收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化1-(4-甲氧基)-苯基乙醇动力学拆分的研究

程景  
【摘要】:光学纯手性醇及其衍生物是合成手性药物、手性农药及手性功能材料的重要手性中间体,如对映体纯1-(4-甲氧基)-苯基乙醇(MOPE)是一种重要的手性中间体,(R)-MOPE可用来合成3-芳基-3-取代的丙酸类抗炎药物,而(S)-MOPE则是合成抗过敏药的重要合成子。目前,制备手性醇的方法主要有化学法和生物法两种。与化学合成法相比,生物法反应条件温和、立体选择性高以及环境友好等优点而备受青睐。相比于离体酶,微生物全细胞的稳定性及选择性更好,且不需要添加昂贵的辅酶;而且,倘若使用固定化细胞进行催化,不仅有利于产物的分离,还可回收细胞重复利用,大大简化生产工序,降低生产成本。迄今,有关生物催化拆分外消旋体MOPE得到对映体纯的(S)-MOPE的研究报道甚少,且获得的转化率和残留底物的e.e.值颇低。因此,本论文对比研究不同反应介质[尤其是深度共熔溶剂(deep eutectic solvents, DESs)]中固定化Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞催化外消旋体MOPE不对称氧化得到对映体纯的(S)-MOPE的反应特性,并将含DESs体系与双相体系相结合,系统探讨各相关因素对该反应的影响规律,考察固定化Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞在不同反应体系中的操作稳定性,以期建立高效合成对映体纯(S)-MOPE的生物催化反应体系。 在7株供试微生物菌株中,Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞能高效催化MOPE不对称氧化得到对映体纯的(S)-MOPE,且获得了较高的立体选择性和转化率。采用壳聚糖-乙二醛包埋-交联法,对醋酸杆菌细胞进行固定化,所得的固定化细胞在储藏稳定性、热稳定性和操作稳定性均优于游离细胞,且其催化MOPE不对称氧化反应的转化率与游离细胞相当(约49.4%),残留底物e.e.值99.0%以上,残留底物为(S)-MOPE,底物对映体选择率E值在60以上,故选择固定化醋酸杆菌细胞作为生物催化剂进行下一步的研究。 在水相反应体系中,固定化Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞催化MOPE不对称氧化反应的最适底物浓度、缓冲液pH值、辅底物及其浓度、固定化细胞浓度、反应温度和转速分别为30mmol/L,6.5,70mmol/L丙酮,0.3g/mL、30oC,180r/min;在此最适条件下反应9h,反应的初速度、转化率及残留底物的e.e.值分别为102.1μmol/min,49.4%和99.0%,残留底物为(S)-MOPE,底物对映体选择率E值在60以上。显然,在水相中进行该反应,底物浓度较低(30mmol/L),且存在较为一定的底物和产物抑制,该反应的效率有待进一步提高。 为解决上述问题,本研究试图通过代谢调控途径,向水相体系中添加亲水性的新型介质DESs,增大细胞膜的通透性以期降低细胞内的产物浓度,提高反应效率。在所研究的7种的DESs中,[ChCl][Gly]具有最好的生物相容性,在含[ChCl][Gly]的缓冲液反应体系中Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞膜的完整性较高,维持了细胞膜正常的生理活性,且适当增加了细胞膜的通透性,因此缓解了产物抑制,提高了反应初速度。在含[ChCl][Gly]的缓冲液反应体系中最适DES含量、反应温度、缓冲液pH值、辅底物丙酮浓度、转速和底物浓度分别为10%、30oC、6.5、140mmol/L、220r/min和60mmol/L;在上述反应条件下反应7h,该反应的初速度是129.8μmol/min;转化率和残留底物的e.e.值分别为51.5%和99.9%以上,残留底物为(S)-MOPE,底物对映体选择率E值在60以上。研究表明,含[ChCl][Gly]的缓冲液反应体系中的初速度、最适底物浓度和转化率均高于水相体系中的对应值,并且仍然有提高的空间。 为进一步提高反应效率,尝试采用相转移的方法,利用疏水性溶剂对底物和产物的萃取作用,降低水相中底物和产物的浓度。有机溶剂和疏水性离子液体/缓冲液是常见的双相反应体系,故本论文对比研究了7种有机溶剂(乙酸乙酯、异丙醚、环己烷、正己烷、异辛烷、正壬烷和十二烷)和5种疏水性离子液体(C4MIM·PF6,C5MIM·PF6,C2MIM·Tf2N,C4MIM·Tf2N,PP14·Tf2N)与缓冲液组成的双相体系对该反应的影响。在所研究的溶剂中,C4MIM·PF6为最适第二相。在此反应体系中进行该反应的最适条件为:C4MIM·PF6体积比为20%,缓冲液pH为6.5,反应温度30oC、辅底物丙酮浓度152mmol/L、底物浓度65mmol/L以及转速220r/min;在上述条件下反应10h,反应的初速度是94.6μmol/min;转化率和残留底物的e.e.值分别为50.5%和99.9%以上,残留底物为(S)-MOPE,底物对映体选择率E值在60以上。与含[ChCl][Gly]的缓冲液混合体系中相比,反映初速度略有降低,但是最适底物浓度有进一步的提高(65.0mmol/L vs.60.0mmol/L)。进一步的研究表明,离子液体C4MIM·PF6具有较好的生物相容性,且对底物和产物均具有较高的萃取效率,这很好地说明了C4MIM·PF6/缓冲液为该反应适宜介质的原因。 前面的研究表明在疏水性有机溶剂和离子液体组成的双相反应体系中能有效缓解底物抑制,但反应初速度较低,而在反应体系中添加深度共熔溶剂时能显著提高反应初速度,同时缓解产物抑制,因此进一步研究了在C4MIM·PF6/缓冲液双相反应体系中添加[ChCl][Gly]以期得到最佳的催化效果。