8月3日，中國化工報(bào)記者從中國科學(xué)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(zhuǎn)化為具有潛在價(jià)值的氧化產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)環(huán)境污染物變廢為寶。
該項(xiàng)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(duì)動(dòng)物和人類具有高毒性和致癌性。雖然烷基酚是重點(diǎn)污染物，但卻是生產(chǎn)生活中不可或缺的化工產(chǎn)品。因?yàn)橥榛拥难苌锊粌H是抗氧化劑、洗滌劑、聚合材料、潤(rùn)滑劑、乳化劑、殺蟲劑和藥物等多種工業(yè)化學(xué)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(xì)化學(xué)品的結(jié)構(gòu)組成單元。
谷氨酸棒桿菌是一類可以對(duì)酚類化合物進(jìn)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(duì)甲酚首先被轉(zhuǎn)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(duì)羥基苯甲醇、對(duì)羥基苯甲醛和對(duì)羥基苯甲酸。對(duì)羥基苯甲酸可進(jìn)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(gè)醇脫氫酶和一個(gè)醛脫氫酶，這兩種酶的存在可進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)甲酚的降解效率。
杜磊還介紹，在化學(xué)催化過程中，對(duì)于某些反應(yīng)活性很強(qiáng)，但并不想讓其參加反應(yīng)的基團(tuán)，首先要對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，然后對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行催化，最后脫保護(hù)生成最終產(chǎn)物。對(duì)甲酚降解途徑中所展示的磷酸基團(tuán)“裝載”、磷酸化中間體氧化和磷酸基團(tuán)“卸載”，與化學(xué)氧化催化策略中通常采用的基團(tuán)保護(hù)、中間體氧化和基團(tuán)去保護(hù)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(duì)核心催化劑P450單加氧酶與底物對(duì)甲酚進(jìn)行了共晶解析，充分了解其催化機(jī)理；選取多種不同類型的烷基酚進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)位和間位取代烷基酚側(cè)鏈的選擇性氧化，而且催化對(duì)乙酚和間乙酚的芐位羥化實(shí)現(xiàn)了完美的立體選擇性，這在化學(xué)催化上是極難實(shí)現(xiàn)的。
此外，研究人員通過調(diào)控反應(yīng)條件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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?qū)ν榛舆M(jìn)行催化轉(zhuǎn)化，還能實(shí)現(xiàn)非酚類化合物的催化轉(zhuǎn)化，例如可將磷酸化環(huán)己醇及甲基環(huán)己醇轉(zhuǎn)化為多種羥基化合物，應(yīng)用前景廣闊。（記者陳菲）
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