[发明专利]半均相金属酶集成纳米催化剂

说明书

本发明涉及一种半均相金属酶集成纳米催化剂及其制备方法和应用，其中，半均相金属酶集成纳米催化剂包括由疏水性的有机分子笼包裹的钯金属纳米粒子，以及固定于所述有机分子笼表面的脂肪酶CALB。本发明所述的半均相金属酶集成纳米催化剂，利用疏水的有机分子笼作为稳定剂与固定化酶的载体，可实现金属催化剂与酶的分隔，避免两者的接触抑制。同时，有机分子笼能够为催化剂提供极强的疏水性，提高本催化剂在有机溶剂中的溶解性，从而可实现半均相催化剂，并改善催化剂的传质性能，进而能够有效提高催化剂的催化能力。

技术领域

本发明涉及纳米催化技术领域，特别涉及一种半均相金属酶集成纳米催化剂，同时，本发明还涉及一种半均相金属酶集成纳米催化剂的制备方法，以及该半均相金属酶集成纳米催化剂的应用。

背景技术

化学-生物催化领域兼具化学催化剂与生物催化剂二者的优点，在有机合成与精细化工领域发挥了巨大的作用，但是，化学催化与生物催化之间通常存在相互抑制现象，严重阻碍了两者的结合。虽然非均相金属酶集成催化剂可有效解决金属与酶相互抑制的问题，但非均相催化剂的固有性质导致的传质问题会导致其催化能力较低。

手性胺是合成药物的重要中间体，脂肪酶催化手性胺的传统动力学拆分法是获得手性胺单一对映体的有效途径之一，但该方法的最大产率较低。现在的金属酶级联催化反应虽能提高传统动力学拆分的产率，但仍存在以下诸多缺点：(1)金属催化剂与生物催化剂之间存在相互抑制；(2)相对于脂肪酶的最适反应温度，需要不低于70℃的较高的反应温度；(3)需要加入碱性添加物来抑制副反应的发生。

实用新型内容

有鉴于此，发明旨在提出一种半均相金属酶集成纳米催化剂，其能够避免动态动力学拆分反应中金属催化剂与生物催化剂之间的相互抑制，并可具有较高的催化能力。

为达到上述目的，发明的技术方案是这样实现的：

一种半均相金属酶集成纳米催化剂，包括由疏水性的有机分子笼包裹的钯金属纳米粒子，以及固定于所述有机分子笼表面的脂肪酶CALB。

进一步的，所述有机分子笼为通过动态醛胺缩合反应合成的有机亚胺分子笼，其结构式为：

相对于现有技术，发明具有以下优势：

本发明所述的半均相金属酶集成纳米催化剂，通过利用疏水的有机分子笼作为稳定剂与固定化酶的载体，可实现金属催化剂与酶的分隔，避免两者的接触抑制。同时，有机分子笼能够为催化剂提供极强的疏水性，提高本催化剂在有机溶剂中的溶解性，从而可实现半均相催化剂，并改善催化剂的传质性能，进而能够有效提高催化剂的催化能力。

另外，有机分子笼上的亚胺基团可作为固定化酶的锚点，并完成酶的固定化，操作简单，无需复杂的基团修饰步骤，且固定化酶的活性大于游离酶的活性。另外有机分子笼上的亚胺基团能够为手性胺消旋化反应和动态动力学拆分反应提供碱性环境，无需加入碱性添加物，并可有效避免副反应的发生。

此外，本发明涉及一种半均相金属酶集成纳米催化剂的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

a、通过醛胺缩合反应合成疏水性的有机分子笼；

b、制备有机分子笼包裹的钯金属纳米粒子；

c、通过Ugi反应固定脂肪酶CALB，得到半均相金属酶集成纳米催化剂。

进一步的，其特征在于，步骤a包括：

a1、将均三苯甲醛和环己二胺分散在有机溶剂中；

a2、加入三氟乙酸作为催化剂，室温下搅拌反应2-10天；

a3、离心分离，利用二氯甲烷和甲醇的混合溶液洗涤，得到沉淀物，干燥后得到疏水性的有机分子笼。

进一步的，步骤b包括：