[发明专利]一种合成固定化脂肪酶及其应用于拆分3-苯基乳酸对映体新的方法

说明书

MOFs具有合成简单、种类丰富、稳定性好等优点，是一种潜在的固定化酶载体，在工业应用中具有广阔的前景。本专利保护了一种以荧光假单胞菌脂肪酶为催化活性组分，以NH₂‑MIL‑88B/Fe₃O₄磁性MOFs为最佳载体，通过共价键法合成磁性固定化酶PFL@NH₂‑MIL‑88B/Fe₃O₄的新方法。该材料的酶负载量为241.79 mg PFL/g NH₂‑MIL‑88B/Fe₃O₄，在酯交换拆分3‑苯基乳酸对映体反应中展现出优异的催化活性，反应24 h，总转化率为39.55%，产物对映体过剩量为96.76%；与游离脂肪酶相比，固定化酶具有更优异的耐受性及重复使用性，在重复使用6次后，其催化活性为初始的46.75%。

技术领域

本发明属于生物催化技术领域，利用生物催化法制备光学纯手性化合物，利用共价键法将荧光假单胞菌脂肪酶（PFL）固定在磁性NH₂-MIL-88B/Fe₃O₄上，制备固定化酶(PFL@NH₂-MIL-88B/Fe₃O₄)。将PFL@NH₂-MIL-88B/Fe₃O₄作为生物催化剂立体选择性催化酯交换拆分3-苯基乳酸对映体。

背景技术

3-苯基乳酸是一系列重要化合物的合成前体，广泛应用于食品、生物、医药、化工等领域。两种不同构型的对映体分子产生的药理作用也不同，(R)-3-苯基乳酸可以用来合成降血糖药，例如：恩格列酮、驱肠虫药等；(S)-3-苯基乳酸可以用于合成各种抗病毒、抗癌化合物、治疗高血压非肽类肾素抑制剂的手性中间体。因此， (R, S)-3-苯基乳酸的选择性拆分在有机合成及药物化学上具有重要意义。传统的拆分方法主要采用不对称合成法和手性毛细管电泳法拆分，不过，以上拆分方法存在分离浓度低、操作繁琐或试剂难以制备等缺点。

近年来，酶催化动力学拆分具有反应条件温和、催化效率高、立体选择性高等优点，而被广泛应用于外消旋体的拆分。脂肪酶的工业应用还存在一系列难题，主要可归纳为以下几个方面：（1）游离酶分离提纯难度大：与反应体系反应底物难分离，难以实现重复使用及回收，增加工业成本，不利于工业自动化和连续化。（2）游离酶的稳定性差：在高温、强酸、强碱及有机溶剂中易变性失活。（3）游离酶活性待提高：反应过程中易发生团聚或降解而影响酶活，导致酶催化性能降低。游离酶在固定化后，有效的解决了上述不足，同时还能基本保持酶的空间结构和活性中心。但是由于固定化载体和固定化方式可能与酶产生相互作用，使酶的结构尤其催化反应活性中心的必需基团结构发生改变。因此，固定化方式和固定化载体的选择在工业生产中有着显著影响。

载体在固定化酶的制备过程中起决定性的作用，在合成固定化酶的过程中，要根据游离酶的特性和固定化方法，选择合适的载体。一般而言，固定化酶载体需要具备以下几个特征：（1）稳定性：材料结构稳定，具有一定的耐酸、碱性，在酶催化反应过程中，不与底物、产物及介质发生反应；（2）具有生物相容性：不会破坏酶的立体结构，有利于酶活性的发挥；（3）良好的渗透性：有利于底物与产物透过。针对酶的固定化已经被广泛报道，可供选用的载体较多，如溶胶-凝胶基质、水凝胶、有机微粒以及介孔二氧化硅等。但这些载体都存在一定的缺陷，如溶胶-凝胶基质容易导致酶变性，且底物在其内部传质受限；由于易发生膨胀和降解，固定于水凝胶、有机微粒上的酶容易流失、变性，且传质效率低；介孔二氧化硅虽然具有多方面的优点，但也存在结构无法合理设计，表面容易发生改变从而使酶变性或流失等问题。

随着材料科学的迅速发展，载体材料的多样性也得到发展。近年来，MOFs 作为一类新型固定化载体日益受重视。MOFs由金属离子和有机配体通过配位作用形成的晶体材料。由于MOFs节点和配体几何连接的多样性，使其结构丰富多样。此外，MOFs还具有高比表面积，孔体积可根据需求进行设计和调节，较温和的合成条件、良好的水稳定性及热稳定性等优点。以上这些优点使得MOFs成为非常有潜力的一类酶固定化载体。