本文将介绍如何生产（S）-哌嗪-2-羧酸，这是一种重要的手性分子，具有广泛的应用前景。
背景：哌嗪－2－羧酸是一种非常重要的手性药物中间体，单一对映体及其衍生物具有多种药物活性，可作为多种有抗癌作用基团的载体。（S）－哌嗪－2－羧酸可用来合成治疗艾滋病的药物佳息患、治疗心脏病的曲氟嗪药物和抗癌药物中间体N－甲基－D－天冬氨酸酯和等。
目前生产上使用的是化学拆分法，但化学拆分工艺复杂，效率低；亦有微生物和酶法拆分法研究的报道，土生克雷伯氏菌(Klebsiella terrigena) DSM 9174和伯克霍尔德氏菌(Burkholderia sp.) DSM 9925可分别选择性转 化(R,S)－哌嗪－2－甲酰胺产生（S）－哌嗪－2－羧酸和（R）－ 哌嗪－2－羧酸，但这2株菌的生物安全性较差，转化底物浓度低（2．2％），转化周期长（(72 h)；商品酶Al-calase和产氮假单胞菌(Pseudomonas azotofor-mans)IAM 1603也可专一性拆分产生（S）－哌嗪－2－羧酸，但分别需要底物哌嗪－2－叔丁酰胺和methyl-4tertbutyroxycarbonyl- piperazine-2-carboxylate作 为拆分前体，它们的合成复杂、价格昂贵。因此得到生物安全性高、可拆分简单底物的哌嗪－2－羧酸单一对映体产生菌具有重要的应用价值。
制备：
1. 吕志堂等人经选择性富集、分离得到4株可以选择性转化(R,S)-哌嗪-2-甲酰胺产生(S)-哌嗪-2-羧酸单一对映体的菌株。通过基于16SrD-NA序列分析的系统发育分析和形态培养特征观察、生理生化特征分析对试验菌株进行鉴定,结果表明:菌株412和437分别属于鲁氏不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)和琼氏不动杆菌(Acinetobacterjunii),菌株211和610属于短波单胞菌属(Brevundimonas)、菌株416属于假单胞菌属(Pseudomonas)。4株 (S)-哌嗪-2-羧酸产生菌分别为:短波单胞菌(Brevundimonas spp.) 211、610,鲁氏不动杆菌(A.lwoffii)412、琼氏不动杆菌(A.junii)437。短波单胞菌211、610有望通过进一步研究后用于生产。
2. 刘智等人发现筛选得到的副球菌 (Paracoccous sp.) W10173产生的(S)-酰胺酶能够立体选择性水解(S)-哌嗪-2-甲酰胺生成重要医药中间体(S)-哌嗪-2-羧酸的单一对映体。由于固定化酶与游离酶相比具有便于回收、稳定性高、操作连续可控、工艺简便等一系列的优点，故对(S)-酰胺酶进行固定化研究对其应用于工业生产有重要意义。
首先对实验室保藏的副球菌W10173经超声波破壁和分级盐析得到实验用粗酶。超声波破壁条件为功率400W，工作时间3S，间歇时间6S，循环240次；并确定 分级盐析的最佳硫酸铵饱和度为20%-50%，且重复三次。
以化学共沉淀法制备的Fe3O4磁性粒子为磁核，液体石蜡为分散介质，Span-80为 乳化剂，戊二醛为交联剂，采用反相悬浮交联法合成磁性壳聚糖微球。以此为载体，通过吸附-交联联合固定化方法制备固定化(S)-酰胺酶。(S)-酰胺酶的最佳固定条件 为：10mL 0.95mg/mL粗酶液/50mg载体吸附2h、戊二醛浓度1%交联4.5h。
对固定化(S)-酰胺酶酶学性质进行研究结果表明，固定化(S)-酰胺酶的最佳温度为 32℃；最佳pH为11，比游离酶最佳pH向碱性移动2个单位。同时还发现该固定化酶 具有良好的热稳定性，60℃处理4h后仍能保留约88%活性。获得的固定化(S)-酰胺酶的 活力为 2.3U/mg载体，酶活回收率为 36.9%。 固定化酶连续反复使用10批次后，酶活仍保留71%以上，具良好的操作稳定性。(S)-酰胺酶被固定化后，与游离酶相比，其贮存稳定性也有所提高。
参考文献：
[1]刘智. 磁性壳聚糖微球固定化（S）-立体专一酰胺酶的研究[D].河北大学,2014.
[2]吕志堂,时佩佩,郭晓东等.哌嗪-2-羧酸单一对映体产生菌的筛选与鉴定[J].河北农业大学学报,2012,35(03):69-74.
[3]吕志堂,徐长源,郭晓东等.假单胞菌X1的培养及哌嗪-2-甲酰胺的拆分条件优化[J].中国医药工业杂志,2009,40(05):341-344.
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