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第一部分　方法学2

第1章　介质工程2

1.1　前言2

1.2　通过介质工程调节酶的对映选择性4

1.2.1 通过添加水可混溶的有机共溶剂提高选择性4

1.2.2 在具有低水活度的有机介质中的选择性提高6

1.2.2.1　有机溶剂体系6

1.2.2.2　酶在有机溶剂中的性质6

1.2.2.3　介质工程8

1.2.3 基本原理10

1.2.4 酶选择性的调控：新的研究趋势12

1.2.4.1 离子液体12

1.2.4.2　添加剂13

1.3　结论与展望14

参考文献14

第2章　定向进化作为人工改造对映选择性酶的手段18

2.1　前言18

2.2　诱变的分子生物学方法20

2.3　对映选择性的高通量筛选方法23

2.4　通过定向进化提高酶对映选择性的举例23

2.4.1 绿脓假单胞杆菌脂肪酶（PAL）23

2.4.2　其它脂肪酶31

2.4.3 酯酶32

2.4.4 乙内酰胺酶32

2.4.5 腈水解酶33

2.4.6　环氧化物水解酶34

2.4.7　磷酸三酯酶38

2.4.8 转氨酶38

2.4.9 醛缩酶39

2.4.10 作为Baeyer-Villiger酶和磺化氧化反应催化剂的环己酮和环戊酮单加氧酶41

2.4.11　单胺氧化酶46

2.4.12 细胞色素P450酶47

2.4.13 其它酶47

2.5　结论与展望47

参考文献48

第3章　寻找新酶56

3.1　前言56

3.2　基于机理的酶设计57

3.2.1　催化性抗体57

3.2.2 以酶和蛋白质为基础的新催化剂的合理设计59

3.2.3　合成的酶模型61

3.3　偏基因组学63

3.3.1 偏基因组派生的DNA文库的构建63

3.3.1.1　环境的选择63

3.3.1.2　克隆策略63

3.3.1.3 筛选和检测技术64

3.3.1.4 需要说明的主要问题65

3.3.2 未培养的微生物基因组作为新基因的来源65

3.3.2.1 多糖降解／修饰酶65

3.3.2.2　脂解的生物催化剂67

3.3.2.3　维生素的生物合成68

3.3.2.4　腈水解酶、腈水合酶和酰胺酶68

3.3.2.5　氧化还原酶／脱氢酶68

3.3.2.6　蛋白酶69

3.3.2.7　甘油水合酶69

3.3.2.8　抗生素和药物69

3.4　结论与展望69

参考文献70

第二部分 合成应用76

第4章　动态动力学拆分76

4.1　前言76

4.1.1 对映纯化合物的合成76

4.1.2 动力学拆分和动态动力学拆分76

4.1.3　有机化学中的酶78

4.2　金属催化的消旋化78

4.2.1 乙酸烯丙酯和烯丙醇的动态动力学拆分79

4.2.2 仲醇的动态动力学拆分80

4.2.3　胺的动态动力学拆分85

4.3　碱催化的消旋化85

4.3.1 硫酯的动态动力学拆分85

4.3.2 活化酯的动态动力学拆分86

4.3.3 噁唑酮的动态动力学拆分86

4.3.4 乙内酰脲的动态动力学拆分87

4.3.5 偶姻的动态动力学拆分87

4.4　酸催化的消旋化88

4.5　通过底物的连续可逆的生成-断裂的消旋化88

4.5.1 氰醇的动态动力学拆分89

4.5.2 半硫缩醛的动态动力学拆分90

4.6　醛催化的消旋化90

4.7　酶催化的消旋化92

4.8　通过SN2取代的消旋化92

4.9　其它消旋化方法93

4.9.1 5-羟基-2-（5H）-呋喃酮的动态动力学拆分93

4.9.2 半缩醛胺的动态动力学拆分93

4.9.3 8-氨基-5,6,7,8-四氢喹啉的动态动力学拆分94

4.10　结论与展望95

参考文献95

第5章　去消旋化和对映汇聚过程99

5.1　前言99

5.2　去消旋化过程100

5.2.1 循环氧化-还原反应体系100

5.2.2 使用单一微生物的仲醇的微生物去消旋化作用105

5.2.3 使用两种酶／微生物体系的仲醇去消旋化作用107

5.2.4　环氧化合物109

5.2.5 羧酸109

5.3　对映汇聚过程110

5.3.1　环氧化合物水解110

5.3.2　硫酸酯酶111

5.4　结论与展望112

参考文献113

第6章　羧酸衍生物、醇和环氧化合物的转酯化反应和水解115

6.1　前言和范围115

6.1.1 范围115

6.1.2　反应条件115

