一种负载型金属催化剂催化再生NAD(P)H的方法技术

本发明专利技术涉及一种负载型金属催化剂催化再生NAD(P)H的方法，该方法包括在负载型金属催化剂作用下对氧化型辅酶进行还原，得到还原型辅酶NAD(P)H；其中，所述负载型金属催化剂为负载型双金属纳米催化剂；采用本发明专利技术方法再生的辅酶经过MTT法检验具有辅酶的电子转移活性。本发明专利技术所涉及的负载型金属催化剂催化再生NAD(P)H的方法具有反应条件温和，效率高，操作简便、选择性性高、环境友好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种负载型金属催化剂催化再生NAD(P)H的方法
本专利技术属于生物化学催化以及生物制造领域，具体涉及一种负载型金属催化剂催化再生NAD(P)H的方法。
技术介绍
生物催化具有反应条件温和，催化效率高和选择性高等优点，广泛用于包括日用化学品，高附加值药品生产在内的化学和制药工业领域(Straathof,AdrieJJ.ChemicalReviews,2014,114(3):1871-908；BornscheuerUT,HuismanGW,KazlauskasRJ,etal.Nature,2012,485(7397):185-194.)。氧化还原酶是参与生物催化过程的最大的一组酶(约占所有酶的25％)，氧化还原酶在双键氧化，醛和有机酸的氧化还原，生物固氮和生物制氢等领域具有广泛的应用前景(WuH,TianC,SongX,etal.GreenChemistry,2013,15(7):1773-1789.)。氧化还原酶在生物催化或转化反应中均需要烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)或其磷酸化形式(NADPH)的参与(两者均指生物活性1,4-NAD(P)H)，已知的氧化还原酶中有80％需要NADH，而10％需要NADPH(WuH,TianC,SongX,etal.GreenChemistry,2013,15(7):1773-1789.)。鉴于NAD(P)H的高成本(NADH的批量价格为$3000/mol，NADPH的价格比NADH高，其批量价格为$21500/mol)，并且还原型辅酶在环境中是不稳定的，很容易被氧化失活，因此，在氧化还原酶反应中加入化学计量的NAD(P)H在经济上是不可行的(WangX,SabaT,YiuHHP,etal.Chem,2017,2(5):621-654.)。因此，NAD(P)H的高效再生是辅酶依赖型生物催化反应的关键，使得生物催化生产过程中的NAD(P)H通过再生而循环使用(LiFL,ZhouQ,WeiW,etal.InternationalJournalofBiologicalMacromolecules,2019,135.)。目前报道的辅酶再生方法有酶法、化学法、光催化法和电化学法。但NAD(P)H的酶促再生过程复杂且成本不经济(SeelbachK,RiebelB,HummelW,etal.1996,37(9):1377-1380；WangX,SabaT,YiuHHP,etal.Chem,2017,2(5):621-654.)。化学法需要昂贵的有毒金属螯合体作为电子介体([Cp*Rh(bpy)H2O]2+)或甲基紫精通常是已知NAD(P)H参与，并且化学催化所用的催化剂自身对辅酶具有毒性(MaenakaY,SuenobuT,FukuzumiS.JournaloftheAmericanChemicalSociety,2012,134(22):9417.)，光催化除了需要有毒的电子介体参与外，低的光转化效率同样制约着该方法的使用；电催化也需要有毒电子介体参与，并且选择性差。因此，有必要开发一种绿色的经济和高效的NAD(P)H再生方法。近年来的研究表明，使用负载型金属催化剂再生辅酶具有高选择性优点，不需要有毒且昂贵的电子介体，例如，Wang等研究发现三氧化二铝负载Pt、Rh、Ru和Ni均能够强化H2对NAD+的还原活性，并且该方法再生的辅酶能够与生物催化转化结合(WangX,YiuHHP.AcsCatalysis,2016,6(3):1880-1886.)。但是目前多涉及的是负载型单金属纳米催化剂对辅酶的再生，这种负载型单金属催化剂对辅酶的再生效率并不高，并且反应时间长，而关于二元或多元金属纳米催化剂高效再生辅酶的方法仍未见报道。近年来，基于温和、清洁、效率高以及选择性高等优点，依赖NAD(P)H合成高附加值化学品、药品等生物催化反应引起了科学家们的广泛关注和研究。开发一种高效绿色的NAD(P)H再生方法对解决生物催化反应中辅酶高效循环使用、降低生物催化的成本具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是要提供一种负载型双金属纳米催化剂催化再生NAD(P)H的方法，这种负载型双金属纳米催化剂对NAD(P)H的再生并不需要有毒的电子介体([Cp*Rh(bpy)H2O]2+)参与，再生的辅酶经过MTT法检测具有电子转移活性。该方法具有反应条件温和，辅酶再生效率高，反应快速，选择性高，环境友好、操作简便易行等优点。为此，本专利技术提供了一种负载型金属催化剂催化再生NAD(P)H的方法，其包括在负载型金属催化剂作用下对氧化型辅酶进行还原，得到还原型辅酶NAD(P)H；其中，所述负载型金属催化剂为负载型双金属纳米催化剂。