随着人类科技的不断发展进步与工业生产需求的日益增长,催化剂的应用越来越重要,为了解决各种生产需要而被设计出来的催化剂也越来越多。但是,催化剂的使用既提高了我们的生产效率,同时也带来了一系列的问题,尤其是某些重金属元素也被应用到催化剂的设计和制作当中,对环境的保护造成了巨大的挑战。在绿色环保概念日益受到重视的今天,消除催化剂对环境造成的不良影响也成为了一个重要课题。如何解决这一问题?其中一个重要的方向就是发展生物酶催化剂。作为一种生物催化剂,酶具有普通化学催化剂的一些共同特点,也具有作为生物催化剂的一些特别之处。相对于普通化学催化反应,酶催化反应的条件大多比较温和且具有非常高的催化效率,比普通化学催化剂催化效率要高出大约7个数量级。随着酶工程的发展,酶的应用不断扩大,有机化合物的反应日益受到关注。例如某些在水相中难以进行的酯化、酰基转移等。在本文当中,对生物酶的催化使用范围进一步扩大,首次使用Novozym435催化碳酸二甲酯(DMC)与异戊醇转酯化反应制备不对称碳酸酯。由于生物酶制剂的价格非常昂贵,因而其生产应用中的回收重复利用非常受人们关注。其中,对生物酶进行固定化是一种提高其回收利用率的有效可行的方法,因此,生物自由酶固定方法的探究也变得非常有意义。工业化生产应用时,要求固定化过程应尽量做到无毒无害,能耗较低,操作简单方便且应尽可能地提高生物酶的活性；其使用的固定化载体也应当廉价易得；而生产得到的固定化酶,还应容易与反应体系分离。我们的研究重点主要是探索生物酶催化DMC与醇的转酯化反应条件,寻找可替代昂贵的商业酶制剂的生物酶,对其进行固定化及催化性质研究,并且对其应用范围进行了一定的扩展,本论文可分为五部分：第一章：综述了自由生物酶和固定化生物酶的概念、性质、作用原理及其应用、发展的情况。系统介绍了生物酶的催化应用,特别是脂肪酶的应用。第二章：将Novozym435商业酶引入到催化碳酸二甲酯(DMC)与异戊醇转酯化制备不对称碳酸酯的反应中来。即便是在低温常压的条件下,Novozym435催化碳酸二甲酯(DMC)与异戊醇转酯化反应也表现出了很好的催化活性。通过对其反应条件的优化,当反应的温度为60℃,反应时间为48h,加入的诺维信435为1.0%(与DMC的质量比),异戊醇/DMC的摩尔比为1：12时,异戊醇的转化率达到93.4%,重复使用9次后催化活性仍能达到初始效率的91%。此研究未见报道。第三章：通过对生物自由酶的催化活性筛选,优选出对DMC转酯化具有催化效果的黑曲霉脂肪酶和猪胰脂肪酶,其中又以黑曲霉脂肪酶催化效果尤佳,经过催化条件优化选择异戊醇,加入的黑曲霉脂肪酶为8.2%(与DMC的质量比),醇酯摩尔比为1：12时,催化效率可以达到83.6%。第四章：通过对不同固定材料的筛选,优选出了对黑曲霉脂肪酶固定化催化效果最好的YWD09A5树脂和X-5树脂,其中又以YWD09A5树脂固定效果尤佳,经过催化条件优化选择,自由酶与载体的质量比为5：4,使用的缓冲溶液pH=7,酶溶液质量浓度为80mg/mL时,固定化催化效果最理想。同时还对制作得到的固定化黑曲霉脂肪酶在催化异戊醇转酯化反应时的催化条件进行了优化选择,在醇酯摩尔比为1：12,加入的固定化黑曲霉脂肪酶(与DMC的质量比)为5.23%,反应温度为60℃时,催化效率可以达到83.7%。固定化后,催化相同质量的异戊醇转酯化反应的酶用量降低为原来的73.2%,并且9次重复利用后催化活性仍能保持初始时的70%。第五章：通过利用不同的二醇与DMC在固载好的黑曲霉脂肪酶的催化下进行转酯化反应,并对其反应产物进行了GC-MS表征。大部分的二醇在本章使用的反应条件下均可与DMC进行反应,反应产物主要是单取代产物,在反应位点上的选择上,基本与一元醇的规律一致,空间位阻的大小是其主要影响因素,二醇优先选择空间位阻较小的一端与DMC进行转酯化反应；同时某些烷基二醇,如1,2-丙二醇可以与DMC交换形成环酯,其产率也较高。从反应的结果看,以能形成最稳定五元环的二醇产率最高,六元环、七元环次之。另外,二醇上的取代基对二醇的转化率也会造成影响,当取代基为推电子基团(如不饱和键、芳环等)时,可提高二醇的转化率；当取代基为拉电子基团(如氯原子等)时,二醇的转化率将急剧下降,甚至抑制二醇的反应活性,导致转酯化反应无法发生。