一种乳液微反应器连续化反应制备手性胺的方法技术

本发明专利技术公开了一种乳液微反应器连续化反应制备手性胺的方法，属于酶催化技术领域。针对Pickering乳液稳定性相对较低、有机溶剂选择有限、高底物浓度转化较差、耐压问题、酶活性损失问题、辅因子无法高效循环再生问题以及制备过程难以连续化和工业化等缺点，本发明专利技术通过对油包水型的Pickering乳液进行交联，进而实现限域空间内转氨酶和辅因子的协同催化以及长时间连续化转化。其主要制备过程是指以分散在PBS缓冲液中的转氨酶和辅因子为水相，以分散在有机溶剂中的反应物为油相，以具有界面活性的二氧化硅纳米颗粒为乳化剂稳定油水界面，形成包封酶与辅因子的油包水型Pickering乳液，之后以Pickering乳液为模板加入交联剂制备具有一定强度以及有机溶剂耐受性的微胶囊。备具有一定强度以及有机溶剂耐受性的微胶囊。备具有一定强度以及有机溶剂耐受性的微胶囊。

【技术实现步骤摘要】
一种乳液微反应器连续化反应制备手性胺的方法


[0001]本专利技术属于酶催化
，具体涉及一种乳液微反应器连续化反应制备手性胺的方法。

技术介绍

[0002]手性胺类化合物是许多药物合成的关键中间体，在医药行业以及农用化学品行业中占据重要地位，具有较高的经济价值。转氨酶生物催化为手性胺的制备提供了一种有效策略，能够催化氨基供体上的氨基转移至前手性酮的羰基上，得到手性胺类化合物。转氨酶生物催化制备手性胺具有催化效率高、专一性强、反应条件温和、环境友好等优点，显示出巨大的应用前景。
[0003]Pickering乳液是由固体纳米颗粒稳定油水两相的乳液，因其稳定性好、不混相界面大等优点，得到了广泛的应用。Pickering乳液的稳定液滴可作为固定化酶的优良载体，一方面将生物酶封装在分散相，从而实现酶的固定化，另一方面反应物在流动相被催化为产物，大的界面有利于反应物和产物在油相和水相之间的传质和能量交换。对于依赖辅因子的酶催化反应，Pickering乳液的应用具备其独特的优势。将酶和辅因子共封装限域在Pickering乳液的分散相，相比于物理吸附固定酶与辅因子其大大减少了酶和辅因子在连续化反应过程中的流失；相比于共价共固定酶与辅因子，其减少了酶活性的损失，同时增加了辅因子的自由度；此外，Pickering乳液的分散相可以为生物酶提供利于保留酶活性的微环境，从而提高酶的稳定性。虽然Pickering乳液具有一定的稳定性，但是对于较高底物浓度以及较高温度和压力的化学反应，Pickering乳液在反应中往往会出现变形和聚并。所以在保留Pickering乳液的基础优势上，近一步加固Pickering乳液界面制备微胶囊势在必行。相比于其他交联法，化学交联法通过改变交联剂的种类、用量以及交联时间的长短可以实现对外层厚度、渗透性的调控，从而达到“择形”作用，交联法只需要选择适当的固体颗粒以及交联剂就可以在室温下发生共价交联稳定Pickering乳液制备微胶囊，操作简单，可操控性强。

