CN108048317A

CN108048317A - 一种非天然氨基酸的连续合成系统及连续合成方法

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Publication number: CN108048317A
Application number: CN201711319480.8A
Authority: CN
Inventors: 洪浩; 卢江平; 陈富荣; 刘金光; 丰惜春
Original assignee: Asymchem Laboratories Tianjin Co Ltd
Current assignee: Asymchem Laboratories Tianjin Co Ltd
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2018-05-18
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: CN108048317B

Abstract

本发明提供了一种非天然氨基酸的连续合成系统及连续合成方法。该连续合成系统包括：原料连续供应单元；连续格氏反应单元，具有原料入口和产物出口，原料入口与原料连续供应单元相连；连续淬灭提纯单元，具有待提纯物入口和提纯产物出口，待提纯物入口与产物出口相连；皂化反应单元，具有酯入口和酮酸产物出口，酯入口与提纯产物出口相连；以及连续酶催化反应单元，具有酮酸产物入口和氨基酸出口，酮酸产物入口与酮酸产物出口相连。通过上述各单元实现了非天然氨基酸合成中关键反应步骤的连续化进行，因此安全有效地利用了各反应中的热能、反应时间也比较容易控制，可以有效避免放大效应，降低了产物提纯的能耗、废物排放和处理的成本。

Description

一种非天然氨基酸的连续合成系统及连续合成方法

技术领域

本发明涉及非天然氨基酸的合成领域，具体而言，涉及一种非天然氨基酸的连续合成系统及连续合成方法。

背景技术

氨基酸是至少有一个羧基(-COOH)和一个氨基(-NH₂)的两性化合物，是生命蛋白质的最基本物质，与生物体的生命活动息息相关。按氨基连接碳的位置可以分为α、β、γ等氨基酸，按其存在方式氨基酸可以分为天然氨基酸和非天然氨基酸两类。非天然氨基酸是由人工合成的氨基酸，因其本身或衍生物特殊的结构和性质在农业、工业、日用化工、食品、医药等方面都有着广泛的用途。

非天然氨基酸的合成有很多方法，包括但不限于发酵法、蛋白质水解提取法、化学合成法、生物酶法、运用基因工程手段生产氨基酸、手性拆分、不对称合成等。

传统方法合成非天然氨基酸存在较多局限性，比如安全性差、适用范围窄，反应条件苛刻，能耗大，成本高等。已报道的化学合成方法几乎都是批次模式，由于反应条件较苛刻，生产过程容易产生放大效应，导致副产物增多，纯度和收率下降。比如，传统方法合成手性中心的构建一般都是通过催化不对称合成，不对称氢化或者拆分方法，其中，催化方法涉及到使用过渡金属催化剂；不对称氢化需要使用手性配体和氢气；拆分方法原子经济性差，有一半的产品没用，而且存在操作繁琐等缺点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种非天然氨基酸的连续合成系统及连续合成方法，以解决现有技术中的非天然氨基酸合成安全性差、收率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种非天然氨基酸的连续合成系统，包括：原料连续供应单元；连续格氏反应单元，具有原料入口和产物出口，原料入口与原料连续供应单元相连；连续淬灭提纯单元，具有待提纯物入口和提纯产物出口，待提纯物入口与产物出口相连；皂化反应单元，具有酯入口和酮酸产物出口，酯入口与提纯产物出口相连；以及连续酶催化反应单元，具有酮酸产物入口和氨基酸出口，酮酸产物入口与酮酸产物出口相连。

进一步地，上述原料连续供应单元包括：格氏试剂供应装置，与原料入口通过第二自动打料泵相连以向连续格氏反应单元进行连续供应格氏试剂；酯供应装置，与原料入口通过第三自动打料泵相连以向连续格氏反应单元进行连续供应酯。

进一步地，上述格氏试剂供应装置包括：格氏试剂连续生成装置，与原料入口通过第二自动打料泵相连以向连续格氏反应单元进行连续供应格氏试剂；卤代烷烃供应装置，与格氏试剂连续生成装置通过第一自动打料泵相连以向格氏试剂连续生成装置进行连续供应卤代烷烃；以及金属镁供应装置，与格氏试剂连续生成装置相连以向格氏试剂连续生成装置进行连续供应金属镁。

进一步地，上述金属镁供应装置为螺旋输送器。

进一步地，上述格氏试剂连续生成装置为连续搅拌反应器。

进一步地，上述连续淬灭提纯单元包括：酸性淬灭剂供应装置；萃取剂供应装置；第一连续淬灭提纯装置，具有酸性淬灭剂入口、萃取剂入口、初提纯物出口和待提纯物入口，酸性淬灭剂供应装置与酸性淬灭剂入口通过第四自动打料泵相连以向第一连续淬灭提纯装置连续提供酸性淬灭剂，萃取剂供应装置与萃取剂入口通过第五自动打料泵相连以向第一连续淬灭提纯装置连续提供萃取剂；碱性中和液供应装置；以及第二连续淬灭提纯装置，具有碱性中和液入口、初提纯物入口和提纯产物出口，碱性中和液供应装置和碱性中和液入口通过第六自动打料泵相连以向第二连续淬灭提纯装置连续提供碱性中和液，初提纯物出口和初提纯物入口通过第七自动打料泵相连。

进一步地，上述皂化反应单元为连续固载酶皂化反应单元，优选连续固载酶皂化反应单元包括用于发生皂化反应的连续固载酶皂化反应柱以及与连续固载酶皂化反应柱相连的pH值调节剂供应装置。

