專利名稱：一種脂肪酶催化在線合成甘露糖-6-月桂酸酯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脂肪酶催化在線可控選擇性合成甘露糖-6-月桂酸酯的方法。
背景技術(shù)：
糖酯是一種優(yōu)良的非離子表面活性劑，采用自然界廣泛存在的天然可再生資源糖為原料，具有廣闊的發(fā)展前景。當(dāng)今表面活性劑工業(yè)正向綠色化學(xué)的方向發(fā)展，逐漸要求產(chǎn)品無(wú)毒害化、反應(yīng)原料可再生化、反應(yīng)過(guò)程綠色化。糖酯作為一種優(yōu)良的天然表面活性劑，符合綠色化學(xué)的產(chǎn)品無(wú)毒害化和反應(yīng)原料可再生化兩大要求，但其反應(yīng)過(guò)程仍需要進(jìn)一步綠色化。目前國(guó)內(nèi)外商業(yè)化生產(chǎn)的糖酯全部是由化學(xué)法合成的，化學(xué)法存在許多不足，主要包括:反應(yīng)過(guò)程中條件激烈，容易發(fā)生糖的碳化和內(nèi)酯化等副反應(yīng)，而且由于化學(xué)合成法對(duì)酯鍵位置的選擇性差，酯鍵數(shù)量難于控制，生成產(chǎn)物為多種酯的異構(gòu)體和副產(chǎn)品的混合物，產(chǎn)品難以分離純化，產(chǎn)品色澤較深。酶法生產(chǎn)具有反應(yīng)條件溫和及良好的區(qū)域和位置選擇性，以及明顯的立體專一性，產(chǎn)品純度高、色澤淺，產(chǎn)品容易分離純化等優(yōu)點(diǎn)。酶法生產(chǎn)不僅符合綠色反應(yīng)過(guò)程的要求，并且解決了化學(xué)法生產(chǎn)的諸多缺點(diǎn)，已越來(lái)越受到人們的重視。目前國(guó)內(nèi)外研究較多并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的仍是以蔗糖酯為主的二糖酯，而對(duì)甘露糖酯、葡萄糖酯、果糖酯等單糖酯的研究相對(duì)較少。采用甘露糖生產(chǎn)糖酯與蔗糖相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如甘露糖含有較少的羥基、酶法生產(chǎn)甘露糖酯反應(yīng)過(guò)程更簡(jiǎn)單、副產(chǎn)物更少、單酯轉(zhuǎn)化率更高、產(chǎn)品的分離純化更簡(jiǎn)單等，此外，對(duì)甘露糖酯的研究將有利于解決我國(guó)國(guó)內(nèi)糖酯產(chǎn)品單一的問(wèn)題，有利于實(shí)現(xiàn)糖酯HLB值的系列化。因此開發(fā)高效的甘露糖酯的合成方法具有十分重要的實(shí)際意義。微流控學(xué)(Microf luidics)是在微米級(jí)結(jié)構(gòu)中操控納升至皮升體積流體的技術(shù)與科學(xué)，是近十年來(lái)迅速崛起的新交叉學(xué)科。當(dāng)前，微流控學(xué)的發(fā)展已大大超越了原來(lái)的主要為分析化學(xué)服務(wù)的目的，而正在成為整個(gè)化學(xué)學(xué)科、生命科學(xué)、儀器科學(xué)乃至信息科學(xué)新一輪創(chuàng)新研究的重要技術(shù)平臺(tái)。自1997年Harrison課題組發(fā)表了首篇在微流控芯片微反應(yīng)器中合成化合物的文獻(xiàn)后，微流控芯片反應(yīng)器已成功地用于多種有機(jī)合成反應(yīng)，并展示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著微流控芯片中微混合、微反應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，在芯片中進(jìn)行合成反應(yīng)已經(jīng)成為微流控芯片領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。