一種減壓共沸連續除水的酯類酶法合成工藝的製作方法
2023-05-02 03:27:36
專利名稱：一種減壓共沸連續除水的酯類酶法合成工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於非水相酶促有機合成應用生物技術領域，具體地講是屬於一種減壓共沸連續除水的酯類酶 法合成工藝。
背景技術：
關於酯類的合成，有化學合成和生物催化合成兩類方法。其中的化學合成工藝已經非常成熟，目前仍 被大量用於酯類有機物的工業化生產。但化學合成丁藝存在著某些致命的缺陷。該:i:藝常常需耍採川濃硫 酸或對甲氧基苯磺酸之類的液體強酸做催化劑，且反應溫度很高，通常不可避免地伴有副反應，對原料的 轉化率和產物的產率影響很大，分離提純工藝複雜，對環境也有極為嚴重的汙染。
與化學合成工藝相比，酯類的生物催化合成工藝具有非常大的優越性，可以避免使用液體強酸，使反 應在溫和的條件下進行，消除對環境的汙染，實現綠色化工、環境友好生產。同時，由於兒乎無副反應發 生，因而分離提取工藝可大為簡化，原料的轉化率和產品的純度都可以大幅度提高。但是，酸和醇結合生 成酯和水的反應是一個可逆反應，必須在反應過程中連續不斷地脫除生成的水，才能使平衡不斷地向酯的 合成的方向移動，使反應趨於完全，達到理想的轉化率。酯類的生物催化合成工藝迄今沒有得到火規模的 工業化應用，連續脫水的問題沒有得到妥善解決是關鍵因素之一。
為了及時的連續不斷的脫除反應生成的水，已經採取了分子篩吸附、膜分離吸水、負壓共沸等技術措 施，但所有這些技術措施都存在這樣或那樣的缺陷。分子篩吸附法方便易行，效果明顯，在實驗室研究中 常常採用，但由亍吸附飽和後的分子篩的再生需要專用的設備和:i:藝，投資成本很高，因而無法在大規模 的工業生產中應用。膜分離吸水法理論上可行，但由於存在膜的杜塞、老化及使用壽命等方面問題，岡而 實現起來尚有困難。採用叔戊醇、叔丁醇等即能與酶相容，保證酶的催化活性，乂可與生成的水形成共沸 混合物的有機溶劑做反應媒介兼帶水劑，以負壓共沸蒸餾的方式將水帶走，是一個不錯的選擇，但遺憾的 是，所形成的共沸混合物冷凝後不分層，因而無法實現水的連續分離和溶劑的連續循環冋用，蒸出的含水 溶劑必須經過專門的乾燥處理才能冋用。含水溶劑的乾燥處理成本火大限制了此項技術的應用。
發明內容
本專利涉及一種環境友好的，以生物催化的方式進行的，相對廉價的，高產率的，普遍適用的酯類酶 法合成新工藝。更為獨特的是，它涉及一種經過改進的工藝，這種工藝以環己烷、二氯乙烷、甲苯、二甲 苯或其他任何能夠在反應條件下跟水共沸，或跟溶劑和水共沸，冷凝成液體後跟水分層，形成互不相溶的 兩相，且不會導致生物催化劑失活的有機溶劑為帶水劑，通過從反應混合物中不斷的去除反應生成的水， 使平衡反應向酯的合成的方向移動，使反應趨於完成，為解決非水相酶促有機合成中的連續除水問題提供 了一種簡便易行的解決方案。按照本專利進行操作，與此前的傳統方法相比，能夠以經濟可行的方法連續 除水，徹底清除酯類的生物催化合成工藝的大規模工業化應用的障礙，實現酯類生產的環境友好化，並顯 著改善產率及產品的純度。以上這些改進對於化工生產的綠色、可持續與環境友好化而言是至關重要的。
具體來說，首先，我們發現，叔戊醇、叔丁醇等溶劑中所含有的水分可以通過在酶促反應溫度(30 60。C)
下進行的減壓共沸蒸餾被環己烷、二氯乙烷等帶水劑帶走，混合蒸氣在冷凝後自動分層，形成帶水劑相和 水相。
其次，我們發現，向叔戊醇或叔r醇等溶劑中添加少量，最好是不高於35%,的環己烷、二氯乙烷等
帶水劑，不影響脂肪酶Novozym 435、胃蛋A酶、木瓜蛋A,、豬肝彈性蛋白酶等生物催化劑在這些溶劑 中的催化活性。由此奠定了通過減壓共沸蒸餾連續脫除所生成的水的酯類酶法合成T.藝的基礎。