进一步地，上述连续合成系统还包括：连续分离器，连续分离器设置在皂化反应单元与连续酶催化反应单元之间。

进一步地，上述连续分离器为连续薄膜分离器。

进一步地，上述连续格氏反应单元包括用于进行连续格式反应的连续盘管反应器。

进一步地，上述连续酶催化反应单元包括用于发生酶催化反应的连续搅拌反应器。

根据本发明的另一方面，提供了一种非天然氨基酸的连续合成方法，该连续合成方法包括：使格氏试剂与酯进行连续化格氏反应，得到酮酸酯产物；对酮酸酯产物进行连续淬灭提纯处理，得到提纯酮酸酯产物；使提纯酮酸酯产物进行皂化反应，得到酮酸产物；以及使酮酸产物进行连续酶催化反应，得到非天然氨基酸。

进一步地，上述连续化格氏反应中，格氏试剂和酯的保留时间为5～60min，反应温度为-70～-15℃，优选为-70～-60℃，更优选连续化格氏反应在连续盘管反应器中进行，酯与格氏试剂的摩尔比为0.8～1.5:1。

进一步地，上述连续合成方法还包括连续提供格氏试剂的过程，连续提供格氏试剂的过程包括：使卤代烷烃与镁进行连续反应以连续得到格氏试剂，优选连续反应在连续搅拌反应器中进行，优选卤代烷烃为含3～5个碳原子的直链卤代烷烃、含3～5个碳原子的支链卤代烷烃、含5～7个碳原子的卤代环烷烃中的任意一种或多种；优选镁与卤代烷烃的摩尔比为1.05～1.3:1。

进一步地，上述连续淬灭提纯处理包括：将酮酸酯产物连续输送至第一连续淬灭提纯装置中，并向第一连续淬灭提纯装置中连续加入酸性淬灭剂和萃取剂以对酮酸酯产物进行第一次连续淬灭提纯，得到初提纯产物；将初提纯产物连续输送至第二连续淬灭提纯装置中，并向第二连续淬灭提纯装置中连续加入碱性中和液以对初提纯产物中的酸性淬灭剂进行中和洗涤，得到提纯酮酸酯产物。

进一步地，上述萃取剂为四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙酸乙酯和二氯甲烷中的任意一种或多种；优选酸性淬灭剂包括酸的氯化铵水溶液，酸为盐酸、硫酸、和乙酸中的任意一种或多种，优选酸性淬灭剂中酸的摩尔浓度为1～3mol/L；更优选酸性淬灭剂与酮酸酯产物的体积比为3～8:1；优选碱性中和液为碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、碳酸氢钾水溶液、氢氧化钠溶液、磷酸二氢钠溶液、磷酸氢二钠溶液、磷酸二氢钾溶液、和磷酸氢二钾溶液中的任意一种或多种。

进一步地，上述皂化反应为连续固载酶皂化反应，优选提纯酮酸酯产物在层析柱中进行连续固载酶皂化反应，优选层析柱中的吸附剂为白炭黑、硅藻土、硅胶、活性炭、白土、沸石和硅酸镁中的一种或多种，层析柱固载的酶选自猪胰脂肪酶以及以下任意一种菌种产生的脂肪酶中的任意一种或多种：疏绵状嗜惹丝孢菌、米黑毛霉、萤光假单胞菌、黑曲霉、米黑根毛霉、解脂假丝酵母、伯克霍尔德氏菌、皱褶假丝酵母和根霉以及它们的基因改造菌种产生的脂肪酶中的一种或多种。

进一步地，上述连续固载酶皂化反应的反应温度为25～40℃，优选为30～35℃，保留时间为2～20h。

进一步地，在将上述酮酸产物进行连续酶催化反应之前，连续合成方法还包括对酮酸产物进行产物浓缩处理的过程，优选采用连续薄膜分离器对酮酸产物进行连续浓缩处理，进一步优选连续薄膜分离器的分离压力小于等于-0.08MPa，分离温度小于等于45℃。

进一步地，上述连续酶催化反应在连续搅拌反应器中进行，优选搅拌速度为30～150r/min，反应温度5～40℃，保留时间为8～50h；进一步优选搅拌速度为50～70r/min，反应温度为25～35℃，保留时间为8～16h。

应用本发明的技术方案，通过上述各单元实现了非天然氨基酸合成中关键反应步骤的连续化进行，因此有效地利用了各反应中的热能、反应时间也比较容易控制，因此可以有效避免放大效应，从而可以更好地控制副产物和杂质的生成，进而提高了反应的纯度和收率；且由于副产物和杂质减少，因此产物提纯消耗的能源以及试剂也减少、即降低了产物提纯的能耗、废物排放和处理的成本。同时，连续化反应的实施，使得设备操作简便、安全性提高，操作者的工作强度降低、人工成本也降低。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明一种典型实施方式提供的连续合成系统的结构框图；以及

图2示出了根据本发明一种优选的实施例提供的连续合成系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、原料连续供应单元；11、格氏试剂供应装置；12、酯供应装置；111、格氏试剂连续生成装置；112、卤代烷烃供应装置；113、金属镁供应装置；

20、连续格氏反应单元；

30、连续淬灭提纯单元；31、酸性淬灭剂供应装置；32、萃取剂供应装置；33、第一连续淬灭提纯装置；34、碱性中和液供应装置；35、第二连续淬灭提纯装置；

40、皂化反应单元；41、连续固载酶皂化反应柱；42、pH值调节剂供应装置；

50、连续分离器；

60、连续酶催化反应单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如本申请背景技术所分析的，现有技术中传统的合成非天然氨基酸的方法存在安全性差、收率低的问题，为了解决上述问题，本申请提供了一种非天然氨基酸的连续合成系统及连续合成方法。

