光合細(xì)菌的固定化及其催化苯乙酮不對稱加氫的研究.pdf

1、隨著人們對手性化合物的深入研究，不對稱合成成為生物化學(xué)和有機(jī)化學(xué)研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)。目前，手性化合物的合成方法主要有化學(xué)合成法和生物合成法，化學(xué)合成法由于產(chǎn)物光學(xué)純度不高，試劑昂貴，反應(yīng)條件苛刻，造成環(huán)境污染等缺點(diǎn)使其應(yīng)用范圍受到很大制約，而生物催化法由于其反應(yīng)條件溫和、效率高、立體選擇性強(qiáng)而受到人們的廣泛關(guān)注。目前，用于生物不對稱合成的催化細(xì)胞主要有酵母細(xì)胞、霉菌細(xì)胞、植物細(xì)胞和藍(lán)藻細(xì)胞等四類細(xì)胞，但是這些細(xì)胞在催化不對稱加氫反應(yīng)中都

2、存在各自的不足。本實(shí)驗(yàn)室篩選得到一株不放氧光合作用的光合細(xì)菌(Rhodobacter sphaeroides)，在催化苯乙酮不對稱加氫反應(yīng)過程中克服了其它生物催化劑的不足，但由于細(xì)胞的親水特性，在游離細(xì)胞的懸浮液中加入大量有機(jī)底物對生物催化劑產(chǎn)生毒害作用，使生物催化劑的催化活性降低，甚至毒死細(xì)胞;并且用游離細(xì)胞進(jìn)行催化，細(xì)胞只能使用一次，不能進(jìn)行連續(xù)和大規(guī)模的生產(chǎn)。因此，本文的目的是對光合細(xì)菌進(jìn)行固定化研究，旨在降低有機(jī)底物對生物催化劑

3、的毒害，提高生物催化劑的穩(wěn)定性和使用率，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)手性醇類。
　　其主要內(nèi)容如下:
　　(1)通過比較海藻酸鈉、聚乙烯醇、海藻酸鈉-聚乙烯醇混合凝膠的性能，選擇海藻酸鈉-聚乙烯醇混合凝膠作為固定化光合細(xì)菌的載體，并對載體的傳質(zhì)性能、機(jī)械強(qiáng)度、穩(wěn)定性、透光性等因素進(jìn)行了考察。
　　(2)采用單因子和正交試驗(yàn)的方法，確定了最佳的固定化條件:載體質(zhì)量濃度比8:2;菌體包埋量200g/L;固定化pH7.0;膠粒大小2mm;

4、交聯(lián)溫度35℃。同時(shí)研究了固定化細(xì)胞的穩(wěn)定性質(zhì)，結(jié)果表明:固定化細(xì)胞的酸堿穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及操作穩(wěn)定性均有提高，連續(xù)重復(fù)反應(yīng)8次，對映體過量值仍在90％以上，說明海藻酸鈉-聚乙烯醇固定光合細(xì)菌能夠有效提高穩(wěn)定性和重復(fù)使用率。
　　(3)采用氣相色譜法為檢測手段，考察了固定化光合細(xì)菌在水相介質(zhì)中催化反應(yīng)的特性，結(jié)果表明:催化苯乙酮不對稱加氫的最佳反應(yīng)條件為:底物濃度34mmol/L，固定化細(xì)胞用量0.3g/ml，體系的pH7.0，

5、震蕩速度180r/min。在該優(yōu)化反應(yīng)條件下，產(chǎn)物的收率和光學(xué)純度分別高達(dá)90.5％和98.3％，且產(chǎn)物構(gòu)型為(S)-苯乙醇。
　　(4)采用氣相色譜法為檢測手段，考察了固定化光合細(xì)菌在水-有機(jī)兩相介質(zhì)中催化反應(yīng)的特性，結(jié)果表明:催化苯乙酮不對稱加氫的最佳反應(yīng)條件為:水相與有機(jī)溶劑相體積比1∶1，初始底物濃度102mmol/L，固定化細(xì)胞用量0.2g/ml，振蕩速度160r/min，水相pH值pH7.0，反應(yīng)時(shí)間72h。在該優(yōu)化反