有机介质中酶促有机化学反应

酶催化在手性药物合成中的应用摘要：近几年我国在生物技术发展迅速，其中酶在有机合成中的应用越加广泛，利用酶催化的不对称性可以合成许多手性分子，即利用酶促反应的高度立体、活性和区域选择性将前体化合物不对称合成各种复杂的手性化合物。

而当前我国市售的数千种合成药物中有30%以上为手性药物，由此可见酶催化作用在我国医药行业中发挥着十分重要的现实意义。

基于此，本文就酶催化在手性药物合成中的应用进行了分析。

关键词：酶催化；手性药物；合成引言酶催化反应是在常温、常压、近中性的条件下进行的一种生化反应，反应选择性强并且极为迅速，几乎没有副反应发生，催化效率极高，与工业催化相比，酶催化反应效率高出一千万甚至十万亿倍，因此其在手性药物的合成中也具有较高的优势。

一、有机介质中酶催化的基本原理生物酶的催化活性可以在水溶液、有机溶剂中发挥作用，据研究，当酶在有机溶剂中发生反应可以确保其蛋白质的天然折叠结构，同时，其在有机溶剂与在水溶液中的催化反应机理基本相同，即“酰基一酶”的催化机理。

但是就催化活性来说，包括其稳定性、专一性等方面则会根据溶剂的不同有着较大的差别。

据分析，酶的活性主要是受到酶分子上的水分的影响，因此溶剂中的水含量并不会影响其活动，由于酶的带电基团会和部分极性基团之间发生相互作用，所以在无水的情况下酶分子会形成一种非活性的刚性结构，其中微量的水分作为润滑剂，与这些功能团之间形成氢键，降低蛋白质多肽链折叠结构里带电基团之间的静电作用以及极性基团之间的偶极一偶极相互作用，最终可以有效的提高蛋白质结构的柔韧性和极化性。

二、酶催化在手性合物成中的应用（一）酶催化的不对称还原反应酶催化的不对称还原反应主要是还原分子中的酮基或碳碳双键，并以此形成特定结构型化合物，在其反应期间还需要有辅酶参与，比如NDA(H)及其相应的酸NADP(H)。

例如C=C双键的还原，以延胡索酸加成合成L一田东氨酸为例（图1）：图1（二）酶催化的不对称水解反应酶催化的不对称水解反应是手性药物合成中较为常见的一种防范，其可以通过控制立体选择性创造光学活性体，比如酯类化合物、环氧化合物的合成等方面。

