(S)-乙酸-α-氰基-3-苯氧基苄酯的生物合成及其反应动力学

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概述了手性技术的重要性及酶法制备光学活性氰醇的国内外进展。总结了有机相酶催化的优点与影响因素,其中水活度与溶剂为众多因素中最为引人注目的两大因素。对有机相酶促反应动力学进行了概括性的论述。 光学活性(S)-α-氰基-3-苯氧基苄醇(CPBA)是生物农药拟除虫菊酯的重要中间体。它的化学性质比较活泼,在室温下就不够稳定,将其制成相应的酯类是一种选择。利用化学催化剂与生物催化剂的相容性通过一锅化反应合成(S)-乙酸-α-氰基-3-苯氧基苄酯(CPB乙酸酯)是本文的基本思路。 选择一种合适的化学催化剂很有必要。弱碱性离子交换树脂D301与酶的相容性好,催化丙酮氰醇的分解反应能力强,在有机溶剂中不变性也不破碎,被用于本体系。研究了D301在不同溶剂,不同温度时的催化性能。异丙醚是一种良好的溶剂。55℃为最适反应温度。第一步反应的内、外扩散可以排除。探讨了D301催化本反应的本征动力学。该分解反应为可逆反应。得出了反应的模型方程如下式:dP/J/二v二。klk2RoSO-Ro(kjk2+ktk 2)P. 七—,+七:十七,So+(七—2一是1)户 有机相生物催化中脂肪酶是一种广泛使用的酶。不同来源的脂肪酶催化性能相差很大。筛选了15种不同来源的脂肪酶,结果发现7#酶催化CPBA转酯化反应的能力很强,550分时转化率即已达到51.06%,而有些酶却几乎没有催化此反应的能力。这不仅具有很强的现实意义,而且为进一步的动力学试验提供了方便。比国外同行所用酶的催化效率高得多。初步研究了酶的固定化问题,对载体的选择作了一定的探讨。发现麦饭石是一种可以考虑的载体。 建立了毛细管气相色谱法测定CPB乙酸酯的实验方法,确定了最佳的色谱条件。确立了用旋光度法及NMR法测定对映体过量值的方法,解决了因缺乏相应的手性柱而难以研究其立体选择性的问题。和1江人学博土学位论义 摘 要 解决了CPB乙酸酯的合成及其纯化问题。由于难以购得该品的商用品,自行合成该化合物为本文的顺利进行提供了物质保证。 对CPBA与乙酸乙烯酯的转酯化反应进行了较为系统的研究。发现异丙醚是本反应体系的理想溶剂,乙酸乙烯酯其次。50 C时反应速度与转化率最高,高于此温度则对反应不利。温度越低,反应速度越慢,但酶的立体选择性越高。反应的【。值为26刀29u.m。卜。当液体的转速达到220。mh-’时,反应体系的外扩散可以排除。酶浓度试验与粒径试验证实,体系的内扩散无法排除。通过实验并汁算出体系的有效扩散系数为3.105x10”叶.sec叫,通过计算求得体系的内扩散有效因子为 0.406。改变底物CPBA的浓度(从 104~313。OI.L”’),对反应的进程进行考察,未见底物抑制现象。对反应机理的研究表明,该反应为乒乓双双反应,其初速率方程如下式所示: 厂*m]厂m1 厂_ 厂=一一一一一一一一二又L一旦二上一一一一一一一=一一一一一一一一一卫上一上一一一一一一一一。一上L丁川 K。[AI+Kn[BI+ K。[AI【BI。K。[BI/。rn1K. 一A【nl—一B【u]—一AB【n]【一]K -I-““B【一义、+X_D*]几A其速率方程如下式: q·V.[A][B]l.76X10“KA* ”” K。[AI+Kn[OI+KnnrBI[OIK.+K。。[OI+K。。[BI[OI 经数学处理与 M扯lall运算,求得其中的参数。K广0.6225 L.mol-’.see’,KQ。-l*112 LZ·ffiolZ*CC3,KBQ^=197668 L”QO*“SCC3 用此参数值代人式门.3),计算出模型的相对误差为门.58%。 对一锅化反应的一些反应特性作了考察。主要是考察了溶剂,温度,内、外扩散及底物CPBA的浓度对该反应的影啊。鉴于该产物的实际重要性,还对产物的合成条件作了初步探索,确定了丙酮氰醇与苯醚醛的最佳摩尔比为2:l,D301的合适用量为每 3 omL反应液 0.7g,最佳添加方法为分步添加法。脂肪酶的最佳用量每30mL反应液0.3g。由于CPB乙酸酯不易纯化,故对它的纯化方法进行了探讨,初步确定了预处理+硅胶柱层析的纯化方法。最后共制备纯度为90%的CPB乙酸酯5.og。
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