生物催化在绿色化学和新药开发中的应用
绿色化学原理在制药工业中的应用与实践
绿色化学原理在制药工业中的应用与实践一、引言绿色化学是一种注重减少或消除对环境和人类健康的危害的理念和方法，在近年来在各个领域得到广泛应用。
制药工业作为一个对环境要求极高的行业，在日常生产中也越来越注重绿色化学原理的应用，积极探索更环保、更可持续的生产方式。
本文将就绿色化学原理在制药工业中的应用与实践进行深入探讨。
二、绿色化学原理在制药工业中的应用1. 催化剂的使用传统合成方法中通常需要使用大量的有机溶剂和高温高压条件下进行反应，这对环境造成了很大的压力。
而绿色合成过程中，可以利用催化剂来提高反应速率和选择性，降低反应的温度和压力，从而减少对环境的污染。
在制药工业中，催化剂的使用已经成为一种主流技术，例如采用金属催化剂进行还原反应、采用酶催化合成等。
2. 可再生原料的利用绿色合成中提倡利用可再生原料来替代传统的石油化学原料，这样可以降低对非可再生资源的依赖性，减少能源消耗和排放。
在制药工业中，一些药物的合成可以通过利用天然植物提取原料或生物质来实现，降低生产过程的环境影响。
3. 废物处理和资源回收制药工业中产生的废物通常含有有害物质或高浓度的有机物，对环境造成很大的危害。
绿色化学原理中强调对废物的处理和资源回收，可以通过物理方法或化学方法将废物进行处理，提高废物利用率，降低对环境的污染。
4. 精准合成与高效分离技术在制药工业中，一些药物的合成需要高度纯净的反应条件和精确的合成步骤，绿色合成技术可以通过设计精准的反应条件和高效的分离技术，减少废物产生和提高合成产率。
三、绿色化学原理在制药工业中的实践案例1. 化学催化剂在药物合成中的应用以酶催化为例，通过设计合适的酶催化反应条件，可以实现对某些化学反应的高效催化，并达到较高的选择性。
近年来，绿色催化在制药领域得到了广泛应用，例如采用酶催化合成口腔杀菌药物，大大减少了有机溶剂的使用和废物的产生。
2. 可再生原料在药物生产中的利用一些天然植物提取物可以替代传统的合成原料，在药物生产中取得了良好的效果。
绿色化学中用到的技术
绿色化学中用到的技术绿色化学是一种注重减少或避免对环境和健康的不利影响的化学方法。
它致力于开发更加环保、可持续和低碳的化学技术，从而减少对环境的负面影响。
以下将介绍一些在绿色化学中广泛应用的技术。
1. 可再生能源利用技术在绿色化学中，利用太阳能、风能和生物质能等可再生能源是至关重要的。
这些能源可用于化学生产中的加热、制冷和电力需求，减少对传统能源的依赖，大大降低温室气体排放。
2. 绿色溶剂技术传统的有机合成过程通常需要使用有机溶剂，这些溶剂通常对环境和人体健康造成负面影响。
在绿色化学中，研究人员正在开发替代品，例如非挥发性和生物可降解的溶剂。
一些绿色溶剂技术也利用水或二氧化碳等环境友好的溶剂来取代传统的有机溶剂。
3. 催化剂设计和利用催化剂在化学合成中起着至关重要的作用，能够加速反应速率，减少能耗和生成副产物。
在绿色化学中，对催化剂的设计和利用进行了深入研究，以降低催化剂的毒性和使用稀有金属等宝贵材料，开发更具可持续性和高效的催化剂。
4. 原子经济和精准合成技术绿色化学倡导最大限度地利用原料并最小化废弃物的产生，即原子经济原则。
精准合成技术备受关注，其目的是通过设计更智能的合成路线，最大限度地减少副产物的生成。
5. 生物技术应用生物技术在绿色化学中扮演着重要的角色，例如利用微生物来生产生物质燃料和生物基化学品。
生物催化剂也被广泛应用于化学反应中，能够降低能耗和减少废弃物的生成。
6. 垃圾分类和回收技术绿色化学鼓励将废弃物转化为有用的化学品或能源，这需要先进的垃圾分类和回收技术。
利用循环水进行连续反应、废弃物的资源化利用等技术都是绿色化学的重要组成部分。
7. 绿色评估和认证体系为了评价化学品的环境友好程度和可持续性，一些绿色评估和认证体系被引入到化学产业中。
这些体系可以帮助企业和消费者选择更环保和可持续的化学品，推动整个产业朝着更绿色的方向发展。
绿色化学技术的发展不仅能够减少对环境的损害，还能为化学产业的可持续发展提供更多可能。
绿色化学合成技术在制药领域中的应用
绿色化学合成技术在制药领域中的应用绿色化学是一种注重环境保护和可持续发展的合成方法。
在化学合成领域中，绿色化学已逐渐成为一种趋势和发展方向。
其目的是通过创新和改进化学合成方法，降低对环境的影响，实现可持续发展。
在制药领域中，绿色化学合成技术的应用也越来越广泛。
绿色化学合成技术的特点在于，它采用更环保、更经济、更有效的合成方式，减少对环境的破坏和资源消耗。
这种方法包括采用环境友好的溶剂、催化剂、反应条件和固体物质。
通过改进生产过程，绿色化学合成技术可以增加产品的质量和数量，降低废弃物和污染物的排放。
制药业是一个需要高度环保的产业。
绿色化学合成技术在制药领域中的应用，可以大幅度减少或消除对环境的污染和对人体的危害。
更重要的是，这种技术可大大提高生产效率和产品的质量。
下面就结合具体案例来说明绿色化学合成技术在制药领域中的应用。
首先，绿色化学合成技术可以应用于复杂天然产物的人工合成。
天然产物具有多种治疗功能，但往往难以从天然来源中获得足够的药用量。
而目前，经过绿色化学合成技术的改进，已能直接利用简单化学反应将天然产物进行合成。
例如，北美盾叶虎杖中的一种天然产物叫做“血树内酯”，可用于治疗肿瘤。
通过绿色化学合成技术，可以将“血树内酯”进行全合成，以便大规模地生产和应用。
其次，绿色化学合成技术可以用于制备金属有机化合物。
金属有机化合物在制药领域中有广泛的应用。
过去，这类物质的合成常常使用臭氧等强氧化剂，对环境有严重破坏。
近年来，通过绿色化学合成技术的改进，已经能够利用更环保的路径来合成这类物质。
例如，通过采用主体材料分析法，绿色化学合成技术可以制备出具有高活性的铂配合物，这种物质在癌症治疗方面具有很高的潜力。
第三，绿色化学合成技术可用于生物活性小分子的合成。
在制药领域中，生物活性小分子是指具有防止细胞分裂、抗肿瘤、对抗细菌和病毒等多种生物活性的小分子物质。
这类物质的制备常常需要非常复杂的合成路线。
但绿色化学合成技术的应用，可以大大简化这些合成路线，大规模地生产这种生物活性小分子。
绿色有机化学的应用实例
