生物兼容性磁性聚合物微球的定向制备及其固定化酶催化合成手性药物

针对手性药物酶催化合成技术工业化应用对高活性、高选择性和易分离控制的固定化酶的迫切需求，选择环氧基为偶联酶的活性基团，设计制备磁性聚合物微球载体，依据脂肪酶和青霉素酰化酶自身的性质，通过对合成的属性微球功能上的强化修饰，构建适宜于酶固定化的微环境，定向制备适宜于脂肪酶和青霉素酰化酶固定化的生物兼容性载体材料，制备适宜于有机介质手性药物合成特异反应的高效磁性固定化酶；获得磁性载体材料结构因素与固定化酶催化性能之间内在联系的理论知识，揭示载体材料的结构和表面性质与酶性质的匹配关系；建立磁性固定化脂肪酶催化制备4-羟基四氢吡喃类化合物的单一对映体和固定化青霉素酰化酶催化"一锅两步"合成氨苄西林的新合成体系，以获得简洁、有效、成本低和污染小的合成工艺，力争形成具有自主知识产权的磁性固定化酶的制备技术及应用知识体系，推进我国手性合成技术又好又快的发展。

酶的固定化是实现生物酶在化学工业应用的关键技术。本课题从酶固定化载体的设计制备入手，针对不同性质的生物酶和应用于不同反应体系的催化特征，合成与酶匹配的生物兼容性磁性聚合物微球载体，获得了亲水性和疏水性不同的系列含活性环氧基团磁性高分子微球。通过戊二醛等功能性修饰，深入研究了固定化酶的对映选择性、活性和稳定性的变化规律，揭示了载体结构和表面因素与固定化酶催化性能之间的内在联系，获得了适宜于手性化合物合成特异反应的磁性固定化酶。以甲基丙烯酸缩水甘油酯、二乙烯基苯或二甲基丙烯酸乙二醇酯为单体，研究的蒸馏沉淀聚合技术制备的疏水性磁性聚合物具有高磁响应性，其固定化脂肪酶催化外消旋2-芳基-4-羟基四氢吡喃转酯化拆分反应，30℃反应获得的(2R,4S)-2-芳基-4-羟基四氢吡喃的对映体过量值eeS为91~97%，(2S,4R)-2-芳基-4-羟基四氢吡喃-4-醇乙酸酯的对映体过量值eep为92~99%。利用悬浮聚合制备的含Fe3O4疏水性磁性聚合物微球具有大孔结构，比表面积为43~50 m2/g， 平均孔径和平均孔体积为40~45 nm和 0.26~0.30 cm3•g-1，饱和磁化强度为4-8emu/g。其固定化脂肪酶与化学催化剂联用，在有机溶剂中进行化学-酶催化合成，获得了ee值高的光学纯的2-芳基-4-羟基四氢吡喃类化合物单一对映体。同时，获得的固定化脂肪酶应用于几类手性化合物合成体系部分中间体的单一对映体的制备，呈现出较好的立体选择性。研究制备的磁性亲水性聚合物微球固定化青霉素酰化酶合成氨苄西林，目标产物的收率达90%。磁性固定化酶微球用于催化反应，大大地简化了固定化酶与产物分离的操作程序，生产效率得到了显著提高，并且从根本上解决了固定化酶在使用过程中的流失问题。项目基本达到了预期研究目标。