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1、第七章、有机合成中的生物转化第七章、有机合成中的生物转化一，一， 酶制剂和酶促反应介质酶制剂和酶促反应介质 将生物催化剂应用于有机合成是目前最吸引人的将生物催化剂应用于有机合成是目前最吸引人的研究领域。研究领域。有机化合物的生物合成和生物转化是有机化合物的生物合成和生物转化是一门以有机合成化学为主，与生物学密切联系的一门以有机合成化学为主，与生物学密切联系的交叉学科，它也是当今有机合成化学的研究热点交叉学科，它也是当今有机合成化学的研究热点和重要发展方向。和重要发展方向。n酶不仅在生物体内可以催化天然有机物质的生物酶不仅在生物体内可以催化天然有机物质的生物转化，也能在生物体外促进天然的或人工合
2、成的转化，也能在生物体外促进天然的或人工合成的有机化合物的各种转化反应，并且显示出优良的有机化合物的各种转化反应，并且显示出优良的化学选择性、区域选择性和立体选择性。化学选择性、区域选择性和立体选择性。天马行空官方博客：http:/ ;QQ:1318241189n在酶催化的化学反应中，可以使用高纯在酶催化的化学反应中，可以使用高纯度的酶，也可以使用比较便宜的低纯度度的酶，也可以使用比较便宜的低纯度的粗酶制剂。的粗酶制剂。n酶制剂中酶分子的状态可以是游离状态酶制剂中酶分子的状态可以是游离状态或是固定化状态。或是固定化状态。nA:游离酶，游离酶，b：修饰酶，修饰酶，c：微团酶，微团酶，d：固定化酶
3、。固定化酶。1. 1. 酶制剂酶制剂酶制剂的来源酶制剂的来源n酶酶n天然的天然的 人工的人工的n动物、植物和微生物动物、植物和微生物 化学的化学的 生物化学的生物化学的n 细胞细胞n酶酶 固定化固定化 化学修饰化学修饰 抗体酶抗体酶 基因工程酶基因工程酶2 2，酶活力的测定酶活力的测定n1 1）酶活力：又称为酶活性，一般把酶催）酶活力：又称为酶活性，一般把酶催化一定化学反应的能力称为酶活力，通化一定化学反应的能力称为酶活力，通常以在一定条件下酶所催化的化学反应常以在一定条件下酶所催化的化学反应速度来表示。速度来表示。n因此酶活力可用单位时间内单位体积中因此酶活力可用单位时间内单位体积中底物的减
4、少量或产物的增加量表示，单底物的减少量或产物的增加量表示，单位为位为mol/minmol/min等等2 2）酶活力单位：一般用活力单位）酶活力单位：一般用活力单位U(Unit)U(Unit)表示，许多酶活力单位都是以最佳条件或表示，许多酶活力单位都是以最佳条件或某一固定条件下每分钟催化生成一微摩尔某一固定条件下每分钟催化生成一微摩尔产物所需要的酶量为一个酶活力单位。产物所需要的酶量为一个酶活力单位。3 3）酶的比活力：是指每毫克酶蛋白所含有）酶的比活力：是指每毫克酶蛋白所含有的酶活力单位数，它是酶制剂纯度的一的酶活力单位数，它是酶制剂纯度的一个指标。个指标。4 4）酶的收率：指纯化过程中酶活性
5、的收率。）酶的收率：指纯化过程中酶活性的收率。5 5）纯化倍数：指提纯后与提纯前酶比活力）纯化倍数：指提纯后与提纯前酶比活力的比值。的比值。3 3 酶促反应的介质酶促反应的介质n水是酶促反应最常用的反应介质。水是酶促反应最常用的反应介质。n但是，对于大多数有机化合物来说，水并但是，对于大多数有机化合物来说，水并不是一种适宜的溶剂不是一种适宜的溶剂. .n因为许多有机化合物在水介质中难溶或不因为许多有机化合物在水介质中难溶或不溶。溶。n而且，由于水的存在，往往有利于如水解、而且，由于水的存在，往往有利于如水解、消旋化、聚合和分解等副反应的发生。消旋化、聚合和分解等副反应的发生。 （1 1）水介质