绿色有机化学的应用实例绿色有机化学是指在有机化学领域中，通过绿色化学方法实现环境友好、可持续发展的化学反应和合成过程。
其应用范围广泛，可以用于制备医药、农药、化妆品、涂料等各类化学产品。
以下是几个绿色有机化学的应用实例。
1. 催化还原制备醇类传统的还原制备醇类的方法常使用有毒或易燃的还原剂，如锂铝氢化物、钠汞齐等，不仅存在显著的安全隐患，而且生成的废弃物对环境造成污染。
而基于绿色化学的催化还原技术，可以使用环保无毒的还原剂，如水合肼、氢气等，通过催化剂的作用实现高效、选择性还原反应。
这种技术不仅可以用于制备醇类，还可以用于制备醛、酮等有机化合物。
2. 生物催化合成手性化合物手性化合物是指分子结构中存在手性中心的化合物，具有两种非对称的立体异构体，即左旋体和右旋体。
传统的手性化合物合成方法常使用半合成或全合成的方法，反应条件复杂，废弃物多，成本高。
而生物催化合成手性化合物，可以利用天然酶或修饰后的酶作为催化剂，实现高效、选择性的反应。
这种技术具有反应条件温和、废弃物少、无副产物等优点，已经成为制备手性药物的重要手段。
3. 金属有机骨架材料的制备金属有机骨架材料（MOFs）是指由金属离子或羧酸等有机配体构成的多孔性晶体材料，具有高比表面积、可调节的孔径大小和表面性质等优点，被广泛应用于气体吸附、催化、分离等领域。
传统的MOFs合成方法常使用有机溶剂或有机物作为反应介质，生成的废弃物对环境造成污染。
而基于绿色化学的MOFs制备技术，可以使用水或液态二氧化碳等无机溶剂，通过溶剂热或机械球磨等方法实现高效、可控的合成过程。
这种技术具有反应条件温和、无毒无害、废弃物少等优点，是未来MOFs制备的发展方向。
以上是绿色有机化学的几个应用实例，这些技术的应用不仅有助于保护环境、节约能源、降低成本，而且可以提高化学反应的效率和产品的品质，具有广阔的应用前景。
生物催化技术在绿色化学中的应用
生物催化技术在绿色化学中的应用绿色化学作为一种可持续发展的化学模式，致力于减少有害的化学反应和废物产生。
而生物催化技术则可以被看作是一种环境友好的化学手段，它可以利用微生物酶催化生物反应，不仅具有高效、专一、安全、低成本、易回收等特点，还能大大降低废物排放和能源消耗。
因此，生物催化技术在绿色化学中得到了广泛应用。
一、生物催化技术在制药工业中的应用在制药工业中，传统化学合成方法所使用的大量有机溶剂、毒性重金属催化剂、产生大量废弃物等问题已经引起了越来越大的关注。
而生物催化技术所使用的酶催化反应所需的溶剂量少，催化剂环境友好，废弃物清洁易处理，因而成为制药工业中绿色化学的发展方向。
例如，利用生物催化技术可以生产高价值的药物，如头孢菌素和广谱抗生素。
传统合成方法使用的催化剂是毒性高、易污染环境的溴酸水银钠，而利用生物催化技术可用头孢菌素C酰化酶催化头孢菌素和苯乙酸基底物反应，即可高效地合成头孢菌素。
此外，利用生物催化技术还可以生产多肽类药物，通过基因工程改造、蛋白质工程技术和绿色化学方法成功地合成了一系列具有生物活性的多肽类药物，如生长激素、人胰岛素、粘附素等。
二、生物催化技术在工业催化中的应用在工业催化领域，生物催化技术可以被应用于制备化学品和燃料，在罕见金属和有害化合物的使用方面具有优势。
生物催化技术可以被用于制备无机化合物，如锂离子电池最重要的制备原料之一的碳酸锂。
利用钠辣根过氧化酶可将碳酸钠催化氧化为碳酸锂，反应产物纯度高，同时废弃物无毒。
在有机化合物类锂生产中，生物催化技术同样具有重要的优势。
利用微生物可便利地将含有硫酸锂和其他化学物质的废物转化为可以再次使用的化学品，生物催化技术同时也可用于生产少数特定萘类和哌嗪类产品。
三、生物催化技术在环境修复中的应用生物催化技术还可以被应用于环境修复领域，主要通过微生物代谢作用来降解污染物。
例如，利用微生物在水中催化多环芳烃的降解，建立多环芳烃降解的菌株库；利用一些特殊的植物根系渠道是一种生物物理耦合技术模型，通过植物根系和微生物共同作用将土壤中的有机物降解，从而达到生态修复的目的。
生物催化在化学合成中的应用研究
生物催化在化学合成中的应用研究在化学合成领域，生物催化作为一种新兴而高效的技术，正逐渐展现出其独特的优势和广阔的应用前景。
生物催化利用生物体内的酶或微生物细胞作为催化剂，能够在温和的条件下实现高选择性、高效率的化学反应，为化学合成带来了新的思路和方法。
生物催化的核心在于酶的作用。
酶是生物体内产生的具有催化功能的蛋白质，它们能够特异性地识别底物，并加速化学反应的进行。
与传统的化学催化剂相比，酶具有许多显著的优点。
首先，酶具有极高的催化效率，往往能够在极短的时间内完成大量的化学反应。
其次，酶的选择性非常高，可以精确地控制反应的方向和产物的构型，从而减少副反应的发生，提高产物的纯度。
此外，酶催化反应通常在常温、常压和近中性的条件下进行，这不仅降低了反应的能耗和设备要求，还减少了对环境的污染。
在化学合成中，生物催化已经广泛应用于多个领域。
例如，在制药工业中，生物催化被用于合成各种药物中间体和活性成分。
通过酶催化的不对称合成，可以得到具有特定光学活性的药物分子，提高药物的疗效和安全性。
以布洛芬的合成为例，传统的化学合成方法需要多步反应，且条件苛刻，产物的光学纯度难以保证。
而利用生物催化技术，通过特定的酶催化反应，可以直接得到具有高光学纯度的布洛芬，大大简化了合成路线，降低了成本。
在精细化工领域，生物催化也发挥着重要作用。
例如，在香料和香精的合成中，酶催化反应可以实现天然香料成分的高效合成，满足消费者对天然、绿色产品的需求。
此外，在化妆品原料的合成中，生物催化技术也能够生产出更加温和、安全的成分。
生物催化在有机合成中的应用也日益增多。
例如，在碳碳键的形成反应中，酶能够催化一些传统化学方法难以实现的反应，为有机合成提供了新的途径。
在氧化还原反应中，酶可以在温和条件下实现高选择性的氧化或还原，避免了使用强氧化剂或还原剂带来的环境污染和安全隐患。
然而，生物催化在化学合成中的应用也面临一些挑战。
首先，酶的稳定性和可重复使用性是一个重要问题。
绿色化学合成及其在生物制药中的应用研究
绿色化学合成及其在生物制药中的应用研究随着人们对健康意识的提高，越来越多的人开始倾向于选择天然绿色的健康产品。
生物制药的兴起也推动了绿色化学合成技术的发展。