当C4MIM·PF6体积百分比为20%时,在缓冲液相中添加10%的[ChCl][Gly],在缓冲液pH值、反应温度、辅底物丙酮浓度、转速和底物浓度分别为6.5、30oC、186mmol/L、220r/min和80mmol/L的条件下反应时间7h,该反应的初速度是124.0μmol/min;转化率和残留底物的e.e.值分别为51.3%和99.9%以上,残留底物为(S)-MOPE,底物对映体选择率E值在60以上,明显提高了催化效率。 在以上所考察的四种反应体系中,固定化细胞在含[ChCl][Gly]的缓冲液反应体系中的操作稳定性最好,连续反应10个批次(每批次为7h)后,固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞的相对活性仍有71.0%;在水相体系中,固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞反应10个批次(每批次为9h)后相对活性降至53.0%;在C4MIM·PF6/缓冲液双相反应体系中,固定化Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞反应10个批次(每批次为10h)后的相对活性为65.0%,高于水单相反应体系中的;在C4MIM·PF6/[ChCl][Gly]-缓冲液双相反应体系中,固定化Acetobacter sp. CCTCCM209061细胞反应10个批次(每批次为7h)后的相对活性为67.0%,略高于C4MIM·PF6/缓冲液双相反应体系中该固定化细胞的操作稳定性;在最适反应条件下,将四种反应体系规模扩大至500mL,反应效率在C4MIM·PF6/[ChCl][Gly]-缓冲液双相反应体系中最好,最适底物浓度为80mmol/L,反应初速度,转化率和残留底物的e.e.值分别为113.3μmol/min,50.2%和99.9%以上,残留底物为(S)-MOPE,底物对映体选择率E值在60以上,显示出较大的应用潜力。 本研究不仅有助于丰富对含DESs介质中固定化细胞催化特性的认识,还提供了一条拆分手性芳香醇行之有效的新途径。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 余晓斌,卞玉荣,全文海;Acetobacter xylinum生产纤维素的最适培养基成分[J];生物技术;1999年03期
2 殷智超;马波;朱春林;孙东平;;Acetobacter xylinum NUST4.2摇瓶发酵细菌纤维素的动力学研究[J];皖西学院学报;2011年05期
3 徐玉;王晓婷;娄文勇;宗敏华;;含水有机溶剂体系中固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化乙酰乙酸乙酯不对称还原反应[J];现代食品科技;2014年07期
4 周伶俐;孙东平;吴清杭;杨树林;;Acetobacter xylinum NUST4合成细菌纤维素发酵条件的优化[J];微生物学通报;2005年06期
5 任广呜;提高转化糖溶液中果糖对葡萄糖的比率[J];食品工业科技;1981年02期
6 程景;娄文勇;宗敏华;;有机溶剂/缓冲液双相体系中固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化1-(4-甲氧基)-苯基乙醇不对称氧化反应[J];高等学校化学学报;2014年07期
7 Chun-tao Chen;Yang Huang;Chun-lin Zhu;Ying Nie;Jia-zhi Yang;孙东平;;Synthesis and Characterization of Hydroxypropyl Cellulose from Bacterial Cellulose[J];Chinese Journal of Polymer Science;2014年04期
8 孙东平;周伶俐;杨加志;马波;朱春林;刘长生;;Acetobacter xylinum NUST4.2摇瓶培养高产细菌纤维素及应用研究[J];化学与生物工程;2008年07期
9 许燕娜;张剑恩;黎嘉惠;蔡兴蓉;黄娆勤;吴晖;刘冬梅;;Acetobacter xylinum CGMCC5173发酵生产细菌纤维素的条件优化[J];现代食品科技;2012年11期
10 ;[J];;年期
11 ;[J];;年期
12 ;[J];;年期
13 ;[J];;年期
14 ;[J];;年期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 仲崇斌;程国华;张忠泽;;维生素C二步发酵的新组合菌系[A];中国生物化学与分子生物学会第八届会员代表大会暨全国学术会议论文摘要集[C];2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 程景;固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化1-(4-甲氧基)-苯基乙醇动力学拆分的研究[D];华南理工大学;2014年
2 吴清杭;Acetobacter xylinum NUST4.2产纤维素的研究[D];南京理工大学;2005年
3 王晓婷;固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化乙酰乙酸乙酯不对称还原反应的研究[D];华南理工大学;2013年
4 徐玉;固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化3-氯苯丙酮不对称还原反应的研究[D];华南理工大学;2014年
5 吴金鑫;催化合成3-羟基丙酸菌株的筛选及其催化研究[D];江南大学;2014年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978