一種可選擇性分離氨基酸的功能化離子液體、制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于修飾脂肪酶的功能化離子液體，該功能化離子液體的結(jié)構(gòu)如式(Ⅰ)所示，式(Ⅰ)中，m為1～2；R1和R2獨(dú)立地選自取代或者未取代的烷基，所述烷基上的取代基為芳基。將該功能化離子液體與水結(jié)合構(gòu)建出離子液體/水液液雙相體系，并用于對(duì)氨基酸的選擇性分離純化過程，可以提高氨基酸分離純化的效能及選擇性。本發(fā)明還公開了該功能化離子液體的制備方法及離子液體/水液液雙相體系選擇性分離純化氨基酸的方法，提供了一種分離效能高，選擇性好，方式簡(jiǎn)單靈活的分離工程技術(shù)。
【專利說明】一種可選擇性分離氨基酸的功能化離子液體、制備方法及 其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)合成與生物分離純化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一類具有經(jīng)氨基酸修飾 的多重雜環(huán)骨架結(jié)構(gòu)的功能化離子液體，并用此類功能性離子液構(gòu)建出的液液雙相體系， 選擇性分離純化氨基酸。

【背景技術(shù)】
[0002] 氨基酸是構(gòu)成生物體蛋白質(zhì)并同生命活動(dòng)有關(guān)的重要基本物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)中具 有兩性有機(jī)官能團(tuán)。他們被廣泛應(yīng)用于食品和醫(yī)藥領(lǐng)域。然而，它們的分離與純化過程中 產(chǎn)生的費(fèi)用往往占整個(gè)生產(chǎn)支出的80%以上。傳統(tǒng)的氨基酸分離與純化是通過利用離子交 換樹酯實(shí)現(xiàn)，但該技術(shù)不僅耗費(fèi)大量試劑材料，且伴有嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。近年來，因其 高效、低能耗及易于連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，液液雙相體系被廣泛應(yīng)用于分離純化操作過程，特 別是相關(guān)分離純化有機(jī)化合物的應(yīng)用研究越來越引起人們的關(guān)注；但該過程也常無法避免 地使用大量揮發(fā)性有機(jī)溶劑，給環(huán)境保護(hù)帶來不利影響。因此，尋找一種更為節(jié)能、高效、安 全的"綠色"分離純化技術(shù)顯的尤為重要。
[0003] 離子液體因具備對(duì)環(huán)境友好的特性而被稱為"綠色"溶劑，己經(jīng)在有機(jī)合成與 生物化學(xué)、分離過程、電化學(xué)、催化等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用（Room-temperatureionic liquids:solventsforsynthesisandcatalysis. 2.ChemRev. 2011，111(5) :3508-76.) 〇 與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑相比較，離子液體作為提取劑具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，很好的疏水性和幾乎 無蒸汽壓，減小了對(duì)環(huán)境的不利影響，易于實(shí)現(xiàn)更"綠色"的分離過程。其次，離子液體又被 稱為"可設(shè)計(jì)性"溶劑，通過改變陰、陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)離子液的物化特性（如極性、疏水 性、黏性、熔點(diǎn)、密度等），為其在分離過程中的應(yīng)用提供保障。但目前將離子液體用于有機(jī) 化合物的分離純化研究仍處在初始階段，特別是其在分離過程中的效能和選擇性仍需進(jìn)一 步改進(jìn)。設(shè)計(jì)合成能夠完成某種特定任務(wù)需求（如生物或化學(xué)反應(yīng)、分離等）的離子液體 (Task-specificionicliquid),即功能化離子液體，有望成為突破上述瓶頸的有效工具。 功能化離子液體的設(shè)計(jì)、合成與應(yīng)用研究亦是當(dāng)今離子液體研究重要趨勢(shì)，這也是本課題 組長(zhǎng)期以來的重要研究?jī)?nèi)容之一。
