3 NO2
H2SO4
HO3S CH3 CH3 CH3
KNO3, H2SO4 HO3S
CH3 CH3 O
Sn, HCl
首先将大豆蛋白从油脂中分离。 从大豆蛋白质中可分离异黄酮、皂素、蛋白酶抑制剂等植物化学品。 粗豆油纯化过程可以得到植物化学品：脱胶—软磷脂，黏土脱色—叶绿
色，水蒸气蒸馏脱臭——甾醇和生育酚，精制—脂肪酸。
第八章 生物基精细化学品
1. 大豆和玉米加工过程 2. 大豆和玉米基植物化学品
（1）植物甾醇 （2）软磷脂 （3）类胡萝卜素 （4）植物雌激素 （5）皂素
-3,17-二、1,4-雄甾二烯3,17-二酮、睾丸激素等。
（2）软磷脂（lecithin）
软磷脂也称为磷脂酰胆碱。 在大豆油加工过程中，通过脱胶过程中粗豆油中分离得到。 软磷脂可用作乳化剂。 参与细胞膜的活动、脂肪运输、类胆碱的神经传递等，也可降 低血浆中胆固醇含量，并提供充足的能提高感知能力的胆碱。
其他名称：甾类化合物 定义：环戊烷多氢菲的衍生物。
种类繁多，包括固醇类、心糖苷配基、胆汁酸、肾上腺皮 质素、维生素D、性激素以及致癌烃类等。
人工合成的类固醇药物如抗炎剂（氢化泼尼松、地塞米
Baidu Nhomakorabea
松），促进蛋白质合成的类固醇药物和口服避孕药等。
类固醇
（六）手性合成中的应用
L-脯氨酸、生物碱在aldol、michael addition 、催化氧 化等反应中的应用。
Na， NH3 甲基庚烯酮 脱氢芳樟醇
OH
(2)异植物醇（IPL）的合成 (Roche,BASF,西南化工研究院）
O
H2 Lindlar catalyst
OH
Al(i-OPr)3
OH
MAA 香叶基丙酮 GA
脱氢芳樟醇
芳樟醇FOL
Cl
OH
Al(i-OPr)3 MAA
THF,Mg 脱氢橙花叔醇COL
(2)异植物醇（IPL）的合成 (Roche,BASF,西南化工研究院）
可降低乳腺癌和前列腺癌的发病率，染料木黄酮还可以降 低有害胆固醇的水平。
异黄酮作用
改善肤质、缓解更年期不适： 抗衰老： 改善经期不适： 预防骨质疏松： 预防心血管疾病： 预防乳腺癌：
改善产后精神障碍
提高性生活质量。
（5）皂素（saponins）
皂素作用
皂素占大豆总质量的~6%。 与胆固醇结合，防止胆固醇在血液中的再吸附。 抑制脂肪在内脏中的堆积，控制肥胖。
β-胡萝卜素
有机合成：ROCHE、BASF，反式；wittig 反应，PPh3O不能回收； DSM发酵：反式；藻类、棕榈油中含大量顺式构型和α-胡萝卜素。
（4）植物雌激素（phytoestrogens）
染料木黄酮
异黄酮苷
每千克大豆蛋白含~40mg植物雌激素，主要是异黄酮类物 质—染料木黄酮和异黄酮苷。
……
白芸豆
（七）生育酚（tocopherols）
天然抗氧化剂。 可从大豆油脱臭馏出物中分离得到。 大豆中含有的主要是γ-生育酚（62%），其次为δ-生育酚 （25%），α-生育酚（12%）和β-生育酚（1%）。 玉米中主要是γ-生育酚和α-生育酚，每千克玉米油中~5001000mg 生育酚。 天然的维生素E是d- α-生育酚，合成维生素E是dl- α-生育酚。 ……