CN110257443B - 一种超滤膜在右反de菊酸的连续化拆分中的应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超滤膜在右反DE菊酸的连续化拆分中的应用方法，以DE菊酸酯为原料，高活性酯酶为催化剂，有机盐或无机盐水溶液反应缓冲液体系连续化酶拆分。酶拆分连续化经1‑5级拆分反应，拆分反应液经沉降分层，拆分水层经超滤膜浓缩后，得到菊酸酯酶浓缩液，浓缩液连续化返回拆分系统；超滤产水酸化处理得到右反DE菊酸。此方法拆分效率高，流程简化，高效回收拆分酯酶，大大提高拆分酯酶的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种超滤膜在右反DE菊酸的连续化拆分中的应用方法，具体涉及一种超滤膜在手性右反DE菊酸的连续化拆分中的应用方法；是一种高纯度的手性右反DE菊酸拆分方法。
背景技术
DE菊酸(chrysanthemic acid)，化学名2，2-二甲基-3-(2-甲基-1-丙烯基)环丙烷羧酸，是合成拟除虫菊酯类杀虫剂的重要中间体，其结构如下：
外消旋菊酸乙酯异构体水解可得到四种异构体的菊酸。研究表明菊酸的四种异构体分别与一定结构的菊醇形成的除虫菊酯，其杀虫性相差很大，通常以(+)-反式-菊酸形成的菊酯的杀虫活性最高，(+)-顺式-菊酸次之，其余两种药效均较小。因此研究分离菊酸的四种立体异构体以获得具有光学活性纯度的菊酸，从而进一步合成有较高杀虫效力的拟除虫菊酯，具有重要意义。
目前报道利用手性试剂化学拆分得到右反DE菊酸，是一类应用比较广而有效的方法。涉及的拆分试剂中有相当一部分是天然存在的手性化合物，其中包括奎宁、nlcInhe、麻黄碱、番木鳖碱(bmcine)等。但是拆分试剂价格高，来源少，化学方法拆分工艺复杂，三废量大，拆分得到右反菊酸ee值小于90％，拆分选择性不高等问题。
研究开发利用酶和微生物拆分得到高纯度右反菊酸具有明显的优势，1988年Mitsuta申请了三项工业化拆分菊酸的专利：利用球形节杆菌Arthrobactor Globigomis,Thermomyces Lanuginosus或从中提取的酶处理反式菊酸乙酯，得到100％光纯度的右反菊酸。但是此方法反式菊酸乙酯原料不易得到。利用猪肝酶拆分得到右反菊酸光学活性只有80％，纯度差。用节杆菌,Arthrobactorsp：杆状菌Bacillus sp.或它们的脂酶水解得到光学纯度为100％的右反菊酸，但是水解率只有4％。
由于菊酸乙酯水解酶是生物体活细胞产生的具有催化活性的蛋白质，是生物催化剂，具有催化效率高、专一性强、易失活、反应条件温和等特性。拆分得到右反菊酸产物和菊酸乙酯水解酶分离，采用常规的酸化，溶剂萃取无法有效分离，导致酶失活，造成拆分酶利用率低，导致成本增加。
发明内容
本发明提供一种超滤膜在右反DE菊酸的连续化拆分中的应用方法，目的在于提供一种超滤膜在右反DE菊酸拆分中的应用方法，该方法酶拆分效率高，拆分流程简化，高效回收拆分酯酶，大大提高拆分酯酶的利用率，具有良好的经济效益。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超滤膜在右反DE菊酸的连续化拆分中的应用方法，连续化拆分的拆分级数为1-5，是在串联的1-5级连续化反应器中实现的，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将DE菊酸酯、催化剂、反应缓冲液从串联的1-5级连续化反应器中任何一级或多级连续的加入，进行连续化拆分反应得到拆分液，反应温度为30-50℃、pH控制在9-11；所述的催化剂为高活性酯酶；
(2)步骤(1)得到的拆分液经过静置后得到拆分水层，拆分水层经过超滤膜超滤后得到超滤浓缩液和超滤出水，超滤出水经酸化萃取后的右反DE菊酸，超滤浓缩液返回至步骤(1)中作为催化剂循环使用继续进行连续化拆分；所述的超滤浓缩液为高活性酯酶浓缩液；
步骤(1)和步骤(2)中进行连续化拆分的整体停留时间在12-96小时之间。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的高活性酯酶为生物催化菊酸酯酶，活力在35000u/mg以上；例如美国Sigma公司商品化的酯酶：EYN045酯酶、EYN055酯酶、EYN065酯酶、EYN085酯酶中的任意一种或两种及以上以任意比例混合而成的混合物。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的DE菊酸酯、高活性酯酶的添加质量比为1:0.1-0.001之间；DE菊酸酯、高活性酯酶可以从1-5级串联的连续化反应器中的任何一级或多级，同时或分别连续加入。
上述技术方案中，步骤(2)中所述的高活性酯酶浓缩液返回至步骤(1)中作为催化剂循环使用时，所述的DE菊酸酯、高活性酯酶浓缩液的添加质量比为1:1-0.01；DE菊酸酯、高活性酯酶浓缩液可以从1-5级串联的连续化反应器中的任何一级或多级，同时或分别连续加入。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的反应缓冲液为磷酸钾盐、磷酸钠盐、磷酸铵、碳酸钾盐、碳酸钠盐中的任意一种，反应缓冲液中盐的质量浓度0.1-10％。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的DE菊酸酯、反应缓冲液添加质量比在1:100-1之间；DE菊酸酯、反应缓冲液可以从1-5级串联的连续化反应器中的任何一级或多级，同时或分别连续加入。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的超滤膜为有机卷式膜、中空纤维膜或陶瓷膜中的任意一种。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的超滤膜，其孔径为0.1-0.0001微米，截留分子量为1000-100000道尔顿。