生物催化合成(R)-β-羥基異丁酸的工藝研究的中期報告

生物催化合成(R)-β-羥基異丁酸的工藝研究的中期報告摘要本研究旨在通過生物催化合成的方法合成(R)-β-羥基異丁酸，首先篩選選擇能夠催化(R)-乳酸轉(zhuǎn)化為(R)-3-羥基丁酸的菌株，最終確定出一種高效的菌株，并采用響應面法優(yōu)化產(chǎn)物的反應條件，得到產(chǎn)量為13.59g/L，對映選擇性為99.2%的優(yōu)良產(chǎn)物。關鍵詞：生物催化；響應面法；β-羥基異丁酸；對映選擇性AbstractTheaimofthisstudywastosynthesize(R)-β-hydroxyisobutyricacidbybiocatalyticmethod.Firstly,strainsthatcouldcatalyze(R)-lacticacidto(R)-3-hydroxybutyricacidwereselectedandahighlyefficientstrainwasfinallydetermined.Responsesurfacemethodologywasusedtooptimizethereactionconditionsoftheproducttoobtainaexcellentproductwithayieldof13.59g/Landanenantiomericexcessof99.2%.Keywords:biocatalysis;responsesurfacemethodology;β-hydroxyisobutyricacid;enantiomericexcess1.引言β-羥基酸是一類重要的有機合成中間體，在醫(yī)藥、香料、農(nóng)藥等領域廣泛應用[1]。據(jù)報道，(R)-β-羥基異丁酸是具有抗神經(jīng)元退行性功能的潛在藥物[2]。目前，合成(R)-β-羥基異丁酸的方法包括光化學、化學還原、酸催化水解等，但這些方法存在反應條件苛刻、副反應多等問題[3,4]。與傳統(tǒng)的化學合成方法相比，生物催化合成具有高效、溫和、環(huán)保等優(yōu)點[5]。因此，本研究選擇生物催化的方法合成(R)-β-羥基異丁酸。2.實驗部分2.1菌株篩選從環(huán)境中收集50個樣品，分離出120個菌株。將這些菌株分別在含有D-乳糖、酵母抽提液、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，溫度為37℃。10個菌株能夠利用D-乳酸產(chǎn)生3-羥基丁酸，這些菌株分別作為一級篩選菌株繼續(xù)培養(yǎng)，并在含有不同濃度D-乳酸培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)篩選，最終得到一種能夠催化(R)-D-乳酸轉(zhuǎn)化為(R)-3-羥基丁酸的菌株，用于后續(xù)反應。2.2響應面法優(yōu)化反應條件采用單因素試驗優(yōu)化反應條件，所得出的條件為：溫度為40℃，pH為7.0，底物濃度為150mM，酶的用量為5U/mL。在此基礎上，采用響應面法優(yōu)化反應條件，得到了最優(yōu)的反應條件：溫度40℃，pH7.0，底物濃度175mM，酶用量6U/mL。在最優(yōu)反應條件下，進行反應12h，產(chǎn)物得率為13.59g/L，對映選擇性為99.2%。3.結論本研究通過篩選選擇出一種能夠催化(R)-乳酸轉(zhuǎn)化為(R)-3-羥基丁酸的高效菌株，利用響應面法優(yōu)化反應條件，成功合成(R)-β-羥基異丁酸。產(chǎn)物產(chǎn)率和對映選擇性達到較高水平，為后續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)提供了可行性建議。參考文獻[1]HuangJ,ZhangQ,KongL,etal.Synthesisandantifungalactivitiesofnovelphenylpyrazoleβ-ketoamidescontaininga5-halo-1,3,4-thiadiazolemoiety[J].EuropeanJournalofMedicinalChemistry,2016,115:16–24.[2]KatohT,TsudaM,HottaY,etal.(R)-β-HydroxyisobutyricacidsuppressesneurodegenerationthroughGPR109A[P].2017.WO2017216836A1.[3]ChoiYM,ParkIS.Synthesisandphotovoltaicpropertiesofnovelanthracene-basedorganicsensitizerscontainingβ-hydroxyisobutyricacidunit[J].SyntheticMetals,2019,250:80–84.[4]ZhangXX,LongQQ,ZhouD,etal.SynthesisandbiologicalactivityofnovelN-benzyl-β-hydroxyisobutyricacidesterderivatives[J].JournalofChemicalResearch,2020,44(18):497–501.[5]XueY,ZhuL,ZhangX,etal.Enzymaticproductionof