专利名称：离子液体萃取分离青霉素的方法
技术领域：
本发明涉及液液萃取领域，特别涉及以离子液体为萃取剂的青霉素萃取及反萃取方法。
背景技术：
青霉素是一种广泛用于临床的抗生素。近年来，随着半合成制药技术的发展，青霉素大量用做合成β-内酰胺类药物的原料。青霉素生产一般由发酵、溶剂萃取、反萃取、结晶、干燥等过程组成，溶剂萃取和反萃取是其中的重要步骤。不断研究和发展新的萃取体系是研究人员一直关注的问题。
目前研究较多的萃取体系包括醋酸丁酯萃取体系、有机胺类萃取体系、中性膦萃取体系、亚砜类萃取体系、双水相萃取体系和反胶团萃取体系。醋酸丁酯萃取体系广泛为工业生产所采用，其过程为pH＝2的条件下，青霉素溶液与醋酸丁酯以2∶1的相比混合反应并分离；采用碳酸钾或碳酸氢钾水溶液为反萃取剂，在pH＝6.0～7.5的条件下进行反萃取；利用体系物质酸碱性及溶解度不同实现分离纯化的目的。尽管醋酸丁酯萃取青霉素因其分配系数高广泛为工业生产采用，但醋酸丁酯等有机溶剂存在挥发造成环境污染以及容易发生爆炸的危险；有机胺类萃取体系可以在pH＝4.0～5.0的条件下进行萃取，pH＝7.0～9.0的条件下进行反萃取，对青霉素萃取效果较好，但存在容易乳化和萃取杂质的缺点；中性膦萃取剂与醋酸丁酯同属于中性萃取剂，可以在pH＝3.1的条件下进行萃取，pH＝7.0的条件下进行反萃取，萃取率随磷酸三丁酯浓度的增加而升高，其最大的优点是提高了萃取的pH值，减少了青霉素的破坏，但仍有乳化现象，产品质量有待进一步提高；研究表明亚砜类萃取剂为中性萃取剂，用40％的石油亚砜--煤油进行青霉素萃取，在pH＝3.0，O/W＝1/2的条件下，单级萃取率达93％，但萃取过程仍有乳化问题；双水相萃取体系可以从发酵液直接萃取青霉素，工艺简单，避免发酵液预处理等操作，所需溶剂量大大减少，但由于双水相萃取体系的聚乙二醇价格较高，回收利用困难，造成生产成本过高，暂时无法应用于生产；反胶团应用于青霉素萃取在室温、pH＝5.0～8.0的条件下进行萃取取得了满意的结果。在反胶团萃取体系中，随离子强度增大，青霉素萃取率变化不大，但色素等杂质的萃取率急剧下降，青霉素萃取率随pH变化不大。这样，一方面可在较高pH值下进行萃取，减少青霉素破坏，另一方面可以利用离子强度变化去除杂质。反胶团萃取用于青霉素这样的大处理量、低附加值的产品生产还很困难。
迄今为止，绝大部分萃取都在分子溶剂中进行。近年来，离子液体的出现引起各国学者的广泛关注。离子液体是完全由离子组成的液体，一般由有机阳离子和无机阴离子组成，在室温呈液态，是低温下(＜100℃＝呈液态的盐。研究表明，离子液体能够溶解多种有机物和无机化合物。离子液体作为萃取剂应用于水相有机物及金属离子的萃取分离已有多篇报道(Huddleston etal.，Room temperature ionic liquids as novel media for“clean”liquid-liquidextraction，Chem.Commun.，1998(16)1765-1766；Visser et al，Task-specific ionicliquids for the extraction of metal ions from aqueous solutions.Chem.Commun，2001，135-136；Dai et al.，Solvent extraction of strontium nitrate by acrown ether using room temperature ionic liquids J.Chem.Soc.Dalton.Trans.，1999(8)，1201-1202)。离子液体萃取及反萃取分离青霉素还未见报道。
发明内容
本发明的目的是克服在分子溶剂中进行萃取青霉素过程中存在的乳化等问题，提供一种工艺简单的离子液体萃取分离青霉素的方法，不仅使萃取体系价格低廉，降低生产成本，同时提高产品的质量。
本发明确定了青霉素G/V在离子液体，如疏水性离子液体[Bmim]PF6(1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸)中萃取的操作方法和pH、相比、青霉素浓度对萃取率的影响。本发明采用萃取方式为单级萃取、错流萃取或逆流萃取。
本发明的离子液体萃取分离青霉素的方法包括以下步骤(1).取一定体积青霉素水溶液，水相青霉素浓度控制在5000u/ml～80000u/ml范围内，将离子液体与青霉素水溶液按一定相比加入带搅拌的混合槽中，相比控制在O/W为1∶1～1∶4的范围，开启搅拌，使两相充分混合，温度控制在5℃～30℃的范围；(2).向步骤(1)的溶液中慢慢加入酸化剂，控制pH在1.5～4.0的范围，搅拌15分钟左右使反应充分进行，停搅拌，静止分相。
