一种合成乙氧基喹啉的酶-化学方法

专利名称：一种合成乙氧基喹啉的酶-化学方法
一种合成乙氧基喹啉的酶-化学方法技术领域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，高产率的合成乙氧基喹啉的酶 化学方法，属生物催化的有机合成技术领域。
背景技术：
乙氧基喹斷6-乙氧基-2,2,4-三甲基-l，2-二氢喹啉，英文名Ethoxyquin，分子式C^4HwNO，分子量217.3， CAS编号91-53-2，结构见下图)是一种高效低毒低残留的杀真菌剂和饲用抗氧化剂(LD5o 800mg/kg，仅发, 细菌和酵母菌有致突变作用，未发现对哺乳动物有致突变作用，亦未发现有致癌和致畸作用)，在国际上被广 泛用作收获时和5t藏期间的苹果、梨等水果的生长调节剂和防霉剂，香精香料的护色剂，并且是目前最为安全 有效、应用最为广泛的宠物、畜禽和鱼类的饲用抗氧化剂之一。在国内也作为安全有效的饲料抗氧化剂之一 得到了广泛的推广和应用。<formula>formula see original document page 3</formula>中国专利03132092.9["和200510023419.义2描述了通用的乙氧基喹啉的合成方法，它们均以对氨基苯乙 醚和丙酮为原料，通过下述反应合成乙氧基唾<formula>formula see original document page 3</formula>对氨基苯乙醚丙酮 乙氧基喹啉参考文献[1]中国发明专利 一种合成乙氧基喹啉的方法(专利号03132092.9)[2]中国发明专利 一种乙氧基喹啉的生产方法(专利号2005100234t9,X)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，高产率的合成乙氧基喹啉的酶 化学方法。更为独特的是，它涉及一种经过改进的合成路线，将乙氧基喹啉的合成拆解为两个步骤，首先 用生物催化技术将异丁醛或4-甲基-2，3-戊二酮转化为3-羟基-4-甲基-2-戊酮，脱水得到关键前体，4"甲基戊 烯-3-酮-2,然后让4-甲基戊烯-3-酮-2与对氨基苯乙醚缩合得到乙氧基喹啉，使反应趋于完成，显著提高了 产率和产物的纯度。按照本专利进行操作，与已有的合成方法相比，能够避免使用浓酸，亦可使反应温度 大为降低，反应时间大为缩短，使原材料的转化率和利用率大为提高，彻底根除乙氧基喹啉的生产对环境的 污染威胁，实现环境友好生产，以上这些改进对于涉及环境污染以及对氨基苯乙醚之类有毒有害反应物的 使用的化学合成而言是至关重要的。乙氧基喹啉已知是一种高效低毒低残留的杀真菌剂和饲用抗氧化剂,.在国际上,泛用作收获时和iem期间的苹果、梨等水果的生长调节剂和防霉剂，香精香料的护色剂，并且是目前最为安全有效、应用最为广泛的 宠物、畜禽和鱼类的饲用抗氧化剂之一。在国内也作为安全有效的饲料抗氧化剂之一得到了广泛的推广和应 用。中国发明专利03132092.9描述了经过改良的，以H2S04-M003-Ti02固体超强酸为催化剂的乙氧基喹啉 的化学合成方法。该方法以新催化剂H2S04-Mo03-Ti02替代传统的催化剂浓硫酸催化该反应，意在加快合成反应的速度，提高合成反应的单程转化率，同时，实现催化剂的循环使用，和反应混合物在无需中和的 条件下直接进入蒸馏。中国发明专利200510023419.X描述了一种对生产方法的改良。该方法通过在反应后期更换分水器中 的溶剂，实现对氨基苯乙醚的单程完全转化，意在省去精馏步骤，提高生产效率，使反应混合物中的对氨 基苯乙醚的含量降至l。/。wt以下，使反应混合物不经精馏便可达到食品添加剂标准，作为产品出售。前已述及，上述两种方法在合成中均未涉及对反应原料的改良，均是以对氨基苯乙醚和丙酮为原料的。 由于该合成反应中产物的生成依赖于两个分子的丙酮縮合后所得关键中间产物4>甲基，-3-酮-2的生成，4> 甲基戊烯-3-酮-2跟对氨基苯乙醚的反应速度又非常慢，因而上述合成方法均无法彻底消除合成反应温度高 (140°C以上)、反应时间询40小时以上)、低沸点反应原料丙酮因太易挥发而转化率不高、长时间的高温蒸煮 导致许多难以预料和解释的副反应的伴生，造成大量废水废渣的形成和排放等缺点，对环境的威胁依旧。