一种用于修饰脂肪酶的功能化离子液体、制备方法及修饰得到的脂肪酶技术

本发明专利技术公开了一种用于修饰脂肪酶的功能化离子液体，该功能化离子液体的结构如式(Ⅰ)所示，式(Ⅰ)中，n为1～7，m为1～2，Y为氯离子、溴离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子或者三氟甲基磺酰亚胺离子。将该功能化离子液体用于对游离脂肪酶进行化学修饰，可以提高游离脂肪酶的稳定性、活性及催化选择性。本发明专利技术还公开了该功能化离子液体的制备方法及修饰得到的脂肪酶。在修饰后的脂肪酶的表面引入具有多重杂环骨架结构的功能化离子液体，影响了酶活性中心的构型，改善了脂肪酶的催化表现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机合成与生物催化
，具体涉及一类具有多重杂环骨架结构的功能化离子液体，并用此类功能性离子液共价修饰脂肪酶，制备出高稳定性、催化活性及反应选择性的脂肪酶。
技术介绍
脂肪酶作为一类重要的生物催化剂，可被用于催化各类有机反应(如酯化、酯交换、氨解及水解反应)以制备用途广泛的多种化合物(如醇、酯、酸和胺)。化学修饰通过向酶蛋白分子中引入外源性分子结构片段来改善酶自身的催化特性，再结合适当的固定化方法，在不损失酶活性的前提下，提高酶的稳定性及反应选择性(区域或空间)。不仅有助于了解微环境对酶功能的影响，还能有效拓展酶的应用范围。离子液体因具备对环境友好的特性而被称为“绿色”溶剂，己经在有机合成与生物化学、电化学、分离过程、催化等领域得到广泛的应用(Room-temperature ionic liquids:solvents for synthesis and catalysis.2.Chem Rev.2011,111(5):3508-76.)。同时，离子液体又被称为“可设计性”溶剂，通过改变阴、阳离子的结构可调节离子液的物化特性(如极性、疏水性、黏性、熔点、密度等)以完成其在各领域中的应用任务。设计合成能够完成某种特定任务需求(如生物或化学反应、分离等)的离子液体(Task-specific ionic liquid)，即功能化离子液体，亦是当今离子液体研究重要趋势，这也是本课题组长期以来的重要研究内容之一(设计并合成结构的功能离子液，考察与评价其在合成化学和生物学等方面的应用)。目前，对多数生物学研究者而言，离子液体在生物催化领域的应用研究往往就是将结构相对简单的传统型离子液用作催化反应介质或少量添加的反应促进剂(enhancer)，以期改善酶促反应，如提高产物得率或反应选择性(Biocatalysis in Ionic Liquids.Chem Rev.2007,107(6):2757-85.)，但该过程存在诸多局限：1)传统型离子液体作为反应介质，大用量不经济，且使产物后处理较繁琐，自身的高黏度削弱了反应效率；2)分子结构中缺少活性功能基团，对于酶促反应的改善程度有限；3)作为反应促进剂，类型单一，结构缺乏有针对性的设计及有效制备手段，不利于其对生物催化剂的作用机制的问题研究。尽管通过功能型离子液体化学修饰的方法可简便、快速的改善酶的催化行为、改变酶学特性，但该研究方向属交叉学科，熟悉酶学研究的生物学家不一定能有效的利用现代有机合成技术手段实现酶分子修饰剂多样性的结构需求设想，因此发展缓慢，而功能化液体的合成与应用研究为该方向提供了一条有效途径。2011年，Bastien Doumèche等研究发现含羟基的离子液体在活化剂作用下可实现甲酸脱氢酶的化学修饰(Ionic liquid-inspired cationscovalently bound to formate dehydrogenase improve its stability and activityin ionic liquids.ChemCatChem.2011,3:875-82.)，但这类常规离子液体不仅修饰作用有限，且酶修饰反应时间长达24h，对酶活影响较大。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于修饰脂肪酶的功能化离子液体、制备方法及修饰得到的脂肪酶，该功能化离子液体用于修饰脂肪酶后，可以提高游离脂肪酶的稳定性、活性及催化选择性。一种用于修饰脂肪酶的功能化离子液体，结构如式(Ⅰ)所示：式(Ⅰ)中，n为1～7；m为1～2；Y为氯离子、溴离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子或者三氟甲基磺酰亚胺离子。本专利技术设计合成了一类具有多重杂环骨架结构的功能化离子液体，该功能化离子液体的阴离子是具有不同亲水性或电负性的极性离子，阳离子是含多重杂环骨架结构的离子，且含有机官能团为羧基。该功能化离子液体可用于对游离脂肪酶进行化学修饰，目的在于提高游离脂肪酶的稳定性、活性及催化选择性。本专利技术不仅突破了传统型离子液体在酶促反应应用中的上述不利限制，又拓展了新型离子液的应用领域。与此同时，操作简化与节约成本的高效脂肪酶修饰方法，具有较高的经济效益。作为优选，所述的功能化离子液体为6,7-二氢-5H-吡咯[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑溴盐、5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑溴盐、6,7-二氢-5H-吡咯[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑四氟硼酸盐、5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑四氟硼酸盐、6,7-二氢-5H-吡咯[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑六氟磷酸盐、5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑六氟磷酸盐、6,7-二氢-5H-吡咯[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑双三氟甲基磺酰亚胺或5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑双三氟甲基磺酰亚胺；作为进一步的优选，所述的功能化离子液体选自6,7-二氢-5H-吡咯[1,2-α]-3-羧乙基咪唑溴盐(即式Ⅰ中n为1，m为1，Y为溴离子)、5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]-3-羧乙基咪唑溴盐(即式Ⅰ中n为1，m为2，Y为溴离子)、6,7-二氢-5H-吡咯[1,2-α]-3-羧乙基咪唑四氟硼酸盐(即式Ⅰ中n为1，m为1，Y为四氟硼酸根)、5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]-3-羧乙基咪唑四氟硼酸盐(即式Ⅰ中n为1，m为2，Y为四氟硼酸根)、6,7-二氢-5H-吡咯[1,2-α]-3-羧乙基咪唑六氟磷酸盐(即式Ⅰ中n为1，m为1，Y为六氟磷酸根)、5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]-3-羧乙基咪唑六氟磷酸盐(即式Ⅰ中n为1，m为2，Y为六氟磷酸根)、6,7-二氢-5H-吡咯[1,2-α]-3-羧乙基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺(即式Ⅰ中n为1，m为1，Y为三氟甲基磺酰亚胺离子)或5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]-3-羧乙基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺(即式Ⅰ中n为1，m为2，Y为三氟甲基磺酰亚胺离子)。本专利技术还提供了一种所述的功能化离子液体的制备方法，包括如下步骤：(1)向6,7-二氢-5H-吡咯[1,2-α]咪唑或5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]咪唑中加入二氯甲烷，搅拌溶解后滴加卤代脂肪酸酯进行取代反应，得到取代中间体；(2)步骤(1)得到的取代中间体用盐酸调节pH至1～2，进行水解反应得到水解产物，得到的水解产物经过进一步的离子交换或者直接后处理得到所述的功能化离子液体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于修饰脂肪酶的功能化离子液体，其特征在于，结构如式(Ⅰ)所示：式(Ⅰ)中，n为1～7；m为1～2；Y为氯离子、溴离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子或者三氟甲基磺酰亚胺离子。