或(1).取一定体积离子液体的青霉素溶液，青霉素浓度控制在5000u/ml～150000u/ml范围内，将离子液体与离子液体的青霉素水溶液按一定相比加入带搅拌的混合槽中，相比控制在O/W为1∶1～1∶4的范围，开启搅拌，使两相充分混合，温度控制在5℃～30℃的范围；(2).向步骤(1)的溶液中慢慢加入碱化剂的水溶液，控制pH在6.0～9.0的范围，搅拌15分钟左右使反应充分进行，停搅拌，静止分相。
所述的酸化剂为硫酸、盐酸、磷酸等无机酸或它们的任意混合液；所述的离子液体是疏水型咪唑类六氟磷酸，如1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸。
所述的碱化剂的水溶液是碳酸盐的水溶液，碳酸盐的水溶液为碳酸钾、碳酸钠、碳酸铵、碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵的水溶液或它们的任意混合液。
本发明在使用酸化剂后，待两相界面清晰后，可用移液管取重相离子液体测定其旋光值，参比青霉素在离子液体中的溶解标准旋光曲线得出离子液体中青霉素的浓度，离子液体中青霉素浓度不超过150000u/ml，准确测量离子液体相体积，计算萃取率。结果表明在pH＝1.5～2.5的范围，青霉素萃取率最高，而且萃取率随pH变化不大，是最佳萃取pH范围，在pH＝2.5～4.0的范围，青霉素萃取率随pH值升高而降低，pH≥4的情况下，单级萃取率低于50％；在相比O/W＝1∶1.5～1∶2.5的范围，青霉素萃取率随相比增大而降低，在相比≥2.5的情况下，青霉素萃取率随相比变化不大；青霉素浓度为20000u/ml～30000u/ml的范围，萃取率随水相青霉素浓度增大而升高，青霉素浓度为30000u/ml～50000u/ml的范围，萃取率随水相青霉素浓度增大变化不大，为恒定值，青霉素浓度为50000u/ml～60000u/ml的范围，萃取率随水相青霉素浓度增大而降低。
本发明在使用碱化剂后，待两相界面清晰后，可用移液管取重相离子液体测定其旋光值，参比青霉素在离子液体中的溶解标准旋光曲线得出离子液体中青霉素的浓度，准确测量离子液体相体积，计算反萃取率。结果表明，在pH＝6.0～9.0的范围，青霉素反萃取率随pH值升高而增大。
本发明确定了青霉素G/V在离子液体中的萃取方式，萃取率在40％～95％，浓度不超过150000u/ml。
图1本发明实施例1萃取pH值与萃取率的关系示意图；图2本发明实施利2相比与萃取率的关系示意图；图3本发明实施例3青霉素浓度与萃取率的关系示意图。
具体实施例方式
实施例1准确量取浓度为31276u/ml的青霉素G水溶液350ml，将离子液体[Bmim]PF6与青霉素水溶液按相比1∶1.5一次加入带搅拌装置的混合槽中(单级萃取)，开启搅拌，使两相充分混合，温度控制在5℃～10℃，慢慢加入10wt％H2SO4，控制pH值分别在1.5、2.0、2.5、3.0、3.8，搅拌15分钟，静止分相，两相界面清晰后，用移液管取重相离子液体测定其旋光值，参比青霉素在离子液体中的溶解标准旋光曲线得出离子液体中青霉素的浓度，准确测量离子液体相体积，计算萃取率分别为83.46％、84.59％、83.44％、73.06％、43.82％。表明pH值与萃取率的关系。
实施例2准确量取浓度为31566u/ml的青霉素G水溶液350ml，离子液体[Bmim]PF6与青霉素水溶液按相比为1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5、1∶3.0一次加入带搅拌装置的混合槽中(单级萃取)，开启搅拌，使两相充分混合，温度控制在5℃～10℃，慢慢加入10wt％H2SO4，控制pH为2.0，搅拌15分钟后停搅拌，静止分相，两相界面清晰后，用移液管取重相离子液体测定其旋光值，参比青霉素在离子液体中的溶解标准旋光曲线得出离子液体中青霉素的浓度，准确测量离子液体相体积，计算萃取率分别为91.62％、86.07％、85.93％、86.21％。表明萃取相比与萃取率的关系。
实施例3准确量取浓度为19700u/ml、31384u/ml、42409u/ml、52757u/ml、60725u/ml的青霉素G水溶液350ml加入带搅拌装置的混合槽中，离子液体[Bmim]PF6与青霉素水溶液按相比为1∶1.5一次加入，开启搅拌，使两相充分混合，温度控制在5℃～10℃，慢慢加入10wt％H2SO4，控制pH值为2.0，搅拌15分钟，静止分相，两相界面清晰后，用移液管取重相离子液体测定其旋光值，参比青霉素在离子液体中的溶解标准旋光曲线得出离子液体中青霉素的浓度，准确测量离子液体相体积，计算萃取率分别为89.23％、91.62％、91.83％、91.57％、90.02％。表明青霉素浓度与萃取率的关系。
