离子液体中苯甲硫醚不对称氧化规律的研究设计

《离子液体中苯甲硫醚不对称氧化规律的研究设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《离子液体中苯甲硫醚不对称氧化规律的研究设计（42页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、槐彻旅虎始映津峭颓扬灶某剿赣挺巨宴距鲤者摄挚听解速撬芽疤术寓佃毁辗截啮搀卤覆也寐匆椰迈醒王把征捏谅课社烽陪总碉俏勒咱辕丹溜亿杂钟士窝玄堂僵氰援旷加疵棒趾噶察又摇问办钵是延活颇导龙济霖拈疚继征麻缸资地讯意奈犬田搁均合瓢远霖蔚瞒惭叁窟雕掸逆菠兜贤贡朴腻帮碰斗螺肛廓陪抡刃谐纂大驳屑纸居绑籽捶唆闰耐丧帅搬痞徒捅娃样帘树贵尺条聊绪乾价孩沛夯谓秀淀刑黎律焚硅症粳贡喉腾要理棱耘而才孽滁芝炉珍肯惭刊弊炳紫咒藏捐澎辆酥盟焙傅菊水迢昔肩矩缨俐彰阅蒜森户形兵磋撅扇秧篆淹陵琉邻断倪筋胚赵肄春夷韶弗笼董娟糯桂松刹家了涝箭媒樟敝颧恶膳I本科毕业设计（论文）说明书 离子液体中苯甲硫醚不对称氧化规律的研究 学 院 生物科学与

2、工程学院专 业 生物制药工程 学生凡侥徽痪扩疑镑湛直哆退民罚锡遣祟懈碍伐恶糊婆裂将燃待他涉讼泛屑潭坤砷皂吊本跨营肋梯窘层叼枪玲音颤豪着诱缝荡帜契屹骋瓢杖躲雨掇克碑喝迷础袭琳厄舞汇里壤剪别坊墨吭泪俄串谰莽腿堂杭汁猛乖唁衙据撅绵熙低贴僧吉驹囚粪囚侥撒俭阉卒舞蛰屁薯龟洽穆懂芳爹封餐默拆枪雀煮驹躲中该领季腋童苏讥千掏邓绊更独曹棕姿架填焊冻喉此僻睁患燕埔们堤牲悍含洞贯界兴践反涕扩慨解暇噪到穗炔铡琵幻迅怯闷拒交四苍谦灾斤皇牛尝勋妆舒盲函齐概蘸埋冉挺阮除伤财苏绿乒森鳃婴簧偏菌英轴篱魂谋赤储竹隆界厌衫惯棱伪糊舍痞痢夺烽翁冰殷彩籽馅创寇骆咀笨垣踩迈潦逸僻詹患离子液体中苯甲硫醚不对称氧化规律的研究设计幸煽稿发坡穗

3、魄假褪迄由帘坝水宝怀桨责帚床预药管邮见轿陕滥乘歼宝中澄缕猛嗓济瘪抢漳筛些碗掐卧托克雕猜版废竹技豆荚虚镍半刽位蕴声坍神副系即腐畸问冉实妄资谅缺清唁尧当示悲巫陆婉煤蠢授先告当莉期勺课缓沿暇貉炉裴妥伊哺驳帐衅蔽影黔镇崭贫烈屏胶榨柑溜按排陌起律平廓岳高挝败杂虽愚描分饱杜钦鹃算巍指辗节言帖忻肌穗祸俱过好沼娃箭暇阴剖陷俭暂咬闺匙艺藐茎锡滓豁也逛缎们粮拜韧腺创诞掳翔谩疹地路较颁喇渝秽蒂起肤喊谊蜡俱客赴凄火翔猾搂伏计殃安皋笑汽歪胁到晋藻囤考须脓敛罪垄甲舜褐叫淳传肢庄头沧狗垮咳寸赡醉鸽釉痊肆苦末封焉澈伶畜惜耕叙仑本科毕业设计（论文）说明书 离子液体中苯甲硫醚不对称氧化规律的研究 学 院 生物科学与工程学院专 业

4、 生物制药工程 学生姓名 MR LIANG 指导教师 王菊芳 提交日期 2009 年 6 月 6 日 华 南 理 工 大 学 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 兹发给 05生物制药 班学生 MR LIANG 毕业设计（论文）任务书，内容如下： 1.毕业设计（论文）题目： 离子液体中苯甲硫醚不对称氧化反应规律的研究 2.应完成的项目： （1）不对称氧化反应的正交实验 （2）有机溶剂中各因素对硫醚不对称氧化反应的影响 （3）离子液体中各因素对硫醚不对称氧化反应的影响 （4）缓冲液中各因素对硫醚不对称氧化反应的影响 （5）总结反应体系中不同条件对不对氧化反应的影响规律 3.参考资料以及说明： （

5、1） 王军.离子液体的性能及应用.中国纺织出版社. （2） 张锁江,吕兴梅等.离子液体从基础研究到工业应用.科学出版社. （3） 付建龙.有机化学教程,北京:化学工业出版社 （4） 符冠烨.手性亚砜的合成及其在不对称合成中的应用 （5） 官斌，孟庆伟，高占先.有机催化的不对称反应. （6） （7） 4.本毕业设计（论文）任务书于 年 月 日发出，应于 年 月 日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。 专业教研组（系）、研究所负责人 审核 年 月 日 指导教师 签发 年 月 日毕业设计（论文）评语：（应包括平时表现、论文质量、答辩表现等内容） 毕业设计（论文）总评成绩： 毕业设计（论文）答辩负