生物催化合成与有机化学合成相结合的新方法随着生物技术和有机化学技术的不断进步发展，生物催化合成和有机化学合成相结合作为一种新型合成方法，引起了广泛关注。

生物催化合成是利用生物催化剂催化合成化学物质的过程，具有高效、绿色等优点。

而有机化学合成作为传统的化学合成方法，具有高度可控性和灵活性等特点。

将两者相结合，既可以有效地提高合成效率和可控性，也可以大大减少合成过程中对环境的影响。

本文将介绍生物催化合成与有机化学合成相结合的新方法。

一、酶促反应合成有机物生物催化合成的主要工具是酶，它可以高效地催化有机反应，具有底物选择性、产物选择性高等特点。

酶催化合成有机物的反应途径多样，常见的反应有酯化反应、转移反应、脱羧化反应等。

通过在反应过程中加入有机化学试剂，如氨基丙酸甲脱氧酶和醛酮还原酶等，可以将酶催化反应和有机化学反应相结合，从而得到一些新型化合物。

例如，葡萄糖酸和1-氨基环己-1-烯可以在转移酶的催化下发生氨基化反应，得到1-氨基环己-1-烯甲酸酯。

而这种化合物在药物研究和医学上有着广泛的应用前景。

另外，一些分子内酶催化反应也可以用于合成有机化合物，如木糖激酶通过催化苯甲酸羧化-酰胺化反应，可以得到一种新型化合物。

酶催化合成有机物的研究还处于起步阶段，未来还有广阔的发展空间。

二、生物合成新型化合物从自然界中提取化合物在医学上或农业上有着极高的价值。

许多有机化合物在自然界中是通过生物合成方式产生的。

生物合成是指利用微生物、真菌、植物等生物体的生长代谢产物来合成新型化合物的过程。

由于生物合成法具有选择性、电子效应控制、底物特异性等优点，因此可以用于合成一些传统有机合成法难以合成的化合物。

例如，由于传统有机合成方法合成汉默根碱的效率极低，因此科学家利用生物合成方法，将拟南芥的生长代谢产物转移到到人工合成有机前体上，通过微生物的代谢作用，成功地合成了汉默根碱。

这种方法不仅使得化合物的产量成倍增长，还能大幅度降低生产成本和减少产生垃圾的量。

有机介质中的酶催化名词解释
有机介质中的酶催化是指酶在有机介质中催化生物化学反应的过程。

有机介质是指由有机化合物构成的溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等。

酶是一种特殊的蛋白质，能够加速化学反应的速率并降低反应所需的能量。

在有机介质中，酶的活性和稳定性与在水中不同，因此需要对酶的反应条件进行调整。

有机介质中的酶催化具有以下优点：
1. 扩大了酶反应的适用范围，使得一些水溶性的酶可以应用于有机反应中。

2. 由于有机介质具有较小的极性，因此可避免水分子的竞争，使得酶催化反应的效率更高。

3. 有机介质中的酶催化可以降低反应温度和反应时间，提高反应产物的纯度。

但是，有机介质中的酶催化也存在一些限制和挑战，如：
1. 有机介质的溶解度和毒性可能会影响酶的活性和稳定性，因此需要进行优化和评估。

2. 酶的选择和修饰需要考虑有机介质的特性和反应条件，以提高催化效率和选
择性。

综上所述，有机介质中的酶催化是一种有潜力的生物催化技术，可以扩大酶催化反应的适用范围和提高反应效率，但仍需要进一步研究和优化。

有机溶剂中酶催化活性研究进展摘要：酶在有机溶剂中催化作用的研究日益受到重视，其应用范围也越来越广。

本文就有机介质中酶催化的影响因素进行了探讨，并归纳出提高酶活性的一系列方法，最后简要介绍了有机溶剂中酶的应用。

关键词：有机溶剂；酶催化一直以来，人们认为“生物催化必须在水溶液中进行”、“有机溶剂是酶的变性剂、失活剂”，而1984年，Klibanov[1]提出:“只要条件合适，酶在非生物体系的有机溶剂中同样具有催化功能”的理论使酶学概念发生了革命性的改变，并由此开创了非水相生物催化（非水酶学）的新时代。

1 有机溶剂中酶催化反应的优势研究表明，有机溶剂中的酶和水溶液中的酶一样具有高度的底物选择性。

此外，还有以下一些特点[2, 3]: （1）绝大多数有机化合物在非水系统内溶解度很高；（2）根据热力学原理，一些在水中不可能进行的反应，有可能在非水系统内进行；（3）有机溶剂可促使热力学平衡向合成方向（如酯合成、肽合成等）移动，如脂肪酶在水中催化脂肪水解，而在有机溶剂中则催化酯合成；（4）在有机溶剂中，所有有水参与的副反应（如酸酐水解）将受到抑制；（5）在有机溶剂中酶的热稳定性显著提高，可通过提高温度加速催化反应进行；（6）从非水系统内回收反应产物比水中容易；（7）在非水系统内酶很容易回收和反复使用，不需要进行固定化；（8）在有机溶剂中不易发生微生物污染；（9）更为重要的是，低水环境可用于稳定具有未知催化性质的构象异构体，以及在水中寿命极短的酶反应中间体。

目前，有机溶剂中酶催化的上述优势使得非水酶学研究成为生物化学、有机化学、生物工程等多种学科交叉的研究热点。

迄今发现能在有机溶剂中发挥催化功能的酶有十几种，主要集中于脂肪酶研究，催化的反应类型包括氧化、还原、酯合成和酯交换、脱氧、酞胺化、甲基化、羟化、磷酸化、脱氨、异构化、环氧化、开环聚合、侧链切除、缩合及卤代等。