绿色化学合成是指在不使用化石燃料、不产生危险废弃物和不危害人类健康的前提下，合成有用化学物质的工艺。
绿色化学合成技术主要从以下几个方面进行改进：1.节能减排绿色化学合成技术通过光催化、微波辐射、超声波及高压催化等技术，以实现氧化还原反应、酯化反应等多种的反应。
这些反应产生的副产物极少，且大部分为无害物质。
2.替代有毒、易燃有害物质传统的化学合成工艺使用许多有毒物质，因此在绿色化学合成技术中，需要替代这些有毒、易燃有害物质。
例如利用植物提取物替代化学溶剂，如水代替有机溶剂。
3.可持续发展绿色化学合成技术的可持续发展是指该技术所产生的废弃物能够充分利用，并回收利用。
例如利用生物质替代化石燃料、减少用水，以及实现垃圾的资源化利用等。
现在，人们借助绿色化学合成技术，正在进行着生物制药的合成研究。
以下是几个案例。
1.生物碱合成生物碱是一种重要的化合物，它具有广泛的生物活性和药理活性。
传统的生物碱合成过程涉及许多有害物质，例如氰化物、氧化铜等。
近年来，菌株工程及酶工程技术的进步，使生物碱合成过程更加规范、绿色和可持续。
2.多肽合成多肽是一种重要的蛋白质类分子，其具有重要的生理、免疫和药理活性。
多肽的合成过程通常需要大量的有毒溶剂和复杂的步骤。
通过采用绿色化学合成技术，例如酶促反应，可以在减少废物的情况下，高效地合成多肽。
3.天然产物合成天然产物具有多种药理活性和生物活性，因此被广泛用于生物制药中。
传统的天然产物合成需要大量的有害溶剂和化学试剂，并且步骤繁琐，加大成本。
采用绿色化学合成技术，可以将天然产物的合成步骤与分离过程进行一体化，从而达到化学合成工艺的“绿色化”要求。
4.生物制药的绿色制备除了上述的药物合成研究，绿色化学合成技术还可以在生物制药制备过程中得到应用。
药物合成相关的绿色化合成技术
药物合成相关的绿色化合成技术药物合成是一个复杂的过程，它需要多步反应、高温高压条件和大量使用有毒有害物质。
这些条件都在一定程度上影响了环境和人类生活的健康。
因此，绿色化合成技术在药物合成中的应用成为了越来越热门的话题。
本文旨在介绍几种药物合成相关的绿色化合成技术。
1. 溶剂替代技术传统的药物合成过程中，有机溶剂是必不可少的。
然而，这些溶剂通常具有高挥发性、易燃易爆、毒性大等特点，它们对环境和人类健康都造成了威胁。
因此，利用绿色化学的溶剂替代技术可以有效地降低这些负面影响。
比如，使用水或生物质溶剂代替传统的有机溶剂，既可以减少有害物质的排放，也可以提高反应的效率和产率。
2. 微波辅助合成技术利用微波辐射加速反应是一种现代化学技术，它可以明显减少药物合成中所需的反应时间和化学用量，提高反应产率和选择性。
此外，微波辐射也可以实现某些传统合成方法中难以完成的化学反应。
这种技术还可以减少有害废物的产生、提高反应效率、节约能源等，具有重要的实际应用价值。
3. 催化剂技术催化剂技术在绿色化学中起着重要作用。
催化剂可以促进单一反应中的化学转化，降低温度和压力条件下的反应障碍。
常用的催化剂包括金属催化剂、生物催化剂、酶催化剂等。
利用催化剂技术，可以有效减少有毒有害副产物的产生，提高合成效率和产率，从而实现环境友好型合成。
4. 生物合成技术利用生物技术合成药物是一种新兴的绿色化学技术。
它通过利用微生物、酵母、真菌等作为生产者合成药物分子，不仅具有高效、高产、高选择性等优点，同时也降低了剩余废料的产生和对环境的危害。
因此，生物合成技术被广泛应用于药物研发过程中。
总之，绿色合成技术的应用对于减少对环境和人类健康造成的影响，提高药物合成效率和产率具有重要的意义。
在今后的科学研究和技术开发中，绿色合成技术将会成为一种重要的发展方向。
绿色化学制药技术
绿色化学制药技术绿色化学制药技术是一种新型的制药技术，其核心是利用绿色化学理论和技术，实现制药过程的绿色化和低碳化。
本文将介绍绿色化学制药技术的主要内容，包括绿色合成技术、生物催化技术、高效提取技术、低碳排放技术、能源节约技术、废弃物再利用技术和无毒或低毒溶剂替代技术。
1.绿色合成技术绿色合成技术是一种通过选择绿色原料和催化剂，优化反应条件，减少废物和污染物的产生，实现制药过程绿色化的技术。
该技术包括高效合成方法和环境友好的催化剂开发。
其中，绿色催化剂是实现绿色合成技术的关键之一。
例如，固体酸催化剂可以替代传统的液体酸催化剂，减少废水的产生。
另外，一些新的绿色合成方法，如微波合成和超声波合成等，也可以显著提高合成效率和减少废物产生。
2.生物催化技术生物催化技术是一种利用生物催化剂进行化学反应的技术。
与传统的化学反应相比，生物催化技术具有反应条件温和、选择性高、产物易分离等优点。
在制药行业中，生物催化技术可用于生产手性药物、药物中间体等。
同时，生物催化技术还可以将废弃物转化为有用的化学品，如利用葡萄糖生产己二酸和二元酸等。
3.高效提取技术高效提取技术是一种利用先进的分离技术和设备，从天然药物中提取有效成分的技术。
该技术可以提高提取效率和产品质量，减少对环境的影响。
例如，超临界流体萃取技术是一种高效、环保的分离技术，可用于从植物中提取有效成分。
另外，高效膜分离技术和色谱分离技术等也广泛应用于天然药物的提取和分离过程中。
4.低碳排放技术低碳排放技术是一种通过优化制药过程和工艺流程，减少温室气体排放和能源消耗的技术。
该技术包括节能技术和减排技术等。
例如，利用热回收技术和能源管理系统等节能技术可以减少制药过程中的能源消耗。
另外，利用生物降解技术和废弃物再利用技术等减排技术可以减少制药过程中的废物排放。
5.能源节约技术能源节约技术是一种通过优化制药过程和工艺流程，提高能源利用效率的技术。
该技术包括能源回收技术和节能技术等。
绿色催化剂的研究与应用进展
绿色催化剂的研究与应用进展近年来，绿色化学领域的快速发展引领了催化剂研究的新方向。
绿色催化剂是指那些具有高效催化性能，同时对环境友好且可持续发展的催化剂。
研究人员致力于开发绿色催化剂，以降低催化反应的能耗、提高催化剂的催化活性和选择性，并减少催化反应产生的有害副产物。
本文将介绍绿色催化剂的研究进展和应用领域。
绿色催化剂的研究主要集中于以下几个方面：可再生催化剂、纳米催化剂和生物催化剂。
可再生催化剂是指那些可以通过再生回收或再生制备的催化剂，以减少资源的消耗和废物的排放。
纳米催化剂是指具有纳米尺寸的催化剂颗粒，具有较大的比表面积和更好的催化活性和选择性。