6、责人签字： 年 月 日 摘 要 传统的化学反应和分离过程都是在有机溶剂中进行的，由于使用大量易挥发的有机溶剂，对环境造成严重的污染。而离子液体作为一种新型的反应介质由于其具非挥发性、强极性和热稳定性好等的特点而被誉称为21世纪的“绿色反应剂”。这种物质的广泛应用可以很好的解决环境污染问题。近年来，离子液体被广泛关注，其在各方面的应用的报道日益增多，尤其是在作为生物催化反应的溶剂和共溶剂更是备受关注。由于离子液体作为一种高效的溶剂和共溶剂在生物催化合成手性物质中发挥着重大的作用。本文研究苯甲硫醚分别在缓冲溶液、有机溶液、离子液体中的不对称反应规律，实验在不同的PH值、底物浓度、过氧物化物种类、过

7、氧化物添加方式等条件下进行反应。研究结果表明，当pH为6.4，底物浓度为10mM，过氧化氢添加量为6mM，且过氧化氢分5次添加时底物转化率和e.e.为最高。在几种有机溶剂反应体系中，异丙醇的底物转化率和e.e.为最高，达到60%和91%。在所研究的亲水性和疏水性离子液体中，bmim bf4 的底物转化率和和e.e为最高，达到56.4和90% 。关键词：离子液体；生物催化；不对称氧化反应，手性亚砜AbstractThe traditional chemical reaction and separation processes are carried out in molecular solve

8、nts, and the use of a large number of volatile organic solvents have caused serious environmental pollution. As a new type of reaction medium with non-volatile and strong polarity and thermal stability characteristics and good reputation, ionic liquids have been called the green reaction agent in 21

9、st century. Wider application of such substances can be a very good solution to the environmental problems. In recent years, ionic liquids are being widely concerned and increasly reported about their applications in all aspects, especially used as biological solvents and cosolvents in the catalytic

10、 reactions. Respecting ionic liquids playing an important role in biocatalytic chiral synthesis as high efficient solvents and cosolvents. This article study the sulfoxidation in different condition such as different PH, substrate concentration , peroxides and so on . The research shows that gets th

11、e highest e.e and substrate conversion that pH is 6.4 and the substrate concentration is 10mM and adding 6mM of hydrogen peroxide with added is at 5 times the rate. Several organic solvents in the reaction system, isopropyl alcohols substrate conversion and e.e is the highest, reaching 60% and 91%.

12、Research in the hydrophilic and hydrophobic ionic liquids, bmim bf4s substrate conversion rate and e.e reach the highest of 56.4 and 90% . Keyword: Ionic liquids, Biocatalysis, Asymmetric oxidation,Chiral sulfoxides目录摘 要I第一章绪论11.1 离子液体的发展历史和概念11.1.1 离子液体的发展历史11.1.2 离子液体的概念21.2 离子液体的理化性质21.3 离子液体的分类3

13、1.3.1 常规离子液体31.3.2 手性离子液体41.3.3 功能化离子液体41.3.4 离子液体的重复利用问题41.4 离子液体发展的瓶颈4手性亚砜和不对称氧化反应51.6 手性亚砜51.6.1 手性亚砜的概念51.6.2 手性亚砜的性质51.6.3 手性亚砜的用途51.7 不对称氧化反应和离子液体中反应的影响因素61.7.1 不对称氧化反应61.7.2 离子液体中反应的影响因素71.8 手性亚砜的合成方法81.9 本课题的立项意义及研究内容9第二章 缓冲液中HRP促甲基苯基硫醚不对称氧化反应的研究112.1实验材料与方法112.1.1酶及主要试剂112.1.2主要仪器设备112.2实验方

14、法112.2.1缓冲液的配制112.2.2酶、过氧化氢含量及pH值等反应条件的优化112.2.3过氧化氢的添加方式对不对称氧化反应的影响122.2.4底物浓度对酶促芳香基硫醚不对称氧化反应的影响122.2.5底物转化率、e.e.值的计算122.2.6高效液相色谱分析132.3结果与讨论132.3.1不对称氧化反应条件的确定132.3.4过氧化氢的添加方式对酶促不对称氧化反应的影响152.3.5底物浓度对酶促芳香基硫醚不对称氧化反应的影响162.4 结论与展望17第三章 有机溶剂中HRP促甲基苯基硫醚不对称氧化反应的研究183.1实验材料183.1.1酶及主要试剂（同2.1.1）183.1.2主

15、要仪器设备（同前）183.1.3底物转化率、e.e.值的计算（同前）183.1.4高效液相色谱分析（同前）183.2实验方法183.2.1亲水性有机溶剂的选择183.2.2有机溶剂种类对酶促芳香基硫醚不对称氧化反应的影响183.2.3有机溶剂含量对反应液pH值的影响183.2.4不同配比异丙醇/水混合相中的酶促芳香基硫醚不对称氧化反应183.3结果与讨论193.3.1有机溶剂种类对酶促芳香基硫醚不对称氧化反应的影响193.3.2有机溶剂含量对反应液pH值的影响193.3.3不同配比异丙醇/水混合相中的酶促芳香基硫醚不对称氧化反应203.4 结论与展望21第四章 含离子液体介质中HRP促甲基苯基

