如何通过逆生物合成方法实现高效合成3-苯丙醇? 3-苯丙醇是一种具有风信子和木犀草香气的化合物,具有广泛的应用价值。它被广泛用作可食用香料添加剂,用于食品、饮料和化妆品等领域。此外,3-苯丙醇还参与药物、涂层和树脂的制备,显示出巨大的应用潜力。 天津大学合成生物学团队的赵广荣教授课题组最近在Microbial Cell Factories上发表了一篇名为“Metabolic engineering of Escherichia coli for de novo production of 3-phenylpropanol via retrobiosynthesis approach”的论文。他们通过逆生物合成分析方法重新设计了3-苯丙醇的生物合成途径,并结合代谢工程优化策略,在大肠杆菌中实现了高效的合成。 研究团队使用RetroPath 2.0进行在线逆生物合成分析,设计了一条催化L-苯丙氨酸合成3-苯丙醇的途径。该途径包括苯丙氨酸解氨酶PAL、烯酸还原酶ER、羧酸还原酶CAR及其激活蛋白PPTase,以及内源醛酮还原酶AKR或乙醇脱氢酶ADH。通过比较不同来源的CAR、PPTase和PAL,确定了最优的重组途径,其中包括AtPAL2、CaER、SruCAR和EcPPTase。引入CaER可以解除C=C双键还原节点的限速,使L-苯丙氨酸合成365.59 mg/L 3-苯丙醇成为可能。 研究团队还改造了L-苯丙氨酸合成底盘,通过敲除能够增加前体PEP供给和解除负调控的基因,构建了6株不同敲除组合的底盘菌株。将3-苯丙醇重组途径引入这些底盘中进行测试,发现ptsG、pykA和pykF三个基因敲除底盘与重组途径适配性最佳,可以由葡萄糖合成473.75 mg/L 3-苯丙醇。在优化途径基因的表达强度和发酵条件后,大肠杆菌能够利用葡萄糖-甘油混合碳源合成847.79 mg/L 3-苯丙醇。 这项研究通过逆生物合成分析设计了3-苯丙醇的合成途径,并结合代谢工程改造,实现了目前微生物合成3-苯丙醇的最高产量。这为微生物合成其他高附加值产品的途径设计和工程改造提供了有益参考。 查看更多
如何设计具有双活性位点的催化剂实现复杂串联反应的高效转化? 对于串联反应而言,反应过程相对复杂,且通常涉及到不同性质官能团的转化。如将 HMF 氧化为2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的过程中,既涉及羟甲基氧化为醛基的过程,同时也涉及醛基向羧酸的转化。由于反应机理差异,单一催化活性位点可能对两种氧化反应表现出不同的催化活性,最终导致 HMF热催化转化反应条件苛刻、转化效率不尽如人意等问题。根据多步反应各自特点,构建双活性位点“接力式”催化剂,发挥不同位点对不同官能团特异性高效催化的特性,有可能实现对这种复杂串联的高效催化转化。 基于以上观点,张和鹏教授团队设计并制备了一种具有两种不同活性位点的新型级联催化剂((Co1→Cop)/N-CNTs),即同时存在Co 单原子 (Co1) 和 Co 纳米颗粒 (Cop)用于催化氧化串联反应。实验结果发现,制备的双活性位点级联催化剂(Co1→Cop)/N-CNTs对HMF氧化为FDCA具有非常高的活性。另一方面,通过动力学研究表明, Co1 和 Cop 分别对羟基氧化为醛基(HMFCA 至 FFCA)和醛基氧化为羧基(HMF 至 HMFCA 和 FFCA 至 FDCA)分别具有较好的催化活性,这是制备的 (Co1→Cop) /N-CNTs 对 HMF 氧化为 FDCA 表现出优异的催化性能的主要原因。 西北工业大学张秋禹教授、张和鹏教授团队以简单的ZnCo-ZIF为前驱体,通过控制热解条件制备了一种同时存在Co单原子(Co1)和Co纳米颗粒(Cop)的新型双活性位点催化剂。透射电镜表明,(Co1→Cop) /N-CNTs中包含较多的碳纳米管,平均粒径约为10 nm的Cop包覆在碳纳米管的顶端,而在碳纳米管表面负载了丰富的Co1。 Figure 1. Schematic illustration for the synthesis of (Co1→Cop)/N-CNTs from ZnCo-ZIF. Figure 2. (a and b) TEM images of (Co1→Cop)/N-CNTs. (c) Co NP size distribution in (Co1→Cop)/N-CNTs. (d) HAADF-STEM image and corresponding element mapping images showing the distributions of (C (green), N (yellow), and Co (cyan) within the (Co1→Cop)/N-CNT catalyst. (e) HRTEM images of (Co1→Cop)/N-CNTs. (f) HAADF-STEM image of (Co1→Cop)/N-CNTs in the nanoparticle-free region, where single Co atoms are clearly seen. 