一种共沸除水耦合模拟移动床的酰胺类酶法生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于非水相酶促有机合成应用生物技术领域，具体地讲是属T一种共沸除水耦合模拟移动床的 酰胺类酶法生产工艺。
背景技术：
关于酰胺类的合成，有化学合成和生物催化合成两类方法。其中的化学合成工艺己经非常成熟，目前 仍被大量用于酰胺类有机物的工业化生产。但化学合成工艺存在着某些致命的缺陷。该工艺常常需要采用 浓硫酸或对甲氧基苯磺酸之类的液体强酸做催化剂，且反应温度很高，通常不可避免地伴有副反应，对原 料的转化率和产物的产率影响很大，分离提纯工艺复杂，对环境也有极为严重的污染。
与化学合成工艺相比，酰胺类的生物催化合成工艺具有非常大的优越性，可以避免使用液体强酸，使 反应在温和的条件下进行，消除对环境的污染，实现绿色化工、环境友好生产。同时，由于儿乎无副反应 发生，因而分离提取工艺可火为简化，原料的转化率和产品的纯度都可以大幅度提高。但是，酸和有机胺 结合生成酰胺和水的反应是一个可逆反应，必须在反应过程中连续不断地脱除生成的水，才能使平衡不断
地向酰胺的合成的方向移动.使反应趋T完全，达到理想的转化率。酰胺类的生物催化合成i:艺迄今没有 得到大规模的工业化应用，连续脱水的问题没有得到妥善解决是关键闪素之一。
为了及时的连续不断的脱除反应生成的水，已经采取了分于筛吸附、膜分离吸水、负压共沸等技术措 施，但所有这些技术措施都存在这样或那样的缺陷。分子筛吸附法方便易行，效果明显，在实验室研究中 常常采用，但由于吸附饱和后的分子筛的再生需要专用的设备和工艺，投资成本很高，因而无法在大规模 的工业生产中应用。膜分离吸水法理论上可行，但由于存在膜的杜塞、老化及使用寿命等方面问题，因而
实现起来尚有困难。采用叔戊醇、叔丁醇等即能勾酶相容，保证酶的催化活性，又可Lj生成的水形成共沸
混合物的有机溶剂做反应媒介兼带水剂，以负压共沸蒸馏的方式将水带走，是一个不错的选择，但遗憾的 是，所形成的共沸混合物冷凝后不分ii，闲而无法实现水的连续分离和溶剂的连续循环回用，蒸出的含水 溶剂必须经过专门的干燥处理才能冋用。含水溶剂的干燥处理成本大大限制了此项技术的应用。
酰胺类生物催化合成工艺走向大规模工业化应用必须解决的另一大关键技术是产品的分离纯化技术。 为了提高原料，尤其是价格比较昂贵的原料的转化率，往往需要让另一种反应原料过量，因而在反应终了 时得到的往往是一个由反应产物和过量的那个反应原料所组成的混合物。从该混合物中将产品分离出来，
得到纯度达到95%以上的产品，效率极低且需要花费相当高昂的代价。
发明内容
本专利涉及一种环境友好的，以共沸除水型生物催化耦合模拟移动床色谱分离的方式进行的，相对廉 价的，高产率的，普遍适用的酰胺类酶法合成新工艺。更为独特的是，它涉及一种经过改进的工艺，这种 工艺以环己烷、叔戊醇、叔丁醇、二氯乙垸、甲苯、二甲苯或其他任何能够在反应条件下跟水共沸，或跟 溶剂和水共沸，冷凝成液体后跟水分层，形成互不相溶的两相，且不会导致生物催化剂失活的有机溶剂为 带水剂兼模拟移动床色谱分离系统的洗脱剂，既通过从反应混合物中不断的去除反应生成的水，使平衡反 应向酰胺的合成的方向移动，使反应趋于完成，又通过模拟移动床连续色谱分离，使反应产物与过量的反 应原料连续的加以分离，为解决非水相酶促有机合成中的连续除水问题和产品的分离纯化问题提供了一举 两得的简便易行的解决方案。按照本专利进行操作，与此前的传统方法相比，能够以经济可行的方法连续 除水，连续分离纯化，彻底清除酰胺类的生物催化合成工艺的大规模工业化应用的障碍，实现酰胺类生产 的环境友好化，并显著改善产率及产品的纯度。以上这些改进对于化工生产的绿色、可持续与环境友好化 而言是至关重要的。