在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种非天然氨基酸的连续合成系统，如图1所示，该连续合成系统包括原料连续供应单元10、连续格氏反应单元20、连续淬灭提纯单元30、皂化反应单元40和连续酶催化反应单元60，连续格氏反应单元20具有原料入口和产物出口，原料入口与原料连续供应单元10相连；连续淬灭提纯单元30具有待提纯物入口和提纯产物出口，待提纯物入口与产物出口相连；皂化反应单元40具有酯入口和酮酸产物出口，酯入口与提纯产物出口相连；连续酶催化反应单元60具有酮酸产物入口和氨基酸出口，酮酸产物入口与酮酸产物出口相连。

本申请的连续合成系统通过上述各单元实现了非天然氨基酸合成中关键反应步骤的连续化进行，因此有效地利用了各反应中的热能、反应时间也比较容易控制，因此可以有效避免放大效应，从而可以更好地控制副产物和杂质的生成，进而提高了反应的纯度和收率；且由于副产物和杂质减少，因此产物提纯消耗的能源以及试剂也减少、即降低了产物提纯的能耗、废物排放和处理的成本。同时，连续化反应的实施，使得设备操作简便、安全性提高，操作者的工作强度降低、人工成本也降低。

在本申请一种优选的实施例中，优选如图2所示，上述原料连续供应单元10包括格氏试剂供应装置11和酯供应装置12，格氏试剂供应装置11与原料入口通过第二自动打料泵相连以向连续格氏反应单元20进行连续供应格氏试剂；酯供应装置12与原料入口通过第三自动打料泵相连以向连续格氏反应单元20进行连续供应酯。

本申请通过第二自动打料泵和第三自动打料泵分别供应格氏试剂和酯，利用自动打料泵实现精准供料。

上述第二自动打料泵和第三自动打料泵以及下述的各自动打料泵的结构均为可以自动控制的泵，其中不仅包括用于提供动力的泵还包括用于检测供料速率的检测设备，比如利用检测设备通过检测原料重量变化来反应供料速率并且根据检测结果来调整供料速率，上述自动打料泵的结构均是现有技术中的自动打料泵所固有的，本领域技术人员可以参考现有技术选择适用于本申请的具体的自动打料泵，在此不再赘述。

为了进一步提高本申请的连续合成系统的安全性，优选如图2所示，上述格氏试剂供应装置11包括格氏试剂连续生成装置111、卤代烷烃供应装置112和金属镁供应装置113，格氏试剂连续生成装置111与原料入口通过第二自动打料泵相连以向连续格氏反应单元20进行连续供应格氏试剂；卤代烷烃供应装置112与格氏试剂连续生成装置111通过第一自动打料泵相连以向格氏试剂连续生成装置111进行连续供应卤代烷烃；以及金属镁供应装置113与格氏试剂连续生成装置111相连以向格氏试剂连续生成装置111进行连续供应金属镁。

本申请通过设置格氏试剂连续生产装置与连续格式反应单元相连，使得格氏试剂在制备后立即用于后续反应，避免了大量格氏试剂的累积，进而降低了格氏试剂累积造成的安全隐患。

本领域技术人员公知格氏试剂制备中所采用的金属镁为镁粉或镁屑，为了提高金属镁的供应效率和稳定性，优选上述金属镁供应装置113为螺旋输送器。

为了更好地适应格氏试剂制备的固液反应的特点，优选上述格氏试剂连续生成装置111为连续搅拌反应器。利用连续搅拌反应器中搅拌作用增加了连续反应中卤代烷烃和金属镁的接触效果，进而提高了反应效率。

在本申请另一种优选的实施例中，如图2所示，上述连续淬灭提纯单元30包括酸性淬灭剂供应装置31、萃取剂供应装置32、第一连续淬灭提纯装置33、碱性中和液供应装置34和第二连续淬灭提纯装置35，第一连续淬灭提纯装置33具有酸性淬灭剂入口、萃取剂入口、初提纯物出口和待提纯物入口，酸性淬灭剂供应装置31与酸性淬灭剂入口通过第四自动打料泵相连以向第一连续淬灭提纯装置33连续提供酸性淬灭剂，萃取剂供应装置32与萃取剂入口通过第五自动打料泵相连以向第一连续淬灭提纯装置33连续提供萃取剂；第二连续淬灭提纯装置35具有碱性中和液入口、初提纯物入口和提纯产物出口，碱性中和液供应装置34和碱性中和液入口通过第六自动打料泵相连以向第二连续淬灭提纯装置35连续提供碱性中和液，初提纯物出口和初提纯物入口通过第七自动打料泵相连。

利用上述第一连续淬灭提纯装置33对连续格氏反应单元20的产物体系进行酸淬灭同时进行萃取；然后利用第二连续淬灭提纯装置35对初提纯物中的酸性淬灭剂进行中和洗涤，完成提纯作用，避免了产物的长时间堆积导致的变质。

为了实现本申请的连续合成系统的全程连续化，优选上述皂化反应单元40为连续固载酶皂化反应单元，优选连续固载酶皂化反应单元包括用于发生酶皂化反应的连续固载皂化反应柱以及与连续固载酶皂化反应柱41相连的pH值调节剂供应装置42。