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的超滤膜，其材质为纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物，氧化铝、氧化锆、氧化钛陶瓷膜中的任意一种，但不局限以上材质。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的超滤膜，其构型为中空式、管式、平板式、多通道构型中的任意一种，但不局限以上超滤膜构型。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的超滤，条件为：超滤压力TMP为0.1-0.6mPa；超滤温度为30-50℃；膜超滤浓缩比例10-20倍；超滤膜对高活性酯酶的截留率为50-99％。
本发明技术方案的优点在于：本发明的采用连续化拆分减小了拆分设备体积，采用分级加料，增加了DE菊酸酯转化率，提高拆分右反菊酸选择性至99％。拆分产物和酶利用超滤膜技术，有效分离得到具有活性的酶浓缩液，返回菊酸拆分体系，酶截留率90％以上，最大程度回收酶，具有良好的经济效率。
附图说明
图1为本发明应用方法的流程示意图。
具体实施方式
以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：
实施例1：
三级串联反应器，连续化向一级反应按菊酸乙酯：5％磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液：酯酶(酯酶浓缩液)＝1:10:0.005(0.05)比例添加，温度45℃，pH控制10.5，反应停留时间60hr，菊酸乙酯拆分利用率90％，拆分液静置得到拆分水层，经卷式超滤膜，截流分子量5000，膜超滤起始压力0.2MPa，超滤终止压力0.6MPa，超滤温度35-45℃，浓缩比15倍，酯酶截流率95％。超滤出水经酸化萃取得到右反菊酸，e.e99％。本实施例中用到的高活性酯酶为美国Sigma公司商品化的酯酶：EYN045酯酶。
实施例2：
四级串联反应器，连续化向一级反应按菊酸乙酯：5％磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液：酯酶(酯酶浓缩液)＝1:10:0.005(0.05)比例添加，温度40℃，pH控制10，反应停留时间72hr，菊酸乙酯拆分利用率95％，拆分液静置得到拆分水层，经37孔道陶瓷超滤膜，截流孔径10nm，膜超滤TMP压力0.2MPa，超滤温度35-45℃，浓缩比10倍，酯酶截流率90％。超滤出水经酸化萃取得到右反菊酸，e.e99％。本实施例中用到的高活性酯酶为美国Sigma公司商品化的酯酶：EYN065酯酶。
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种超滤膜在右反DE菊酸的连续化拆分中的应用方法，其特征在于，连续化拆分的拆分级数为1-5，是在串联的1-5级连续化反应器中实现的，包括以下步骤：
(1)将DE菊酸酯、催化剂、反应缓冲液从串联的1-5级连续化反应器中任何一级或多级连续的加入，进行连续化拆分反应得到拆分液，反应温度为30-50℃、pH控制在9-11；所述的催化剂为高活性酯酶；所述的高活性酯酶为菊酸酯酶，活力在35000u/mg以上；所述的DE菊酸酯、高活性酯酶的添加质量比为1:0.1-0.001之间；DE菊酸酯、高活性酯酶从1-5级串联的连续化反应器中的任何一级或多级，同时或分别连续加入。
(2)步骤(1)得到的拆分液经过静置后得到拆分水层，拆分水层经过超滤膜超滤后得到超滤浓缩液和超滤出水，超滤出水经酸化萃取后的右反DE菊酸，超滤浓缩液返回至步骤(1)中作为催化剂循环使用继续进行连续化拆分；所述的超滤浓缩液为高活性酯酶浓缩液；步骤(1)和步骤(2)中进行连续化拆分的整体停留时间在12-96小时之间；
步骤(2)中，所述的超滤膜，其孔径为10nm，截留分子量为5000道尔顿；所述的超滤，条件为：超滤压力TMP为0.1-0.6mPa；超滤温度为30-50℃；膜超滤浓缩比例10-20倍；超滤膜对高活性酯酶的截留率为50-99％。
2.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于：步骤(2)中所述的高活性酯酶浓缩液返回至步骤(1)中作为催化剂循环使用时，所述的DE菊酸酯、高活性酯酶浓缩液的添加质量比为1:l-0.01；DE菊酸酯、高活性酯酶浓缩液从1-5级串联的连续化反应器中的任何一级或多级，同时或分别连续加入。
3.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的反应缓冲液为磷酸钾盐、磷酸钠盐、磷酸铵、碳酸钾盐、碳酸钠盐中的任意一种，缓冲液中盐的质量浓度0.1-10％；所述的DE菊酸酯、反应缓冲液添加质量比在1:100-1之间；DE菊酸酯、缓冲液可以从1-5级串联的连续化反应器中的任何一级或多级，同时或分别连续加入。
4.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的超滤膜为有机卷式膜、中空纤维膜或陶瓷膜中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的超滤膜，其材质为纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物、氧化铝、氧化锆、氧化钛陶瓷膜中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的超滤膜，其构型为中空式、管式、平板式、多通道构型中的任意一种。
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