我們發現，該工藝對於酯類物質的合成具有普遍適用性，適用的酸類可以是碳鏈長度在(32 <:26之間的 脂肪酸，飽和的或不飽和的，直鏈的或支鏈的，也可以是芳香酸、胺基酸、羥基酸，或其他任何冇機酸。 適用的醇類可以是碳鏈長度在C2 C32之間的醇，飽和的或不飽和的，直鏈的或支鏈的， 一元醇或多元醇，
3也可以是糖類、糖醇類、酚類、抗壞血酸、異抗壞血酸、莽草酸、甾醇、麻黃鹼、紫杉醇的前體、乳酸、 絲氨酸、聚醚、聚乙二醇或其他任何含有羥基的有機物。適用的生物催化劑可以是脂肪酶、酯酶、蛋白酶 或其他任何對酯鍵的形成具有催化活性的生物催化劑中的一種或幾種。適用的溶劑可以是丙酮、叔戊醇、 叔丁醇、己垸、甲苯或其他任何能夠讓生物催化劑在其中呈現催化活性的有機溶劑。適用的帶水劑可以是 環己垸、二氯乙烷、甲苯、二甲苯或其他任何能夠在反應條件，通常為30 60。C， 0.001~0.005 MPa,下跟 水共沸，或跟溶劑和水共沸，冷凝成液體後跟水分層，形成互不相溶的兩相，且不會導致生物催化劑失活 的有機溶劑。
本發明中所提及的所有重要參數全部最優化後原料的轉化率可提高至接近100%。 本發明中所使用的酯類產品冋收技術基本沿用傳統方法。酯化反應完成後，對反應混合物進行冷卻， 物理分離和乾燥。這些步驟(包括重結晶)給出了色譜純產品的良好的產率。
具體實施例方式
下面的實例將具體說明本發明的操作方法，但不能作為對本發明的限定。 實例一
26 g棕櫚酸，17 g L-抗壞血酸和lg Novozym 435被添加到100 ml無水叔戊醇中構成混合物，隨後在 55。C下，在不斷攪拌的條件下，反應8hr。隨後加入10ml環己垸，開啟真空泵，將反應體系的壓強減至 0.001 0.005 MPa，以使共沸混合蒸氣蒸出，蒸出的混合蒸氣經冷凝後分層，形成環己垸相和水相，環己烷 相自動冋流至反應體系中循環使用。反應體系在此狀態下邊蒸除、冷凝、冋流邊繼續維持反應，直到反應 體系中抗壞血酸固體全部消失，分水冷凝器中水相的體積不再增加，繼續維持反應4hr。反應結束後，反 應混合物過濾分離固體酶，然後置旋轉蒸發儀上回收溶劑和帶水劑。產物冷卻至室溫，添加500 600ml乙 醚使其溶解，得到乙醚溶液，然後蒸髮結晶，得到L-抗壞血酸棕櫚酸酯35g。
結晶母液回收乙醚，殘餘物回收並在下一輪反應中循環使用。
實例二
22g月桂酸，17 g莽草酸和lg黑麴黴來源脂肪酶被添加到100ml無水叔丁醇中構成混合物，隨後在 36。C下，在不斷攪拌的條件下，反應12hr。隨後加入10ml二氯乙垸，開啟真空泵，將反應體系的壓強減 至0.001~0.005 MPa，以使共沸混合蒸氣蒸出，蒸出的混合蒸氣經冷凝後分層，形成二氯乙烷相和水相， 二氯乙垸相自動回流至反應體系中循環使用。反應體系在此狀態下邊蒸除、冷凝、回流邊繼續維持反應， 直到反應體系中莽草酸固體全部消失，分水冷凝器中水相的體積不再增加，繼續維持反應4hr。反應結束 後，反應混合物過濾分離固體酶，然後置旋轉蒸發儀上回收溶劑和帶水劑。產物趁熱添加500~600ml己烷， 使其溶解，得到己烷溶液，然後置冰箱過夜結晶，得到月桂醯莽草酸30g。
結晶母液回收乙醚，殘餘物回收並在下一輪反應中循環使用。
實例三
30g硬脂酸，30g蔗糖和lg豬肝酯酶被添加到100ml無水丙酮中構成泡合物，隨後在36。C下，在 不斷攪拌的條件下，反應12hr。隨後加入]Oml 二氯乙烷，開啟真空泵，將反應體系的壓強減至0.001 0.005 MPa，以使共沸混合蒸氣蒸出，蒸出的混合蒸氣經冷凝後分層，形成二氯乙烷相和水相，—氯乙烷相Q動 回流至反應體系中循環使用。反應體系在此狀態下邊蒸除、冷凝、回流邊繼續維持反應，直到反應體系中 蔗糖固體全部消失，分水冷凝器中水相的體積不再增加，繼續維持反應4hr。反應結束後，反應混合物過 濾分離固體酶，然後置旋轉蒸發儀上回收溶劑和帶水劑。產物趁熱添加500 600ml無水乙醇，使其溶解， 得到乙醇溶液，然後置冰箱過夜結晶，得到蔗糖硬脂酸酯50g。
