[发明专利]一种利用微反应器酶促合成咖啡酸甲酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物催化领域，具体涉及一种微反应器条件下咖啡酸甲酯的脂肪酶促合成方法。

 

背景技术

现有技术：咖啡酸甲酯，英文名称：Methyl caffeate，化学名称：（E）-甲基-3-（3，4-二羟基）丙烯酸酯，分子式：C₁₀H₁₀O_4，分子量：194.18。

近年来，咖啡酸烷基酯因其具有抑菌、抗氧化、抗肿瘤等药理活性（Archives of Internal Medicine, 2009, 169(7): 708-715）和较好的脂溶性，已经被广泛运用到化妆品、保健品、油脂含量较高的食品和制药行业中。其中咖啡酸甲酯是烷基链最短的咖啡酸烷基酯之一。它来自抱茎蓼和水茄提取物，分子极性适中，具有很强的抗炎、抗癌、利胆、抗病毒、抗氧化和凝血等功效，对幼虫发育以及食量具有抑制作用（Journal of Pest Science, 2013, 86(3) 579-589），而且也可以用于合成天然药物和食品添加剂的中间原料。目前，获得咖啡酸甲酯的方法是提取法，然而，提取法因受其步骤繁琐、产率低等因素的限制而无法实现大批量的制备。因此亟需寻找一种天然高效的合成用于食品添加剂以及制药中间体的咖啡酸甲酯的方法。

已报道的咖啡酸甲酯的制备方法大都以有机溶剂为反应介质，以传统的酸为催化剂，在恒温震荡条件或其它辅助条件下进行酯化合成。Shin等人采用硫酸催化法催化咖啡酸和甲醇酯化合成咖啡酸甲酯（Biochemical Pharmacology, 2004, 68 (12), 2327-2336），反应10 h后得率达到71.0%。另外，文献（Journal of the Serbian Chemical Society, 2013, 78 (7): 1023-1034）用对甲苯磺酸催化咖啡酸和甲醇合成咖啡酸甲酯，反应4 h后产物得率为84.0 %。专利CN 101585770 A 的发明专利公开了一种用浓硫酸在微波条件下催化咖啡酸和甲醇反应合成咖啡酸甲酯，反应4 min，收率为94%。然而传统的酸催化法具有反应时间长、副产物过多、传统催化剂对设备的腐蚀性强、产品分离过程复杂以及易挥发出污染环境的气体等缺点（Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2005, 234 (1-2): 107-110）。因此，急需寻求出一种在温和条件下能够解决上述技术缺陷的新型、绿色的反应介质和催化剂。近年来，以离子液体微反应溶剂，酶促酯化和转酯化合成咖啡酸酯类化合物因其反应物污染小、条件温和、反应选择性强等优点受到越来越多的关注。本课题组专利CN 103088078 A的发明公开了一种用脂肪酶进行转酯化合成咖啡酸丙酯的方法，该方法反应条件温和，克服了传统的底物溶解度和脂肪酶催化合成效率低的缺点，纯度可达94.36%，为咖啡酸甲酯的合成打下良好的实验基础。然而，在传统的常规反应器反应过程中，底物与酶的接触机会有限，导致反应时间较长，所以，有待寻求一种高效、快速的咖啡酸甲酯的制备方法。

随着材料科学、微纳米加工技术和微电子学所取得的突破性进展，微流控技术逐渐应用到工业催化和药物合成领域（Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50 (7502-7519)）。由于其优异的传质特性加速了反应过程（Lab on a Chip, 2006, 6 (1487-1503)），微反应器能大大的缩短反应时间和提高产率。本课题组专利CN 103446971 A的发明专利公开了一种用微型填充床反应器中反应合成咖啡酸苯乙酯，温度为60 ℃的条件下反应2.5 h，产物得率由传统间歇式反应器的85.9%提高到99.5%；另有专利CN 103468754 A的发明专利公开了一种用微型填充床反应器中反应合成咖啡酸丙酯，将反应时间由传统的24 h缩短为2.5 h，同时，产物的纯度更高，产率达99.5%。这为咖啡酸甲酯在微反应器中的合成提供了一定的技术支持和理论参考。然而，尚未见以离子液体为反应溶剂，在微反应器中脂肪酶促咖啡酸和甲醇酯化合成咖啡酸甲酯的报道。

综上，本发明的目的在于，针对有机溶剂存在污染严重等问题，提供一种绿色高效的酶促反应体系，其中所采用的离子液体不仅能提高酶促反应的选择性，而且具有较高的热稳定性、安全可靠。为效缩短反应时间，采用微型填充床反应器作为反应设备，这为今后快速制备药物中间体-咖啡酸甲酯提供理论基础和技术支撑。