手性物質(zhì)及其生物制備方法的研究進(jìn)展_李凜

1、化 工 技 術(shù) 與 開(kāi) 發(fā) 第 40卷 1手性物質(zhì)簡(jiǎn)介人的左 、 右手不能重疊 , 互為鏡像 , 化學(xué)界把這種特性稱為手性 , 將具有這種特性的物質(zhì)稱為 手性物質(zhì) 。 手性物質(zhì)在醫(yī)藥 1、 農(nóng)藥 2、 功能材料 3等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用 :在醫(yī) 藥領(lǐng)域 , 手性 藥物的銷售量超過(guò)了市售藥物的三分之一 , 預(yù)計(jì) 手性藥物的產(chǎn)值在 2020年將達(dá)到 2500億美元 4; 在農(nóng)藥領(lǐng)域 , 手性農(nóng)藥占全球農(nóng)藥市場(chǎng)的份額已 經(jīng)超過(guò) 25%, 商品化的手性農(nóng)藥已經(jīng)超過(guò)了 173個(gè) 品 種 5; 在 功 能 材 料 領(lǐng) 域 , 手 性 材 料 在 隱 身 材 料 , 液晶材料 , 非線性有 機(jī)光學(xué) 材料

2、等方面 表現(xiàn) 出了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力 3。 隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大 , 人們對(duì)手性物質(zhì)的需求量也越來(lái)越大 , 因此加快 對(duì)手性物質(zhì)制備方法的探索迫在眉睫 。2手性物質(zhì)的制備方法天然產(chǎn)物提取法 :天然存在的手性物質(zhì)主要包括碳水化合物類 (D-葡萄糖 、 有機(jī)酸類 (乳酸 、 氨基酸類 (L-谷氨酸 、 萜類化合物 (+ -樟腦 、 生 物堿類 (- -咖啡堿 這五大類 6, 它們存在于動(dòng) 植物中 。 該法以動(dòng)植物的組織 、 器官為原料 , 利用 破碎 、 萃取 、 層析等手段得到純手性單一異構(gòu)體 。 天然產(chǎn)物提取法成本較高 , 且應(yīng)用價(jià)值不高 , 無(wú) 法廣泛推廣 。手性源 法 :該法 以較 廉 價(jià) 的

3、 手 性 物 質(zhì) 為 底 物 , 通過(guò)構(gòu)型保留 、 構(gòu)型改進(jìn) 等處理 得到較 昂貴 的純手性單一異構(gòu)體 。 如葛軍英等 7以手性的冰 片為底物與非手性的 丙酮酸 進(jìn)行酯 化反 應(yīng)得到 了手性丙酮酸冰片酯 。 手性源法成本較低 , 但作 為底物的廉價(jià)手性物質(zhì)種類較少 , 限制了該方法 的推廣 ?；瘜W(xué)法 :可分為化學(xué)合成和化學(xué)拆分 。 化 學(xué)合成又稱為不對(duì)稱合成 , 是指在手性試劑的作 用下 , 將非手性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為純手性單一異構(gòu)體 。 付瑞等 8利用一種含 (R -18結(jié)構(gòu)單元的底物經(jīng)過(guò) 化學(xué)合成得到了一種海洋天然產(chǎn)物 。 該法是目前 制備手性物質(zhì)的主流方法之一 , 優(yōu)點(diǎn)是底物廉價(jià) 易得 , 增值

4、較高 , 易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn) , 缺點(diǎn)是生 產(chǎn)成本很高 。 化學(xué)拆分是指在手性試劑的作用 下 , 將外消旋體中的兩種異構(gòu)體轉(zhuǎn)化為非對(duì)映異 構(gòu)體 , 然后利用非對(duì)映異構(gòu) 體之間 的物 理 、 化學(xué) 性質(zhì)差異將其分開(kāi) 。 朱永忠等 9采用鋯 , 鈦改性的-沸 石 , 成 功 拆 分 (S -1-苯 乙 醇 得 到 (R -1-苯 乙醇 。 該法也 是目前 制備手 性物 質(zhì)的主 流方法 之 一 , 但其副反應(yīng)多 , 產(chǎn)品分離提純復(fù)雜 , 成本也偏 高 。生物法 :該法是指利用酶或微生物細(xì)胞作為 生物催化劑 , 通過(guò)不對(duì)稱合成或拆分來(lái)制備手性 物質(zhì) 。 該法立體選擇性強(qiáng) , 反應(yīng)條件溫和 , 成本較綜

5、述與進(jìn)展手性物質(zhì)及其生物制備方法的研究進(jìn)展李凜 1, 2, 李璟 2, 胡強(qiáng) 3, 張婷 4, 曾慶樂(lè) 2(1. 成都理工大學(xué)礦產(chǎn)資源化學(xué)四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 , 四川 成都 610059;2. 成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院 , 四川 成都 610059; 3. 四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 , 四川 成都 610065;4. 中國(guó)科學(xué)院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心 , 陜西 楊凌 712100摘要 :對(duì)手性物質(zhì)的應(yīng)用進(jìn)行了介紹 , 總結(jié)了手性物質(zhì)的制備方法 , 對(duì)生物法制備手性物質(zhì)的研究進(jìn)展進(jìn)行了概述 。關(guān)鍵詞 :手性物質(zhì) ; 酶催化法 ; 微生物轉(zhuǎn)化 ; 生物拆分 中圖分類號(hào) :O 621.

