[发明专利]一种双相体系下化学酶法级联催化腈类化合物的一锅法合成工艺

说明书

本发明公开一种双相体系下化学酶法级联催化腈类化合物的一锅法合成工艺。本发明从多种有机溶剂中筛选出正己烷作为最优有机相，与水相构建双相体系，高效耦合了化学合成与生物催化的技术优势，催化醛合成相应的腈，具有较广的底物谱，包括芳香族和脂肪族底物。通过上述双相体系，不需要复杂的中间产物分离过程，与传统腈化学品合成方法比较无需添加剧毒无机氰化合物，反应条件更加温和，反应过程更加安全和绿色。该双相催化体系与纯水相体系相比，底物浓度更高，无需添加乙醇作为共溶剂，有望实现化学酶法生产腈类化合物的绿色工业化制备。

技术领域

本发明属于化学-生物催化技术领域，涉及一种双相体系下化学酶法级联催化腈类化合物的一锅法合成工艺，具体是一种化学酶法双相催化体系及催化醛化合物直接合成腈类化学品的方法，以实现反应条件更加温和，反应过程更加安全，提高了生物催化最大催化底物浓度以及催化效率。

背景技术

腈(R-C≡N)作为重要的结构砌块广泛存在于药物、农用化学品、材料和天然产物的化合物中。此外，氰基可以作为重要官能团，在有机合成中易转化为其他高附加值化学品，如酰胺、胺、羧酸和杂环等。因此，研究者一直致力于有机分子中引入腈基的方法开发。最常用的方法是S_N2反应，以烷基和芳基卤化物为底物，与化学计量的氰化氢(HCN)或金属氰化物发生亲核取代反应，例如Kolbe腈合成、Sandmeyer氰化和Rosenmund-von Braun反应。然而，由于剧毒氰化物来源的应用受到限制，低毒或无氰合成方法更引起化学家的极大关注，如以烯烃、胺、羧酸、伯醇和醛等为原料。这些策略大多数依赖于过渡金属(例如，Cu、Fe、Ru、Pd等)和苛刻的条件(例如，工业氨氧化过程，氨气，温度300℃)。由于醛肟的制备简单，在室温条件下由醛和羟胺进行缩合而成，收率高，因此研究者已开发出将醛肟转化为相应的腈。然而，目前仍然主要采用化学脱水剂来进行反应，例如POCl₃、H-沸石、NTSI、BOP试剂、PhSe(O)OH、NH₄SCN等，反应条件苛刻、产生废物、脱水剂特殊、产物纯化困难等。因此，开发更绿色的可替代腈类化学品合成技术引起了学术和工业界的广泛关注。

生物催化已成为传统化学催化合成大宗和精细化学品的一种替代方法。醛肟脱水酶(Oxds,EC 4.99.1.5)在水介质中的温和反应条件下催化醛肟脱水生成相应的腈。发明人前期已申请CN202110676578.9，将来源于Pseudomonas putida F1中的醛肟脱水酶基因制备为催化剂OxdF1，其仅适用于对成品醛肟化合物高效催化合成芳香腈。但是成品醛肟化合物的成本较高，为了降低生产成本，本发明以廉价易得的醛类为原料，采用双相体系下化学酶法级联一锅法合成高附加值腈化合物。同时，本发明构建的反应体系，可以避免羟胺对醛肟脱水酶的抑制作用，提高生物催化效率。化学酶促级联法可以将化学催化和生物催化的优势结合起来，实现腈化学品的高效合成，避免中间体的分离纯化过程，而且具有较广的底物普适性。

目前，国内外尚无采用化学酶法级联反应在正己烷-水双相体系中合成腈化合物的报道，因此，本发明开发的合成方法具有较高的应用价值，有望替代现有腈类化学品的传统合成工艺，促进化工产业的技术升级。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种化学酶级联法合成高附加值的腈类化合物的方法，以正己烷/水双相为反应体系，以醛类化合物为底物，高效耦合了化学合成与生物催化过程，无需对中间产物进行分离纯化，减少了制备步骤，反应条件更加温和，反应过程更加安全，还提高了生物催化最大催化底物浓度以及催化效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。

一种化学酶法级联催化腈类化合物的一锅法合成工艺，包括以下：

在双相体系中，以醛类化合物为底物，在室温下与盐酸羟胺反应一段时间后无需分离直接加入含有醛肟脱水酶的重组大肠杆菌，通过脱水反应制得目标产物；其中双相体系包括有机相和水相。