专利名称：一种酶催化烯烃环氧化的方法
技术领域：
本发明涉及酶催化烯烃环氧化的方法，具体地说是一种应用溴过氧化物 酶催化烯烃环氧化的方法(如环己烯生成环氧环己烷)。
背景技术：
环氧化合物是一类十分有用的合成中间体，广泛应用于石油化工、精细 化工和有机合成。但至今为止，工业上生产环氧化合物的主要方法为化学
法包括卤醇法、Halcon法，国内则以卤醇法为主，这些方法存在环境严 重污染或有联产品的问题。化学催化法合成环氧化合物催化剂中有重金属， 是潜在的环境污染源，另大多数过程有专利保护，投资较大(5^'mm， 2001,292:1139-1141)。利用酶催化烯烃环氧化是一个非常有前景的合成途 径，特别是近年来分子生物学技术的飞速发展，酶的大量生产的技术越来 越成熟、成本越来越低，能够满足大规模工业生产所需的酶量，因此以生 物催化法进行烯烃环氧化合成的时机已经成熟(Science, 2003,299:1694-1697)。溴过氧化物酶应用于有机硫的氧化已有报道，但还 未见烯烃环氧化的报道(Inorg Chem， 1998,37: 6780-6784)。
发明内容
本发明的目的是提供一种环境友好的生物酶催化烯烃合成环氧化合物 的方法。该方法以水为溶剂，以双氧水或氧气为氧源，在常温常压下反应， 反应结束后产物与溶剂自动分离，是一个环境友好的绿色环氧化合物合成工艺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为
一种酶催化烯烃环氧化的方法，于水溶液中，以溴过氧化物酶为生物催 化剂，以双氧水或氧气为氧源，将烯烃氧化成为环氧化合物。
具体操作过程为，在PH-4-9的缓冲液体系中，加入相对于缓冲液体系 重量体积含量O.O l — 2 (g/L)的溴过氧化物酶、相对于缓冲液体系体 积含量1一100 (mol/L)的烯烃化合物、相对于缓冲液体系体积含量0.1 -20 (mol/L)的双氧水或通入氧气，在20 7(TC温度下，搅拌反应2-10 小时，反应结束后产物与溶剂自动分层，得到产物环氧化合物。
所述烯烃为垸基烯烃或芳香烯烃，如环己烯、丙烯或苯乙烯等；所述 缓冲液为PBS缓冲液、柠檬酸缓冲液、Tris缓冲液或其他可提供类似PH 环境的缓冲液。
本发明与现有技术相比具有如下优点
1.以可再生的酶为催化剂。本发明使用的催化剂是溴过氧化物酶，该 酶可通过生物质再生提取和基因重组表达，可实现廉价大规模生产，避免
了现有化学催化剂使用贵金属等稀缺资源，从资源角度来看具有很好的应 用前景，而且避免了重金属对环境的潜在污染。以环己烯为例，双氧水为
氧源，在20 75 。C温度下，反应2-10小时，产物环氧环己烷对双氧水的 收率大于50%，环氧环己烷的选择性大于85%。
2、 环境友好的绿色过程。本发明工艺操作简单，酶可重复利用，产物 易分离，以双氧水和氧气为氧源，反应后产物为水，不会产生污染的其他 副产物；溶剂为水，具有安全、便宜、环境友好的特点，是非常理想的绿 色化学溶剂，避免了现有卤醇法等方法严重污染环境的缺点，因此整个过 程是环境友好的绿色化学过程。
3、 反应体系可重复利用，节约资源。本发明合成环氧化合物反应结束 后，产物与反应体系自动分离，即反应物、产物与水相自动分层，产物处 理简便(水相与有机相自动分层，存在于水相中的酶等可重复利用)，所使 用的酶和水体系可重复利用，从而减少了废水排放，具有环境友好的特点。
4、 反应条件温和，节省能耗。本发明的反应条件是在常温、常压的温 和条件下进行，大大节省了能源消耗。
总之，本发明方法是利用可再生的酶催化烯烃环氧化，反应条件温和安 全、便宜、环境友好，反应产物转化率高、选择性好，产物分离方便快捷， 不需特别的装置，酶、水体系可重复利用，双氧水和氧气都是清洁氧源， 对环境友好，整个反应过程是一个环境友好的绿色化学过程，因此具有广 阔的工业应用前景。