6、）水介质（2 2）非水介质）非水介质n用某些有机溶剂代替一部分水（不是全部）用某些有机溶剂代替一部分水（不是全部），许多酶仍然能够保持其催化活性，并显，许多酶仍然能够保持其催化活性，并显示出一些重要特性。示出一些重要特性。4.4.有机溶剂中酶促反应的特性有机溶剂中酶促反应的特性n(1)(1)酶在有机介质中由于水分子的减少，相对酶在有机介质中由于水分子的减少，相对来说酶分子的构象表现出比水溶液中更具有来说酶分子的构象表现出比水溶液中更具有“刚性刚性”特点。因而使通过选择不同性质的溶剂特点。因而使通过选择不同性质的溶剂来调控酶的某些特性成为可能。来调控酶的某些特性成为可能。n例如在有机溶剂中，可以
7、利用酶与配体的相互例如在有机溶剂中，可以利用酶与配体的相互作用性质，诱导改变酶分子的构象，调控酶的作用性质，诱导改变酶分子的构象，调控酶的底物专一性底物专一性, ,、立体选择性和手性选择性等。、立体选择性和手性选择性等。(3) (3) 由于引起酶变性的许多因素都与水的由于引起酶变性的许多因素都与水的存在有关存在有关, , 因此在有机介质中酶的稳定因此在有机介质中酶的稳定性得到显著提高。性得到显著提高。( (2) 2) 在适当的条件下，可以改变酶促反应在适当的条件下，可以改变酶促反应的热力学平衡向有利于合成方向（而不是的热力学平衡向有利于合成方向（而不是水解方向）进行。水解方向）进行。(5) (
8、5) 在有机介质中进行的酶促反应，可以省略产在有机介质中进行的酶促反应，可以省略产物的萃取分离过程物的萃取分离过程, , 提高收率。提高收率。(4) (4) 由于有机溶剂的存在由于有机溶剂的存在, , 水量减少，大大降低水量减少，大大降低了许多需要水参与的副反应，如酸酐的水解、氰了许多需要水参与的副反应，如酸酐的水解、氰醇的消旋化和酰基转移等。醇的消旋化和酰基转移等。n(6) (6) 脂溶性底物和产物在有机溶剂中的高度脂溶性底物和产物在有机溶剂中的高度溶解性溶解性, , 有利于提高底物浓度总的水平。同有利于提高底物浓度总的水平。同时由于底物和产物的高脂溶性，使它们在酶时由于底物和产物的高脂溶性
9、，使它们在酶分子表面的实际浓度较低分子表面的实际浓度较低, , 可以减少底物或可以减少底物或产物对酶引起的抑制作用。产物对酶引起的抑制作用。n(7)(7)在有机溶剂的存在下，一般不存在微生物在有机溶剂的存在下，一般不存在微生物污染问题。污染问题。n(8) (8) 由于酶不溶于有机溶剂中，所以是一个由于酶不溶于有机溶剂中，所以是一个非均相反应体系。应用振荡或搅拌改善底物非均相反应体系。应用振荡或搅拌改善底物及产物的交换是反应的关键。及产物的交换是反应的关键。n酶催化反应的某些缺点酶催化反应的某些缺点 n1, 1, 酶酶催催化化反反应应只只能能得得到到一一种种构构型型（L-L-型型或或D-D-型型
10、）的光学产物；的光学产物；n2 2，酶酶常常常常存存在在着着底底物物或或产产物物抑抑制制现现象象，造造成成反反应应转化率降低，生产能力低等问题；转化率降低，生产能力低等问题；n3 3，极极端端的的pHpH、较较高高的的温温度度和和高高盐盐浓浓度度的的反反应应体体系系都可能使酶钝化，失去部分甚至大部分催化活性；都可能使酶钝化，失去部分甚至大部分催化活性；n4 4，大大量量的的氧氧化化还还原原酶酶、转转氨氨酶酶等等需需要要等等计计量量反反应应物物的的辅辅因因子子存存在在才才能能表表现现催催化化活活性性，从从而而限限制制了了它们在许多有机合成反应中的应用；它们在许多有机合成反应中的应用；n5 5，酶
11、酶通通常常在在水水溶溶液液中中实实施施其其催催化化活活性性，对对于于大大多多数数有有机机化化学学反反应应来来说说，使使用用的的溶溶剂剂是是非非水水溶溶性性的的有机溶剂。有机溶剂。n目前以酶在非水相中研究中所涉及的酶目前以酶在非水相中研究中所涉及的酶类主要有脂肪酶、过氧化物酶、漆酶、类主要有脂肪酶、过氧化物酶、漆酶、酯酶、脱氢酶、蛋白水解酶酯酶、脱氢酶、蛋白水解酶 ( (胰凝乳蛋胰凝乳蛋白酶、木瓜蛋白酶白酶、木瓜蛋白酶) ) 等，并迅速产生了等，并迅速产生了一个全新的分支一个全新的分支 非水酶学。非水酶学。n现在非水酶学方法在多肽合成、聚合物现在非水酶学方法在多肽合成、聚合物合成、药物合成以及立