2 影响酶催化活性的因素一直以来有机相酶催化的研究非常活跃，但到目前为止仍处于实验研究阶段，离工业化应用还有一定的距离，最大的原因就是酶在有机溶剂中活性较低。

1 绪论酶作为生物催化剂，具有专一性、高效性、反应条件温和等优点，是一种具有特殊三维空间构象的蛋白质，它们在体内几乎参与了所有的转变过程, 催化生物分子的转化。

同时, 它们也催化许多体内存在的物质发生变化, 使人体正常的新陈代谢得以运行。

因此受到人们的普遍关注。

近年来, 特别是随着生化技术的进展, 酶催化反应越来越多地被有机化学家作为一种手段应用于有机合成, 特别是催化不对称合成反应。

光学活性化合物或天然产物的合成, 已应用于医药、农药、食品添加剂、香料、日用化学品等精细有机合成领域。

酶催化不会污染环境, 经济可行, 符合绿色化学的方向, 具有广阔的前景。

2 酶催化与有机合成反应对于酶催化反应在有机合成中的应用, 有机合成工作者做了大量工作。

随着科技进步的日新月异, 酶催化反应越来越多地被有机化学家作为一种手段用于有机合成特别是不对称合成反应, 进行光学活性化合物或天然产物的合成时, 能为天然或非天然产物的合成提供丰富的手性源, 其应用前景将是难以估量的。

2.1 不同反应体系中的酶促反应2.1.1 有机介质中的酶促反应酶在有机介质中不但能保持其活性，还表现出一些特殊性质，并具有如下优越性：有利于疏水性底物的反应；产物和酶易于回收；可改变反应平衡移动的方向；可控制底物专一性；可防止由水引起的副反应；可扩大反应pH值的适应性；可提高酶稳定性；可避免微生物污染等。

在保证必需含水量；选择合适的酶及酶形式；选择合适的溶剂；选择最佳pH值；选择合适的反应体系的条件下，则在有机介质中酶可显示很高的催化活性。

目前在有机介质中已成功用酶进行了氧化、、脱氢、脱氨、还原、羟基化、甲基化、环氧化、酯化、酰胺化、磷酸化、开环反应、异构化、侧链切除、缩合及卤化等反应。

过去人们认为酶在有机介质不稳定，但研究发现大多数酶在低水有机介质中比在水介质中更稳定。

一是表现在热稳定性提高。

在有机介质中，在不同温度下保温脉酶，发现热处理导致酶活性增加，而且酶在温度远超过其在水溶液中最适温度的情况下也不失活。

有机合成方法研究进展一、前言1.有机合成是有机化学中最富活力的领域有机合成是表现有机化学家非凡创造力的舞台。

有机合成是化学科学对人类文明作出重大贡献的领域。

资料：* 1900-2000年的100年中，化学合成和分离了2285万种化合物（包括天然产物、药物、染料、高分子化合物等）。

其中大部分都是有机合成的产物。

* 许多天然存在的有机化合物，包括复杂的天然产物，都可以用有机合成方法制得。

有机合成是有机化学中永不枯竭的研究资源：* 生命科学: 生物大分子，生物活性分子，生化分析试剂等* 医药学: 药物，药理、病理分析试剂等* 农业: 农药、农用化学品等* 石油: 石油化工产品等* 材料科学: 高分子化合物，功能材料等* 食品: 食品添加剂等* 日用化工: 染料，涂料，化装品等有机合成是推动有机化学发展的永恒动力：人类文明发展对新结构、新功能、新用途的有机化合物永恒的需求。

有机化学家在解决有机合成问题过程中，全面发展了有机化学：化学结构理论，反应理论，合成方法，分离纯化方法，结构鉴定方法等。

具有重要功能的复杂有机分子，如生物大分子、天然有机化合物、药物、染料、材料、特殊有机试剂、精细有机化学产品以及其它功能有机化合物的合成需要；结构与功能关系研究需要等是有机合成方法研究的基本动力。

