面包酵母催化芳香酮不对称还原反应研究

论文摘要

具有光学活性的芳香醇类化合物对映体通常被用来作为有机合成的手性砌块和药物合成的中间体,成为新药研究的热点和方向。生物催化还原因其温和的反应条件和高度的立体选择性,成为合成手性芳香醇最重要的方法之一。实验以面包酵母完整细胞作为生物催化剂,研究苯乙酮,苯丙酮,4-氯苯乙酮,4-羟基苯乙酮,4-硝基苯乙酮等潜手性芳香酮不对称还原反应。以苯乙酮（ACP）为模型底物研究水相体系中酵母细胞催化芳香酮不对称还原反应的特性,考察了反应温度、底物浓度、酵母浓度、反应时间、反应体系的pH、辅助底物及浓度等多个因素对反应产物的产率及ee值的影响情况,确定了最佳反应条件:反应温度30℃,底物浓度为0.15mol/L,酵母浓度为170g/L,反应时间30小时,反应体系的pH值为7,辅助底物葡萄糖浓度10g/L;在此条件下,底物苯乙酮的转化率为82%,产物（S）-α-苯乙醇的ee值为93.8%。面包酵母在水相体系中催化苯乙酮还原生成的产物以（S）-α-苯乙醇为主,产物的立体选择性较高,利用Prelog规则解析这一现象并探索面包酵母不对称还原苯乙酮的机理。合成得到4-羟基苯乙酮和4-硝基苯乙酮两种芳香酮类化合物,产品经IR,GC-MS,HPLC分析,含量在99%以上。利用面包酵母细胞催化不同结构的芳香酮类化合物-苯丙酮,4-氯苯乙酮,4-羟基苯乙酮,4-硝基苯乙酮不对称还原相应的手性醇,发现产物的立体选择性受到与羰基相连的两个基团体积和与苯环相连基团电子效应的共同作用:两个基团的体积差异越大,产物的立体选择性就越高,反之亦然;苯环上连接吸电子基团提高产物的立体选择性,供电子基团降低产物的立体选择性。产率只与同羰基相连基团体积大小有关,基团体积增大就会降低反应产率。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 手性的发现及概念
• 1.2 手性在医药领域的重要性
• 1.3 得到手性化合物的方法
• 1.3.1 手性源合成法
• 1.3.2 外消旋拆分法
• 1.3.2.1 物理拆分
• 1.3.2.2 化学拆分法
• 1.3.2.3 生物拆分法
• 1.3.3 不对称合成法
• 1.3.3.1 化学不对称合成
• 1.3.3.2 生物不对称合成
• 1.4 面包酵母在手性合成中的应用
• 1.4.1 面包酵母的还原反应
• 1.4.2 不同状态的酵母在不对称还原反应中的应用
• 1.4.2.1 静息细胞的催化
• 1.4.2.2 酵母细胞丙酮粉的催化
• 1.4.2.3 冻干细胞的催化
• 1.4.2.4 生长细胞的催化
• 1.4.2.5 固定化酵母催化
• 1.5 课题提出的意义
• 第二章 实验药品及实验仪器
• 2.1 主要实验试剂
• 2.2 主要实验仪器
• 第三章 面包酵母催化苯乙酮不对称还原
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 面包酵母的活化
• 3.2.2 苯乙酮的还原反应
• 3.2.3 分析方法
• 3.2.4 面包酵母催化苯乙酮反应的工艺条件研究
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 反应温度对反应的影响
• 3.3.2 底物浓度对反应的影响
• 3.3.3 面包酵母浓度对反应的影响
• 3.3.4 反应时间对反应的影响
• 3.3.5 反应体系pH值对反应的影响
• 3.3.6 不同辅助底物及辅助底物浓度对反应地影响
• 3.4 酵母细胞不对称还原苯乙酮的机理探讨
• 3.4.1 Prelog规则
• 3.4.2 酵母细胞催化苯乙酮的特点
• 3.5 本章小结
• 第四章 面包酵母对其他芳香酮类化合物的不对称催化还原
• 4.1 前言
• 4.2 底物的合成
• 4.2.1 4-羟基苯乙酮的合成与表征
• 4.2.2 4-硝基苯乙酮的合成与表征
• 4.3 底物的谱图解析
• 4.3.1 红外谱图解析
• 4.3.2 气质联用谱图解析
• 4.3.3 液相色谱分析
• 4.4 面包酵母催化还原反应
• 4.4.1 面包酵母的活化
• 4.4.2 面包酵母催化还原的工艺条件
• 4.4.3 分析方法
• 4.5 结果与讨论
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