具体来说，首先，我们发现，叔戊醇、叔丁醇等溶剂中所含有的水分可以通过在酶促反应温度(30 60。C) 下进行的减压共沸蒸馏被环己烷、二氯乙烷等带水剂带走，混合蒸气在冷凝后自动分层，形成带水剂相和水相。而向叔戊醇或叔丁醇等溶剂中添加少量，最好是不高于35%，的环己垸、二氯乙垸等带水剂，不影 响脂肪酶Novozym435、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、猪肝弹性蛋白酶等生物催化剂在这些溶剂中的催化活性。 由此奠定了通过共沸蒸馏连续脱除所生成的水的酰胺类酶法合成工艺的基础。
其次，我们发现，由叔戊醇或叔丁醇等溶剂和环己烷、二氯乙垸等带水剂所组成的混合溶剂，跟适当 的吸附剂配合组成模拟移动床色谱分离系统，可以有效地将反应混合物中的酰胺类产物跟酸类或有机胺类 反应原料彻底分离，得到纯度极高的反应产物，同时可以将过剩的反应原料，不经任何处理，直接循环回 用。由此奠定了共沸除水型生物催化耦合模拟移动床色谱分离酰胺类合成生产工艺的基础。
我们发现，该工艺对于酰胺类物质的合成具有普遍适用性，适用的酸类可以是碳链长度在C2 C26之间
的脂肪酸，饱和的或不饱和的，直链的或支链的，也可以是芳香酸、氨基酸、羟基酸，或其他任何有机酸。 适用的有机胺类可以是碳链长度在C广C32之间的胺，饱和的或不饱和的，直链的或支链的，伯胺或仲胺， 也可以是氨基糖类、氨基糖醇类、氨基酸类或其他任何含有胺基的有机物。适用的生物催化剂可以是脂肪 酶、酯酶、蛋白酶或其他任何对酰胺键的形成具有催化活性的生物催化剂中的一种或几种。适用的溶剂可 以是丙酮、2-丁酮、甲基叔丁基醚、叔戊醇、叔丁醇、己烷、戊烷、甲苯或其他任何能够让生物催化剂在 其中呈现催化活性的有机溶剂。适用的带水剂可以是己烷、戊烷、环己烷、二氯乙垸、甲苯、二甲苯或其 他任何能够在反应条件，通常为30 6(TC， 0.1~0.001 MPa,下跟水共沸，或跟溶剂和水共沸，冷凝成液体 后跟水分层，形成互不相溶的两相，且不会导致生物催化剂失活的有机溶剂。模拟移动床色谱分离系统所 使用的洗脱剂为酶促反应体系所使用的溶剂与酶促反应体系所使用的带水剂按一定比例勾兑而成的混合 溶液，勾兑的比例为溶剂带水剂=0:100~100:0。模拟移动床色谱分离系统所使用的吸附剂可以是活性炭、 硅胶、变性硅胶、聚丙烯酰胺或其他任何能够勾特定洗脱剂配合将酰胺类反应产物Lj相应的反应原料，酸 类或有机胺类相分离的吸附材料。模拟移动床色谱分离在0 10(TC,最好是30 60。C，的温度下进行。
本发明中所提及的所有重要参数全部最优化后原料的转化率和产品的得率均可提高至理论水平。产品 的纯度可提高至99%(色谱纯度)以上。
具体实施例方式
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。 实例一
90 g(l mol)甲氧基乙酸，121 g (1 mol)外消旋苯乙胺和5gNovozym 435被添加到500 ml无水叔戊醇中 构成混合物，随后在55。C下，在不断搅拌的条件下，反应8hr。随后加入100ml环己烷，开启真空泵，将 反应体系的压强减至0.001~0.005 MPa，以使共沸混合蒸气蒸出，蒸出的混合蒸气经冷凝后分层，形成环 己烷相和水相，环己烷相自动回流至反应体系中循环使用。反应体系在此状态下边蒸除、冷凝、回流边继 续维持反应，直到分水冷凝器中水相的体积不再增加，继续维持反应4hr。
反应结束后，反应混合物过滤分离固体酶，然后置以硅胶为吸附剂，以环己烷叔戊醇=4: 1的混 合溶剂为洗脱剂构成的模拟移动床色谱分离系统中分离，得到甲氧基乙酸组分和含(S)-苯乙胺与(R)-甲氧乙 酰苯乙胺的混合组分。
