[发明专利]微生物催化法制备2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺的方法及菌株

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种微生物催化法制备2-氨基-2，3-二甲基丁酰胺的方法，以及在生产过程中用到的新菌株。

(二)背景技术

2-氨基-2，3-二甲基丁酰胺，英文名2-amino-2，3-dimethylbutyamide，外观为白色片状晶体，熔点为84℃，能溶于水和大多数有机溶剂。是咪唑啉酮类超高效除草剂如咪唑乙烟酸、咪唑喹啉酸和甲氧咪草烟等的通用中间体，市场需求广阔。其中咪唑乙烟酸和咪唑喹啉酸曾占据美国大豆除草剂市场主导地位达10年之久；而我国自从1990年大批量进口咪唑乙烟酸并在黑龙江省大面积应用以来，用量持续增加。特别是在国内该除草剂产品问世以后，由于其价格低廉，除草效果良好，故而被大范围使用，成为黑龙江与内蒙古地区大豆田除草剂的主导品种。

2-氨基-2，3-二甲基丁酰胺目前主要通过化学法生产。其生产过程可分为两个部分：3-甲基-2-丁酮通过斯特雷克(Strecker)反应得到氨基腈，后者在酸或碱催化下水解得到产物(见下式)。

孙晓红等(西北大学学报，1994，24(3)：227-234)报道了该氨基腈的合成方法，先将氯化铵溶于水后，加入氰化钠和氨水，搅拌均匀后，加少量苄基三乙基氯化铵，滴加甲基异丙基甲酮，搅拌回流4～6小时，用二氯甲烷提纯后，得无色透明液体，纯度为95％，收率为90％。

Peter J.等(US 6339158)报道了由2-氨基-2，3-二甲基丁腈制备2-氨基-2，3-二甲基酰胺的方法，首先加入29.7ml浓硫酸，慢慢加入11.8g 2-氨基-2，3-二甲基丁腈，保证反应体系温度不超过25℃，加热至100℃并在该温度下反应1h，反应结束后冷却，加入85ml浓氨水，过程中控制体系温度不超过75℃，然后用二氯甲烷萃取、结晶，最终得到11.2g 2-氨基-2，3-二甲基酰胺，收率为81.7％。吕晓东等(辽宁化工，2001，30(10)：455-456)报道将2-氨基-2，3-二甲基丁腈在一定的温度下滴加入95％的浓硫酸中，升温，反应数小时。反应完毕后，冷却至室温，滴加浓氨水中和至弱碱性，加萃取剂，搅拌一定时间，过滤，滤出物用萃取剂洗涤，并将洗液合并入滤液。滤液相分离，有机层蒸出萃取剂，釜底物加入石油醚，冷冻结晶，滤出的固体干燥后得到2-氨基-2，3-二甲基酰胺，最终收率为95％，产物纯度达到96％。

由上可知，化学法生产2-氨基-2，3-二甲基酰胺的主要缺点是：反应需要高温、强酸等条件，能耗原料消耗高，产品易受副产物污染，提纯步骤繁琐，周期长，收率低，产生大量含腈污水，不符合环保要求等。

腈水合酶(Nitrile Hydratase)是一种在自然界中广泛存在的微生物酶，它可催化多种腈化合物水解生成酰胺。微生物腈水合酶可广泛地应用于氨基酸、酰胺、羧酸及其衍生物的合成。1980年，Asano等(Agricultural andBiological Chemistry，1982，46(5)：1183-1189)首次发现微生物Rhodocococcus sp.N-774可降解有毒的乙腈，不久即被成功地应用于工业生产丙烯酰胺。近年来，腈水合酶也被用于制备手性药物，如Gilligan等(Applied Microbiology and Biotechnology，1993，39：720-725)成功地用Rhodocococcus equi TG328腈水合酶和酰胺酶催化外消旋2-苯基丙腈立体选择性水解，生成了非甾体类抗炎药S-(+)-2-苯基丙酸。现有的研究表明，腈水合酶催化的反应具有高选择性、高效性、条件温和、环境污染小、成本低、产物光学纯度高等优点，符合原子经济和绿色化学的发展方向，有着化学方法无可比拟的优越性，从而促进了精细化工产品和手性药物的研制和开发。因此利用腈水合酶的高效性、高选择性和反应条件温和等特点来催化生产2-氨基-2，3-二甲基丁酰胺，将可以提高产率和产品质量、降低生产成本和减小环境污染。