12、体异构体拆分等合成、药物合成以及立体异构体拆分等方面显示出广阔的应用前景方面显示出广阔的应用前景。 5. 5. 酶促反应的有机溶剂体系酶促反应的有机溶剂体系n(1) (1) 与水互溶的有机溶剂与水互溶的有机溶剂水单相体系水单相体系n有机溶剂与水形成均匀的单相溶液体系。酶、有机溶剂与水形成均匀的单相溶液体系。酶、底物和产物都能溶解在这种体系中。底物和产物都能溶解在这种体系中。 n(2) (2) 非极性有机溶剂非极性有机溶剂水两相体系水两相体系n由含有溶解酶的水相和一个非极性的有机溶剂由含有溶解酶的水相和一个非极性的有机溶剂( (高脂溶性高脂溶性) )相所组成的两相体系。相所组成的两相体系。(3)
13、 (3) 非极性有机溶剂非极性有机溶剂酶悬浮体系酶悬浮体系n用非极性有机溶剂取代所有的大量水，使固体用非极性有机溶剂取代所有的大量水，使固体酶悬浮在有机相中。但仍然含有必需的结合水酶悬浮在有机相中。但仍然含有必需的结合水以保持酶的催化活性以保持酶的催化活性( (含水量一般小于含水量一般小于2%)2%)。n酶的状态可以是结晶态、冻干状态、沉淀状态，酶的状态可以是结晶态、冻干状态、沉淀状态，或者吸附在固体载体表面上。或者吸附在固体载体表面上。n反向胶束体系反向胶束体系 n超临界流体超临界流体n无溶剂反应体系无溶剂反应体系 6 6，有机溶剂中影响酶催化性质，有机溶剂中影响酶催化性质 的各种因素的各种
14、因素 n水的作用水的作用 npHpH状态状态 n溶剂对酶催化活力的影响溶剂对酶催化活力的影响 n酶的固定化酶的固定化 n酶的修饰酶的修饰 n添加物对酶催化反应的影响添加物对酶催化反应的影响 n生物印迹生物印迹 n为了维持酶分子的构象和酶的催化活性，酶分为了维持酶分子的构象和酶的催化活性，酶分子的周围必须存在一个水层，任何影响该水化子的周围必须存在一个水层，任何影响该水化层的因素都有可能破坏酶的构象，使酶丧失催层的因素都有可能破坏酶的构象，使酶丧失催化活性。化活性。n酶体系中存在的水分子可以分为两类：一类是酶体系中存在的水分子可以分为两类：一类是与酶紧密地结合的与酶紧密地结合的“结合水结合水”；
15、另一类是与酶；另一类是与酶松散结合起溶剂作用的松散结合起溶剂作用的“大量水大量水”。1. 1. 酶催化的有机化学反应酶催化的有机化学反应二，二，酶在有机化学中的应用酶在有机化学中的应用n 酶酶 催化反应类型催化反应类型n 酯酶、脂肪酶酯酶、脂肪酶 酯的水解和合成酯的水解和合成n 酰胺酶（蛋白酶、酰化酶）酰胺酶（蛋白酶、酰化酶） 酰胺的水解和合成酰胺的水解和合成n 脱氢酶脱氢酶 醛酮的氧化还原醛酮的氧化还原n氧化酶（单加氧酶、双加氧酶）氧化酶（单加氧酶、双加氧酶） 氧化反应氧化反应n过氧化物酶过氧化物酶 氧化、过氧化和卤代反应氧化、过氧化和卤代反应n 激酶激酶 磷酸化反应（需磷酸化反应（需ATP
16、ATP）n 醛缩酶、转酮糖酶醛缩酶、转酮糖酶 缩醛反应（缩醛反应（C-CC-C键反应）键反应）n 糖苷酶、糖基转移酶糖苷酶、糖基转移酶 糖苷键的水解和形成糖苷键的水解和形成n 磷酸化酶磷酸化酶 磷酸酯的形成磷酸酯的形成n 转磺酸基酶转磺酸基酶 硫酸酯的形成硫酸酯的形成n 转氨酶转氨酶 氨基酸合成氨基酸合成n 异构酶异构酶 异构化异构化n 裂解酶、水合酶裂解酶、水合酶 加成、消除和取代反应加成、消除和取代反应n 其它水解酶（环氧化物酶等）其它水解酶（环氧化物酶等） 水解反应水解反应2 2手性化合物的拆分手性化合物的拆分n当酶水解消旋化的底物时，由于酶活性中心的手性选当酶水解消旋化的底物时，由于酶
17、活性中心的手性选择性，择性， 消旋化底物中的一个对映体以较高的速度被酶消旋化底物中的一个对映体以较高的速度被酶催化水解。这种现象被称为酶的动力学分辨力。催化水解。这种现象被称为酶的动力学分辨力。(1),(1),消旋化氨基酸酯的酶法拆分消旋化氨基酸酯的酶法拆分 n常用的蛋白酶是胰凝乳蛋白酶常用的蛋白酶是胰凝乳蛋白酶, , 枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶, , 胰胰蛋白酶蛋白酶, , 胃蛋白酶和木瓜蛋白酶等。胃蛋白酶和木瓜蛋白酶等。（2 2）消旋化羧酸酯的酶法拆分）消旋化羧酸酯的酶法拆分n - -芳基或芳氧基的羧酸酯用羧酸酯酶催化水解，可得芳基或芳氧基的羧酸酯用羧酸酯酶催化水解，可得到高光学纯的产物