具体实施例方式
下面通过具体实施例对本发明的方法与结果进行说明，本发明使用的过 氧化物酶从海藻中分离提取得到。 实施例1
将10mg溴过氧化物酶加入到50ml的pH=4为PBS缓冲液中，加入2mol 环己烯，在温度为25。C时，加入lmol的双氧水反应开始，搅拌2小时，静 置取有机相，进行色谱分析。环氧环己烷对双氧水收率为100%，环氧环己 烷选择性90%。
实施例2
将100mg溴过氧化物酶加入到200ml的pH=7的柠檬酸缓冲液中，再加 入5mo1环己烯，在温度为70°C，以20ml/min速度通入氧气3mo1反应开始， 搅拌9小时，静置取有机相，进行色谱分析。环氧环己烷对双氧水收率大 于50%，环氧环己烷选择性85%。
实施例3
将实施例2中反应结束后与反应产物分离的酶和缓冲体系再重复利用， 加入2mol环己烯在温度为70°C，加入0.5mol反应开始，搅拌9小时，静 置取有机相，进行色谱分析。环氧环己烷对双氧水收率为50%，环氧环己 垸选择性90%。
实施例4
将10mg溴过氧化物酶加入到500ml的pH=4的PBS缓冲液中，在温 度为25'C时，加入8mol的双氧水反应，以10ml/min速度持续通入丙稀5mo1 反应开始，IO小时后反应结束。环氧环丙烷对双氧水的收率为10%。
实施例5
将50 mg溴过氧化物酶加入到100ml的pH=8的Tris缓冲液中，加入 8mol苯乙烯在温度为4(TC，加入lmol的双氧水反应开始，搅拌反应2小 时后，静置取有机相进行色谱分析，得到环氧苯乙烷产物。
实施例6
将50mg溴过氧化物酶加入到1000ml的pH=5为PBS缓冲液中，加入 2mo1环己烯，在温度为50。C时，加入0.8mol的双氧水反应开始，搅拌3 小时，静置取有机相，进行色谱分析，得到产物环氧环己烷。
权利要求
1.一种酶催化烯烃环氧化的方法，其特征在于于水溶液中，以溴过氧化物酶为生物催化剂，以双氧水或氧气为氧源，将烯烃氧化成为环氧化合物。
2.按照权利要求1所述酶催化烯烃环氧化的方法，其特征在于具体操作过程为，在PH-4-9的缓冲液体系中，加入相对于缓冲液体系 重量体积含量0.0 1 — 2 g / L的溴过氧化物酶、相对于缓冲液体系体积含 量1 —100mol/L的烯烃化合物、相对于缓冲液体系体积含量0.1-20mol/L的双氧水或通入氧气，在20 70。C温度下，搅拌反应2-10小时，反应 结束后产物与溶剂自动分层，得到产物环氧化合物。
3. 按照权利要求1或2所述酶催化烯烃环氧化的方法，其特征在于 所述烯烃为烷基烯烃或芳香烯烃。
4. 按照权利要求1或2所述酶催化烯烃环氧化的方法，其特征在于 所述烯烃为环己烯、丙烯或苯乙烯。
5. 按照权利要求2所述酶催化烯烃环氧化的方法，其特征在于所述 缓冲液为PBS缓冲液、柠檬酸缓冲液或Tris缓冲液。
全文摘要
本发明涉及一种酶催化烯烃环氧化的方法，于水溶液中，以溴过氧化物酶为生物催化剂，以双氧水或氧气为氧源，将烯烃氧化成为环氧化合物；以环己烯为例，双氧水为氧源，在20～75℃温度下，反应2-10小时，产物环氧环己烷对双氧水的收率大于50％，环氧环己烷的选择性大于85％。反应结束后，水相与有机相自动分层，存在于水相中的酶等可重复利用。本方法工艺操作简单，酶可重复利用，产物易分离，是环境友好的绿色化学过程。
文档编号C12P17/02GK101109016SQ20061004725
公开日2008年1月23日 申请日期2006年7月21日 优先权日2006年7月21日
发明者瑶 于, 卫 张, 艳 靳 申请人:中国科学院大连化学物理研究所