[发明专利]一种共沸除水耦合模拟移动床的酯类酶法生产工艺

说明书

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，具体地讲是属于一种共沸除水耦合模拟移动床的 酯类酶法生产工艺。

背景技术

关于酯类的合成，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已经非常成熟，目前仍 被大量用于酯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，酯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，由于几乎无副反应发 生，因而分离提取工艺可大为简化，原料的转化率和产品的纯度都可以大幅度提高。但是，酸和醇结合生 成酯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酯的 合成的方向移动，使反应趋于完全，达到理想的转化率。酯类的生物催化合成工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因素之一。

为了及时的连续不断的脱除反应生成的水，已经采取了分子筛吸附、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、叔丁醇等即能与酶相容，保证酶的催化活性，又可与生成的水形成共沸 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层，因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同用。含水溶剂的干燥处理成本大大限制了此项技术的应用。

酯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，普遍适用的酯类酶法合成新工艺。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、二氯乙烷、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 向酯的合成的方向移动，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，彻底清除酯类的生物催化合成工艺的大规模工业化应用的障碍，实现酯类生产的环境友好 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℃) 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％，的环己烷、二氯乙烷等带水剂，不影 响脂肪酶Novozym 435、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酯类酶法合成工艺的基础。