18、。到高光学纯的产物。n 3 3手性化合物的合成手性化合物的合成n（1 1）潜手性原子或基团的选择性取代）潜手性原子或基团的选择性取代n潜手性氢原子的选择性取代是最常用的方法。潜手性氢原子的选择性取代是最常用的方法。n例如甲烷单加氧酶例如甲烷单加氧酶( (简称简称MMO)MMO)能够直接利用氧能够直接利用氧将甲烷氧化成甲醇。将甲烷氧化成甲醇。nMMOMMO除了能氧化甲醇外，也能氧化其它烷烃，除了能氧化甲醇外，也能氧化其它烷烃，并且具有很好的手性选择性，可以获得光学纯并且具有很好的手性选择性，可以获得光学纯度接近度接近100%100%的手性纯产物。的手性纯产物。（2 2）潜手性面的选择性加成）潜手
19、性面的选择性加成n在酶催化下，含有活泼双键的烯烃和酮能够发生不对在酶催化下，含有活泼双键的烯烃和酮能够发生不对称加成，生成手性产物。称加成，生成手性产物。n例如例如兔肌醛缩酶（兔肌醛缩酶（RAMARAMA）催化的缩合反应，能够得到催化的缩合反应，能够得到手性纯多元醇：手性纯多元醇：4 4，酶在高分子合成中的应用，酶在高分子合成中的应用n1 1）, ,辣根过氧化物酶在水相中能够催化酚及芳胺类化辣根过氧化物酶在水相中能够催化酚及芳胺类化合物的聚合。合物的聚合。2 2）, ,脂肪酶脂肪酶n在脂肪酶催化下，己二酸（或癸二酸）与蔗糖在己烷在脂肪酶催化下，己二酸（或癸二酸）与蔗糖在己烷溶液中进行酯化反应，
20、能够生成聚糖酯高聚物：溶液中进行酯化反应，能够生成聚糖酯高聚物：5 5，酶在环境化学中的应用，酶在环境化学中的应用n1 1含酚废水的处理含酚废水的处理n过氧化物酶过氧化物酶n多酚氧化酶多酚氧化酶2 2含有残留有机氯农药土壤的处理含有残留有机氯农药土壤的处理n某些细菌中含有一种特殊的甲烷单加氧某些细菌中含有一种特殊的甲烷单加氧酶酶(MMO),(MMO),具有比较广泛的底物选择性，具有比较广泛的底物选择性，能够催化降解大多数氯代烃污染物能够催化降解大多数氯代烃污染物先先转化成相应的醇，然后再在其它酶作用转化成相应的醇，然后再在其它酶作用下，分解成无害物质。下，分解成无害物质。三，非水介质中的酶促反
21、应三，非水介质中的酶促反应n19841984年年A. A. ZaksZaks 和和A.M A.M KlibanovKlibanov 首次发首次发表了关于非水相介质中脂肪酶的催化行表了关于非水相介质中脂肪酶的催化行为及热稳定性的研究报道，引起了广泛为及热稳定性的研究报道，引起了广泛的关注。传统的酶学领域迅速产生一个的关注。传统的酶学领域迅速产生一个全新的分支全新的分支 非水酶学。非水酶学。n现在非水酶学方法在多肽合成、聚合物现在非水酶学方法在多肽合成、聚合物合成、药物合成以及立体异构体拆分等合成、药物合成以及立体异构体拆分等方面显示出广阔的应用前景方面显示出广阔的应用前景。二，有机溶剂中的酶促反
22、应及其应用二，有机溶剂中的酶促反应及其应用n脂肪酶是工业上最常用的酶之一。研究表明，脂肪酶是工业上最常用的酶之一。研究表明，在水溶液中它催化油脂和其他酯类的水解反应，在水溶液中它催化油脂和其他酯类的水解反应，而在有机介质中它催化水解反应的逆反应酯而在有机介质中它催化水解反应的逆反应酯合成反应及酯交换反应。合成反应及酯交换反应。n脂肪酶催化酯合成反应的底物专一性取决于酶脂肪酶催化酯合成反应的底物专一性取决于酶的类型，不同微生物来源的脂肪酶催化不同链的类型，不同微生物来源的脂肪酶催化不同链长脂肪酸与不同链长脂肪醇的酯化反应。长脂肪酸与不同链长脂肪醇的酯化反应。 1 1有机介质中酶催化的酯化反应有机
