第六讲典型生物催化的反应氧化还原反应省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,氧化还原反应,氧化还原酶,Redox Enzyme,主要包含三种酶：,1,、脱氢酶（,Dehydrogenase,）,2,、加氧酶（,Oxygenase,）,3,、氧化酶（,Oxidase,）,1/130,1,还原反应,脱氢酶广泛用于醛或者酮等羰基和,C,C,键,还原反应,依据底物取代方式，这两个反应都会由,含有不对称潜力潜手性底物生产,手性,产,物,其逆过程（反应）如醇氧化或者脱氢反,应通常会伴伴随手性中心破坏，因而限,制了它应用,2/130,脱氢酶催化还原反应,3/130,辅酶再生,氧化还原酶催化特点,氧化还原酶需要氧化还原辅酶，提供（或,接收）还原（或氧化）反应中化学平衡,物质。,辅酶类型,NAD,（,H,）：,80,NADP,（,H,）：,10,黄素（,FMN,，,FAD,）和吡咯喹啉醌（,PQQ,）比较少,4/130,辅酶特点,1,、分子相对不稳定,2,、价格昂贵（化学计量数量）,反应中辅酶仅仅是其氧化还原状态发生变,化，所以能够用另外一个氧化还原反应进行,原位（,in situ,）再生。,需要加入催化计量辅酶，降低费用,5/130,辅酶重复利用性能表征,TTN,（,Total turnover number,）,总转换数：代表循环过程效率,即：在一个完整反应过程中每,mol,辅酶可,以产生产物总,mol,数。,辅酶分子会在循环过程中受到破坏,普通,TTN,需要到达,10,3,10,4,，对于大规模生,产，最好能够到达,10,5,。,6/130,还原反应技术应用,“,瓶颈,”,辅酶价格（大规模反应）,认识问题,深入研究,处理问题,当使用完整微生物细胞作用生物催化剂,时，辅酶再生不再是一个关键问题。,微生物含有代谢过程中所需全部酶和辅,酶。经过加入象糖类这些廉价易得氧化还,原平衡物质能够进行辅酶再生。,7/130,还原性尼克酰胺辅酶再生,1,、非酶化学还原,比如用,Na,2,S,2,O,4,TTN,100,，简单，效率较低,酶会因为,Na,2,S,2,O,4,而引发失活,8/130,2,、,电化学、光化学再生,优点：价格低廉，易于使用,缺点：反应区域控制性差，副反应多,TTN,1000,3,、酶法还原,NADH,和,NADPH,高效，复杂，费用高,9/130,酶法还原再生,底物偶联法,10/130,方法：辅酶再生是经过加入一个辅助底,物（,Donor,，供体），在同一个酶,作用下，向相反方向进行反应。,为使反应平衡向所期望方向进行，,供体通常是过量，,TTN,10,3,缺点：,1,、增加了产物纯化难度,2,、供体加入可能引发酶失活,3,、辅助底物浓度高，引发底物抑制,能够考虑使用气膜等进行反应与分离耦合,11/130,酶偶联法,12/130,方法：两个平行氧化还原反应，分别由,两种不一样酶催化主要底物和辅酶,再生转化过程。,特点：两个酶对各自底物有足够专一,性，使两个酶反应能够各自独立进,行。全部底物和辅助底物不会竞,争某一个酶活性中心，反应效率,较高，各自独立进行转化,需要加入另外一个酶,13/130,NADH,有一些进行再生好方法，已经取得,广泛应用，各有优缺点。