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手性是自然界的本质属性之一,在材料科学、农药和医药等领域有广泛的应用。手性芳香醇是许多手性药物合成的重要手性砌块,也是有机合成和天然产物合成的主要中间体。生物法制备手性芳香醇具有反应条件温和、高选择性、专一性和环境友好等优点。
本文采用微生物法制备单一旋光性的手性苯乙醇及其衍生物,并利用高效液相色谱法建立了对反应体系的定性、定量分析方法。开展微生物法制备手性苯乙醇类化合物的研究为手性苯乙醇的合成提供一种新途径,具有重要的现实意义和理论价值。取得的主要研究成果如下:
(1)利用高效液相色谱手性固定相法,建立测定1-苯乙醇、苯乙酮的分析方法,最佳色谱条件是:以ChiralcelOJ-RH为色谱柱,流动相为乙腈:水(体积比为30:70),流速0.5mL·min-1,检测波长205nm,柱温25℃。结果表明(S)-1-苯乙醇、(R)-1-苯乙醇和苯乙酮分别在1.0~301.5μg·mL-1,25.2~352.0μg·mL-1和1.0~306.9μg·mL-1范围内线性关系良好,相关系数分别为0.9999、0.9998和0.9993,检出限为0.12~0.15μg·mL-1,相对标准偏差RSD小于5%,平均回收率为100.5%~101.2%。该法可以快速、准确的定量分析1-苯乙醇和苯乙酮。
(2)建立了4-甲基苯乙酮和4-甲基-1-苯乙醇的高效液相色谱手性固定相分析法,色谱条件为:以ChiralcelOJ-RH为色谱柱,乙腈:水(体积比是28:72)为流动相,流速0.5mL·min-1,检测波长220nm,柱温25℃。结果表明4-甲基-(S)-1-苯乙醇在1.9~143.9μg·mL-1范围内线性关系良好,线性相关系数为0.9997,检出限为0.21μg·mL-1。4-甲基-(R)-1-苯乙醇在2.0~150.2μg·mL-1范围内,r=0.9994,检出限为0.20μg·mL-1。4-甲基苯乙酮在24.0~300.0μg·mL-1范围内,r=0.9998,检出限为0.24μg·mL-1。测定结果的相对标准偏差小于5%,平均回收率为99.2%~100.4%。该方法用于4-甲基苯乙酮和4-甲基-1-苯乙醇的检测准确可靠。
(3)从南宁高峰林场的土壤样品中筛选得到三株具有较好催化活性的菌株,其中JX1菌株可选择性还原苯乙酮制备(R)-1-苯乙醇;JX9菌株可不对称还原4-甲基苯乙酮生成4-甲基-(S)-1-苯乙醇;JX13菌株能高效选择性氧化(S)-1-苯乙醇生成苯乙酮,可实现对1-苯乙醇的氧化拆分。
(4)考察了JX1菌株不对称还原苯乙酮制备(R)-1-苯乙醇的反应,对其反应条件进行优化研究。结果表明,反应体系初始pH=6,30℃,菌株发酵培养2天,添加2g·L-1的苯乙酮底物,反应72h,(R)-1-苯乙醇得率可达68.92%,ee值达92.89%。
(5)将JX9菌株用于不对称还原4-甲基苯乙酮制备4-甲基-(S)-1-苯乙醇的反应,进行了转化条件优化实验。研究表明,底物4-甲基苯乙酮质量浓度为2g·L-1,反应体系初始pH=6,以体积分数为5%的异丙醇为辅助底物,30℃反应72h,4-甲基-(S)-1-苯乙醇的得率为76.65%,ee值达100%。
(6)菌株JX13具有高选择性氧化(S)-1-苯乙醇为苯乙酮的能力,将其用于不对称氧化拆分消旋1-苯乙醇的反应。优化了培养基组成和反应条件,结果表明:最佳培养条件以糊精和蛋白胨为碳源、氮源,1-苯乙醇质量浓度为4g·L-1,反应体系初始pH=6,30℃反应72h,(S)-1-苯乙醇转化率可达98.63%,ee值达98.01%,实现了菌株JX13对1-苯乙醇的最佳拆分效果。