论文总字数：17440字

摘 要

脂肪酶是一类能够催化长链甘油三酯水解的酶，在微生物体内广泛存在，常用来催化水解、酯化、酯交换、氨解等传统反应，同时在催化Michael加成、Knoevenagel缩合、Aldol缩合、Henry反应等多种C-C键形成反应方面也有成功应用。氧杂蒽类化合物是许多天然产物的重要结构单元，也是许多其他杂环化合物合成过程中重要的中间体。传统的氧杂蒽类化合物可用含活性亚甲基的羰基化合物和醛通过酸或碱催化合成。本文首次报道了脂肪酶能够有效催化达米酮与芳香醛反应生成开环的氧杂蒽化合物，考察了酶源、溶剂、酶用量、温度等方面因素对反应的影响，并得出在纯水相中，40 ºC情况下，猪胰脂肪酶（PPL）催化下，反应7 h，能取得较高的收率。

关键词：脂肪酶 达米酮 芳香醛 开环的氧杂蒽化合物

The research of lipase-catalyzed reaction of dimedone and aromatic aldehydes

ABSTRACT

Lipase is a kind of enzyme which can catalyze the hydrolysis of long chain triglycerides and widely derived from the microorganism. It is mostly used to catalyze hydrolysis, esterification, transesterification and ammonolysis. It is also found that lipase has the ability to catalyze C-C bond forming reaction including Michael addition, Aldol condensation, Henry reaction and so on. Xanthene compounds are important structural units of many natural products and also are important intermediates in the synthesis of many heterocyclic compound. The synthesis of xanthene compounds are traditionally catalyzed by acid or base with active methylene compounds and aldehydes. Herein, lipases were firstly found in catalyzing the synthesis of open-ring xanthene compounds with aromatic aldehydes and 5,5-dimethyl-1,3-cyclohexanedione as substrates. By investigating enzyme sources, solvents, enzyme loading, temperature and reaction time, the optimized reaction conditions were screened. Good yields could be obtained when porcine pancreatic lipase (PPL) was used as efficient catalyst in the water phase at 40 ºC.

Key words: Lipase; Dimedone; Aromatic aldehydes; Xanthene compound

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 文献综述 1

1.1 课题背景 1

1.1.1 脂肪酶简介 1

1.1.2 Knoevenagel 缩合反应简介 1

1.1.3 Michael 加成反应简介 2

1.2 芳香醛与达米酮反应的相关研究 2

1.3 本文的研究目的及研究内容 5

第二章 脂肪酶催化芳香醛与达米酮反应条件研究 6

2.1 引言 6

2.2 实验材料 6

2.2.1 主要实验试剂 6

2.2.2 主要实验仪器 7

2.3 实验方法 8

2.3.1不同来源脂肪酶对反应的影响 8

2.3.2不同添加剂对反应的影响 9

2.3.3酶用量对反应的影响 9

2.3.4 温度对反应的影响 9

2.3.5 时间对反应的影响 9

2.3.6 底物拓展 10

2.3.7 高效液相色谱条件 10

第三章 结果与讨论 11

3.1 不同来源脂肪酶对反应的影响 11

3.2 不同添加剂对反应的影响 11

3.3酶用量对反应的影响 12

3.4 温度对反应的影响 13

3.5 反应时间的影响 14

3.6 底物拓展 15

第四章 结论与展望 17

4.1 结论 17

4.2展望 17

参考文献 18

致谢 21

第一章 文献综述

1.1 课题背景

1.1.1 脂肪酶简介

脂肪酶是一类能够催化长链甘油三酯水解的酶，是生物技术应用中的一种重要的生物催化剂，能够催化水解、酯化、酯交换、氨解等传统反应，工业应用微生物脂肪酶已应用于食品、洗涤剂、手性药物、香料工业、精细化工的制造、农药生产、风味化合物生产、化妆品和香水生产等方面^[1~3]。同时，固定化脂肪酶催化油脂酯交换反应是一种很有前途的生物柴油生产方法^[4]。除此之外，脂肪酶在催化Michael加成、Knoevenagel缩合、Aldol缩合、Henry反应等多种C-C键形成反应方面也有成功应用^[5~6]。

1.1.2 Knoevenagel 缩合反应简介

Knoevenagel 缩合反应是活性亚甲基化合物与羰基化合物间发生的脱水缩合反应，生成α,β-不饱和羰基化合物及其类似物，在生物科学领域、工业、农业、药物合成等方面有着广泛的应用^[7]。Knoevenagel缩合反应一般采用Lewis 酸或碱做催化剂，通过在液相中（尤其是有机溶剂）加热来进行，亦可采用氨、胺及其盐、脯氨酸、氟型阴离子交换树脂、壳聚糖和酶类等等作催化剂在均相或异相中反应，但一般存在反应时间长、反应条件苛刻、底物适用范围窄且产率较低等问题^[8~9]。

Ding^[10]等报道了利用5种不同的脂肪酶催化芳香醛与活性亚甲基化合物的Knoevenagel缩合反应。以4-硝基苯甲醛和乙酰丙酮作为反应底物，DMSO作为溶剂，35ºC条件下对5种酶的催化效率进行考察，得到LPL对此Knoevenagel缩合反应催化效率最高。同时也发现，BSA与已变性的LPL对此Knoevenagel缩合反应也有一定的催化作用，但总体催化效率较低，表明有特定三级结构的脂肪酶对反应的催化是必要的。后又对酶量、溶剂、温度、反应时间、底物等对LPL的催化效率的影响进行了探讨，发现广泛范围的芳香醛能够高效参与LPL催化的Knoevenagel缩合反应并生成相应的产物，并在此反应条件下得到的只有Z型异构体。

图1-1

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