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深海微生物酯酶在手性羧酸酯制备中的研究
王依龙
学位类型硕士
导师胡云峰
2017-05-25
学位专业海洋生物学
关键词深海微生物 酯酶 生物催化剂 动力学拆分 手性羧酸酯
摘要酯酶作为一种工业水解酶,能够通过转酯、酯化和直接水解反应制备重要的精细化工产品和药物中间体,已被广泛应用于手性药物和手性化工产品的合成。本研究从西太平洋深海来源的微生物Pseudomonadaceae oryzihabitans HUP022的基因组中表达并鉴定了两个新颖的酯酶,分别命名为PHE14和PHE21。 对酯酶PHE14的基本酶学性质进行研究,结果表明,对硝基苯酚乙酸酯(C2)是PHE14的最适反应底物,酶活达到293.1 U/mg。Km值为0.24 mmol/L,Vmax值为200 μM/(mg· min)。PHE14水解反应的最适pH和温度分别为9.0和60°C。在多种pH缓冲溶液中,PHE14都具有非常高的稳定性。PHE14对多种有机溶剂、表面活性剂、金属离子及高浓度NaCl都具有非常好的耐受性。同时,PHE14作为一种生物催化剂,可以催化乳酸甲酯不对称水解生成一种重要的手性化工产品—D-乳酸甲酯。通过实验条件优化,可以获得对映体过量值、转化率和产率分别为99%、50.6%和88.7%的D-乳酸甲酯。本研究是第一个通过酯酶催化水解反应制备高纯度的D-乳酸甲酯的研究。 对酯酶PHE21的基本酶学性质进行研究,结果表明,PHE21的最适反应底物为对硝基苯酚丁酸酯(C4),酶活达到333.18 U/mg,因此,PHE21被定性为酯酶。Km值为0.62 mmol/L,Vmax为4339 μM/(mg· min)。PHE21水解反应的最适pH和温度分别为8.0和65°C。PHE21同时是一个对多种金属离子、有机溶剂和表面活性剂都具有相当强的耐受性的酯酶。通过对PHE21的研究,成功地利用PHE21作为催化剂,直接催化水解反应水解外消旋的3-羟基丁酸乙酯生成一种重要的手性药物和化工产品的的中间体—光学纯的(S)-3-羟基丁酸乙酯。通过实验条件优化,最后获得了对映体过量值和产率分别为99%和87%的(S)-3-羟基丁酸乙酯。 此外,通过对酯酶PHE21的进一步研究发现,PHE21还可以通过催化不对称水解反应和转酯反应来制备另外两种重要的药物中间体—(S)-乙酸仲丁酯和(R)-乙酸仲丁酯。首先,PHE21可以通过催化外消旋的乙酸仲丁酯的不对称水解生成光学纯的(S)-乙酸仲丁酯,经过实验条件优化,最后反应产物(S)-乙酸仲丁酯的对映体过量值和产率分别为98%和83.6%。同时,PHE21还可以通过催化转酯反应生成(R)-乙酸仲丁酯,产物(R)-乙酸仲丁酯的对映体过量值和产率分别为64%和43%。 以上结果说明,本课题研究的两个新颖的海洋微生物酯酶PHE14和PHE21对多种有机溶剂、金属离子和表面活性剂都具有非常好的耐受性,同时对多种手性化合物都具有非常高的立体选择性,因此,PHE21和PHE14作为两种绿色生物催化剂,在不对称合成和其他工业领域都具有非常大的应用潜力。
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.scsio.ac.cn/handle/344004/17410
专题学位论文(硕士)
推荐引用方式
GB/T 7714
王依龙. 深海微生物酯酶在手性羧酸酯制备中的研究[D],2017.
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