脱卤杆菌介导的厌氧微生物富集菌群对1,2,4-三氯苯的降解特性

1,2,4-三氯苯是我国工业污染场地土壤和地下水中典型的有机污染物,具有持久性、生物蓄积性和高毒性特点,对生态环境和人体健康危害巨大。1,2,4-三氯苯密度比水大,容易迁移至深部厌氧区域,因此,开展1,2,4-三氯苯厌氧微生物降解与修复研究具有重要实际应用价值。本文通过长期富集培养,获得一份可以稳定地将1,2,4-三氯苯还原脱氯至1,4-二氯苯,再进一步还原脱氯至氯苯的厌氧菌液。通过16S rRNA基因扩增子测序及引物特异性的定量PCR实验,证明厚壁菌门的脱卤杆菌属细菌(Dehalobacter species)是1,2,4-三氯苯和1,4-二氯苯厌氧还原脱卤的功能菌株,其生长率为(1.68±0.8)×10^(6)copies·μmol^(-1)(释放的氯离子)。通过PCR扩增,获得Dehalobacter菌株的16S rRNA基因序列,构建了系统发育树。本研究可为1,2,4-三氯苯污染场地开展原位厌氧微生物修复提供菌株资源和理论指导。

电化学脱卤氘化研究进展

近年来,含有氘原子的化合物在包括材料和生物医药在内的各个领域中的重要性日益增加,被广泛应用于化学和生物学的机制研究中,将氘原子引入有机化合物已经成为药物分子发展的重要方向之一。同时,在非生物活性物质的活体内氚标记的化合物也发挥了重要作用。自美国食品药品监督管理局(FDA)批准的第一种用于临床治疗的氘化药物问世以来,氘标记的化合物就迅速成为人们关注的焦点,各种有机化合物的氘化方法被广泛开发。其中,卤化物的还原氘化具有高选择性的优势,但是大部分反应策略受到氘源和催化模式的限制。有机电合成作为一种相对绿色的催化模式以及其对氧化还原反应的广泛适应性,电化学卤化物的还原氘化成为替代传统卤-氘原子交换的重要方法之一,它避免了传统方法中过渡金属催化剂、金属试剂及昂贵氘代试剂的使用。近年来卤化物的电化学脱卤氘化得到很快的的发展,电化学脱卤氘化通常仅需要重水作为最廉价易得的氘源就能高效得到高氘代掺入率的产物,这为氘代化合物的合成与发展提供了重要的支撑。本文根据卤化物的类型,综述了电化学条件下芳基卤化物和烷基卤化物还原氘化的最新进展以及其反应机制,有望为未来更为广泛的氘代方法研究以及氘代化合物的研究提供一定的基础.

以重水为氘源的钴催化脱卤氘代反应

自2017年氘代丁苯那嗪获得美国食品药品监督管理局批准以来,氘代化合物在药物开发领域的潜力受到越来越多的重视.开发高效实用的有机分子选择性氘化方法成为有机和药物化学家的研究热点.有机卤化物是性质稳定且来源广泛的化学品,其脱卤氘代反应已经发展成为构建氘代化合物的有效策略.然而,已报道的制备方法普遍存在氘代试剂昂贵、底物适用范围较窄或需要使用特殊的反应设备(光催化或电化学)等诸多问题.因此,开发简单普适的廉价金属催化体系,实现以廉价重水为氘源的脱卤氘代反应,具有重要的研究意义.相较于钯、铑等贵金属,储量丰富且毒性较低的钴金属催化剂对水分敏感度较低,且对C(sp2)-X和C(sp3)-X键活化都表现出较好的反应活性.基于此,本文开发了制备简单、普适性较好的钴催化体系,实现了位点选择性氘代化合物的构建.反应以锰金属为还原剂,重水为氘源,对各种类有机卤化物或类卤化合物,如芳基、烯基、苄基、烯丙基或烷基卤化物,均获得较好的收率和氘代率.值得注意的是,对于炔丙基乙酸酯类化合物,该催化体系也展现出较好的适用性,可以专一的选择性得到氘代联烯类化合物.在此基础上,成功将该方法应用于一系列药物类似物的选择性脱卤氘代.利用简单的C-O偶联和脱溴氘代反应,即可实现氘代的N-甲基度洛西汀的合成.鉴于药物分子直接进行氢-氘同位素交换时位点选择性控制的挑战,本文发展了卤代-氘代的两步策略.该策略成功应用于生育酚、萘普生、黄毒素、萘丁美酮等多个药物分子的位点选择性氢-氘同位素交换,充分展现出该催化合成方法在药物开发领域的应用潜力.为了验证反应机理,开展了一系列对照实验.结果表明,反应可能是由一价钴物种催化启动的.此外,自由捕获和抑制实验结果表明,反应并非通过自由基反应过程进行.基于以上实验结果提出了一个反应机理,它涉及Co(I)到Co(III)再回到Co(I)的催化循环.具体来说,首先,一价钴络合物与底物发生氧化加成生成三价钴络合物;随后,三价钴物种与重水络合,并通过还原消除的方式生成氘代化合物和一价钴物种.最后,为了验证这一机理,还利用密度泛函理论进行了计算,结果进一步证明了该机理的合理性.综上,本文利用钴催化体系,以廉价重水为氘源,实现芳基、烯基、苄基、烯丙基或烷基等卤化物,以及炔丙基乙酸酯类类卤化合物的选择性氘代反应.该反应表现出较好的底物适用性,为相关氘代有机化合物的制备提供了新思路.

