生物催化氧化反应催化作用原理和特点生物催化的氧化反应如下所示双加氧酶（dioxygenase）催化的加氧反应是将O2的两个氧原子连续地偶合进底物分子中；氧化酶（oxidase）催化的氧化反应是将分子氧作为直接电子受体，催化底物脱氢，脱下的氢再与氧结合生成水或过氧化氢。羟化反应单加氧酶催化的反应往往用完整的微生物细胞作为生物催化剂，这样比较也有利于NADH或NADPH的循环使用。1．烷烃的羟化反应黄体酮如黑根霉或黑曲霉能立体选择性催化孕甾酮（10.11）的11α-羟化，这样可省去常规化学合成中的许多步骤，大大降低11α-羟基孕甾醇酮的生产成本；弗氏链霉菌（Streptomycesfredial）能将化合物（10.12）的C11位β-羟基化；9α-氟氢可的松玫瑰产色链霉菌能将9α-氟氢可的松（10.13）的16位α-羟基化；木贼镰孢菌生物催化可使石胆酸（10.14）的7β-羟化，并具有高度的选择性。微生物芽孢杆菌属Bacillusmegaterium对烃（10.15）生物转化能形成不对称羟基化产物，而且其羟基化反应具有区域选择性（69％）和对映体选择性，该反应的收率为31％，对映体过量（e.e.）为91%，反应没有得到芳基氧化或过氧化产物。2．芳香族化合物的羟化以真菌、酵母菌、高等生物体细胞单加氧酶催化芳烃羟化反应为模型，研究发现其反应机理的第一步是对芳香族化合物进行环氧化，生成不稳定的中间体芳烃氧化物，该中间体通过氢负离子迁移重排生成苯酚产物，具体反应机制如下所示。芳香族化合物的选择性羟基化也可以通过使用完整的细胞催化进行。例如，6-羟基烟酸(10.16)是以烟酸为原料，在Pseudomonassp或Bacillussp催化作用下完成的。普瑞特罗(Prenalterol)（10.18）是一种治疗心血管疾病的药物，可由刺孢小克银汉霉的细胞催化其底物前体（10.17）区域选择性羟化而制得，该反应不具有对映选择性，因而产物为消旋体。烯烃的环氧化如食油假单胞菌能催化烯烃的环氧化反应，此外还发现多种细菌也可催化烯烃的环氧化，所生成的环氧化物的绝对构型大多数是R型，微生物催化烯烃环氧化反应如下。拜依尔-维利格反应酶法催化拜尔-维利格反应具有立体选择性，潜手性的酮能通过环己酮单加氧酶的不对称氧化生成相应的内酯，氧的插入具有很高的选择性。例如Acinetobactersp的环己酮单加氧酶可将潜手性酮不对称氧化为相应的内酯，氧插入位置取决于4-位取代基R的性质，其产物的立体构型取决于中间体中基团的迁移能力：当R为CH3O、Et、n-Pr和t-Bu时，产物为S构型；但当4-位为n-Bu时，其产物转变为R构型，环己酮单加氧酶催化反应如下所示。芳烃双羟基化反应恶臭假单胞菌的突变菌株能催化不同取代基的芳香族化合物转化为相应的手性顺式连二醇。该菌株对单取代苯和对位双取代苯顺式二羟基化所得连二醇产物构型相反。例如，将单取代苯对位用碘取代，苯环经双加氧酶氧化后通过还原反应再除去碘得到的连二醇产物(10.20)，它的构型与单取代苯反应后得到的连二醇产物(10.19)构型相反。这种构型转变与对位取代基团的性质有关，一般碘的效应大于氟和甲基，且碘最后容易用还原法除去。β-萘甲酸能够被睾丸酮假单胞菌A3C氧化为顺式连二醇（10.21）。还有报道用基因工程技术构建了一株高表达的甲苯双加氧化酶的工程菌珠，这种菌可把联苯类化合物顺式二羟基化为相应连二醇类化合物（10.22）。多元醇的区域选择性氧化生物催化还原反应生物催化还原反应催化作用原理和特点常用的脱氢酶有面包酵母醇脱氢酶和马肝醇脱氢酶，它们催化酮不对称还原，所得还原产物仲醇的对映体过量率可接近100％。这一类酶已被广泛地用于醛和酮的还原反应中，尤其是在手性醇的合成上，具有广泛的应用前景。脱氢酶催化酮或烯烃的还原反应的原理是首先脱氢酶在还原型辅酶的参与下使底物加上1分子的氢，而还原型辅酶本身转化为氧化型辅酶；为了使还原反应继续进行，需要加入第二种辅助底物，作为氧化型辅酶再生的电子和质子供体。酶偶联法的辅酶循环常用辅酶有NADH辅酶I（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）和NADPH辅酶II（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸），一般有80％的氧化还原酶以NADH作为辅酶，10％的氧化还原酶以NADPH为辅酶。少数氧化还原酶以黄素单核苷酸FMN和黄素腺嘌呤二核苷酸FAD作为辅酶。酮的还原反应而且大多数情况下，脱氢酶的立体选择性服从Prelog规则，即H－从空间位阻小的方向对羰基进攻，形成构象稳定的优势中间体，因此由底物的立体结构可以预测反应的产物。酮的还原反应主要内容1．马肝醇脱氢酶催化酮还原具有空间位阻的笼状多环酮，如2-三环癸酮外消旋体(10.23)被HLADH还原后，可以得到外醇和未反应的对映体酮，产物对映体过量率分别为e.