全 文 ：! 第 " 卷第 # 期
#$$% 年 % 月
生 物 加 工 过 程
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809 #$$%
· #:! ·
面包酵母催化不对称合成 !;氯;（<）;";羟基丁酸乙酯
仪明君，宋广亮，朱红军，王锦堂!
（南京工业大学! 应用化学系，南京 #=$$$>）
摘! 要：以 ?;氯乙酰乙酸乙酯为原料，以面包酵母为手性生物催化剂，选择性合成光学活性 ?;氯;（<）;";羟基丁酸
乙酯。经 @<、A&;8B、=CD8<和旋光度测定，表明所得产品的结构与预期的结构一致。分别考察了面包酵母用量、
葡萄糖浓度、底物投入量、4C值、反应时间以及反应温度等因素对产品比旋光度的影响。结果表明，?;氯乙酰乙酸
乙酯不对称生物还原反应的适宜条件为：面包酵母 E$$ 7 F G、葡萄糖 #$ 7 F G、反应温度 "? H、底物加量 =E IG F G、反
应时间 ?J ’、4C为 %，产品的比旋光度为［"］#$K L M ="N >O。
关键词：面包酵母；生物催化；不对称还原；?;氯乙酰乙酸乙酯；?;氯;（<）;";羟基丁酸乙酯
中图分类号：PQ>#%! ! ! ! 文献标识码：R! ! ! ! 文章编号：=E:# S "E:J（#$$%）$# S $$$#: S $?
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（<）;";’9[/-]9^.Z9/0Z*
! ! 光学活性的 ?;氯;（<）;";羟基丁酸乙酯（&C;
36）中引入了一个性质活泼的氯原子，因此在一些
不对称合成中得到更广泛的应用，同时也增加了它
的合成难度。它的合成方法主要有：G;酒石酸修饰
D03C?还原法
［=］；<.;3@DRc催化氢化法［#］。这些化
学合成方法有较强毒性，工艺条件苛刻，不宜控制，
反应的可操作性低。目前，研究较多的是面包酵母
静止细胞催化合成法。面包酵母廉价易得，而且该
方法易操作，易控制，使用方便，无需特殊设备，对人
体无害［"］。
本文直接以市售高活性干酵母为生物催化剂，
催化合成了具有光学活性的 ?;氯;（<）;";羟基丁酸
乙酯。其优点是反应的可操作性较好。
其反应如下：
! 收稿日期：#$$%;$%;=$
基金项目：国家十五科技攻关项目（编号：#$$?3R"="3=#;=）
作者简介：仪明君（=>:?;），男，硕士研究生，研究方向：有机合成。
联系人：朱红军，6;I0(1：d’.’Ue )U.ZN *[.N 5)万方数据
! · "#! · 生物加工过程 第 $ 卷第 " 期
!" 实" 验
%& %! 试剂与仪器
’(氯乙酰乙酸乙酯（分析纯，金坛市恒安化工
厂）；面包酵母（市售，高活性干酵母，广东丹宝利酵
母有限公司）；葡萄糖（分析纯，中国惠兴生化试剂
有限公司，上海）；乙酸乙酯（分析纯，上海凌峰化学
试剂有限公司）；硅藻土（化学纯，广东汕头市西陇
化工厂）；无水硫酸钠（分析纯，南京化学试剂一
厂）。
)*+,-./($01 型红外光谱仪（美国 )*+,-./ 公
司）；23456789 气质联用仪（美国 2:.;<, =*>>*?@>
公司）；A3B5C634D(E11 型核磁共振仪（瑞士
A;F+G.;公司）；HIJ(’ 旋光仪（上海大庆光学仪器
厂）。
%& "! 合成方法
向置于水浴中的 E 111 定量的面包酵母、葡萄糖和一次蒸馏水，搅拌至悬浮
液中有大量气泡产生时（约 %1 <*>），慢速滴加底
物，继续搅拌，用磷酸或氢氧化钠溶液调整 LM 值，
经一定时间后停止反应。
向反应混合物中加入 "11 ? 硅藻土，搅拌，混合
均匀，抽滤，滤液用乙酸乙酯萃取 $ 次，每次 011
萃取 $ 次，每次 011 钠干燥，减压蒸馏后得无色油状液体（ NL O$ P OE
Q R 00S T@）。
%& $! 分析方法
%）! U3：
将 $11 ，得
到透明的 CA; 薄片，将样品小心地涂于 CA; 薄片
上，即可用于测定。
"）! J5(D8：
测定时取 " 无水 D?8V’ 干燥。将其中的乙酸乙酯减压蒸发掉，
震荡容器，使其与样品充分混和均匀，并将其移入密
封的试管中加热至 %11 Q，保温 % :，再次溶于乙酸
乙酯。取 % !K有机相进行气质联用分析。
J5(D8条件：色谱柱为中等极性，69BU2W(%S1%
型；升温 %1 Q R <*>；起始温度 #1 Q；终止温度 "’1
Q；保留 " <*>；柱头压力 E GT@；载气 M"；电离电压
S1 .X；扫描范围 ! " # E1 P "E1。
$）! %M)D3：
将样品置于样品管中，用 575-$ 溶解，测试温度
为室温。
#" 结果与讨论
"& %! 结构表征
经 U3、J5(D8、%M)D3 和旋光度测定表明所得
产品的结构与预期的结构一致。
D8谱图见图 %。
图 %! ’(氯(（3）($(羟基丁酸乙酯 D8谱图
=*?& %! 2:. D8 YL.+/;,?;@< ,Z ’(5:-,;,(（3）($(M[\;,][NF/[;@/.
