双酶催化合成ε-己内酯反应基本规律研究

Epsilon-hexalactone is a new polyester monomer, is mainly used in the synthesis of different uses of polycaprolactone(PCL), PCL has unique biological compatibility, plays an irreplaceable role in the synthesis of polymer materials. The author used a new manufacturing process for one pot biological, namely with alcohol dehydrogenase and cyclohexanone monooxygenase two enzymatic oxidations, coenzyme cycle self meet system will direct oxidation of cyclohexanol to epsilon-Hexalactone, reaction system relates to the 4 substrate, to study the enzyme catalysis reaction mechanism has the important theory significance. In depth study of these double enzyme, coenzyme cycle self satisfied system oxidation reaction mechanism and kinetics, the reaction system is collaborative optimization, providing support for the industrial application of this reaction, make our country is in two enzymes oxidation, coenzyme cycle self meet system occupies a space for one person study. Direct oxidation of two enzymes production of PCL's key technologies including two enzymes immobilization, two enzymes inhibition of substrate and product, solid adsorbent regulating reaction liquid substrate, product concentration, reaction kinetics. The main research contents: (1) alcohol dehydrogenase and monooxygenase two enzyme co immobilization experiments; (2) substrate and product inhibition experiment; (3) solid adsorbent regulation of substrate, product concentration experiment; (4) kinetic experiment of two enzymes two oxidations; (5) the study of the reaction mechanism, the establishment of reaction kinetic model.

ε-己内酯是一种新型聚酯单体，主要用于合成不同用途的聚己内酯( PCL) ，PCL具有独特的生物相容性等,在高分子材料的合成中具有不可替代的作用。本课题拟采用一锅煮生物制造工艺:用醇脱氢酶和环己酮单加氧酶双酶氧化、辅酶循环自满足体系将环己醇直接氧化为ε-己内酯，反应体系涉及4个底物，研究其酶催化反应机制有重要的理论意义。深入研究上述双酶氧化、辅酶循环自满足体系反应机制及动力学规律，使反应体系协同优化，为该反应的工业应用提供支持，使我国在双酶氧化、辅酶循环自满足体系研究方面占有一席之地。双酶直接氧化生产PCL的关键技术包括双酶固定化、底物、产物对双酶抑制作用，用固体吸附剂调节反应液中底物、产物浓度、反应动力学等。主要研究内容：（1）双酶双氧化动力学实验；（2）研究反应机制、建立动力学模型（3）醇脱氢酶和单加氧酶双酶共固定化实验；（4）底物、产物抑制实验；（5）固体吸附剂调节底物、产物浓度实验

1、酶催化环己酮氧化制备己内酯.进行了固定化脂肪酶介导的环己酮制备ε-己内酯实验，产率为98.6％，ε-己内酯浓度达到1.25 M，远高于前人的工作，所用脂肪酶来自T. laibacchi。所用的交联固定化脂肪酶的稳定性，部分支持了高浓度和高产率。本反应体系由脂肪酶催化的两个酶促反应和一个化学反应组成，首次提出并建立反应体系的动力学模型，该模型很好地拟合了实验数据。3个反应如下：（1）脂肪酶催化过氧化氢脲（UHP）氧化乙酸乙酯，原位生成过氧乙酸，此酶催化反应属于一个不可逆的带底物抑制乒乓3/4机制，（2）过氧乙酸以化学方式将环己酮氧化成ε-己内酯，该反应动力学表达式采用了幂律方程。（3）反应生生成的乙酸在脂肪酶催化下与UHP反应，生成过氧乙酸，反应机制属于带底物抑制的不可逆乒乓Bi-Bi机制。反应动力学数据表明，UHP和乙酸可能具有较强的底物抑制，而过氧乙酸可能没有产物抑制。首次报道，由于强的底物抑制作用，而使Michaelis-Menten相互作用对反应速率的影响可忽略不计，这使得UHP的Michaelis-Menten常数为零。酶稳定性试验结果表明，采用简单的指数方程作为脂肪酶的失活模型是合理的。所建的翻译动力学模型为固有动力学模型。该工艺为酶催化反应生产己内酯的绿色工艺，可望用于己内酯生产。.2、酶催化环己酮生成己内酯原位开环聚合生产聚己内酯.以环己酮为原料，采用一锅法工艺，经一步化学法和2步固定化T.laibacchii cbs5791脂肪酶催化的酶反应合成聚己内酯（PCL）。在这个多步过程中，通过脂肪酶介导的化学酶法氧化环己酮生产的ε-己内酯（ε-Cl），然后酶催化原位开环聚合（ROP）生成PCL。考察了溶剂、环己酮、过氧化氢摩尔比、过氧化氢形式和反应温度等各种反应参数对反应的影响。以甲苯为溶剂时具有较高的分子量（Mn=2168）和中等的ε-cl转化率（65.42%）。该脂肪酶催化环己酮氧化生成ε-cl，然后原位开环聚合反应是合成PCL的一种绿色新工艺。