23、介质中酶催化的酯化反应。(1) (1) 位置选择性酯化反应位置选择性酯化反应n葡萄糖苷葡萄糖苷-6-O-6-O-酰基衍生物是一种可生物降解的非离子酰基衍生物是一种可生物降解的非离子表面活性剂，它可以用脂肪酸和葡萄糖苷在脂肪酶催表面活性剂，它可以用脂肪酸和葡萄糖苷在脂肪酶催化下进行选择性酯化得到：化下进行选择性酯化得到：(2) (2) 消旋化合物选择性酯化消旋化合物选择性酯化n以以2-2-取代取代-1,3-1,3-丙二醇和脂肪酸为原料，在有丙二醇和脂肪酸为原料，在有机溶剂介质中用脂肪酶机溶剂介质中用脂肪酶(CCL)(CCL)或猪肝酯酶或猪肝酯酶（PLEPLE）催化酯化反应，可得到较高光学纯度催化
24、酯化反应，可得到较高光学纯度的的R R- -或或S-S-酯。酯。(3)(3)消旋化合物的拆分消旋化合物的拆分n有机介质中用脂肪酶有机介质中用脂肪酶(PSL)(PSL)催化酯化用于催化酯化用于-羟基羟基- -,-,-不饱和酯的拆分。可以避免副反应的发生。不饱和酯的拆分。可以避免副反应的发生。(4) (4) 内酯合成反应内酯合成反应n - -羟基酸或它的酯在羟基酸或它的酯在脂肪脂肪酶催化下，发酶催化下，发生分子内环化作用得到内酯化合物。生分子内环化作用得到内酯化合物。n内酯可继续反应形成开链寡聚物内酯可继续反应形成开链寡聚物. .n内酯化产物形式主要取决于羟基酸的长内酯化产物形式主要取决于羟基酸的
25、长度外度外，也取决于脂肪酶的类型也取决于脂肪酶的类型、溶剂及溶剂及温度等温度等。4. 4. 酰胺键形成反应酰胺键形成反应n酯的酶催化氨解反应可以生成酰胺，这个反应酯的酶催化氨解反应可以生成酰胺，这个反应具有良好的立体选择性具有良好的立体选择性. .（1 1）酰胺的合成反应）酰胺的合成反应（2 2）肽的合成）肽的合成n有机溶剂中利用蛋白酶催化的多肽水解有机溶剂中利用蛋白酶催化的多肽水解逆反应逆反应, ,肽转移反应或氨解（氨基酸酯的肽转移反应或氨解（氨基酸酯的氨解）反应可进行多肽合成。氨解）反应可进行多肽合成。n除了蛋白酶以外，其它的水解酶（主要除了蛋白酶以外，其它的水解酶（主要是脂肪酶和酯酶等）
26、也能催化这类反应。是脂肪酶和酯酶等）也能催化这类反应。5.5.有机介质中酶催化的过氧酸形成反应有机介质中酶催化的过氧酸形成反应n在适当的有机溶剂中在适当的有机溶剂中, , 过氧酸可以直接由羧酸和过氧过氧酸可以直接由羧酸和过氧化氢在脂肪酶催化下制备。如果反应体系中存在烯烃，化氢在脂肪酶催化下制备。如果反应体系中存在烯烃，则过氧酸能将烯烃氧化成环氧化物。则过氧酸能将烯烃氧化成环氧化物。6.6.有机介质中酶催化的氧化还原反应有机介质中酶催化的氧化还原反应n有机溶剂中马肝醇脱氢酶（有机溶剂中马肝醇脱氢酶（HLADHHLADH）催化催化的不对称氧化和还原反应的不对称氧化和还原反应多酚氧化酶多酚氧化酶n多
27、酚氧化酶是一种加氧酶，它催化酚的选择性多酚氧化酶是一种加氧酶，它催化酚的选择性羟基化，羟基化产物继续氧化生成邻羟基化，羟基化产物继续氧化生成邻- -苯醌。苯醌。7,酶催化的糖苷键形成反应酶催化的糖苷键形成反应n糖苷水解酶在水溶液中可以催化糖苷键糖苷水解酶在水溶液中可以催化糖苷键的水解反应。的水解反应。n而在有机介质中，糖苷水解酶可以催化而在有机介质中，糖苷水解酶可以催化水解反应的逆反应糖苷键的合成反应。水解反应的逆反应糖苷键的合成反应。4 4，无溶剂体系中酶催化反应，无溶剂体系中酶催化反应 n目前酶催化的无溶剂有机合成反应中，目前酶催化的无溶剂有机合成反应中，使用的酶主要有脂肪酶、蛋白水解酶和
28、使用的酶主要有脂肪酶、蛋白水解酶和糖苷酶。糖苷酶。 n无溶剂酶催化反应主要包括以下几种反无溶剂酶催化反应主要包括以下几种反应体系：无溶剂体系（液态），；固态应体系：无溶剂体系（液态），；固态- -对对- -固态反应体系（包括低共熔混合物反固态反应体系（包括低共熔混合物反应体系、超饱和底物反应体系）以及干应体系、超饱和底物反应体系）以及干介质反应体系。介质反应体系。 1.1.液态无溶剂体系液态无溶剂体系 n酶催化的底物为脂肪酸或脂肪酸酯（包括甘油酶催化的底物为脂肪酸或脂肪酸酯（包括甘油酯）与脂肪醇（包括甘油），这些底物大多数酯）与脂肪醇（包括甘油），这些底物大多数在反应温度下呈现液体状态，或者具
