5-甲基吡嗪-2-羧酸（5-Methylpyrazine-2-carboxylic acid,MPCA）是重要的醫(yī)藥中間體,被廣泛應(yīng)用于降血糖藥物、降血脂藥物及治療結(jié)核病藥物的合成。傳統(tǒng)的化學(xué)合成法、現(xiàn)有的野生菌轉(zhuǎn)化法及酶催化法合成MPCA存在著環(huán)境污染,生產(chǎn)周期長(zhǎng)及需要利用有毒物質(zhì)二甲苯等問題,因此本研究建立了一種對(duì)環(huán)境友好的重組大腸桿菌（Escherichia coli）全細(xì)胞催化高效制備MPCA的方法。首先,為了在E.coli中構(gòu)建MPCA的合成途徑,克隆來(lái)源于惡臭假單胞桿菌（Pseudomonas putida）ATCC 33015編碼二甲苯單加氧酶（Xylene monooxygenase,XMO）的xylM和xylA基因,編碼苯甲醇脫氫酶（Benzyl alcohol dehydrogenase,BADH）的xylB基因和編碼苯甲醛脫氫酶（Benzaldehyde dehydrogenase,BZDH）的xylC基因至表達(dá)載體pET28a。對(duì)菌體收集的時(shí)期、三個(gè)酶的表達(dá)量組合進(jìn)行優(yōu)化獲得重組菌E.coli MABC1,并對(duì)其催化條件進(jìn)行優(yōu)化,確定最優(yōu)條件為:細(xì)胞量OD

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MPCA的結(jié)構(gòu)式

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文2式，可以應(yīng)用于催化劑的制備[8]。圖1-2格列吡嗪的合成路線（a）阿昔莫司的合成路線（b）5-甲基吡嗪-2-羧酸甲酯的合成路線（c）Fig.1-2Syntheticrouteofglipizide(a)syntheticrouteofacipimox(b)syntheticrouteof5-methylpyrazine2-methylcarboxylate(c)1.2MPCA的生產(chǎn)方法目前主要合成MPCA的方法可以分為化學(xué)合成法、電化學(xué)合成法及生物轉(zhuǎn)化法。1.2.1化學(xué)合成法化學(xué)合成法是目前合成MPCA最常用的方法，因采用不同的起始原料及不同合成路線又可對(duì)化學(xué)合成法進(jìn)一步進(jìn)行分類，主要分為分子間環(huán)合法、多步反應(yīng)法和氧化法（圖1-3）。其中分子間環(huán)合法通常以丙酮醛與二氨基馬來(lái)腈或鄰苯二胺為基本原料，環(huán)合生成2,3-二氰基-5-甲基吡嗪或2-甲基苯并吡嗪，后再經(jīng)過(guò)一系列酸化、脫羧反應(yīng)得到MPCA[9,10]。2003年，張瑞寬[10]以丙酮醛和鄰苯二胺為原料開創(chuàng)了MPCA合成的方法，該方法具備較為簡(jiǎn)單的工藝及易控制的反應(yīng)過(guò)程，被廣泛應(yīng)用于在工業(yè)上。多步反應(yīng)法主要以2,5-二甲基吡嗪（2,5-Dimethylpyrazine，DMP）為原料在吡嗪雜環(huán)或甲基上進(jìn)行一系列反應(yīng)，從而合成MPCA[11-13]。2007年，陶家林等人[12]以DMP為原料，采用氧化、酰化、水解、氧化四步合成路線，最終合成的MPCA的總收率達(dá)到78%，含量≥98%，

柿柯?闋魑?揭┲屑涮宓囊?�。�?蚨嗖椒從Ψǖ暮銑陜廢囈銑�、中间体見y謊躉??收率低等問題，其工業(yè)化較難被實(shí)現(xiàn)。氧化法則是指以DMP為原料，在一定條件下，利用催化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)生成MPCA。因不同的催化劑的選擇可分為高錳酸鉀直接氧化法、光催化氧化法、液相催化氧化法及氣相催化氧化法[14-17]。2007年，顧豪輝等人[14]通過(guò)循環(huán)利用原料法并利用高錳酸鉀直接氧化DMP，得到的MPCA的收率＞75%，純度＞99%，達(dá)到醫(yī)藥中間體的要求，該法具有較廣闊的應(yīng)用前景。但是氧化法仍存在著催化劑有毒、產(chǎn)物選擇性較差等問題。圖1-3化學(xué)合成法的分類Fig.1-3Classificationofchemicalsynthesis1.2.2電化學(xué)合成法電化學(xué)合成法是指基于化學(xué)合成法中所獲得的DMP的R基取代物，進(jìn)一步電解氧化DMP的R基取代物得到目標(biāo)產(chǎn)物MPCA。1992年，Marco等人[18]通過(guò)使用氫氧化鈉及氫氧化鎳酰陽(yáng)極，在一定溫度下對(duì)DMP的單R基取代物進(jìn)行電解氧化，而后萃娶蒸餾，最終收率可達(dá)80%~90%。雖然電化學(xué)合成法避免了高溫、容器易被腐蝕、環(huán)境污染大等問題，但是它帶來(lái)了其他的問題如高能耗及高生產(chǎn)成本。1.2.3生物轉(zhuǎn)化法生物轉(zhuǎn)化法指采用全細(xì)胞或提取的酶作為催化劑來(lái)轉(zhuǎn)化底物生成目標(biāo)產(chǎn)物，該法被廣泛應(yīng)用于藥物中間體、光學(xué)對(duì)映體、維生素等產(chǎn)品的生產(chǎn)中[19]。依據(jù)催化劑的種類可進(jìn)一步分為全細(xì)胞催化和酶法催化。全細(xì)胞催化通過(guò)利用微生物細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)化，其利用胞內(nèi)的輔因子并無(wú)需進(jìn)行細(xì)胞破碎，這降低了催化劑成本并提高了催化效率。全細(xì)胞催化進(jìn)一步可細(xì)分為野生菌的全細(xì)胞催化和基因工程菌的全細(xì)胞催化，兩者的區(qū)別在于所采用的酶是微生物本身的還是異源表達(dá)的。酶法催化則主要是通過(guò)提取并純化酶，添加催化過(guò)程中需要的輔因子，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)細(xì)胞催化。不同于全細(xì)胞催化，?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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