CN109575028A - 一种利用阳离子交换树脂催化-分离耦合技术水解腺嘌呤核苷的方法 - Google Patents
一种利用阳离子交换树脂催化-分离耦合技术水解腺嘌呤核苷的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种利用阳离子交换树脂催化‑分离耦合技术水解腺嘌呤核苷的方法，属于生物化工技术领域。本发明利用阳离子交换树脂催化‑吸附耦合的相互作用，将腺嘌呤核苷分子结构中的碳‑氮键切断，再对其进行高效水解，在得到腺嘌呤的同时将所得的含有D‑核糖的水母液纯化，便于D‑核糖结晶，该方法能够有效降低腺嘌呤和D‑核糖的生产成本，有效提高生产效率，适合规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种利用阳离子交换树脂催化-分离耦合技术水解腺嘌呤核苷制备腺嘌呤和D-核糖的方法。
背景技术
腺嘌呤也称为6-氨基嘌呤，是一种重要的医药原料及中间体。可用于生产抗乙肝药物阿德福韦酯、替诺福韦酯、植物细胞生长激素6-苄氨基嘌呤、维生素B4等。由于腺嘌呤具有如此广泛的用途，近年来全世界的用量也正在不断地扩大，因此开发一种绿色环保且经济适用的腺嘌呤工业化方法引起了广大化学生物工作者的兴趣。D-核糖是重要的五碳单糖，是生物体内遗传物质--核糖核酸(RNA)的重要组成物质，对生命的形成有重要作用。同时，D-核糖作为甜味剂在食品添加剂中应用广泛。
生产腺嘌呤的方法主要有全合成法和半合成法，由于全合成路线的步骤比较长、反应条件苛刻、环境污染严重等限制了其应用，而半合成方法从微生物发酵产物腺嘌呤核苷的分解来生产腺嘌呤和D-核糖，该方法生产效率较高，制备工艺简单，综合成本低廉，已经成为目前工业化生产腺嘌呤的主要工艺路线。其反应方程式如下所示：
路线一，中国专利文献CN 103923083A中公开的制备方法，，以腺苷为底物通过醋酐乙酰化后得到乙酰腺嘌呤和四乙酰核糖，乙酰腺嘌呤再进一步水解得到腺嘌呤，而理论上四乙酰核糖可以脱酰基生成D-核糖，虽然该工艺路线能够以较高的收率得到腺嘌呤和四乙酰核糖，但是此工艺复杂，生产所用设备量大，得到的D-核糖品质很差，并且产生的工业三废较多。
线路二，中国专利文献CN101125854A中公开的制备方法，利用高温液态水水解腺苷制备腺嘌呤和D-核糖，但是此方法的缺陷在于，水解腺苷需要在高温下进行，生成的副产物D-核糖在高温下容易变性而无法利用，非常不经济。在中国专利文献CN 105802938A 中公开的制备方法，利用腺苷水解酶，水解腺苷制备腺嘌呤和D-核糖的方法，但是该办法涉及到腺苷水解酶的制备过程，以及后续分离中D-核糖的提取需要除去蛋白、嘌呤及未反应的腺苷，过程相当繁琐，造成生产路线复杂、成本较高及污染较重的问题。
鉴于此，目前亟待提出一种从腺苷出发，反应步骤简单、产量高、成本低且环保的制备腺嘌呤和D-核糖的方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种利用阳离子交换树脂催化-分离耦合技术水解腺嘌呤核苷制备腺嘌呤和D-核糖的方法，该方法利用阳离子交换树脂催化-分离耦合技术进行生产，催化反应效率较高，条件温和，易于分离纯化，操作简单，成本较低，可高效、快速地将腺嘌呤核苷催化水解，在得到腺嘌呤的同时容易将较纯净的D-核糖糖浆从水解液中分离出来，进而在无水乙醇中结晶得到高品质的D-核糖晶体。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种利用阳离子交换树脂催化-分离耦合技术水解腺嘌呤核苷制备腺嘌呤和D-核糖的方法，其特征在于具体步骤为：
步骤S1：先将软化水投入反应釜中，同时开启搅拌，再向反应釜中投入腺嘌呤核苷，通过夹套升温至60-90℃，然后加入再生后的阳离子交换树脂，保持2小时使得腺嘌呤核苷被阳离子交换树脂吸附，再调整反应体系的温度为90-95℃，溶液逐渐溶清后在60℃保持反应5-12小时，直至用高效液相色谱仪检测反应液中的D-核糖浓度不再增大为止，然后停止加热，并通过循环水降温至室温，将反应液通过滤槽过滤，过滤后得到吸附有腺嘌呤的阳离子交换树脂和含有D-核糖的水母液；
