一种利用N-乙酰-D-葡萄糖制备3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃的方法与流程

本发明属于生物质转化领域，具体涉及一种利用n-乙酰-d-葡萄糖制备3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃的方法。

背景技术：

全球聚酰胺（pa）产量在600万吨左右，并以每年5.4%的速度增长，其中38%用于纤维合成，60%经注塑或挤压成型，深加工制品约占2%左右。特别是随着汽车工业的发展，对尼龙产品的需求将进一步提升，预计到2020年将达到167亿美元的市场份额然而目前用于生产聚酰胺的单体二元胺仍以化学途径获得，是石油的衍生物。随着石油资源的日益枯竭以及人们对环境保护意识的普遍增强，以可再生的生物质资源为原料的生物制造材料开始得到更多重视，因而使用生物基聚酰胺替代传统尼龙是必然趋势。

几丁质(c8h13o5n)n，甲壳质或壳多糖，由glcnac通过糖苷键结合起来的聚合物，是一种含氮多糖类物质，为虾、蟹、昆虫等甲壳的重要成分。在自然界中分布极其广泛，且含量仅次于纤维素，是世界第二大自然可再生资源。甲壳素单分子glcnac含有天然的n元素，将该含n化合物合理利用，能给社会带来更多的经济利益，对于废弃物处理和环境保护也有重要意义。

能够将天然含n形成二胺单元形式应用于聚氨酯材料合成中，对于减少不可再生资源得利用，保护地球大气中二氧化碳的排放具有重要意义。目前，已经有人报道了在高温下热解n-乙酰氨基葡萄糖，得到了含氮化合物3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃，以3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃为平台可以转化制备许多重要的含氮化合物。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用n-乙酰-d-葡萄糖制备3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃的方法，该方法利用化学催化和生物酶法相结合的一条催化天然聚合物甲壳素制备的单体合成具有更多价值的3-乙酰基-5-（α-氨基乙基）呋喃，该方法新颖，操作简单，催化过程绿色环保，能够实现资源的更广泛应用。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种利用n-乙酰-d-葡萄糖制备3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃的方法，包括以下步骤：

步骤1，催化n-乙酰氨基葡萄糖化催化制备3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃

取n-乙酰氨基葡萄糖、催化剂和助催化剂于平行反应器中，加入不超过200ml溶剂溶解，再加热到110-200℃，待反应20-120min后，停止反应，过滤去除不溶性杂质，对滤液采用减压蒸馏去除溶剂，再用10-50ml水将固体物质溶解得3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃溶液，备用；所述n-乙酰氨基葡萄糖、催化剂和助催化剂的质量比为0.1-1：0.02-0.15：0.02-0.15；

步骤2，使用转氨酶将3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃5位羰基催化还原为氨基基团，生成3-乙酰氨基-5（α-氨基乙基）呋喃

取3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃溶液，转氨酶粗酶液和转氨酶氨基供体1mol/l异丙胺盐酸盐溶液按照体积比为1~8:1~10:1~8混合，投入50-500ml三角摇瓶中，再加入反应体积浓度为0.05~1mm/l的辅酶5-磷酸吡哆醛混合，在30-40℃下温育0.5~10h，离心取上清液作为反应液，备用，其中，异丙胺盐酸盐的ph为6.0~9.0；

步骤3，使用脱乙酰酶催化3-乙酰氨基-5（α-氨基乙基）-呋喃脱乙酰基团，生成3-氨基-5（α-氨基乙基）呋喃

将步骤2中的反应液用酸调节ph至6.5~7.5，再加入脱乙酰酶粗酶液混合均匀，在25~40℃下温育0.5~8h，反应完成后，沸水浴2~5min后，去除蛋白，离心去除沉淀，收集上清液，再用10~100ml萃取剂萃取三次，并合并萃取液，减压浓缩得3-氨基-5（α-氨基乙基）-呋喃固体粗产品，所述反应液与脱乙酰酶粗酶液的体积比为1:1~10；

步骤4，将采用化学法将3-氨基-5（α-氨基乙基）-呋喃加氢金属催化剂合成3-氨基-5（α-氨基乙基）-四氢呋喃

取0.5~10g3-氨基-5（α-氨基乙基）-呋喃固体粗产品和金属催化剂，加入高压反应釜中，然后通入氢气，氢气流速为0.20~0.48m³/h，氢气与3-氨基-5（α-氨基乙基）-呋喃的物质的量比为10~20∶0.5~2的，在1.0~6.0mpa、80~200℃条件下；催化反应进行了90~150h，转速50~500rpm。

作为改进的是，步骤1中所述n-乙酰氨基葡萄糖通过几丁质水解虾蟹壳或真菌菌丝体得到，所述溶剂为二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜。

作为改进的是，步骤2中所述转氨酶为天冬氨酸转氨酶，ω-转氨酶类的鸟氨酸转氨酶或4-氨基丁酸转氨酶中一种或多种组合，或其突变体。

作为改进的是，步骤3中所述脱乙酰酶来源于真菌或细菌的脱乙酰酶，且能在模式生物大肠杆菌中过表达；反应液调节ph用酸为盐酸、硫酸、乙酸、磷酸钠盐缓冲液或柠檬酸缓冲液。

作为改进的是，步骤4中所述的加氢金属催化剂为pd、pt、ni、rh、ru、re、co、cu或fe的一种，加氢金属催化剂中所含金属的量与3-氨基-5-（α-氨基乙基）呋喃的物质的量之比为10^-4-10^-1。

有益效果：

1.该方法是一种未报道的利用化学催化和生物酶法相结合的一条催化天然聚合物甲壳素制备的单体合成具有更多价值的3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃新的途径。