生物催化剂是指利用生物体内的酶或细胞作为催化剂，通过生物催化反应来实现环境友好的催化转化。
可再生催化剂的研究颇具潜力。
一种常见的可再生催化剂是基于金属有机骨架材料（MOFs）的催化剂。
MOFs具有高孔隙性和可调控性，在催化反应中表现出良好的催化性能。
研究人员通过调控MOFs的结构和组分，可以获得特定的催化性能，例如高效的催化活性和选择性。
另外，研究人员还开发了一些可再生催化剂，如基于二氧化碳的催化剂和基于可再生能源的催化剂，以提高催化反应的可持续性和环境友好性。
纳米催化剂在催化领域中占据重要地位。
纳米催化剂的纳米尺寸和高比表面积使其具有优异的催化性能。
例如，金属纳米颗粒可以提高催化活性和选择性，而金属氧化物纳米颗粒可以提高催化剂的稳定性和再生性。
此外，通过调控纳米催化剂的形状、大小和组分，可以实现特定的催化反应和所需的产物。
纳米催化剂还可以通过载体材料的设计和选择，实现其在催化反应中的高效利用。
生物催化剂是一种具有广阔前景的研究方向。
生物催化剂可以大幅度降低催化反应所需的温度和压力，减少对稀有金属的需求，并降低副产物和废物的排放。
酶和细胞作为生物催化剂，可以通过生物废物、农业废弃物等廉价和可再生的原料来催化反应，实现生物质资源的高效利用。
此外，生物催化剂还具有高效催化活性和优异的催化选择性，因此在多个领域具有广泛的应用前景。
新型生物催化剂在绿色化学合成中的应用
新型生物催化剂在绿色化学合成中的应用近年来，随着环境保护和可持续发展的重要性日益凸显，绿色化学的概念在许多领域受到广泛关注。
绿色化学追求使用环境友好的化学方法和催化剂来替代传统的污染性化学合成过程。
在这一背景下，新型生物催化剂成为了一个备受研究关注的领域。
本文将聚焦于新型生物催化剂在绿色化学合成中的应用。
一、生物催化剂的概念及特点生物催化剂是指生物体内的酶或微生物，它们具备高效、选择性和绿色环保的特点。
与传统的化学催化剂相比，生物催化剂具有以下优势：首先，生物催化剂可以在温和的条件下完成反应，能够避免高温和高压对环境和催化剂的损害，从而减少能源和原料的消耗。
其次，生物催化剂具有很高的反应选择性，可以以极高的产率和纯度合成目标产品，避免了副反应和废旧产物的生成，降低了废物处理的成本。
另外，生物催化剂可与其他反应物或催化剂进行相对容易的回收和再利用。
这种可重复使用的特性使得生物催化剂成为一种经济高效的选择。
二、新型生物催化剂的分类和应用新型生物催化剂主要包括酶和微生物两大类，下面将对其进行分类并探讨其在绿色化学合成中的应用。
1. 酶类生物催化剂酶是一类高效的生物催化剂，可以催化多种化学反应，在绿色化学合成中具有广泛的应用潜力。
(1) 氧化还原酶的应用氧化还原酶是一类能够催化氧化还原反应的酶，如过氧化物酶和双氧水酶等。
这些酶在有机合成中可以替代传统的有毒氧化剂，例如磷酸铃和高价金属氧化剂。
通过催化氧化还原反应，这些酶能够高效、选择性地合成目标化合物。
(2) 转移酶的应用转移酶是一类能够催化化学物质转移反应的酶，如酰基转移酶和甲基转移酶等。
这些酶在合成有机化合物时能够替代传统的有毒试剂，例如有机氧化剂和有机卤化物。
通过催化转移反应，这些酶可以高效、选择性地合成特定的功能化合物。
2. 微生物类生物催化剂除了酶类生物催化剂之外，微生物也具备优异的催化能力，可以在绿色化学合成中发挥重要作用。
(1) 细菌的应用细菌是一类常见的微生物催化剂，具有广泛的应用潜力。
生物化学反应技术在制药领域中的应用
生物化学反应技术在制药领域中的应用随着生物科技的不断发展，制药领域也逐渐向生物科技领域转型。
生物化学反应技术因其作用准确、效率高、环境友好等优势，成为制药领域中应用较多的技术之一。
本文将从该技术的原理、应用领域、发展趋势等方面进行阐述。
一、生物化学反应技术的原理生物化学反应技术是将生物体或器官内的酶或其他分子作为催化剂，进行的具有生物学特征、在特定条件下能够催化某种化学反应的技术。
其原理是利用生物体或器官中具有特定化学功能的生物分子，在一定反应条件下特异性地催化化学反应。
生物化学反应技术的基础是生物催化学，也称酶学。
这些生物催化剂本身是蛋白质，具有特异性选择性和高效性，可在水溶液体系中催化多种化学反应，而不会生成不良产物。
二、生物化学反应技术在制药领域的应用领域1、新药开发。
生物化学反应技术在新药开发中起到了重要作用，通过酶介导合成、酶促反应和酶介导催化等技术，实现了新型化合物的制备，如人重组蛋白等。
同时在药物代谢动力学方面，对药物的毒理学、药物结构与功能关系的研究也有很大的作用。
2、药物分离和制剂。
生物化学反应技术在药物分离和制剂方面也具有重要意义。
利用酶的特异性和高效性，可将某种化合物从混合物中提取出来，减少纯化成本，提高生产效率。
3、诊断和检测。
生物化学反应技术在药物诊断和检测方面也有广泛应用。
酶标记和荧光标记技术可用于诊断和检测血液、尿液、唾液等生物体中的离子、多肽、蛋白质等成分，对于疾病的诊断和治疗有着重要的作用。
三、生物化学反应技术在制药领域的发展趋势生物化学反应技术在制药领域的应用前景广阔。
未来，该技术将继续发挥重要作用，我国也将继续积极推广生物化学反应技术的研究和应用。
随着人们对生物分子结构的了解逐渐加深，生物化学反应技术将会在更多细节上得到拓展，从立体构象和酶应力表达到底物的化学性质、反应的动力学和热力学稳定性等方面开展探索与研究。
四、结语生物化学反应技术是一项较为成熟的技术，其在制药领域的应用将为人们提供更加优良的药物及其成品，同时也有望加速生物科技与医药行业的融合，打破传统药物制剂的限制，提高药物治疗效果及安全性。
生物催化在绿色化学和新药开发中的应用_陈振明
化 学 进 展
PROGRESS IN CHEMISTRY
Vol . 19 No. 12 Dec. , 2007
生物催化在绿色化学和新药开发中的应用 3
陈振明1 刘金华2 陶军华2 ,3 3 3
(1. 浙江工业大学生物与环境工程学院 , 杭州 310032 ; 2. 杭州师范大学材料与化学化工学院 ,杭州 310036 ; 3. BioVerdant , Inc. , 7330 Carroll Road , San Diego , CA 92121 , USA)