万方数据
! "##$ 年 $ 月 仪明君等：面包酵母催化不对称合成 %&氯&（’）&(&羟基丁酸乙酯 · ")! ·
! ! 其波谱数据如下：
*’（+, -.）：( %/.（! 0&1）、. "%)（! 2&0）、. 3%%
（! 2 4 0）、. (.)（! 2&0）、. ("(（! 2&0）；
52&67：
52 8’（,9:）：3; #$；
67（! " #）：./$、./(、.%<、.(#、..3、..(、.#(。
.1=6’：
.; "$（ 21(）、%; .3（ 21"）、"; $<，"; /$（ 21"）、
%; .3（21）、(; $3，(; $)（21"）。
"; "! 不同能源供体对底物的 >; >; 值的影响
实验中分别采用 <# ? @ A 葡萄糖、蔗糖为能源供
体，发现以葡萄糖为能源供体，产物主要是 ’ 型，而
以蔗糖为能源供体产物主要是 7型。能源供体对产
物的构型的影响，可能是因为蔗糖与葡萄糖在反应
体系中提供了不同的不对称环境，因此使催化合成
7型与 ’型产物的脱氢酶受到不同程度的抑制或激
活，导致了所得产物的构型不同。
"; (! 反应温度对产品比旋光度的影响
在 <# ? @ A的葡萄糖为能源供体，B1 $ 的条件
下，以 %## ? @ A 的面包酵母在不同温度下还原 ./
,A @ A底物，反应时间为 %< C，结果如图 "。由图 "
可以看出，随着温度的升高，产物的比旋光度也变
高，在 (# D (% E之间，产物的比旋光度最高，而其产
率在 (% E时最高，所以较适宜温度为 (% E。
—%—比旋光度；—(—收率
图 "! 反应温度对产品比旋光度和收率的影响
F9?; "! GHH>+8 IH J>K+89I: 8>,B>JK8LJ> I: MB>+9H9+ JI8K89I: K:N
+C>,9+KO P9>ON IH BJINL+8
"; %! 葡萄糖质量浓度对产物比旋光度的影响
在 (# E，B1 $ 的条件下，以 %## ? @ A 的面包酵
母在不同葡萄糖质量浓度下还原 ./ ,A @ A 底物，反
应时间为 %< C，结果如图 ( 所示，比较适宜的葡萄糖
质量浓度为 "# D %# ? @ A。其质量浓度过低，产物比
旋光度小，而质量浓度过大，也会导致产物比旋光度
降低。其产率在不加葡萄糖时最高，但比旋光度很
低。所以，以 "# ? @ A为较佳葡萄糖质量浓度。
—%—比旋光度；—(—收率
图 (! 葡萄糖质量浓度对产物比旋光度和收率的影响
F9?; (! GHH>+8 IH +I:M9M8>:+P IH ?OL+IM> I: MB>+9H9+ JI8K89I: K:N
+C>,9+KO P9>ON IH BJINL+8
"; $! 底物投加量对产物比旋光度的影响
在 (# E，B1 $，葡萄糖质量浓度为 <# ? @ A 的条
件下，以 %## ? @ A的面包酵母还原不同浓度的底物，
反应时间为 %< C，结果如图 %。图 % 显示，随着底物
投入量的增加，产物比旋光度先升高，后下降，而产
率一直降低。在底物投加量为 ./ ,A 时，产物比旋
光度最高，而产率却在底物投入量为 ./ ,A @ A 时最
高。综合产率与比旋光度两项指标，以底物投加量
为 ./ ,A @ A时较为合适。
—%—比旋光度；—(—收率
图 %! 底物投入量对产物比旋光度和收率的影响
F9?; %! GHH>+8 IH +I:M9M8>:+P IH MLQM8JK8> I: MB>+9H9+ JI8K89I: K:N
+C>,9+KO P9>ON IH BJINL+8
"; /! 酵母质量浓度对产物比旋光度的影响
在 (# E，B1 $，葡萄糖质量浓度为 <# ? @ A 的条
