专利名称：一种减压共沸连续除水的酯类酶法合成工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于非水相酶促有机合成应用生物技术领域，具体地讲是属于一种减压共沸连续除水的酯类酶 法合成工艺。
背景技术：
关于酯类的合成，有化学合成和生物催化合成两类方法。其中的化学合成工艺已经非常成熟，目前仍 被大量用于酯类有机物的工业化生产。但化学合成丁艺存在着某些致命的缺陷。该:i:艺常常需耍采川浓硫 酸或对甲氧基苯磺酸之类的液体强酸做催化剂，且反应温度很高，通常不可避免地伴有副反应，对原料的 转化率和产物的产率影响很大，分离提纯工艺复杂，对环境也有极为严重的污染。
与化学合成工艺相比，酯类的生物催化合成工艺具有非常大的优越性，可以避免使用液体强酸，使反 应在温和的条件下进行，消除对环境的污染，实现绿色化工、环境友好生产。同时，由于儿乎无副反应发 生，因而分离提取工艺可大为简化，原料的转化率和产品的纯度都可以大幅度提高。但是，酸和醇结合生 成酯和水的反应是一个可逆反应，必须在反应过程中连续不断地脱除生成的水，才能使平衡不断地向酯的 合成的方向移动，使反应趋于完全，达到理想的转化率。酯类的生物催化合成工艺迄今没有得到火规模的 工业化应用，连续脱水的问题没有得到妥善解决是关键因素之一。
为了及时的连续不断的脱除反应生成的水，已经采取了分子筛吸附、膜分离吸水、负压共沸等技术措 施，但所有这些技术措施都存在这样或那样的缺陷。分子筛吸附法方便易行，效果明显，在实验室研究中 常常采用，但由亍吸附饱和后的分子筛的再生需要专用的设备和:i:艺，投资成本很高，因而无法在大规模 的工业生产中应用。膜分离吸水法理论上可行，但由于存在膜的杜塞、老化及使用寿命等方面问题，冈而 实现起来尚有困难。采用叔戊醇、叔丁醇等即能与酶相容，保证酶的催化活性，乂可与生成的水形成共沸 混合物的有机溶剂做反应媒介兼带水剂，以负压共沸蒸馏的方式将水带走，是一个不错的选择，但遗憾的 是，所形成的共沸混合物冷凝后不分层，因而无法实现水的连续分离和溶剂的连续循环冋用，蒸出的含水 溶剂必须经过专门的干燥处理才能冋用。含水溶剂的干燥处理成本火大限制了此项技术的应用。
发明内容
本专利涉及一种环境友好的，以生物催化的方式进行的，相对廉价的，高产率的，普遍适用的酯类酶 法合成新工艺。更为独特的是，它涉及一种经过改进的工艺，这种工艺以环己烷、二氯乙烷、甲苯、二甲 苯或其他任何能够在反应条件下跟水共沸，或跟溶剂和水共沸，冷凝成液体后跟水分层，形成互不相溶的 两相，且不会导致生物催化剂失活的有机溶剂为带水剂，通过从反应混合物中不断的去除反应生成的水， 使平衡反应向酯的合成的方向移动，使反应趋于完成，为解决非水相酶促有机合成中的连续除水问题提供 了一种简便易行的解决方案。按照本专利进行操作，与此前的传统方法相比，能够以经济可行的方法连续 除水，彻底清除酯类的生物催化合成工艺的大规模工业化应用的障碍，实现酯类生产的环境友好化，并显 著改善产率及产品的纯度。以上这些改进对于化工生产的绿色、可持续与环境友好化而言是至关重要的。
具体来说，首先，我们发现，叔戊醇、叔丁醇等溶剂中所含有的水分可以通过在酶促反应温度(30 60。C)
下进行的减压共沸蒸馏被环己烷、二氯乙烷等带水剂带走，混合蒸气在冷凝后自动分层，形成带水剂相和 水相。
其次，我们发现，向叔戊醇或叔r醇等溶剂中添加少量，最好是不高于35%,的环己烷、二氯乙烷等
带水剂，不影响脂肪酶Novozym 435、胃蛋A酶、木瓜蛋A,、猪肝弹性蛋白酶等生物催化剂在这些溶剂 中的催化活性。由此奠定了通过减压共沸蒸馏连续脱除所生成的水的酯类酶法合成T.艺的基础。
