"仿化"生物催化系统实现环境污染物变废为宝

8月3日，中国化工报记者从中科院青岛生物能源与过程研究所获悉，该所与中科院微生物所联合研发了一套“仿”生物催化系统可以将多种有害的烷基苯酚转化为具有潜在价值的氧化产物，将环境污染物转化为有价值的产品。

该项目主要研究员杜雷博士表示，烷基酚属于一类酚类化合物，对动物和人类具有剧毒和致癌作用。烷基酚虽然是重点污染物，但却是生产生活中不可缺少的化工产品。因为烷基酚衍生物不仅是生产各种工业化学品如抗氧化剂、洗涤剂、高分子材料、润滑剂、乳化剂、农药和药物等的重要前体，而且还是心血管疾病治疗药物。高价值精细化学品的结构构件，例如焦虑症、植物天然药物天麻素和红景天苷。

谷氨酸棒杆菌是一类可以降解酚类化合物的微生物。研究人员通过研究发现，在谷氨酸棒杆菌中，对甲酚首先转化为4-甲苯磷酸酯，然后氧化成磷酸化的醇、醛和酸中间体。最后，这些磷酸化中间体被磷酸水解。酶水解分别产生对羟基苯甲醇、对羟基苯甲醛和对羟基苯甲酸。对羟基苯甲酸可进入微生物的代谢中心并被完全降解利用。此外，该降解途径还含有醇脱氢酶和醛脱氢酶。这两种酶的存在可以进一步增强对甲酚的降解效率。

杜雷还介绍，在化学催化过程中，对于一些反应性很强但又不想参与反应的基团，首先要对其进行保护，然后对反应物进行催化，最后脱保护生成最终产物。对甲酚降解途径中所展示的磷酸基团的“装载”、磷酸化中间体的氧化和磷酸基团的“卸载”与化学氧化催化策略中常用的基团保护、中间体氧化和基团脱保护一致。过程相互重合，使得这种生物催化方法具有“模仿”的特点。这种“仿”生物催化方法在自然界中极为罕见。

为了拓宽该生物催化系统的普适性，研究人员还对核心催化剂P450单加氧酶和底物对甲酚进行了共晶分析，以充分了解其催化机制；选取几种不同类型的烷基酚进行催化转化试验，发现该体系可以实现对位和间位取代的烷基酚侧链的选择性氧化，并催化对乙基苯酚和间乙基苯酚的苄基羟基化，达到完美的效果。立体选择性。化学催化是极其难以实现的。

此外，研究人员通过调节反应条件，实现了对乙基苯酚多种氧化产物的选择性合成，使系统人为可控。此外，该系统不仅可以催化转化烷基酚，还可以催化转化非酚类化合物。例如，它可以将磷酸化环己醇和甲基环己醇转化为多种羟基化合物，具有广阔的应用前景。（记者陈飞）