荧光光谱法的卤酸脱卤酶活性全细胞检测

卤酸脱卤酶能够降解对环境具有危害性的卤代羧酸类化合物,并且其具有立体选择性,可以拆分出纯手性的卤代羧酸,在环境保护和化学合成领域具有潜在的应用价值。建立卤酸脱卤酶活性的分析方法具有重要意义。催化性能较好的卤酸脱卤酶DehE在弱碱性范围内(pH 8.00~9.50)能催化2-氯丙酸发生脱卤反应产生氢离子,从而改变弱缓冲能力反应体系的pH,而某些物质的荧光强度受溶液pH影响较大。进行了荧光-pH指示剂的筛选,并以此建立了基于荧光光谱法的卤酸脱卤酶活性全细胞检测方法。结果表明:筛选出的荧光-pH指示剂2-萘酚-6,8-二磺酸二钾能够灵敏地反映弱碱性范围内(pH 8.00~9.50)的pH变化。所建方法在20 mmol·L^(-1)的4-羟乙基哌嗪乙磺酸、pH 8.50、45℃、45 mmol·L^(-1)的2-氯丙酸条件下检测效果最好,并且能避免假阳性结果的出现。当被检测的菌液OD600=2.0时,15 min即可出现50%的荧光变化。采用HPLC验证了方法的专属性。该方法能够快速、简单、灵敏地在全细胞水平上检测卤酸脱卤酶活性。当微生物含有卤酸脱卤酶的活性与DehE相当时,所建立的方法对该微生物检测限为菌液OD600=0.3,具备对含有卤酸脱卤酶的微生物原位筛查分析潜力。

一种新型脱卤催化剂的制备及红外光谱分析

一种新型双负载双金属催化剂PVP-PdCl2-SnCl4/MontK10-PEG400,用于催化难溶于水的芳香卤化物水相脱卤,在无须加入任何有机溶剂情况下,对芳香氯化物呈现出高的脱卤活性和选择性,并具有良好的重复使用性能,通过IR测定探讨了催化剂各组分在催化脱卤中的作用。

脱卤法制备联苯四甲酸二酐反应关键影响因素研究

聚酰亚胺模塑料具有良好的热稳定性、化学稳定性和机械性能,广泛应用于食品、药品、化妆品等精细化工产品的生产过程,相关研究日益增加。作为联苯型聚酰亚胺的关键原料,联苯四甲酸二酐的制备过程日益受到关注。在各种制备方法中,脱卤偶联法过程反应条件温和,产品收率高,纯度好,相关研究较多。本研究以卤代邻苯二甲酸酐为原料,以钯碳作为催化剂,在盐酸羟胺还原剂参与的条件下,采用脱卤偶联法制备了联苯四甲酸二酐,系统考察了卤代烃类型、催化剂类型、催化剂用量、还原剂用量、反应气氛、反应温度、反应时长、成酐方式等关键影响因素对产物收率的影响,获得了适宜的脱卤偶联制备联苯四甲酸二酐的反应条件。

产乙烯脱卤拟球菌195脱卤反应途径的理论探针

运用密度泛函理论在B3LYP/6-31G(d)水平下对多氯二苯并-对-二噁(PCDDs)、多氯二苯并呋喃(PCDFs)、多氯联苯(PCBs)、多溴联苯醚(PBDEs)和氯苯分子进行计算,找到了一个可指示产乙烯脱卤拟球菌(Dehalococcoides ethenogenes)195降解转化这些芳香卤化物脱卤反应途径和中间产物的参数—结构上可能的脱卤产物的分子总能量(ET).以ET作为理论探针可指示PCDD/Fs、PCBs、PBDEs和氯苯被菌株195转化的主要脱卤中间产物,脱卤反应倾向于生成具有较低ET值的中间产物.另外可以利用结构上可能的脱卤中间产物与具有最低ET值脱卤中间产物间的分子总能量差(△ET)作为理论探针,推断存在第2种脱卤中间产物的可能性,△ET越小,则同时存在多种脱卤中间产物的可能性越大.

