派智库

8月3日，中国化工报记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所了解到，该研究所与中科院微生物所联合开发了一套“仿化”生物催化系统，可将多种有害的烷基酚转化为具有潜在价值的氧化产物，实现环境污染物变废为宝。　　该项目主要研究人员杜磊博士介绍，烷基酚属于酚类化合物中的一类，其对动物和人类具有高毒性和致癌性。虽然烷基酚是重点污染物，但却是生产生活中不可或缺的化工产品。因为烷基酚的衍生物不仅是抗氧化剂、洗涤剂、聚合材料、润滑剂、乳化剂、杀虫剂和药物等多种工业化学品生产的重要前体，而且还是心血管疾病治疗药物美多心安、植物天然药物天麻素及红景天苷等高值精细化学品的结构组成单元。　　谷氨酸棒杆菌是一类可以对酚类化合物进行降解的微生物。研究人员通过研究发现，在谷氨酸棒杆菌中，对甲酚首先被转化为4-甲苯基磷酸，再氧化成为磷酸化的醇、醛、酸中间产物，最终这些磷酸化中间产物被磷酸水解酶水解，分别生成对羟基苯甲醇、对羟基苯甲醛和对羟基苯甲酸。对羟基苯甲酸可进入微生物中心代谢而被完全降解利用。此外，该降解途径中还含有一个醇脱氢酶和一个醛脱氢酶，这两种酶的存在可进一步加强对甲酚的降解效率。　　杜磊还介绍，在化学催化过程中，对于某些反应活性很强，但并不想让其参加反应的基团，首先要对其进行保护，然后对反应物进行催化，最后脱保护生成最终产物。对甲酚降解途径中所展示的磷酸基团“装载”、磷酸化中间体氧化和磷酸基团“卸载”，与化学氧化催化策略中通常采用的基团保护、中间体氧化和基团去保护的过程不谋而合，使得这种生物催化方式具有“仿化”特性。这种“仿化”生物催化方式在自然界中极为罕见。　　为拓宽这一生物催化系统的普适性，研究人员还对核心催化剂P450单加氧酶与底物对甲酚进行了共晶解析，充分了解其催化机理；选取多种不同类型的烷基酚进行催化转化测试，发现该系统可以实现对位和间位取代烷基酚侧链的选择性氧化，而且催化对乙酚和间乙酚的苄位羟化实现了完美的立体选择性，这在化学催化上是极难实现的。　　此外，研究人员通过调控反应条件，实现了对乙酚多种氧化产物的选择性合成，使该系统具有人工可控性。而且，该系统不仅能够对烷基酚进行催化转化，还能实现非酚类化合物的催化转化，例如可将磷酸化环己醇及甲基环己醇转化为多种羟基化合物，应用前景广阔。（记者陈菲）