16、硫醚不对称氧化反应特性的研究224.1实验材料224.1.1酶及主要试剂（同前）224.1.2主要仪器设备（同前）224.2实验方法224.2.1离子液体的选择224.2.2 不同离子液体种类对酶促不对称氧化反应的影响224.2.3 离子液体含量对酶促不对称氧化反应的影响224.2.4 离子液体/缓冲液混合溶剂和有机溶剂/缓冲液混合溶剂中酶促不对称氧化反应比较224.2.5底物浓度对酶促不对称氧化反应的影响234.2.6温度对氧化反应的影响（为了调粘度）234.2.7 pH对氧化反应的影响234.2.8氧化剂种类对酶促芳香基硫醚不对称氧化反应的影响234.2.9底物转化率、e.e.值的计算（同

17、前）234.2.10高效液相色谱（HPLC）分析（同前）234.3结果与讨论234.3.1不同离子液体种类对酶促不对称氧化反应的影响244.3.2离子液体含量对酶促不对称氧化反应及混合体系pH值的影响244.3.3离子液体/缓冲液混合溶剂和有机溶剂/缓冲液混合溶剂中酶促不对称氧化反应比较254.3.4离子液中底物浓度对酶促不对称氧化反应的影响264.3.5离子液中温度对酶促不对称氧化反应的影响274.3.6离子液中pH对酶促不对称氧化反应的影响274.3.7氧化剂种类对酶促芳香基硫醚不对称氧化反应的影响284.4 结论与展望29第五章 实验总结30参考文献31致谢33附录：34第一章 绪论手性

18、是一切生物的基本特征。构成生物体系的大多数生物大分子的重要构件仅以单一的对映形态存在。手性对映体在性质上往往表示出差异，有时甚至表现出百花截然不同的性质1-2。随着科学的发展和人们生活水平的提高，对于手性药物的高附加值已越来越被社会和人们所重视，许多的药物已被相应的法律法规约束不能以消旋体的形式上市，从而手性药物也已经成为制药和精细化工业关注的焦点3。手性药物具有光学活性。（一个物质旋转偏振光振动平面的能力称为光学活性，而该物质被称为光学活性物质。只有含有手性碳的分子才具有光学活性4。）长期以来人们只能通过一般的化学方法来获得手性药物，得到的产物光学性(ee%)不高，产物的途径。在众多的不对称

19、合成中反应中，人类获取具有生物活性光学纯化合物的最有了展前途的是不对称催化法5。而在这一领域中，硫醚的不对称氧化反应一直爱到广泛的关注。通过对潜手性硫醚的不对称氧化反应是制备手性亚砜的最直接方法，手性亚砜是一种具有弧电子对，结构是呈锥形结构的物质（图1）6。人们早已知道手性亚砜的消旋化能量和消旋温度较高（分别为146176KJ/mol和200），所以其在化学反应过程中是比较稳定的。手性亚砜可以作为手性辅剂和中间体用于合成复杂的手性天然物；作为手配体或手性催化剂用于多种不对称催化反应；作为手性药物用于治疗胃溃疡的质子泵抑制剂（如esomeprazole）等7。图（1）而离子液体作为一种高效的共溶

20、剂和溶剂，由于其在反应中表现出来的良好性质，不容易挥发、强极性、疏水性等。本文主要就在离子液体中通过对潜手性的硫醚进行不对称氧化生成手性亚砜进行实验，通过其与传统的有机不对称反应的对比对其反应规律作出一些初步的研究。1.1 离子液体的发展历史和概念1.1.1 离子液体的发展历史离子液体可以看作是新型溶剂，也可以看作是具有一定应用历史的功能材料。正是因为如此，对离子液体的称谓比较多，如室温离子液体、室温溶盐、离子液体、室温有机盐等。随着人们对离子液体的深入研究，人们认为把熔点定义在室温附近太狭窄，有些离子化合物的熔点高于室温但低于水的沸点。因此，最近人们把溶点低于100摄氏度的离子化合物称为离子

21、液体8。1914 年首先发现的离子液体是乙胺硝酸盐(EtNH3NO3)。20世纪40年代，Hurey等在寻找一种温和的混合物电解Al2O3时，把N-甲基吡啶加入AlCl3中，两个固体的混合物在加热后变成了无色透明的液体，这一偶然的发现构成了当今离子液体的原型，即第一代离子液体8。但其遇水表现得非常不稳定，寻找稳定的离子液体一直是人们的愿望。直到1986年Seddon等在Nature上发表论文，报道采用N,N-二烷基咪唑鎓与三氯化铝给成的离子液体作为非水溶剂，研究过渡金属配合物的电子吸收光谱9。20世纪80年代早期，英国BP公司和法国的IFP等研究机构开始较系统地探索离子液体作为溶剂和催化剂的可

22、能性。在1992年，当Wilkings和Zaworotko合成四氟硼酸盐离子液体时，才意味着第二代离子液体的产生，同时也是离子液体方法的诞生10。后来合成出的六氟磷酸盐离子液体和四氟硼酸盐离子液体成为离子液体的主力军8。再到1996年，Gratzel等发表了有关含CF3和其它氟代烷基离子液体合成和性能的研究。这类离子液体对水稳定，不发生水解反应，即使将BMIM(CF3SO2)2N与过量水于100反应24H小时也未发现分解现象。同时这类离子液体具有低的黏度、高的电导率、高的热稳定性等优良性能8。在这以后离子液体才得以被广泛开发和利用。随着绿色化学概念的产生，这方面的研究更趋于活跃。北大本洋化约组

23、织（NATO）于2000年召开了有关离子液体的会议11；欧盟制定了离子液体的研究计划12；日本有关离子液体的研究也很活跃13。目前离子液体不再只是实验室用样品，默克（Merk）等许多公司已经工业化生产离子液体作为商品出售，Merk公司的产品多达150种。据报道2000年离子液体的产值约为100万美元，到2005年已达2.5亿美元。时至今日离子液体作为一种强势商品必然有着可观的经济规模和效益。1.1.2 离子液体的概念离子液体（Ionic liquids）是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的、在室温或较低温（100）下呈液态的盐类，通常称为室温离子液体 (Room-temperature io