2.本发明是能够利用含有几丁质的废弃虾蟹壳及真菌提取的n-乙酰氨基葡萄糖作为反应出发底物，拓宽了该废弃物利用的价值。实现虾蟹壳废弃物资源再利用。

3.操作简单，酶催化产物结构单一，催化过程绿色环保。

附图说明

图1为反应结构式路线；

图2为3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃；

图3为3-乙酰氨基-5-（α-氨基乙基）呋喃质谱图；

图4为3-氨基-5-（α-氨基乙基）呋喃质谱图；

图5为3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃质谱图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍。

实施例1

一种利用n-乙酰-d-葡萄糖制备3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃的方法，包括以下步骤：

步骤1，取0.1g纯度98%n-乙酰氨基葡萄糖、0.05g氧化硼、0.40gmgcl2·6h2o于圆底烧瓶中，加入10mln-甲基吡咯烷酮溶解，恒温油浴锅内150℃加热搅拌回流1h；反应结束冷却至室温后，过滤。取样，加入用甲醇稀释，用高效液相检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃含量；滤液减压蒸馏去除溶剂，将剩余物加20ml水溶解；摩尔转化率为10mmol%。

步骤2，取步骤1中含有产物3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃溶液10ml，加入制备好的1:1（v:v）转氨酶ata117基因在大肠杆菌中表达的酶液，再加入转氨需要氨基供体物质10ml1mol/l异丙胺盐酸盐（ph值7.0），37℃下温育8h，离心取上清进行质谱检测，确定产物3-乙酰氨基-5（α-氨基乙基）呋喃的生成，确定分子量。离心取上清液进行下一步反应；

步骤3，将步骤2中的反应液用稀盐酸调节ph为7.0，与加入脱乙酰酶粗酶液混合，比例为1:1（v:v），温度37℃，温育3h，反应完成后，沸水浴2min，去除蛋白，离心去除沉淀，收集上清液。离心取上清进行质谱检测，确定产物3-乙酰氨基-5（α-氨基乙基）呋喃的生成。用50ml乙酸乙酯萃取，萃取三次后合并萃取液，减压浓缩得到含3-氨基-5（α-氨基乙基）呋喃的固体粗产品；

步骤4，取步骤3获得的萃取粗产品5g和催化剂3%pt，加入高压反应釜中，控制压力3mpa、温度150℃、氢气流速0.48h^-1、氢气与3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃的物质的量比为10:1的，催化反应进行了90h，加氢转化率80%。

实施例2

一种利用n-乙酰-d-葡萄糖制备3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃的方法，包括以下步骤：

步骤1，取实验室中几丁质粉末制备提纯n-乙酰氨基葡萄糖（>98%）0.1g、0.063g氧化硼、0.383g3-丁基苯并咪唑氯盐于圆底烧瓶中，加入10mln-甲基吡咯烷酮溶解，恒温油浴锅内180℃加热搅拌回流80min。反应结束冷却至室温后，过滤。取样，使用甲醇稀释，用高效液相检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃含量。滤液减压蒸馏去除溶剂，将剩余物加20ml水溶解。3-乙酰氨基-5-乙酰呋喃摩尔转化率可达50%；其余同实施例1。

实施例3

一种利用n-乙酰-d-葡萄糖制备3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃的方法，包括以下步骤：

步骤1，取实验室中制备的水解小龙虾壳中的几丁质提纯得到的n-乙酰氨基葡萄糖（>98%）0.1g、0.05g氧化硼、0.109galcl3·6h2o于圆底烧瓶中，加入10mln-甲基吡咯烷酮溶解，恒温油浴锅内180℃加热搅拌回流80min。反应结束冷却至室温后，过滤。取样，使用甲醇稀释，用高效液相检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃含量；摩尔转化率23%。其余同实施例1。

实施例4

一种利用n-乙酰-d-葡萄糖制备3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃的方法，包括以下步骤：

取实验室中制备的几丁质水解液，n-乙酰氨基葡萄糖总含量0.1g，烘箱烘干得到粉末、0.063g氧化硼、0.070g苯并咪唑氯盐于圆底烧瓶中，加入10ml二甲基亚砜溶解，恒温油浴锅内180℃加热搅拌回流80min。反应结束冷却至室温后，过滤。取样，使用甲醇稀释，用高效液相检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃含量。滤液减压蒸馏去除溶剂，将剩余物加20ml水溶解。3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃产率达20mol％；其余同实施例1。

实施例5

一种利用n-乙酰-d-葡萄糖制备3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃的方法，包括以下步骤：

材料使用几丁质粉酶水解液，烘干去水份，0.5g、0.05g氧化硼、0.109galcl3·6h2o于圆底烧瓶中，加入10mln-甲基吡咯烷酮溶解，恒温油浴锅内180℃加热搅拌回流80min。反应结束冷却至室温后，过滤。取样，使用甲醇稀释，用高效液相检测3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃含量。滤液减压蒸馏去除溶剂，将剩余物加20ml水溶解。转化率率可达35mol％。

其余同实施例1。

与现有技术相比，本发明一种利用n-乙酰-d-葡萄糖制备3-氨基-5-（α-氨基乙基）四氢呋喃的方法，是一种未有人报道的一种新的方法。该方法利用化学催化和生物酶法相结合的一条催化天然聚合物甲壳素制备的单体合成具有更多价值的3-乙酰基-5-（α-氨基乙基）呋喃，该方法新颖，操作简单，催化过程绿色环保，能够实现资源的更广泛应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。