上述皂化反应单元40可以采用批次反应单元实现，比如先用NaOH溶液和反应生成的酮酸有机相反应，生成相应的钠盐溶解在水相中，然后分液，再用盐酸溶液将酮酸钠水溶液调节pH至弱酸性，再用溶剂将酮酸萃取到有机相中。本申请优选采用上述连续固载酶皂化反应单元来实现酶皂化反应的连续进行，使得本申请的连续合成系统得以进行整体的连续化生产，进一步发挥了连续化生产的优势。此外，本申请进一步优选采用连续固载酶皂化反应柱41，使得皂化反应过程更加方便、快捷，同时节省物料，减少三废的产生。同时利用pH值调节剂供应装置42来调节有机相和固载酶反应过程中的体系pH值。

进一步地，为了提高连续酶催化反应单元的反应效率，优选如图2所示，上述连续合成系统还包括连续分离器50，连续分离器50设置在皂化反应单元40与连续酶催化反应单元60之间。利用连续分离器50对酶造化反应单元的产物进行连续纯化浓缩，进而提高了连续酶催化反应过程中反应物的接触效果，提高了反应效率。优选地，上述连续分离器50为连续薄膜分离器。

针对连续格氏反应的液液反应，优选上述连续格氏反应单元20包括用于进行连续格式反应的连续盘管反应器。

优选地，上述连续酶催化反应单元60包括用于发生酶催化反应的连续搅拌反应器。利用连续搅拌反应器在酶催化反应过程中进行搅拌，提高酶催化效率。

在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种非天然氨基酸的连续合成方法，该连续合成方法包括：使格氏试剂与酯进行连续化格氏反应，得到酮酸酯产物；对酮酸酯产物进行连续淬灭提纯处理，得到提纯酮酸酯产物；使提纯酮酸酯产物进行皂化反应，得到酮酸产物；以及使酮酸产物进行连续酶催化反应，得到非天然氨基酸。

本申请上述的连续合成方法实现了非天然氨基酸合成中关键反应步骤的连续化进行，因此有效地利用了各反应中的热能、反应时间也比较容易控制，因此可以有效避免放大效应，从而可以更好地控制副产物和杂质的生成，进而提高了反应的纯度和收率；且由于副产物和杂质减少，因此产物提纯消耗的能源以及试剂也减少、即降低了产物提纯的能耗、废物排放和处理的成本。同时，连续化反应的实施，使得设备操作简便、安全性提高，操作者的工作强度降低、人工成本也降低。

在本申请一种优选的实施例中，为了充分发挥连续化格氏反应的优势，优选上述连续化格氏反应中，格氏试剂和酯的保留时间为5～60min，反应温度为-70～-15℃，优选为-70～-60℃，更优选连续化格氏反应在连续盘管反应器中进行，酯与格氏试剂的摩尔比为0.8～1.5:1。

为了进一步提高本申请的连续合成系统的安全性，优选上述连续合成方法还包括连续提供格氏试剂的过程，上述连续提供格氏试剂的过程包括：使卤代烷烃与镁进行连续反应以连续得到格氏试剂，优选连续反应在连续搅拌反应器中进行，优选卤代烷烃为含3～5个碳原子的直链卤代烷烃、含3～5个碳原子的支链卤代烷烃、含5～7个碳原子的卤代环烷烃中的任意一种或多种；优选镁与卤代烷烃的摩尔比为1.05～1.3:1。通过连续提供格氏试剂的过程，避免了大量格氏试剂的累积，进而降低了格氏试剂累积造成的安全隐患。

在本申请又一种优选的实施例中，上述连续淬灭提纯处理包括：将酮酸酯产物连续输送至第一连续淬灭提纯装置中，并向第一连续淬灭提纯装置中连续加入酸性淬灭剂和萃取剂以对酮酸酯产物进行第一次连续淬灭提纯，得到初提纯产物；将初提纯产物连续输送至第二连续淬灭提纯装置中，并向第二连续淬灭提纯装置中连续加入碱性中和液以对初提纯产物中的酸性淬灭剂进行中和洗涤，得到提纯酮酸酯产物。利用上述第一连续淬灭提纯装置对连续格氏反应单元的酮酸酯产物进行酸淬灭同时进行萃取；然后利用第二连续淬灭提纯装置对初提纯产物中的酸性淬灭剂进行中和洗涤，完成提纯作用。

用于本申请的萃取剂、酸性淬灭剂以及碱性中和液均可参考现有技术中的提纯所采用的对应物质，为了降低提纯成本并且尽可能提高提纯效果，优选上述萃取剂为四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙酸乙酯和二氯甲烷中的任意一种或多种；优选酸性淬灭剂包括酸的氯化铵水溶液，酸为盐酸、硫酸、和乙酸中的任意一种或多种，优选酸性淬灭剂中酸的摩尔浓度为1～3mol/L；更优选酸性淬灭剂与酮酸酯产物的体积比为3～8:1；优选碱性中和液为碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、碳酸氢钾水溶液、氢氧化钠溶液、磷酸二氢钠溶液、磷酸氢二钠溶液、磷酸二氢钾溶液和磷酸氢二钾溶液中的任意一种或多种。

