含離子液體介質(zhì)中固定化酵母細(xì)胞催化三甲基硅乙酮不對(duì)稱還原反應(yīng)的研究.pdf

1、近年來(lái)，離子液體替代有機(jī)溶劑作為綠色反應(yīng)介質(zhì)用于生物催化與生物轉(zhuǎn)化已引起人們的關(guān)注。研究結(jié)果表明，大多數(shù)生物催化劑在含離子液體介質(zhì)中具有較高的活性、選擇性及穩(wěn)定性。含離子液體介質(zhì)中的生物催化反應(yīng)具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有的相關(guān)研究主要集中在探討含離子液體介質(zhì)中生物催化某一反應(yīng)的可能性，且涉及到的反應(yīng)類型和生物催化劑的種類非常有限。通過(guò)對(duì)比研究離子液體和其他介質(zhì)中的活細(xì)胞催化反應(yīng)以揭示離子液體中活細(xì)胞生物催化特性的研究報(bào)道甚少。另一方

2、面，有機(jī)硅化合物是一類含C-Si鍵的非天然化合物，其不僅在不對(duì)稱合成及功能材料中有非常重要的作用，而且許多有機(jī)硅化合物還具有特殊的生物學(xué)活性，其作為藥物，較其碳結(jié)構(gòu)類似物具有更強(qiáng)的藥效、更高的選擇性和更低的毒性?！肮杼娲笔撬幬镌O(shè)計(jì)、改造的有效途徑。基于以上情況，本論文對(duì)比研究了不同介質(zhì)中酵母活細(xì)胞催化三甲基硅乙酮(ATMS)不對(duì)稱還原反應(yīng)過(guò)程，探討離子液體對(duì)反應(yīng)的影響規(guī)律，揭示含離子液體介質(zhì)中生物催化特性，并以此為基礎(chǔ)，創(chuàng)立具有自主知

3、識(shí)產(chǎn)權(quán)的可用于高效制備對(duì)映體純(S)-1-三甲基硅乙醇的生物催化體系。 離子液體的組成和含量對(duì)固定化釀酒酵母催化活性和穩(wěn)定性有重要的影響。固定化釀酒酵母細(xì)胞在含離子液體介質(zhì)中催化ATMS不對(duì)稱還原反應(yīng)的催化活性隨離子液體的組成和含量的改變而變化。所研究的大部分離子液體在適當(dāng)?shù)臐舛然蜃罴褍上囿w積比的條件下顯著提高了固定化釀酒酵母細(xì)胞的催化活性。在含離子液體介質(zhì)中，固定化釀酒酵母催化ATMS不對(duì)稱還原反應(yīng)的對(duì)映體選擇性明顯優(yōu)于在有機(jī)

4、溶劑/緩沖液雙相體系中的對(duì)應(yīng)值。離子液體對(duì)酵母細(xì)胞操作穩(wěn)定性的影響呈現(xiàn)多樣性。 與正己烷/緩沖液雙相體系中相比，固定化釀酒酵母細(xì)胞在含離子液體(C<,4>MIm·BF<,4>和C<,4>MIm·PF<,6>)介質(zhì)中催化ATMS不對(duì)稱還原反應(yīng)的最適pH值、底物濃度和振蕩速度發(fā)生變化，盡管最適反應(yīng)溫度未變，但溫度對(duì)反應(yīng)的影響規(guī)律不同。在C<,4>MIm·BF<,4>/緩沖液混合體系中，最適離子液體濃度、pH值、反應(yīng)溫度、底物濃度和

5、振蕩速度分別為10％(v/v)、7.5、30℃、77mmol/L和180r/min；在此條件下，反應(yīng)初速度為74.5mmol/L·h，最大轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物e.e.值分別為99.2％和99.9％以上。在C<,4>MIm·PF<,6>/緩沖液雙相體系中，該反應(yīng)的最適兩相體積比、pH值、反應(yīng)溫度、底物濃度和振蕩速度分別為6/1、7.3、30℃、84mmol/L和180r/min；在此條件下，反應(yīng)初速度為63.4mmol/L·h，最大轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物e

6、.e.值分別為99.9％和>99.9％。雖然固定化面包酵母細(xì)胞在含離子液體介質(zhì)中的最適反應(yīng)條件不同于固定化釀酒酵母，但是各種反應(yīng)條件對(duì)該兩種細(xì)胞催化該反應(yīng)的影響規(guī)律相似。在C<,4>MIm-PF<,6>/緩沖液雙相體系中，該反應(yīng)的最適兩相體積比、pH值、反應(yīng)溫度和底物濃度分別為6/1、5.5、35℃和126 mmol/L；在此條件下，反應(yīng)初速度為91.7 mmol/L·h，最大轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物e.e.值分別為99.9％和99.9％以上。在

7、C<,4>MIm·BF<,4>/緩沖液混合體系中，最適離子液體濃度、pH值、反應(yīng)溫度和底物濃度分別為10％(v/v)、7.3、35℃和70 mmol/L；在此條件下，反應(yīng)初速度為84.8 mmol/L·h，最大轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物e.e.值分別為99.2％和99.9％以上。在各自最優(yōu)反應(yīng)條件下，面包酵母細(xì)胞在含離子液體介質(zhì)中催化ATMS還原反應(yīng)活性及對(duì)映體選擇性明顯高于在含有機(jī)溶劑介質(zhì)中的對(duì)應(yīng)值，并且酵母細(xì)胞的操作穩(wěn)定性顯著提高。

8、 含離子液體介質(zhì)中釀酒酵母細(xì)胞的生理部分特性研究表明，離子液體對(duì)酵母細(xì)胞的生長(zhǎng)活性和個(gè)體形態(tài)有顯著的影響。不同離子液體對(duì)酵母細(xì)胞生理特性影響顯然不同。在所研究的幾種含離子液體介質(zhì)中，釀酒酵母細(xì)胞在含C<,4>MIm·PF<,6>介質(zhì)中的生長(zhǎng)活性最強(qiáng)、細(xì)胞的個(gè)體形態(tài)幾乎未發(fā)生變化，這與釀酒酵母細(xì)胞在C<,4>MIm·PF<,6>/緩沖液雙相體系中表現(xiàn)出較高催化活性和穩(wěn)定性的結(jié)果相一致。 本研究有助于豐富對(duì)離子液體中生物合成與生