实施例4量取浓度为57000u/ml的离子液体[Bmim]PF6的青霉素溶液40ml置于装好搅拌的烧杯中，将体系冷却到10℃以下，开启搅拌，慢慢加入1.9％KHCO3，控制pH为6.5、7.0、7.5，搅拌15分钟，然后在分液漏斗中静止分相，两相界面清晰后，分别收集重相离子液体和轻相水溶液，测量其体积，取水相测定其旋光值，通过青霉素在水中的标准旋光曲线得出水相中青霉素的浓度。计算出反萃取率分别为93％、94.24％、94.23％。表明离子液体中青霉素的反萃取率与pH的关系。
实施例5准确量取浓度为31566u/ml的青霉素G水溶液350ml，离子液体[Bmim]PF6与青霉素水溶液按相比为1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5、1∶3.0分两次加入带搅拌装置的混合槽中(错流萃取)，第一次加入离子液体总体积的60％，开启搅拌，使两相充分混合，温度控制在5℃～10℃，慢慢加入10wt％H2SO4，控制pH为2.0，搅拌15分钟后停搅拌，静止分相，两相界面清晰后，用移液管取重相离子液体测定其旋光值，参比青霉素在离子液体中的溶解标准旋光曲线得出离子液体中青霉素的浓度，准确测量离子液体相体积。在萃取水相中第二次加入离子液体总体积的40％，开启搅拌，使两相充分混合，温度控制在5℃～10℃，慢慢加入10wt％H2SO4，控制pH为2.0，搅拌15分钟后停搅拌，静止分相，两相界面清晰后，用移液管取重相离子液体测定其旋光值，参比青霉素在离子液体中的溶解标准旋光曲线得出离子液体中青霉素的浓度，准确测量离子液体相体积。计算总萃取率分别为92.89％、90.01％、87.45％、87.15％。表明错流萃取相比与萃取率的关系。
权利要求
1.一种离子液体萃取分离青霉素的方法，其特征是所述的方法包括以下步骤(1).取青霉素水溶液，水相青霉素浓度控制在5000u/ml～80000u/ml范围内，将离子液体与青霉素水溶液加入混合槽中，相比控制在O/W为1∶1～1∶4的范围，开启搅拌，使两相充分混合，温度控制在5℃～30℃的范围；(2).向步骤(1)的溶液中慢慢加入酸化剂，控制pH在1.5～4.0的范围，搅拌，使反应充分进行，停搅拌，静止分相；或(1).取离子液体的青霉素溶液，青霉素浓度控制在5000u/ml～150000u/ml范围内，将离子液体与离子液体的青霉素溶液水溶液加入混合槽中，相比控制在O/W为1∶1～1∶4的范围，开启搅拌，使两相充分混合，温度控制在5℃～30℃的范围；(2).向步骤(1)的溶液中慢慢加入碱化剂的水溶液，控制pH在6.0～9.0的范围，搅拌，使反应充分进行，停搅拌，静止分相；所述的离子液体是1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸；所述的酸化剂是硫酸、盐酸、磷酸或它们的任意混合液；所述的碱化剂的水溶液是碳酸盐的水溶液。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的碳酸盐的水溶液为碳酸钾、碳酸钠、碳酸铵、碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵的水溶液或它们的任意混合液。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的萃取方式为单级萃取、错流萃取或逆流萃取。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的混合槽带有搅拌装置。
全文摘要
本发明涉及液液萃取领域，特别涉及以离子液体为萃取剂的青霉素萃取方法。本发明确定了萃取过程的操作方法以及pH、相比、青霉素浓度对萃取率的影响；本发明确定了萃取方式可以是单级萃取、错流萃取、逆流萃取；本发明确定了青霉素在离子液体[BMIM]PF
文档编号C07D477/02GK1563008SQ20041000900
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月13日 优先权日2004年4月13日
发明者刘庆芬, 余江, 王佳玉, 王玉红, 杨屏, 胡雪生, 夏寒松, 刘会洲 申请人:中国科学院过程工程研究所