为了实现本申请的连续合成方法的全程连续化，优选皂化反应为连续固载酶皂化反应，优选提纯酮酸酯产物在层析柱中进行连续固载酶皂化反应，优选层析柱的吸附剂为白炭黑、硅藻土、硅胶、活性炭、白土、沸石和硅酸镁中的一种或多种，进一步优选吸附剂为二氧化硅基粉末吸附剂(白炭黑、硅藻土粉末、白土、沸石)和活性炭。层析柱固载的酶选自猪胰脂肪酶以及以下任意一种菌种产生的脂肪酶中的任意一种或多种：疏绵状嗜惹丝孢菌(Thermomyces lanuginous)、米黑毛霉(Mucor miehei)、萤光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)、黑曲霉(Aspergillusniger)、米黑根毛霉(Rhizopus oryzae)、解脂假丝酵母(Candida Rugosa)、伯克霍尔德氏菌(Burkholderia sp.)、皱褶假丝酵母(Candidarugosa)和根霉(Rhizopus sp.)以及它们的基因改造菌种；进一步优选固载酶选自猪胰脂肪酶、疏绵状嗜惹丝孢菌(Thermomyces lanuginous)、米黑毛霉(Mucor miehei)、萤光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)、黑曲霉(Aspergillusniger)、米黑根毛霉(Rhizopusoryzae)、解脂假丝酵母(Candida Rugosa)、根霉(Rhizopus sp.)以及它们的基因改造菌种产生的脂肪酶中的任意一种或多种。从而使皂化反应过程更加方便、快捷，同时节省物料，减少三废的产生。

优选地，上述连续固载酶皂化反应的反应温度为25～40℃，优选为30～35℃，保留时间为2～20h。利用上述温度和时间的控制，使得反应更加方便，快捷，节省物料同时减少三废的产生。

为了提高连续酶催化反应单元的反应效率，优选在将酮酸产物进行连续酶催化反应之前，连续合成方法还包括对酮酸产物进行产物浓缩处理的过程，优选采用连续薄膜分离器对酮酸产物进行连续浓缩处理，进一步优选连续薄膜分离器的分离压力小于等于-0.08MPa，分离温度小于等于45℃，以缩短浓缩时间。

在又一种优选的实施例中，上述连续酶催化反应在连续搅拌反应器中进行，优选搅拌速度为30～150r/min，反应温度5～40℃，保留时间为8～50h；进一步优选搅拌速度为50～70r/min，反应温度为25～35℃，保留时间为8～16h。以在连续酶催化反应过程中进行搅拌，提高反应物接触效果。连续酶催化反应中将酮酸转换为氨基酸的酶可以从现有技术中进行选择，在此不再赘述。

以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。

实施例1

缬氨酸的制备，采用图2所示连续反应系统实施，反应路线如下：

采用卤代烷烃供应装置通过第一自动打料泵向格氏试剂连续生成装置连续供应氯代异丙烷，采用金属镁供应装置向格氏试剂连续生成装置进行连续供应镁屑，其中氯代异丙烷溶解于四氢呋喃中，各物质的用量见表1。

格氏试剂连续生成装置所制备格氏试剂与草酸二乙酯在连续盘管反应器中进行反应生成酮酸酯，其中草酸二乙酯溶解于四氢呋喃中，各物质的具体用量和反应条件见表1。

连续盘管反应器所生成的产物体系在第一连续淬灭提取装置中利用盐酸和氯化铵的混合液进行淬灭并采用2-甲基四氢呋喃进行连续萃取，得到的初提纯产物在第二连续淬灭提纯装置中利用碳酸氢钠溶液连续中和并洗涤，得到提纯的酮酸酯产物，具体物质的用量见表1。

所得提纯的酮酸酯产物通过连续固载酶皂化反应柱进行皂化反应生成酮酸，反应条件见表1，其中所采用的酶为猪胰脂肪酶，层析柱中的吸附剂为白炭黑。

连续固载酶皂化反应柱产生的酮酸产物通过连续薄膜分离器进行薄膜浓缩，浓缩条件见表1。

浓缩后的酮酸在连续搅拌反应器中进行酶催化生成缬氨酸，其中采用的酶为来自Bacillus sphaericus的且具有序列SEQ ID No.1的苯丙氨酸脱氢酶，

MAKQLEKSSKIGNEDVFQKIANHEQIVFCNDPVSGLQAIIAIHDTTLGPALGGTRMYPYKNVDEALEDVLRLSEGMTYKCAAADIDFGGGKAVIIGDPEKDKSPALFRAFGQFVESLNGRFYTGTDMGTTMDDFVHAQKETNFINGIPEQYGGSGDSSIPTAQGVIYALKATNQYLFGSDSLSGKTYAIQGLGKVGYKVAEQLLKAGADLFVTDIHENVLNSIKQKSEELGGSVTIVKSDDIYSVQADIFVPCAMGGIINDKTIPKLKVKAVVGSANNQLKDLRHANVLNEKGILYAPDYIVNAGGLIQVADELYGPNKERVLLKTKEIYRSLLEIFNQAALDCITTVEAANRKCQKTIEGQQTRNSFFSRGRRPKWNIKE。

反应条件见表1。

实施例2至4

反应过程同实施例1，具体不同见表1。

表1

备注：表1中的eq表示摩尔当量，V表示体积当量(V表示mL/g，指每1克主原料量所用溶剂的体积量)，N表示mol/L，P表示纯度，Y表示收率。

根据表1中实施例1和实施例2的数据对比可以看出，格氏试剂用量以及镁屑的用量对于后续的反应也会产生明显的影响；根据实施例1和实施例4数据对比可以看出，在合理控制格氏试剂和草酸二乙酯反应温度的基础上，随着保留时间的增加，酮酸酯纯度及收率均有明显改善。

