多酶级联催化烷烃中C-H键的胺化

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shen648491077
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将未活化的C-H键进行功能化是化学上梦寐以求的反应,这类反应可以将烷烃功能化,创造出众多极其重要的化学中间体,例如醇、酮、胺。其中,过渡态金属法是目前催化C-H键胺化反应最为成功的方法,但仍存在着催化剂昂贵、操作繁琐等问题,因此亟待开发更加绿色、高效的C-H胺化新方法。生物催化具有选择性高、反应条件温和、环境友好等特征,已经发展成为医药工业中替代或拓展传统化学合成的重要方法。由于C-H胺化反应包含C-H键的羟化、脱氢和胺化步骤,仅仅通过单个酶的作用很难实现C-H键的高效胺化反应,因此考虑将不同的酶组合起来,以实现更高要求的合成目标。  本文构建了一种新型的多酶级联催化方法,可实现底物环己烷中C-H键的胺化。反应中未活化的C-H键首先被P450单加氧酶羟化,过程中氧气作为氧化剂,同时偶合葡萄糖脱氢酶(BmGDH)或木糖醇脱氢酶(PsXDH)实现辅酶NADPH的再生;其后利用以NAD+依赖型的醇脱氢酶(ScCR)及新型的胺脱氢酶(AmDH)完成中间产物环己醇的氧化及胺化,后两步反应可以构成一个内在的辅酶(NAD+/NADH)循环系统。这种将烷烃转化为胺的多酶级联新策略,解决了转氨酶级联系统中需添加过量有机胺供体而造成目标产物(胺)的分离十分困难的难题,只需添加无机氨水作为氨供体,反应体系更为清洁绿色。  本文通过分子克隆、蛋白表达获得了该级联反应中的四种酶,分别考察了反应条件,包括缓冲液种类、浓度和pH,对羟化反应和胺化还原反应的影响。同时分析了干扰粗酶级联反应的原因是由于提取液中内源NADH氧化酶对于还原型性辅酶的竞争作用。在此基础上,通过一锅两步反应,成功的协调体系中的相关酶,同时避免NADH氧化酶对辅酶循环系统的干扰,使得最后环己胺的浓度可达14.9mM,中间产物环己醇的转化率达到92.5%。另外,本研究也尝试了整细胞的级联催化,通过双质粒系统成功实现了目标酶的共表达;在两相整细胞催化反应中,调节反应pH,从而保证胺化步骤的顺利进行;在制备级(100mL)规模的反应中环己胺的浓度可达2.91mM,中间产物的转化率达到81%。这些结果表明利用多酶级联催化可有效的完成烷烃中C-H键的胺化。
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