关键词 基因库 蛋白质库 生物催化 绿色化学 天然药物 药物合成 代谢工程 中图分类号 : Q814 ; O62113 + 3 文献标识码 : A 文章编号 : 10052281X(2007) 1221919209
Biocatalysis for Green Chemistry and Drug Development
选往往是定向进化中最费时费钱的步骤 。因此 ,有
图式 2 利用腈水解酶合成 pregabalin[7 ,8] Scheme 2 Synthesis of pregabalin by nitrilases[7 ,8]
利用定向进化的 另 一 个 例 子 是 用 于 ( R ) 242 cyano232hydroxybutyric acid (阿托伐他汀合成路线的 关键中间产物) 合成的腈水解酶的改造 ( 图式 3) 。 初步筛选获得的腈水解酶可在 24 h 内把 32羟基戊 二腈 ( HGN) 完全转化为 ( R) 242氰基232羟基丁酸 ,底 物浓度为 3molΠL 时产物 ee 值为 88 %[17] 。通过基因 位点饱和突变 ( GSSMTM) ,把该酶第 190 位的丙氨酸 变成组氨酸后[18] , 底物浓度为 3molΠL 时 ,该酶能在 16 h 内将底物 100 %地转化 ,产物 ee 值为 99 %[19] 。
生物酶在绿色合成中的应用
生物酶在绿色合成中的应用自然界中的生物酶在许多化学反应中都有极为重要的作用，因此在化学合成中的应用也越来越广泛。
生物酶不仅具有高效、高选择性、低能耗和环保等优点，也是一种绿色化学的代表。
本文将围绕生物酶在绿色合成中的应用展开讨论。
一、生物酶的独特性质生物酶是一种生物催化剂，具有高效催化、高选择性、反应条件温和等独特性质。
相较于无机催化剂，生物酶需要的反应条件更加温和，不需要高温高压和强酸强碱等条件，因此具有更高的安全性和环保性。
同时，酶具有高选择性，可对特定的底物进行催化，从而获得高纯度产物。
这种高效催化和高选择性，使得生物酶在化学合成中的应用具有很大的优势。
二、生物酶在化学合成中的应用1、药物合成生物酶在药物合成中的应用非常广泛，如潜在的抗癌药物Paclitaxel（紫杉醇）的生物合成就利用了多个种类的酶。
此外，还有许多其他的重要药物，如头孢菌素类、利福平等都是通过生物酶来合成得到的。
生物酶的高效和高选择性，为药物合成提供了一种有效的途径，而且制得的药物更为纯净，对人体的毒副作用更小。
2、环境保护生物酶在环境保护中也有广泛的应用，如酶降解工艺、酶生物传感器等。
酶降解工艺利用酶的高效催化特性来降解有机废物，从而减少对环境的污染。
而酶生物传感器则是用来检测环境中的污染物，通过对酶的反应来判断环境中有无污染物质。
3、食品加工生物酶在食品加工行业中有着广泛的应用，如制作面包、干酪、啤酒等。
在制作面包时，添加面团调节剂利用酵母的酶活性促进生面团的发酵，使面包更松软可口。
在干酪的制作过程中，乳酸菌在牛奶中催化乳糖，产生乳酸，在此基础上加热使蛋白凝固就可制作成干酪。
而在啤酒制作中，发酵酵母利用其酶活性，将麦芽中的淀粉转化成糖分，进而发酵成酒精和二氧化碳。
三、生物酶在绿色化学中的地位生物酶具有高效、高选择性、低能耗和环保等优点，是一种典型的绿色化学代表。
在绿色合成中的应用是当前绿色化学的重要方向之一。
生物酶可以替代化学催化剂，降低化学合成中的污染和环境风险，同时还可以提高底物的利用率和产物纯度。
绿色化学在工业中的应用
绿色化学在工业中的应用随着环保意识的不断增强，工业界也越来越注重环保问题。
为了减少环境污染、降低能源消耗，绿色化学已广泛应用于各个领域，特别是工业领域。
绿色化学的应用不仅可以减少环境污染，还可以提高生产效率和品质。
本文将对绿色化学在工业中的应用做详细介绍。
1. 绿色溶剂的应用传统化学合成中常用的溶剂通常是有机溶剂，如乙醇、苯、氯仿等。
这些有机溶剂在化学反应中有很大的用处，但是它们也存在很多缺点，如易燃、毒性大、不可再生等。
而绿色化学合成中常用的溶剂主要是水和一些非挥发性有机溶剂，如PEG、DMF、DMSO等。
使用绿色溶剂可以避免有机溶剂中的有害成分对环境的污染和对操作者的健康的影响。
2. 生物转化工艺的应用在化学合成中，使用微生物、酶等生物催化剂可以降低反应条件，提高反应速度、选择性和产率，减少废物排放，被广泛应用于制药、食品、化工等领域。
而一些生物反应可以从开发绿色药物、高附加值精细化合物、生物燃料等产业中受益，并为解决环境和资源问题贡献力量。
3. 绿色化学催化剂的应用绿色催化剂是指那些能够在较低温度、较低压力和较短反应时间下，促进反应的发生，同时最大程度地保护环境和节省能源。
绿色化学催化剂具有很好的选择性、高效、易于分离和回收等特点，大大提高了反应的效率和产率。
例如，采用复合催化剂可以实现绿色、高效、快速催化合成。
4. 绿色表面处理技术的应用表面处理是指对材料表面进行改性或传递功能的工艺。
传统的方法包括电镀、喷涂等，这些方法存在许多缺点，如工艺复杂、耗能高、污染环境等。
而绿色表面处理技术主要包括溶胶-凝胶法、活性气体处理法、等离子体处理法等。
它们具有少废物、低耗能、操作简单、可再生等多种优点。
5. 绿色催化剂的制备催化剂是化学合成中不可或缺的工具，其制备工艺对环境保护和资源节约具有重要意义。
传统制备催化剂过程中通常需要使用有机溶剂、酸碱等强腐蚀性试剂，制备过程需要高温高压操作，具有污染环境和消耗能源等缺点。
绿色化学技术在制药工业中的应用
绿色化学技术在制药工业中的应用随着人们对环境保护和可持续发展的重视，绿色化学技术在各个领域的应用也逐渐成为了一种趋势。
制药工业作为与人类健康息息相关的产业，对于绿色化学技术的应用尤为重要。
本文将就绿色化学技术在制药工业中的应用进行探讨。
绿色化学技术是指在化学过程中减少或者消除对环境和人类健康的影响，实现资源的高效利用和最大程度的循环利用。
在制药工业中，绿色化学技术的应用可以体现在许多方面。
在合成药物的制备过程中，绿色化学技术可以减少或避免使用对环境造成污染的化学物质。
采用催化剂促进反应，可以减少对有害原料的使用，降低反应温度和压力，从而降低能耗，减少废弃物的产生。
采用生物合成法合成药物也是绿色化学技术的一种具体应用，通过利用微生物或者酶的活性来合成目标化合物，既可以避免对环境的负面影响，又可以提高合成效率。