例如：* 手性纯氨基酸的合成--------->不对称合成法* 多肽合成--------->固相合成法* 大规模药效筛选--------->组合化学法* 特殊结构化合物合成、零污染合成--------->生物有机合成法（酶法和基因工程法）2. 有机合成发展历史（1）1828年Wohler用典型的无机物合成了尿素。

开始了近代有机化学以及有机合成的历史。

（2）1917年，Robinson合成了托品酮。

开创了系统的有机结构理论、合成方法、反应机制和结构鉴定等的研究。

并第一次开设了有机合成课程。

（3）20世纪50年代NMR技术开始应用于有机化合物结构测定。

《酶工程》教学大纲课程编号：02202320 课程性质：必修课程名称：酶工程学时/ 学分：32/2英文名称：Enzyme Engineering考核方式：笔试选用教材：郭勇大纲执笔人：常雅宁先修课程：生物化学大纲审核人：张惠展适用专业：生物技术一．教学基本目标学生通过酶工程的学习，应熟悉从应用目的出发研究酶，在一定生物反应装置中利用酶的催化性质的研究路线，掌握酶的生产与应用的基本理论、基本技术以及自然酶、化学修饰酶、固定化酶的研究和应用，进一步了解酶在各行各业中实际应用的最新发展和发展趋势。

在以后的毕业环节和工作中能够自觉地应用这些技术方法，尤其是思想来指导自己的工作。

希望能激发学生爱专业的热情二．教学基本内容第一章绪论第一节酶工程的发展史和研究内容第二节国内外酶制剂工业概况第三节酶工程研究最新进展第二章酶与酶工程第一节酶的结构第二节酶的催化作用第三节酶作为催化剂的显著作用第四节酶催化的动力学第三章固定化酶与酶修饰第一节概述第二节固定化酶的性质及其影响因素第三节固定化酶和细胞的制备第四节固定化原生质体第五节固定化酶反应器第六节固定化酶的应用第七节固定化新技术与发展趋势第八节酶的修饰第四章酶的定向进化第一节酶的定向进化基础第二节酶的定向进化第三节蛋白质工程第四节酶的理性设计第五节酶分子的模拟计算第五章非水介质中的酶促反应第一节概述第二节有机介质中酶促反应的条件第三节有机介质对酶性质的影响第四节有机介质中酶促反应应用举例第五节非水介质的介绍第六章核酶和抗体酶第一节RNA核酶第二节D NA核酶第三节抗体酶第七章合成生物学、基因组学-酶与生物催化第一节人类基因组计划第二节高通量DNA序列分析技术第三节基因组学的研究进展第四节系统与合成生物学第五节生物大分子的合成与模块化第八章酶的人工模拟（选学）第一节模拟酶的理论基础和策略第二节模拟酶的分类第三节印迹酶第九章酶的工业化应用（选学）第一节酶制剂常用品种及其性能第二节酶制剂在淀粉糖工业中应用或在酿造工业中应用或在食品工业中的应用或在饲料工业中或洗涤剂工业或纺织造纸中或有机酸工业中应用第十章同工酶与气体酶学（选学）第一节同工酶的结构基础第二节同工酶的鉴别和测定第三节固氮酶的作用第四节甲烷加氧酶的作用第五节氧化CO的酶三、建议教学进度第一章2学时，第二章4学时第三章10学时第四章6学时第五章2学时，第六章4学时第七章2 学时前七章是基础版块必须学习。

酶的非水相催化原理及应用前言酶是生物体内一类特殊的蛋白质，具有催化生物化学反应的能力。

传统上，酶的催化作用都是在水相中进行的，但近年来研究发现，酶在非水相条件下也能展现出催化的活性。

这种非水相催化的酶活性，为许多化学合成过程和工业生产提供了新的思路和方法。

本文将介绍酶的非水相催化原理及应用，并探讨其潜在的发展前景。

非水相催化原理酶在非水相条件下催化反应的原理主要与以下几个方面相关：1.氢键网络的重构：在非水相条件下，酶的氢键网络会重构，使得酶分子更加紧密地结合在一起，从而增强催化效率。

