第十一章--酶催化有机反应VIP免费

第十一章酶催化有机反应Enzyme-CatalyzedReactions•酶催化有机反应是指以酶为催化剂实现的化学转化过程。有直接使用细胞来完成反应的实例，其本质是相同的，因此可以统称为生物催化。•酿酒和制醋业。•酶催化由于表现出“绿色”特性而备受研究工作者、开发商关注，现已成为合成（特别是不对称合成）的一种有效的方法，在药物合成中也得到了广泛的应用。第一节酶催化反应概述•酶是生物提高其生化反应效率而产生的催化剂，绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶同时含有少量的糖和脂肪。•与通常遇到的化学催化反应相比，酶催化既有与之相似的一面，也有其本身的特点。酶能降低反应的活化能，加快反应达到平衡的速率，但不能改变反应的平衡常数。•酶催化的能力相对较高；反应通常发生在水相中，大多数在22-45oC以及近似中性pH条件下完成，无需高温和高压等极端条件，反应耗能低，且转化率几乎可达到100%；另一特点是表现出高度的化学、区域、对映和非对映选择性或专一性。•酶催化反应的机理相对复杂。Fischer提出的“锁-钥”理论(lock-and-keytheory)是一种普遍接受的模型。酶与底物的相互作用既有化学键合作用，也有诸如氢键、范德华力和离子相互作用等，过渡金属如锌、钴、锰、铜2价离子对催化反应影响极大。•活性中间复合物学说。由Michaelis-Menten提出，认为酶催化反应至少包括两步，首先是底物S和酶E相结合形成中间复合物[ES]，然后[ES]分解成产物P，并释放出酶E。第二节酶催化逆合成分析•逆合成分析：一种合成分析的方法，即从产物出发回推反应原料，以期获得更加合理的合成路线。•酶催化几乎可以实现所有的有机反应类型。•一、酶催化卤化•在卤素过氧化酶(haloperoxidases)或卤化酶(halogenases)催化下，一些富电子的芳香化合物或含有活泼亚甲基的化合物与含卤试剂容易发生卤化反应，能够选择性地生成对应的卤化物。•二、酶催化烃基化•在特定酶催化下，氧原子、氮原子上能够发生烃基化，用于合成醚和有机胺。烷基转移酶'苯酚裂合酶•三、酶催化酰化•与酶催化烃化相似，酶催化酰化也可以发生在C、O、和N原子上。但在实际过程中，酶催化酰基的转移更多地是发生在O和N原子上。ROR'OROHO+R'OH脂肪酶ROR''OROR'O+R''OHRNR'R''OROHO+R'R''NHRNR'R''OROR''O+R'R''NH脂肪酶脂肪酶脂肪酶•四、酶催化氧化•酶催化下，几乎能被化学试剂氧化的底物均能在适当酶(或细胞)催化下氧化。在烃结构中引入羟基，醇、醛、酮发生深度氧化，烯被环氧化，这些都是常见的氧化反应。ROHRHROHRHOORR'RR'羟化酶醇单加氧酶环氧化酶•五、酶催化还原•像化学氧化-还原反应一样，生物催化还原与氧化往往也互为可逆过程。碳碳双键的氢化，羰基化合物的还原、硝基化合物和亚胺的还原，均可在还原酶催化下实现。RR1R3R2RR2R1R3ROHROR1OHR1OR2R2ROHOHOROOHORNH2RNO2R1NH2R1NHR2R2还原酶还原酶还原酶还原酶还原酶还原酶•六、酶催化缩合•C-C键的构建是药物合成的中心问题，而裂合酶能够催化羟醛缩合(aldolcondensation)和酯缩合(claisencondensation)等反应来完成之，通常泛称这些能够催化构建C-C键的酶为裂合酶。•一、酶催化卤化反应•不饱和烃在卤过氧化酶存在下，与过氧化氢和卤负离子发生加成反应，生成β-卤代醇或β-卤代酮，产物类似于不饱和烃与次卤酸的亲电加成结果。第三节酶催化官能团转化•二、酶催化烃基化•无论在生物体内还是在体外，杂原子如N、O上的酶催化烃基化是一种相对普遍的反应，特别是氧原子上的烃基化更是常见，如糖苷的形成，β-卤代醇脱卤化氢环氧化等。2HNHNONHSAMHNONHHNCH3甲基转移酶OHORHOOHOHR'OROOHOHR'糖基转移酶ClClOHO卤代醇环氧化酶Cl+HO脂肪酶OOClOHO•三、酶催化酰化•与酶催化烃化相似，酶催化酰化也可发生在O和N等杂原子上，如酯化、酯交换和酯的胺（氨）解和水解反应，酰胺化和肽的形成，以及酰胺的水解。OO+H2OCOOH+HOFF猪胰脂肪酶CH714HOFF+FFC11H23COO10(CH3CH2CH2CO)2OOOHO脂肪酶AK二异丙醚OOHO+OOC3H7COO+OHO+OO脂肪酶甲基叔丁基醚OHOCOOHO+•氨(或胺)的酰化生成酰胺的反应，与醇的酰化合成酯十分相似。但用羧酸与胺直接酶催化酰化成功的难度较大，...