绿色化学技术在制药工业中也体现在药物包装与输送过程中。
采用可降解的包装材料，减少对于塑料垃圾的产生，避免对环境造成污染；采用微胶囊技术、纳米技术等，提高药物的稳定性和可控释放性，降低药物的用量，减少药物残留对环境的影响；采用超临界流体技术进行药物的精细分离和纯化，不但避免了对环境的污染，也提高了产品的质量。
绿色化学技术在药物废弃物的处理和回收利用方面也具有重要意义。
药物在体内代谢后，往往会以代谢物的形式排入环境中，对水体和土壤产生污染。
采用绿色化学技术可降解的药物设计，可以降低药物代谢产物对环境的影响；采用生物技术或者仿生技术进行药物废水的处理，可以将大部分药物废水中的有害成分去除，减少对环境的污染；采用化学物质的再生利用技术，可以降低废弃药物带来的资源浪费，提高资源的利用率。
绿色化学技术在制药工业中有着广泛的应用前景。
随着绿色化学技术的不断发展与完善，相信在未来的制药工业中，绿色化学技术将会发挥越来越重要的作用，为人类的健康和可持续发展做出更大的贡献。
化工行业的五个最新绿色化学品技术
化工行业的五个最新绿色化学品技术随着环境保护意识的增强和可持续发展的需求，绿色化学品技术在化工行业中正受到越来越多的关注。
本文将介绍五个最新的绿色化学品技术，为读者提供关于绿色化学品技术的全面了解与掌握。
一、生物催化技术生物催化技术是一种利用酶或微生物催化作用来实现绿色化学品生产的技术。
相比传统的化学合成方法，生物催化技术具有高效、选择性强、废弃物产生少的优势。
例如，通过酶的催化作用，可以将生物质转化为生物柴油和生物酒精等绿色燃料，减少对化石能源的依赖，降低对环境的负面影响。
二、可再生能源应用化工行业的可再生能源应用是满足绿色化学品生产需求的重要途径之一。
太阳能、风能等可再生能源被广泛应用于化工生产中的电力供应、蒸发过程和酸碱制备等环节，减少了对传统能源的消耗，并降低了二氧化碳的排放。
此外，可再生能源的使用还可以为化工企业带来经济效益和市场竞争力。
三、溶剂代用技术传统的溶剂在化学品生产过程中存在着挥发性大、对环境有害等不足之处。
而溶剂代用技术的出现，有效地解决了这些问题。
溶剂代用技术是指用绿色溶剂代替传统有机溶剂，具有环保、高效、可持续等特点。
例如，水是一种绿色溶剂，广泛应用于化学品生产中，可以降低毒性物质的使用量，减少对环境的污染。
四、催化剂的开发与应用催化剂在化学品生产过程中起到重要的作用，可提高反应效率，降低温度和压力要求，减少副产物的生成。
近年来，随着科学技术的不断发展，绿色催化剂的研发和应用成为化工行业的热点。
绿色催化剂具有高效、选择性好、可回收等特点，在化学品生产中广泛应用，帮助企业实现高效绿色生产。
五、废弃物资源化利用废弃物资源化利用是一种将废弃物转化为有价值化学品的技术。
通过对废弃物的处理和提取，可以获得对环境友好的绿色化学品产品。
例如，废弃塑料可以通过催化转化技术转化为可降解材料，废弃植物可以制备生物燃料和生物塑料等。
废弃物资源化利用不仅有效减少了废弃物排放和环境污染，还提高了化工行业的可持续发展水平。
绿色化学合成在药物研发中的应用
绿色化学合成在药物研发中的应用随着现代化学技术的快速发展，绿色合成已被广泛关注。
绿色化学合成是指利用环境友好型反应条件，实现无毒、无废物、高效的合成方式。
这种方法在药物研发中也已得到了广泛的应用。
本文就绿色化学合成在药物研发中的应用进行探讨。
绿色化学在药物研发中的意义传统的药物研发过程中，大量化学试剂和试剂副产物会生成毒性废物。
这些废物危害环境不说，其对人类和动物的健康也造成了极大的损害。
而绿色化学合成正是为了解决这些问题而提出的。
绿色化学合成的理念是实现无污染、无废物、绿色环保的生产方式。
采用绿色化学合成的药物研发，能够降低废弃物排放和污染物数量，保护环境。
同时，对人体的无毒有利于人体健康。
基于绿色化学原则的药物研发目前，越来越多的医药公司开始采用绿色合成的方法进行药物研发。
下面将从反应条件、催化剂等方面探讨绿色化学在药物研发中的应用。
反应条件在绿色化学合成中，温和反应条件是非常重要的。
通常情况下，绿色化学合成以水为溶剂，而非有机溶剂。
这是因为水具有良好的可再利用性，使得废弃物排放量大大降低，并且对环境和人体较为友好。
此外，绿色化学合成还采用了微波辐射、超声波等新技术，以提升反应效率。
这些技术具有高效、低能耗、无污染、可控性好等优点，因此得到广泛应用。
催化剂绿色催化剂是一种非常重要的绿色合成工具，可以促进药物研发反应，同时还可以减少垃圾和消耗成本。
相对于传统催化剂，绿色催化剂更加环保，不产生有毒的废物。
常见的绿色催化剂有生物碱类、氨基酸类、离子液体等。
这些催化剂能够提高药物合成效率、减少化学废物排放，因此在药物研发中得到广泛应用。
案例分析：绿色化合成药物以抑制HIV病毒的药物代那韦为例，采用传统方法合成的话，需要使用大量的化学试剂，其中包括对生物体毒性较大的过氧化氢。
而采用绿色合成法，则可采用由氧化亚铜和名为齐墩果的天然物质催化的缩合反应实现代那韦的高效合成，反应条件温和，劣质无毒废物产生，大大降低了反应中垃圾产生和化学反应对环境的污染。
生物技术在绿色化学中的应用
生物技术在绿色化学中的应用近年来，随着全球环境问题日益严重，绿色化学的概念逐渐广为人知。
绿色化学是指采用环境友好、安全、节约能源和资源的方法和技术，来合成、加工和处理化学品。
在这样一个背景下，生物技术成为了绿色化学领域中的一支重要力量。
本文将介绍生物技术在绿色化学中的应用。
1.生物催化反应生物催化反应是利用生物体催化剂，尤其是酶，来加速化学反应的过程。
与常规的化学反应相比，生物催化反应具有选择性好、反应速度快、废水和废气排放量低等优点。
因此，生物催化反应在绿色化学中得到了广泛应用。
一种重要的应用方式是在生产生物燃料的过程中。
传统的生物燃料生产方法需要大量的原材料和能源，同时会产生大量的废水和废气。
但是，通过利用生物催化反应，可以大大减少废水和废气排放量，并大幅降低生产成本。
目前，生物催化反应技术已经在生产生物柴油、生物酒精等方面得到了广泛应用。
2.利用基因工程改良化学反应基因工程技术是指利用现代分子生物学技术对生物体的基因进行人工改造，来达到对物种、遗传性状的改变、功能的无损体现及其广泛应用的一个技术。