29、有较低的在反应温度下呈现液体状态，或者具有较低的熔点，在稍稍高的温度下（熔点，在稍稍高的温度下（50-7050-70 C C）也呈液也呈液体状态。体状态。n这种反应体系，除了加入保持酶催化活性所必这种反应体系，除了加入保持酶催化活性所必须的微量水之外，不再加入任何溶剂。采用这须的微量水之外，不再加入任何溶剂。采用这种反应体系，可以有效地合成在医药、食品、种反应体系，可以有效地合成在医药、食品、化妆品中使用的油脂、单甘油酯和各种脂肪酸化妆品中使用的油脂、单甘油酯和各种脂肪酸酯等。酯等。 甘油酯的合成甘油酯的合成 n酶催化可可脂替代品的合成，使用脂肪酶催化酶催化可可脂替代品的合成，使用脂肪酶催化较
30、为廉价的棕榈油和葵花油与硬脂酸、硬脂酸较为廉价的棕榈油和葵花油与硬脂酸、硬脂酸甲酯酯交换反应，可以得到一种三甘油酯，它甲酯酯交换反应，可以得到一种三甘油酯，它的组分和性质类似于天然可可脂的产品。的组分和性质类似于天然可可脂的产品。n从营养和吸收方面讲，并非所有脂肪酸都容易从营养和吸收方面讲，并非所有脂肪酸都容易被肠道吸收。长链的饱和脂肪酸（被肠道吸收。长链的饱和脂肪酸（C12-C18C12-C18）一般不如中短链脂肪酸（一般不如中短链脂肪酸（C6-C10C6-C10）和不饱和脂和不饱和脂肪酸吸收的好。肪酸吸收的好。n通过脂肪酶催化动物乳脂与脂肪酸之间的酯交通过脂肪酶催化动物乳脂与脂肪酸之间的酯
31、交换反应，得到合适脂肪酸含量的特殊结构性油换反应，得到合适脂肪酸含量的特殊结构性油脂脂 脂肪酸酯的合成脂肪酸酯的合成n酶催化的酯交换反应和酯合成反应也成酶催化的酯交换反应和酯合成反应也成功的应用到需要量小、价值高的食品、功的应用到需要量小、价值高的食品、医药产品、化妆品添加剂的合成中。医药产品、化妆品添加剂的合成中。n其中包括简单的烷基、萜烯、硫醇酯以其中包括简单的烷基、萜烯、硫醇酯以及蜡酯，如异戊酸乙酯、油酸戊醇酯，及蜡酯，如异戊酸乙酯、油酸戊醇酯，乙酸牻牛耳春牛儿醇酯、乙酸香茅醇酯，乙酸牻牛耳春牛儿醇酯、乙酸香茅醇酯，棕榈酸异丙醇酯等。棕榈酸异丙醇酯等。 聚酯的合成聚酯的合成n无无溶溶剂剂
32、体体系系催催化化己己二二酸酸- -二二（2,2,2-2,2,2-三三氯氯乙乙基基）酯酯与与1,4-1,4-丁丁二二醇醇的的聚聚合合的的聚聚合合，用用NovozymeNovozyme脂脂肪肪酶酶（5.8-14.4g/mol5.8-14.4g/mol二二酯酯）在在5050 C C反反应应仅仅4-4-5 5小时，即可得到分子量小时，即可得到分子量17000-2300017000-23000的聚酯。的聚酯。n磷磷酸酸异异丙丙基基（或或丁丁基基）乙乙二二醇醇内内酯酯是是一一种种强强极极性性的的内内酯酯，很很难难选选择择适适当当的的有有机机溶溶剂剂，但但在在无无溶溶剂剂体体系系中中，使使用用猪猪胰胰脂脂肪
33、肪酶酶在在6060 C C催催化化反反应应120120小小时时，也也可可获获得得分分子子量量1270-16601270-1660的的聚聚磷磷酸酯，单体的转化率达到酸酯，单体的转化率达到94%94%。2“2“固固- -对对- -固固”反应体系中的酶促合反应体系中的酶促合成成 n在高底物浓度的酶催化反应中，反应体系一般仅在高底物浓度的酶催化反应中，反应体系一般仅加加10-30%10-30%水或有机溶剂，主要是固体的反应物。水或有机溶剂，主要是固体的反应物。n即起始反应混合物主要由悬浮在少量溶剂中的固即起始反应混合物主要由悬浮在少量溶剂中的固体反应物或高度饱和的液体相组成（水或有机溶体反应物或高度饱
34、和的液体相组成（水或有机溶剂），而最后的反应混合物主要由固体产物组成，剂），而最后的反应混合物主要由固体产物组成，这种反应体系被称为这种反应体系被称为“固体固体- -对对- -固体固体”反应。反应。n这种酶催化反应主要用于酰胺、糖苷、糖酯的合这种酶催化反应主要用于酰胺、糖苷、糖酯的合成。成。 多肽的合成多肽的合成nL-L-苯丙氨酸乙酯（油状物）和苯丙氨酸乙酯（油状物）和L-L-亮氨酰亮氨酰胺（固体）的混合物做底物，使用固定胺（固体）的混合物做底物，使用固定化的枯草杆菌蛋白酶和糜蛋白酶作催化化的枯草杆菌蛋白酶和糜蛋白酶作催化剂进行肽的合成。剂进行肽的合成。n实验表明在这种无溶剂体系中，这两种实验