6、1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A文章編號(hào) :1671-9905(2012 01-0008-03基金項(xiàng)目 :國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (No.20672088; 成都理工大學(xué)優(yōu)秀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)培育計(jì)劃 作者簡(jiǎn)介 :李凜 (1980-, 男 , 漢 , 講師 , 博士 , E-mail :lilin 收稿日期 :2011-10-26第 41卷 第 1期 2012年 1月 化工 技 術(shù) 與 開(kāi) 發(fā)Technology &Development of ChemicalIndustry Vol.41No.1Jan.2012第 1期低 , 污染少 , 能完成一些 在化學(xué) 反應(yīng) 中難以 進(jìn)行 的反應(yīng) 10, 目前是手性物質(zhì)制備方法

7、的研究熱點(diǎn) , 將來(lái)會(huì)成為主流的制備方法 。3生物法制備手性物質(zhì)的發(fā)展及應(yīng)用 生物法制備手性物質(zhì)主要包括酶法 , 微生物 法和生物拆分法 3種 。3. 1酶法酶法是 指以酶 為催化 劑使 非 手 性 物 質(zhì) 轉(zhuǎn) 化 為純手性單一異構(gòu)體 , 與化學(xué)合成法原理類似 。 酶法與化學(xué)合成法相比有 3個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn) :對(duì)底物 有高度的立體選擇性 , 反應(yīng)效 率高 ; 不 需要借 助 任何手性試劑就可以轉(zhuǎn)化成純手性單一異構(gòu)體 , 成本較低 ; 能催化合成各種立 體異構(gòu) 體 , 也適 用 于許多不穩(wěn)定化合物的制備 , 應(yīng)用范圍廣 。 該法 被認(rèn)為是生物法 中最有 希望取 得技術(shù) 突破 的領(lǐng) 域 。在酶法 中主要

8、 利用水 解酶 、 脫 氫酶 、 還 原 酶 等酶類 。 Hill 等 11利用 6-氧化樟腦水解酶將 -二 酮轉(zhuǎn)化為環(huán)戊酮和環(huán)己酮 。 Wolfgang 等 12以脫氫 酶 為 催 化 劑 , 將 2-辛 酮 還 原 為 光 活 性 2-辛 醇 。 Hanson 等 13利用酮還原酶制備了一種叫 (S -2-氯 代 -1-乙醇的手性醇 。3. 2微生物法微生物 法是指 以微生 物細(xì) 胞 為 催 化 劑 使 非 手性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為純手性單一異構(gòu)體 。 常用的微生 物有霉菌 , 酵母和真菌等 。 微生物法在提高酶的 穩(wěn)定性 , 降低生產(chǎn)成本 , 簡(jiǎn)化生 產(chǎn)工 藝等方 面很 好地彌補(bǔ)了酶催化法的缺陷

9、。20世紀(jì) 50年代人們首次用黑根霉將黃體酮 轉(zhuǎn)化為 -羥基黃體酮 , 使人們開(kāi)始意識(shí)到微生物 轉(zhuǎn)化的重要性 。 Kagohara 等 14利用烴降解菌催化 氧化苯乙醇 , 其 純手性 單一 異構(gòu)體 的產(chǎn)率 高達(dá) 99%以上 。 Agusta 等 15利用從山茶中分離的內(nèi)生 真菌腐皮殼菌轉(zhuǎn)化黃烷類化合物 。 關(guān)宏等 16篩選 出了一種絲狀真菌能選擇性還原左旋一葉堿 。 3. 3生物拆分法生物拆分法是利用酶作為生物催化劑 , 使外 消旋體的其中一個(gè)對(duì)映異構(gòu)體分解 , 從而只剩另 一個(gè)對(duì)映異構(gòu)體而達(dá)到分離的目的 。 隨著酶的固 定化技術(shù) , 多相反應(yīng)器等新技 術(shù)日 趨成熟 , 必將 極大地促進(jìn)生物

10、拆分技術(shù)的發(fā)展 。生物拆分法主要用于制備手性醇 、 氨基酸 、 胺類化合物等 。 Kalaitzakis 等 17利用 NADPH 酮還 原酶將 a-烷基 -1, 3-二 酮還原 得到純 手性 單一異 構(gòu)體單酮醇 。 Vakhlu 等 18發(fā)現(xiàn)從 Trichosoron 菌種 中分離得到的 一種新 型水解 酶能 非常有 效地拆 分 1-氯 -3-2-丙醇和 1-乙醇 。 Beller 19發(fā)現(xiàn)了苯丙氨 酸乙酯經(jīng)過(guò)敗 血酶催 化拆分 得到 選擇性 好的純 a-氨基酸 。 Kosjek 等 20利用酵母還原酶把 3-氧基 -4苯基 -1-內(nèi)酰胺進(jìn)行生物拆分得到了 3-羥基 -內(nèi)酰胺 。4結(jié)語(yǔ)21世

11、紀(jì)是生物的世紀(jì) , 固然每種制備方法都 有其優(yōu)勢(shì)與缺陷 , 但大力發(fā)展生物技術(shù)是整個(gè)社 會(huì)發(fā)展的趨勢(shì) , 同時(shí)生物法在手性物質(zhì)的制備方 面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì) , 而且其工業(yè)發(fā)展?jié)摿Ψ?常巨大 。 隨著現(xiàn)代生物技術(shù)和基因工程技術(shù)的迅 速發(fā)展 , 可以預(yù)料該技術(shù)將在手性化合物及其相 關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化上發(fā)揮巨大作用 。參考文獻(xiàn) :1Lu DQ , Tu QB , Ling XQ , et al. Preparation and Drug Application of Chiral Epichlorohydrin J . Chinese Journal of Organic Che mi stry ,

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