結晶母液回收乙醚，殘餘物回收並在下一輪反應中循環使用。
權利要求
1. 一種減壓共沸連續除水的酯類酶法合成工藝。該工藝由下列步驟組成1)製備一個混合物。該混合物由(i)酸類，(ii)醇類，(iii)生物催化劑，(iv)溶劑和(v)帶水劑組成；2)讓混合物中的酸和醇反應生成酯和水；3)讓混合物中的溶劑、帶水劑跟反應後所生成的水共沸蒸餾，讓水以混合蒸氣的形式連續蒸出；4)讓混合蒸氣在冷凝器中冷凝、分層，分離除去所生成的水，溶劑和帶水劑返回反應器，循環使用，直到反應終止；5)回收生物催化劑、溶劑和帶水劑；6)對含有反應產物和過剩的原料的混合物進行分離，得到酯類產品。
2. 如權利要求〗所述的減壓共沸連續除水的酯類酶法合成工藝，其特徵在於所述的酸類可以是碳鏈長度 在C廣C26之間的脂肪酸，飽和的或不飽和的，直鏈的或支鏈的，也可以是芳香酸、胺基酸、羥基酸， 或其他任何有機酸。
3. 如權利耍求1所述的減壓共沸連續除水的酯類酶法合成.l:藝，其特徵在T所述的醇類可以是碳鏈長度 在C2 C32之間的醇，飽和的或不飽和的，直鏈的或支鏈的， 一元醇成多元醇，也可以是糖類、糖醇類、 酚類、抗壞血酸、異抗壞血酸、莽草酸、甾醇、麻黃鹼、紫杉醇的前體、乳酸、絲氨酸、聚醚、聚乙 二醇或其他任何含有羥基的有機物。
4. 如權利要求1所述的減壓共沸連續除水的酯類酶法合成工藝，其特徵在於所述的生物催化劑可以是脂 肪酶、酯酶、蛋白酶或其他任何對酯鍵的形成具有催化活性的生物催化劑中的一種或幾種。
5. 如權利要求1所述的減壓共沸連續除水的酯類酶法合成工藝，其特徵在於所述的溶劑可以是丙酮、叔 戊醇、叔丁醇、己垸、甲苯或其他任何能夠讓生物催化劑在其中呈現催化活性的有機溶劑。
6. 如權利要求1所述的減壓共沸連續除水的酯類酶法合成工藝，其特徵在於所述的帶水劑可以是環己烷、 二氯乙烷、甲苯、二甲苯或其他任何能夠在反應條件下跟水共沸，或跟溶劑和水共沸，冷凝成液體後 跟水分層，形成互不相溶的兩相，且不會導致生物催化劑失活的有機溶劑。
7. 如權利要求1所述的減壓共沸連續除水的酯類酶法合成工藝，其特徵在丁反應在所選用的生物催化劑 的最適溫度，通常為30 60。C，下進行。
8. 如權利要求i所述的減壓共沸迮續除水的酯類酶法合成.i:藝，其特徵在丁共沸蒸餾在反應溫度卜通過將反應體系的壓強減至較低水平，通常低達0.001-0.005 MPa，來實現。
全文摘要
本發明屬非水相酶促有機合成應用生物技術領域，具體涉及一種減壓共沸連續除水的酯類酶法合成工藝。本工藝適用於生物催化劑(如Novozym 435)催化下的各種酯鍵的合成。它提供了一種普遍適用的酯類酶法合成新工藝，可在不影響生物催化劑的催化活性的前提下，通過減壓共沸連續除水，使反應平衡向酯的合成的方向移動，從而能夠大大提高酶促有機合成的轉化率，確保反應趨於完成，徹底解決非水相酶促有機合成中的連續除水問題，提高產品的純度和得率，降低生產成本，在醫藥、食品、材料和精細化工等領域具有廣闊的應用前景。
文檔編號C12P7/64GK101445816SQ20081023585
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月28日 優先權日2008年11月28日
發明者姜瑞霞, 陽 孫, 鑫 方, 湯魯宏, 超 鄧, 偉 陳 申請人:江南大學;湯 寧