卤代芳烃催化氢转移脱卤研究的进展

卤代芳烃催化氢转移脱卤研究的进展于海涛，董玉环，康汝洪（河北师范大学，唐山师范专科学校，河北师范大学）卤代芳烃，特别是氯代芳烃脱卤的研究非常有意义［１］。首先，它为解决世界面临的多氯联苯类化合物污染环境的难题开辟了新的途径［２］。多氯联苯既是有优良性...

迭代饱和突变提高卤醇脱卤酶HheA_(AM)催化制备6-氰基-3,5-二羟基己酸叔丁酯的酶活

(3R,5R)-6-氰基-3,5-二羟基己酸叔丁酯(A7)是合成降血脂药物阿托伐他汀钙的关键手性中间体,利用卤醇脱卤酶催化(3R,5S)-6-氯-3,5-二羟基己酸叔丁酯(D3)的脱卤氰化反应制备A7是很有潜力的合成方法。现有研究存在的主要问题是卤醇脱卤酶种类少,对底物D3的催化活性很低,且鲜见有关脱卤酶分子改造提高其对D3催化活性的报道。本研究利用基因挖掘技术获得了一个对D3表现出较高催化活力的卤醇脱卤酶HheA_(AM) (来源于Agromycesmediolanus sp.),运用定向进化和半理性设计方法确定了4个影响酶活的关键位点(84、88、136、144位),然后使用迭代饱和突变(ISM)策略对这4个位点进行组合突变,突变株M4-HheA_(AM)(84S-88L-136T-144C)的比酶活为0.89U·mg-1,是野生型HheA_(AM)(Wt-HheA_(AM))的13倍,对D3的催化活性得到了显著的提高。

氧化锌烟灰多膛炉脱卤焙烧的效果强化研究

通过热力学分析与模拟试验,研究了氧化锌烟灰多膛炉脱卤(氟、氯)焙烧效果强化的可行性及其具体措施,研究得出硫酸化反应是多膛炉脱氟氯焙烧的最佳反应路径,确定了相应的工艺条件,并提出了多膛炉焙烧现场工艺改造的具体方案。

高聚物负载型双金属催化剂催化氢转移有机卤化物脱卤

以甲酸钠为氢转移试剂 ,以聚乙烯基吡咯烷酮负载PdCl2 和其它金属盐制成双金属催化剂PVP PdCl2 MXn,用于催化有机卤化物脱卤 .与负载型单金属催化剂PVP PdCl2 相比 ,PVP PdCl2 CdCl2 和PVP PdCl2 HgCl2 对氯代芳烃脱氯有高得多的催化活性和脱氯选择性 ,且偶联副产物显著减少 ;以对氯苯胺为底物时 ,双金属催化下的反应时间缩短为单金属催化下的 1 /8,而脱氯产物收率提高 2 5倍 ;底物为对氯甲苯时 ,双金属催化下的偶联副产物仅为单金属催化下的 1 /390 .用IR和TEM技术对PVP负载型金属催化剂进行了表征 。

α-氯丙酸脱卤酶发酵培养基的响应面法优化

通过Plackett-Burman设计和响应面分析方法对PseudomonasW20菌株产脱卤酶的培养基组成进行优化。得出影响产酶的3个重要的培养基成分为:尿素、葡萄糖和KH2PO4,且其最适浓度分别为1.19、18.4 g.L-1和1.30 g.L-1。此时脱卤酶活力达到了10.57 U.(g干菌体)-1,比优化前提高了23.77%。

水溶液中2,4,6-三溴苯酚在银阴极上的选择性脱卤

采用循环伏安法比较了玻碳、光亮银和粗糙化银电极对2,4,6-三溴苯酚还原脱卤反应的电催化活性,初步研究了碱性水溶液中2,4,6-三溴苯酚在粗糙化银电极上的还原脱卤历程;在此基础上,利用恒电位电解法进一步探索了2,4,6-三溴苯酚在粗糙化银电极上的电还原脱卤历程.结果表明,粗糙化银电极对2,4,6-三溴苯酚的选择性还原脱卤反应具有优良的电催化活性,且其活性优于光亮银和玻碳电极;2,4,6-三溴苯酚在粗糙化银电极上的还原反应是个逐步脱卤过程,推测得出其邻位和对位C—Br键的还原断裂所需的活化能非常接近,而反应中间产物2,4-二溴苯酚的对位C—Br键的还原断裂所需的活化能比邻位要低;2,4,6-三溴苯酚能实现完全脱卤生成苯酚,主要路径为2,4,6-三溴苯酚→2,4-二溴苯酚→2-溴苯酚→苯酚.

