连续流微反应器中的“生物代谢” （低碳药物高效合成的一种途径——连续流酶反应）

连续流微反应器中的“生物代谢”

低碳药物高效合成的一种途径——连续流酶反应

代谢是生物体内所发生的用于维持生命的一系列有序的化学反应的总称。这些反应进程使得生物体能够生长和繁殖、保持它们的结构以及对外界环境做出反应。代谢可以被认为是生物体不断进行物质和能量交换的过程，一旦物质和能量的交换停止，生物体的结构和系统就会解体。

代谢中的化学反应可以被归纳为代谢途径，通过一系列酶的作用将一种化学物质转化为另一种化学物质。而酶对于代谢来说是至关重要的，因为它们的催化作用使得生物体可以进行热力学上难以发生的反应。当外界环境发生变化或接受来自其他细胞的信号时，细胞也需要通过酶来实现对代谢途径的调控，从而对这些变化和信号做出反应，而这种过程在生物体内通常是连续的，就如同连续流生产工艺一样，从原料至产品整个反应过程是一个连续化的状态。在自然界中，存在着大量的酶，其中脂肪酶是一类具有多种催化能力的酶，它可以催化三酰甘油脂及其他一些水不溶性酯类的水解、醇解、酯化、转酯化及酯类的逆向合成反应。

目前，临床上超过60%的常用药物为手性药物。通常的化学工艺对手性分子的合成并不理想，存在反应路径长、重金属催化剂残留和收率低等缺点；而脂肪酶对底物具有高度的立体选择性，只需单步反应就可以高效率地制备出手性产物，这使得其在光学纯化物制备和药物手性转换中具有独特的优势。同时，脂肪酶作为生物催化剂具有高度的区域选择性，特别适合于一般化学方法难以实现的多功能化合物的合成，能很好的避免多取代产物等副作用的产生。除此之外，还具有副反应少等特点，将这些高度的立体选择性、区域选择性等优势和连续流微反应器良好的传质优势相结合，在低温条件下，就可以保证产品较高的光学纯度和收率，同时还具有无环境污染的优越性。从而为化学工艺过程提供了更为清洁、高效的途径。

而近几年来，连续流微反应器技术开启了精细化工时代，对传统反应器而言是革命性的颠覆。越来越多的人开始看到微反应器技术给化工生产再“本质安全，环境友好、高效节能”方面带来的显著优势，纷纷加入了该技术的应用热潮。但是，能否将高效的微反应技术和酶催化技术相结合，应用于高效绿色合成过程呢？

南京某高校的合作项目回答了这个问题，该课题组使用Chemtrix BV. 生产的Labtrix Start玻璃微反应器（如图1所示）示范执行一个酶水解的反应，以正己烷为溶剂，用CLAB液体酶进行硬脂酸酯的水解，将酶反应和连续流微反应技术高效的集成，实现了“连续流微反应+酶反应”的二元集成，其具体工艺如下图2所示：

图1 Labtrix Start 连续流微反应器系统

图2 硬脂酸酯的酶解反应工艺过程

使用CLAB液体酶对硬脂酸酯进行液液两相表面反应，相比传统的釜式反应器中其水解效率提高了一倍。此项技术的应用，为高分子化合物的酶水解提供了一种有效的途径，如果应用于工业化生产，在提高酶解效率的同时，还能够减小三废的排放，从而节省企业的生产成本，从而想绿色化工的方向又前进了一步。