[发明专利]一种含离子液体的温控两相体系及其在生物转化中的应用

说明书

技术领域

本发明属于有机合成与生物催化技术领域，具体涉及一类含乙氧基链的季胺盐离子液体，及由其构成的具有温控相变化功能、用于酵母催化不对称还原反应的两相体系，该两相体系具有“低温混溶，高温分相”功能，且有利于生物催化剂分离回收与复用。

背景技术

以稳定性强的离子液体替代传统有机溶剂作为非水相生物催化反应介质的相关研究已发展成为绿色化学的重要组成部分。Howarth(2001年)等人首次将离子液体与全细胞生物催化结合应用，发现在[BMIM]PF₆/水(10:1,v/v)中固定化Saccharomycescerevisiae催化还原部分酮底物的立体选择性可与传统有机溶剂相比拟。Pfruender等人(2006年)研究了疏水性离子液体中的全细胞生物催化反应，尽管作为反应介质的离子液体黏度较大，但仍能获得较为理想的传质速率。同年，娄文勇等人通过添加少量离子液体，提高了固定化Saccharomycescerevisiae细胞催化乙酰基三甲基硅烷不对称还原反应的反应速度，但其操作稳定性下降。Banerjee课题组(2007年)利用固定化Candidaviswanathii细胞在[EMIM]PF₆中催化不对称还原芳香酮，获得较好的转化率。这些尝试表明在某些离子液体中全细胞不对称催化反应表现出诸多优越性能(高转化率、高立体选择性等)。但如结构ILn的具有温控功能的离子液体的制备以及将具有温控功能的离子液体两相体系应用于酵母全细胞生物催化不对称还原反应还未见诸文献。

本发明将利用聚氧乙烯非离子表面活性剂的浊点性质，以接枝环氧乙烷的季铵盐阳离子作为正离子部分，合成一种离子液体。该离子液体与溶剂在某一温度下可实现相转变，提供一种具有“低温混溶，高温分相”功能的离子液体液/液温控两相体系，从而使均相反应过程中的产物和催化剂，通过简单的相分离过程分开，这将为两相体系全细胞生物催化的研究开发提供一个全新范例。

发明内容

本发明的目的是提供一种含离子液体的温控两相体系及其应用，该温控两相体系应用于酵母全细胞催化不对称还原α–羰基酯反应时，便于催化剂的回收。

一种温控两相体系，包含季胺盐型离子液体和非离子液体相；

所述的季胺盐型离子液体，结构如式(Ⅰ)所示：

[(C₂H₅)(CH₃)₂N(CH₂CH₂O)_nH]⁺[PF₆]^-(Ⅰ)

式(I)中，n为1～4；

当混合体系温度低于分相温度时，离子液体与非离子液体相混溶为均相；反之，体系呈离子液体与非离子液体相互不相容的两相体系。

其中，所述的季胺盐型离子液体的制备方法，包括以下步骤：

(1)在N₂的保护下，向N,N-二甲基乙醇胺和无水醋酸钠中滴加环氧乙烷，然后加压进行反应，反应完全后，经过后处理得到N,N-二甲基聚乙二醇胺；

(2)将步骤(1)得到的N,N-二甲基聚乙二醇胺溶于四氢呋喃，室温下缓慢滴加硫酸二乙酯，反应完全后经过后处理得到季铵盐中间体[C₂H₅(CH₃)₂N(CH₂CH₂O)_nH]⁺[C₂H₅SO₄]^–；

(3)将步骤(2)得到的季铵盐中间体溶解于丙酮，与等摩尔量的六氟磷酸钾混合进行离子交换反应，反应完全后，经过后处理得到所述的季胺盐型离子液体。

作为优选，步骤(1)中，反应温度为70～80℃，滴加环氧乙烷过程中维持系统压力0.1-0.15MPa。

作为优选，步骤(2)中，N,N-二甲基乙醇胺和环氧乙烷反应时间为0.5-1.0h。

作为优选，步骤(3)中，由六氟磷酸钾参与的阴离子交换反应时间为24-36h。

所述的离子液体具体可以通过以下步骤得到：