,NADPH,仅在试验室规模进行再生，对于大,规模生产尚需开始一个廉价高效方法,14/130,FDH,法：,NADH,再生,酶：,Formate Dehydrogenase,15/130,优点：,1,、辅助底物和副产物对酶没有抑制,作用,2,、辅助底物和副产物轻易和产物进,行分离,3,、,FDH,有商品酶供给，轻易进行固,定化，稳定,缺点：,FDH,价格昂贵，比活较低（,3U/mg,）,固定化,FDH,能够处理上述问题,最广泛使用再生,NADH,方法,TTN,：,10,3,10,5,，不过不能用于,NADPH,再生,16/130,葡萄糖脱氢酶法：,NAD(P)H,再生,酶：,GDH,（,Glucose dehydrogenase,）,17/130,特点：从,Bacillus cereus,中提取,GDH,很稳,定，比活较高,缺点：,1,、,GDH,价格昂贵,2,、产物分离困难,假如不考虑纯化问题，此法在试验室中应,用是一个很好方法，也是再生,NADPH,最,简单方法之一,18/130,G6PDH,也能够用于一样反应体系,从,Leuconostoc mesenteroides,肠链球菌中,提取酶廉价，稳定，能够,NAD(P),为底,物，而酵母中,G6PDH,仅认为,NADP,底物,缺点：,G6P,价格昂贵,处理方法：用己糖激酶从葡萄糖利用酶法,制取，不过又包括到,ATP,再生,19/130,能够使用,6-,硫酸,-,葡萄糖和从酿酒酵母中提,取,G6PDH,再生,NADPH,。硫酸不会作为酸,催化剂水解,NADPH,，且底物比磷酸盐轻易,制备。,作为,Glucose/GDH,方法补充，是再生,NADH,和,NADPH,比很好方法,20/130,乙醇脱氢酶和醇脱氢酶法,乙醇脱氢酶（,Ethanol DH,）,醇脱氢酶（,Alcohol DH,）,酵母中：,NADH,L.mesenteroides,：,NADPH,21/130,广泛用于,NADH,和,NADPH,再生,优点：,1,、,ADH,价格适中,2,、乙醇、乙醛有挥发性,缺点：,1,、只有醛或者环酮这么有活性羰基,底物产率较高,对其它底物必须加入过量（乙）,醇或者不停去除（乙）醛,方法：通入氮气，扫除乙醛,把乙醛转化为乙酸,22/130,2,、,TTN,较低,3,、复杂、不稳定多酶体系,4,、低浓度乙醇和乙醛会抑制酶活力,或者引发酶失活,23/130,氢化酶（,Hydrogenase enzyme,）,直接以分子氢作为供体，再生,NADH,优点：,1,、还原性强,2,、不损伤酶和辅酶,3,、没有副产物,缺点：,1,、对氧化很敏感,2,、无商品酶,3,、发酵制备工作复杂,24/130,氧化型尼克酰胺辅酶再生,最好也是应用最广泛再生,NAD(P),方法,是用谷氨酸脱氢酶,(Glutamate DH,GluDH),催化,-,酮戊二酸生成,L-,谷氨酸反应,NADH,和,NADPH,都能够作为辅酶,-,酮己二酸可作为底物，产物为,L-,-,氨基,己二酸,25/130,26/130,丙酮酸和乳酸脱氢酶（,Lactate dehydrogenase,）,再生,NAD,优点：,1,、,LDH,价格廉价,2,、比活较高，比,GluDH,高,缺点：氧化还原势能较低,无法再生,NADP,27/130,28/130,乙醛和乙醛脱氢酶,再生,NAD,TTN,在,10,3,10,4,之间,缺点：酶失活,优点：,1,、酵母起源醛脱氢酶价格廉价,2,、试剂含有挥发性,29/130,用酶还原醛和酮,许多酮能够用脱氢酶进行立体选择性还原,取得手性仲醇,产物可能为,S,醇或者,R,醇,Prelog,法则：依据底物空间结构需要而决,定立体化学反应过程可用一个简单,模型进行判断,30/130,Prelog,法则,在,Curvularia falcata,细胞进行微生物法还原,立体化学基础上建立,脱氢酶主要是从潜手性酮,Re,面释放氢,大多数商品化脱氢酶以及大多数微生物,在进行酮立体专一性还原时候都遵照,Prelog,法则（如,YADH,，,HLADH,）,取得到产物为,S,醇,31/130,Prelog,法则示意图,32/130,脱氢酶种类,选择性,辅酶,商品酶,Yeast-ADH,Prelog,NADH,是,Horse