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微水有機溶劑乳化體系

化學(xué)先生 / 2019-08-05

眾所周知，在疏水有機溶劑和水混合時，依據(jù)水和有機溶劑的比例不同，可以形成“油包水”和“水包油”兩種乳化狀態(tài)。

對酶催化更有意義的是在微量水和大量疏水有機溶劑存在下，形成的“油包水”乳化體系。在這種條件下，酶可以將水捕獲形成氫鍵保持其柔性，在界面上與處于有機相的底物發(fā)生反應(yīng)，生成的產(chǎn)物則保留在有機相中。

為了提高反應(yīng)效率，必須通過攪拌使體系保持乳化狀態(tài)，以有利于克服擴散阻力保證含有微量水的酶和含有底物的有機溶劑充分混合，形成最大的反應(yīng)界面。反應(yīng)完成以后停止攪拌，酶和微量水從有機相中自然分離出來，產(chǎn)物和未反應(yīng)的底物保留在有機相中。

大量實驗證明，酶在親水和疏水有機介質(zhì)中都會降低催化活性，因為有機溶劑要和酶“爭奪”水分子，但在疏水有機介質(zhì)中存在微量水卻有利于提高反應(yīng)的最終產(chǎn)率。

水在有機溶劑中的含量，不但和酶有關(guān)也取決于溶劑的性質(zhì)，特別是水在有機溶劑中的飽和度。常用的有機溶劑主要是烷烴、鹵代烴和醚類，水含量可控制在2%以下。

采用醇等極性溶劑，由于要和酶爭奪水分子，所需的最低水含量要比疏水有機溶劑高。為了定量地表示有機溶劑中的水含量和酶活性的關(guān)系，有人建議用水活度a。作為熱力學(xué)參數(shù)，而不直接用水濃度c。來表示水含量和酶活的關(guān)系:

aw =rwCw

式中，rw稱為活度系數(shù)。在微水有機溶劑體系中，酶的反應(yīng)活性主要取決于水活度。但在極性有機溶劑中，難以得到水活度aw和酶活性的確切關(guān)系，因此應(yīng)盡可能采用非極性有機溶劑。

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