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1、博博 士士 学学 位位 论论 文文 论文题目论文题目 有机相酶促方法选择性合成含糖化合物有机相酶促方法选择性合成含糖化合物 作者姓名作者姓名 肖肖 咏咏 梅梅 指导教师指导教师 林林 贤贤 福福 教授教授 学科学科(专业专业) 化化 学学 （一级学科）（一级学科） 所在学院所在学院 理理 学学 院院 提交日期提交日期 2005 年年 5 月月 目 录 摘 要.I Abstract II 第一章 绪 论. 1 1.1 非水介质中酶选择性催化 1 1.2 本论文的选题目的与研究内容 2 参考文献. 3 第二章 酶选择催化合成含糖化合物的研究进展 4 2.1 单糖衍生物的酶催化选择性合成 4 2.2
2、 寡糖衍生物的酶催化选择性合成 16 2.3 多糖衍生物的酶促选择性合成 23 2.4 含糖黄酮类衍生物酶催化选择性合成. 24 2.5 核苷类衍生物的酶催化选择性合成. 27 2.6 其它含羟基衍生物的酶催化选择性合成 . 30 2.7 超声、微波在酶促合成中的应用 34 参考文献. 37 第三章 酰化试剂的合成 47 3.1 实验部分 47 3.2 产物分析与表征. 49 3.3 结果和讨论 52 3.4 小结 . 52 参考文献. 53 第四章 环糊精衍生物的酶促区域选择性合成 54 4.1 实验部分 55 4.2 环糊精衍生物的取代度和区域选择性分析 . 56 4.3 环糊精衍生物酶促
3、合成的影响因素. 64 4.4 小结 . 67 参考文献. 68 第五章 柚皮苷、曲克卢丁衍生物的酶促区域选择性合成 . 70 5.1 实验部分 71 5.2 曲克卢丁区域选择性酯化产物的结构表征分析 74 5.3 柚皮苷区域选择性酯化产物的结构表征分析 83 5.4 酶促曲克卢丁酰化反应的影响因素讨论 . 89 5.5 小结 . 109 参考文献111 第六章 卢丁衍生物区域选择性可控的酶促合成 .113 6.1 实验部分 .114 6.2 3-O-卢丁衍生物酶促区域选择性合成 115 6.3 4-O-卢丁衍生物酶促区域选择性合成 122 6.4 酶促反应选择性的探讨 . 126 6.5 小
4、结 . 128 参考文献. 130 第七章 超声加速酶促合成的研究. 131 7.1 实验部分 132 7.2 超声预处理的酶的催化活性 134 7.3 超声加速葡萄糖的酶促酯化反应研究 . 137 7.4 超声加速曲克卢丁酶促酯化反应的研究 . 143 7.5 小结 . 148 参考文献. 149 第八章 总结与展望 . 151 8.1 本论文研究工作总结 . 151 8.2 展望 . 153 攻读博士学位期间发表的论文 154 独创性声明 155 致 谢 156 摘 要 I 摘摘 要要 选择性合成是有机化学中重要的研究内容之一，酶促方法因选择性高、条件温和、 反应速度快等优点而在有机合成中
5、得到关注与应用。环糊精、卢丁等是一类具有多个活 性相似基团的含糖化合物，选择性合成它们的衍生物对于发展新颖结构前药是十分重要 的。因此，通过溶剂工程、底物工程实现酶促选择性合成的研究具有重要理论意义和应 用价值。 本文研究了环糊精、卢丁、曲克卢丁、柚皮苷分别与三种脂肪酸二乙烯酯和六种脂 肪酸乙烯酯的酶促选择性酯化反应，共合成不同糖底物的衍生物 33 个，其中 23 个是尚 未见文献报道的新衍生物，产物用 1H-NMR, 13C-NMR, FTIR, ESI-MS 等分析手段对结构 进行表征。 论文研究了酶源、酶量、反应介质、酰化试剂链长、溶剂含水量、反应时间等因素 对环糊精、曲克卢丁、柚皮苷几
6、种含糖底物区域选择性的影响。在 DMF 溶剂体系，枯 草杆菌蛋白酶催化环糊精酯交换，反应选择性发生在 C-2 位仲羟基，而不是通常最易发 生的 C-6 伯羟基；在吡啶溶剂体系，枯草杆菌蛋白酶选择性催化曲克卢丁羟乙基伯羟基 的酯化；在 2-甲基-2-丁醇体系，Novozym 435 酶选择性催化柚皮苷葡萄糖基上 C-6 位伯 羟基的酯交换反应；深入认识了各种因素对环糊精、曲克卢丁、柚皮苷几种含糖底物选 择性、反应转化率、产率的影响规律。 论文建立了酶催化卢丁衍生物可控区域选择性合成方法，通过研究酶和溶剂对反应 的影响，发现在吡啶中枯草杆菌蛋白酶催化三种脂肪酸二乙烯酯和五种脂肪酸乙烯酯与 卢丁反应
7、都得到 3-位取代产物； 而在叔丁醇中， Novozym435 酶只催化脂肪酸二乙烯酯 与卢丁反应得到 4-位取代产物。实现了不同位置取代的卢丁酯衍生物的可控合成。 论文研究了非水介质中超声方法对酶促合成的加速作用，详细研究了超声促进曲克 卢丁、葡萄糖与脂肪酸二乙烯酯酶促酯化反应，考察了超声功率、超声间隔、超声时间 对酶促反应的影响。研究结果表明，酰化供体的链长不同，超声对其反应增强的效果也 不相同，最好的效果是反应时间缩短 80，大大加速了酶促反应的速率；同时研究了超 声方法对酶预处理的效果，超声不仅没有降低酶的催化活性，而且提高了催化效果，对 酶催化反应的选择性没有影响。 关键词：选择性，
8、酶，非水介质，超声，环糊精，黄酮类化合物 浙江大学博士论文 II Abstract Selective synthesis is an important direction in organic chemistry. Enzymatic synthesis attracts attention because of its high selectivity, mild condition and high rate. CDs and rutin et al. are compounds containing sugar with many similarly active groups. I