2.构象变化的灵活性：在非水相条件下，酶分子的构象变化更加灵活，可以更好地适应反应物分子的结构，提高反应效率。

3.介质的溶解能力：非水相介质对反应物分子的溶解能力较低，可以促使反应物更易进入酶的活性位点，从而提高催化效率。

4.宽广的反应条件：与水相催化相比，非水相催化酶能够在更广泛的反应条件下工作，例如高温、极端酸碱环境等。

非水相催化的应用领域非水相催化酶已经在许多应用领域中展示出了巨大的潜力和优势，下面列举几个典型的应用：•有机合成：非水相催化酶在有机合成领域中具有广泛的应用。

例如，通过选择合适的非水相介质和反应条件，酶可以催化各种有机反应，如醇酸酯化、酮-醇转化等，从而实现高效、绿色的有机化学合成。

•生物燃料生产：非水相催化酶在生物燃料生产中起到了重要的作用。

酶可以催化生物质的降解和转化，将其转化为可燃的生物燃料，如生物柴油、乙醇等。

非水相条件下的催化反应具有高效性和高产率的特点，能够提高生物燃料的产量和质量。

•医药领域：非水相催化酶在医药领域中也有广泛的应用。

例如，利用酶在非水相条件下的催化活性，可以加速药物合成的速度，提高药物的纯度和效果。

此外，非水相催化酶还可以用于合成药物的关键中间体，从而为医药研发提供有力支持。

非水相催化的发展前景随着对酶催化机制的深入研究和非水相条件下催化反应的优势的认识，非水相催化酶在许多领域中的应用前景越来越广阔。

酶催化的有机合成反应引言将生物催化剂应用于有机合成是目前最吸引人的研究领域。

有机化合物的生物合成和生物转化是一门以有机合成化学为主，与生物学密切联系的交叉学科，它也是当今有机合成化学的研究热点和重要发展方向。

酶不仅在生物体内可以催化天然有机物质的生物转化，也能在生物体外促进天然的或人工合成的有机化合物的各种转化反应，并且显示出优良的化学选择性、区域选择性和立体选择性。

第一节酶的特性（一）、什么是酶？酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称为生物催化剂Biocatalysts 。

绝大多数的酶都是蛋白质。

酶催化的生物化学反应，称为酶促反应Enzymatic reaction。

在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物substrate。

（二）、酶和一般催化剂的共性1、用量少而催化效率高；2、它能够改变化学反应的速度，但是不能改变化学反应平衡。

3、酶能够稳定底物形成的过渡状态，降低反应的活化能，从而加速反应的进行。

（三），酶催化作用特性1．高效性酶的催化作用可使反应速度提高106 -1012倍。

例如：过氧化氢分解2H2O22H2O + O2用Fe+ 催化，效率为6*10-4 mol/mol. S，而用过氧化氢酶催化，效率为6*106 mol/mol.S。

用a-淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在65°C条件下可催化2吨淀粉水解。

酶催化反应过程2．选择性酶的专一性 Specificity又称为特异性，是指酶在催化生化反应时对底物的选择性。

3．反应条件温和酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范围为20-40°C。

高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。

4.酶活力可调节控制5.某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关。

（四）、酶的命名及分类习惯命名法:1、根据其催化底物来命名；2、根据所催化反应的性质来命名；3、结合上述两个原则来命名，4、有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。

有机化学反应介质的研究与应用有机化学是研究碳元素化合物的科学，广泛应用于医药、农药、化妆品等领域。

而有机化学反应介质的研究与应用则是有机化学研究的重要一环。

介质在有机化学反应中起着溶剂、催化剂甚至反应物的角色，它能够影响反应速率、产率以及产物的选择性等。

本文将通过一系列案例，介绍有机化学反应中常用的介质研究与应用。

首先，我们来介绍一些常见的有机化学反应介质。

最常用的介质之一是溶剂。

溶剂作为反应介质，不仅可以将反应物溶解，还能影响反应动力学和产物选择性。

比如，水是一种常见的溶剂，对于亲水性化合物的反应具有良好的溶解性，并且能够促进某些亲水性反应。

另外，有机溶剂如甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺等，常被使用于有机化学反应中，因为它们对有机物的溶解度较大，不易引起副反应。