同常規(guī)化學(xué)反應(yīng)器相比，微通道反應(yīng)器不僅具有使反應(yīng)物間的擴(kuò)散距離大大縮短，而且傳質(zhì)速度快；反應(yīng)物配比、溫度、反應(yīng)時(shí)間和流速等反應(yīng)條件容易控制，副反應(yīng)較少；需要反應(yīng)物用量甚微，不但能減少昂貴、有毒、有害反應(yīng)物的用量，而且反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境污染物也極少，是一種環(huán)境友好、合成研究新物質(zhì)的技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)有機(jī)介質(zhì)中甘露糖酯的酶催化合成進(jìn)行了研究，但是該方法往往需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間(24h)，且反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率與選擇性不高，因此我們研究了微通道反應(yīng)器中脂肪酶催化選擇性合成甘露糖月桂酸酯的方法，旨在尋找一種高效環(huán)保的甘露糖月桂酸單酯的在線可控選擇性合成方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種微流控通道反應(yīng)器中脂肪酶催化選擇性合成甘露糖-6-月桂酸酯的新工藝，具有反應(yīng)時(shí)間短、選擇性高及產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種脂肪酶催化在線合成甘露糖-6-月桂酸酯的方法，所述方法采用微流控通道反應(yīng)器，所述的微流控通道反應(yīng)器包括注射泵、注射器、反應(yīng)通道和產(chǎn)物收集器，所述注射器安裝于注射泵中，通過(guò)一個(gè)接口與反應(yīng)通道入口連接，所述產(chǎn)物收集器通過(guò)一個(gè)接口與反應(yīng)通道出口連接，所述反應(yīng)通道內(nèi)徑為0.8 2.4_，反應(yīng)通道長(zhǎng)為0.5 1.0m ;所述方法包括:以摩爾比為1: 8 12的甘露糖與月桂酸乙烯酯為原料，以0.5 1.0g脂肪酶Lipozyme TUM為催化劑，以叔戊醇和二甲亞砜(DMSO)的混合溶劑為反應(yīng)溶劑，將原料和反應(yīng)溶劑置于注射器中，將脂肪酶Lipozyme TUM均勻填充在反應(yīng)通道中，在注射泵推動(dòng)下使原料和反應(yīng)溶劑連續(xù)通入反應(yīng)通道中進(jìn)行酰化反應(yīng)，控制?；磻?yīng)溫度為40 55°C，酰化反應(yīng)時(shí)間為15 35min，通過(guò)產(chǎn)物收集器在線收集反應(yīng)液，反應(yīng)液經(jīng)常規(guī)后處理得到甘露糖-6-月桂酸酯。 本發(fā)明采用的微流控通道反應(yīng)器中，所述注射器數(shù)目可以是一個(gè)或多個(gè)，視具體反應(yīng)需求而定。比如，當(dāng)使用兩個(gè)注射器時(shí)，可采用T型或Y型接口使不同的反應(yīng)物從兩個(gè)入口引入，匯流進(jìn)入公共的反應(yīng)通道，通過(guò)微通道的中反應(yīng)物分子接觸與碰撞幾率增大，使兩股反應(yīng)液流在公共的反應(yīng)通道中混合并進(jìn)行反應(yīng)。所述的微流控通道反應(yīng)器還包括恒溫箱，所述的反應(yīng)通道置于恒溫箱中，以此可以有效控制反應(yīng)溫度。所述的恒溫箱可以根據(jù)反應(yīng)溫度要求自行選擇，比如水浴恒溫箱等。本發(fā)明對(duì)于反應(yīng)通道的材質(zhì)不限，推薦使用綠色、環(huán)保的材質(zhì)，例如硅膠管；對(duì)于反應(yīng)通道的形狀最好為曲線形，可以保證反應(yīng)液勻速穩(wěn)定的通過(guò)。本發(fā)明在實(shí)施過(guò)程中，可先用叔戊醇和DMSO的混合溶劑(叔戊醇:DMS0 = 4: I)溶解甘露糖，其用量只要保證甘露糖能充分溶解即可，并裝于注射器中備用；僅用無(wú)毒的叔戊醇溶解月桂酸乙烯酯，裝于另一注射器中備用；然后在注射泵(例如PHD2000注射泵)推動(dòng)下使原料和反應(yīng)溶劑通入反應(yīng)通道中進(jìn)行反應(yīng)。