第六講典型生物催化的反應(yīng)生成

第六講典型生物催化的反應(yīng)生成第一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一1、醛縮反應(yīng)以醛縮反應(yīng)為基礎(chǔ)的C－C鍵不對稱形成是有機(jī)合成中的難點(diǎn)缺點(diǎn)：需要大量輔助試劑需要使用金屬烯醇復(fù)合物（不穩(wěn)定）或其類似物來實(shí)現(xiàn)立體選擇在有機(jī)溶劑中低溫進(jìn)行（親酯性）醛縮酶催化第二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一最早在70多年前發(fā)現(xiàn)，催化己糖和其3C亞基反應(yīng)目前底物范圍廣，酶種類非常多在醛或者酮的羰基上高度立體選擇性的加上1C、2C或者3C部分主要有兩類：不需要金屬輔酶（高等植物和動物中），反應(yīng)中形成希夫堿

需要Zn2+，主要存在于細(xì)菌和真菌中

第三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一酮為供體，醛為受體絕大多數(shù)醛縮酶對供體底物（親核試劑）結(jié)構(gòu)要求很高，對受體底物（親電試劑）結(jié)構(gòu)要求不高根據(jù)供體底物的類型分為四組，受體為醛，反應(yīng)后受體醛的碳鏈分別延長2-3個C第六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一Fructose-1,6-diphosphatealdolase(RAMA:rabbitmusclealdolase)如果C－5是有手性的，則其立體選擇性不高，獲得一對非對映體產(chǎn)物第九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一R（天然底物）R（非天然底物）D-或L-蘇糖H,Me,Et,n-Pr,i-Pr,CH=O,COOH,CH2FD-或L-赤蘚糖CH2OCH2Ph,(CH2)2OH,CH(OCH3)CH2OHL-阿拉伯糖，D-核糖(CH2)2OMe,CHOHMe,CHOHCH2OMeD-來蘇糖，D-木糖CH2Ph,COPh,(CH2)3CH=OD-3-磷酸甘油醛CH2P(O)(OEt)2,2-和3-吡啶基，4-環(huán)己烯基，CH2OP，環(huán)氧乙烷基第十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一底物范圍：天然底物的結(jié)構(gòu)類似物為底物，催化合成碳水化合物或其類似物，如催化含氮或者含硫糖類以及脫氧糖等。受體醛和天然受體底物D-3-磷酸-甘油醛結(jié)構(gòu)差別很大，一般要遵循以下規(guī)則：1、無位阻的脂肪族醛、a-雜原子取代醛、保護(hù)的烷氧基醛可作為底物2、具有嚴(yán)重位阻的脂肪族醛，如三甲基乙醛不能作為底物，α,β-不飽和醛和容易發(fā)生α,β消除反應(yīng)的醛也不能作為底物3、芳香醛反應(yīng)性很差4、ω-羥基醛的末端羥基磷酸化產(chǎn)物比未磷酸化底物反應(yīng)速度快