6.1.3 动力学拆分、动态动力学拆分和去对称化116

6.1.4 对映汇聚转化反应118

6.2　羧酸衍生物的对映选择性生物转化118

6.2.1 酯的水解118

6.2.2 酯的醇解121

6.2.3 羧酸的酯化反应122

6.2.4 内酯123

6.2.5 酸酐124

6.2.6 腈的水解125

6.2.7 酰胺、内酰胺和乙内酰脲的水解127

6.3　醇的对映选择性酶促转化130

6.4　环氧化合物的水解138

6.5　结论与展望142

参考文献143

第7章　羧酸衍生物的胺解和氨解150

7.1　前言150

7.2　酶催化胺解和氨解反应的机理151

7.3　羧酸的胺解和氨解151

7.4　酯的胺解和氨解154

7.4.1 非手性酰胺的制备154

7.4.2 酯的拆分156

7.4.3　胺、二胺和氨基醇的拆分158

7.4.4　二酯的去对称化163

7.5　仲胺的动力学拆分163

7.6　β-氨基酸衍生物的合成164

7.7　结论与展望166

参考文献167

第8章　酶催化的还原反应170

8.1　前言170

8.2　用于辅酶再生的氢源170

8.2.1 醇作为还原反应的氢源170

8.2.2 糖作为还原反应的氢源171

8.2.3 甲酸作为还原反应的氢源171

8.2.4 分子氢作为还原反应的氢源172

8.2.5 光能作为还原反应的氢源173

8.2.6 电能作为还原反应的氢源174

8.3　立体化学控制的方法学175

8.3.1　微生物的筛选176

8.3.2 用遗传学方法修饰生物催化剂177

8.3.2.1　被修饰的酵母177

8.3.2.2　超表达179

8.3.2.3　羰基还原酶和辅因子再生酶的基因共表达180

8.3.2.4　生物催化剂的修饰：定向进化181

8.3.3 底物的修饰181

8.3.4 反应条件的调节183

8.3.4.1 细胞的丙酮处理183

8.3.4.2　选择性抑制剂184

8.3.4.3　反应温度184

8.4　介质工程185

8.4.1　有机溶剂185

8.4.1.1 可溶解的有机溶剂185

8.4.1.2　水-有机二相反应185

8.4.2 疏水型树脂XAD的使用187

8.4.3　超临界二氧化碳188

8.4.4 离子液体191

8.5　合成应用191

8.5.1　醛的还原191

8.5.2 酮的还原192

8.5.3 动态动力学拆分和去消旋化196

8.5.3.1 动态动力学拆分196

8.5.3.2　通过氧化和还原的去消旋化198

8.6　结论与展望199

参考文献200

第9章　手性合成中的生物氧化反应204

9.1　前言204

9.2　醇和胺的氧化205

9.2.1 醇的区域选择性氧化206

9.2.2　二醇的去对称化207

9.2.3 伯醇和仲醇的动力学拆分208

9.2.4　仲醇的去消旋化209

9.2.5　胺的去消旋化210

9.3　非活化碳中心的氧化211

9.3.1 使用野生型全细胞的羟基化反应211

9.3.2 使用重组细胞色素P450单加氧酶的羟基化反应213

9.3.3 通过形成氢过氧化物的羟基化反应214

9.4　酶促环氧化反应215

9.5　Baeyer-Villiger氧化216

9.5.1　化学选择性218

9.5.2 去对称化作用220

9.5.3　动力学拆分222

9.5.4 区域发散型生物氧化224

9.6　杂原子氧化225

9.6.1　硫醚的氧化226

9.6.2 二硫化物的氧化228

9.6.3 其它杂原子的氧化229

9.7　芳基的双羟基化反应229

9.7.1 邻位和间位的双氧合反应230

9.7.2　在本位和邻位的双氧合反应234

9.8　卤化反应235

9.9　结论与展望237

参考文献237

第10章　醛缩酶：用于形成和切断C—C键的酶248

10.1　前言248

10.2　机理的分类249

10.3　丙酮酸醛缩酶250

10.3.1　N-乙酰神经氨酸醛缩酶251

10.3.2 相关的丙酮酸醛缩酶254

10.4　磷酸二羟基丙酮醛缩酶256

10.4.1　果糖-1,6-二磷酸醛缩酶257

10.4.2 相关的DHAP醛缩酶258

10.4.3　制备应用260

10.5　转酮醇酶和相关的酶273

10.6　2-脱氧-D-核糖-5-磷酸醛缩酶276

10.7　甘氨酸醛缩酶278

10.8　结论与展望281

参考文献282

索引290