步骤S2：将步骤S1过滤得到的阳离子交换树脂用摩尔浓度为1-5mol/L的氢氧化钠溶液浸泡，再过滤阳离子交换树脂得到的含有腺嘌呤的滤液，重复用上述碱液浸泡过滤2-3次，将得到的滤液合并，再用工业级盐酸溶液调节滤液的pH为7.0-7.5析出腺嘌呤结晶物，将析出的腺嘌呤结晶物通过抽滤槽抽滤得到湿品腺嘌呤，然后烘干、粉碎即可得到成品腺嘌呤，纯度高于99.5％，浸泡再生后的阳离子交换树脂重复循环使用；
步骤S3：将步骤S1过滤得到的含有D-核糖的水母液调整pH为6.0-8.5后进行多次蒸发浓缩得到D-核糖糖浆，再于60℃用高真空机组彻底去除水分，然后加入无水乙醇搅拌保温1-3小时，随后在-20-20℃的低温环境下结晶析出D-核糖结晶物，再将D-核糖结晶物用离心机快速过滤，然后烘干即可得到高品质D-核糖晶体，纯度高于99.5％。
进一步优选，制备过程中各物料的重量份配比为：软化水450-550重量份、腺嘌呤核苷25-30份、阳离子交换树脂80-90份、氢氧化钠22-28份、工业级盐酸溶液15-18重量份和无水乙醇70-75重量份。
进一步优选，步骤S3中的结晶析出温度优选为-10-15℃。
本发明利用阳离子交换树脂吸附催化作用，将腺嘌呤核苷分子结构中的碳-氮键切断，再对其进行高效水解，在得到腺嘌呤的同时将所得的含有D-核糖的水母液纯化，便于D- 核糖结晶，该方法能够有效降低腺嘌呤和D-核糖的生产成本，有效提高生产效率，适合规模化生产。
附图说明
图1是合成成品腺嘌呤的色谱图；
图2是合成高品质D-核糖晶体的色谱图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
步骤S1：先将450g软化水投入反应釜中，同时开启搅拌，再向反应釜中投入25g腺嘌呤核苷，通过夹套升温至60℃，然后加入80g再生后的阳离子交换树脂，保持2小时使得腺嘌呤核苷被阳离子交换树脂吸附，再调整反应体系的温度为90-95℃，溶液逐渐溶清后在60℃保持反应12小时，然后停止加热，并通过循环水降温至室温，将反应液通过滤槽过滤，过滤后得到吸附有腺嘌呤的阳离子交换树脂和含有D-核糖的水母液；
步骤S2：将步骤S1过滤得到的阳离子交换树脂用摩尔浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液 (其中氢氧化钠的量为22g)浸泡，再过滤阳离子交换树脂得到的含有腺嘌呤的滤液，重复使用上述碱液浸泡及过滤2次，将得到的滤液合并，再用工业级盐酸溶液调节滤液的pH为7.0-7.5析出腺嘌呤结晶物，将析出的腺嘌呤结晶物通过抽滤槽抽滤得到湿品腺嘌呤，然后烘干、粉碎即可得到11.5g成品腺嘌呤(纯度高于99.5％，行业质量要求为98％以上)，浸泡再生后的阳离子交换树脂重复循环使用；
步骤S3：将步骤S1过滤得到的含有D-核糖的水母液调整pH为7.0后进行3次蒸发浓缩得到D-核糖糖浆，再于60℃用高真空机组彻底去除水分，然后加入70g无水乙醇搅拌保温2小时，随后在-20-20℃的低温环境下结晶析出D-核糖结晶物，再将D-核糖结晶物用离心机快速过滤，然后烘干即可得到8.5g高品质D-核糖晶体(纯度高于99.5％，行业质量要求为98％以上)。
实施例2
步骤S1：先将500g软化水投入反应釜中，同时开启搅拌，再向反应釜中投入28g腺嘌呤核苷，通过夹套升温至60℃，然后加入90g再生后的阳离子交换树脂，保持2小时使得腺嘌呤核苷被阳离子交换树脂吸附，再调整反应体系的温度为90-95℃，溶液逐渐溶清后在60℃保持反应12小时，然后停止加热，并通过循环水降温至室温，将反应液通过滤槽过滤，过滤后得到吸附有腺嘌呤的阳离子交换树脂和含有D-核糖的水母液；
步骤S2：将步骤S1过滤得到的阳离子交换树脂用摩尔浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液 (其中氢氧化钠的量为25g)浸泡，再过滤阳离子交换树脂得到的含有腺嘌呤的滤液，重复使用上述碱液浸泡及过滤2次，将得到的滤液合并，再用工业级盐酸溶液调节滤液的pH为7.0-7.5析出腺嘌呤结晶物，将析出的腺嘌呤结晶物通过抽滤槽抽滤得到湿品腺嘌呤，然后烘干、粉碎即可得到13g成品腺嘌呤(纯度高于99.5％，行业质量要求为98％以上，见附图1A-C)，浸泡再生后的阳离子交换树脂重复循环使用；