含(S)-苯乙胺与(R)-甲氧乙酰苯乙胺的混合组分置旋转蒸发仪上回收脱除洗脱剂，然后冷却至室温，用 200ml 0.1M盐酸萃取，重复操作二次，得到含(S)-苯乙胺盐酸盐的水溶液，和含(R)-甲氧乙酰苯乙胺的有 机相。水溶液调节pH至10~10.2，然后用乙醚萃取，蒸发问收乙醚，得到(S)-苯乙胺54g。有机相经蒸馏 分离，得到(R)-甲氧乙酰苯乙胺77.2g。
甲氧基乙酸组分不经处理，直接作为反应原料，补充添加其他组分后，进入下一个反应循环使用，得 到同样的结果。
实例二
22g月桂酸，14 g赖氨酸和lg黑曲霉来源脂肪酶被添加到100ml无水叔丁醇中构成混合物，随后在 36°C下，在不断搅拌的条件下，反应12hr。随后加入10 ml己烷，开启真空泵，将反应体系的压强减至 0.001-0.005 MPa，以使共沸混合蒸气蒸出，蒸出的混合蒸气经冷凝后分层，形成己烷相和水相，环己烷相自动回流至反应体系中循环使用。反应体系在此状态下边蒸除、冷凝、回流边继续维持反应，直到反应体 系中赖氨酸固体全部消失，分水冷凝器中水相的体积不再增加，继续维持反应4hr。
反应结束后，反应混合物过滤分离固体酶，然后置以硅胶为吸附剂，以己烷叔丁醇=3: 1的混合 溶剂为洗脱剂构成的模拟移动床色谱分离系统中分离，得到月桂酸组分和月桂酰赖氨酸组分。月桂酰赖氨 酸组分置旋转蒸发仪上回收脱除洗脱剂，然后结晶，得到月桂酰赖氨酸30g。
月桂酰赖氨酸经高效液相检验，产品纯度达到了光谱纯。
月桂酸组分不经处理，直接作为反应原料，补充添加其他组分后，进入下一个反应循环使用，得到同 样的结果。
实例三
135gL-天冬氨酸，117gD-丙氨酸乙酯和lg中性蛋白酶被添加到100ml无水叔丁醇中构成混合物， 随后在36。C下，在不断搅拌的条件下，反应12hr。随后加入10ml戊烷，开启真空泵，将反应体系的压强 减至0.01-0.005 MPa，以使共沸混合蒸气蒸出，蒸出的混合蒸气经冷凝后分层，形成戊烷相和水相，戊烷 相自动回流至反应体系中循环使用。反应体系在此状态下边蒸除、冷凝、回流边继续维持反应，直到反应 体系中莽草酸固体全部消失，分水冷凝器中水相的体积不？P曾加，继续维持反应4hr。
反应结束后，反应混合物过滤分离固体酶，然后置以硅胶为吸附剂，以戊烷叔丁醇=3: 1的混合 溶剂为洗脱剂构成的模拟移动床色谱分离系统中分离，得到L-天冬氨酸组分和L-天冬氨酰-D-丙氨酸乙酯 组分。L-天冬氨酰-D-丙氨酸乙酯组分置旋转蒸发仪上回收脱除洗脱剂，然后结晶，得到L-天冬氨酰-D-丙 氨酸乙酯230g。
L-天冬氨酰-D-丙氨酸乙酯经高效液相检验，产品纯度达到了光谱纯。
L-天冬氨酸组分不经处理，直接作为反应原料，补充添加其他组分后，进入下一个反应循环使用，得 到同样的结果。
权利要求
1. 一种共沸除水耦合模拟移动床的酰胺类酶法生产工艺。该工艺由下列步骤组成1)制备一个混合物。该混合物由(i)酸类，(ii)有机胺类，(iii)生物催化剂，(iv)溶剂和(v)带水剂组成；2)让混合物中的酸和有机胺反应生成酰胺和水；3)让混合物中的溶剂、带水剂跟反应后所生成的水共沸蒸馏，让水以混合蒸气的形式连续蒸出；4)让混合蒸气在冷凝器中冷凝、分层，分离除去所生成的水，溶剂和带水剂返回反应器，循环使用，直到反应终止；5)回收生物催化剂，得到由反应产物、过剩反应物、溶剂和带水剂组成的混合物；6)以溶剂和带水剂为洗脱剂，对混合物进行模拟移动床色谱分离，将混合物分割为含过剩反应物的组分和含酰胺类产品的组分；7)含过剩反应物的组分返回反应器，循环使用；8)含酰胺类产品的组分，脱除溶剂，得到酰胺类产品。溶剂回收，循环使用。
2. 如权利要求1所述的共沸除水耦合模拟移动床的酰胺类酶法生产工艺，其特征在于所述的酸类可以是 碳链长度在C广C26之间的脂肪酸，饱和的或不饱和的，直链的或支链的，也可以是芳香酸、氨基酸、 羟基酸，或其他任何有机酸。