实施例5至8

反应过程同实施例1，具体不同见表2。

表2

根据实施例1和实施例6至8的数据对比可以发现草酸二乙酯以及镁屑的减少会在一定程度导致氨基酸纯度和收率的下降，这是由于原料反应配比不平衡造成的，而不是由于实施例的工艺造成的。

实施例9至14

反应过程同实施例1，具体不同见表3。

表3

根据实施例1、实施例9和10的数据对比发现，第一步的保留时间在一定程度上的延长有利于提高产物的纯度和收率，但是，如果当该保留时间超过60min后继续延长对于增加产物的收率没有明显的增效作用。

实施例15

与实施例1的不同之处在于，连续酶催化反应的搅拌速度为30r/min，反应温度40℃，保留时间为8h，得到的氨基酸的纯度为84％，收率为72％。

实施例16

与实施例1的不同之处在于，连续酶催化反应的搅拌速度为150r/min，反应温度5℃，保留时间为40h，得到的氨基酸的纯度为88％，收率为65％。

实施例17

与实施例1的不同之处在于，连续酶催化反应的搅拌速度为50r/min，反应温度35℃，保留时间为8h，得到的氨基酸的纯度为86％，收率为70％。

实施例18

与实施例1的不同之处在于，连续酶催化反应的搅拌速度为70r/min，反应温度25℃，保留时间为40h，得到的氨基酸的纯度为88％，收率为75％。

实施例19

与实施例1的不同在于，没有利用连续薄膜分离器对酮酸产物进行连续浓缩处理，而是批次回收，最终氨基酸的纯度为90％，收率为80％。

实施例20

2-甲基苯甘氨酸的制备，采用图2所示连续反应系统实施，反应路线如下：

采用卤代芳香烃供应装置通过第一自动打料泵向格氏试剂连续生成装置连续供应邻溴甲苯，采用金属镁供应装置向格氏试剂连续生成装置进行连续供应镁屑，其中邻溴甲苯溶解于四氢呋喃中，各物质的用量见表4。

格氏试剂连续生成装置所制备格氏试剂与草酸二乙酯在连续盘管反应器中进行反应生成酮酸酯，其中草酸二乙酯溶解于四氢呋喃中，各物质的具体用量和反应条件见表4。

连续盘管反应器所生成的产物体系在第一连续淬灭提取装置中利用盐酸和氯化铵的混合液进行淬灭并采用2-甲基四氢呋喃进行连续萃取，得到的初提纯产物在第二连续淬灭提纯装置中利用碳酸氢钠溶液连续中和并洗涤，得到提纯的酮酸酯产物，具体物质的用量见表4。

所得提纯的酮酸酯产物通过连续固载酶皂化反应柱进行皂化反应生成酮酸，反应条件见表4，其中所采用的酶为猪胰脂肪酶，层析柱中的吸附剂为白炭黑。

连续固载酶皂化反应柱产生的酮酸产物通过连续薄膜分离器进行薄膜浓缩，浓缩条件见表4。

浓缩后的酮酸在连续搅拌反应器中进行酶催化生成2-甲基苯甘氨酸，其中采用的酶为来自Bacillus sphaericus的且具有序列SEQ ID No.1的苯丙氨酸脱氢酶，

反应条件见表4。

实施例21至22

反应过程同实施例20，具体不同见表4。

表4

备注：表4中的eq表示摩尔当量，V表示体积当量，N表示mol/L，P表示纯度，Y表示收率。

根据表4中实施例20和实施例21的数据对比可以看出，镁屑的用量以及所制备的格氏试剂浓度对后续反应的产率会产生明显的影响；根据实施例20和实施例22数据对比可以看出，在合理控制格氏试剂和草酸二乙酯反应温度的基础上，随着保留时间的增加，酮酸酯纯度及收率均有明显改善。

实施例23至25

反应过程同实施例20，具体不同见表5。

表5

根据表5中实施例23和实施例24的数据对比可以看出，碱中和液的用量对反应结果没有明显的影响；根据实施例23和实施例25数据对比可以看出，保证足够的连续固载酶皂化反应时间有助于提高最终的氨基酸收率。

采用现有技术进行批次反应，一般所得氨基酸的纯度为80～88％，收率为70～78％，但是放大后纯度和收率都有明显下降。

上述各实施例的连续反应如果持续进行或者进行放大至千克级后，产物的收率以及纯度仍能保持稳定，因此产物提纯消耗的能源以及试剂也减少；且整个过程没有连续进行各反应过程的热能能够实现综合利用，使得反应的条件易于实现；同时上述过程没有使用过渡金属催化剂，因此合成成本较低，产物安全性较高。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