废旧电路板与碳酸钙共热解脱卤的研究

采用热重分析仪和石英管式炉热解反应器,分别对以酚醛树脂为基板的废旧电路板和混合碳酸钙后的废旧电路板进行热解实验研究,着重考察了添加碳酸钙后的酚醛树脂基板废旧电路板热解特性及添加量不同对卤素脱除效果的影响。实验结果表明,碳酸钙的加入对废旧电路板的降解行为和热解油的基本组成没有明显的影响,但热解油的各组分含量有所差异;随着热解温度的提高或者CaCO3含量的增多,卤素可以更多地由有机卤向无机卤转变并束缚在固体残渣中,由此得到较好的脱卤效果。当60%PR-WPCBs与40%CaCO3共热解,热解油中的溴化物也减少了7.6%。在600℃等量CaCO3与PR-WPCBs共热解时生成75.6%无机卤,其中70.62%束缚于固体残渣中,可见达到较好的脱卤效果。

持久性有机卤代物在亚临界水中的脱卤机制研究进展

通过综述国内外研究进展并结合本研究组相关研究成果,对持久性有机卤代物在亚临界水中的脱卤路径及机制进行了综合性总结与分析,并对目前存在分歧的焦点问题进行了剖析讨论,同时对亚临界水脱卤技术的应用前景和可行性进行了评述.

2-氯丙酸脱卤酶产酶菌种的筛选及酶学性质研究

从多个农药厂含氯污泥及附近土样中筛选出数株对2-氯丙酸具有较高脱氯能力的菌株,经过脱氯曲线和生长曲线的考察,获得了活性和稳定性均好的菌株。通过超声波破碎细胞方法的正交实验,确定了超声时间3 s,间歇时间5 s,超声次数70次,破碎功率600 W。对从该菌中分离提取的粗酶液进行了酶学性质考察,得到脱卤酶反应的适宜条件是pH为7．5,30 ℃。脱卤酶在pH为7．0-7．5时最稳定,在35 ℃时酶活最高,但热稳定性较差。

金属离子对卤醇脱卤酶发酵生产的影响

在以基因工程大肠杆菌为生产菌发酵生产卤醇脱卤酶过程中,某些金属离子对卤醇脱卤的生产有较大的影响。首先,通过单因子实验确定几种典型微量元素的最佳产酶浓度,其次,通过2水平析因实验和最陡爬坡实验确定了显著影响因子及其浓度拐点,其分别是ZnSO4.7H2O、CoCl2.6H2O和FeSO4.7H2O。最后,运用响应面分析法确定了微量元素的最佳配比为FeSO4.7H2O 11.86g/L,ZnSO4.7H2O 2.0g/L,MnSO4.H2O 1.0g/L,CaCl20.05g/L,CoCl2.6H2O 1.2g/L,CuSO4.5H2O 0.8g/L。与对照生产水平相比,当添加最佳配比金属离子到培养基中后,酶活提高了2倍。

亚磺化脱卤反应

本文综述了亚磺化脱卤反应的发现、发展及最新进展。

嗜热古细菌Sulfolobus tokodaii脱卤酶在D-乳酸生产中的应用

将来源于嗜热古菌Sulfolobus tokodaii的脱卤酶(L-HADST)基因克隆到载体p ET28b,转化大肠杆菌BL21(DE3)进行表达,在蛋白的N末端带有6个组氨酸融合标签,纯化后经聚丙烯酰胺凝胶电泳显示融合蛋白的分子量约为25000.融合蛋白催化2-氯丙酸(2-CPA)的最适反应温度为70℃,最适p H值为9.5.以外消旋2-CPA为底物生产D-乳酸,利用HPLC检测反应液中2-CPA及乳酸的变化,发现L-HADST只催化L-2-CPA脱氯反应.对酶催化反应条件进行了优化,结果表明,在p H值为9.5,温度为60℃的条件下,当反应体系中缓冲液浓度为3 mol/L,底物浓度为0.5 mol/L,酶浓度为3×104U/L时有较高的底物转化率及乳酸生成量.依据条件优化结果可知,影响反应速度的因素有底物浓度、缓冲液浓度以及酶浓度,其中底物浓度变化对转换率的影响最明显.