利用基因工程技术改良化学反应，可以增强反应的效率和选择性，降低反应的能耗和环境污染。
比如，开发新型的固定床反应器、催化剂和对催化作用有选择性的生物合成酶，可以极大地提高反应的效率。
在更加具体的应用方面，基因工程技术可以被用来开发新的环境清洁技术，例如细菌代谢能源的转化。
通过设计合成基因表达系统来实现目标化学物质的生成，从而减少反应中产生的废物和能源的浪费，同时也能够降低反应的成本。
3.利用微生物处理有害化学物质一些有害化学物质如重金属、农药、药物等，不仅对人体健康构成威胁，而且能够造成严重的环境污染。
与传统的物理化学方法相比，利用微生物来处理这些有害化学物质是更为友好、可持续的处理方法。
目前，利用微生物来处理这些有害物质的技术已经逐步成熟。
例如，利用一些能够生长在重金属污染土壤中的微生物来吸收重金属，或者利用一些生物技术将污染物化学成其他无害物质来达到降解有害物质的目的。
绿色化学技术在生命科学中的应用
绿色化学技术在生命科学中的应用随着环保意识的提高，绿色化学技术已经成为一个热门的话题。
作为化学的一个分支，绿色化学技术的发展对于人类社会的可持续发展有着重要的意义。
而在生命科学领域，绿色化学技术的应用也逐渐受到人们的重视。
本文将从生物、医药、食品三个方面分别探讨绿色化学技术在生命科学中的应用。
生物方面在生物方面，绿色化学技术的应用主要集中在两个方面：生物催化和生物分离。
生物催化是指利用生物体内的酶催化，将一些化学反应转化为高效、环保的过程。
这些酶可以在广泛的pH范围和温度条件下使用，不同于传统的催化剂需要特殊条件。
而生物分离则是指利用微生物和生物产物对目标物质进行纯化和富集。
这种方法具有潜力，可以取代传统的物理和化学方法。
医药方面在医药方面，绿色化学技术的应用涉及到药物的开发和制备。
绿色化学技术可以帮助药物制造商降低原材料的消耗，减少废物的产生，减少有毒物质的使用。
比如罗氏药厂的研究表明，利用生物催化技术制备药物可以降低生产成本，提高纯度，缩短生产周期。
另一方面，绿色化学技术还可以在药物设计和开发领域发挥作用。
利用计算机模拟和人工智能技术，可以对新药物的结构和性质进行预测，缩短药物研发周期，降低研发成本。
食品方面在食品方面，绿色化学技术可以帮助食品生产者改善食品的味道和品质，也可以减少对环境的影响。
比如，利用微生物发酵技术制作食品可以减少废物的产生，降低环境污染。
此外，利用绿色化学技术可以开发新型的食品添加剂和保鲜剂。
这些添加剂可以替代传统的化学添加剂，更加安全、健康。
总结绿色化学技术在生命科学中的应用涉及到生物、医药、食品等多个方面。
通过生物催化和生物分离，可以降低生产成本，提高产品质量。
在医药方面，绿色化学技术可以帮助药物制造商降低原材料消耗，减少废物产生。
在食品方面，绿色化学技术可以帮助食品生产者开发更加健康、安全的食品添加剂和保鲜剂。
总之，绿色化学技术在生命科学领域的应用具有广泛的应用前景，对于人类社会的可持续发展具有重要的意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 生物催化在绿色化学中的应用
生物催化正成为一种重要的药物分子绿色合成 技术 。该技术满足绿色化学的 12 个原则 , 对绿色 化学的发展日趋重要[23 ,24] 。具体而言 ,生物催化可 通过催化高立体和高区域选择性反应来防止废物的 产生 ,用水作为反应溶剂来防止或减少有害有机 溶剂的应用 ,根据催化反应在常温常压进行的特性 来设计高能效和安全的化学合成工艺 ,充分利用可 降解的可再生原料以提高原子经济效益 。本节列举 一些新近的生物转化例子 ,说明生物催化在建立环 境友好和经济有效的绿色化学过程中的应用前景 。
摘 要 近年来生物技术领域有了突破性进展 ,如公共基因数据库 ( GenBank) 和蛋白质数据库 ( PDB) 中 序列的指数增长 ,高效基因克隆和表达平台的建立 ,可有效改进生物催化剂专一性 、选择性和稳定性的酶定 向进化技术的应用 。这些进展使生物催化在化学合成中日趋重要 。本文综述了生物催化在如下领域的成功 应用 :在药物生产中用于开发经济的化学酶法合成工艺 ,在绿色化学领域中最大程度地减少废物的产生和危 险试剂的应用 ,在天然化学领域中对天然产物进行修饰以发现具有更好生物活性的新药物 。
3. BioVerdant , Inc. , 7330 Carroll Road , San Diego , CA 92121 , USA)
Abstract Biocatalysis is becoming a transformational technology for chemical synthesis as a result of recent breakthroughs in biotechnology ———exponential growth in publically available sequences from the gene database and protein data bank ( PDB ) , efficient molecular cloning and protein expression platforms , powerful directed enzyme evolution technologies to improve biocatalyst’s specificity , selectivity and stability. In this review , the focus will be directed to its applications in drug manufacturing to deliver cost2effective chemoenzymatic processes , green chemistry to minimize the generation of wastes and usage of hazardous reagents , and natural product modification to discover novel therapeutics with improved biological profiles.