因而，本发明的最重要的目的之一，就是要在与对氨基苯乙醚缩合的反应中用关键的合成前体，4 甲 基;[K^-3-酮-2，替代易挥发的原料丙酮，从而降低反应温度，缩短反应时间，且不再使用强酸做催化剂， 形成绿色的，对环境不会造成任何不良影响的合成工艺，实现乙氧基喹啉的环境友好型生产。同时，通过 避免副反应，使对氨基苯乙醚和4"甲基戊烯-3-酮-2的转化率都得到大幅提高，以此来降低产物的生产成本。作为一个顺带的结果，本发明的另一个目标是提供一种使反应混合物中的4>甲基戊烯-3-酮-2和对氨基 苯乙醚的含量双双同时降至P/。wt以下，使反应混合物不经精馏便可达到95%以上的含量标准，作为产品 直接出售的工艺。与化学合成工艺相比，乙氧基喹啉的酶-化学法合成工艺具有非常大的优越性。通过选择合适的原料， 用生物转化法先^键中间产物 一甲基戊烯-3-酮-2合成出来，然后再进行第二步合成反应，可以避免使用浓 酸，亦可使反应破大为降低，反应时间大为缩短，使原材料的转化率和利用率大为提高，顿水废渣的形成 和排放量大为减少，从而克服现有的化学合成工艺的战缺陷，舰于节能麟、斷氏成本、减少和消除对环 境的污染等都具有非常重要的意义。具体来说，首先，我们发现，与对氨基苯乙醚缩合的关键合成前体，4>甲基，-3-酮-2,是可以利用酵 母中的丙酮酸脱羧酶(PDC)或醇脱氢酶(ADH)很方便地以异丁醛或4"甲基-2^3-戊二酮为原料酶法转化获得 的。这一发现的重要意义在于，这允许我们以非常温和的，环境友好的方式获得关键合成前体，4>甲基戊 烯-3-酮-2。还发现，乙氧基喹啉的合成反应，当用关键合成前体，4<甲基鹏-3-酮-2，替代丙酮后，合成反应的温 度大大降低，反，度大大加快，对催化剂的要求也大为降低，合成反应可定量完成。乙氧基喹啉的合成因而被分解为关键前体，4>甲基戊烯-3-酮-2,的生物催化转化生成及其与对氨基苯 乙醚的縮合两个步骤。对于以异丁醛为出发原料的合成而言，啤酒酵母在实践中被证明是有效的丙酮TO 羧酶(PDC蔺，在0。C到40^C的温度下可以连续的将流加的异丁醛乙偶姻化为4-甲基-3-羟基-2-戊酮；对于 以4-甲基-2,3-戊二酮为出发原料的合成而言，面包酵母在实践中被证明是有效的醇雌歐AD顿，在0。C 到40°C的温度下可以连续的将流加的4-甲晷2,3-戊二酮选择性还原为4-甲基-3-羟基-2-戊酮；无论以何种 原料出发，所得4>甲基-3-羟基-2-戊酮随后都被脱水得到4>甲基麟-3-酮-2。我们还发现，低于35"C的温 度再加上较长的反应时间，与温度较高，时间较短的方法相比可以给出更高的产率。本发明中形成一甲基 -3-羟基-2-戊酮所需要的反应时间为2到14小时，乙氧基喹啉的合成达到基本完成的较佳时间段为大约4 到16小时。本发明中所提及的所有重要参数全部最优化后异丁醛或4>甲基-2,3-戊二酮和对氨基苯乙醚的转化率均 可提高至接近100%。本发明中所使用的4-甲基-3-羟基-2-戊酮回收、脱水与4 甲基皿-3-酮-2回收技术基本沿用传统方法。 乙氧基喹啉合成反应完成后，对反应混合物进行冷却，物理分离。这些步骤给出了色谱纯产品的良好的产 率。
具体实施方式
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。 1、 4"甲基戊烯-3-酮-2的生物催化法制备例一20g庶糖，0.2g磷酸氢二钠和lg市售面包酵母被添加到150g自来水中构成混合物，随后在不断搅拌 的条件下，在35°C下培养15-60min，待面包酵母进入旺盛生长期后，将11.4g 4-甲基-2,3-戊二酮液体添加 到混合物中，35"C下继续培养120min后，离心(5"C， 12000 rpm, 30 min)除去菌体，将发酵液移入分液漏斗 中，用等体积乙酸乙酯萃取三次，合并乙酸乙酯萃取液，置于蒸馏装置中，添加少量沸石后蒸馏回收溶剂 乙酸乙酯，待溶剂回收完毕后向蒸馏装置中添加少量固体碘，随后继续升高温度至133-C下慢慢蒸馏，获 得9.8g4"甲基麟-3-酮-2。