基于酶促级联反应并行不对称合成手性醇和手性亚砜新途径的构建

Biosynthesis of structurally complex value-added chiral compounds in a highly efficient and green manner is always considered a challenging task, becoming a research hotspot in biocatalysis and biotransformation communities. Multi-enzyme catalyzed cascade reaction has begun to receive more attention in obtaining a variety of chiral compounds. In this project a new dual-enzyme catalyzed reaction system combining Baeyer-Villiger monooxygenase and alcohol dehydrogenase is proposed for synthesis of chiral sulfoxides and chiral alcohols in green and effective manner. To solve poor activity of enzymes to certain substrates under multi-enzymes reaction condition rationally / semi-rationally molecular engineering of Baeyer-Villiger monooxygenase and alcohol dehydrogenase will be performed to expand the adaptability to the reaction system of enzymes and their substrate spectrum. To enhance the adversity tolerance of enzymes directed enzymes revolution will be performed to realize the compatibility of enzymes to the reaction system. A variety of parameters in the reaction system will be optimized. An efficient dual-enzyme catalyzed reaction system for synthesis of multiple chiral compounds in a parallel fashion is constructed.

实现高值复杂手性化合物的高效、绿色生物合成是一项挑战性的工作，也是当前生物催化与转化领域研究的热点。多酶催化合成各种复杂手性化合物日益受到重视，本项目拟从头设计构建高选择性“Baeyer-Villiger 单加氧酶+醇脱氢酶”组合生物催化并行合成手性醇和手性亚砜的新途径。通过选择合适的酶催化剂，该途径能够实现手性醇和手性亚砜一锅合成和辅酶再生。反应体系绿色环保，催化效率高，具有潜在应用价值。针对反应体系中酶催化底物适应性和过程兼容性差的问题，在对双酶的底物谱进行考察的基础上，对Baeyer-Villiger单加氧酶和醇脱氢酶进行理性/半理性分子改造，拓展其底物谱和系统适应性；通过分析组合催化体系酶的逆境耐受性，对酶进行定向改造提高其抗逆性，实现一锅反应过程的兼容性；最后，对双酶组合催化体系进行优化，扩大反应体系，实现一锅法催化合成多种手性化合物新途径的构建。

实现高值复杂手性化合物的高效、绿色生物合成是一项挑战性的工作，也是当前生物催化与转化领域研究的热点。多酶催化合成各种复杂手性化合物日益受到重视，本项目拟从头设计构建高选择性“Baeyer-Villiger 单加氧酶+醇脱氢酶”组合生物催化并行合成手性醇和手性亚砜的新途径。通过选择合适的酶催化剂，该途径能够实现手性醇和手性亚砜一锅合成和辅酶再生。反应体系绿色环保，催化效率高，具有潜在应用价值。通过本项目的实施，得到以下重要成果：.1.获得一系列具有自主知识产权的新的单加氧酶、醇氧化酶、醇脱氢酶催化元件，在精细化学品合成，手性医药中间体合成中具有潜在的应用价值。.2. 获得具有催化醛基氧化生成羧酸类化合物的生物催化剂，能够选择性催化氧化生物基来源5-羟甲基糠醛生成5-羟甲基糠酸，该全细胞生物催化剂具有优良的催化活性和对底物和产物有很好的耐受性，能够转化300 mM HMF底物，转化率在90%以上，在生物基化学品高值化利用方面具有很好地应用前景。.3. 发现能够催化苯乙酮单加氧反应，生成乙酸苯酯，经水解后生成苯酚，该途径为生物合成芳香族酚类提供了催化剂元件。.4. 构建了级联生物催化HMF合成在材料领域具有重要应用价值的FDCA的生物催化体系，能够在24 小时内转化180 mM HMF 生成FDCA，选择性90%以上。同时，发现一系列能够选择性氧化HMF羟基/醛基的生物催化剂元件。.新型生物催化剂的获得是生物催化研究领域的重要内容，本项目中获得的酶（细胞）生物催化剂能够在精细化学品、手性医药中间体的合成中具有重要的潜在应用价值。