6) ,酶拆分在第一步进行 ,不需要的对映体可以很容 易回收[26 —28] 。相比之下 ,利用化学方法对二酯进行 区域和立体选择性水解仍有挑战性 。另外 ,图式 6 的 3 步反应都在水中进行 。因此 ,该新工艺不仅免 除了传统的 ( S) 2扁桃酸化学拆分过程和图式 5 所示 的大部分有机溶剂 , 不需要对映体的回收 ,同时还 可以使收率和通量 (throughput) 加倍提高 。
关键词 基因库 蛋白质库 生物催化 绿色化学 天然药物 药物合成 代谢工程 中图分类号 : Q814 ; O62113 + 3 文献标识码 : A 文章编号 : 10052281X(2007) 1221919209
Biocatalysis for Green Chemistry and Drug Development
本节列举几个生物催化的应用例子来说明这种 整合策略的重要性[4 ,5] 。
在将生物催化整合入药物合成过程时 ,逆合成 分析特别重要 。例如 ,ruprintrivir 是鼻病毒的一种抑 制剂 ,其第一代合成路线很长而且收率较低[6] 。但
收稿 : 2007 年 8 月 3 国家自然科学基金项目 (No. 20675022) 和浙江省杰青团队项目 (No. R406378) 资助 3 3 通讯联系人 e2mail :junhua - tao @yahoo. com
选往往是定向进化中最费时费钱的步骤 。因此 ,有
图式 2 利用腈水解酶合成 pregabalin[7 ,8] Scheme 2 Synthesis of pregabalin by nitrilases[7 ,8]
利用定向进化的 另 一 个 例 子 是 用 于 ( R ) 242 cyano232hydroxybutyric acid (阿托伐他汀合成路线的 关键中间产物) 合成的腈水解酶的改造 ( 图式 3) 。 初步筛选获得的腈水解酶可在 24 h 内把 32羟基戊 二腈 ( HGN) 完全转化为 ( R) 242氰基232羟基丁酸 ,底 物浓度为 3molΠL 时产物 ee 值为 88 %[17] 。通过基因 位点饱和突变 ( GSSMTM) ,把该酶第 190 位的丙氨酸 变成组氨酸后[18] , 底物浓度为 3molΠL 时 ,该酶能在 16 h 内将底物 100 %地转化 ,产物 ee 值为 99 %[19] 。
Key words GenBank ; protein data bank ( PDB ) ; biocatalysis ; green chemistry ; natural products ; drug synthesis ; metabolic engineering
1 生物催化在药物合成中的应用
Chen Zhenming1 Liu Jinhua2 Tao , J unhua2 ,3 3 3 (1. College of Biological & Environmental Engineering , Zhejiang University of Technology , Hangzhou 310032 , China ; 2. College of Material , Chemistry and Chemical Engineering , Hangzhou Normal University , Hangzhou 310036 , China ;
第 19 卷 第 12 期 2007 年 12 月
化 学 进 展
PROGRESS IN CHEMISTRY
Vol . 19 No. 12 Dec. , 2007
生物催化在绿色化学和新药开发中的应用 3
陈振明1 刘金华2 陶军华2 ,3 3 3
(1. 浙江工业大学生物与环境工程学院 , 杭州 310032 ; 2. 杭州师范大学材料与化学化工学院 ,杭州 310036 ; 3. BioVerdant , Inc. , 7330 Carroll Road , San Diego , CA 92121 , USA)
Scheme
1
Synthesis
of
ruprintrivir
from
P [7 ,8 ] 2
蛋白质工程是对酶功能进行微调的一个非常有
用的工具 , 但该方法耗时长 ,费用很高 。很多情况
下 , 底 物 修 饰 ( substrate modulation ) 和 介 质 优 化
(medium engineering) 是一种更经济快捷的手段 ,而且 可以有效地运用到已有的化学合成工艺中[9 —11] 。例
值(
>
9919
%) 的
P [7 ,8 ] 2
。这一新的化学酶法合成路
线比原化学合成过程减少了 5 步 ,成本显著降低 。
必要建成一个高质量的 、目标明确的突变库 ,并建立 高效的高通量筛选方法 ,以减少获得最佳突变株所 需的时间和费用[15 ,16] 。
图式 1 由 P2 合成 ruprintrivir[7 ,8]
如 , pelitrexol 是一种 GARFT 抑制剂 ,其第一代合成
路线有 20 步反应 ,收率仅为 2 %。通过逆合成分析
建立了一条新的合成路线 ,该方法将 Sonogashira 偶
合和酶拆分结合 , 合成步骤减少到 9 步 ,总产率提
高到 10 % —15 %[12] 。
除了工艺设计 (process engineering) 、底物修饰 、
第 12 期
到 30 gΠLΠh[20 ,21] 。
陈振明等 生物催化在绿色化学和新药开发中的应用
·1921 ·
图式 4 DERA 催化醛醇缩 合 反 应 用 于 他 汀 类 药 物 合 成 [20 ,21 ] Scheme 4 Synthesis of statin drugs by DERA2catalyzed aldol reaction[20 ,21]
总之 ,为找到经济和环境友好的药物合成途径 , 生物催化需要和现代化学合成技术在逆合成水平上 进行整合[22] 。生物转化的成功实施需要底物修饰 、 介质优化 、工艺设计 、酶学和基于生物信息学的新酶 发现和定向进化等策略的综合运用 。
图式 5 利用化学拆分合成 pregabalin[25] Scheme 5 Chemical synthesis of pregabalin by classic resolution[25 ]
建立 (图式 2) ,首先从基因数据库通过克隆建立一
个腈 水 解 酶 文 库 , 从 中 获 得 一 个 来 自 Arabidopsis
thaliana 的腈水解酶作为起始酶 , 然后该酶被进一
步改造以改善其催化活性[7 ,8] 。不需要的 ( R) 异构
体在碱性条件下很容易回收 。庞大的突变体库的筛