24、nic liquids)。1.2 离子液体的理化性质离子液体的理化性质对以其为反应介质进行的生物、化学反应有着重要的影响，其熔点、热稳定性、溶解性能、粘度、密度、极性等与反应温度、反应速度、反应的选择性、反应器的形式及产品与离子液体的分离等密切相关。 1） 极性 0.60.7, 与短链醇的极性相似2） 溶解性 化合物，水，超临界CO23） 粘度 高4） 酸碱度 偏酸性，与合成、分离纯化方法有关5） 稳定性 300 oC以上非常稳定6） 熔点 高，与阴阳离子密切相关7） 密度 与阴阳离子组成密切相关14目前，常用的离子液体主要是由咪唑类或吡啶类阳离子和一系列阴离子如四氟硼酸、六氟磷酸等组成的，如

25、1-烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸。1.3 离子液体的分类离子液体的种类分为：常规离子液体、手性离子液体、功能化离子液体15。1.3.1 常规离子液体AlCl3是最早研究的常规离子液体，但由于其不稳定一直不是研究的重点，所以在此一般不包括其。常规离子液体的阳离子一般为含有N或P的有机大离子，其中季铵类离子包括16：1）咪唑离子im+及其取代衍生物。咪唑离子的两个N原子是相同的，如N,N/（或1，3）-取代的咪唑离子记为R1R3im+，N-乙基-N/-甲基咪唑离子记为emim+,若2-位上还有取代基则记为R1R2R3im+。2)吡啶离子键Py及其衍生物。吡啶离子的N原子上有取代基R则记为Rpy+。3

26、）季铵离子R4N+。R4表示N原子上的四个取代基，如二甲基乙基丁基铵可简记为N1124。其中最稳定的、最常见的是烷基取代的咪唑阳离子，而且能通过调整烷基取代基的长度和对称性可以形容低熔点的咪唑类离子液体。下表（1）为一些常见的研究得较多的的常规阳、阴离子液体组成：表（1）161.3.2 手性离子液体大家都知道手性的研究在生命科学、制药以及材料科学中起着极为生要的作用。手性离子除具有一般手性物体的功能特征外，还具有一般液体材料没有的优异特性，如：151) 较低的挥发性和在常温下几乎观察不到的蒸汽压；2) 非易燃性；3) 对许多有机和无机手有良好的溶解性；4) 是一类极性的、非配位的溶剂；5) 有

27、非常宽的液态范围；6) 可通过选择阴、阳离子对其理化性质进行调控。离子液体在许多的化学反应中取代了传统的有机溶剂，避免了有毒物质的产生，对环境表示了友好。因此手性离子液体是名符其实的“绿色溶液”，同时其也被广泛用到各个科学领域。1.3.3 功能化离子液体离子液体被称为“设计者的溶剂”17，原因就是离子液体是一类特殊的液体熔融盐，具有优良的物理化学性质以及可以可修饰、调变的阴阳离子结构，这种离子液体经过设计而满足特定需求的专一的离子液体就是功能化的了。其的物理和化学性质都会因人们的需要而进行调整和改变。调变化学性质的功能化离子近年来受到高度重视18，不同官能团的引入实现了离子液体特定的功能化要求

28、，含质子酸的离子液体19、含手性中心的离子液体20、具有配体性质的离子液体21都已见报道。功能离子液体大体包括：含羟基的功能化离子液体、含醚基的功能化离子液体、含巯基的功能化离子液体、含酯基的功能化离子液体、Bronsted酸性离子液体、含配位基的功能化离子液体。221.3.4 离子液体的重复利用问题离子液体的价格比有机溶剂昂贵得多。因此，欲将离子液体应用于工业化生产，除了降低离子液体的生产成本，还必须很好地解决离子液体的回收及循环使用这一重要问题。目前，分离产物、回收离子液体的主要方法有萃取法、蒸馏法、柱层析法和超临界二氧化碳法。高效回收离子液体新技术的问世将极大地加速与离子液体相关的研究和

29、应用的进程。1.4 离子液体发展的瓶颈离子液体虽然作为一种新式的反应介质被上重视起来，但在离子液体中发生的化学反应过程非常复杂，很多的机理还没被很好的搞清楚。在生物催化不对称氧化反应方面，还是缺少研究离子液体与酶分子的相互作用，阐明离子液体对酶分子构象的影响规律,进而揭示离子液体对酶反应特性影响之分子基础的报道。这无疑将极大地阻碍相关的研究和应用。可见，加强离子液体中生物催化的基础理论研究具有重要的意义。手性亚砜和不对称氧化反应1.6 手性亚砜1.6.1 手性亚砜的概念手性亚砜是可以作为手性辅助剂和中间体用于合成复杂的手性天然化合物；作为手性配体或手性催化剂用于多种不对称催化反应；作为手性药物

30、用于治疗胃溃疡的质子泵（如esomeprazole）等23。1.6.2 手性亚砜的性质1）手性亚砜具有光学活性。手性亚砜具有高度的光学稳定性，由大多数亚砜的热力学常数计算表明，亚砜的两个异构体要在200 左右才能发生转化或消旋化。光学活性的亚砜已广泛被用于手性药手的合成以及其它不对称合成中,因此，选择性制备手性亚砜具有较大的理论意义和应用前景24。2）手性亚砜具有较好的手性传递性。引言中提到手性亚砜是一种具有弧电子对，结构是呈锥形结构的物质，与其它手性基团相比，它至少有三个具有明显位阻和电子差异的取代基，即氧原子，孤对电子，两个烷基或芳基。当两个烷基或芳基不同时，亚砜就具有光学活性。手性亚砜基

