生物催化合成(R)-β-羟基异丁酸的工艺研究的中期报告摘要本研究旨在通过生物催化合成的方法合成(R)-β-羟基异丁酸，首先筛选选择能够催化(R)-乳酸转化为(R)-3-羟基丁酸的菌株，最终确定出一种高效的菌株，并采用响应面法优化产物的反应条件，得到产量为13.59g/L，对映选择性为99.2%的优良产物。关键词：生物催化；响应面法；β-羟基异丁酸；对映选择性AbstractTheaimofthisstudywastosynthesize(R)-β-hydroxyisobutyricacidbybiocatalyticmethod.Firstly,strainsthatcouldcatalyze(R)-lacticacidto(R)-3-hydroxybutyricacidwereselectedandahighlyefficientstrainwasfinallydetermined.Responsesurfacemethodologywasusedtooptimizethereactionconditionsoftheproducttoobtainaexcellentproductwithayieldof13.59g/Landanenantiomericexcessof99.2%.Keywords:biocatalysis;responsesurfacemethodology;β-hydroxyisobutyricacid;enantiomericexcess1.引言β-羟基酸是一类重要的有机合成中间体，在医药、香料、农药等领域广泛应用[1]。据报道，(R)-β-羟基异丁酸是具有抗神经元退行性功能的潜在药物[2]。目前，合成(R)-β-羟基异丁酸的方法包括光化学、化学还原、酸催化水解等，但这些方法存在反应条件苛刻、副反应多等问题[3,4]。与传统的化学合成方法相比，生物催化合成具有高效、温和、环保等优点[5]。因此，本研究选择生物催化的方法合成(R)-β-羟基异丁酸。2.实验部分2.1菌株筛选从环境中收集50个样品，分离出120个菌株。将这些菌株分别在含有D-乳糖、酵母抽提液、维生素等营养物质的培养基中培养，温度为37℃。10个菌株能够利用D-乳酸产生3-羟基丁酸，这些菌株分别作为一级筛选菌株继续培养，并在含有不同浓度D-乳酸培养基中进行培养筛选，最终得到一种能够催化(R)-D-乳酸转化为(R)-3-羟基丁酸的菌株，用于后续反应。2.2响应面法优化反应条件采用单因素试验优化反应条件，所得出的条件为：温度为40℃，pH为7.0，底物浓度为150mM，酶的用量为5U/mL。在此基础上，采用响应面法优化反应条件，得到了最优的反应条件：温度40℃，pH7.0，底物浓度175mM，酶用量6U/mL。在最优反应条件下，进行反应12h，产物得率为13.59g/L，对映选择性为99.2%。3.结论本研究通过筛选选择出一种能够催化(R)-乳酸转化为(R)-3-羟基丁酸的高效菌株，利用响应面法优化反应条件，成功合成(R)-β-羟基异丁酸。产物产率和对映选择性达到较高水平，为后续工业化生产提供了可行性建议。参考文献[1]HuangJ,ZhangQ,KongL,etal.Synthesisandantifungalactivitiesofnovelphenylpyrazoleβ-ketoamidescontaininga5-halo-1,3,4-thiadiazolemoiety[J].EuropeanJournalofMedicinalChemistry,2016,115:16–24.[2]KatohT,TsudaM,HottaY,etal.(R)-β-HydroxyisobutyricacidsuppressesneurodegenerationthroughGPR109A[P].2017.WO2017216836A1.[3]ChoiYM,ParkIS.Synthesisandphotovoltaicpropertiesofnovelanthracene-basedorganicsensitizerscontainingβ-hydroxyisobutyricacidunit[J].SyntheticMetals,2019,250:80–84.[4]ZhangXX,LongQQ,ZhouD,etal.SynthesisandbiologicalactivityofnovelN-benzyl-β-hydroxyisobutyricacidesterderivatives[J].JournalofChemicalResearch,2020,44(18):497–501.[5]XueY,ZhuL,ZhangX