我们发现，该工艺对于酯类物质的合成具有普遍适用性，适用的酸类可以是碳链长度在(32 <:26之间的 脂肪酸，饱和的或不饱和的，直链的或支链的，也可以是芳香酸、氨基酸、羟基酸，或其他任何冇机酸。 适用的醇类可以是碳链长度在C2 C32之间的醇，饱和的或不饱和的，直链的或支链的， 一元醇或多元醇，
3也可以是糖类、糖醇类、酚类、抗坏血酸、异抗坏血酸、莽草酸、甾醇、麻黄碱、紫杉醇的前体、乳酸、 丝氨酸、聚醚、聚乙二醇或其他任何含有羟基的有机物。适用的生物催化剂可以是脂肪酶、酯酶、蛋白酶 或其他任何对酯键的形成具有催化活性的生物催化剂中的一种或几种。适用的溶剂可以是丙酮、叔戊醇、 叔丁醇、己垸、甲苯或其他任何能够让生物催化剂在其中呈现催化活性的有机溶剂。适用的带水剂可以是 环己垸、二氯乙烷、甲苯、二甲苯或其他任何能够在反应条件，通常为30 60。C， 0.001~0.005 MPa,下跟 水共沸，或跟溶剂和水共沸，冷凝成液体后跟水分层，形成互不相溶的两相，且不会导致生物催化剂失活 的有机溶剂。
本发明中所提及的所有重要参数全部最优化后原料的转化率可提高至接近100%。 本发明中所使用的酯类产品冋收技术基本沿用传统方法。酯化反应完成后，对反应混合物进行冷却， 物理分离和干燥。这些步骤(包括重结晶)给出了色谱纯产品的良好的产率。
具体实施例方式
下面的实例将具体说明本发明的操作方法，但不能作为对本发明的限定。 实例一
26 g棕榈酸，17 g L-抗坏血酸和lg Novozym 435被添加到100 ml无水叔戊醇中构成混合物，随后在 55。C下，在不断搅拌的条件下，反应8hr。随后加入10ml环己垸，开启真空泵，将反应体系的压强减至 0.001 0.005 MPa，以使共沸混合蒸气蒸出，蒸出的混合蒸气经冷凝后分层，形成环己垸相和水相，环己烷 相自动冋流至反应体系中循环使用。反应体系在此状态下边蒸除、冷凝、冋流边继续维持反应，直到反应 体系中抗坏血酸固体全部消失，分水冷凝器中水相的体积不再增加，继续维持反应4hr。反应结束后，反 应混合物过滤分离固体酶，然后置旋转蒸发仪上回收溶剂和带水剂。产物冷却至室温，添加500 600ml乙 醚使其溶解，得到乙醚溶液，然后蒸发结晶，得到L-抗坏血酸棕榈酸酯35g。
结晶母液回收乙醚，残余物回收并在下一轮反应中循环使用。
实例二
22g月桂酸，17 g莽草酸和lg黑曲霉来源脂肪酶被添加到100ml无水叔丁醇中构成混合物，随后在 36。C下，在不断搅拌的条件下，反应12hr。随后加入10ml二氯乙垸，开启真空泵，将反应体系的压强减 至0.001~0.005 MPa，以使共沸混合蒸气蒸出，蒸出的混合蒸气经冷凝后分层，形成二氯乙烷相和水相， 二氯乙垸相自动回流至反应体系中循环使用。反应体系在此状态下边蒸除、冷凝、回流边继续维持反应， 直到反应体系中莽草酸固体全部消失，分水冷凝器中水相的体积不再增加，继续维持反应4hr。反应结束 后，反应混合物过滤分离固体酶，然后置旋转蒸发仪上回收溶剂和带水剂。产物趁热添加500~600ml己烷， 使其溶解，得到己烷溶液，然后置冰箱过夜结晶，得到月桂酰莽草酸30g。
结晶母液回收乙醚，残余物回收并在下一轮反应中循环使用。
实例三
30g硬脂酸，30g蔗糖和lg猪肝酯酶被添加到100ml无水丙酮中构成泡合物，随后在36。C下，在 不断搅拌的条件下，反应12hr。随后加入]Oml 二氯乙烷，开启真空泵，将反应体系的压强减至0.001 0.005 MPa，以使共沸混合蒸气蒸出，蒸出的混合蒸气经冷凝后分层，形成二氯乙烷相和水相，—氯乙烷相Q动 回流至反应体系中循环使用。反应体系在此状态下边蒸除、冷凝、回流边继续维持反应，直到反应体系中 蔗糖固体全部消失，分水冷凝器中水相的体积不再增加，继续维持反应4hr。反应结束后，反应混合物过 滤分离固体酶，然后置旋转蒸发仪上回收溶剂和带水剂。产物趁热添加500 600ml无水乙醇，使其溶解， 得到乙醇溶液，然后置冰箱过夜结晶，得到蔗糖硬脂酸酯50g。