liver-ADH,Prelog,NADH,是,Thermoanaerobium,brockii,-ADH,Prelog(,长链,),Anti-(,短链酮,),NADPH,是,Hydroxysteroid-DH,Prelog,NADH,是,C,.,falcata,-ADH,Prelog,NADPH,否,Mucor,javanicus,-ADH,Anti-Prelog,NADPH,否,Lactobacillus,kefir,-ADH,Anti-Prelog,NADPH,否,Pseudomonas,ADH,Anti-Prelog,NADH,否,33/130,各种脱氢酶底物范围,34/130,酵母醇脱氢酶（,YADH,）,底物专一性范围较窄，普通仅以醛和甲基,酮为底物，碳链长于一个甲基酮不能作,为底物,其它没有商品酶供给,ADH,应用受限制,HLADH,是一个常见酶，含有广泛底物,专一性，很好立体专一性，所以是生物,转化中应用最广脱氢酶,35/130,HLADH,由两个几乎相同，各含有两个锌原,子亚基组成二聚体,X,衍射对其三维结构研究表明，,HLADH,一,级结构即使和,YADH,相差很大，不过它们,三维结构很相同,主要用于对中间单环酮（,4,9,个,C,）和双环,酮还原。大于,10,个,C,环酮不易作为底,物，无环酮还原时，对映体选择性较低,36/130,HLADH,拆分双、多环酮,37/130,X,e.e.Ketone(%),e.e.Alcohol(%),O,60,97,S,53,97,38/130,含,N,杂环酮会使酶失活，和含锌活性中心发,生作用,HLADH,催化,2-,烷基噻喃,-4-,酮还原反应，,转化率可达,100,，以非对映体选择性方式,进行，得到顺，反,-S-,醇混合物。后者经,色谱分离后再氧化，能够得到光学纯度很,高酮。,39/130,HLADH,催化非对映体还原,40/130,41/130,潜手性萘烷二酮选择性还原,42/130,YADH,和,HLADH,不能用于开环酮不对称还,原，而,TBADH,能够还原开环甲基、乙基酮，,带杂环取代基,-,卤代烷基、甲基或三氟,乙基酮，得到对应仲醇，立体选择性很,高,-,不饱和酮和取代基大于乙基酮不能,作为底物,43/130,TBADH,对映体选择性还原酮,TBADH,遵照,Prelog,法则，得到是,S-,醇,对于小分子底物，得到是,R-,醇,44/130,R,1,R,2,选择性,构型,e.e./%,CH,3,C,2,H,5,Anti-Prelog,R,48,CH,3,CH(CH,3,),2,Anti-Prelog,R,86,CH,3,cyclo-C,3,H,5,Anti-Prelog,R,44,CH,3,n-C,3,H,7,Prelog,S,79,CF,3,Ph,Prelog,R,94,CH,3,CCH,Prelog,S,86,CH,3,CH,2,-CH(CH,3,),2,Prelog,S,95,CH,3,(CH,2,),3,-Cl,Prelog,S,98,CH,3,(CH,2,),5,-Cl,Prelog,S,99,45/130,TBADH,最大缺点在于需要,NADP(H),作为辅酶,NAD(H)V,能够代替,NADP(H),NAD(H)V,用,NAD(H),和无机钒酸盐,(HVO,4,2-,),在溶液中合成,因为加入钒酸盐引发副反应由咪唑缓冲,体系来抑制,46/130,47/130,羟基甾体脱氢酶（,HSDH,）,HSDH,适合用于还原大型单环和双环酮,天然底物为甾体类化合物，类似空间结,构,产物能够用,Prelog,法则判断,小分子底物也能够还原，不过选择性就会,比较差,48/130,49/130,R1,R2,酶,醇e.e./%,H,H,HSDH,95,H,Cl,HSDH,90,Cl,Cl,HSDH,95,Me,Cl,HSDH,98,Me,Me,HSDH,95,50/130,从上述酶中选择适当脱氢酶能够将各种,化学合成酮转化为对应手性仲醇,以,NADH,作为辅酶,LDH,能够将,-,酮酸还原为,R,或者,S,型羟基酸,甘油脱氢酶（,GDH,），有商品酶。