脂肪酶級聯(lián)動力學(xué)拆分(R，S)-2-甲基丁酸及其酯的研究.pdf

1、光學(xué)活性2-甲基丁酸及其短鏈酯是重要手性精細(xì)化學(xué)品。脂肪酶催化的動力學(xué)拆分相對于其他拆分方法具有規(guī)模易放大，環(huán)境友好，產(chǎn)品滿足“綠色”、安全等食品級要求等優(yōu)點(diǎn)，因此常被用于許多手性風(fēng)味物質(zhì)的拆分。然而，由于2-甲基丁酸及其短鏈酯中連接于手性中心碳原子上的甲基與乙基的空間差異太小，使其脂肪酶動力學(xué)拆分較為困難，而且光學(xué)純度還很難達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。本研究針對2-甲基丁酸及其酯，建立了級聯(lián)動力學(xué)拆分法，即將脂肪酶催化的選擇性酯化反應(yīng)與選擇性

2、水解反應(yīng)相偶聯(lián)，對其進(jìn)行拆分，建立了級聯(lián)動力學(xué)模型，最終獲得了4種光學(xué)純度較高的不同構(gòu)型的異構(gòu)體。主要研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴為獲得較高光學(xué)純度及得率的產(chǎn)物，對級聯(lián)動力學(xué)拆分中酯化拆分與水解拆分反應(yīng)分別進(jìn)行了體系的建立與優(yōu)化，篩選了各自體系中既具有較高光學(xué)選擇性又同時(shí)具有較高的催化活性的脂肪酶。對于酯化拆分體系，建立并優(yōu)化了酯化反應(yīng)體系:篩選確定了RCL為酯化拆分一步用酶，加酶量為16 mg/ml，底物濃度為0.1 mol/L，

3、溫度4℃。而對于水解拆分體系，建立并優(yōu)化水解反應(yīng)體系為:篩選確定了RCL為水解拆分用酶，加酶量為15 mg/ml，底物濃度為0.2 mol/L，溫度4℃。
　　 ⑵為了提高級聯(lián)反應(yīng)終產(chǎn)物的得率，研究建立了級聯(lián)動力學(xué)拆分反應(yīng)模型，對反應(yīng)進(jìn)行理論指導(dǎo)，即在目標(biāo)產(chǎn)物ee值的要求下，控制兩步反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率以得到最高的產(chǎn)物得率。在此模型指導(dǎo)下，進(jìn)行了兩種選擇性反應(yīng)通過不同順序相偶聯(lián)的級聯(lián)動力學(xué)反應(yīng):先水解后酯化的級聯(lián)動力學(xué)拆分反應(yīng)中，控制了

4、第一步與第二步的轉(zhuǎn)化率分別為45%與38%，最終獲得了ee值為90.64%的(S)-2-甲基丁酸乙酯；而先酯化后水解的級聯(lián)動力學(xué)拆分反應(yīng)中，分別控制第一步與第二步的轉(zhuǎn)化率為34.8%與40.2%，獲得了ee值為92.3%的(S)-2-甲基丁酸。
　　 ⑶研究中發(fā)現(xiàn)RCL在水相中40℃下水解反應(yīng)通過優(yōu)先水解(S)-2-甲基丁酸乙酯，10 h后可獲得ee值為92.4%的剩余底物(R)-2-甲基丁酸乙酯。溫度對RCL催化酯化與水解拆分

5、的影響研究表明，低溫下反應(yīng)的對映體選擇率較高，在4℃下通過水解拆分獲得的(R)-2-甲基丁酸乙酯的ee值可提高至95.0%。提取(R)-2-甲基丁酸乙酯，使用(S)-型選擇性較弱但轉(zhuǎn)化活性較高的Novozym435催化其第二步水解，獲得了ee值為92.2%的(R)-2-甲基丁酸。
　　 ⑷通過兩種不同順序的級聯(lián)動力學(xué)拆分反應(yīng)以及兩步水解法，最終獲得了ee值分別為90.6%的(S)-2-甲基丁酸乙酯，ee值92.3%的(S)-2-