專利名稱：一種減壓共沸連續(xù)除水的酰胺類酶法合成工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非水相酶促有機合成應(yīng)用生物技術(shù)領(lǐng)域，具體地講是屬于一種減壓共沸連續(xù)除水的酰胺類 酶法合成工藝。
背景技術(shù)：
關(guān)于酰胺類的合成，有化學(xué)合成和生物催化合成兩類方法。其中的化學(xué)合成工藝己經(jīng)非常成熟，目前 仍被大量用于酰胺類有機物的工業(yè)化生產(chǎn)。但化學(xué)合成工藝存在著某些致命的缺陷。該工藝常常需要采用 濃硫酸或?qū)籽趸交撬嶂惖囊后w強酸做催化劑，且反應(yīng)溫度很高，通常不可避免地伴有副反應(yīng)，對原 料的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的產(chǎn)率影響很大，分離提純工藝復(fù)雜，對環(huán)境也有極為嚴重的污染。
與化學(xué)合成工藝相比，酰胺類的生物催化合成工藝具有非常大的優(yōu)越性，可以避免使用液體強酸，使 反應(yīng)在溫和的條件下進行，消除對環(huán)境的污染，實現(xiàn)綠色化工、環(huán)境友好生產(chǎn)。同時，由于兒乎無副反應(yīng) 發(fā)生，因而分離提取工藝可大為簡化，原料的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品的純度都可以大幅度提高。但是，酸和有機胺 結(jié)合生成酰胺和水的反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，必須在反應(yīng)過程中連續(xù)不斷地脫除生成的水，才能使平衡不斷 地向酰胺的合成的方向移動，使反應(yīng)趨于完全，達到理想的轉(zhuǎn)化率。酰胺類的生物催化合成工藝迄今沒有 得到大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，連續(xù)脫水的問題沒有得到妥善解決是關(guān)鍵丙素之一。
為了及時的連續(xù)不斷的脫除反應(yīng)生成的水，已經(jīng)采取了分子篩吸附、膜分離吸水、負壓共沸等技術(shù)措 施，但所有這些技術(shù)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 常常采用，但由于吸附飽和后的分子篩的再生需要專用的設(shè)備和工藝，投資成本很高，因而無法在大規(guī)模 的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。膜分離吸水法理論上可行，但由于存在膜的杜塞、老化及使用壽命等方面問題，因而 實現(xiàn)起來尚有困難。采用叔戊醇、叔丁醇等即能與酶相容，保證酶的催化活性，又可與生成的水形成共沸 混合物的有機溶劑做反應(yīng)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后不分層，因而無法實現(xiàn)水的連續(xù)分離和溶劑的連續(xù)循環(huán)回用，蒸出的含水 溶劑必須經(jīng)過專門的干燥處理才能回用。含水溶劑的干燥處理成本大大限制了此項技術(shù)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本專利涉及一種環(huán)境友好的，以生物催化的方式進行的，相對廉價的，高產(chǎn)率的，普遍適用的酰胺類 酶法合成新工藝。更為獨特的是，它涉及一種經(jīng)過改進的工藝，這種工藝以環(huán)己烷、二氯乙烷、甲苯、二 甲苯或其他任何能夠在反應(yīng)條件下跟水共沸，或跟溶劑和水共沸，冷凝成液體后跟水分層，形成互不相溶 的兩相，且不會導(dǎo)致生物催化劑失活的有機溶劑為帶水劑，通過從反應(yīng)混合物中不斷的去除反應(yīng)生成的水， 使平衡反應(yīng)向酰胺的合成的方向移動，使反應(yīng)趨于完成，為解決非水相酶促有機合成中的連續(xù)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(tǒng)方法相比，能夠以經(jīng)濟可行的方法連 續(xù)除水，徹底清除酖胺類的生物催化合成工藝的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的障礙，實現(xiàn)酰胺類生產(chǎn)的環(huán)境友好化， 并顯著改善產(chǎn)率及產(chǎn)品的純度。以上這些改進對于化工生產(chǎn)的綠色、可持續(xù)與環(huán)境友好化而言是至關(guān)重要 的。
具體來說，首先，我們發(fā)現(xiàn)，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(yīng)溫度(30 60。C) 下進行的減壓共沸蒸餾被戊烷、己烷、環(huán)己垸、二氯乙烷等帶水劑帶走，混合蒸氣在冷凝后自動分層，形 成帶水劑相和水相。
