酶一直被认为是一种高效、专一、具有很强的立体选择性的生物催化剂,但是近年来发现,酶在有多种溶媒中具有催化第二种反应的能力,即酶的催化多功能性,也称为酶的催化混乱性。酶在有机溶液与水的两相介质中表现出的催化混乱性为有机合成提供了更多的途径。值得一提的是,酶的混乱性催化在生物的进化方面具有重要的意义,普遍认为,在生命起源的时候,不可能同时出现大量的酶催化其对应单一的反应,而是有可能一种酶催化多种反应。本论文主要发展了有机介质中的酶催化方法,筛选了具有催化活性的酶,比如脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶,通过酶催化合成制备了一系列C-C单键和C=C双键的化合物,同时研究了酶催化的反应机理。相对于其他研究者所作的工作,本论文更加偏重于使用一种酶连续催化不同类型的几步反应,而得到一些相对复杂的化合物,往往是一些药物的通用母核,从而具有一定的实际应用性。论文首先研究了纤维素酶在有机介质中催化aldol反应制备C-C单键的化合物。考察了纤维素酶酶源、溶剂、酶的浓度、水含量、温度和反应底物的结构对酶促aldol反应的影响。研究了在有机介质中6种纤维素酶催化苯甲醛和丙酮的aldol反应,同时通过无酶存在和失活酶的对照实验,验证了纤维素酶在有机介质中可以催化aldol反应,以绿色木霉纤维素酶催化效果最佳,在50℃下DMSO为溶剂,体系含水量为15%,酶浓度为10mg/mL,在恒温振荡器中反应24h,产物的收率能达到85%,同时推测了可能的催化机理。论文也研究了有机介质中淀粉酶与脂肪酶催化Knoevenagel反应制备C=C双键的化合物。首先以芳香醛与乙酰丙酮和丙二腈为底物,研究了不同酶源、反应溶剂、体系含水量、反应温度、反应时间、酶量等因素对水解酶催化Knoevenagel缩合反应的影响。在12种商业酶中发现猪胰脂肪酶(Lipase from porcine pancreas, PPL)与猪胰α-淀粉酶(a-Amylase from porcine pancreas, PPA)对Knoevenagel缩合反应有较好的催化活性。摸索了PPA催化Knoevenagel缩合反应的最佳条件：在30℃,乙醇溶剂中,酶浓度为10mg/mL,在恒温振荡器中反应12h,收率达到81%;同时研究各类的取代芳香醛与乙酰丙酮、丙二腈的Knoevenagel缩合反应情况和PPA的重复使用情况,发现PPA催化Knovenegal缩合反应的底物适应性还是比较广的,重复使用性也较好,PPA重复使用6次,未发现酶活的明显下降。由于酶不溶于有机溶剂,在过滤掉酶后直接重结晶,方法简便收率很高。提出了PPA可能催化Knovenegal缩合反应的机理,阐明质子的转移主要由His-Asp组成的二联体介导。令作者感到非常意外的是：当尝试使用水解酶催化芳香醛与氰基乙酸甲酯的Knoevenagel反应时,发现在醇类溶剂中脂肪酶不仅催化Knovenagel反应,还催化酯交换反应。从12种商业酶中筛选出PPL对于Knoevenagel缩合和酯交换反应均有较好的催化活性。通过对反应的动力学研究发现Knoevenagel缩合反应速率明显快于酯交换的反应速率,因此可以证明：在有机溶剂中,脂肪酶混乱性催化Knoevenagel的能力要远强于其天然属性—催化酯化的能力。论文同时研究了淀粉酶和脂肪酶在有机介质中催化Robinson成环反应,主要研究了8种水解酶催化1,3-环戊二酮或者1,3-环己二酮和甲基乙烯酮一锅法合成Wieland-Miescher酮的反应活性,结果显示PPA和PPL具有较高的Robinson加成催化活性。相比较脯氨酸催化该反应的能力,两种酶在转化率以及反应时间上都具有优势,由于酶不溶于有机溶剂,后处理也相对简单。本文根据PPL的结构和催化反应的机理,提出了PPL催化Robinson反应的机理。