离子液体对非水相脂肪酶催化合成辛酸戊酯的影响

论文摘要

非水相酶催化酸和醇合成酯已被广泛用于食品、化妆品及医药等行业,其中溶剂工程的调控是一个重要的手段。离子液体具有良好的热稳定性、溶解范围广、可以忽略的蒸汽压和物性可调控等优良的性质,特别是其较强的极性,可溶解高极性底物,使其更有望成为酶催化反应溶剂工程的调控工具。本文以辛酸和戊醇的酯化反应为研究对象,选择脂肪酶RM IM和Novozym 435为催化剂,研究了离子液体及微波辐射下离子液体对该反应的影响,具体研究内容和结果如下:1.用脂肪酶RM IM在不同溶剂系统中催化合成辛酸戊酯,考察了[BMIM][PF6]对该反应初速度及反应进程的影响。在含1%（占辛酸质量）[BMIM][PF6]的有机溶剂体系中,反应初速度随溶剂log P（2.05.1）的变化趋势与有机溶剂中的变化趋势一致。[BMIM][PF6]（占辛酸质量1%）的加入即可改变该酯化反应溶剂体系的溶剂行为,但其对该反应的影响与反应溶剂无关,只与离子液体的加入有关。荧光光谱分析表明,酶活性的表现与酶分子的构象变化有一定的相关性。当[BMIM][PF6]加入量为辛酸质量1%～3%时,以壬烷为溶剂的反应初速度随[BMIM][PF6]加入量的增加而降低。进一步研究表明在[BMIM][PF6]加入量为辛酸质量1%～5%范围内,[BMIM][PF6]对脂肪酶RM IM的抑制作用是不可逆抑制。2.考察了[BMIM][PF6]对脂肪酶RM IM最适反应温度和操作稳定性的影响。结果显示,在40 oC70 oC范围内,当[BMIM][PF6]加入量为辛酸质量2%时,以壬烷为溶剂酶催化反应的最适温度为60 oC,此温度高于不加离子液体的最适反应温度（50 oC）。同时,离子液体（占辛酸质量1%）的存在可以提高固定化脂肪酶RM IM的操作稳定性。3.考察了离子液体加入量为辛酸质量1%时离子液体的结构对酶RM IM催化合成辛酸戊酯的影响。当阳离子均为[BMIM]+时,酶促酯化反应在阴离子为PF6–的离子液体-壬烷中辛酸转化率明显高于其阴离子为BF4–、Cl–中的;而阴离子均为PF6–时,辛酸转化率随离子液体咪唑环上烷基链的增长而降低。在含不同结构离子液体的壬烷中,微波辐射都表现出提高酶催化反应初速度的特点,且这种效应随着离子液体阴、阳离子的不同而有所变化。4.研究了微波辐射下[BMIM][PF6]对脂肪酶Novozym 435催化合成辛酸戊酯的影响,考察了具有不同log P的有机溶剂以及[BMIM][PF6]的加入对该反应的影响。结果表明,微波辐射下反应初速度随溶剂log P（2.05.1）的变化趋势与常规加热下的变化趋势基本一致;在极性大的芳烃溶剂中微波能更明显地提高酶的活性。[BMIM][PF6] （占辛酸质量1%）的加入不会改变该反应的最适加水量（占辛酸质量2%）。微波辐射下,以壬烷为溶剂,当[BMIM][PF6]为辛酸质量1%～3%时,反应初速度与其加入量负相关,而当其加入量为辛酸质量3%～8%（占辛酸质量）时,反应初速度与其加入量正相关。采用ChemPower微波合成仪进行在壬烷或含[BMIM][PF6]（占辛酸质量1%）壬烷中的酯化反应,微波辐射均提高了辛酸转化率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 离子液体的分类和制备
• 1.2.1 N,N'-二烷基咪唑阳离子型离子液体的制备
• 1.2.2 N-烷基吡啶阳离子型离子液体的制备
• 1.2.3 季铵阳离子型离子液体的制备
• 1.2.4 季膦阳离子型离子液体的制备
• 1.2.5 其它阳离子型离子液体的制备
• 1.3 离子液体作为酶促反应溶剂的特性
• 1.4 离子液体中酶的特性变化
• 1.4.1 酶活
• 1.4.2 稳定性
• 1.4.3 选择性
• 1.5 影响非水相脂肪酶催化反应的因素
• 1.5.1 溶剂
• 1.5.2 水
• 1.5.3 微波辐射
• 1.6 离子液体中的脂肪酶催化反应
• 1.6.1 转酯化反应
• 1.6.2 酯化反应
• 1.6.3 手性醇拆分反应
• 1.6.4 水解反应
• 1.6.5 氨解反应
• 1.7 展望
• 1.8 立题依据和主要研究内容
• 1.8.1 立题背景及存在的问题
• 1.8.2 主要研究内容
• 第二章 离子液体对非水相脂肪酶RM IM 催化合成辛酸戊酯的影响
• 2.1 引言
• 2.2 主要试剂与仪器
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 不同有机溶剂中脂肪酶RM IM 催化合成辛酸戊酯
• 2.3.2 有机溶剂-离子液体中脂肪酶RM IM 催化合成辛酸戊酯
• 2.3.3 脂肪酶RM IM 荧光发射光谱的检测
• 2.3.4 酯化反应初速度及辛酸转化率的测定
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 有机溶剂中离子液体对酶促酯化反应初速度的影响
• 2.4.2 离子液体的加入量对壬烷中酶促酯化反应初速度的影响
• 2.4.3 六氟磷酸类离子液体对酶促酯化反应的影响
• 2.4.4 离子液体结构对酶促酯化反应的影响
• 2.4.5 离子液体对酶促酯化反应进程的影响
• 2.4.6 脂肪酶在有机相酶促酯化反应后荧光光谱的变化
• 6]中反应后'>2.4.6.1 不同有机溶剂-[BMIM][PF₆]中反应后
• 6]-壬烷中反应后'>2.4.6.2 不同量[BMIM][PF₆]-壬烷中反应后
• 2.5 本章小结
• 第三章 离子液体对脂肪酶RM IM 性质影响的初步研究
• 3.1 引言
• 3.2 主要试剂与仪器
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 壬烷-离子液体中脂肪酶RM IM 催化合成辛酸戊酯
• 3.3.2 酯化反应初速度及辛酸转化率的测定
• 3.4 结果与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 微波辐射下离子液体对非水相脂肪酶 Novozym 435 催化合成辛酸戊酯的影响
• 4.1 引言
• 4.2 主要试剂与仪器
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 有机溶剂-离子液体中脂肪酶Novozym 435 催化合成辛酸戊酯
• 4.3.2 不同辐射时间下脂肪酶Novozym 435 催化合成辛酸戊酯
• 4.3.3 酯化反应初速度及辛酸转化率的测定
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 微波辐射下有机溶剂对反应初速度的影响及其微波效应
• 4.4.2 离子液体对酶促酯化反应最适加水量的影响
• 4.4.3 不同离子液体对反应初速度的影响及其微波效应
• 4.4.3.1 不同阴离子的咪唑类离子液体
• 4.4.3.2 不同阳离子的六氟磷酸离子液体
• 4.4.4 不同量离子液体对反应初速度的影响及其微波效应
• 4.4.5 不同辐射时间下离子液体的微波效应
• 4.5 本章小结
• 全文结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文