其次，我們發(fā)現(xiàn)，向叔戊醇或叔丁醇等溶劑中添加少量，最好是不高于35%，的戊烷、己垸、環(huán)己烷、 二氯乙烷等帶水劑，不影響脂肪酶、中性蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、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(xù)脫除所生成的水的酰胺類酶法合成工藝的基 礎(chǔ)。
我們發(fā)現(xiàn)，該工藝對于酰胺類物質(zhì)的合成具有普遍適用性，適用的酸類可以是碳鏈長度在C2 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、氨基酸、羥基酸，或其他任何有機酸。 適用的有機胺類可以是碳鏈長度在C廣C32之間的胺，飽和的或不飽和的，直鏈的或支鏈的，伯胺或仲胺， 也可以是氨基糖類、氨基糖醇類、氨基酸類或其他任何含有胺基的有機物。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酰胺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、2-丁酮、甲基叔丁基米、叔戊醇、叔丁醇、戊烷、己烷、甲苯或其他任何能夠讓生物催化劑在 其中呈現(xiàn)催化活性的有機溶劑。適用的帶水劑可以是戊烷、己烷、環(huán)己烷、二氯乙烷、甲苯、二甲苯或其 他任何能夠在反應(yīng)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 體后跟水分層，形成互不相溶的兩相，且不會導(dǎo)致生物催化劑失活的有機溶劑。
本發(fā)明中所提及的所有重要參數(shù)全部最優(yōu)化后原料的轉(zhuǎn)化率可提高至接近理論值。 本發(fā)明中所使用的酰胺類產(chǎn)品冋收技術(shù)基本沿用傳統(tǒng)方法。酰胺化反應(yīng)完成后，對反應(yīng)混合物進行冷 卻，物理分離和干燥。這些步驟(包括重結(jié)晶)給出了色譜純產(chǎn)品的良好的產(chǎn)率。
具體實施例方式
下面的實例將具體說明本發(fā)明的操作方法，但不能作為對本發(fā)明的限定。 實例一
90 g (1 mol)甲氧基乙酸，121 g (1 mol)外消旋苯乙胺和5gNovozym 435被添加到500 ml無水叔戊醇中 構(gòu)成混合物，隨后在55T下，在不斷攪拌的條件下，反應(yīng)8hr。隨后加入100ml環(huán)己烷，開啟真空泵，將 反應(yīng)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(jīng)冷凝后分層，形成環(huán) 己垸相和水相，環(huán)己烷相自動回流至反應(yīng)體系中循環(huán)使用。反應(yīng)體系在此狀態(tài)下邊蒸除、冷凝、回流邊繼 續(xù)維持反應(yīng)，直到分水冷凝器中水相的體積不再增加，繼續(xù)維持反應(yīng)4hr。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)混合物過濾 分離固體酶，然后置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上回收溶劑和帶水劑。產(chǎn)物冷卻至室溫，用200ml 0.1M鹽酸萃取，重復(fù) 操作三次，得到含(S)-苯乙胺鹽酸鹽的水溶液，和含(R)-甲氧乙酰苯乙胺的有機相。水溶液調(diào)節(jié)PH至 10~10.2，然后用乙醚萃取，蒸發(fā)回收乙醚，得到(S)-苯乙胺54g。有機相經(jīng)蒸餾分離，得到(R)-甲氧乙酰苯 乙胺77.2g。
實例二
22g月桂酸，14 g賴氨酸和lg黑曲霉來源脂肪酶被添加到100ml無水叔丁醇中構(gòu)成混合物，隨后在 36°C下，在不斷攪拌的條件下，反應(yīng)12hr。隨后加入10 ml己烷，開啟真空泵，將反應(yīng)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(jīng)冷凝后分層，形成己烷相和水相，環(huán)己烷相 自動回流至反應(yīng)體系中循環(huán)使用。反應(yīng)體系在此狀態(tài)下邊蒸除、冷凝、回流邊繼續(xù)維持反應(yīng)，直到反應(yīng)體 系中賴氨酸固體全部消失，分水冷凝器中水相的體積不再增加，繼續(xù)維持反應(yīng)4hr。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)混 合物過濾分離固體酶，然后置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上回收溶劑和帶水劑。產(chǎn)物趁熱添加500~600ml己烷，使其溶解， 得到己烷溶液，然后置冰箱過夜結(jié)晶，得到月桂酰賴氨酸30g。
結(jié)晶母液回收乙醚，殘余物回收并在下一輪反應(yīng)中循環(huán)使用。
實例三
