常温下利用反相双面乳液进行酯水解反应的方法

本发明属于乳液微反应器的应用领域，涉及一种常温下利用反相双面乳液进行酯水解反应的方法。

背景技术：

1、酶作为一种绿色高效的催化剂，具有反应条件温和、催化效率高等优点。酶催化反应是一直以来研究的热点之一，酶水解反应是酶催化反应的重要组成部分，已经在药物的合成等方面得到了广泛的应用(simic,s.；zukic,e.；schmermund,l.；et al,shorteningsynthetic routes to small molecule active pharmaceutical ingredientsemploying biocatalytic methods,chemical reviews,2022,122,1,1052-1126)。

2、现有的多数体外酶催化反应为非均相反应，相界面面积和传质阻力两个因素限制了反应的快速、高效进行。传统的酶催化体系中，油相与水相难以互溶，并且无法将产物进行有效分离，限制了反应速率，降低了反应的转化率。目前，常用的方法有超声处理酶、搅拌混合与加入有机溶剂混合反应物等，这些方法存在影响酶的结构、降低酶的使用寿命、反应条件要求高等缺点。例如，基于相转移催化的α-手性酯不对称碱水解，其水解产物产率虽可达99％，但温度需要控制在0℃(yamamoto,e.；wakafuji,k.；furutachi,y.；et al,dynamickinetic resolution ofn-protected amino acid esters via phase-transfercatalytic base hydrolysis,acs catalysis,2018,8,7,5708-5713)。

3、乳液体系可以将酶催化反应的产物分隔在不同的液相微区中，有利于提高酶催化反应的转化率。例如专利cn115634633.a公开了一种强化酶催化的皮克林乳液微反应器，采用聚合物纳米颗粒对酶进行固定化，但该乳液液滴为均一内相，液滴内不存在两个独立微区，因此无法通过协调内水相结构和性质调控反应进程。

4、组成反相双面乳液内相的双水相体系(atps)是一种温和、高生物相容性和环保的体系，可以增溶多种水溶性生物分子，并将其限域在不同的微区，允许酶催化的正常进行。例如，将脂肪酶溶解在内水相中，脂肪酶的加入未影响反相各向异性乳液的构筑(金海梅.反相各向异性乳液的构筑及乳液微反应器中酶催化水解反应研究[d].扬州大学,2021.)。不过，此微反应器中，水解产物使得乳液破乳，导致酯水解反应被迫中止，反应转化率较低，反应速率难以有效控制；此外，该文献中采用的碳酸钠为弱酸盐，水溶液的碱性使得内水相中酶的活性降低，酶水解转化率较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种常温下利用反相双面乳液促进酶催化酯水解反应的方法。该方法以反相双面乳液为微反应器，通过改变内水相的初始组成聚乙二醇4000和硫酸钠的比例，有效调控反相双面乳液的稳定性以及液滴的拓扑结构，从而调节不同水相与油相的接触面积，实现了在室温且无搅拌条件下酶催化酯水解反应可控、快速高效进行。

2、实现本发明目的的技术方案如下：

3、常温下利用反相双面乳液促进酶催化酯水解反应的方法，包括以下步骤：

4、(1)水解酶溶于水中，得到酶的水溶液，所述的水解酶为淀粉酶、蛋白酶或脂肪酶；

5、(2)聚乙二醇4000(peg4000)、硫酸钠(na2so4)与tween 80加入酶的水溶液中，振荡混匀，得到水相，其中peg4000的质量分数为5wt％～20wt％，硫酸钠的质量分数为5wt％～15wt％；

6、(3)span 80、酯类化合物和液体石蜡混合均匀，得到油相，所述的酯类化合物为葵花籽油、橄榄油、芝麻油、鱼油、精制猪油或精制牛油；

7、(4)油相和水相混合乳化，制得(peg4000(aq)+na2so4(aq))/o反相双面乳液微反应器；

8、(5)(peg4000(aq)+na2so4(aq))/o反相双面乳液微反应器置于30～40℃恒温下静置反应。

9、优选地，步骤(2)中，水相中，tween 80的质量分数为0.1wt％～1wt％，水解酶的质量分数为0.2wt％～10wt％。更优选地，水相中，tween 80的质量分数为0.4wt％，水解酶的质量分数为1wt％。