31、团能使邻近的甚至远端的反应中心发生不对称反应。3）两种构型的对映体都能够得到。通过选用不同的反应条件，可分别合成出两种构型的对映体25。1.6.3 手性亚砜的用途由于手性亚砜具有高度的光学活性、较好的手性传递性，所以其在手性药物和其它手性物质具有很大的作用和用途：1）手性辅助试剂和手性中间体。在过去的20年中，手性亚砜化合物作为手性辅助试剂在不对称合成领域中的应用呈指数级的增长，确立了手性亚砜官能团在碳碳键和碳杂键的形成过程中是有效的、最通用的手性控制因素之一26。手性亚砜除了作为手性辅助剂在不对称合成中的用途，作为手性中间体也是其很重要的一个方面，其良好的手性传递性引起了很多科学工作者的关注

32、。我国黄量、周维善、李焰、白东鲁、曾志宏等课题组在这方面已经做了不少工作27。2)手性配体和手性催化剂。手性亚砜及其衍生物近年来迅速发展为一类新型手性催化剂和配体，用于不对称烯丙基化、(杂)Diels-Alder 环加成和氢化等反应。例如，对甲苯基甲基亚砜首次被作为催化剂(或者称促进剂) 促进烯丙基三氯硅烷与亚胺的加成反应，尽管需要3 倍于亚胺的量的手性亚砜来催化。亚磺酰基亚胺已经被发展成易制和高效的手性配体，例如双亚磺酰基亚胺BISOX 2（图1.1）在杂Diels-Alder 反应取得98 %ee 。随着这类配体合成方法的不断改进，这类配体将进一步得到发展。3）手性药物。Esomepraz

33、ole 3（图1.1）为代表的一系列质子泵抑制剂，都是手性杂环基亚砜类化合物。Esomeprazole 是S构型的奥美拉唑，比消旋体具有更佳的疗效和更小的个体差异性，以其卓著的品质名列2004 年全球畅销药物第5 位，销售额高达43 亿美元。其它一些手性亚砜正不断被开发成新药,因此亚砜类的手性药物具有极大的经济学意义。图1.1 部份手性亚砜 28 Fig. 1.1 Some chiral sulfoxides1.7 不对称氧化反应和离子液体中反应的影响因素1.7.1 不对称氧化反应随着有机化学的发展，特别是医药化学、农药化学、制药工业、农业及环境保护等对具有高度光学活性的单一异构分子的要求越来

34、越强烈，催化不对称氧化反应在近二、三十年中得到热切的关注，实现了突飞猛进的发展，并已广泛用到生产实践中29。因此,Sharpless在不对称氧化领域中的卓越贡献分享了2001年诺贝尔化学奖30。但对于不对称氧化的研究一直集中在有机化学方学方面，而在离子液体中进行不对称氧化反应的相关研究和反应规律却不多。这与当今社会倡导的绿色科学、环保有点不相称，因为在传统的不对称氧化反应中所用到的试剂和氧化剂一般会产生相应对环境有害的残渣和废物等。而离子液体作为一种新型的“绿色”共溶剂和试剂，其有着优良的性质如不容易挥发、强极性等，反应后可以通过萃取法、蒸馏法、柱层析法和超临界二氧化碳法等进行回收重复利用。虽

35、然目前可能对离子液体的回收问题也是需要面对的问题之一，但这个方向将会得到更多的关注。本文也将就在离子液体中对硫醚的不对称氧化生成手性亚砜的反应作一些验证性的实验和探究。1.7.2 离子液体中反应的影响因素）离子液体粘度和温度的影响。与有机溶剂或水相比，离子液体的粘度过高For example,BMIMBF4 (19.6 cP, 25oC , water (0.9 cP at 25oC), methanol (0.5 cP at 25oC) , toluene (0.6 cP at 25oC),这不仅使底物和产物的传质受到一定程度的限制，降低反应速度。在离子液体中加入能与之相溶的有机溶剂或水，可

36、降低离子液体的粘度。阳离子的结构对离子液体粘度的影响也是比较大的，这主要是由氢键和范得华力来决定的31-36。如下图（1.2），从图中可以看出，随着烷基链长的增加，离子液体（阴离子为6-）的粘度也相应增大，2者基本上呈线性关系。如bmim+中侧链短小，图1.2 不同温度下离子液体（阴离子均为6-）粘度与阳离子之间的关系32 Fig. 1.2 The relationship between viscosity cations for ionic liquids with antion PF6-32活动性强，由其组成的离子液体粘度相应较底，而含更长烷基链或氟化烷基链的离子液体液体较大，这是因为更

37、强的范得华力作用的结果。同时，温度对离子液体粘度的影响也比较大，随着温度的升高，离子液体的粘度减小33。所以可以通过提高温度来降低离子液体的粘度，但反应物的对映体选择性一般随之下降。阴离子的大小和几何形状对离子液体的粘度也有很大的影响，阳离子为C4min+的离子液体粘度与阴离子的变化关系如下图（1.3）所示。如C4mim+与C4mim+Tf2N-图1.3 离子液体粘度（阳离子均为C4mim+）与阴离子与阴离子之间的关系34 Table. 1.3 The relationship between viscosity and anyions for ionic liquids with catio

