有机相酶法不对称水解乳酸乙酯

论文摘要

本文以脂肪酶为催化剂,以有机溶剂为反应介质,在此体系中对DL-乳酸乙酯不对称水解进行初步摸索,并对反应条件进行优化,最后研究了乳酸乙酯不对称水解的动力学。首先探讨了在有机介质中酶催化外消旋乳酸乙酯不对称水解制备L-乳酸的可行性。通过单因素实验研究了反应介质、不同来源的酶、摇床转速、水含量、乳酸乙酯浓度及温度等因素对反应的影响。结果表明,N435的活性和选择性较高,叔丁醇和异辛烷的混合溶剂（体积比为1:1）为最适的反应介质,其余最适条件为:摇床转数200 r/min、水含量（水与乳酸乙酯的质量比）为0.2、乳酸乙酯浓度0.27 g·mL-1、酶浓和反应温度分别为0.8 g·mol-1和60℃,在此条件下反应16h得产物ee值为90.02% ,产率为28.69%。其次在以上单因素实验的基础上,通过Plackett-Burman（PB）实验从以上六种反应条件中筛选出主要的影响因素,实验结果分析表明酶浓、温度和底物浓度是主要的影响因素。采用中心组合设计实验对主要影响因素进行进一步的优化,利用统计软件SAS对数据进行处理,确定最佳反应条件为:温度58℃,摇床转数200 r/min,酶浓度0.82 g·mol-1,底物浓度0.25 g·mL-1,水与乳酸乙酯的质量比为0.2, L-乳酸的ee值率达到94.38%,L-乳酸产率为30.02%。最后研究了乳酸乙酯不对称水解的动力学,结果表明反应符合米氏方程,属于双底物抑制的双乒乓机制,并考察了D-乳酸乙酯和D-乳酸在建立反应动力学模型时的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• §1-1 手性化合物简介
• §1-2 手性化合物的拆分途径
• §1-3 脂肪酶催化对映异构选择性反应机理
• 1-3-1 脂肪酶CALB的立体选择性
• §1-4 有机相酶催化的简介
• 1-4-1 在有机溶剂中酶的结构完整性
• 1-4-2 有机溶剂对酶活性中心的影响
• 1-4-3 有机溶剂对酶立体选择性的影响
• 1-4-4 有机相中的水
• 1-4-5 有机溶剂对底物和产物的影响
• §1-5 酶促反应动力学
• 1-5-1 有机相拆分动力学特性
• 1-5-2 固定化CALB催化反应机制
• §1-6 数学方法在反应条件优化中的应用
• 1-6-1 Plackett-Burman实验设计
• 1-6-2 响应曲面优化设计法（Response surface methodology，RSM）
• §1-7 乳酸性质及其制备方法的介绍
• 1-7-1 物理性质
• 1-7-2 化学性质
• 1-7-3 乳酸的应用
• 1-7-4 L-乳酸的生产方法
• §1-8 本论文的研究内容
• 第二章 实验材料与分析方法
• §2-1 试剂与仪器
• 2-1-1 试剂
• 2-1-2 实验用酶及其来源
• 2-1-3 主要仪器
• §2-2 主要分析方法
• 2-2-1 酶活的测定
• 2-2-2 利用液相色谱测定乳酸含量
• 2-2-3 利用生物传感器测定L-乳酸含量
• 2-2-4 ee值的意义
• §2-3 小结
• 第三章 反应体系的确立和反应条件的初步优化
• §3-1 前言
• §3-2 反应体系的确立
• 3-2-1 脂肪酶及溶剂的选择
• 3-2-2 溶剂配比的优化
• §3-3 反应条件的初步优化
• 3-3-1 温度的选择
• 3-3-2 摇床转速对反应的影响
• 3-3-3 酶浓对反应的影响
• 3-3-4 乳酸乙酯浓度的选择
• 3-3-5 反应时间的影响
• 3-3-6 水含量的影响
• §3-4 小结
• 第四章 利用 PB实验和响应曲面法对反应条件进一步优化
• §4-1 引言
• §4-2 Plackett-Burman 实验设计法筛选重要因素
• §4-3 响应曲面法对实验条件的优化
• 4-3-1 响应面方法（Response surface methodology,RSM）
• 4-3-2 响应曲面法优化反应条件
• §4-4 小结
• 第五章 脂肪酶催化乳酸已酯不对称水解动力学研究
• §5-1 引言
• §5-2 实验仪器与检测方法
• 5-2-1 实验仪器和试剂
• 5-2-2 乳酸及L-乳酸含量的测定
• §5-3 反应动力学模型的推导
• §5-4 动力学模型参数的求解
• 5-4-1 扩散影响
• 5-4-2 动力学常数的确定
• §5-5 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录 A
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果