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什么是酶催化反應(yīng)介質(zhì)化學(xué)


化學(xué)先生 / 2019-08-05

         在水溶液，中性pH的溫和條件下進(jìn)行反應(yīng)是酶催化的優(yōu)點之一。因為不要求特殊溶劑，以水溶液為反應(yīng)介質(zhì)，不但可節(jié)省能源和降低有機(jī)化學(xué)品的消耗，而且對環(huán)境友好，減少了有毒、有害物質(zhì)的排放。


        長期以來形成的傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，酶催化最好的反應(yīng)介質(zhì)是水，“干酶”和在有機(jī)溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，酶是沒有催化活性的。但在常溫、中性pH和大量水稀釋下反應(yīng)，也降低了酶催化的生產(chǎn)效能，并給后續(xù)的酶和產(chǎn)物分離過程帶來困難。

       此外，在化學(xué)催化有機(jī)合成反應(yīng)中，許多反應(yīng)底物都是疏水的，必須在有機(jī)溶劑中進(jìn)行，這就影響了環(huán)境友好的酶催化技術(shù)在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用。

       早在1936年A. Sym就已經(jīng)報道了酯酶在有機(jī)溶劑中的催化作用，但一直存在爭議，未能引起酶化學(xué)家的進(jìn)一步研究興趣。直到20世紀(jì)70年代，石油短缺引發(fā)的能源危機(jī)和化石燃料大量消耗導(dǎo)致的人類生存環(huán)境日益惡化，才迫使人們不得不“反向思維”，開始探討微水有機(jī)相中的酶化學(xué)反應(yīng)。

       1977 年A.M.Klibanoy首先用實驗證實，酶催化反應(yīng)可以在浸有緩沖溶液的玻璃珠和疏水有機(jī)溶劑組成的體系中進(jìn)行，在接近無水的條件下，有利于酯化反應(yīng)熱力學(xué)平衡向生成水的方向移動。1984 年他又與A. Zaks合作，在Science上發(fā)表一篇文章，發(fā)現(xiàn)“干”的脂肪酶即使在100C下仍具有很高的催化活性，在只有微量水存在的環(huán)境中，還可以改變脂肪酶的底物專一性。 他們的發(fā)現(xiàn)，在世界范圍內(nèi)引起了對酶催化反應(yīng)介質(zhì)的研究興趣。

        20 年來，除微水有機(jī)相之外，人們還探討了超臨界和離子液等新型酶催化反應(yīng)介質(zhì)，繼酶的固定化研究之后，又逐步形成了反應(yīng)介質(zhì)工程這一新的研究領(lǐng)域， 對酶催化在有機(jī)合成化學(xué)中的應(yīng)用起到了推動作用。

      

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