篇生物催化與酶的“非專一性”

章綠色化學與生物催化2



第二章酶的“非專一性”10



第二篇α-糜蛋白酶在有機合成中的應用

第三章α-糜蛋白酶催化Friedlnder縮合反應合成喹啉類化合物25

節α-糜蛋白酶概述25

第二節α-糜蛋白酶催化的Friedlnder縮合反應27



第四章α-糜蛋白酶催化Biginelli反應合成3,4-二氫嘧啶-2(1H）-酮39

節概述39

第二節脂肪醛參與的Biginelli反應41

第三節“循環式”微波反應器中的Biginelli反應47



第五章α-糜蛋白酶催化環縮合反應合成2,3-二氫喹唑啉-4（1H）-酮54



第六章α-糜蛋白酶催化氮雜芳烴與醛的串聯反應合成二取代甲烷61

節概述61

第二節α-糜蛋白酶催化合成二吲哚甲烷衍生物62

第三節α-糜蛋白酶催化合成二吡咯甲烷衍生物71



第七章α-糜蛋白酶催化C(sp2)-C(sp3)鍵斷裂反應合成2-取代苯並咪唑77



第八章α-糜蛋白酶催化2-甲基氮雜芳烴的苄基C(sp3)-H官能化反應82



第九章α-糜蛋白酶催化合成β-脲基巴豆酸酯91



第三篇其他蛋白酶在有機合成中的應用

第十章胃蛋白酶在有機合成中的應用98

節概論98

第二節胃蛋白酶催化環縮合反應合成2,3-二氫喹唑啉-4(1H)-酮99

第三節胃蛋白酶催化2-甲基氮雜芳烴的苄位C(sp3)-H官能化反應104

第四節胃蛋白酶催化合成氮雜環並喹唑啉類化合物111



第十一章堿性蛋白酶在有機合成中的應用119

節概述119

第二節堿性蛋白酶催化Michael-Aldol串聯反應合成3-羥基-5-苯基四氫噻吩並[2,3-C]吡咯-4,6(5H)-2-酮120

第三節堿性蛋白酶催化合成喹唑啉酮123



第十二章蜂蜜曲霉蛋白酶催化2-甲基喹啉的苄基C(sp3)-H官能化反應129



第十三章W/IL包水微乳液中胰蛋白酶和咪唑協同催化Aldol反應135



附錄

附錄1實驗用酶142

附錄2部分代表性產物的結構表征數據143

生物催化是將酶或微生物應用於合成化學中，將天然的催化劑用於酶本身尚未涉及的新領域中。在綠色化學背景下，生物催化具有很多引人注目的優勢：生物催化常在溫度、壓力和pH都相對溫和的條件下進行；生物催化劑是可再生資源，而且可生物降解；具有優異的化學、區域及立體選擇性，從而避免了在傳統合成過程中所需的保護及去保護環節。生物催化是綠色化學的重要研究內容，是實現化學綠色化的重要途徑，已成為化學催化的有益補充和替代技術，也是生物技術的有力工具，對人類健康、商品供應、環境保護及可持續的燃料生產都有著深遠的影響。

長期以來，研究者特別強調酶催化的高度“專一性”，而忽視另一面，即“非專一性”，又叫“多功能性”“混亂性”（Promiscu-ity），或“非天然催化活性”（Non-natural Catalytic Activity）。近二十年來，酶的“非專一性”已引起學者們特別的關注；尤其是水解酶普遍存在“非專一性”，即一種酶具有催化多種反應的能力。如蛋白酶所催化的傳統反應為蛋白質或多肽的水解，但還可以催化羥醛縮合、曼尼希等多種其他類型的反應。酶的“非專一性”已經成為生物催化的重要研究領域及合成化學中的有用工具。水解酶因穩定性好、催化效率高、廉價易得、無需輔助因子等優點成為了酶“非專一性”研究的主要對像，其中脂肪酶和蛋白酶的研究備受關注。

《蛋白酶在有機合成中的應用》是作者所在課題組近10年來在酶的“非專一性”領域研究的總結，重點在於蛋白酶的“非專一性”及其在有機合成中的應用。夏文儉、孫大召、張士國、梁萌、張歲紅、劉聯勝、艾鋒、付磊涵和盧粵等研究生為本書提供了大量實驗數據；在本書的編寫過程中，我們參考了大量文獻資料，並在每章末的參考文獻中列出；本書的出版得到了東華理工大學江西省一流學科（化學學科）和江西省一流專業（應用化學專業）給予的經費支持，也得到了課題組的其他老師和研究生的幫助，在此一並表示感謝。

由於著者水平有限，編寫時間倉促，疏漏之處敬請批評指正。



著者

2019年8月於南昌