例二20g蔗糖，0.2g磷酸氢二钠和lg市售啤酒酵母被添加到150g自来水中构成混合物，随后在不断搅拌 的条件下，在35"C下培养15-60min，待啤酒酵母进入旺盛生长期后，将7.2g异丁醛液体添加到混合物中， 随后转入冰箱中，4°C下培养480迈in,然后离心(4"C, 12000 ipm， 30 min)除去菌体，将发酵液移入分液漏斗 中，用等体积乙酸乙酯萃取三次，合并乙酸乙酯萃取液，置于蒸馏装置中，添加少量沸石后蒸馏回收溶剂 乙酸乙酯，待溶剂回收完毕后向蒸馏装置中添加少量固体碘，随后继续升高温度至133"C下慢慢蒸馏，获 得9.8g4"甲基，-3-酮-2。2、 4 甲基戊烯-3-酮-2与对氨基苯乙麟合合成乙氧基娜向反应装置中添加9.8g备甲基加希-3-兩-2， 12.1g对氨基苯乙醚，30ml甲苯，随后将反应体系加热至回 流，维持反应8hr。反应结束后，将反应体系中的带水剂甲苯回收，得到乙氧基喹啉20.1g。
权利要求
1. 一种合成乙氧基喹啉的酶-化学方法。该方法由下列步骤组成(1)以酵母为生物催化剂，在特定的生物转化体系中，将底物生物转化为3-羟基-4-甲基-2-戊酮。(2)对完成了生物转化的生物转化体系进行分离提取，得到3-羟基-4-甲基-2-戊酮。(3)对3-羟基-4-甲基-2-戊酮进行脱水处理，得到4-甲基戊烯-3-酮-2。(4)使4-甲基戊烯-3-酮-2与对氨基苯乙醚进行缩合，得到乙氧基喹啉。所宣称的酵母，系指面包酵母、啤酒酵母等市场上可以买到的常见酵母品种。所宣称的底物系指异丁醛或4-甲基-2，3-戊二酮。所宣称的生物转化体系指由水、还原糖类和磷酸盐连同酵母一起构成的混合物。所宣称的生物转化系指生物转化体系在一定的温度、压力下，利用酵母中所特有的酶系，催化底物发生化学变化生成反应产物的过程。所宣称的分离提取为离心、萃取、溶剂回收等从反应混合物中得到纯物质的操作过程。所宣称的脱水处理为使3-羟基-4-甲基-2-戊酮发生分子内脱水反应，得到4-甲基戊烯-3-酮-2的过程。所宣称的缩合为使4-甲基戊烯-3-酮-2与对氨基苯乙醚发生分子间脱水反应，得到乙氧基喹啉的过程。
2. 权利要求l中宣称的水系指pH调节为某一定值的自来水或去离子水，其pH值在2-12范围之内。
3. 权利要求1中宣称的还原糖类，系指葡萄糖、麦芽糖等酵母可以利用的各种碳源。
4. 权利要求1中宣称的磷酸盐类，系指磷酸氢钠、磷酸氢二钠等各种磷酸盐类。
5. 权利要求1中宣称的生物转化，其操作压力为0.0001 - 0.5 MPa。
6. 权利要求1中宣称的生物转化，其操作温度为0 - 40°C。
7. 权利要求1中宣称的离心，其操作条件为0 - 40°C下，3000 - 20000 rpm的转速下离心10-60min。
8. 权利要求1中宣称的萃取，其操作条件为0 - 40°C下，用等体积萃取剂萃取3次。所用萃取剂可以是 乙酸乙酯、乙醚、特丁基甲基醚等各种可以将3-羟基-4>甲基-2-戊酮从发酵液中萃取出来的有机溶剂。
9. 权利要求1中宣称的脱水，其操作压力为常压，操作温度为120- 150°C。可以添加少量固体碘作为催 化剂。
10. 权利要求l中宣称的缩合，其操作压力为常压，操作温度为80-150。C。可以添加少量带水剂。所用 带水剂可以是苯、甲苯或任何其他在该温度范围内可与水形成共沸混合物，将水带离反应体系的任何 其他试剂。
全文摘要
本发明公开了一种环境友好的，以生物催化的方式进行的，相对廉价的，高产率的合成乙氧基喹啉的酶化学方法，属生物催化的有机合成技术领域。它将乙氧基喹啉的合成分为两个步骤。首先用生物催化技术将异丁醛或4-甲基-2，3-戊二酮转化为3-羟基-4-甲基-2-戊酮，脱水得到关键前体，4-甲基戊烯-3-酮-2；然后让4-甲基戊烯-3-酮-2与对氨基苯乙醚缩合得到乙氧基喹啉，使反应趋于完成，显著提高了产率和产物的纯度。按照本发明进行操作，与已有的合成方法相比，能够避免使用浓酸，亦可使反应温度大为降低，反应时间大为缩短，使原材料的转化率和利用率大为提高，彻底根除乙氧基喹啉的生产对环境的污染威胁，实现环境友好生产。
文档编号C12P17/12GK101275153SQ200710038519
公开日2008年10月1日 申请日期2007年3月26日 优先权日2007年3月26日
发明者姜瑞霞, 张丽丽, 张本田, 汤鲁宏 申请人:张丽丽