N-Methacryloyl-L-histidine and N-methacryloyl-L-histidine methyl ester were synthesized and polymerized to obtain polymeric catalysts with different functions. In the presence of each of these polymers the solvolytic reactions of p-nitrophenyl acetate(PNPA), 3-nitro-4-acetoxybenzoic acid(NABA), 3-acetoxy-N-trimethylanilinium iodide(ANTI) and 3-nitro-4-decanoyloxybenzoic acid(NDBA) were performed. The ionic substrates, NABA and ANTI, were solvolyzed at anomalous rate by polymeric catalyst, indicating that electrostatic effects are operative in the catalysis by polymers. Furthermore, in the solvolysis of hydrophobic substrate NDBA, polymeric catalysts exhibited highly enhanced activities compared with the low molecular weight analogs implying that hydrophobic interaction can be the most important contribution to the high catalytic activity of imidazole-containing polymers. And solvolytic reactions of N-carbomethoxy-D- and L-phenylalanine p-nitrophenyl ester(D-NCP and L-NCP) by poly(N-methacryloyl-L-histidine) and poly(N-methacryloyl-L-histidine methyl ester) were carried out. However no significant difference between the solvolytic rates of two enantiomeric substrates were observed. When polymers with increased hydrophobicity were prepared by copolymerizing N-methacryloyl-L-histidine and its methyl ester with dodecyl methacrylate, and were subjected to catalyze the solvolyses of optically active esters, the enantio-selectivity became more pronounced as hydrophobic character of polymer catalysts were enhanced. Also interesting to note is that catalyst polymers contain histidine of L-configuration and it matches with L-phenylalanine-based substrates. And to further explore the role of hydrophobic interaction in the enantioselective solvolyses of optically active activated esters by optically active imidazole-containing polymers, solvolytic reactions of N-carbobenzoxy-D- and L-phenylalanine p-nitrophenyl ester by optically active imidazole-containing polymers were performed at different temperatures and in solvents of different compositions. As the reaction temperature was lowered, the reaction rate increased and enhanced enantioselectivity was observed. And when ethanol content was decreased, enhanced reaction rates and enantioselectivity were again observed. From these results concluded is that hydrophobic interaction plays important role in enantioselective catalysis of optically active imidazole-containing polymers. And catalytically active membrane systems based on chitin are constructed by graft copolymerizing 4(5)-vinylimidazole to chitin and their esterolytic activities are investigated with ultrafiltration set-up. The result implied that electrostatic interaction and hydrophobic interaction between chitin-based catalytic membrane and substrates contributed to the enhanced catalytic activity of this membrane. And an enzyme membrane system was constructed by immobilizing trypsin onto chitin and ultrafiltration set up was employed to investigate the activity of thus prepared enzyme membranes. In order to measure the "figure of merit" the reaction rates with a membrane were measured under the flow and batch conditions. The rates were calculated from the conversions of substrate when the conversions for both flow and batch conditions were equal. The result implied that in the forced flow of substrate solution through an enzyme membrane, diffusion limitations could be eliminated by exposing all the enzyme molecules in the membrane to incoming substrate molecules.
N-Methacryloyl-L-histidine 과 N-Methacryloyl-L-histidine methyl ester 를 합성하고 나서, 이 두 모노머를 중합하여 고분자 촉매를 합성하였다. 이 고분자 촉매 존재하에서 p-nitrophenyl acetate(PNPA), 3-nitro-4-acetoxybenzoic acid(NABA), 3-acetoxy-N-trimethylanilinium iodide(ANTI), 3-nitro-4-decanoyloxybenzoic acid(NABA) 에 대한 가수분해 반응을 실시하였다. 이온성기질인 NABA, ANTI 의 경우, 정전기적 상호작용에 의해 이례적인 반응속도를 나타내었다. 이와 같은 현상은 저분자 촉매의 경우는 나타나지 않았다. 소수성 기질인 NDBA의 경우 소수성 상호작용에 의해 고분자 촉매는 저분자 촉매에 비해 훨씬 큰 반응 속도를 나타내었다. 다음은 이 고분자 촉매하에 N-carbomethoxy-D-와 L-phenylalanine p-nitrophenyl ester (D-NCP 과 L-NCP) 에 대한 가수분해 반응을 실시하였다. 그렇지만 D-NCP와 L-NCP의 반응속도에 별차이가 보이지 않았다. 그래서 위의 두 모노머에 각각 dodecyl methacrylate 를 공중합하여 소수성인 공중합체를 합성한 다음 이 공중합체 존재하에 D-NCP 와 L-NCP 의 가수분해반응을 실시하였다. 그 결과 반응속도 증가와 더불어 입체 선택성도 나타났다. 촉매가 L-형태를 하고 있는데 L-형태의 기질이 더 큰 반응속도를 갖는다는 것은 흥미로운 결과이다. 입체 선택성에 영향을 미치는 소수성 상호작용의 역할을 자세히 살펴보기 위해 기질을 보다 더 소수성인 N-carbobenzoxy-D- 와 L-phenylalanine p-nitrophenyl ester (D-NBP 와 L-NBP) 로 바꾸고 온도와 용매에 따른 입체 선택성을 측정하였다. 그 결과 온도가 낮아질수록 반응속도로 증가하였고 입체 선택성도 증가하였다. 그리고 용매중의 에탄올양이 감소할수록 반응속도도 증가하고 입체선택성도 증가하였다. 이상의 결과로 볼 때 기질과 고분자 촉매 사이의 소수성 상호작용이 입체 선택성에 중요한 역할을 하고 있음을 알 수 있었다.
키틴에 4(5)-vinylimidazole을 graft 공중합 시켜 키틴을 기저로한 촉매 막을 합성하였다. Ultrafiltration 기구를 사용하여 이 촉매 막의 반응성을 측정하였다. 그 결과로 부터 이 촉매 막과 기질사이에 존재하는 정전기적 상호작용과 소수성 상호작용이 이 촉매 막의 에스테르 가수분해반응속도에 큰 영향을 주고 있음을 알 수 있었다. 다음은 키틴막에 트립신을 immobilize하여 효소막을 합성하였다. 그리고 ultrafiltration 기구를 사용하여 이 효소막의 반응성을 측정하였다. "Figure of merit"를 측정하기 위하여 흐름 조건과 뱃치 조건의 두 조건하에서 각각의 활성도를 측정하였다. 이 두 조건하에서 변환이 같게 되었을 때를 찾아 그 때의 반응속도를 비교하는 방법으로 figure of merit를 결정하였다. 이 결과로 부터 흐름 조건하에서 diffusion limitation 이 많이 제거 되어졌음이 밝혀졌다.