步骤S3：将步骤S1过滤得到的含有D-核糖的水母液调整pH为7.0后进行3次蒸发浓缩得到D-核糖糖浆，再于60℃用高真空机组彻底去除水分，然后加入75g无水乙醇搅拌保温2小时，随后在-20-20℃的低温环境下结晶析出D-核糖结晶物，再将D-核糖结晶物用离心机快速过滤，然后烘干即可得到12g高品质D-核糖晶体(纯度高于99.5％，行业质量要求为98％以上，见附图2A-C)。
实施例3
步骤S1：先将550g软化水投入反应釜中，同时开启搅拌，再向反应釜中投入30g腺嘌呤核苷，通过夹套升温至60℃，然后加入85g再生后的阳离子交换树脂，保持2小时使得腺嘌呤核苷被阳离子交换树脂吸附，再调整反应体系的温度为90-95℃，溶液逐渐溶清后在60℃保持反应12小时，然后停止加热，并通过循环水降温至室温，将反应液通过滤槽过滤，过滤后得到吸附有腺嘌呤的阳离子交换树脂和含有D-核糖的水母液；
步骤S2：将步骤S1过滤得到的阳离子交换树脂用摩尔浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液 (其中氢氧化钠的量为28g)浸泡，再过滤阳离子交换树脂得到的含有腺嘌呤的滤液，重复使用上述碱液浸泡及过滤2次，将得到的滤液合并，再用盐酸溶液调节滤液的pH为 7.0-7.5析出腺嘌呤结晶物，将析出的腺嘌呤结晶物通过抽滤槽抽滤得到湿品腺嘌呤，然后烘干、粉碎即可得到14.5g成品腺嘌呤(纯度高于99.5％，行业质量要求为98％以上)，浸泡再生后的阳离子交换树脂重复循环使用；
步骤S3：将步骤S1过滤得到的含有D-核糖的水母液调整pH为7.0后进行3次蒸发浓缩得到D-核糖糖浆，再于60℃用高真空机组彻底去除水分，然后加入75g无水乙醇搅拌保温2小时，随后在-10-15℃的低温环境下结晶析出D-核糖结晶物，再将D-核糖结晶物用离心机快速过滤，然后烘干即可得到15.5g高品质D-核糖晶体(纯度高于99.5％，行业质量要求为98％以上)。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (3)
1.一种利用阳离子交换树脂催化-分离耦合技术水解腺嘌呤核苷制备腺嘌呤和D-核糖的方法，其特征在于具体步骤为：
步骤S1：先将软化水投入反应釜中，同时开启搅拌，再向反应釜中投入腺嘌呤核苷，通过夹套升温至60-90℃，然后加入再生后的阳离子交换树脂，保持2小时使得腺嘌呤核苷被阳离子交换树脂吸附，再调整反应体系的温度为90-95℃，溶液逐渐溶清后在60℃保持反应5-12小时，直至用高效液相色谱仪检测反应液中的D-核糖浓度不再增大为止，然后停止加热，并通过循环水降温至室温，将反应液通过滤槽过滤，过滤后得到吸附有腺嘌呤的阳离子交换树脂和含有D-核糖的水母液；
步骤S2：将步骤S1过滤得到的阳离子交换树脂用摩尔浓度为1-5mol/L的氢氧化钠溶液浸泡，再过滤阳离子交换树脂得到的含有腺嘌呤的滤液，重复用上述碱液浸泡过滤2-3次，将得到的滤液合并，再用工业级盐酸溶液调节滤液的pH为7.0-7.5析出腺嘌呤结晶物，将析出的腺嘌呤结晶物通过抽滤槽抽滤得到湿品腺嘌呤，然后烘干、粉碎即可得到成品腺嘌呤，纯度高于99.5%，浸泡再生后的阳离子交换树脂重复循环使用；
步骤S3：将步骤S1过滤得到的含有D-核糖的水母液调整pH为6.0-8.5后进行多次蒸发浓缩得到D-核糖糖浆，再于60℃用高真空机组彻底去除水分，然后加入无水乙醇搅拌保温1-3小时，随后在-20-20℃的低温环境下结晶析出D-核糖结晶物，再将D-核糖结晶物用离心机快速过滤，然后烘干即可得到高品质D-核糖晶体，纯度高于99.5%。
2.根据权利要求1所述的利用阳离子交换树脂催化-分离耦合技术水解腺嘌呤核苷制备腺嘌呤和D-核糖的方法，其特征在于制备过程中各物料的重量份配比为：软化水450-550重量份、腺嘌呤核苷25-30份、阳离子交换树脂80-90份、氢氧化钠22-28份、工业级盐酸溶液15-18重量份和无水乙醇70-75重量份。
3.根据权利要求1所述的利用阳离子交换树脂催化-分离耦合技术水解腺嘌呤核苷制备腺嘌呤和D-核糖的方法，其特征在于：步骤S3中的结晶析出温度优选为-10-15℃。
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