技术实现思路

[0004]针对Pickering乳液稳定性相对较低、有机溶剂选择有限、高底物浓度转化较差、耐压问题、酶活性损失问题、辅因子无法高效循环再生问题以及制备过程难以连续化和工业化等缺点，提供一种基于交联Pickering乳液包封转氨酶和辅因子用于固定床连续化的新方法，实现了Pickering乳液稳定性提升、有机溶剂选择范围扩大、耐压性能提升、高底物浓度可实现较好地转化以及对转氨酶和辅因子包封以及辅因子的高效再生利用，长时间连续稳定高效运行为工业化奠定了基础。
[0005]本专利技术提供了一种乳液微反应器连续化反应制备手性胺的方法。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0007]一种乳液微反应器连续化反应制备手性胺的方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，具有界面活性的SiO2的制备：将商业化SiO2纳米颗粒超声分散于有机溶剂中，然后加入疏水硅烷和有机胺；在60～120℃氮气保护下，经过3～6h的搅拌回流，得到混合体系，冷却后将混合体系离心分离，用甲苯洗涤分析出的固体3～5次，干燥后获得具有界面活性的SiO2纳米颗粒；
[0009]步骤2，固载酶和辅因子的Pickering乳液的制备：将转氨酶和辅因子加入到pH＝7～9的磷酸缓冲液中混匀后得到水相体系；将具有界面活性的SiO2纳米颗粒经超声波分散于有机溶剂后得到油相体系；再将油相体系和水相体系混合，经高速搅拌形成粒径均匀的固载酶和辅因子的Pickering乳液；
[0010]步骤3，在步骤2得到的Pickering乳液中加入有机溶剂和交联剂，置于旋转蒸发仪上交联制备微胶囊；
[0011]步骤4，将步骤3得到的微胶囊置于固定床反应器中，再通入含辅因子再生物的有机溶液进行反应，得到手性胺。
[0012]进一步，所述有机溶剂为甲苯、庚烷、己烷、乙酸乙酯、甲基叔丁基醚或辛烷中的任意一种。
[0013]进一步，所述疏水硅烷为甲基三甲氧基硅烷、二氯二甲基硅烷、辛基三甲氧基硅烷中的任意一种。
[0014]进一步，所述转氨酶包括转氨酶ATA
‑
101～ATA
‑
165或转氨酶ATA
‑
101～ATA
‑
165的突变体中的一种或多种。
[0015]进一步，所述辅因子为5
’‑
磷酸吡哆醛、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸中的任意一种。
[0016]进一步，所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、硅酸四乙酯、四甲氧基硅烷、三甲氧基甲硅烷、二氯二甲基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、超支化聚乙氧基硅烷中的任意一种。
[0017]进一步，所述磷酸缓冲液与具有界面活性的SiO2纳米颗粒质量比为1:0.02～1:0.10；所述的磷酸缓冲液与有机溶剂的体积比为1:0.5～1:10。
[0018]进一步，所述步骤2中Pickering乳液微滴的直径为5～300μm，所述磷酸缓冲液为酶含量为10～500μL/mL的磷酸缓冲液。
[0019]进一步，所述步骤2中高速搅拌的转速为5000～10000rpm；所述步骤3中通过旋转蒸发仪交联制备微胶囊的温度为30～45℃；所述步骤4中反应器的温度为25～50℃；反应器的流速为0.2～10mL/h。
[0020]进一步，所述步骤4中辅因子再生物为甲酸铵
‑
甲酸铵脱氢酶、异丙胺、α
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苯乙胺或2
‑
辛胺中的任意一种。
[0021]与现有技术相比本专利技术具有以下优点：
[0022]1、共固定转氨酶与辅因子的传统方法中，往往通过静电作用或者利用PLP的醛基与固定化材料的氨基基团形成席夫碱以固定PLP，因此造成了PLP固定不牢固易流失或者阻碍了PLP与转氨酶主要活性位点赖氨酸氨基残基的接触，降低了辅因子的自由度。本专利技术利用Pickering乳液实现对转氨酶和辅因子PLP的原位包封，在提高PLP自由度的同时有效避免了辅因子随流动相的流失，流动1000h，PLP几乎没有流失。
[0023]2、本专利技术中辅因子PLP循环再生所需物质随连续相流入固定床，在对PLP进行反应
再生后随连续相流出固定床，实现了对辅因子限域空间内的循环再生利用。
[0024]3、本专利技术在Pickering乳液的基础上利用硅烷交联剂在乳液界面水解交联成壳，有效结合了均相催化和多相催化的优势，一方面分散相可为转氨酶与PLP提供均相催化的环境，可以通过改变分散相的组分以调节酶的微环境提高酶的稳定性，另一方面交联的硅外壳具有良好的稳定性使得它可以直接填充在固定床反应器中进行连续化反应，此外，坚固的硅外壳有效避免了外界环境对内部酶和PLP活性的毒副作用。
[0025]4、传统的Pickering乳液连续化流动过程中，底物浓度过高可能导致破乳等问题，因此无法实现较高底物浓度的转化。本专利技术在保留Pickering乳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乳液微反应器连续化反应制备手性胺的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，具有界面活性的SiO2的制备：将商业化SiO2纳米颗粒超声分散于有机溶剂中，然后加入疏水硅烷和有机胺；在60～120℃氮气保护下，经过3～6h的搅拌回流，得到混合体系，冷却后将混合体系离心分离，用甲苯洗涤分析出的固体3～5次，干燥后获得具有界面活性的SiO2纳米颗粒；步骤2，固载酶和辅因子的Pickering乳液的制备：将转氨酶和辅因子加入到pH＝7～9的磷酸缓冲液中混匀后得到水相体系；将具有界面活性的SiO2纳米颗粒经超声波分散于有机溶剂后得到油相体系；再将油相体系和水相体系混合，经高速搅拌形成粒径均匀的固载酶和辅因子的Pickering乳液；步骤3，在步骤2得到的Pickering乳液中加入有机溶剂和交联剂，置于旋转蒸发仪上交联制备微胶囊；步骤4，将步骤3得到的微胶囊置于固定床反应器中，再通入含辅因子再生物的有机溶液进行反应，得到手性胺。2.根据权利要求1所述的一种乳液微反应器连续化反应制备手性胺的方法，其特征在于：所述有机溶剂为甲苯、庚烷、己烷、乙酸乙酯、甲基叔丁基醚或辛烷中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种乳液微反应器连续化反应制备手性胺的方法，其特征在于：所述疏水硅烷为甲基三甲氧基硅烷、二氯二甲基硅烷、辛基三甲氧基硅烷中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种乳液微反应器连续化反应制备手性胺的方法，其特征在于：所述转氨酶包括转氨酶ATA
‑
101～ATA
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165或转氨酶ATA
‑
101～ATA
‑
165的突变...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨恒权，樊敏，卫伟，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：