自组装纳米人工金属酶的设计及苄基胺快速动态动力学拆分的研究

The theoretical yield of dynamic kinetic resolution (DKR) of the benzylamine using one-pot concerted catalysis of the metal complex with the lipase is 100%; it shows high enantioselectivity and atomic economy. Immobilization shortens the spatial distance between the lipase and the metal complex, improves the reaction conditions, makes the catalyst easy to be recycled, reduces the difficulty of product separation, but increases the internal mass transfer resistance and leads to the catalyst activity can not be fully exerted. Our objective in this project is to ensure the rapid DKR of the benzylamine with the nano artificial metalloenzyme. The metallosurfactant with catalytic activity, surfactivity and self-assemblies characteristics will be prepared by chemically grafting or coordinating with a surfactant group into a metal complex. The nano artificial metalloenzyme will be constructed by self-assembling of the metallosurfactant with the lipase, which coordinate catalytic activity of the lipase and the metal complex through the structural regulation. Design of nano artificial metalloenzyme is of great significance for the development of synthetic biology and nanoscience, and provides a theoretical basis for strengthening other types of chemical enzyme catalysis.

金属配合物与脂肪酶一锅法协同催化苄基胺动态动力学拆分（DKR）的理论产率达100%，具有很高的原子经济性和对映选择性。固定化缩短金属配合物与脂肪酶的空间距离，改善了反应条件，不仅催化剂易于回收利用，而且降低产物分离难度，然而内部传质阻力增加，使催化剂活力不能充分发挥。本项目以构建的纳米人工金属酶实现苄基胺的快速DKR为目标，将金属配合物化学接枝或配位结合表面活性基团，构建具有催化活性、表面活性和自组装特征的金属表面活性剂；后将金属表面活性剂与脂肪酶自组装，构建纳米人工金属酶，通过结构调控，协调脂肪酶与金属配合物的催化活力。纳米人工金属酶的设计对合成生物学和纳米科学的发展具有重大的借鉴意义，为强化其它类型的化学酶催化提供理论基础。

手性胺作为一类重要的化工中间体，在医药、日化等领域有着广泛的应用前景。但是手性胺的制备过程面类众多的问题，如副产物多、对映选择性低等。金属配合物与脂肪酶一锅法协同催化苄基胺动态动力学拆分的理论产率达100%，具有很高的原子经济性和对映选择性，具有较大的开发前景，但是游离催化剂一锅法催化的效率低。纳米人工金属酶能缩短金属配合物与脂肪酶的空间距离，改善了反应条件，促进催化活力，然后在苄基胺动态动力学拆分的应用鲜有报道。本项目合理设计纳米人工金属酶，实现了苄基胺的快速动态动力学拆分。通过表面活性剂脱氧胆酸钠、2-甲基咪唑、二价金属Co2+制备了纳米人工金属酶的纳米平台；自组装过程中固载脂肪酶CALB和Shvo催化剂制备了纳米人工金属酶，结合多种表征手段表明脂肪酶作为内核位于纳米人工金属酶的内部，高摩尔比例的Shvo催化剂位于纳米人工金属酶外层的疏水微孔，同时脂肪酶和Shvo催化剂间距小于8.5 nm，易于发挥纳米人工金属酶的临近效应；通过优化催化体系，实现了苄基胺的快速动态动力学拆分，苄基胺催化条件比较苛刻，添加消除毒副产物的介质，减弱对纳米人工金属酶的毒副作用，显著促进了苄基胺高效快速动态动力学拆分；重复性结果表明制备的新型纳米人工金属酶具有较好的重复性，有潜在的应用价值。本项目的研究成果为其它新型纳米人工金属酶的设计提供了思路与借鉴，为将手性化合物的快速合成应用提供了理论基础。项目共发表SCI论文11篇，申请中国发明专利4项，授权中国发明专利1项，参加国内外会议10人次，培养博士生1名，硕士生4名。