能够用于,-,羟基酮立体选择性还原,嗜热微生物研究：酶稳定性好,温度对反应选择性影响,:,可供选择范围大,51/130,完整细胞还原醛和酮,和用纯酶进行还原不一样，利用完整细胞不,需要昂贵辅酶循环，含有以下优点：,1,、含有各种能够非天然物质为底物脱氢,酶,2,、含有全部需要辅酶,3,、含有辅酶再生代谢过程,4,、可用廉价碳源作为辅助底物,5,、辅酶、酶稳定性好,52/130,缺点：,1,、生产效率低，因为非天然底物浓度较,低（,0.1,0.3,左右）,2,、产物回收困难，尤其对于胞内产物,3,、,C,源产生大量副产物，少许用于辅酶再,生,4,、反应专一性改变大,5,、微生物菌种特异性强，重复试验结果难,53/130,课堂作业,:,请描述酶法制备,S-2-,氯丙酸联产,S-,乳酸过程所用原料名称和酶,54/130,微生物还原选择性差原因,只有一个氧化还原酶催化还原反应，不过手性识别能力不高,两种或者两种以上氧化还原酶能够还原底物不一样异构体，产生选择竞争性,反应选择性取决于各个反应相对反应速率,米氏方程，,V,max,/K,s,55/130,改进微生物还原反应选择性方法,加反应后可除去保护基团修饰底物,经过固定化技术改变代谢参数,用不一样生长阶段细胞,改变发酵条件,筛选更加好微生物,选择性抑制竞争酶酶活,56/130,酵母细胞还原醛和酮,面包酵母（,Baker,s Yeast,）或酿酒酵母,应用最广泛进行酮不对称还原微生物,起源广，不需要无菌发酵，设备要求低,用于生物转化历史悠久，可供参考文件多,还原简单脂肪醇和芳香醇遵照,Prelog,法则,取得,S-,醇,除了长链甲基酮，其它长链酮不能作为底物,57/130,带有氯、溴、氟、硝基、羟基和甲硅烷基等基团酮也能够作为底物,58/130,R,1,R,2,构型,e.e./%,Me,Et,S,67,Me,n-Bu,S,82,Me,Ph,S,89,Me,CF,3,S,80,CF,3,CH,2,-Br,S,80,Me,C(CH,3,),2,-NO,2,S,96,Me,CH,2,-OH,S,91,Me,(CH,2,),2,-CH=C(CH,3,),2,S,94,Me,cyclo-C,6,H,11,S,95,59/130,R,1,R,2,选择性,构型,e.e./%,Cl-CH,2,-,CH,2,-CO,2,Et,Prelog,R,90,C,2,H,5,(CH2),2,-CO,2,Me,Prelog,S,98,CH,3,n-C,5,H,11,Prelog,S,99,CH,3,n-C,7,H,15,Prelog,S,98,C,2,H,5,n-C,3,H,7,Prelog,S,97,C,2,H,5,(CH,2,),3,-Cl,Prelog,S,99,n-C,3,H,7,n-C,3,H,7,不反应,CH,3,E-CH=CH-CH(CH,3,),2,不反应,60/130,脂肪族,-,酮酯被酵母还原产生,-,羟酯,61/130,R,1,R,2,构型,e.e./%,Cl-CH,2,-,CH,3,D,94,Cl-CH,2,-,C,2,H,5,D,54,Cl-CH,2,-,n-C,3,H,7,D,27,Cl-CH,2,-,n-C,5,H,11,L,77