微流控技术在酶促含糖黄酮类化合物区域选择性酯化合成中的应用基础研究

Microreactors which consist of micro-scale flow channels, reaction zones, mixers and so on, have been recognized as an efficient means for chemical synthesis. The excellent performance of microreaction systems is achieved by rapid heat and mass transfers, and larger surface/interface area. Compared to macroscale laboratory techniques, microfluidic reactors have a number of advantages over conventional processes, which would be expected to promote highly effective chemical reactions in the microreactors. But untill now, enzymatic synthesis in microreactors is still relatively unexplored, so our project is to explore a new microfluidic enzymatic reactor and its application in the regioselective acylation of flavonoids. Through the study of the microreactor（microchannel length and inside diameter ）and the reactions performed in it, we hope to provide some useful informations for the application of microfluidic technology in the field of enzymatic synthesis. The salient features of this method include mild reaction conditions, fast reaction times, high yields as well as high regioselectivities.

微流控学是近十年来迅速崛起的交叉学科，随着微流控通道中微混合、微反应技术及其由于尺度效应导致的许多不同于宏观体系的特点，应用微流控技术探索新反应已成为研究热点。但是到目前为止，应用微流控技术进行酶促反应的研究还相对较少，因而本项目拟探索微流控技术在酶促含糖黄酮类化合物区域选择性酯化合成中的应用基础研究，旨在解决含糖黄酮区域选择性酯化过程中选择性差、转化率低和反应时间长等科学问题。本项目通过微流控反应器的设计与优化（微通道长度、内径），研究酶促反应条件（底物比、酰基供体的链长、反应介质、温度、时间及流速等）对含糖黄酮区域选择性酯化的影响，揭示微流控反应器中酶促含糖黄酮区域选择性酯化的反应规律，探索一种微流控技术在酶促选择性酯化含糖黄酮类化合物的新方法。该研究拟在缩短反应时间、提高单酯选择性及转化率、减少有毒溶剂使用等方面形成优势，为微流控技术在生物催化选择性合成中的应用提供研究基础。

微流控学是近十年来迅速崛起的交叉学科，随着微流控通道中微混合、微反应技术及其由于尺度效应导致的许多不同于宏观体系的特点，应用微流控技术探索新反应已成为研究热点。但是到目前为止，应用微流控技术进行酶促反应的研究还相对较少，柚皮苷、橙皮苷等均属于含糖黄酮类化合物，其分子结构中含有多个活性相似的羟基，其不同位置的衍生物可能具有不同的药理生理活性，实现多官能团底物特定位置的衍生化，对于选择性合成方法、药物筛选、新药开发是十分重要的。化学催化大多得到多取代的混合物，而实现选择性衍生化比较困难，需要复杂的保护／去保护过程。酶促反应由于其高效专一性以及反应条件温和等优点而逐渐取代化学催化方法。但是酶催化反应也存在一些局限性，比如酶的活性与有机溶剂的极性之间的制约，有机溶剂的极性与反应底物的溶解性之间的制约，反应时间较长、转化率不高等技术瓶颈。因而本项目探索了微流控技术在酶促含糖黄酮类化合物区域选择性酯化合成中的应用基础研究，旨在解决传统方法合成含糖黄酮酯选择性差、转化率低和反应时间长等科学问题。通过微流控通道酶促反应器的设计与优化（微通道长度1m、内径2mm），研究了酶促反应条件对含糖黄酮类化合物区域选择性酯化的影响, 通过实验得出最佳反应条件为含糖黄酮类化合物与酰基供体最佳底物比为1:5， 反应介质为叔戊醇:DMSO为9:1(v:v)，最佳反应温度为50℃，流速为10.4 uL/min, 最佳反应时间为30 min. 并揭示微流控反应器中酶促含糖黄酮区域选择性酯化的反应规律，得出酰基供体的链长对反应结果有明显的影响，链长越长，反应的转化率越高，月桂酸乙烯酯和棕榈酸乙烯酯对含糖化合物的区域选择性酯化效果明显好于乙酸乙烯酯。本项目研究了一种微流控酶促区域选择性酯化含糖黄酮的新思路、新方法。该研究将传统酶促反应的时间从24h缩短到30min， 反应的选择性可以达到99%，转化率可以达到90%以上。并且在减少有毒溶剂使用等方面形成优势，反应在叔戊醇与DMSO混合溶剂9：1条件下进行，大大减少了有毒溶剂DMSO的使用量，为微流控技术在生物催化选择性合成中的应用提供研究基础。