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手性β-氨基醇和邻二醇类化合物在手性医药、农药、精细化学品以及多功能新材料等方面具有重要的用途,同时作为手性助剂、拆分剂,手性配体广泛应用于不对称催化反应。生物催化剂因具有催化效率高、立体和区域选择性好、不需要保护基团步骤、反应条件温和以及对环境友好等优点,因此采用生物催化法制备手性β-氨基醇和邻二醇类化合物成为当今绿色化学研究的热点。级联催化的发展是建立环境友好和可持续化学过程的重要策略,与逐步合成相比,一锅多步组合催化反应减少了纯化步骤,有助于促进工艺合成路线和经济成本的改善。此外,级联催化可以提高立体化学控制来抑制副反应的发生,多个催化剂之间的协同效应大大提高反应催化活性和对映选择性,使平衡反应进行接近到完全转化。本课题通过一锅煮串联催化反应,合成得到了多种手性β-氨基醇和手性邻二醇。首先,利用TTC显色方法筛选出了一种具有高活性和选择性的R型特异性转氨酶MVTA,将MVTA重新构建到表达载体pET28a中,并在大肠杆菌中实现目的蛋白高效可溶表达。以L-苯甘氨醇为底物对纯化后的MVTA进行了酶学性质研究,实验结果表明MVTA最适反应pH为8.0,最适反应温度为55oC;MVTA在pH 7.0和8.0缓冲液中表现出很好的稳定性,孵育24小时残余酶活仍可保持90%以上;MVTA在30oC下都具有良好的稳定性,孵育24 h残余酶活可保留95%以上。MVTA在动力学拆分外消旋β-氨基醇过程中,表现出高效的催化活性和对映选择性,大多数底物转化率达到50-62%,ee值大于99%;通过MVTA不对称还原胺化α-羟基酮（10-300mM）,得到转化率为80-99%和ee值大于99%值的（S）-β-氨基醇。利用重组MVTA静息细胞还原胺化300 mM 2-羟基苯乙酮制备的L-苯甘氨醇,分离得率71%,ee值大于99%。MVTA作为生物催化技术应用生产手性β-氨基醇具有很大的应用前景。其次,构建了转氨酶和羰基还原酶级联催化用于转化（R）,（S）-β-氨基醇同时制备手性β-氨基醇和手性邻二醇的方法。通过两种转氨酶和两种羰基还原酶的模块化组合,可以灵活地制备四种类型的手性β-氨基醇和邻二醇立体异构体。利用全细胞转化10-60 mM外消旋β-氨基醇,底物转化率达50-52%,底物ee值大于99%,产物ee值为90-99%。混合全细胞进行50 mL规模制备得到的（R）,（S）-苯甘氨醇和（R）,（S）-苯乙二醇得率为40-42%,ee值大于99%。最后,首次构建了一种L-α-氨基酸不对称转化合成手性邻二醇的化学-生物组合催化体系。结合有机催化（NaBH4-H2SO4体系）和共表达三种酶（转氨酶,羰基还原酶和葡萄糖脱氢酶）的重组大肠杆菌,成功的应用于六种常规的天然L-α-氨基酸一锅多步催化转化过程,获得具有高转化率（70-90%）和高ee值（91-99%）的手性邻二醇。本课题研究强调级联催化技术应用于合成重要的非天然手性化合物的巨大潜力。