8月3日，中國化工報記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所了解到，該研究所與中科院微生物所聯(lián)合開發(fā)了一套“仿化”生物催化系統(tǒng)，可將多種有害的烷基酚轉化為具有潛在價值的氧化產(chǎn)物，實現(xiàn)環(huán)境污染物變廢為寶。
該項目主要研究人員杜磊博士介紹，烷基酚屬于酚類化合物中的一類，其對動物和人類具有高毒性和致癌性。雖然烷基酚是重點污染物，但卻是生產(chǎn)生活中不可或缺的化工產(chǎn)品。因為烷基酚的衍生物不僅是抗氧化劑、洗滌劑、聚合材料、潤滑劑、乳化劑、殺蟲劑和藥物等多種工業(yè)化學品生產(chǎn)的重要前體，而且還是心血管疾病治療藥物美多心安、植物天然藥物天麻素及紅景天苷等高值精細化學品的結構組成單元。
谷氨酸棒桿菌是一類可以對酚類化合物進行降解的微生物。研究人員通過研究發(fā)現(xiàn)，在谷氨酸棒桿菌中，對甲酚首先被轉化為4-甲苯基磷酸，再氧化成為磷酸化的醇、醛、酸中間產(chǎn)物，最終這些磷酸化中間產(chǎn)物被磷酸水解酶水解，分別生成對羥基苯甲醇、對羥基苯甲醛和對羥基苯甲酸。對羥基苯甲酸可進入微生物中心代謝而被完全降解利用。此外，該降解途徑中還含有一個醇脫氫酶和一個醛脫氫酶，這兩種酶的存在可進一步加強對甲酚的降解效率。
杜磊還介紹，在化學催化過程中，對于某些反應活性很強，但并不想讓其參加反應的基團，首先要對其進行保護，然后對反應物進行催化，最后脫保護生成最終產(chǎn)物。對甲酚降解途徑中所展示的磷酸基團“裝載”、磷酸化中間體氧化和磷酸基團“卸載”，與化學氧化催化策略中通常采用的基團保護、中間體氧化和基團去保護的過程不謀而合，使得這種生物催化方式具有“仿化”特性。這種“仿化”生物催化方式在自然界中極為罕見。
為拓寬這一生物催化系統(tǒng)的普適性，研究人員還對核心催化劑P450單加氧酶與底物對甲酚進行了共晶解析，充分了解其催化機理；選取多種不同類型的烷基酚進行催化轉化測試，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對位和間位取代烷基酚側鏈的選擇性氧化，而且催化對乙酚和間乙酚的芐位羥化實現(xiàn)了完美的立體選擇性，這在化學催化上是極難實現(xiàn)的。
此外，研究人員通過調控反應條件，實現(xiàn)了對乙酚多種氧化產(chǎn)物的選擇性合成，使該系統(tǒng)具有人工可控性。而且，該系統(tǒng)不僅能夠對烷基酚進行催化轉化，還能實現(xiàn)非酚類化合物的催化轉化，例如可將磷酸化環(huán)己醇及甲基環(huán)己醇轉化為多種羥基化合物，應用前景廣闊。（記者陳菲）
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