固定化脂肪酶催化消旋阿替洛尔动态动力学拆分——可持续药物合成的关键突破

本研究针对传统化学合成阿替洛尔(S)-对映体存在的环境毒性高、手性分离效率低等问题，开发了基于荧光假单胞菌脂肪酶(PFL)的聚离子液体(PIL)/聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶固定化体系。通过优化聚合条件(70°C/30min)获得PIL转化率63.5%、PAM转化率90.9%的载体材料，使固定化酶热稳定性提升30%，重复使用10次后活性仍保持60%。在动态动力学分辨率(DKR)反应中实现55.48%转化率和100%对映体过量值(ee)，较游离酶效率提升4倍，为绿色制药提供新策略。

　　

心血管药物阿替洛尔作为β受体阻滞剂，其(S)-对映体具有显著药理活性。传统化学合成面临有机溶剂用量大、手性分离能耗高等痛点，而游离酶催化又存在稳定性差、难以重复利用的瓶颈。针对这些挑战，波兹南理工大学团队创新性地将荧光假单胞菌脂肪酶(Pseudomonas fluorescens lipase)封装在3-丁基-1-乙烯基咪唑溴盐(VBIMBr)与丙烯酰胺共聚的水凝胶中，相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。

研究采用核磁共振(NMR)监测单体聚合动力学，通过共聚焦显微镜(CLSM)表征酶分布形态，结合热重分析(TGA)和BET比表面积测试评估材料性能。以对硝基苯酚棕榈酸酯(p-NPP)水解为模型反应，系统考察了固定化酶的pH/温度稳定性。最终在动态动力学分辨率(DKR)中，通过高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)分析阿替洛尔酯化反应的对映体过量值(ee)。

【材料物性表征】通过¹
H NMR证实70°C/30min为最佳聚合条件，此时PIL和PAM转化率分别达63.5%和90.9%。CLSM显示酶分子均匀分布于纤维状水凝胶网络，BET测试表明固定化使材料孔径从14.03nm缩小至12.82nm，证实酶的成功包埋。TGA曲线显示固定化酶在600°C残渣量达20%，显著高于游离酶的12%。

【催化性能优化】高负载体系(HLES)在70°C仍保持90%活性，10次循环后活性保留60%，优于低负载体系(LLES)的40%。Elution测试显示酶泄漏率仅1.26%，pH5-9范围内活性稳定。这种增强源于VBIMBr的"相容剂"作用，其咪唑环既能稳定酶构象，又可调节PAM与PVA的亲疏水平衡。

【阿替洛尔拆分应用】在DMF溶剂中，固定化酶48小时转化率达55.48%，较游离酶(13.99%)提升近4倍，且ee值始终保持100%。连续流反应器放大实验显示，首轮转化率进一步提升至56.08%，6次循环后仍保持24.48%效率。这种优异表现归因于：①水凝胶脱水处理促进脂肪酶"界面激活"机制；②微量水分解DMF产生的二甲胺碱化环境，加速未反应对映体外消旋化；③VBIMBr的咪唑基团可能辅助底物消旋。

该研究通过"一锅法"同步实现载体合成与酶固定化，创制出兼具高活性(107%活性回收率)与操作稳定性的杂化水凝胶催化剂。其创新价值体现在：①首次将PIL-PAM复合载体用于阿替洛尔手性拆分，突破传统化学合成对重金属催化剂的依赖；②阐明VBIMBr在稳定酶三维构象中的"分子伴侣"作用；③开发的连续流工艺为手性药物绿色生产提供可放大的技术原型。未来通过优化载体交联度、引入磁性纳米粒子等措施，有望进一步提升催化剂的机械强度和循环寿命。