,Cl-CH,2,-,n-C,8,H,17,L,97,(CH,3,),2,C=CH-(CH,2,),2,-,CH,3,D,92,CCl,3,C,2,H,5,D,85,CH,3,CH,3,L,87,CH,3,C,2,H,5,L,96,t-Bu-O-CH,2,-,C,2,H,5,L,97,N,3,-CH,2,-,C,2,H,5,L,80,Br-CH,2,-,n-C,8,H,17,L,100,C,2,H,5,-,n-C,8,H,17,L,95,62/130,反应产生分歧原因不是单酶底物选择性,依据底物结构不一样而发生了改变，主要是,有一系列不一样脱氢酶，对同一个底物产,生竞争，从而含有不一样立体选择性,D,专一性酶（属于脂肪酸复合酶系）对短链,醇基底物更具亲和性，如甲酯,L,专一性酶对长链醇基底物更具亲和性，,比如辛酯,63/130,所以能够经过仔细设计底物来调整控制反应选择性,选择性抑制其中一个竞争性酶,其它方法，比如固定化,64/130,选择性抑制,L,型酶,R,1,R,2,反应条件,构型,e.e./%,Cl-CH,2,-,C,2,H,5,对照,D,43,Cl-CH,2,-,C,2,H,5,烯丙基醇,D,85,C,2,H,5,CH,3,对照,D,37,C,2,H,5,CH,3,甲基乙烯酮,D,89,CH,3,C,2,H,5,对照,L,98,CH,3,C,2,H,5,聚氨基甲酸酯包埋,L,60,C,2,H,5,CH,3,对照,D,5,C,2,H,5,CH,3,聚氨基甲酸酯包埋,D,86,65/130,选择性抑制,D,型酶,R,1,R,2,反应条件,构型,e.e./%,C,2,H,5,CH,3,对照,L,15,C,2,H,5,CH,3,氯乙酸正丁酯,L,69,C,2,H,5,CH,3,氯乙酸乙酯,L,91,C,2,H,5,C,2,H,5,对照,D,40-5,C,2,H,5,C,2,H,5,烯丙基溴,L,98,Cl-CH,2,-,C,2,H,5,对照,D,43,Cl-CH,2,-,C,2,H,5,氯乙酸乙酯,L,80,66/130,酵母还原,-,单取代,-,-,酮酯,还原后产生顺,/,反,-,-,羟酯,顺,/,反不是,1:1,，烯醇化引发快速原位消旋,非对映体选择性由酶立体选择性决定，,动力学拆分过程,取代基较小时，主要为顺式（,Syn,）,取代基较大时，主要为反式（,Anti,）,67/130,68/130,R,1,R,2,R,3,Syn,(e.e./%),Anti,(e.e./%),Syn/Anti,CH,3,CH,3,C,2,H,5,100,100,83:17,CH,3,CH,3,Ph-CH,2,100,80,67:33,Ph-CH,2,-O-CH,2,-,CH,3,(CH,3,),2,CH-,96,a,50,a,24:76,CH,3,CH,2,=CHCH,2,-,C,2,H,5,100,100,25:75,CH,3,Ph-CH,2,-,C,2,H,5,100,100,33:67,CH,3,Ph-S-,CH,3,96,96,17:83,a:,取得是,2R,3R-Syn,和,2S,3R-anti,69/130,羰基还原产生仲醇手性遵照,Prelog,法则,模型预测：非对映体选择性,1,、,-,取代基小于羧基部分，进入,S,-,取代基大于羧基部分，进入,L,2,、酵母中存在各种脱氢酶，能够取得各种,可能非对映体产物,-,取代基为羟基、硫代烷基、叠氮基、,乙酰氨基或者,位完全取代时，不利于,发生烯醇异构化，不能,原位消旋,70/130,71/130,环状,酮酯还原,依据上述模型，能够推测酵母还原,-,环酮,取得对应顺式,-,羟酯。