微波辐射—酶耦合催化（MIECC）效应的研究 ——微波辐射对反应机制、动力学和区域选择性的影响

论文摘要

微波辐射和酶催化是现代合成化学中两种强有力的催化手段。目前一种新的研究动向是将两者结合起来用于催化合成反应,这种新型催化方法可以被称作微波辐射-酶耦合催化（MIECC）。本文根据国内外MIECC反应的最新研究进展,改进并完善了MIECC专用反应器:选择不同的酶催化反应体系研究了反应初速度、动力学特征和区域选择性等方面的MIECC效应。在此基础上,结合目前国内外对微波食品安全性的极度关注,选择性地研究了微波辐射促进米饭中丙烯酰胺生成的效应。本文主要研究内容和结果如下: 1.利用家用微波炉的核心部件微波发生器,设计并改装了适用于MIECC反应研究的专用微波反应器,考察不同冷却介质对反应体系的冷却效果,实现温度的准确显示与控制。在所设定的从40～70℃的温度区间内,利用该反应器考察非水相酶催化n-辛酸与n-戊醇的酯化反应。结果显示,连续微波辐射下的反应初速度均相应大于常规加热条件,显示了初步的MIECC效应,同时也表明该MIECC反应器控温稳定,适合进行非水相酶催化反应。 2.通过对n-辛酸与n-烷醇的非水相脂肪酶催化酯化反应的研究,考察了反应速度的MIECC效应以及各种因素对它的影响。在该反应体系中,微波模式下的最适反应温度相比常规条件下发生轻微改变。由于奇偶碳数的变化,n-烷醇同系物显示了反应的底物特异性。THF在反应中显示了异常的溶剂效应。微波辐射降低了酶催化反应的表观活化能。这些MIECC效应均可归因于微波辐射的热和非热效应。 3.选择,n-辛酸与n-戊醇作反应底物、n-辛烷为溶剂的非水相酶催化酯化反应体系,考察反应动力学特征方面表现出的MIECC效应。实验结果显示,两种模式下的米氏常数有所差异;微波辐射增大了酶与底物醇的亲和力,对酶与底物酸的复合物却无明显影响,从而表现出了一定的底物特异性;微波辐射虽然未从根本上改变酶催化反应的Ping-Pong Bi-Bi机制,但当底物醇浓度为大于0.5 mol/L的较高浓度时观察到反应偏离该机制的新现象。 4.选择甘油与,n-辛酸作为反应底物、具有1,3选择性的脂肪酶Novo435作为催化剂,借助HPLC-RID检测甘油单辛酸酯、甘油双辛酸酯及其各自异构体的量来考察不同加热模式对反应区域选择性的影响。在该反应体系中,微波辐射并未表现出明显的MIECC速度效应;不同水含量以及不同底物配比时,微波辐射均削弱了该脂肪酶在

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微波概述
• 1.3 微波化学的研究进展
• 1.4 非水相酶催化反应
• 1.5 微波化学与酶催化反应的结合——MIECC反应
• 1.5.1 概述
• 1.5.2 国内外研究现状
• 1.5.2.1 微波辐射提高酶催化反应速率
• 1.5.2.2 微波辐射提高酶催化反应产率
• 1.5.2.3 微波辐射改善酶催化反应立体选择性
• 1.5.3 MIECC反应机理初探
• 1.5.3.1 MIECC反应的热效应
• 1.5.3.2 MIECC反应的非热效应
• 1.6 展望
• 1.7 立题依据和主要研究内容
• 1.7.1 立题依据
• 1.7.2 主要研究内容
• 第二章 MIECC反应器的进一步改造
• 2.1 引言
• 2.2 相关反应器概述
• 2.2.1 微波合成反应装置组成
• 2.2.1.1 微波发生装置
• 2.2.1.2 反应容器
• 2.2.1.3 辅助设备
• 2.2.2 微波合成反应装置分类
• 2.3 MIECC反应器的设计
• 2.3.1 温度显示与控制装置
• 2.3.2 反应器机械搅拌口的改装
• 2.3.3 其他装置
• 2.3.4 冷却介质的选取
• 2.4 利用MIECC反应器的反应效果
• 2.5 本章小结
• 第三章 非水相微波辐射-酶耦合催化n-辛酸与n-烷醇的酯化反应
• 3.1 引言
• 3.2 试剂与仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 CH模式反应
• 3.3.2 MI模式反应
• 3.3.3 反应初速度的测定
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 MIECC反应的酶催化最适温度
• 3.4.2 水含量在MIECC反应中的作用
• 3.4.3 MIECC的底物特异性
• 3.4.4 MIECC的溶剂效应
• 3.4.5 MIECC效应与反应表观活化能Ea
• 3.4.6 微波辐射提高反应初速度的讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 微波辐射局部改变酶催化n-辛酸与n-戊醇酯化反应的Ping-Pong机制的现象
• 4.1 引言
• 4.2 试剂与仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 CH模式反应
• 4.3.2 MI模式反应
• 4.3.3 反应初速度的测定
• 4.4 结果与讨论
• E对酯化反应初速度的影响'>4.4.1 加酶量W_E对酯化反应初速度的影响
• 4.4.2 酯化反应的米氏常数
• 4.4.3 微波辐射对酶催化反应机制的影响
• 4.4.3.1 CH模式下的Ping-Pong Bi-Bi机制
• 4.4.3.2 微波辐射对反应机制Ping-Pong Bi-Bi机制的局部改变
• 4.5 本章小结
• 第五章 n-辛酸与甘油反应的MIECC区域选择性初步研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 材料与仪器
• 5.2.2 反应初速度的测定
• 5.2.3 产品分析
• 5.2.4 酯化方法
• 5.2.4.1 CH模式
• 5.2.4.2 MI模式
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 不同温度下的反应初速度
• 5.3.2 n-辛酸与甘油反应的MIECC区域选择性效应
• 5.3.2.1 产物的仪器分析
• 5.3.2.2 不同水含量下的MIECC区域选择性效应
• 5.3.2.3 不同底物配比下的MIECC区域选择性效应
• 5.3.2.4 不同加热方式对区域选择性的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 家用微波炉烹制米饭对生成致癌物质丙烯酰胺的影响
• 6.1 引言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 材料与仪器
• 6.2.2 实验方法
• 6.2.2.1 米饭样本及其提取液样本的制备
• 6.2.2.2 气相色谱内标法分析DMA含量
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 Am的GC检测方法的建立
• 6.3.1.1 内标物DMA的确定
• 6.3.1.2 相对质量校正因子f的测定
• 6.3.1.3 Am的GC检测限的确定
• 6.3.2 微波辐射对米饭中Am含量的影响
• 6.4 本章小结
• 全文主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文清单
• 附录