9、t is important to selectively synthesize their derivatives for developing pro-drug with new structure. Therefore, the study of enzymatic selective synthesis by solvent and substrate engineering plays an important role in theory research and application. The regio-selective transesterification of -CD
10、, rutin, troxerutin, naringin and hesperidin with divinyl dicarboxylates and vinyl alphatic esters was catalyzed by enzymes. In the thesis, 33 derivatives containing sugar were prepared and 23 products were new compounds. Product structures were characterized and confirmed by 1H NMR, 13C NMR, FTIR,
11、ESI-MS. Influence factors in enzymatic synthesis such as enzyme sources, reaction solvents, chain length of acyl donors, water content and reaction time were studied. Transesterification of -CD was catalyzed by the alkaline protease from Bacillus subtilis in anhydrous DMF, furnished the correspondin
12、g -CD derivatives with monoacylation occurring at the C-2 secondary hydroxyl groups. Troxerutin was selectively acylated at primary hydroxyl of ethylol catalyzed by the alkaline protease from Bacillus subtilis in anhydrous pyridine. Naringin was acylated at 6-OH of glucose moiety catalyzed by Novozy
13、m 435 in 2-methyl-2-butanol. The controllable regio-selective acylation of rutin was proposed. An efficient synthesis of rutin esters has been developed. Enzymatic selectivity was affected by substrate and solvent. Alkaline protease from Bacillus subtilis obtained 3-O-substituted rutin esters in pyr
14、idine, Novozym 435 provided 4-O-substituted rutin esters products in tert-butanol. The influence of ultrasound on the enzymatic reaction was studied. Ultrasound accelerated enzymatic synthesis of glucose esters and troxerutin esters in nonaqueous solvent was investigated, and the influence of the po
15、wer (50 w, 100 w, 120 w) of the ultrasound, operational manner (continuous ultrasound, 10 min ultrasound / 20 min shaking) and ultrasound time were discussed. The result showed that accelerated effect of ultrasound on enzymatic reaction varied with chain length of acyl donors, and the reaction time
16、was shortened by 80% when divinyl butanedioate was used as acyl donor. The activity of enzyme under pre-ultrasound was also studied. The result showed that ultrasound accelerated the enzymatic synthesis, but did not change the selectivity of enzyme. Keywords: Selectivity; Enzyme; Non-aqueous media; Ultrasound; Cyclodextrin; Flavonoids 第一章 绪 论 1 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 非水介质中酶选择性催化非水介质中酶选择性催化 酶是一种高效生物催化剂，与化学催化剂相比，其催化反应条件十分温和、反应过 程简单，同时具有高度的立体选择性、区域选择