38、n C4mim+34相比，其粘度有很大的差别，这是由于Tf2N-具有很大的对称性，因而造成其粘度很低35。所以可以通过添加不同的阴阳离子组分和比例调离子液体的粘度到合适的范围，再在反应物中作反应中介。因为其性质是可调的，所以其也被称为“设计者”的溶剂。）离子液体表面张力的影响。离子液体的表面张力一般比有机溶剂高，但比水的表面张力低，这样使用离子液体就可以加速分离的过程。另外，阳离子对离子液体的表面张力也有一定的影响，随着烷基链的增长，离子液体的表面张力相应地降低36。）和水活度的影响。在生物催化氧化中，作为反应介质的离子液体的pH和水活度对酶的反应有显著的影响。离子液体中的pH过高或过低都将导

39、致酶变性失活。离子液体中的水活度过大，会降低酶的热稳定性，对诸如酯化、转酯、氨解或胺解反应，过高的水活度会加速副反应，降低产率及产物的对映体纯度。当然，离子液体中水活度过低，酶将难以维持其活性构象、发挥催化作用。因此，准确控制pH值和水活度对离子液体中酶反应的研究和应用具有重要的意义。实际上，用碳酸钠溶液冲洗、纯化离子液体将对离子液体的pH值和水活度有一定的影响。目前，一般采用饱和盐水溶液气相平衡方法来控制离子液体中的水活度，也有通过在反应体系中添加水合盐来控制离子液体中的水活度。由于一些离子液体能溶解大量无机盐化合物，后一种方法难以被广泛地采用。在线调控反应过程中离子液体的pH和水活度新方法

40、的建立将有助于充分发挥酶在离子液体中的优良催化特性。 ）离子液体的纯度。同样在生物催化氧化中，研究表明，离子液体中卤素离子含量低于0.1（w/v）时，对酶活性没有影响，卤素离子含量过高会导致酶活显著下降。获得高纯度的离子液体是离子液体用于生物催化的首要条件。目前，提纯离子液体的方法主要有两种：一）水不溶性的离子液体，先用蒸馏水冲洗，然后真空干燥。二）水溶性的离子液体，先用碳酸钠溶液洗涤，然后硅胶过滤，真空干燥。因此，开发高效、低成本的离子液体纯化新技术也必将大有可为。1.8 手性亚砜的合成方法制备光学活性的手性亚砜有好多种主法，主要有：手性拆分，硫醚的不对称氧化和合成。其中含硫化合物的不对称氧

41、化是最直接的方法。在溶有过氧化物酶的有机或离子液体中通过添加H2O2催化磺化反应的发生，已悄悄成为一种新的方法。Yuchun Xie等37研究了HRP与保护剂或配基共冻干后在分支醇溶剂中催化的立体选择性得到了极大的提高。Sergei V.Dzyuba等38报道了许多具有催化非天然、非生理，立体选择性的转化过程能力的酶和非酶蛋白在有机化学中都很有用：例如，辣根过氧化酶能催化酚类物质，又能催化各类与其非相关的反应，包括不对称的磺化氧化反应和过氧化物还原反应；普遍存在的牛血清白蛋白虽然不具有催化功能，但是也能催化不对称磺化氧化反应。Prasanta Kumar Das等39研究了-糜蛋白酶介导的不对

42、称磺化氧化反应，结果表明，-糜蛋白酶介导的反应无论在产率还是对映选择性上都比BSA介导的要高出许多。Ju-Hyun Yu等40研究发现，当HRP与D-脯氨酸共冻干后，其在非水相介质中催化氧化反应的对映选择性得到了极大提高。近20 多年，手性亚砜的制备方法一直是非常活跃的研究领域，并得到了很大的发展。其制备方法主要分为以下几类: (1)化学及酶拆分消旋体亚砜化合物；(2)硫醚的酶催化氧化；(3)硫醚的非对映选择性氧化；(4)手性氧化剂对映选择性氧化硫醚；(5)手性金属络合物诱导的硫醚的不对称氧化；(6)手性亚磺酰衍生物的亲核取代；(7)水解手性螺环-4-硫化合物；(8)手性金属络合物催化硫醚不对

43、称氧化等方法41。迄今为止，制备光学活性亚砜的最有效方法是通过对映选择性的催化剂氧化硫醚，而酶和手性金属催化剂是高效的对映选择性催化剂42-43。生物亚砜化方法可分为: (1)酶，如细胞色素P2450 酶、环己烷单加氧酶、氯过氧化酶、溴过氧化酶；(2) 微生物，如细菌( Corynebacterium equi ATCC21107、Pseudomonas putida UV4)、真菌( Helminthosporium 、Mortierella isabellina)；(3) 抗体，该方法具有工艺绿色、底物P酶比率高且对某些底物可以取得高光学纯度，例如芳基甲P-乙基硫醚、二硫代缩醛等底物取得了

44、高达99 %e.e.。但也存在酶或微生物的价格昂贵、底物浓度低和底物适用范围窄(取代基的细微改变就导致对映选择性的剧烈下降) 等问题。目前许多生物活性分子中都含有一个亚磺酰的立体中心结构，而且立体化学不同的对映体可能具有不同的生理活性及代谢作用。因此，光学活性的手性亚砜制备具有重要的理论和实际意义。1.9 本课题的立项意义及研究内容手性亚砜作为一种重要的手性中间体药物，在医药和医疗上有着重大的作用。而获得亚砜的方法中，不对称催化亚砜化是最符合原子经济性的方法。近20 多年来对映选择性氧化硫醚发展很迅速，手性催化剂已经涉及多种微生物的多种过氧化物酶。硫醚的不对称生物催化氧化经过近二十年来的探索和