35、表明在这种无溶剂体系中，这两种酶很容易催化反应进行，其中用枯草杆酶很容易催化反应进行，其中用枯草杆菌蛋白酶催化时可得到菌蛋白酶催化时可得到83%83%的产率的产率（0.8g/0.8g/每克固体反应混合物）。每克固体反应混合物）。 低共熔低共熔混合物介质混合物介质 nKim J.Kim J.等报道了用糜蛋白酶催化等报道了用糜蛋白酶催化N-N-苄氧苄氧酰基酰基-L-L-天冬氨酸天冬氨酸- -乙酯与乙酯与D-D-丙氨酸在丙氨酸在9%DMSO9%DMSO，18%MEA18%MEA和和12%12%水构成的共熔反应水构成的共熔反应体系中合成一种甜味二肽衍生物，体系中合成一种甜味二肽衍生物，3737 C C
36、反应反应6 6小时，反应收率达到小时，反应收率达到70%70%以上以上。 固体对固体反应体系固体对固体反应体系n反应体系一般仅加反应体系一般仅加10-30%10-30%水或有机溶剂，主要水或有机溶剂，主要是固体的反应物。即起始反应混合物主要由悬是固体的反应物。即起始反应混合物主要由悬浮在少量溶剂中的固体反应物或高度饱和的液浮在少量溶剂中的固体反应物或高度饱和的液体相组成（水或有机溶剂），而最后的反应混体相组成（水或有机溶剂），而最后的反应混合物主要由固体产物组成，这种反应体系被称合物主要由固体产物组成，这种反应体系被称为为“固体固体- -对对- -固体固体”反应体系。反应体系。 n这种固体反应
37、物体系的重要特点是反应热力学这种固体反应物体系的重要特点是反应热力学表现出类似表现出类似“开关开关”的行为，得到的产率或者的行为，得到的产率或者非常低，或者极其高非常低，或者极其高 过饱和反应体系过饱和反应体系n在一些超饱和反应体系中，水的加入量高达在一些超饱和反应体系中，水的加入量高达40%40%以上。以上。n例如例如Isono,YIsono,Y等在研究甜味二肽的酶促合成中等在研究甜味二肽的酶促合成中直接使用高浓度的底物溶液（直接使用高浓度的底物溶液（3.77mol/L3.77mol/L）进进行反应反应转化率也可达到行反应反应转化率也可达到90%90%以上。以上。nYoushikoYoush
38、iko等用青霉素酰化酶催化等用青霉素酰化酶催化6-6-氨基青霉烷氨基青霉烷酸（酸（6-APA6-APA）与）与D-D-苯甘氨酸及苯甘氨酸及D-D-苯甘氨酸甲酯苯甘氨酸甲酯的酯化和酯交换反应，使用过饱和的底物水溶的酯化和酯交换反应，使用过饱和的底物水溶液，得到液，得到95-99.9%95-99.9%的氨卞青霉素产物。的氨卞青霉素产物。 糖酯的合成糖酯的合成n在在脂脂肪肪酶酶催催化化脂脂肪肪酸酸糖糖酯酯合合成成中中，YanYan Y Y等等在在Candida Candida Antarctica Antarctica B B脂脂肪肪酶酶催催化化硬硬脂脂酸酸葡葡萄萄糖糖酯酯的的合合成成中中，使使用用
39、2-2-丁丁酮酮作作为为辅辅助助剂剂，通通过过抽抽真真空空除除去去反反应应中中产产生生的的水水，5858小小时时反反应应得得到到93%93%的产率。的产率。n同同样样利利用用2-2-丁丁酮酮或或丙丙酮酮作作为为辅辅助助剂剂催催化化葡葡萄萄糖糖与与各各种种脂脂肪肪酸酸（辛辛酸酸、棕棕榈榈酸酸和和硬硬脂脂酸酸）的的酯酯化化或或与与各各种种脂脂肪肪酸酸甲甲酯酯的的酯酯交交换换反反应应，转转化化率率达到达到90%90%以上以上。3 3干介质体系中的酶促合成干介质体系中的酶促合成 n在在干干反反应应技技术术中中反反应应物物沉沉积积在在无无机机氧氧化化物物上上，如如氧氧化化铝铝、硅硅胶胶、高高岭岭土土、硅