,原因在于环状结构刚性，使,、,-,碳碳,键不能旋转,所以环酮还原反应对映体选择性比无环酮要高,环结构中引入,S,，生物转化后再除去，增加,对映体选择性,72/130,73/130,R,1,R,2,e.e./%,(CH,2,),2,C,2,H,5,98,(CH,2,),3,C,2,H,5,8699,SCH,2,CH,3,85,CH,2,S,CH,3,95,74/130,用相同方法能够将,-,酮酯，,-,酮酰胺转,化为对应,-,羟基衍生物,依据,Prelog,法则，利用酵母作为催化剂，可,以将丙酮酸盐和,-,酮苯乙酸酯转化为高光 学纯度（,e.e.,为,91,100,）,S-,乳酸盐和,R-,扁桃酸,酯,75/130,环状,-,双酮,还原产物为,-,羟基酮，而不会产生双羟基,碳上,H,含有酸性，可能会造成底物和乙,醛发生缩合反应。所以可在此处用取代基,进行取代，以防止这一副反应,对于小环，顺式产物占优势，光学纯度高,环变大时，立体选择性比较难以预测，产,率会下降,76/130,77/130,R,n,e.e.Syn/%,Syn/anti,CH,3,-C(=CH,2,)-CH,2,-,1,98,100:0,CH,2,=CH-CH,2,-,1,98,90:10,HCC-CH,2,-,1,90,100:0,MeO,2,C-CH,2,-,1,98,100:0,NC-(CH,2,),2,-,1,98,96:4,CH,3,-C(=CH,2,)-CH,2,-,2,98,24:76,CH,2,=CH-CH,2,-,2,98,45:55,HCC-CH,2,-,2,98,27:73,NC-(CH,2,),2,-,2,98,3:70,CH,2,=CH-CH,2,-,3,98,100:0,CH,2,=CH-CH,2,-,4,98,82:18,CH,2,=CH-CH,2,-,5,98,No reaction,78/130,酵母还能够用于还原带有硝基、氟、硫和,杂环功效化合物还原，以及金属有机化,合物还原。,产物普通是,S-,醇,很多成功实例，有些已经工业化,除了酵母外，当酵母催化反应立体选择,性较低，或者产生产物与所需构型相,反，则能够考虑用其它微生物进行催化,79/130,无环,-,双酮还原,生产二醇,首先是空间位阻较小羰基被还原为,S-,-,羟基酮（,Prelog,法则）,然后是空间位阻较大酮被深入还原，,产生二醇，主要产物为反式二醇,80/130,81/130,R,e.e.anti-doil/%,Anti/syn,Ph,94,95:5,1,3-dithian-2-yl,97,95:5,Ph-S-CH,2,97,86:14,82/130,完整细胞还原,C,C,键,酶立体选择性催化还原潜手性,C,C,双键具,有较高专一性，可用于很广底物范,围，普通来说是用传统化学方法极难实现,酶：以,NADH,为辅酶烯酸还原酶,很多微生物中都存在，比如,Clostridia,，,Proteus sp.,以及酵母中,83/130,烯酸还原酶已经被分离纯化和判定,制备性生物转化还是利用完整细胞，因为,存在辅酶再生问题，同时烯酸还原酶对,痕量氧很敏感,酶反应立体化学过程：氢反式加成在,C,C,双键上（植物细胞中有顺式加成）,84/130,酵母细胞不对称还原,C,C,双键,1934,年发觉面包酵母能够不对称还原,C,C,建立了一套面包酵母对,C,C,不对称还原,作用规律，有时能够用于其它微生物,C=C,需经吸电子取代基团活化以后才能被还,原，单独,C,C,和碳碳三键无法被还原,详细活化基团见随即详细例子,85/130,-,不饱和碳酸和酯还原,产物绝对构型能够经过起始烯烃顺反,异构体（,E,，,Z,）来控制,普通是酯先被水解为对应酸，然后再被,还原,-,不饱和内酯也能够作为还原底物，产,物为,R,型,86/130,87/130,R,构 