一种可选择性分离氨基酸的功能化离子液体、制备方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于修饰脂肪酶的功能化离子液体，该功能化离子液体的结构如式(Ⅰ)所示，式(Ⅰ)中，m为1～2；R1和R2独立地选自取代或者未取代的烷基，所述烷基上的取代基为芳基。将该功能化离子液体与水结合构建出离子液体/水液液双相体系，并用于对氨基酸的选择性分离纯化过程，可以提高氨基酸分离纯化的效能及选择性。本发明还公开了该功能化离子液体的制备方法及离子液体/水液液双相体系选择性分离纯化氨基酸的方法，提供了一种分离效能高，选择性好，方式简单灵活的分离工程技术。
【专利说明】一种可选择性分离氨基酸的功能化离子液体、制备方法及 其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机合成与生物分离纯化【技术领域】，具体涉及一类具有经氨基酸修饰 的多重杂环骨架结构的功能化离子液体，并用此类功能性离子液构建出的液液双相体系， 选择性分离纯化氨基酸。
【背景技术】
[0002] 氨基酸是构成生物体蛋白质并同生命活动有关的重要基本物质，其分子结构中具 有两性有机官能团。他们被广泛应用于食品和医药领域。然而，它们的分离与纯化过程中 产生的费用往往占整个生产支出的80%以上。传统的氨基酸分离与纯化是通过利用离子交 换树酯实现，但该技术不仅耗费大量试剂材料，且伴有严重的环境污染问题。近年来，因其 高效、低能耗及易于连续化生产等优势，液液双相体系被广泛应用于分离纯化操作过程，特 别是相关分离纯化有机化合物的应用研究越来越引起人们的关注；但该过程也常无法避免 地使用大量挥发性有机溶剂，给环境保护带来不利影响。因此，寻找一种更为节能、高效、安 全的"绿色"分离纯化技术显的尤为重要。
[0003] 离子液体因具备对环境友好的特性而被称为"绿色"溶剂，己经在有机合成与 生物化学、分离过程、电化学、催化等领域得到广泛的应用（Room-temperatureionic liquids:solventsforsynthesisandcatalysis. 2.ChemRev. 2011，111(5) :3508-76.) 〇 与传统的有机溶剂相比较，离子液体作为提取剂具有如下优点：首先，很好的疏水性和几乎 无蒸汽压，减小了对环境的不利影响，易于实现更"绿色"的分离过程。其次，离子液体又被 称为"可设计性"溶剂，通过改变阴、阳离子的结构可调节离子液的物化特性（如极性、疏水 性、黏性、熔点、密度等），为其在分离过程中的应用提供保障。但目前将离子液体用于有机 化合物的分离纯化研究仍处在初始阶段，特别是其在分离过程中的效能和选择性仍需进一 步改进。设计合成能够完成某种特定任务需求（如生物或化学反应、分离等）的离子液体 (Task-specificionicliquid),即功能化离子液体，有望成为突破上述瓶颈的有效工具。 功能化离子液体的设计、合成与应用研究亦是当今离子液体研究重要趋势，这也是本课题 组长期以来的重要研究内容之一。
[0004] 目前，对多数生物学研究者而言，离子液体在生物质分离纯化领域的应用研 究，特别是氨基酸的分离纯化，往往就是基于结构相对简单的传统型离子液作为提取剂 (extractants)，以期改善分离纯化效果（分离效能或选择性），但该过程存在诸多局限：1) 传统型离子液体自身的高黏度削弱了传质效率；2)分子结构中缺少"特异性"功能基团，对 于分离纯化过程的改善能力有限；3)离子液体类型单一，缺乏有针对性的结构设计及有效 制备手段，不利于其对生物质的提取与分离的问题研究。尽管通过功能型离子液体可简便、 快速的优化生物质分离纯化过程，但该研究方向属交叉学科，熟悉生物质结构的生物学家 较难有效地利用现代有机合成技术手段实现功能化离子液体多样性的结构需求设想，因此 发展缓慢。
[0005] 日本HiroyukiOhno课题组开发出一类基于氨基酸的功能化离子液体 (Roomtemperatureionicliquidsfrom20naturalaminoacids.J.Amer.Chem. Soc. 2005, 127, 2398-2399.)，但这些离子液体均是基于传统阳离子基团，利用氨基酸修饰 阴离子基团。我们课题组首次设计并合成出具有多重杂环骨架结构的功能型离子液体，该 类离子液体具有优越的稳定性与生物相容性。我们期望进一步通过结构设计，即在多重骨 架结构中引入氨基酸基团，并利用该功能化离子液体实现对氨基酸的选择性分离纯化。提 供一种更为"绿色"、高效、节能、操作简单的分离工程技术。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种可选择性分离纯化氨基酸的功能化离子液体、制备方法及其应 用，利用该离子液体/水液液双相体系选择性分离氨基酸，可以有效提高分离纯化氨基酸 的提取效能与选择性。