第十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一供體要求非常嚴(yán)格，上式是可作為RAMA底物的DHAP類似物，反應(yīng)速度降低一個數(shù)量級第十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一糖類化合物合成抗HIV化學(xué)酶法合成第十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一外性激素的合成第十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一提高對映體選擇性（α-取代醛產(chǎn)生消旋化）1、動力學(xué)控制2、熱力學(xué)控制：產(chǎn)物穩(wěn)定性，反應(yīng)可逆3、形成的非對映體酮糖中的D-酮糖（DL）轉(zhuǎn)化為D-醛糖，然后進(jìn)行分離純化第十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一醛糖的合成第十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一唾液酸醛縮酶：丙酮酸依賴型，用于制備體外α-酮酸衍生物丙酮酸需要過量：平衡常數(shù)接近1第十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一乙醛第二十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一R赤型蘇型R赤型蘇型Me937PhCH2O(CH2)2-5447PhCH2OCH2-928Ph(CH2)3O(CH2)-928第二十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一2轉(zhuǎn)酮醇酶以Mg2+和焦磷酸硫胺素（TPP）為輔酶催化羥甲基酮從一個磷酸酮糖分子轉(zhuǎn)移到另一個磷酸醛糖分子中催化醛糖鏈選擇性的延長2C羥基丙酮酸作為底物時，反應(yīng)不可逆，存在脫羧反應(yīng)，不需要TPP第二十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第二十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)酮醇酶可以從酵母和菠菜中提取基因工程菌高效表達(dá)比醛縮酶對醛基部分的手性識別能力強(qiáng)優(yōu)先催化R對映體的反應(yīng)，可以進(jìn)行動力學(xué)拆分α位無取代基的醛作為受體，反應(yīng)的立體選擇性降低第二十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一3偶姻反應(yīng)兩分子醛縮合形成酮醇的反應(yīng)面包酵母催化的偶姻反應(yīng)與轉(zhuǎn)酮醇反應(yīng)相似反應(yīng)機(jī)理：涉及到丙酮酸脫羧酶，催化丙酮酸脫羧形成C2單元，然后加成到醛上，形成R-α-羥基酮產(chǎn)物可被還原生成赤型二醇（α，β不飽和芳香醛和脂肪醛與α酮酸反應(yīng)生成手性二醇，是重要中間體，但是產(chǎn)率不高，只有10－35％左右），反應(yīng)遵循Prelog法則，對映體過量值一般可以大于90％第二十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第二十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第二十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一醛基和碳碳雙鍵也可以被面包酵母還原第二十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一4Michael加成反應(yīng)常規(guī)偶姻反應(yīng)的一種變體添加三氟乙醇作為底物（產(chǎn)物的絕對構(gòu)型無法預(yù)測，但是R型產(chǎn)物可能性較大）推測反應(yīng)機(jī)理：三氟乙醇被酶氧化成三氟乙醛，后者與焦磷酸硫胺素加成，然后?；庪x子加成到C＝C雙鍵上，形成三氟甲基酮中間體，繼而被DH選擇性還原，生成手性三氟甲基醇或相應(yīng)的內(nèi)酯第二十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第三十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一水解酶催化的M加成反應(yīng)第三十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一親核試劑酶e.e./%H2OCandidarugosalipase70Et2NHCandidarugosalipase71H2OPigliveresterase60Et2NHPigliveresterase69PhSHPigliveresterase50第三十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一加成和消去反應(yīng)氰醇反應(yīng)：醇氰酶催化氫氰酸不對稱加成到醛或者酮分子的羰基上，形成手性氰醇高度的立體選擇性，R-或者S-醇氰酶（來源）杏仁、李子、櫻桃等中提取，以R型酶為主芳香醛是最適底物，取代基可以在鄰位或者對位；雜環(huán)芳烴如呋喃、噻吩等也能夠有效反應(yīng)第三十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一鏈長不超過6C的直鏈脂肪醛和α,β不飽和醛、α位甲基取代醛、甲基酮都可以作為底物，乙基酮轉(zhuǎn)化率很低S-醇氰酶主要來源于高梁類植物，如三葉膠，苜蓿等反應(yīng)速度較慢，產(chǎn)物光學(xué)純度不高氰醇的消旋：酸性pH，水含量低，其他供體第三十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第三十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一R1R2e.e./%(R)R1R2e.e./%(R)Ph-H94(E)-CH3CH=CH-H69P-MeOPh-H93C2H5-Me762-furyl-H98n-C4H9-Me98n-C3H7-H92-96(CH3)2CH-(CH2)2-Me98n-C5H11-H67CH2=CH(CH3)-Me94t-Bu-H73Cl-(CH2)3-Me84第三十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一R1R2e.e./%(S)R1R2e.e./%(S)Ph-H96-98m-Br-Ph-H92m-HO-Ph-H91-98p-Cl-Ph-H54p-HO-Ph-H94-99n-C5H11-H84m-MeOPh-H89n-C8H17-H85m-PhO-Ph-H96CH2=CH-H84第三十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一水和氨的加成反應(yīng)富馬酸酶：水加成到富馬酸形成L-蘋果酸天冬氨酸酶：氨加成到富馬酸生成L-天冬氨酸反式加成，底物特異性高，立體選擇性好第三十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第三十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一第四十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)寡糖和多糖具有重要的生物學(xué)功能主要涉及：1、糖蛋白的分泌和胞內(nèi)轉(zhuǎn)移2、細(xì)胞間相互作用3、腫瘤形成4、病原體和細(xì)胞表面的相互作用第四十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究中都非常重要直接分離提取困難：不經(jīng)濟(jì)（含量低、類似物多）化學(xué)合成過程復(fù)雜，保護(hù)－脫保護(hù)，總產(chǎn)率低生物合成是較好的選擇第四十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一1、糖基轉(zhuǎn)移酶（Glycosyltransferases）負(fù)責(zé)體內(nèi)寡糖的合成單糖需要磷酸化進(jìn)行活化核苷酸磷酸化－Leloir