本专利技术中，所述负载型双金属纳米催化剂由双金属纳米粒子负载于载体上构成，其中，所述双金属包括贵金属和/或过渡金属，其中，所述贵金属包括金、钯、铂和银等中的一种或几种；所述过渡金属包括铜、镍和钴等中的一种或几种；优选地，所述双金属包括金、钯和铂中的任意两种。在本专利技术的一些实施例中，所述负载型双金属纳米催化剂的工作浓度为0.001-10mg/mL，优选为1-5mg/mL。在本专利技术的另一些实施例中，所述负载型双金属纳米催化剂中的双金属的质量比值为0.25-4。本专利技术中，所述载体以纳米材料的形式存在，其包括金属氧化物、非金属氧化物、非金属半导体、碳材料和金属有机框架材料(MOFs)等中的一种或多种；其中，所述金属氧化物包括氧化锆、氧化钛和氧化镁中的一种或几种；所述非金属氧化物包括氧化硅和/或五氧化二磷等；所述非金属半导体包括石墨相氮化碳和/或石墨烯等；所述碳材料包括活性炭、碳纳米管和碳纤维等中的一种或几种。在本专利技术的一些实施例中，双金属纳米粒子的负载量为0.001wt％-10wt％，优选为1wt％-5wt％。根据本专利技术的一些实施方式，所述方法包括将氧化型辅酶、负载型双金属纳米催化剂和电子供体在缓冲液中混合后，搅拌反应，得到还原型辅酶NAD(P)H。根据本专利技术的另一些实施方式，所述方法包括：步骤S1，将负载型双金属纳米催化剂和电子供体在缓冲液中混合后，搅拌反应，然后离心去除催化剂，获得具有辅酶还原活性物质的上清液；步骤S2，向含具有辅酶还原活性物质的上清液中加入氧化型辅酶，搅拌反应，得到还原型辅酶NAD(P)H；其中的辅酶还原活性物质包括醛类化合物，所述醛类化合物包括乙醇醛、乙醛、乙二醛和甲醛中的一种或几种。在本专利技术的一些实施例中，所述反应的温度为20-40℃，优选为25-37℃。在本专利技术的另一些实施例中，所述反应的时间为10-480min，优选为60-240min。本专利技术中，所述搅拌为磁力搅拌、机械搅拌或振荡。在本专利技术的一些实施例中，所述搅拌的转速为0-800rpm，优选为100-600rpm。本专利技术中，所述氧化型辅酶为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)或NAD(P)+的模型化合物。在本专利技术的一些实施例中，所述氧化型辅酶的浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载型金属催化剂催化再生NAD(P)H的方法，其包括在负载型金属催化剂作用下对氧化型辅酶进行还原，得到还原型辅酶NAD(P)H；其中，所述负载型金属催化剂为负载型双金属纳米催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种负载型金属催化剂催化再生NAD(P)H的方法，其包括在负载型金属催化剂作用下对氧化型辅酶进行还原，得到还原型辅酶NAD(P)H；其中，所述负载型金属催化剂为负载型双金属纳米催化剂。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负载型双金属纳米催化剂由双金属纳米粒子负载于载体上构成，其中，所述双金属包括贵金属和/或过渡金属，其中，所述贵金属包括金、钯、铂和银中的一种或几种；所述过渡金属包括铜、镍和钴中的一种或几种；优选地，所述双金属包括金、钯和铂中的任意两种；和/或，所述负载型双金属纳米催化剂的工作浓度为0.001-10mg/mL，优选为1-5mg/mL；和/或，所述负载型双金属纳米催化剂中的双金属的质量比值为0.25-4。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述载体以纳米材料的形式存在，其包括金属氧化物、非金属氧化物、非金属半导体、碳材料和金属有机框架材料中的一种或多种；其中，所述金属氧化物包括氧化锆、氧化钛和氧化镁中的一种或几种；所述非金属氧化物包括氧化硅和/或五氧化二磷；所述非金属半导体包括石墨相氮化碳和/或石墨烯；所述碳材料包括活性炭、碳纳米管和碳纤维中的一种或几种；优选地，双金属纳米粒子的负载量为0.001wt％-10wt％，优选为1wt％-5wt％。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括将氧化型辅酶、负载型双金属纳米催化剂和电子供体在缓冲液中混合后，搅拌反应，得到还原型辅酶NAD(P)H。


5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1，将负载型双金属纳米催化剂和电子供体在缓冲液中混合后，搅拌反应，然后离心去除催化剂，获得具有辅酶还原活性物质的上清液；
步骤S2，向含具有辅酶还原活性物质的上清液中加入氧化型辅酶，搅拌反应，得到还原型辅酶NAD(P)H；
其中的辅酶还原活性物质包括醛类化合物，所述醛类化合物包括乙醇醛、乙醛、乙二醛和甲醛中的一种或几种。


6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述反应的温度为20-40℃，优选为25-37℃；和/或，所述反应的时间为10-480min，优选为60-240min；和...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏海佳，王耀强，肖刚，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11