一种脂肪酶-金属钯纳米粒子复合催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种脂肪酶

【技术实现步骤摘要】
一种脂肪酶
‑
金属钯纳米粒子复合催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于纳米催化
，具体涉及一种脂肪酶
‑
金属钯纳米粒子复合催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]广泛存在于动物、植物和微生物中的酶是一种生物大分子催化剂，可促进生命系统中生物和化学物质的转化。酶通过降低活化能而不改变反应平衡来提高反应效率。在温和条件下(例如室温，大气压和生理pH值)，酶具有理想的催化活性，优异的选择性(立体，区域和化学选择性)，水溶性和环境友好性。而金属催化剂具有催化效率高、底物宽泛、稳定性高、重复使用性能好等优点。但催化时需要有机溶剂，高温、高压等苛刻的条件且容易对环境造成污染。尽管酶催化剂和金属催化剂的催化活性都很高，但是因为它们的反应条件的不相匹配导致它们的协同使用不常见。近些年，随着生物技术、电子传感技术、纳米技术的快速发展，为酶与各种纳米结构材料的成功结合提供了大量的机会，酶
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纳米金属复合催化剂的研究和开发也开始走进学者们的视野。酶
‑
纳米金属级联催化的成功发展是因为它们将前者的高选择性与后者的多功能性结合在一起。
[0003]酶和金属催化条件的不同，可通过将酶进行固定化和改变金属的尺寸来改善。酶的固定化可分为吸附、包埋、共价、交联，金属的尺寸效应可通过吸附沉积或者原位还原进行。将酶和金属催化剂固定到固体材料上以制备用于级联反应的非均相杂化催化剂，从而缩减催化步骤，减少废物的产生，及时的利用不稳定或者有毒的中间体。具有易于与产物分离和简化催化剂重复使用的优点。不同的催化剂在同一载体上的固定化，可以减少中间体在活性位点的扩散，提高整体的催化效率。
[0004]光学活性胺和醇是有吸引力的合成目标，因为它们是制药，香料和调料品行业中非常重要的组成部分。由化学或生物催化剂催化的对映选择性反应已被证明是合成这些对映体的有力工具，这是由于它们具有宽反应性和高选择性的特性。将化学催化和生物催化结合在一锅反应中通过级联催化获取产物，可以缩减催化步骤，减少废物的产生，可及时的利用不稳定或者有毒的中间体。工业上获得对映体纯胺最常用的方法是酶进行动力学拆分(KR)，但拆分的最大产率为50％。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种脂肪酶
‑
金属钯纳米粒子复合催化剂及其制备方法。
[0006]本专利技术还提供了上述脂肪酶
‑
金属钯纳米粒子复合催化剂的应用。
[0007]为了解决上述第一个技术问题，本专利技术公开了一种脂肪酶
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金属钯纳米粒子复合催化剂的制备方法，(1)将聚多巴胺包覆在二氧化硅表面，得到SiO2@PDA；(2)再利用包覆在二氧化硅表面的聚多巴胺还原钯前驱体，得到SiO2@PDA@Pd；(3)然后对其进行疏水性修饰
(硅烷偶联剂与聚多巴胺上的酚羟基连接)，得到mSiO2@PDA@Pd；(4)最后将脂肪酶吸附在其表面，得到mSiO2@PDA@Pd@CALB。
[0008]步骤(1)中，所述将聚多巴胺包覆在二氧化硅表面为将二氧化硅与盐酸多巴胺(DA
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HCl)进行第一反应，得到SiO2@PDA。
[0009]其中，所述二氧化硅与盐酸多巴胺的质量比为0.5：(0.25
‑
1)。
[0010]其中，将二氧化硅分散于溶剂中，再与盐酸多巴胺进行第一反应。
[0011]其中，所述溶剂为缓冲液，优选为Tric
‑
HCl缓冲液，进一步优选为Tric
‑
HCl缓冲液(pH8.5，10mM)。
[0012]其中，所述二氧化硅与溶剂的用量比为0.5g：(20
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80)mL，优选为0.5g：(40
‑
60)mL，进一步优选为0.5g：50mL。
[0013]其中，所述第一反应的温度为20
‑
50℃，优选为30℃。
[0014]其中，所述第一反应的时间为8h以上，优选为8
‑