除了溶剂，还有一些特定的介质被用于有机化学反应中。

比如，催化剂就是一类重要的介质。

催化剂可以提高反应速率，并且在反应结束后可回收和重复使用。

常见的催化剂有金属催化剂、酶催化剂等。

金属催化剂在有机合成中应用非常广泛，例如铂、钯、铑等金属催化剂可以催化烯烃的氢化反应；而酶催化剂在医药领域有着重要的应用，如利用酶催化剂合成药物。

此外，还有一些特殊的介质被用于有机化学反应中，以实现特殊的反应条件。

例如，高压条件下进行的反应需要高压反应介质，如液氨、液氢等，这些介质不仅提供了合适的反应环境，还能改变反应体系的物理性质；而低温条件下进行的反应则需要低温反应介质，如液氮、液氩等，这些介质可以降低反应温度，减少副反应的产生。

随着科技的不断进步，新型的有机化学反应介质也在不断涌现。

近年来，离子液体作为一种新型反应介质，在有机化学反应中得到了广泛的应用。

离子液体具有多样的结构和性质，可以被设计和合成来满足不同反应的需求。

与传统有机溶剂相比，离子液体具有较低的挥发性、较高的热稳定性和化学稳定性，可以被循环使用，减少对环境的污染。

离子液体对许多有机化学反应具有显著的催化效果，提高了反应速率和产物选择性。

酶促反应对化学平衡的影响分析一般教科书中认为酶促反应不能改变其本身化学平衡的方向和限度,下面是小编搜集整理的一篇关于酶促反应的论文范文,欢迎阅读参考。

引言酶的结构和功能是生物化学的核心问题之一。

对于酶催化的化学反应,人们的一般认识是酶通过与底物的相互作用改变反应途径和活化能同等程度地催化正向与逆向反应,不能改变化学平衡的方向和程度.然而,由于酶结构和功能的多样性与复杂性,酶促反应的化学平衡问题也是复杂的.现代生物化学研究表明,酶可以通过自身与小分子的结合能改变在酶分子内部的化学平衡,可以通过反应耦合改变外部化学平衡,可以通过动力学控制得到热力学上不利的产物。

因此,酶促反应不能改变化学平衡的方向和程度的说法失之过简,在生物化学教学中应适当扩充。

同时,认识酶促反应中的化学平衡细节,有助于深入理解酶催化的本质,并指导药物化学设计或构建人工催化体系.本文结合生物化学和物理有机化学理论,通过若干实例对酶促反应对化学平衡的影响进行分析,以期对教学和研究提供新的思考。

1 酶促反应的内部化学平衡一个典型的酶促反应经历了以下步骤：酶分子E与底物S结合为复合物E?S;复合物E?S在酶催化下经过过渡态[TScat]生成复合物E?P;复合物E?S解离为酶分子E和产物P.G是S生成P的化学反应在没有酶催化条件下的化学反应Gibbs 自由能变,对应于外部平衡常数K;Gint是酶分子内部S生成P的化学反应Gibbs 自由能变,对应于内部平衡常数Kint;结合和解离步骤的Gibbs自由能变分别记为GS和无酶参与时的过渡态[TS]与酶结合地过渡态[TScat]间的Gibbs自由能差记为GTS.无酶参与的反应活化能记为Ea,酶促反应决速步的活化能记为Eacat,结合和解离步骤的活化能分别记为EaS和EaP.根据诱导契合假说,酶促反应的基本原理是通过酶与反应决速步的过渡态[TS]的结合将其稳定化为能量更低的[TScat],从而达到降低活化能、提高反应速率的目的。