正如预期的那样,(Co1→Cop)/N-CNTs对 HMF 热催化氧化反应表现出卓越的催化活性,在常压O2气氛以及100 °C的条件下,反应8小时可实现HMF的100%转化率及96%的 FDCA 产率,碳平衡也可以达到100%。即使反应温度降低至 80 °C,HMF 转化率和 FDCA 选择性也分别达到 100% 和 79%。 实验和动力学研究表明,Co1 活性位点对羟甲基氧化为表现出高的催化活性,加速了中间体 HMFCA 向 FFCA 的转化;而适当粒径的 Cop 促进了醛基向羧基的转化,从而加速HMF向HMFCA以及FFCA 向FDCA的转化。受益于 Co1 和 Cop 活性位点的不同特性,(Co1→Cop)/N-CNTs 催化剂可对串联氧化中每个基元反应加速,从而以“接力式”的方式实现HMF的高效转化。同时该催化剂还表现出优异的循环稳定性和工业化前景,放大试验后可制备得到超过10 g的高纯FDCA。 Figure 3. (a) Catalytic performance of (Co1→Cop)/N-CNTs, (Co1→Cop)/N-CNTs-etched and (Co1→Cop)/N-CNTs-KSCN for HMF oxidation. (b) Catalytic performance of (Co1→Cop)/N-CNTs, (Co1→Cop)/N-CNTs-etched and (Co1→Cop)/N-CNTs-KSCN for HMFCA and FFCA oxidation. (c) Arrhenius plots for (Co1→Cop)/N-CNTs-etched and (Co1→Cop)/N-CNTs-KSCN in oxidations of HMF, HMFCA and FFCA. The ln r values were calculated based on the product generation rate versus reaction time. Scheme 1. Schematic illustration of HMF transfer to FDCA accelerated by different activity sites (Co1 and Cop). 综上所述,我们设计并制备了一种具有双活性位点“接力式”Co基催化剂。该催化剂具有制备方法简单、易于放大等优点。受益于 Co1 和 Cop 活性位点的不同特性,(Co1→Cop)/N-CNTs 催化剂可对串联氧化中每个基元反应加速,从而以“接力式”的方式实现HMF的高效转化,该研究为多中间体级联反应用催化剂的设计提供了一种新的思路。 查看更多
环丙酰胺的合成方法及应用领域? 环丙酰胺是一种淡棕色结晶粉末,常温常压下不溶于水。作为有机合成和医药化学中间体,它在实验室研发和制药行业的原料药制备中具有重要作用。 合成方法 图1 展示了环丙酰胺的合成路线。 方法一:在空气环境下,将环丙腈和水合氢氧化铯在氨水中反应,经过萃取和纯化即可得到目标产物。 方法二:将环丙腈、正己烷和MnO2/SiO2加入圆底烧瓶中,在回流温度下反应,经过提取和重结晶得到所需产品。 图2 展示了另一种环丙酰胺的合成路线。 通过加热和结晶等步骤,可以得到目标产物。 应用领域 环丙酰胺主要用作有机合成和医药化学的中间体,可用于实验室研发和制药行业的原料药制备。在有机合成转化中,环丙酰胺中的酰胺基团可以通过霍夫曼降解反应脱去一分子的羰基得到相应的一级胺产物。此外,酰胺可以在二氯亚砜的作用下脱水得到环丙腈。 参考文献 [1] Li, Yang et al Green Chemistry, 18(18), 4865-4870; 2016 [2] Deng, Tao and Wang, Cheng-Zhang ChemCatChem, 9(7), 1349-1353; 2017 [3] Yi, Jian-ming et al Journal of Central South University of Technology (English Edition), 7(2), 81-83; 2000 查看更多