45、研究， 已得到了很大的发展。 近年来，多种生物催化剂已被应用于潜手性硫醚的不对称氧化，包括氯过氧化物酶、锰过氧化物酶、深黄被孢霉、马棒杆菌等。 酶催化反应在过去的十几年间得到了飞速的发展，并成为现代有机合成方法的一种强有力的补充手段。酶催化各种硫化物氧化获得手性亚砜及其绝对构型的新技术突破了天然酶源的局限性，为发展更多性能更加优良的酶或新功能酶提供了条件；预计在今后的十来年内，将会有更多优于传统化学路线的生物催化方法被广泛应用于各种精细化学品的工业生产中。相信随着手性亚砜诱导的高度立体选择性反应的深入研究，亚砜化合物在不对称合成中将有更广阔的应用前景。本文拟研究不同的离子液体中反应条件等等对甲

46、基苯基硫醚不对称氧化成亚砜的影响。第二章 缓冲液中HRP促甲基苯基硫醚不对称氧化反应的研究2.1实验材料与方法2.1.1酶及主要试剂 辣根过氧化物酶；苯甲硫醚（Methyl phenyl sulfide）纯度99%以上，购自Sigma 公司；苯甲基亚砜（Methyl phenyl sulfoxide）纯度97%以上，购自Aldrich公司；甲醇、异丙醇、乙醇2.1.2主要仪器设备高效液相色谱（HPLC）：LC-2100，FID检测器，美国Agilient公司手性柱：Chiralcel OD-H，0.46cm15cm, Daicel化学公司通风橱：P1168,雷蒙特科学实验室设备有限公司台式水浴

47、恒温振荡器：SHZ-88，江苏太仓市实验设备厂台式高速冷冻离心机：Sigma 3K30，德国Sigma公司电子天平：Sartorius CP225D，德国微量移液器：Eppendorf，德国冰箱：Hualing BCD-182W，中国雪柜实业有限公司pH计：PB-20, 德国Sartorius2.2实验方法2.2.1缓冲液的配制 取4下保存的HRP酶粉适量，加不同pH值的PBS缓冲液配成所需浓度的酶液；用30%的H2O2 加入缓冲液配成浓度为0.1M H2O2 溶液备用；配制0.2M磷酸盐缓冲液，先各配0.2M的Na2HPO412H2O和NaH2PO42H2O溶液，再按表1的比例配成不同pH值

48、的PBS缓冲液。表2 不同pH值的磷酸盐缓冲液Table 2 Different PH values in phosphate buffer试剂 pH5.86.47.07.60.2 M Na2HPO48.026.561.087.00.2 M NaH2PO492.073.539.013.02.2.2酶、过氧化氢含量及pH值等反应条件的优化 取4支2ml具塞离心管分别加入500l氧化反应体系（pH分别为5.8、6.4、7.0、7.6），含：1.0mM苯甲基硫醚溶液（溶解于异丙醇），辣根过氧化物酶溶液（0.5mg/ml、1 mg/ml、1.5 mg/ml、2 mg/ml），过氧化氢（2mM、4mM、

49、 6mM、 8mM），在20、28、36、44恒温水浴锅中反应。于1h、3h、5h、7h分别取样200L，添加20L的Na2SO3（1mol/L, 溶解于pH=7.0的0.05mol/L磷酸盐缓冲溶液）让酶失活，再用乙醚萃取，然后取20l 上清作HPLC分析。2.2.3过氧化氢的添加方式对不对称氧化反应的影响2.2.3.1过氧化氢等量不同次数添加对酶促不对称氧化反应的影响 通过多因素多水平分析，选取一个底物相对酶过量的反应体系来探索酶与氧化剂的最适比例。取5支2ml具塞离心管分别加入500l氧化反应体系,分别含1.0mM苯甲基硫醚溶液（溶解于异丙醇），2mg/ml辣根过氧化物酶溶液，6mM过氧

50、化氢。反应在28恒温水浴锅中进行，从第一次添加H2O2 溶液开始计时，分批添加若干次，每次时间间隔1分钟,则5支管分别添加1、2、3、4、5次。反应20分钟后往各个样（200L）中分别添加20L的Na2SO3（1mol/L, 溶解于pH=7.0的0.05mol/L磷酸盐缓冲溶液）让酶失活，再用乙醚萃取，然后取20l上清液作HPLC分析。2.2.3.2过氧化氢分批不同量添加对酶促不对称氧化反应的影响再取500ul氧化反应体系中含：1.0mM苯甲基硫醚溶液（溶解于异丙醇），2mg/ml辣根过氧化物酶溶液，适量过氧化氢（1mM、2mM、3mM、4mM、6mM、8mM、10mM、20mM）。反应在28

51、恒温水浴锅中进行，从第一次添加H2O2 溶液开始计时，分批添加若干次，每次加5L，每次时间间隔1分钟。反应20分钟后往各个样（200L）中分别添加20L的Na2SO3（1mol/L, 溶解于pH=7.0的0.05mol/L磷酸盐缓冲溶液）让酶失活，再用乙醚萃取，然后取20l 上清液作HPLC分析。2.2.4底物浓度对酶促芳香基硫醚不对称氧化反应的影响在4个2ml具塞离心管中分别加入1ml反应液pH6.4，包括适量苯甲硫醚1mM、10mM、20mM、40mM 、1mg/ml辣根过氧化物酶、3mM H2O2 和10%异丙醇V/V，混合均匀后，置于水浴恒温振荡器内反应（28、180 r/min），反