40、硅藻藻土土等等均均可可用用来来作作为为反反应应物物的的载载体体，然然后后通过加热方法使反应进行。通过加热方法使反应进行。固定化酶固定化酶n把酶固定化在固体载体上，可以增强酶的稳定把酶固定化在固体载体上，可以增强酶的稳定性，如热稳定性和使用稳定性，从而使固定化性，如热稳定性和使用稳定性，从而使固定化酶可以在较高温度下使用。酶可以在较高温度下使用。n如如NovozymeNovozyme Sp 435 Sp 435是由是由Novo(Denmark)Novo(Denmark)公司将公司将Candida Candida antarcticaantarctica脂肪酶固定化在聚丙烯酸脂肪酶固定化在聚丙烯酸
41、树脂上的商品，可以耐受树脂上的商品，可以耐受80-10080-100 C C的高温。的高温。n而固定化在由硅胶制成的而固定化在由硅胶制成的HyfloHyflo Supercell(HSCSupercell(HSC) )上的上的Pseudomonas Pseudomonas 脂肪酶也可脂肪酶也可以耐受较高温度。以耐受较高温度。 2-2-苯乙醇的拆分苯乙醇的拆分n用这两种固定化脂肪酶催化酯交换或酯用这两种固定化脂肪酶催化酯交换或酯合成反应对消旋的合成反应对消旋的2-2-苯乙醇进行拆分，苯乙醇进行拆分，与加热方法相比，采用微波辐照加热技与加热方法相比，采用微波辐照加热技术效果更好，光学收率达到术效果
42、更好，光学收率达到80%-93%80%-93%。nCarrilloCarrillo等利用微波辅助加热，使用等利用微波辅助加热，使用NovozymeNovozyme 435 435脂肪酶催化消旋的脂肪酶催化消旋的2-2-苯乙苯乙醇与戊酸乙酯、戊酸乙烯酯、辛酸乙酯、醇与戊酸乙酯、戊酸乙烯酯、辛酸乙酯、辛酸的转酯化和酯化反应，在辛酸的转酯化和酯化反应，在Mw 40wMw 40w微微波加热波加热5-155-15分钟（分钟（8080 C C）条件下，转化条件下，转化率达到率达到46-50%46-50%，醇（，醇（R R）的）的eeee值达到值达到100%100%。脂肪酸糖酯的合成脂肪酸糖酯的合成n用用N
43、ovozymeNovozyme Sp 435 Sp 435也可以催化脂肪酸糖酯的也可以催化脂肪酸糖酯的合成，如用脂肪酸（月桂酸）与合成，如用脂肪酸（月桂酸）与 -D-D-甲基葡萄甲基葡萄糖苷为底物，糖苷为底物，40-120W40-120W微波加热微波加热5 5小时小时（9595 C C），），产率达到产率达到95%95%，120-60W120-60W加热加热2 2小时小时（110110 C C），），产率达到产率达到97%97%。n而用无溶剂方法而用无溶剂方法7070 C C反应反应2424小时，产率仅为小时，产率仅为53%53%。NovozymeNovozyme Sp 435 Sp 435也
44、可以催化脂肪酸（月也可以催化脂肪酸（月桂酸）与桂酸）与 , ,- -海藻糖的酯合成反应，在海藻糖的酯合成反应，在110110 C C反应反应1313小时，得到小时，得到88%88%的产率。在这些反应中，的产率。在这些反应中，酶仍然可以循环使用，而没有较大的活性损失。酶仍然可以循环使用，而没有较大的活性损失。 糖苷的合成糖苷的合成n干反应技术也可以用于糖苷酶催化的糖苷合成干反应技术也可以用于糖苷酶催化的糖苷合成反应，反应，Gelo-PajicGelo-Pajic等人使用等人使用Almond-Almond- - -葡萄糖苷葡萄糖苷酶与各种无机载体混合方法，在加热到酶与各种无机载体混合方法，在加热到8080 C C条件下催化葡萄糖与条件下催化葡萄糖与1,4-1,4-丁二醇的糖苷化反应，丁二醇的糖苷化反应，反应反应2 2小时，得到小时，得到58%58%产率的产率的4-4-羟基丁基葡萄糖羟基丁基葡萄糖苷。苷。n而在微波辐照加热条件下，催化葡萄糖或苯基而在微波辐照加热条件下，催化葡萄糖或苯基葡萄糖苷与葡萄糖苷与1,61,6己二醇的糖苷化或转糖基化反己二醇的糖苷化或转糖基化反应，微波加热应，微波加热80-11080-110 C C，1-61-6小时，转化率达小时，转化率达到到80-100%80-100%。