磷酸基團(tuán)磷酸化－非Leloir

高度的底物專一性和立體選擇性

2、糖苷酶（glycosidases）水解酶類，水解多糖形成寡糖和單糖，專一性較差第四十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一每一個NDP糖有一個相應(yīng)的轉(zhuǎn)移酶第四十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一Leloir途徑：二磷酸核苷糖（NDP糖）糖基轉(zhuǎn)移酶β-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶：糖基供體為UDP－Gal（尿苷二磷酸－半乳糖）受體產(chǎn)物Glc-OHβ-Gal-(1-4)-Glc-OHGlcNAc-OHβ-Gal-(1-4)-GlcNAc-OHβ-GlcNAc-(1-4)-Gal-OHβ-Gal-(1-4)-β-GlcNAc-(1-4)-Gal-OHβ-GlcNAc-(1-6)-Gal-OHβ-Gal-(1-4)-β-GlcNAc-(1-6)-Gal-OHβ-GlcNAc-(1-3)-Gal-OHβ-Gal-(1-4)-β-GlcNAc-(1-3)-Gal-OH第四十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一Leloir

第四十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一非Leloir

第四十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一糖苷酶：外糖苷酶，內(nèi)糖苷酶較高的底物專一性，但不是絕對底物專一性，對糖苷配基缺乏特異性另一種親核性強(qiáng)的化合物可與之反應(yīng)形成新的糖苷化合物第四十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一糖苷合成的反應(yīng)平衡：水－有機(jī)相兩相體系活化的糖苷：轉(zhuǎn)糖基反應(yīng)，如氟化糖苷，芳基化糖苷（對硝基苯基糖苷）第四十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一鹵化和脫鹵反應(yīng)含鹵素的化合物：天然，人造溴吲哚衍生物——Tyrian紫染料腓尼基人從軟體動物中分離制得大約1000多種各種結(jié)構(gòu)形式的鹵代天然產(chǎn)物細(xì)菌、真菌、藻類、高等植物、海洋軟體動物、昆蟲和哺乳動物F和I比較少（陸地生物）

Cl和Br比較多（海洋生物）第五十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一鹵化酶的生物學(xué)功能：不清楚，可能涉及到生物的防御機(jī)制比如：藻類合成鹵素代謝物，不可食用研究歷史比較短第五十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一鹵化反應(yīng)盡管有非常多的鹵素代謝物被分離鑒定，但是到目前為止，僅有一種鹵化酶被分離純化——鹵素過氧化物酶（haloperoxidase）這種過氧化物酶在自然界中廣泛存在催化如下反應(yīng)（不包括F-）第五十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一酶分別稱為氯、溴、碘過氧化物酶，名字反映了它們所能氧化的最小的鹵素唯一的鹵化酶——廣泛的底物專一性較低的底物選擇性催化的反應(yīng)中所引入的不對稱因素較低霉菌：氯過氧化物酶藻類、細(xì)菌：溴過氧化物酶第五十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期一烯烴的鹵化反應(yīng)

1、反應(yīng)機(jī)理和化學(xué)合成是