因此，本發(fā)明中，反應(yīng)溶劑中叔戊醇和DMSO體積比大于4: 1，相比于常規(guī)的搖床反應(yīng)，可以將有毒的DMSO的使用量降至最低。本發(fā)明中，所述的脂肪酶Lipozyme TLIM使用諾維信(novozymes)公司生產(chǎn)的商品，其是一種由微生物制備的、1，3位置專用、食品級(jí)脂肪酶(EC3.1.1.3)在顆粒硅膠上的制劑。它是從Thermomyces Ianuginosus得到的、用一種基因改性米曲霉(Aspergillusoryzae)微生物經(jīng)過(guò)深層發(fā)酵生產(chǎn)的。進(jìn)一步，所述甘露糖與月桂酸乙烯酯的摩爾比優(yōu)選為1: 10 11，最優(yōu)選為
I: 11。進(jìn)一步，所述?；磻?yīng)溫度優(yōu)選為50 55°C，更優(yōu)選為52 55°C，最優(yōu)選為52。。。進(jìn)一步，所述?；磻?yīng)時(shí)間優(yōu)選為25 30min，最優(yōu)選為30min。
本發(fā)明的反應(yīng)產(chǎn)物可以在線收集，所得反應(yīng)液可以通過(guò)常規(guī)后處理方法即可獲得甘露糖-6-月桂酸酯。所述常規(guī)后處理方法可以是:所得反應(yīng)液減壓蒸餾除去溶劑，用200-300目硅膠濕法裝柱，洗脫試劑為氯仿:甲醇=10: 1，樣品用少量洗脫試劑溶解后濕法上柱，收集洗脫液，同時(shí)TLC跟蹤洗脫進(jìn)程，將得到的含有單一產(chǎn)物的洗脫液合并蒸干，可以得到乳白色的單酯晶體，即為甘露糖-6-月桂酸酯。本發(fā)明中，雖然甘露糖中有5個(gè)性能相近的羥基，但在微流控微通道反應(yīng)器中脂肪酶催化選擇性合成甘露糖-6-月桂酸酯具有較高的轉(zhuǎn)化率和選擇性，二酯的轉(zhuǎn)化率很低，幾乎沒(méi)有，通過(guò)柱層析分離得到的單酯的含量可達(dá)99%-100%。產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR確證。這表明微流控微通道反應(yīng)器中甘露糖-6-月桂酸酯的酶促選擇性合成具有很好的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及選擇性，能實(shí)現(xiàn)高的單酯化率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明微流控通道反應(yīng)器中選擇性合成甘露糖-6-月桂酸酯，該法不僅大大地縮短了反應(yīng)時(shí)間，而且具有高的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)選擇性；同時(shí)降低了 DMSO的使用量，具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例采用的微流控通道反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此:本發(fā)明實(shí)施例使用的微流控通道反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)參考圖1，包括一個(gè)注射泵(未顯示)、兩個(gè)注射器I和2、反應(yīng)通道3、水浴恒溫箱(5，僅顯示其平面示意圖)和產(chǎn)物收集器4 ;兩個(gè)注射器I和2安裝于注射泵中，通過(guò)一個(gè)Y型接口與反應(yīng)通道3入口連接，所述反應(yīng)通道3置于水浴恒溫箱5中，通過(guò)水浴恒溫箱5控制反應(yīng)溫度，所述的反應(yīng)通道3的內(nèi)徑
2.4mm,管長(zhǎng)lm，所述反應(yīng)通道3出口通過(guò)一接口與產(chǎn)物收集器4連接。實(shí)施例1:甘露糖-6-月桂酸酯的合成
權(quán)利要求
