氯过氧化物酶修饰电极在催化有机合成中的应用

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生物酶催化剂是一类无毒、清洁、高效的催化剂,使用生物酶作催化剂,可减少有毒有害物的排放,有利于环境保护,完全符合绿色化学的要求。氯过氧化物酶(Chloroperoxidase,CPO)由于其结构上的特殊性,对烯烃的卤化、环氧化、羟基化和有机硫化合物的磺化氧化具有的手性催化活性等引起了广泛的关注。但是作为氧供体的H2O2很容易导致酶失活、降低酶的催化效率。所以发展了很多更加温和而高效利用CPO的方法,但大都存在CPO无法反复利用、反应装置复杂、过程繁琐等问题。本文借鉴生物传感器制作方法将CPO固定在电极表面,利用电化学催化产生的H2O2推动CPO催化有机反应。并通过改进CPO修饰电极的制作方法进一步增加修饰电极的稳定性,延长酶的使用寿命,提高转化率。首先,将氯过氧化物酶(Chloroperoxidase, CPO)与双十二烷基溴化铵(DDAB)形成的类生物膜一起修饰到玻碳电极表面,再滴涂壳聚糖制得Chi/CPO-DDAB/Nafion/GC修饰电极。原子力显微镜和场发射扫描电镜观察的结果显示,修饰电极的表面呈现许多不规则的液滴(5001000nm),修饰膜的平均厚度为30nm。循环伏安测量结果表明,CPO与电极之间发生了受表面吸附控制的准可逆的直接电子传递,电子传递速率ks为2.27±0.08s-1,经估算,修饰电极上约有52%的CPO发生了直接的电子传递。该CPO修饰电极可有效地催化O2还原为H2O2。为在催化有机合成反应中的应用奠定了良好的基础。以Chi/CPO-DDAB-Nafion/GC修饰电极作工作电极,-0.6V进行恒电位电解,红外光谱和核磁氢谱对产物的表征结果确定生成了肉桂醛,表明利用原位产生的过氧化氢,修饰电极上固定的CPO可以催化肉桂醇氧化为肉桂醛。进一步的试验证明,产物肉桂醛的生成量随电解时间的增加呈线性增加,肉桂醛的转化速率为3.3μmol?h-1。该修饰电极具有稳定的催化活性,总转化数达到80500mol/mol CPO。基于Chi/CPO-DDAB-Nafion/GC修饰电极的体系还可以催化万古霉素的氯化。但催化产物随恒电位电解时间的变化而改变。反应刚开始的1小时以内,主要产物为一氯万古霉素,4小时以内以二氯万古霉素产物为主,进一步延长电解时间,万古霉素的转化量不再变化。经过固相萃取柱纯化的万古霉素氯化产物经核磁氢谱鉴别确定在7号环上发生氯化反应。研究发现,壳聚糖封涂的电极可以增加修饰电极的稳定性,也可以促进万古霉素二氯产物的生成。以CPO修饰电极构成的催化氯化体系在pH3时有最高的催化能力。
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