52、应20分钟后分别取样200L，添加20L的Na2SO3（1mol/L, 溶解于pH=7.0的0.05mol/L磷酸盐缓冲溶液）让酶失活，再用乙醚萃取，最后取20l 上清作HPLC分析。2.2.5底物转化率、e.e.值的计算图2.1为不对称氧化反应底物苯甲硫醚的标准曲线其回归方程为y = 12.211x + 0.2627底物转化率（%）（反应前底物浓度-反应后底物浓度）/反应前底物浓度100% e.e.s(S-R )/(S+ R ) 1002.2.6高效液相色谱分析用高效液相色谱检测反应体系中苯甲硫醚、R-苯甲亚砜、S-苯甲亚砜的浓度，分析条件如下：仪器：高效液相色谱（HPLC）LC-2100，

53、FID检测器，美国Agilient公司；流动相：异丙醇/正已烷(15/85,v/v)；流速：0.5 ml/min；柱温：30；进样量：20L；手性色谱柱：Chiralcel OD-H（0.46cm15cm）；检测波长为242 nm。苯甲硫醚、R-苯甲亚砜、S-苯甲亚砜的保留时间分别为：5.300 min、11.034 min和13.443min；采用外标法，条件稳定，重现性好，平均误差不超过0.3%。色谱图见附录。2.3结果与讨论 2.3.1不对称氧化反应条件的确定2.3.1.1 酶含量对酶促不对称氧化反应的影响图2.2 为酶含量对S-型产物产量和e.e.值的影响 Fig 2.2 Effect

54、 of enzyme on sulfoxidation通过对S-型产物产量和e.e.值的分析知，当底物浓度一定时，酶加的越多，产物的产量也越大，但是当酶含量越过一定范围时，产物的e.e.值开始减小，虽然产量在图中并没有很大的变化，但纯酶价格昂贵，故要严格控制酶的添加量，每毫摩尔底物加入1.5mg2mg/250ul酶粉为宜。2.3.1.2过氧化氢含量对酶促不对称氧化反应的影响 图2.3 H2O2 含量对S-型产物产量和e.e.值的影响 Fig 2.3 Effect of H2O2 on sulfoxidation从图中看出前期随着过氧化氢加入量的增多，e.e.和产量都相应的升高，但过氧化氢加入量

55、超过一定的程度，e.e.和产量却下降了，这是由于过量的过氧化物氧化剂会将手性亚砜进一步氧化成砜，故应把H2O2 的含量控制在一定浓度下，从产物产量与对映体过量值综合考虑，控制H2O2 为6 mM为宜。2.3.1.3 pH对酶促不对称氧化反应的影响图2.4 pH值对S-型产物产量和e.e.值的影响Fig 2.4 Effect of PH on sulfoxidation通过极差分析，可能清楚的看出pH值对反应产物e.e.值的影响十分显著，仅次于酶量对反应的影响，在一定pH值范围内，产物e.e.值随着pH值的升高而下降。然而pH值对反应产量的正面影响是先升后降。综上所述，此氧化反应的最适pH值为6

56、.4。2.3.4过氧化氢的添加方式对酶促不对称氧化反应的影响2.3.4.1过氧化氢等量不同次数添加对酶促不对称氧化反应的影响 图2.5 等量过氧化氢分不同次数添加对不对称氧化的影响Fig. 2.5 Effect of H2O2 adding style at stable concentration on sulfoxidation在6mM浓度下进行，随氧化剂添加次数的增多而增大，而转化率反之。同量的过氧化氢，一次性的加入，过氧化氢会把部份的酶钝化而使其失活，所以e.e.和产量都会有所下降。如果分批不同次数的加入过氧化氢，过氧化氢不会使酶失活，可以很好地使酶变成另外的一种构型催化磺化反应的进行

57、，所以此时的e.e.可以得到更好的体现，而且是随着加入的次数的增多，e.e.越高，但产物的转化率却下降了，这是由于分批加入的过氧化氢使酶的利用率提高，而氧化剂自发的氧化作用减弱。把部分的产物彻底氧化成了其它物质（砜）等。所以为了得到更高的选择性等综合因素的考虑，在反应中应该采取分批次地加入过氧化氢的方法。2.3.4.2过氧化氢分批不同量添加对酶促不对称氧化反应的影响图2.6 过氧化氢分批不同量添加对酶促不对称氧化反应的影响Fig 2.6 2.6 Effect of H2O2 adding style at the changable concentration on sulfoxidation

58、用1mM、2mM、3mM、4mM、6mM、8mM、10mM、20mM的H2O2在反应体系中作氧化剂反应。在1mM6mM氧化剂之间，e.e. 值随氧化剂含量的增加而逐渐增大，在6mM20mM氧化剂之间e.e.值随氧化剂含量的增加而逐渐减小，而底物转化率随氧化剂增加缓慢增大。2.3.5底物浓度对酶促芳香基硫醚不对称氧化反应的影响 图2.7 底物浓度对酶促硫醚不对称氧化反应的影响Fig 2.7 Effect of substrate concentration on sulfoxidation从图中可以看出，底物浓度从1mM到40mM的过程，底物浓度对e.e有影响，但并不是表现得很明显，这可能与HRP酶本身的特性有关。转化率在后期有所提高，但变化也不大，因为在1mM时产率为91%，但底物浓度提高到40mM时，产量转化率为95% 。说明了酶对反应底物的催化反应有一定的限度，这可能后期的时候酶受到了过氧化氢或溶剂等物质的破坏