结晶母液回收乙醚，残余物回收并在下一轮反应中循环使用。
权利要求
1. 一种减压共沸连续除水的酯类酶法合成工艺。该工艺由下列步骤组成1)制备一个混合物。该混合物由(i)酸类，(ii)醇类，(iii)生物催化剂，(iv)溶剂和(v)带水剂组成；2)让混合物中的酸和醇反应生成酯和水；3)让混合物中的溶剂、带水剂跟反应后所生成的水共沸蒸馏，让水以混合蒸气的形式连续蒸出；4)让混合蒸气在冷凝器中冷凝、分层，分离除去所生成的水，溶剂和带水剂返回反应器，循环使用，直到反应终止；5)回收生物催化剂、溶剂和带水剂；6)对含有反应产物和过剩的原料的混合物进行分离，得到酯类产品。
2. 如权利要求〗所述的减压共沸连续除水的酯类酶法合成工艺，其特征在于所述的酸类可以是碳链长度 在C广C26之间的脂肪酸，饱和的或不饱和的，直链的或支链的，也可以是芳香酸、氨基酸、羟基酸， 或其他任何有机酸。
3. 如权利耍求1所述的减压共沸连续除水的酯类酶法合成.l:艺，其特征在T所述的醇类可以是碳链长度 在C2 C32之间的醇，饱和的或不饱和的，直链的或支链的， 一元醇成多元醇，也可以是糖类、糖醇类、 酚类、抗坏血酸、异抗坏血酸、莽草酸、甾醇、麻黄碱、紫杉醇的前体、乳酸、丝氨酸、聚醚、聚乙 二醇或其他任何含有羟基的有机物。
4. 如权利要求1所述的减压共沸连续除水的酯类酶法合成工艺，其特征在于所述的生物催化剂可以是脂 肪酶、酯酶、蛋白酶或其他任何对酯键的形成具有催化活性的生物催化剂中的一种或几种。
5. 如权利要求1所述的减压共沸连续除水的酯类酶法合成工艺，其特征在于所述的溶剂可以是丙酮、叔 戊醇、叔丁醇、己垸、甲苯或其他任何能够让生物催化剂在其中呈现催化活性的有机溶剂。
6. 如权利要求1所述的减压共沸连续除水的酯类酶法合成工艺，其特征在于所述的带水剂可以是环己烷、 二氯乙烷、甲苯、二甲苯或其他任何能够在反应条件下跟水共沸，或跟溶剂和水共沸，冷凝成液体后 跟水分层，形成互不相溶的两相，且不会导致生物催化剂失活的有机溶剂。
7. 如权利要求1所述的减压共沸连续除水的酯类酶法合成工艺，其特征在丁反应在所选用的生物催化剂 的最适温度，通常为30 60。C，下进行。
8. 如权利要求i所述的减压共沸迮续除水的酯类酶法合成.i:艺，其特征在丁共沸蒸馏在反应温度卜通过将反应体系的压强减至较低水平，通常低达0.001-0.005 MPa，来实现。
全文摘要
本发明属非水相酶促有机合成应用生物技术领域，具体涉及一种减压共沸连续除水的酯类酶法合成工艺。本工艺适用于生物催化剂(如Novozym 435)催化下的各种酯键的合成。它提供了一种普遍适用的酯类酶法合成新工艺，可在不影响生物催化剂的催化活性的前提下，通过减压共沸连续除水，使反应平衡向酯的合成的方向移动，从而能够大大提高酶促有机合成的转化率，确保反应趋于完成，彻底解决非水相酶促有机合成中的连续除水问题，提高产品的纯度和得率，降低生产成本，在医药、食品、材料和精细化工等领域具有广阔的应用前景。
文档编号C12P7/64GK101445816SQ20081023585
公开日2009年6月3日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者姜瑞霞, 阳 孙, 鑫 方, 汤鲁宏, 超 邓, 伟 陈 申请人:江南大学;汤 宁