件下，以不同质量浓度的面包酵母还原 ./ ,A @ A 的
底物，反应时间为 %< C。其结果如图 $ 所示，酵母浓
度越大，产物比旋光度越高，在面包酵母质量浓度为
(## D %## ? @ A的范围内有一个突跃，在酵母质量浓万方数据
! · "#! · 生物加工过程 第 " 卷第 $ 期
度为 %## & ’## ( ) * 时，产物比旋光度变化不大。随
着酵母质量浓度的增加，产率先降后增，在 ’## ( ) *
时产率最高。因此，面包酵母浓度以 ’## ( ) * 是适
宜的。
—%—比旋光度；—(—收率
图 +! 酵母质量浓度对产物比旋光度和收率的影响
,-(. +! /00123 40 5467(1 40 8791:;6 <1763 4= 6>12-0-2 :4373-4= 7=5
2?1@-27A <-1A5 40 >:45B23
$. C! 反应 >D值对产物比旋光度的影响
在 "# E，葡萄糖质量浓度为 F# ( ) * 的条件下，
以 %## ( ) * 的面包酵母还原 G’ @* ) * 的底物，反应
时间为 %F ?，结果如图 ’。由图 ’ 可以看出，反应体
系以 >D + 时最为适合，>D 值过高或过低都会影响
产物的比旋光度和产率。
—%—比旋光度；—(—收率
图 ’! >D值对产物比旋光度和收率的影响
,-(. ’ /00123 40 5467(1 40 >D 4= 6>12-0-2 :4373-4= 7=5 2?1@-27A
<-1A5 40 >:45B23
$. F! 反应时间对比旋光度的影响
在 "# E，>D +，葡萄糖质量浓度为 F# ( ) * 的条
件下，以 %## ( ) *的面包酵母还原 G’ @* ) *的底物，
结果如图 C。图 C 显示，当反应时间超过 $% ? 后，所
得产物的比旋光度基本相同，反应时间的长短对产
物的比旋光度影响较小，但产物收率在 %F ? 时最
高，所以反应时间取 %F ?是合理的。
—%—比旋光度；—(—收率
图 C! 反应时间对比旋光度收率的影响
,-(. C /00123 40 :1723 3-@1 4= 6>12-0-2 :4373-4= 7=5 2?1@-27A <-1A5
40 >:45B23
!" 结" 论
以面包酵母为催化剂，葡萄糖为能源供体制备
%H氯H（I）H"H羟基丁酸乙酯，较为合理的反应条件
是，反应温度 "% E，面包酵母质量浓度 ’## ( ) *，葡
萄糖质量浓度 $# ( ) *，底物体积浓度 G’ @* ) *，>D
+，反应时间 %F ? 为宜，经实验验证，在该条件下所
得产物的比旋光度为［!］$#J K L G". MN。
在面包酵母催化还原反应中，影响反应转化率
的因素很多，还有待进一步进行多因素条件优化实
验研究，以提高产物 %H氯H（I）H"H羟基丁酸乙酯的收
率。
参考文献：
［G］! O737(7- PQ. R:42166 04: 76<@@13:-27AA< :15B2-=( 27:84=>4B=56［R］. S7>7=，SRFF"#M’%+，GMFF. +T
［$］! U4<4:- I，P?9B@7 V，Q-37@B:7 WT X6<@@13:< ?<5:4(1=73-4= 40 "H
9134 27:84Y723-27A，>B:1A< 2?1@-27A 722166 34"H?5:4Y< 1631:6 -= ?-(? 1=7=3-4@7:-2 >B:-3<［ S］T S X@ Z?1@ [42，
GMFC，G#M（GM）：+ F+’H+ F+FT
［"］! 张玉彬T 生物催化的手性合成［W］T 北京：化学工业出版社，
$##GT FT
万方数据