[发明专利]一种在离子液体中酶催化合成脂肪族聚酯的方法

说明书

技术领域

本发明属于脂肪族聚酯合成领域，具体涉及一种在离子液体中酶催化合成脂肪族聚酯的方法。

技术背景

近年来，具有良好生物降解性、生物相容性的脂肪族聚酯，受到国内外学者的广泛关注。但是，传统的化学合成方法存在有毒金属催化剂残留、高温高压、多伴有副反应发生等缺点，限制了脂肪族聚酯在食品包装和医用卫生领域的应用。

酶催化合成法与传统的合成法相比，具有高活性、高选择性、反应条件温和、无毒性和酶可循环再利用等优点，随着对生物酶制剂的开发和应用，酶催化合成脂肪族聚酯不仅为合成方法开辟一条新的途径，同时又赋予了传统合成方法不能得到的脂肪族聚酯新的功能。然而，酶催化合成存在产物相对分子质量低、催化剂活性不稳定的问题，特别是合成高熔点聚酯时需使用传统有机溶剂来保证反应进行。

离子液体具有不挥发、热稳定性好、结构可设计、可回收再利用等特点，而成为替代传统有机溶剂的首选。然而，离子液体在应用过程中存在化学性质不够稳定，易使金属催化剂中毒，导致在离子液体中缩聚所得产物相对分子质量不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，将生物酶和离子液体的优点相结合，提供一种在离子液体中酶催化合成脂肪族聚酯的方法，以达到提高聚酯产物的相对分子质量、提高酶催化活性与稳定性、催化剂与溶剂可回收再利用的效果。

为了实现上述目的，本发明方法的具体方案如下：

一种在离子液体中酶催化合成脂肪族聚酯的方法，包括如下步骤：

a）将酶、二元酸或二元酸酯、二元醇、蒸馏水加入反应器，搅拌，在温度为45℃~100℃下进行常压反应1~5小时后，减压反应1~5小时；

b）恢复常压，向步骤a）中的反应体系中加入离子液体和蒸馏水，继续反应1~5小时后开始减压，真空度上升至-600~-750mmHg，反应5~48h，结束反应；

c）产物过滤，回收酶；过滤后的滤液倒入甲醇、乙醇、丙酮或水中，沉淀并抽滤，滤液与甲醇、乙醇、丙酮或水的体积比为1:1~10；滤饼用甲醇、乙醇、丙酮或水洗涤后在25~60℃下真空干燥，即得产物脂肪族聚酯；

步骤a）中所述酶为南极假丝酵母脂肪酶、猪胰脂肪酶、洋葱假单胞菌脂肪酶、角质酶及其固定化酶；

步骤a）中所述二元酸或二元酸酯为C2~C10二元酸或C2~C10二元酸酯；

步骤a）中所述二元醇为C2~C10二元醇。

本发明进一步的改进在于：步骤a）中，二元酸或二元酸酯与二元醇的摩尔比为（5~18）：（6~20）；所述酶的质量为加入二元酸或二元酸酯与二元醇的质量之和的0.05~100%；所述蒸馏水的质量为加入二元酸或二元酸酯与二元醇的质量之和的0.01~20%。

本发明进一步的改进在于：步骤a）中，所述酶的质量为加入二元酸或二元酸酯与二元醇的质量之和的25~100%；所述蒸馏水的质量为加入二元酸或二元酸酯与二元醇的质量之和的0.5~5%。

本发明进一步的改进在于：步骤a）中所述减压反应的压力为-300~-600mmHg。

本发明进一步的改进在于：步骤b）中所述离子液体的阴离子基团为Br^-、HSO₄^-、BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-或NO₃^-中一种，阳离子基团为[BPy]、[HNEt₃]、[BMim]或[MMim]中一种。

本发明进一步的改进在于：步骤b）中，所述离子液体的质量为加入二元酸或二元酸酯与二元醇的质量之和的0.2~10倍；所述蒸馏水的质量为加入二元酸或二元酸酯与二元醇的质量之和的0.01~10%。

本发明进一步的改进在于：步骤b）中，所述离子液体的质量为加入二元酸或二元酸酯与二元醇的质量之和的2~10倍；所述蒸馏水的质量为加入二元酸或二元酸酯与二元醇的质量之和的0.05~5%。

本发明进一步的改进在于：步骤b）中所述真空度上升至-600~-750mmHg所用时间为0.5~5h。

本发明进一步的改进在于：所述方法还包括以下步骤：d）沉淀并抽滤后所剩滤液进行减压蒸馏，回收离子液体。

本发明进一步的改进在于：步骤d）中所述减压蒸馏的温度在40~180℃，真空度为-450~-750mmHg。