化學-酶法合成（S）-α-氰基芐醇乙酸酯及其動力學研究.pdf

1、光學活性氰醇是一類具有重要應用價值的手性中間體，它很容易轉化為β-氨基醇、α-羥基酸、α-羥基酮等許多手性物質，進而合成其它多種光學活性化合物，因而在醫(yī)藥、農藥等精細化工領域具有廣闊的應用前景。光學活性(S)-α-氰基芐醇是其中的重要中間體。它的化學性質比較活潑，在室溫下就不穩(wěn)定，將其制成相應的酯類是一種明智的選擇。利用化學催化劑與生物催化劑的相容性通過一鍋化反應合成(S)-α-氰基芐醇乙酸酯是本文的基本思路。 選擇一種合適的化

2、學催化劑很有必要。研究了樹脂D301和D201在甲苯體系中催化合成消旋α-氰基芐醇的過程。樹脂D301催化的最佳初始丙酮氰醇濃度為苯甲醛濃度的2倍，而樹脂D201催化時的最佳初始丙酮氰醇濃度為苯甲醛濃度的3倍，反應溫度為40℃。該反應為可逆反應，其內、外擴散可以排除。以甲苯體系樹脂D201催化合成消旋α-氰基芐醇為對象，研究了該反應的本征動力學，反應速度方程為：其中matlab對動力學參數(shù)進行了擬合求解，可得方程中各參數(shù)為：k<,1>=

3、1.210×10<'-5>L/mol/s，k<,1>=3.606×10<'-4> s<'-1>，k<,2>=1.803×10<'-4> s<'-1>，k<,-2>=8.652×10<'-3>L<'2>/mol<'2>/s，k<,3>=6.438×10<'-3>L<'2>/mol<'2>/s，k<,3>=6.820×10<'-7>s<'-1>，k=1.790×10<'-6> s<'-1>，k<,-4>=8.638×10<'-5>L/mol

4、/s。其誤差為7.87％，該動力學模型能很好的描述該反應過程。 研究了有機溶劑中脂肪酶催化轉酯化反應拆分α-氰基芐醇的過程?？疾炝酥久?、溶劑、溫度、外擴散、酶量、底物濃度以及苯甲醛、苯甲酸等因素對反應的影響。實驗結果表明ZJU008號酶(Alcaligrenes sp.)具有最高的催化活性和最好的對映體選擇性，無溶劑體系中實驗確定的最佳反應條件為：反應溫度為40℃，為了消除傳質的影響搖床轉速應大于180r/min，酶量為10m

5、g/mL，底物初始濃度為100mmol/L，反應300min，產(chǎn)物產(chǎn)率為49.32％，產(chǎn)物e．e．值為99％。苯甲醛和苯甲酸對反應有很強的抑制作用，反應不存在底物和產(chǎn)物抑制。該反應在甲苯中進行時，初始乙酸乙烯酯的濃度應為α-氰基芐醇濃度的3倍。反應的內、外擴散可以忽略。該反應的機理為無底物和產(chǎn)物抑制的乒乓雙雙反應，由此推導得到無溶劑體系中反應速度方程為：v=對實驗數(shù)據(jù)進行擬合，得到模型參數(shù)為V<,m>=0.0060 mol/L/min，

6、K<,A>=0.4390mol/L，K<,AB>=12.9552，K<,BA>=0.3431，K<,QA>=0.3059，K<,BQA>=12.7496 L/mol。模型誤差為8.61％，模型計算值和實驗數(shù)據(jù)能較好地吻合。對一鍋化反應的反應特性進行了考察。主要是研究了溶劑，溫度，內、外擴散及底物濃度對該反應的影響。當反應在無溶劑體系中用樹脂D301作為化學催化劑時，苯甲醛濃度為100mmol/L，丙酮氰醇的初始濃度為1500mmol/L

7、，樹脂濃度5mg/mL，酶濃度10mg/mL，40℃，反應120h，產(chǎn)物產(chǎn)率可以達到92.52％，e．e．值為46.9％。樹脂D301可以催化α-氰基芐醇和乙酸乙烯酯發(fā)生反應，這是造成e．e．值低的主要原因。溫度升高和初始酶濃度的提高對產(chǎn)物的e．e．值有較大的影響。當反應在甲苯體系中用樹脂D201作為化學催化劑時，其最優(yōu)反應條件為：初始苯甲醛濃度為100mmol/L，丙酮氰醇濃度為600mmol/L，乙酸乙烯酯濃度為600mmol/L，

8、樹脂濃度5mg/mL，酶濃度10mg/mL，40℃，220r/min，反應120h，產(chǎn)物產(chǎn)率為47.05％，e．e．值為93.63％。對該反應過程的動力學進行了研究，反應速度方程為：利用matlab對上述參數(shù)進行了擬合求解，可得各參數(shù)為：k<,5>=1.758×10<'-6> L/mol/s，k<,-5>=4.619×10<'-5>s<'-1>，k<,6>=5.358×10<'-5>s<'-1>，k<,7>=4.942×10<'-6>

9、L/mol/s，k<,-7>=3.315×10<'-5>s<'-1>，k<,8>=7.232×10<'-6> L/mol/s，k<,-8>=4.440×10<'-5>s<'-1>，k<,9>=4.332×10<'-5>L/mol/s，L<,-9>=1.438×10<'-5>s<'-1>，k<,10>=8.574×10<'-6> L/mol/s，k<,-10>=1.170×10<'-5>s<'-1>。模型誤差僅為3.89％，模型計算值和實

10、驗值能很好的符合。通過在反應過程中添加酶和乙酸乙烯酯，可以提高產(chǎn)物產(chǎn)率達72.83％，e．e．值為90.23％。該方法能顯著提高產(chǎn)物的產(chǎn)率，突破了傳統(tǒng)拆分過程產(chǎn)率不高于50％的限制。 解決了α-氰基芐醇和α-氰基芐醇乙酸酯的分離問題。分離過程選用萃取分離的方法，正己烷-水為最佳的萃取劑。優(yōu)化了萃取操作條件：適宜的水相pH為1～2之間，操作溫度為40℃以下。在優(yōu)化的實驗條件下，對α-氰基芐醇和α-氰基芐醇乙酸酯進行實際的分離操作，