序列表

<110> 凯莱英医药集团（天津）股份有限公司

<120> 一种非天然氨基酸的连续合成系统及连续合成方法

<130> PN77479

<160> 1

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 381

<212> PRT

<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum

<400> 1

Met Ala Lys Gln Leu Glu Lys Ser Ser Lys Ile Gly Asn Glu Asp Val

1 5 10 15

Phe Gln Lys Ile Ala Asn His Glu Gln Ile Val Phe Cys Asn Asp Pro

20 25 30

Val Ser Gly Leu Gln Ala Ile Ile Ala Ile His Asp Thr Thr Leu Gly

35 40 45

Pro Ala Leu Gly Gly Thr Arg Met Tyr Pro Tyr Lys Asn Val Asp Glu

50 55 60

Ala Leu Glu Asp Val Leu Arg Leu Ser Glu Gly Met Thr Tyr Lys Cys

65 70 75 80

Ala Ala Ala Asp Ile Asp Phe Gly Gly Gly Lys Ala Val Ile Ile Gly

85 90 95

Asp Pro Glu Lys Asp Lys Ser Pro Ala Leu Phe Arg Ala Phe Gly Gln

100 105 110

Phe Val Glu Ser Leu Asn Gly Arg Phe Tyr Thr Gly Thr Asp Met Gly

115 120 125

Thr Thr Met Asp Asp Phe Val His Ala Gln Lys Glu Thr Asn Phe Ile

130 135 140

Asn Gly Ile Pro Glu Gln Tyr Gly Gly Ser Gly Asp Ser Ser Ile Pro

145 150 155 160

Thr Ala Gln Gly Val Ile Tyr Ala Leu Lys Ala Thr Asn Gln Tyr Leu

165 170 175

Phe Gly Ser Asp Ser Leu Ser Gly Lys Thr Tyr Ala Ile Gln Gly Leu

180 185 190

Gly Lys Val Gly Tyr Lys Val Ala Glu Gln Leu Leu Lys Ala Gly Ala

195 200 205

Asp Leu Phe Val Thr Asp Ile His Glu Asn Val Leu Asn Ser Ile Lys

210 215 220

Gln Lys Ser Glu Glu Leu Gly Gly Ser Val Thr Ile Val Lys Ser Asp

225 230 235 240

Asp Ile Tyr Ser Val Gln Ala Asp Ile Phe Val Pro Cys Ala Met Gly

245 250 255

Gly Ile Ile Asn Asp Lys Thr Ile Pro Lys Leu Lys Val Lys Ala Val

260 265 270

Val Gly Ser Ala Asn Asn Gln Leu Lys Asp Leu Arg His Ala Asn Val

275 280 285

Leu Asn Glu Lys Gly Ile Leu Tyr Ala Pro Asp Tyr Ile Val Asn Ala

290 295 300

Gly Gly Leu Ile Gln Val Ala Asp Glu Leu Tyr Gly Pro Asn Lys Glu

305 310 315 320

Arg Val Leu Leu Lys Thr Lys Glu Ile Tyr Arg Ser Leu Leu Glu Ile

325 330 335

Phe Asn Gln Ala Ala Leu Asp Cys Ile Thr Thr Val Glu Ala Ala Asn

340 345 350

Arg Lys Cys Gln Lys Thr Ile Glu Gly Gln Gln Thr Arg Asn Ser Phe

355 360 365

Phe Ser Arg Gly Arg Arg Pro Lys Trp Asn Ile Lys Glu

370 375 380

Claims

1.一种非天然氨基酸的连续合成系统，其特征在于，包括：

原料连续供应单元(10)；

连续格氏反应单元(20)，具有原料入口和产物出口，所述原料入口与所述原料连续供应单元(10)相连；

连续淬灭提纯单元(30)，具有待提纯物入口和提纯产物出口，所述待提纯物入口与所述产物出口相连；

皂化反应单元(40)，具有酯入口和酮酸产物出口，所述酯入口与所述提纯产物出口相连；以及

连续酶催化反应单元(60)，具有酮酸产物入口和氨基酸出口，所述酮酸产物入口与所述酮酸产物出口相连。

2.根据权利要求1所述的连续合成系统，其特征在于，所述原料连续供应单元(10)包括：

格氏试剂供应装置(11)，与所述原料入口通过第二自动打料泵相连以向所述连续格氏反应单元(20)进行连续供应格氏试剂；

酯供应装置(12)，与所述原料入口通过第三自动打料泵相连以向所述连续格氏反应单元(20)进行连续供应酯。

3.根据权利要求2所述的连续合成系统，其特征在于，所述格氏试剂供应装置(11)包括：

格氏试剂连续生成装置(111)，与所述原料入口通过第二自动打料泵相连以向所述连续格氏反应单元(20)进行连续供应格氏试剂；

卤代烷烃供应装置(112)，与所述格氏试剂连续生成装置(111)通过第一自动打料泵相连以向所述格氏试剂连续生成装置(111)进行连续供应卤代烷烃；以及

金属镁供应装置(113)，与所述格氏试剂连续生成装置(111)相连以向所述格氏试剂连续生成装置(111)进行连续供应金属镁。

4.根据权利要求3所述的连续合成系统，其特征在于，所述金属镁供应装置(113)为螺旋输送器。

5.根据权利要求3所述的连续合成系统，其特征在于，所述格氏试剂连续生成装置(111)为连续搅拌反应器。

6.根据权利要求1所述的连续合成系统，其特征在于，所述连续淬灭提纯单元(30)包括：

酸性淬灭剂供应装置(31)；

萃取剂供应装置(32)；

第一连续淬灭提纯装置(33)，具有酸性淬灭剂入口、萃取剂入口、初提纯物出口和所述待提纯物入口，所述酸性淬灭剂供应装置(31)与所述酸性淬灭剂入口通过第四自动打料泵相连以向所述第一连续淬灭提纯装置(33)连续提供酸性淬灭剂，所述萃取剂供应装置(32)与所述萃取剂入口通过第五自动打料泵相连以向所述第一连续淬灭提纯装置(33)连续提供萃取剂；

碱性中和液供应装置(34)；以及

第二连续淬灭提纯装置(35)，具有碱性中和液入口、初提纯物入口和所述提纯产物出口，所述碱性中和液供应装置(34)和所述碱性中和液入口通过第六自动打料泵相连以向所述第二连续淬灭提纯装置(35)连续提供碱性中和液，所述初提纯物出口和所述初提纯物入口通过第七自动打料泵相连。