24h，进一步优选为16h。
[0015]步骤(2)中，所述利用包覆在二氧化硅表面的聚多巴胺还原钯前驱体为将SiO2@PDA与钯前驱体在pH2
‑
8的条件下进行第二反应，得到SiO2@PDA@Pd。
[0016]其中，所述pH2
‑
8的条件为不同pH的溶液，如HCl、CH3COOH、NaOH和氨水任意一种或几种组合的水溶液，优选为HCl和NaOH；优选地，当pH范围为2
‑
7时用到的HCl的浓度为10mM，再进一步稀释成相应的pH；当pH范围为8时用到的NaOH的浓度为10mM，再进一步稀释成相应的pH。
[0017]优选地，所述pH为3.5
‑
4.5，进一步优选为4。
[0018]其中，所述钯前驱体为Na2PdCl4、Pd(OAc)2和H2PdCl4中的任意一种或几种组合。
[0019]其中，所述SiO2@PDA与钯前驱体的质量比为0.05：(0.01
‑
0.05)，优选为0.05：0.02。
[0020]其中，所述第二反应的温度为20
‑
30℃，优选为室温。
[0021]其中，所述第二反应的时间为2h以上，优选为2
‑
12h，进一步优选为7h。
[0022]步骤(3)中，所述对其进行疏水性修饰为将SiO2@PDA@Pd与疏水剂进行第三反应，得到mSiO2@PDA@Pd；
[0023]其中，所述疏水剂为硅烷类偶联剂，包括但不限于十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷。
[0024]其中，所述SiO2@PDA@Pd与疏水剂的用量比为0.1g：(0.2
‑
2)mL。
[0025]其中，将SiO2@PDA@Pd分散于溶剂中，再与疏水剂进行第三反应。
[0026]其中，所述溶剂包括但不限于甲苯。
[0027]其中，所述第三反应的温度为70
‑
100℃，优选为90℃。
[0028]其中，所述第三反应的时间为8h以上，优选为12
‑
18h。
[0029]其中，所述第三反应结束后，用甲苯洗涤离心去除未连接的疏水剂，再用无水乙醇洗涤离心，干燥即得。
[0030]步骤(4)中，所述脂肪酶吸附在其表面为将mSiO2@PDA@Pd分散在无水乙醇中，再加入磷酸盐缓冲液分散均匀，最后加入脂肪酶进行第四反应。
[0031]其中，所述无水乙醇与mSiO2@PDA@Pd的用量比为0.1mL：(30
‑
60mg)。
[0032]其中，所述磷酸盐缓冲液为磷酸盐缓冲液(pH7.4，100mM)。
[0033]其中，加入磷酸盐缓冲液超声分散均匀，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脂肪酶
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金属钯纳米粒子复合催化剂的制备方法，其特征在于，将聚多巴胺包覆在二氧化硅表面，得到SiO2@PDA；再利用包覆在二氧化硅表面的聚多巴胺还原钯前驱体，得到SiO2@PDA@Pd；然后对其进行疏水性修饰，得到mSiO2@PDA@Pd；最后将脂肪酶吸附在其表面，得到mSiO2@PDA@Pd@CALB。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述将聚多巴胺包覆在二氧化硅表面为将二氧化硅与盐酸多巴胺进行第一反应，得到SiO2@PDA；其中，所述二氧化硅与盐酸多巴胺的质量比为0.5：(0.25
‑
1)。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述利用包覆在二氧化硅表面的聚多巴胺还原钯前驱体为将SiO2@PDA与钯前驱体在pH2
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8的条件下进行第二反应，得到SiO2@PDA@Pd。4.根据权利要求1或3所述制备方法，其特征在于，所述SiO2@PDA与钯前驱体的质量比为0.05：(0.01
‑
0.05)。5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述对其进行疏水性修饰为将SiO2@PDA@Pd与疏水剂进行第三反应，得到mSiO2@PDA@Pd；其中，所述SiO2@PDA@Pd与疏水剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄伟，应汉杰，张文霞，刘彤乐，欧阳平凯，王志，许敬亮，刘金乐，饶远，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：