金属胶束模拟酶温和催化纤维二糖的水解

【作者】 彭肖； 孟祥光； 米春；

【机构】 四川大学化学学院；

【摘要】 葡萄糖是一种重要的化学化工平台化合物,将纤维素选择性水解为葡萄糖对解决目前社会面临的资源和能源问题都具有非常重要的意义。目前纤维素的水解主要是无机酸[1]和酶催化[2]水解,无机酸水解效率高、温度低、副产物少,但酸回收困难、设备腐蚀大、成本高、产物难分离、环境污染问题等;目前利用纤维素酶来催化纤维素的水解是该领域的焦点之一,其选择性好,环境友好无污染;但反应时间较长,酶的成本高,分离困难等,因此不能广泛应用于工业化生产。故研究温和条件下高效水解纤维素得到葡萄糖是绿色化学领域最有吸引力和挑战性的课题之一[3]。本文合成了一种含有肟基功能团的新型表面活性剂N-十二烷基丁二酮一肟(dmbo),研究了dmbo与La(NO3)3形成的金属胶束体系在温和条件下(80℃-110℃)催化纤维素模型化合物纤维二糖水解的反应。研究表明,在p H=9.0条件下此金属胶束能够有效地催化纤维二糖水解为还原糖(葡萄糖、果糖、1,6-脱水葡萄糖)和glucosyl-erythrose(GE),同时所有产物在此条件下能保持相对稳定,几乎不随时间的延长而继续发生分解。本文还得到了在金属La胶束条件下反应条件为95℃,p H=9.0,10h,纤维二糖转化率和还原糖产率分别为45.6%和32.3%,其还原糖选择性能够达到70%。据作者所知,这是首次在温和条件(低温和弱碱)下降解纤维二糖达到如此较高的选择性,也是首次在温和条件下通过Retro-aldol Condensation反应得到GE。根据胶束催化的相分离模型,提出了纤维二糖的降解的可能途径,研究了反应动力学行为,并得到了纤维二糖水解的表观一级反应速率常数kobsd和米氏常数km,并求出了纤维二糖在此条件下降解的表观活化能为Ea=86.92k J/mol,此体系较好达到了模拟β-1,4糖苷酶的效果.更多还原