7.根据权利要求1所述的连续合成系统，其特征在于，所述皂化反应单元(40)为连续固载酶皂化反应单元，优选所述连续固载酶皂化反应单元包括用于发生皂化反应的连续固载酶皂化反应柱(41)以及与所述连续固载酶皂化反应柱(41)相连的pH值调节剂供应装置(42)。

8.根据权利要求1所述的连续合成系统，其特征在于，所述连续合成系统还包括：

连续分离器(50)，所述连续分离器(50)设置在所述皂化反应单元(40)与所述连续酶催化反应单元(60)之间。

9.根据权利要求8所述的连续合成系统，其特征在于，所述连续分离器(50)为连续薄膜分离器。

10.根据权利要求1所述的连续合成系统，其特征在于，所述连续格氏反应单元(20)包括用于进行连续格式反应的连续盘管反应器。

11.根据权利要求1所述的连续合成系统，其特征在于，所述连续酶催化反应单元(60)包括用于发生酶催化反应的连续搅拌反应器。

12.一种非天然氨基酸的连续合成方法，其特征在于，所述连续合成方法包括：

使格氏试剂与酯进行连续化格氏反应，得到酮酸酯产物；

对所述酮酸酯产物进行连续淬灭提纯处理，得到提纯酮酸酯产物；

使所述提纯酮酸酯产物进行皂化反应，得到酮酸产物；以及

使所述酮酸产物进行连续酶催化反应，得到所述非天然氨基酸。

13.根据权利要求12所述的连续合成方法，其特征在于，所述连续化格氏反应中，所述格氏试剂和所述酯的保留时间为5～60min，反应温度为-70～-15℃，优选为-70～-60℃，更优选所述连续化格氏反应在连续盘管反应器中进行，所述酯与所述格氏试剂的摩尔比为0.8～1.5:1。

14.根据权利要求12所述的连续合成方法，其特征在于，所述连续合成方法还包括连续提供所述格氏试剂的过程，所述连续提供格氏试剂的过程包括：

使卤代烷烃与镁进行连续反应以连续得到所述格氏试剂，优选所述连续反应在连续搅拌反应器中进行，优选所述卤代烷烃为含3～5个碳原子的直链卤代烷烃、含3～5个碳原子的支链卤代烷烃、含5～7个碳原子的卤代环烷烃中的任意一种或多种；优选所述镁与所述卤代烷烃的摩尔比为1.05～1.3:1。

15.根据权利要求12所述的连续合成方法，其特征在于，所述连续淬灭提纯处理包括：

将所述酮酸酯产物连续输送至第一连续淬灭提纯装置中，并向所述第一连续淬灭提纯装置中连续加入酸性淬灭剂和萃取剂以对所述酮酸酯产物进行第一次连续淬灭提纯，得到初提纯产物；

将所述初提纯产物连续输送至第二连续淬灭提纯装置中，并向所述第二连续淬灭提纯装置中连续加入碱性中和液以对所述初提纯产物中的酸性淬灭剂进行中和洗涤，得到所述提纯酮酸酯产物。

16.根据权利要求15所述的连续合成方法，其特征在于，所述萃取剂为四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙酸乙酯和二氯甲烷中的任意一种或多种；优选所述酸性淬灭剂包括酸的氯化铵水溶液，所述酸为盐酸、硫酸、和乙酸中的任意一种或多种，优选所述酸性淬灭剂中所述酸的摩尔浓度为1～3mol/L；更优选所述酸性淬灭剂与所述酮酸酯产物的体积比为3～8:1；优选所述碱性中和液为碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、碳酸氢钾水溶液、氢氧化钠溶液、磷酸二氢钠溶液、磷酸氢二钠溶液、磷酸二氢钾溶液、和磷酸氢二钾溶液中的任意一种或多种。

17.根据权利要求12所述的连续合成方法，其特征在于，所述皂化反应为连续固载酶皂化反应，优选所述提纯酮酸酯产物在层析柱中进行连续固载酶皂化反应，优选所述层析柱中的吸附剂为白炭黑、硅藻土、硅胶、活性炭、白土、沸石和硅酸镁中的一种或多种，所述层析柱固载的酶选自猪胰脂肪酶以及以下任意一种菌种产生的脂肪酶中的任意一种或多种：疏绵状嗜惹丝孢菌、米黑毛霉、萤光假单胞菌、黑曲霉、米黑根毛霉、解脂假丝酵母、伯克霍尔德氏菌、皱褶假丝酵母和根霉以及它们的基因改造菌种产生的脂肪酶中的一种或多种。

18.根据权利要求17所述的连续合成方法，其特征在于，所述连续固载酶皂化反应的反应温度为25～40℃，优选为30～35℃，保留时间为2～20h。

19.根据权利要求12所述的连续合成方法，其特征在于，在将所述酮酸产物进行连续酶催化反应之前，所述连续合成方法还包括对所述酮酸产物进行产物浓缩处理的过程，优选采用连续薄膜分离器对所述酮酸产物进行连续浓缩处理，进一步优选所述连续薄膜分离器的分离压力小于等于-0.08MPa，分离温度小于等于45℃。

20.根据权利要求12所述的连续合成方法，其特征在于，所述连续酶催化反应在连续搅拌反应器中进行，优选搅拌速度为30～150r/min，反应温度5～40℃，保留时间为8～50h；进一步优选所述搅拌速度为50～70r/min，反应温度为25～35℃，保留时间为8～16h。