固定化羰基还原酶及其在手性合成中的应用

1、手性化合物

在生物体的手性环境中,分子之间的严格手性匹配是分子识别的基础。大量事实表明同一药物的两个对映体药效、药理和毒理均不同。这些事实说明药物的手性化已成为药物研究与发展的关键。各种手性产品成为医药、农药、香料、新材料和精细化工产业追寻的目标,其产业迅速发展,形成巨大的手性产品市场[1]。手性药物的不断增加改变着化学药物的构成。人们对于效果更好、毒副作用更小的药品和新化学实体(NCEs)的需求,推动着手性技术的发展,手性药物大量增长的时代正在来临。为此,发展手性化技术成为当今世界的一个挑战性课题,成为科学研究的一个难点和热点。

现今制备手性化合物的方法不外乎两种，非生物法和生物法[2]。非生物法主要有不对称合成法、手性源合成、、拆分法以及色谱分离等。生物法主要包括酶法和微生物法，其中酶法又包括酶法拆分外消旋体以及酶法不对称合成。本篇主要讨论固定化羰基还原酶在手性合成中的应用。

2、羰基还原酶

酶是一种高效的催化剂，并且具有优异的选择性，同时其反应条件温和，理论产率可达100%，在工业中有很大的发展前景[3，4]。生物催化具有反应条件温和(常温、常压)、设备简单、生产安全、反应速度快、反应步骤少、副反应少、收率高、产品光学纯度高和环境友好等,符合21世纪#8220;绿色化学#8221;、#8220;环境友好制造#8221;的要求[5]。羰基还原酶是不对称生物催化中最具代表性的反应之一,利用微生物中酶的多样性和高度的立体选择性进行不对称生物催化已经受到越来越多的关注。

羰基还原酶（EC 1.1.1.184）属于氧化还原酶家族，催化还原不同内生以及异生羰基化合物，反应需要辅酶 NAD(P)H 的参与。羰基还原酶催化不对称还原反应具有高度的化学、对映和区域选择性，具有优于传统化学催化剂的强大优势。它是一种重要的生物催化剂，能以NAD(P)H 辅酶将潜手性的底物转化成具有手性的重要医药中间体[6]，因此在不对称合成的反应中起着重要的作用。

2.1 羰基还原酶的作用机理

以羰基还原酶催化COBE 不对称合成(S)-CHBE为例，其催化机理是典型的加氢反应，这些还原酶通常是由NAD(P)H所介导的。通常情况下，还原酶的某些极性残基会将底物COBE 中C3 的羰基极化，辅酶C4 的H-会对该羰基碳进行亲核进攻[7]，氢根据酶和底物结合的构象选择性的进攻羰基的R-面，最终形成S 型的CHBE。

2.2羰基还原酶的来源