135gL-天冬氨酸，117gD-丙氨酸乙酯和lg中性蛋白酶被添加到100ml無水叔丁醇中構(gòu)成混合物， 隨后在36。C下，在不斷攪拌的條件下，反應(yīng)12hr。隨后加入10ml戊烷，開啟真空泵，將反應(yīng)體系的壓強 減至0.01~0.005 MPa，以使共沸混合蒸氣蒸出，蒸出的混合蒸氣經(jīng)冷凝后分層，形成戊烷相和水相，戊烷 相自動回流至反應(yīng)體系中循環(huán)使用。反應(yīng)體系在此狀態(tài)下邊蒸除、冷凝、回流邊繼續(xù)維持反應(yīng)，直到反應(yīng) 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(xù)維持反應(yīng)4hr。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng) 混合物過濾分離固體酶，然后置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上回收溶劑和帶水劑。產(chǎn)物冷卻至室溫，溶于200ml甲基叔丁 基醚，用200ml O.IM鹽酸萃取，堇復(fù)操作三次，得到含L-天冬氨酰-D-丙氨酸乙酯組分。L-天冬氨酰-D-丙氨酸乙酯組分置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上回收脫除洗脫劑，然后結(jié)晶，得到L-天冬氨酰-D-丙氨酸乙酯230g。
權(quán)利要求
1. 一種減壓共沸連續(xù)除水的酰胺類酶法合成工藝。該工藝由下列步驟組成1)制備一個混合物。該混合物由(i)酸類，(ii)有機胺類，(iii)生物催化劑，(iv)溶劑和(v)帶水劑組成；2)讓混合物中的酸和有機胺反應(yīng)生成酰胺和水；3)讓混合物中的溶劑、帶水劑跟反應(yīng)后所生成的水共沸蒸餾，讓水以混合蒸氣的形式連續(xù)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(yīng)器，循環(huán)使用，直到反應(yīng)終止；5)回收生物催化劑、溶劑和帶水劑；6)對含有反應(yīng)產(chǎn)物和過剩的原料的混合物進行分離，得到酰胺類產(chǎn)品。
2. 如權(quán)利要求1所述的減壓共沸連續(xù)除水的酰胺類酶法合成工藝，其特征在于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、氨基酸、羥基酸， 或其他任何有機酸。
3. 如權(quán)利要求1所述的減壓共沸連續(xù)除水的酰胺類酶法合成工藝，其特征在于所述的有機胺類可以是碳 鏈長度在C, C32之間的胺，飽和的或不飽和的，直鏈的或支鏈的，伯胺或仲胺，也可以是氨基糖類、 氨基糖醇類、氨基酸類或其他任何含有胺基的有機物。
4. 如權(quán)利要求1所述的減壓共沸連續(xù)除水的酰胺類酶法合成工藝，其特征在于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酰胺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(quán)利要求1所述的減壓共沸連續(xù)除水的酰胺類酶法合成丄藝，其特征在于所述的溶劑可以是丙酮、 2-丁酮、甲基叔丁基醚、叔戊醇、叔丁醇、戊烷、己烷、甲苯或其他任何能夠讓生物催化劑在其中Y. 現(xiàn)催化活性的有機溶劑。
6. 如權(quán)利要求1所述的減壓共沸連續(xù)除水的酰胺類酶法合成l:藝，其特征在于所述的帶水劑可以是戊垸、 己烷、環(huán)己烷、二氯乙烷、甲苯、二甲苯或其他任何能夠在反應(yīng)條件下跟水共沸，或跟溶劑和水共沸， 冷凝成液體后跟水分層，形成互不相溶的兩相，且不會導(dǎo)致生物催化劑失活的有機溶劑。
7. 如權(quán)利要求1所述的減壓共沸連續(xù)除水的酰胺類酶法合成丄藝，其特征在于反應(yīng)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(quán)利耍求1所述的減壓共沸連續(xù)除水的酰胺類酶法合成工藝，其特征在于共沸蒸餾在反應(yīng)溫度下通 過將反應(yīng)體系的壓強減至較低水平，通常低達0.001-0.005 MPa，來實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明屬非水相酶促有機合成應(yīng)用生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種減壓共沸連續(xù)除水的酰胺類酶法合成工藝。本工藝適用于生物催化劑(如中性蛋白酶)催化下的各種酰胺鍵的合成。它提供了一種普遍適用的酰胺類酶法合成新工藝，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(xù)除水，使反應(yīng)平衡向酰胺的合成的方向移動，從而能夠大大提高酶促有機合成的轉(zhuǎn)化率，確保反應(yīng)趨于完成，徹底解決非水相酶促有機合成中的連續(xù)除水問題，提高產(chǎn)品的純度和得率，降低生產(chǎn)成本，在醫(yī)藥、食品、材料和精細化工等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C12P13/00GK101429533SQ20081024364
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者劉平靜, 戴阿娟, 湯魯宏, 擇 王, 超 鄧, 偉 陳 申請人:江南大學(xué);湯 寧