型,e.e./%,C,2,H,5,-,E,R,47,(CH,3,),2,CH-,E,R,68,CHCl,2,-,E,R,92,C,2,H,5,-,Z,S,98,(CH,3,),2,CH-,Z,S,98,CHCl,2,-,Z,S,98,CCl,3,-,Z,S,98,88/130,不饱和内酯,89/130,X,Y,e.e./%,-,-,99,O,-,97,O,O,77(low yield),90/130,-,不饱和醛还原,首先,C,C,被烯酸还原酶还原生产饱和醛,饱和醛被脱氢酶还原得到手性链烷醇,烯丙醇也能够作为底物,91/130,共扼二烯中只有,双键被选择性还原,92/130,-,不饱和酮还原,C,C,首先被还原，得到饱和酮,然后被脱氢酶还原产生手性仲醇,有些时候，吸电子基团活化不饱和酮首,先被还原,-,不饱和硝基化合物可被转化为手性,硝基烷烃，不过光学纯度不高,93/130,94/130,R,e.e.Ketone/%,syn/anti,C,2,H,5,44,72:28,n-C,5,H,11,82,89:11,n-C,8,H,17,84,95:5,95/130,全细胞体系辅酶再生技术,能够防止辅助底物产物不需要代谢物,将不可降解有机染料分子用于电子传递中间体,提升反应速率，相当于加入了辅酶,中间体还原形式能够直接或者间接再生,NADH,氧化型中间体能够用廉价还原物质酶法再生,再生所需酶微生物体内都具备,96/130,课堂作业,:,请描述酶法制备,S-2-,氯丙酸联产,S-,乳酸过程所用原料名称和酶,97/130,2,氧化反应,氧化反应是向有机分子引入功效基团重,要反应,化学方法立体选择性差，副反应多，环境,污染严重,生物法普通含有很好立体选择性,98/130,醇和醛氧化,酶：氧化酶，加氧酶,脱氢酶普通不用于氧化反应,1,、热力学上来说，醇氧化反应比较困难,氧化型辅酶再生也比较困难,2,、产物抑制严重，醛、酮和酶结合比较紧密,3,、酶氧化反应最正确,pH,普通为,8,9,，而此时,辅酶和产物（尤其是醛）是不稳定,4,、仲醇氧化普通包括到手性中心破坏,99/130,多元醇区域选择性氧化,酶催化醇氧化反应只有包括到复杂分子,如多元醇才含有实际意义,传统方法氧化这些物质存在选择性问题，,包括到羟基一系列保护和去保护步骤,各种微生物，如,Acetobaoter,或,Pseudomonas,等能够一步反应就将多羟基化合物选择性,氧化为对应酮醇或者酮酸,100/130,101/130,醇氧化拆分,理论转化率,100,102/130,用,HLADH,进行对映体选择性氧化,R=-CH,2,OH,-CH,2,F,-CH,2,Cl,-CH,2,Br,-CH,3,-CH,2,NH,2,-CH=CH,2,-CH,2,CH,3,103/130,用,HLADH,进行对映体选择性氧化，从而,进行醇拆分,主要困难在于,NAD,再生,FMN,再生体系能够用于,HLADH,对单、双、,多环仲醇拆分,为防止酶失活，过程中产生过氧化氢,可用过氧化氢酶去除,醇氧化为醛，继而氧化为酸,104/130,不对称氧化潜手性或者内消旋二醇,仲醇拆分普通用酯酶代替上述氧化还原,反应,潜手性或内消旋结构二醇不对称反应,是合成手性内酯好方法,HLADH,普通选择性氧化,S,或者潜手性,S,羟基,存在自发形成半缩醛反应,105/130,106/130,S,型，高选择性，,e.e.100,107/130,108/130,HLADH,对双环内消旋二醇拆分,109/130,总来说，,HLADH,对连接,S-,中心羟甲基,含有完全对映体专一性,经,HLADH,催化，先生成羟醛变成半缩,醛，然后被深入氧化产生内酯,仅在双