生物催化与转化因其效率高、选择性强以及对环境友好等优势已成为当今有机合成化学研究的一个重要方向。生物催化转化的关键是生物催化剂酶。改变酶的微环境,即酶介质工程,是提升酶催化性能并扩大其应用范围的主要策略之一。与无结构化溶剂相比,由表面活性剂分子在溶剂中自发聚集形成的自组装体系(如胶束、微乳液等)具有很多独特的性质,如纳米尺度的微结构与微环境,它不仅为亲水性酶与疏水性底物的介质兼容提供了保障,还可以通过其微结构与微环境来调控不同类型的酶催化反应。为进一步满足对生物催化转化过程绿色化发展的需求,利用新兴的“绿色溶剂”疏水离子液体代替传统的易挥发分子有机溶剂来构建环境友好、生物兼容的表面活性剂聚集体体系,并以此为介质开展酶促反应,认识介质微结构和微环境对酶促反应的影响规律及其机制,将有助于人类社会的可持续发展。基于以上背景,本论文主要开展了以下几方面研究工作:1.十二烷基苯磺酸钠(SDBS)胶束水溶液中2,2′-联氮-双(3-乙基-苯并噻唑啉-6-磺酸铵盐)(ABTS)介导漆酶催化氧化苯胺(ANI)聚合强酸型阴离子胶束对酶促合成导电聚苯胺(PANI)具有重要作用。为解决漆酶高效催化ANI转化与ANI氧化聚合所需酸性环境之间的兼容问题,本文选用阴离子表面活性剂SDBS形成的胶束水溶液作为漆酶催化氧化ANI聚合反应介质,首次通过介体ABTS来改善酸性条件下(pH=3.5)ANI的转化速率。结果表明,在高酸度下,ABTS的存在可以提高SDBS胶束溶液中漆酶催化ANI氧化聚合反应的速率而不改变ANI聚合机制。SDBS胶束在该反应过程中起到了重要的模板作用,它一方面通过对酶促ANI聚合反应限域来提高ANI的转化速率;另一方面使漆酶/ABTS催化ANI氧化聚合反应的最适pH降低来改善ANI聚合的线性度,为得到导电性好的PANI提供微环境。基于SDBS胶束模板的作用,借助介体ABTS,漆酶可以在低pH下高效催化ANI氧化聚合,在获得高的ANI转化速率的同时提升导电PANI的质量。上述研究在一定程度上拓展了阴离子胶束模板的应用范围,为漆酶高效合成导电PANI提供了理性指导。2.新型疏水离子液体(HIL)基双连续微乳液(BME)中酶促ANI聚合反应研究2.1 HIL基BME中酶催化ANI聚合反应研究相比于阴离子表面活性剂胶束,HIL基BME作为酶反应介质更显优势。为构建AOT稳定的HIL基BME体系,本文合成了反离子为[C4mim]+的离子液体型表面活性剂[C4mim][AOT](1-丁基-3-甲基咪唑二(2-乙基己基selleck合成)琥珀酸酯磺酸盐),利用T-γ鱼形相图法对[C4mim][AOT]/磷酸缓冲液(pH=4.3)/[C8mim][PF6](1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)/正丁醇拟三元体系的相行为进行了研究。结果表明,该体系的相转变温度适中(T=20℃),适合用作辣根过氧化物酶(HRP)促ANI聚合反应介质。对体系中HRP促ANI聚合的组成依赖关系进行了详细研究。结果表明,重要组成参数α(HIIL/水质量比)与γ(表面活性剂含量)的改变会影响HIL基BME微畴尺寸以及增溶HRP的催化性能,进而影响合成PANI的导电性能。较低的α与γ有利于生物合成导电性好的PANI。总的来说,由AOT稳定的[C8mim][PF6]基BME在HRP促ANI聚合过程中起到了模板的作用。上述研究不仅拓宽了绿色微乳液介质体系,也开辟了导电聚合物绿色生物合成新途径。2.2 HIL基BME中生物合成导电聚苯胺质量的改善及其机制研究为提高AOT在HIL基BME体系中的表面活性剂效率,减少其对增溶HRP的负面影响,并进一步提高合成PANI的质量,本文重新构建了[C2mim][AOT]稳定的[N1888][NTf2](三辛基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐)/缓冲液(NaMES(2-吗啉乙磺酸钠),pH=4.3)/正丁醇的BME体系。与上述报道的[C4mim][AOT]稳定的[C8mim][PF6]基BME相比,本体系的表面活性剂效率提高了约25%,增溶的HRP表观酶活力提高了约245倍,且酶稳定性也得到了大幅度的提升。在该体系中进行HRP催化ANI聚合,得到了以“线性”为主,极化子离域程度高的导电PANI。为阐明AOT稳定的HIL基BME在HRP促ANI聚合过程中模板作用机制,本文利用高灵敏的界面pH探针s-RHG(螺环-罗丹明-葡萄糖衍生物)对体系微结构的界面酸度进行了表征。结果表明,在本介质体系中,模板微结构的重要调控参数α对合成PANI导电性有重要影响。该影响主要归因于微畴尺寸(界面曲率)变化引起的微环境酸度的改变,而不再依赖于HRP活力。利用各种技术对最终得到的产物PANI进行了表征,均表明获得了高导电性能的PANI。以上研究既帮助深化理解阴离子表面活性剂聚集体在导电PANI的生物合成中的模板作用,又为可加工的高质量导电聚合物的大规模绿色合成提供了科学支撑。3.简单高效的HIL基BME的构建及其中的脂肪酶催化反应简化HIL基BME体系的组分(离子),构建出表面活性剂效率更高,酶兼容性更好的HIL基BME体系,对发挥其作为酶促反应介质的潜在优势十分必要。为此,本文首次选用生物兼容的磺基甜菜碱型两性离子表面活性剂SB-n来构建HIL基BME,并通过T-γ鱼形相图法系统研究了 SB-n/[Cmmim]X/缓冲液拟三元体系的相行为。结果表明,随着表面活性剂烷基链长n降低,T显著降低,但表面活性剂效率未明显改变。另外,HIL的组成离子hepatic immunoregulation结构对相行为也有重要影响。上述微乳液体系相行为的组分调控规律完全不同于经典的油水体系,主要归因于HIL具C59体内实验剂量有的独特的纳米微畴结构。与已报道的常规表面活性剂稳定的HIL基BME相比(γ≈0.45～0.60),该体系无需添加额外的助醇就能形成HIL基BME,并且表面活性剂效率高(γ≈0.25)。对优化后SB-12稳定的[C8mim][PF6]基BME微结构的组成依赖关系及其中增溶脂肪酶催化性能进行研究。结果表明,组成调控参数α增加,BME的相关长度 ξ变化不大,但微畴尺寸d降低;而γ增加不影响d,但ξ增加,即界面刚性增加。该BME的微畴尺寸、界面面积和界面刚性的增加均使增溶脂肪酶的催化效率kcat/Km提高。在上述HIL基BME中尝试开展了脂肪酶促外消旋苏合香酯选择性水解反应的研究,初步结果表明,该新型介质在生物催化转化领域有潜在应用价值。