本文關(guān)鍵詞：蛋白酶的催化多功能性在不對稱aldol反應(yīng)和插烯Michael反應(yīng)中的應(yīng)用

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【摘要】：酶除了可以催化天然底物外,還可以催化非天然底物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,我們稱這種功能為酶的多功能性,這種功能通常被隱藏在天然催化轉(zhuǎn)化中。酶催化多功能性不僅為有機(jī)合成提供了更多的催化劑,也為酶的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。本論文主要研究了蛋白酶的催化多功能性在不對稱aldol反應(yīng)和插烯Michael反應(yīng)中的應(yīng)用。α-胰凝乳蛋白酶是一種能夠分解蛋白質(zhì)的消化性酶,其活性基團(tuán)含有絲氨酸殘基,屬于絲氨酸蛋白酶,其活性位點主要包含組氨酸-57、天冬氨酸-102和絲氨酸-195三個氨基酸殘基,它們構(gòu)成了著名的催化三聯(lián)體。我們首次用α-胰凝乳蛋白酶作為催化劑催化對氰基苯甲醛和環(huán)己酮的不對稱aldol反應(yīng),從溶劑、含水量、酶量和溫度等方面對反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化,隨后又進(jìn)行了底物的擴(kuò)展,得到了最高26%的收率,63/37的dr值和50%的ee值。為了證明該aldol反應(yīng)確實是由α-胰凝乳蛋白酶催化的,我們用金屬離子Cu~（2+）、Ag+,尿素,鹽酸胍,以及特異性抑制劑對甲苯磺酰氟(PMSF)、焦磷酸二乙酯(DEPC)和二環(huán)己基碳亞胺(DCC)做了一系列的對照實驗,同時用與α-胰凝乳蛋白酶具有相同活性位點的牛胰蛋白酶、人糜蛋白酶、豬胰蛋白酶催化該反應(yīng),驗證了aldol反應(yīng)發(fā)生在α-胰凝乳蛋白酶的活性位點上,基于對照實驗,我們提出了一個可能的三聯(lián)體催化該aldol反應(yīng)的機(jī)理。手性叔醇結(jié)構(gòu)在很多天然產(chǎn)物和人工合成的生物活性分子中廣泛存在,但由于位阻的原因,在合成上存在一些困難。對于此類物質(zhì)的合成所用的催化劑有金屬配體復(fù)合物以及一些小分子。作為一種綠色環(huán)保又可持續(xù)的生物催化劑,蜂蜜曲霉蛋白酶被用作催化劑,在無外加溶劑下,通過不飽和酮酸酯和環(huán)己酮的不對稱aldol反應(yīng)成功實現(xiàn)了手性叔醇結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。我們通過溫度、含水量、投料比、酶量等條件的探究對反應(yīng)進(jìn)行了優(yōu)化,在最佳的反應(yīng)條件下,蜂蜜曲霉蛋白酶催化直接不對稱aldol反應(yīng)合成了一系列含有手性叔醇結(jié)構(gòu)的芳環(huán)化合物,雜環(huán)吡啶也可以實現(xiàn)手性叔醇結(jié)構(gòu)的合成,直鏈丙酮、四元環(huán)、五元環(huán)、六元環(huán)和吡喃環(huán)的酮都可以作為底物,得到了高達(dá)90%的收率,93/7的dr值和70%的ee值。本工作不僅拓展了蜂蜜曲霉蛋白酶的的應(yīng)用范圍,還為探索天然酶未發(fā)現(xiàn)的催化多功能性提供有價值的信息。水是一種綠色的溶劑,廉價易得,水作為有機(jī)反應(yīng)的溶劑具有清潔安全無污染的特點。豬胃蛋白酶是在人和很多其他的動物的消化系統(tǒng)中產(chǎn)生的一種酶,它能使蛋白質(zhì)分解成更小的多肽,豬胃蛋白酶的活性位點是32號和215號的天冬氨酸殘基。本論文中我們用水作為反應(yīng)的溶劑,豬胃蛋白酶作為催化劑催化當(dāng)歸內(nèi)酯和N-苯基馬來酰亞胺的插烯Michael反應(yīng),首先對投料比、酶量、溫度和時間等條件進(jìn)行了優(yōu)化,接著在最優(yōu)條件下對底物進(jìn)行了擴(kuò)展,合成了一系列的γ,γ-二取代的丁烯酸內(nèi)酯化合物,共12個化合物,收率最高達(dá)98%,dr值高達(dá)99/1。我們通過用金屬離子Ag+,羰基二咪唑(CDI)和二環(huán)己基碳亞胺(DCC)對豬胃蛋白酶做了對照實驗,驗證了反應(yīng)可能發(fā)生在豬胃蛋白酶的活性位點上,在此基礎(chǔ)上我們提出了一個豬胃蛋白酶催化插烯Michael反應(yīng)的可能的機(jī)理。
【關(guān)鍵詞】：酶的多功能性 不對稱aldol反應(yīng) 插烯Michael反應(yīng) 活性位點 反應(yīng)機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O621.251;Q814
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 緒論8-25
• 1.1 酶的多功能性概述8-10
• 1.2 酶的多功能性在aldol反應(yīng)中的應(yīng)用10-15
• 1.3 手性叔醇結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展15-19
• 1.4 γ,γ-二取代的丁烯酸內(nèi)酯的文獻(xiàn)綜述19-24
• 1.5 課題研究的意義和前景24-25
• 第二章 α-胰凝乳蛋白酶催化不對稱aldol反應(yīng)25-50
• 2.1 引言25
• 2.2 結(jié)果與討論25-34
• 2.3 實驗部分34
• 2.4 結(jié)論34-35
• 2.5 產(chǎn)物表征及分析35-50
• 第三章 蜂蜜曲霉蛋白酶催化不對稱aldol反應(yīng)構(gòu)建手性叔醇50-96
• 3.1 引言50
• 3.2 結(jié)果與討論50-60
• 3.3 實驗部分60-61
• 3.4 結(jié)論61-62
• 3.5 產(chǎn)物表征及分析62-96
• 第四章 豬胃蛋白酶催化插烯Michael反應(yīng)96-108
• 4.1 引言96-97
• 4.2 結(jié)果與討論97-103
• 4.3 實驗部分103-104
• 4.4 結(jié)論104
• 4.5 產(chǎn)物表征及分析104-108
• 參考文獻(xiàn)108-114
• 附錄：部分化合物譜圖114-183
• 碩士期間的科研成果183-184
• 致謝184

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本文編號：957831