[发明专利]一种离子液体反应介质中脂肪酶催化合成长链壳聚糖酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物催化和合成领域，具体涉及一种离子液体反应介质中脂肪酶催化 合成长链壳聚糖酯的方法。

背景技术

壳聚糖（Chit0san，简称CS）是甲壳素的脱乙酰化产物，是自然界中存储量最大 的碱性生物多糖壳聚糖，也是自然界中含量仅次于纤维素的天然多糖，由2-胺基-2-脱氧- β-葡萄糖单元通过β（1-4）糖苷键链接而成。其化学结构与纤维素相似，唯一的区别就是葡 萄糖单元C2上的羟基变为胺基或乙酰氨基。由于分子链与分子间也存在着较强的氢键作 用，导致可用于壳聚糖溶解及化学改性的溶剂很少，极大地限制了其应用。目前，溶解甲壳 素和壳聚糖的方法主要是通过破坏内部氢键网络结构使之溶解，而溶解壳聚糖的传统溶剂 体系(如:强碱溶液体系，锂盐-强极性非质子极性溶剂体系等)具有毒性、强腐蚀性、后续 处理麻烦等缺点，不利于绿色环保的工业化生产。因此寻找一类温和的、并能均相溶解壳聚 糖是拓展其应用的重要内容和方向。

离子液体与传统有机溶剂相比，具有不挥发、不易燃、难氧化、强极性、强的溶解能 力、组成可设计、电化学窗口宽等优良特性，在天然高分子溶解、化学合成、电化学、萃取分 离、材料制备等诸多领域的应用日益引起世人的关注。从目前的研究报道来看，能够溶解壳 聚糖的离子液体主要为咪唑类离子液体和甘氨酸类离子液体。Xie等最早进行了壳聚糖在 离子液体中的溶解，并研究其溶液用于CO₂的吸附，110℃下制备了10%的壳聚糖/[BMIM]Cl 离子液体溶液，朱庆松等比较了四种咪唑类离子液体对壳聚糖的溶解特性，不同的离子液 体溶解能力：[EMIM]AC＞[BMIM]AC＞[AMIM]Cl＞[BMIM]Cl，尤其是[EMIM]AC离子液体对壳 聚糖的溶解能力达15%以上。

生物催化反应因其具有条件温和、无环境污染、速度快、选择性高等特点、被广泛 应用于各种有机反应。自20世纪80年代中期Klibanov等发现酶可在接近无水的有机溶剂中 起催化作用以来，非水生物催化得以迅速发展。非水生物催化使得许多在水中无法进行的 有机反应在有机溶剂中完成。虽然非水生物催化反应后处理方便，但有机溶剂自身的毒性、 易燃性、挥发性等属性、会导致环境污染并危害操作者健康,同时酶在有机溶剂中往往表 现为活力下降，甚至丧失。

离子液体以其独特的性质也成为生物催化领域研究的热点。脂肪酶(Lipase)在 生物催化中有着广泛的应用，由于脂肪酶对有机溶剂具有强耐受性，故成为离子液体中的 首选生物转化酶。大部分脂肪酶在离子液体中进行反应有着良好的催化效果，其催化活性、 立体选择性和稳定性明显提高。例如KIM等在离子液体中考察了几种不同的仲醇与乙酸乙 烯酯在脂肪酶催化下的酯基转移反应，发现产物ee(光学纯度)值高达99.5%，脂肪酶可以 附着在离子液体中，产物经过分离后，脂肪酶/离子液体可以循环使用，尽管速率减慢，但是 产物光学纯度并不降低。ITOH等还考察了无水条件下，在离子液体[BMIM][PF6]或[BMIM] [BF4]中，Novozym-435催化的5-苯基-1-戊烯-3-醇与甲酸酯的反应，得到了较高的反应速 率和立体选择性，所用的酶可以循环使用，但是所生成的乙醛低聚物在溶剂中的聚积又会 使反应速率显著下降。当把反应条件改在40℃下减压进行时，酶循环使用就可以得到相应 的反应速率和产物选择性。

目前，壳聚糖酯化改性过程中用到的酸多为无机酸，例如壳聚糖的硫酸酯化改性 以及磷酸酯化改性，且酯化过程中需要保护和脱除氨基，实验操作步骤复杂并且产生酸性 废液。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的不足，提供一种条件温和、选择专 一性、产物易分离的离子液体反应介质中脂肪酶生物催化制备长链壳聚糖酯的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种离子液体反应介质中脂肪酶催化合成长链壳聚糖酯的方法，包括如下步骤：

（1）将壳聚糖粉末经研磨、烘干处理后放入干燥器中备用；

（2）在容器中加入3-10g离子液体反应介质，加入步骤（1）处理后的壳聚糖，再通入氮 气并在油浴锅中加热搅拌，温度为60-120℃；

（3）待壳聚糖完全溶解后，冷却至20-70℃，加入酰基供体0.1g-5g，同时加入脂肪酶 0.01g-0.2g，继续通氮气搅拌2-8h；