【技术特征摘要】
1.一种用于修饰脂肪酶的功能化离子液体，其特征在于，结构如式
(Ⅰ)所示：
式(Ⅰ)中，n为1～7；
m为1～2；
Y为氯离子、溴离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子或者三氟甲
基磺酰亚胺离子。
2.根据权利要求1所述的用于修饰脂肪酶的功能化离子液体，其特
征在于，所述的功能化离子液体为6,7-二氢-5H-吡咯[1,2-α]-3-脂肪酸咪
唑溴盐、5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑溴盐、6,7-二氢-5H-吡咯
[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑四氟硼酸盐、5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]-3-脂肪酸咪
唑四氟硼酸盐、6,7-二氢-5H-吡咯[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑六氟磷酸盐、
5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑六氟磷酸盐、6,7-二氢-5H-吡咯
[1,2-α]-3-脂肪酸咪唑双三氟甲基磺酰亚胺或5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]-3-
脂肪酸咪唑双三氟甲基磺酰亚胺。
3.一种如权利要求1或2所述的功能化离子液体的制备方法，其特
征在于，包括如下步骤：
(1)向6,7-二氢-5H-吡咯[1,2-α]咪唑或5,6,7,8-四氢吡啶[1,2-α]咪
唑中加入二氯甲烷，搅拌溶解后滴加卤代脂肪酸酯进行取代反应，得到取
代中间体；
(2)步骤(1)得到的取代中间体用盐酸调节pH至1～2，进行水解
反应得到水解产物，得到的水解产物经过进一步的离子交换或者直接后处
理得到所述的功能化离子液体。
4.根据权利要求3所述的功能化离子液体的制备方法，其特征在于，
所述的卤代脂肪酸酯为2-卤代乙酸酯、3-卤代丙酸酯、4-卤代丁酸酯、5-
卤...

【专利技术属性】
技术研发人员：石玉刚，刘玉华，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33