有机相酶催化不对称醇解反应拆分α-氰基苄醇乙酯及其反应动力学研究

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光学活性氰醇是一类具有重要应用价值的手性中间体,它很容易转化为β-氨基醇、α-羟基酸、α-羟基酮等许多手性物质,进而合成其它多种光学活性化合物,因而在医药、农药等精细化工领域具有广阔的应用前景,特别对制备手性药物中间体最具发展潜力,它将为手性药物的研制和开发开辟一条新的途径。本文研究了有机溶剂中脂肪酶催化α-氰基苄醇乙酯的非对称醇解反应,拆分α-氰基苄醇乙酯合成(S)-α-氰基苄醇(又称为苯乙氰醇或扁桃氰)。 考察了脂肪酶、溶剂、醇、温度、外扩散、酶量、底物浓度以及苯甲醛等因素对反应的影响,并对该反应的动力学进行了研究。结果表明脂肪酶Lipase A.S.具有最高的催化活性和最好的对映体选择性,经实验确定的最佳条件为:四氢呋喃为溶剂,甲醇为酰基受体,反应温度为30-40℃,为消除传质的影响摇床转速应大于200r/min,底物浓度为300mmol/L,甲醇浓度为150-300mmol/L,酶量为10mg/mL,反应48小时,(S)-苯乙氰醇的得率可达40%,对映体过量值大于98%。研究结果还表明反应过程中产物苯乙氰醇的分解是产物对映体过量值和得率降低的主要原因,苯乙醇氰的分解产物苯甲醛,对反应有很强的抑制作用,底物甲醇会对反应产生抑制作用。根据实验结果和对反应过程的分析,确定反应符合存在甲醇竞争抑制的乒乓双双反应机理,由此推导得到反应的初速度方程如下: v0=(vm)[A][B])/([A][B]+KA[B]+KB(1+([A]/(KiA)[A])) 其中:v0为反应的初速度,[A]为甲醇浓度,[B]为(S)-酯浓度。 对实验数据进行拟合,得到模型参数为:Vm=169.11(mmol/L/hr),KA=0.01(mmol/L),KB=1536.86(mmol/L),KiA=796.98(mmol/L),模型的R2=0.969。拟合结果表明,模型计算值和实验数据能够较好地吻合。
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