环辛烷体系中有少许中间体半缩醛,存在,110/130,加氧反应,直接催化分子氧进入有机分子酶称为加,氧酶,非活性有机底物直接加氧官能团反应对,合成化学来说有很多难以处理问题,酶催化加氧反应就比较轻易进行反应,尤其是存在区域选择性或者对映体专一性,要求时，用生物催化能够实现高选择性,加氧反应,111/130,氧进入有机受体分子机制,112/130,单加氧酶作用下，以,NADH,或者,NADPH,作为辅酶，形成,H,2,O,，一分子氧加到底物上,双加氧酶直接将氧分子加到底物上，所以,有时也称为氧转移酶,氧化酶包括到氧上面电子传递，能够是,传递,2,个或者,4,个电子，形成过氧化氢或者,水,包含：,黄素蛋白氧化酶（如葡萄糖氧化酶）,金属黄素氧化酶（如醛氧化酶）,亚铁蛋白氧化酶（如过氧化氢酶）,113/130,单加氧酶,单加氧酶反应机理依据酶底物种类不,同而有不一样，但他们激活氧方式是一样,分子氧被还原剂如,NADH,，,NADPH,还原过,程所激活，其中一个氧转移到底物上，另,一个还原形成,H,2,O,114/130,115/130,活化氧传递物质产生由含有过渡态金属,（,Fe,或,Cu,）辅酶或由杂芳香烃系统来传,递,在,Fe,基础上单加氧酶催化循环，主要,是细胞色素,P450,另外一个反应机制则是以黄素为辅酶,116/130,117/130,细胞色素,P450,是各种生物血红蛋白所广,泛含有一类物质,它在肝脏这类解毒器官中含量丰富，在微,生物体内也有,即使不一样起源酶含有显著差异，如氢,供体等，不过全部细胞色素,P450,单加氧酶,中类似于血红素亚基地,26,个氨基酸序列都,是相同,118/130,119/130,细胞色素,P450,反应机制类似于高价金属,离子化学氧化（亲电攻击）,FAD,机制类似于过氧化物和高价酸对有机,化合物氧化（亲核攻击）,很多单加氧酶是与膜相结合，所以极难,分离，加上,NAD(P)H,再生问题，所以大,部分单加氧酶催化反应是利用全细胞,缺点是目标产物产率较低，因为细胞会继,续利用产物，能够经过筛选阻遏产物降解,或者酶缺点株来处理这个问题,120/130,链烷烃羟化反应,碳氢化合物非活性中心羟化反应是生物,转化中最有用反应之一,生物羟化反应中,C,原子相对反应活性：,仲,叔,伯，而自由基反应则是叔,仲,伯,20,世纪,40,年代后期开始研究链烷立体选,择性羟化，已经有工业化应用,选择适当微生物，实现选择性羟化任一,立体中心,121/130,122/130,123/130,124/130,在对各种微生物对非天然脂肪族化合物,羟化能力研究中，真菌,Beauveria bassiana,是研究得最多。,普通来说，底物中象乙酰胺、苯甲酰胺或,对甲苯磺酰胺等有极性基团存在，对于,底物在酶活性中心上定位是有利,羟化发生在距极性结合基团,3.3,6.2,埃地,方,不一样大小环烷环发生竞争时，羟化按,照以下次序进行，环庚基,环己基,环戊基,125/130,大多数情况下，,B.bassiana,羟化反应有很,高区域选择性，但对映体选择性普通比,较差,改进区域和对映体选择性方法,1,、改变培养条件,2,、筛选微生物,3,、修饰底物,126/130,127/130,芳香族化合物羟化反应,使用纯化学方法进行芳香族化合物区域,选择性羟化反应是极难（邻、对位羟化,试剂，危险，副产物多）,单加氧酶可进行邻、对位选择性羟化，间,位羟化反应极少,酚类化合物能够被多酚氧化酶选择性氧,化，取得邻位羟化产物，产率较高，不过,反应会继续下去生产不稳定邻苯醌，发,生聚合，尤其是在水中,128/130,反应在合成上应用可用于含对羟基酚部分氨基酸和醇氧化，如合成,L-,多巴等。,129/130,130/130,