1.一種脂肪酶催化在線合成甘露糖-6-月桂酸酯的方法，其特征在于所述方法采用微流控通道反應(yīng)器，所述的微流控通道反應(yīng)器包括注射泵、注射器、反應(yīng)通道和產(chǎn)物收集器，所述注射器安裝于注射泵中，通過(guò)一個(gè)接口與反應(yīng)通道入口連接，所述產(chǎn)物收集器通過(guò)一個(gè)接口與反應(yīng)通道出口連接，所述反應(yīng)通道內(nèi)徑為0.8 2.4_，反應(yīng)通道長(zhǎng)為0.5 1.0m;所述方法包括:以摩爾比為1: 8 12的甘露糖與月桂酸乙烯酯為原料，以0.5 1.0g脂肪酶Lipozyme TLIM為催化劑，以叔戊醇和二甲亞砜的混合溶劑為反應(yīng)溶劑，將原料和反應(yīng)溶劑置于注射器中，將脂肪酶Lipozyme TUM均勻填充在反應(yīng)通道中，在注射泵推動(dòng)下使原料和反應(yīng)溶劑連續(xù)通入反應(yīng)通道中進(jìn)行?；磻?yīng)，控制?；磻?yīng)溫度為40 55°C，?；磻?yīng)時(shí)間為15 35min，通過(guò)產(chǎn)物收集器在線收集反應(yīng)液，反應(yīng)液經(jīng)常規(guī)后處理得到甘露糖-6-月桂酸酯。
2.如權(quán)利要求1所述的脂肪酶催化在線合成甘露糖-6-月桂酸酯的方法，其特征在于:所述的方法包括下列步驟:先用體積比為4: I的叔戊醇和DMSO的混合溶劑溶解甘露糖，裝于注射器中備用；用叔戊醇溶解月桂酸乙烯酯，裝于另一注射器中備用；然后在注射泵推動(dòng)下使原料和反應(yīng)溶劑通入反應(yīng)通道中進(jìn)行?；磻?yīng)。
3.如權(quán)利要求1所述的脂肪酶催化在線合成甘露糖-6-月桂酸酯的方法，其特征在于:所述微流控通道反應(yīng)器包括恒溫箱，所述反應(yīng)通道置于恒溫箱中。
4.如權(quán)利要求2所述的脂肪酶催化在線合成甘露糖-6-月桂酸酯的方法，其特征在于:所述微流控通道反應(yīng)器包括恒溫箱，所述反應(yīng)通道置于恒溫箱中。
5.如權(quán)利要求1 4之一所述的脂肪酶催化在線合成甘露糖-6-月桂酸酯的方法，其特征在于:所述甘露糖與月桂酸乙烯酯的摩爾比為1: 10 11，所述?；磻?yīng)溫度為52 55 °C，所述?；磻?yīng)時(shí)間為25 30min。
6.如權(quán)利要求1 4之一所 述的脂肪酶催化在線合成甘露糖-6-月桂酸酯的方法，其特征在于:所述甘露糖與月桂酸乙烯酯的摩爾比為1: 11，所述?；磻?yīng)溫度為52°c，所述?；磻?yīng)時(shí)間為30min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脂肪酶催化在線合成甘露糖-6-月桂酸酯的方法，所述方法為以摩爾比為1∶8～12的甘露糖與月桂酸乙烯酯為原料，以0.5～1.0g脂肪酶Lipozyme TLIM為催化劑，以叔戊醇和DMSO的混合溶劑為反應(yīng)溶劑，將脂肪酶Lipozyme TLIM均勻填充在微流控通道反應(yīng)器的反應(yīng)通道中，所述微流控通道反應(yīng)器的反應(yīng)通道內(nèi)徑為0.8～2.4mm，反應(yīng)通道長(zhǎng)為0.5～1.0m；使原料和反應(yīng)溶劑連續(xù)通入反應(yīng)通道中進(jìn)行?；磻?yīng)，控制?；磻?yīng)溫度為40～55℃，?；磻?yīng)時(shí)間為15～35min，在線收集反應(yīng)液，反應(yīng)液經(jīng)常規(guī)后處理得到甘露糖-6-月桂酸酯。本發(fā)明具有反應(yīng)時(shí)間短、選擇性高及產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12P19/02GK103184253SQ20111045913
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者杜理華, 羅錫平, 顧生妹, 張航誠(chéng), 胡玉婷 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)