对二甲胺基苯甲醛的用途和合成方法? 对二甲胺基苯甲醛是一种常用的分析试剂,可用于测定吲哚、粪臭素、尿蓝母、色氨酸、白蛋白、过氧化氢、胂凡钠明、邻氨基苯甲酸、安替比林麦角碱等物质,还可用于区别血清发疹和腥红热,并可用于染料制造和作为染料中间体。 对二甲胺基苯甲醛的合成方法 对二甲胺基苯甲醛的合成方法包括以下步骤: a. 制备二甲氨基苯甲醛粗产品:在250 mL三口瓶中按顺序加入28g乌洛托品、135 mL冰醋酸、15 mL三氟乙酸、25 mL N,N-二甲基苯胺,装上冷凝管,油浴90°C加热6h后停止反应,用旋转蒸发仪蒸去酸并回收,残留物用饱和碳酸钠水溶液中和至PH值7,然后用醋酸乙酯萃取,合并萃取液,用Ig活性炭脱色,母液用旋转蒸发仪蒸去醋酸乙酯,得到二甲氨基苯甲醛粗产品; b. 制备二甲氨基苯甲醛精制品:将二甲氨基苯甲醛粗产品与2倍重量的水混合,室温搅拌30min,用浓盐酸调节pH至2,固体溶解,过滤,滤液用饱和碳酸钠溶液调节pH至8,8-12°C搅拌1h,过滤,得到二甲氨基苯甲醛精制品。 查看更多
特利加压素是否是治疗HRS的有效药物? 晚期肝病患者存在肝肾综合征(HRS)的风险,该综合征与腹水密切相关,由于有效循环血容量不足、肾脏血流量下降、内毒素血症以及前列腺素减少等因素引起。目前,除肝肾移植外,尚无有效的干预手段,导致HRS的存活率较低。 然而,2022年9月14日,特利加压素被FDA批准用于治疗HRS,成为首个获得批准的HRS治疗药物。这一批准与一项随机双盲研究结果密切相关。本文将介绍该研究的设计和结果,以便读者了解特利加压素的疗效。 研究设计 CONFIRM研究是一项3期、多中心、多国(美国和加拿大)的随机双盲研究,于2016年7月13日至2019年7月24日期间进行。 研究纳入标准包括:①肝硬化并伴有腹水;②肾功能快速恶化,即血清肌酐水平>2.25mg/dL,并在2周内血肌酐水平翻倍;③停用利尿剂后,血浆容量扩大伴白蛋白,并且48小时内肾功能无改善(血肌酐下降20%或<2.25mg/dL);④在随机分组前应用米多君或奥曲肽(如果患者条件允许);⑤患者年龄≥18岁。 研究的主要排除标准包括:①血清肌酐水平>7.0mg/dL;②在随机分组后的2天内进行至少1次大容量(4L)穿刺;③脓毒症和/或失控的细菌感染;④休克;⑤使用/暴露于肾毒性药物;⑥蛋白尿>500mg/d;⑦血尿或镜下血尿;⑧妊娠;⑨在4周内接受肾脏替代治疗(RRT)等。 研究纳入的患者被分为两组,特利加压素组接受特利加压素注射(0.85mg),对照组接受安慰剂注射(生理盐水),两组患者每6小时注射一次。 主要终点为HRS患者肾功能缓解率,即连续两次血肌酐水平≤1.5mg/dL,间隔时间至少2小时,采样时间至少在给药后24小时进行。次要终点包括:①血肌酐达标率:14天或出院后,患者血肌酐水平≤1.5mg/dL;②HRS逆转率:30天后,患者不再需要RRT;③全身炎症反应好转率:14天或出院后,患者全身炎症反应综合征(SIRS)是否好转;④HRS未复发率:15天或出院后,患者HRS未再次发作。 研究结果 共纳入300例患者,平均年龄为53.8岁,男性占比59.7%。特利加压素组在肾功能缓解率、血肌酐达标率、HRS逆转率、全身炎症反应好转率以及HRS未复发率方面优于对照组(表1)。 表1 CONFIRM研究结果 基于该研究结果,特利加压素的药品说明书在美国进行了更新。根据更新后的说明书,特利加压素适用于肾功能快速下降的HRS患者,但对于血肌酐水平>5mg/dL的患者,特利加压素的疗效受限。建议特利加压素的起始剂量为0.85mg/次,每6小时注射一次。在第1至第3天,每次注射的静注时间应>2分钟。第4天后,剂量应根据血清肌酐水平进行调整。 此外,特利加压素可能增加严重或致命的呼吸衰竭风险,不推荐在血氧含量低的患者中使用,并建议在治疗期间进行血氧监测。由于特利加压素可能导致部分组织缺血,因此可能使患者不适合进行肝肾移植。对于有生育计划的妇女,在妊娠期间使用该药可能对胎儿造成损害,应谨慎考虑使用。 参考文献: 1.FDA Announcement.FDA approves treatment to improve kidney function in adults with hepatorenal syndrome. Link:https://www.fda.gov/drugs/news-events-human-drugs/fda-approves-treatment-improve-kidney-function-adults-hepatorenal-syndrome 2.Clinical Trails.gov. Study To Confirm Efficacy and Safety of Terlipressin in Hepatorenal Syndrome (HRS) Type 1. Link:https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02770716 3. FDA approved. Terlipressin Label and Prescribing Information. Link:https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/label/2022/022231s000lbl.pdf 查看更多