[0007] -种可选择性分离纯化氨基酸的功能化离子液体，结构如式（I)所示：
【权利要求】
1. 一种用于选择性分离纯化氨基酸的功能化离子液体，其特征在于，结构如式（I)所 示：
式⑴中，m为1?2 ; R1和R2独立地选自取代或者未取代的烷基，所述烷基上的取代基为芳基。
2. 根据权利要求1所述的用于选择性分离纯化氨基酸的功能化离子液体，其特征在 于，R1 为 _CH (CH3) 2、-CH2CH (CH3) 2、-CH (CH3) CH2CH3、-CH2C6H5 ; R2 为-CH3'-CH2CH3'-CH2CH 2CH3、-CH (CH3) 2、-CH2CH2CH2CH3'-CH 2CH (CH3) 2、-C (CH3) 3'-CH2C6H5,-CH2CH2C6H50
3. 根据权利要求1所述的用于选择性分离纯化氨基酸的功能化离子液体，其特征在 于，所述的功能化离子液体为6,7_二氢-5H-吡咯[l，2-a]-3-(乙酰基-烷基胺）咪 唑三氟磺酸缬氨酸盐、5, 6, 7, 8-四氢吡啶[1，2- a ]-3_(乙酰基-烷基胺）咪唑三氟磺 酸缬氨酸盐、6, 7-二氢-5H-吡咯[1，2-a]-3-(乙酰基-烷基胺）咪唑三氟磺酸亮氨酸 盐、5, 6, 7, 8-四氢吡啶[1，2-a ]-3-(乙酰基-烷基胺）咪唑三氟磺酸亮氨酸盐、6, 7-二 氢-511-吡咯[1，2-叫-3-(乙酰基-烷基胺）咪唑三氟磺酸异亮氨酸盐、5,6,7,8-四 氢批陡[1，2_ a ]-3_(乙酰基-烧基胺）咪唑二氟磺酸异壳氨酸盐、6, 7_二氢-5H-批 咯[1，2-叫-3-(乙酰基-烷基胺）咪唑三氟磺酸苯丙氨酸盐、5,6,7,8-四氢吡啶 [1，2-a]-3-(乙酰基-烷基胺）咪唑三氟磺酸异苯丙氨酸盐。
4. 一种如权利要求1?3任一项所述的功能化离子液体的制备方法，其特征在于，包括 如下步骤： (1) 将氨基酸与亚硫酰氯在甲醇中进行酯化反应，得到的酯化中间体再与三氟甲磺酸 酐进行磺酰化反应得到N-三氟甲磺酸基氨基酸甲酯； (2) 用NaOH溶液水解处理步骤（1)中得到的N-三氟甲磺酸基氨基酸甲酯，再利用质子 交换树脂除去钠离子，经石油醚处理后得N-三氟甲磺酸基氨基酸； (3) 将氯乙酰氯滴加到烷基胺中进行酰胺化反应，得到氯乙酰基烷基胺；所述的酰胺 化反应的溶剂为二氯甲烷与NaOH水溶液的混合体系； ⑷步骤⑶得到的氯乙酰基烷基胺与6, 7-二氢-5H-吡咯[1，2- a ]咪唑或 5, 6, 7, 8-四氢吡啶[1，2-a ]咪唑在乙腈中进行胺化反应，得到氯代盐； (5)将步骤（4)得到的氯代盐的水溶液通过阴离子交换树脂后得到中间体，该中间体 与步骤（2)得到的N-三氟甲磺酸基氨基酸混合，搅拌，氯仿萃取，减压除溶剂，干燥后得到 所述的功能化离子液体。
5. 根据权利要求4所述的功能化离子液体的制备方法，其特征在于，所述的氨基酸为 缬胺酸、亮氨酸、异亮胺酸和苯丙氨酸中的至少一种。
6. 根据权利要求4所述的功能化离子液体的制备方法，其特征在于，所述的烷基胺为 甲基胺、乙基胺、丙基胺、异丙基胺、正丁基胺、异丁基胺、叔丁基胺、甲苯基胺和乙苯基胺中 的至少一种。
7. 根据权利要求4所述的功能化离子液体的制备方法，其特征在于，步骤（1)中，所述 的磺酰化反应在二氯甲烷中进行，反应温度为室温，反应时间为12?24小时； 步骤（2)中水解的温度为0°C，处理时间为5-10h，所用的NaOH浓度为0. 5?I. 5N ; 步骤（3)中，氯乙酰氯与烷基胺反应温度为室温，反应时间为2-5h。 步骤（3)中，使用的NaOH水溶液质量百分比浓度为15?25 % ; 步骤⑷中，反应温度为70?80°C，反应时间为18-14h。
8. -种使用如权利要求1?3任一项所述的功能化离子液体选择性分离纯化氨基酸方 法，其特征在于，操作如下： 将待纯化氨基酸的水溶液与所述的功能化离子液体混合后，在pHO. 5, 20°C条件下充分 搅拌后，分出离子液体相，从离子液体相中得到纯化后的氨基酸，所述的功能化离子液体与 水溶液的体积比为0.5-1 :1。
9. 根据权利要求8所述的功能化离子液体/水液液双相体系选择性分离纯化氨基酸方 法，其特征在于，所述的待纯化氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨 酸、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天冬 氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸和组氨酸中的至少一种。
【文档编号】C07C311/16GK104326949SQ201410483155
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】石玉刚, 孟岳成, 陈杰 申请人:浙江工商大学