3. 如权利要求1所述的减压共沸连续除水的酰胺类酶法合成工艺，其特征在于所述的有机胺类可以是碳 链长度在C, C32之间的胺，饱和的或不饱和的，直链的或支链的，伯胺或仲胺，也可以是氨基糖类、 氨基糖醇类、氨基酸类或其他任何含有胺基的有机物。
4. 如权利要求1所述的共沸除水耦合模拟移动床的酰胺类酶法生产工艺，其特征在于所述的生物催化剂 可以是脂肪酶、酯酶、蛋白酶或其他任何对酯键的形成具有催化活性的生物催化剂中的一种或儿种。
5. 如权利要求1所述的共沸除水耦合模拟移动床的酰胺类酶法生产l:艺，其特征在于所述的溶剂可以是丙酮、2-r酮、甲基叔丁基醚、叔戊醇、叔r醇、己烷、戊烷、甲苯成其他任何能够让生物催化剂在其中M现催化活性的冇机溶剂。
6. 如权利要求1所述的共沸除水耦合模拟移动床的酰胺类酶法生产l:艺，其特征在于所述的带水剂可以 是戊烷、己烷、环己烷、二氯乙烷、甲苯、二甲苯或其他任何能够在反应条件下跟水共沸，成跟溶剂 和水共沸，冷凝成液体后跟水分层，形成互不相溶的两相，且不会导致生物催化剂失活的有机溶剂。
7. 如权利耍求i所述的共沸除水耦合模拟移动床的酰胺类酶法生产丄艺，其特征在:r所述的模拟移动床 色谱分离系统所使用的洗脱剂为酶促反应体系所使用的溶剂与酶促反应体系所使用的带水剂按一定比例勾兑而成的混合溶液，勾兑的比例为溶剂带水剂=0:100~100:0。
8. 如权利要求1所述的共沸除水耦合模拟移动床的酰胺类酶法生产工艺，其特征在于所述的模拟移动床 色谱分离系统所使用的吸附剂可以是活性炭、硅胶、变性硅胶、聚丙烯酰胺或其他任何能够与特定洗 脱剂配合将酰胺类反应产物与相应的反应原料，酸类或有机胺类相分离的吸附材料。
9. 如权利要求1所述的共沸除水耦合模拟移动床的酰胺类酶法生产工艺，其特征在于反应在所选用的生 物催化剂的最适温度，通常为30~60°C，下进行。共沸蒸馏在反应温度下通过对反应体系的压强的调 节来实现，可以是常压，也可以是低达0.001-0.005 MPa的低压。
10. 如权利要求1所述的共沸除水耦合模拟移动床的酰胺类酶法生产工艺，其特征在于模拟移动床色谱分 离在0 100。C，最好是30 60。C，的温度下进行。
全文摘要
本发明属非水相酶促有机合成应用生物技术领域，具体涉及一种共沸除水耦合模拟移动床的酰胺类酶法生产工艺。本工艺适用于生物催化剂(如中性蛋白酶)催化下的各种酰胺键的合成。它提供了一种普遍适用的酰胺类酶法合成新工艺，可在不影响生物催化剂的催化活性的前提下，通过减压共沸连续除水，使反应平衡向酰胺的合成的方向移动，从而能够大大提高酶促有机合成的转化率，确保反应趋于完成，彻底解决非水相酶促有机合成中的连续除水问题；通过酶促反应体系与模拟移动床色谱分离体系的耦合，确保反应产物与过剩反应原料的彻底分离，开解决过剩反应原料的循环会用问题，可使原料的转化率、产品的收率以及产品纯度均提高到接近100％的水平，使生产成本大幅度降低，实现酰胺类化工产品生产的废水废渣零排放，在医药、食品、材料和精细化工等领域具有广阔的应用前景。
文档编号C12P13/00GK101418323SQ20081024364
公开日2009年4月29日 申请日期2008年12月11日 优先权日2008年12月11日
发明者戴阿娟, 汤鲁宏, 择 王, 超 邓, 伟 陈, 黄海波 申请人:江南大学;汤 宁
文档序号 :
【 525504 】
技术研发人员：汤鲁宏,戴阿娟,王择,邓超,陈伟,黄海波
技术所有人：江南大学,汤宁
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
技术研发人员：汤鲁宏,戴阿娟,王择,邓超,陈伟,黄海波
技术所有人：江南大学,汤宁
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除