10、优选地，步骤(3)中，油相中，span 80的质量分数为1wt％～5wt％，液体石蜡的质量分数为70wt％～74wt％。更优选地，油相中，span 80的质量分数为3wt％，液体石蜡的质量分数为72wt％。

11、优选地，步骤(4)中，油相与水相的质量比为4：1。

12、优选地，步骤(4)中，乳化方式为摇床振荡、高速剪切、磁力搅拌或涡旋振荡，更优选为摇床振荡或高速剪切，转动速度为1000～2000rpm。

13、优选地，步骤(5)中，温度为37℃，静置反应时间为12～24h。

14、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

15、(1)本发明通过将互不相溶的油相与水相在微纳米尺度充分混合，形成了丰富的反应界面，缩短了传质距离，增大了反应物与酶的接触几率。此外，液滴中存在多种不同的相界面，为非均相反应的发生提供了丰富的反应场所。

16、(2)本发明构筑了两种互不相溶的水相为内相的反相双面乳液微反应器，可以将酶富集于特定水相中，增大了酶水解反应在界面上的酶浓度，进一步增加酯水解反应的速率；同时产物自动分隔在不同的液相中，促进酶水解反应正向进行，提高反应转化率，能够将产物进行有效分离。

17、(3)本发明以液体石蜡作为外相，将酯类化合物作为反应物溶解于石蜡中，进而发生酶催化水解反应，不仅显著提高了乳液的动力学稳定性，使得酯水解反应达到平衡时，乳液仍然稳定存在。同时以电中性的硫酸钠构筑内水相，从而实现在静置、室温的温和条件下，24h时酯的转化率高达86％，实现了室温下酯水解反应快速高效进行。

18、(4)本发明通过改变内水相的初始组成，有效调控反相双面乳液的稳定性以及液滴的拓扑结构，改变不同水相与油相的接触面积，为反应速率的调控提供可能。例如调控peg4000浓度由5wt％上升至20wt％，na2so4浓度由5wt％上升至30wt％，最终实现24h内酯水解反应转化率在14％至86％范围内的可控调节。

技术特征：

1.常温下利用反相双面乳液促进酶催化酯水解反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，水相中，tween 80的质量分数为0.1 wt%~1 wt%，水解酶的质量分数为0.2 wt%~10 wt%。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，水相中，tween 80的质量分数为0.4 wt%，水解酶的质量分数为1 wt%。

4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，油相中，span 80的质量分数为1 wt%~5 wt%，液体石蜡的质量分数为70 wt%~74 wt%。

5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，油相中，span 80的质量分数为3 wt%，液体石蜡的质量分数为72 wt%。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，油相与水相的质量比为4：1。

7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，乳化方式为摇床振荡、高速剪切、磁力搅拌或涡旋振荡，转动速度为1000 ~2000rpm。

8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）中，温度为37℃，静置反应时间为12~24 h。

技术总结
本发明公开了一种常温下利用反相双面乳液促进酶催化酯水解反应的方法。所述方法通过构建反相双面乳液体系，将互不相溶的油水三相在微纳米尺度混合，形成了三种液/液界面，减小了油水两相间的传质距离，加快酯水解反应的反应速率；利用反相双面乳液液滴中性质迥异的双水相微区，选择性地将酶富集于其中之一，增加区域酶浓度，从而进一步提升酯水解反应的速率；通过产物在油水三相溶解度差异，将产物分隔在不同的液相中，促进酯水解反应正向进行，提高反应转化率。本发明利用反相双面乳液体系，有效调控内水相的初始组成，实现对反应速率及产率的调控，最高反应转化率可达86%，实现了室温下酯水解反应快速高效进行。

技术研发人员：丁梓玉,聂光举,魏朵,葛玲玲,陈高见,郭荣
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6