[0004] 目前，對(duì)多數(shù)生物學(xué)研究者而言，離子液體在生物質(zhì)分離純化領(lǐng)域的應(yīng)用研 究，特別是氨基酸的分離純化，往往就是基于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)型離子液作為提取劑 (extractants)，以期改善分離純化效果（分離效能或選擇性），但該過程存在諸多局限：1) 傳統(tǒng)型離子液體自身的高黏度削弱了傳質(zhì)效率；2)分子結(jié)構(gòu)中缺少"特異性"功能基團(tuán)，對(duì) 于分離純化過程的改善能力有限；3)離子液體類型單一，缺乏有針對(duì)性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有效 制備手段，不利于其對(duì)生物質(zhì)的提取與分離的問題研究。盡管通過功能型離子液體可簡(jiǎn)便、 快速的優(yōu)化生物質(zhì)分離純化過程，但該研究方向?qū)俳徊鎸W(xué)科，熟悉生物質(zhì)結(jié)構(gòu)的生物學(xué)家 較難有效地利用現(xiàn)代有機(jī)合成技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)功能化離子液體多樣性的結(jié)構(gòu)需求設(shè)想，因此 發(fā)展緩慢。
[0005] 日本HiroyukiOhno課題組開發(fā)出一類基于氨基酸的功能化離子液體 (Roomtemperatureionicliquidsfrom20naturalaminoacids.J.Amer.Chem. Soc. 2005, 127, 2398-2399.)，但這些離子液體均是基于傳統(tǒng)陽(yáng)離子基團(tuán)，利用氨基酸修飾 陰離子基團(tuán)。我們課題組首次設(shè)計(jì)并合成出具有多重雜環(huán)骨架結(jié)構(gòu)的功能型離子液體，該 類離子液體具有優(yōu)越的穩(wěn)定性與生物相容性。我們期望進(jìn)一步通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即在多重骨 架結(jié)構(gòu)中引入氨基酸基團(tuán)，并利用該功能化離子液體實(shí)現(xiàn)對(duì)氨基酸的選擇性分離純化。提 供一種更為"綠色"、高效、節(jié)能、操作簡(jiǎn)單的分離工程技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種可選擇性分離純化氨基酸的功能化離子液體、制備方法及其應(yīng) 用，利用該離子液體/水液液雙相體系選擇性分離氨基酸，可以有效提高分離純化氨基酸 的提取效能與選擇性。
[0007] -種可選擇性分離純化氨基酸的功能化離子液體，結(jié)構(gòu)如式（I)所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于選擇性分離純化氨基酸的功能化離子液體，其特征在于，結(jié)構(gòu)如式（I)所 示：
式⑴中，m為1?2 ; R1和R2獨(dú)立地選自取代或者未取代的烷基，所述烷基上的取代基為芳基。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于選擇性分離純化氨基酸的功能化離子液體，其特征在 于，R1 為 _CH (CH3) 2、-CH2CH (CH3) 2、-CH (CH3) CH2CH3、-CH2C6H5 ; R2 為-CH3'-CH2CH3'-CH2CH 2CH3、-CH (CH3) 2、-CH2CH2CH2CH3'-CH 2CH (CH3) 2、-C (CH3) 3'-CH2C6H5,-CH2CH2C6H50
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于選擇性分離純化氨基酸的功能化離子液體，其特征在 于，所述的功能化離子液體為6,7_二氫-5H-吡咯[l，2-a]-3-(乙?；?烷基胺）咪 唑三氟磺酸纈氨酸鹽、5, 6, 7, 8-四氫吡啶[1，2- a ]-3_(乙?；?烷基胺）咪唑三氟磺 酸纈氨酸鹽、6, 7-二氫-5H-吡咯[1，2-a]-3-(乙?；?烷基胺）咪唑三氟磺酸亮氨酸 鹽、5, 6, 7, 8-四氫吡啶[1，2-a ]-3-(乙酰基-烷基胺）咪唑三氟磺酸亮氨酸鹽、6, 7-二 氫-511-吡咯[1，2-叫-3-(乙?；?烷基胺）咪唑三氟磺酸異亮氨酸鹽、5,6,7,8-四 氫批陡[1，2_ a ]-3_(乙?；?燒基胺）咪唑二氟磺酸異殼氨酸鹽、6, 7_二氫-5H-批 咯[1，2-叫-3-(乙酰基-烷基胺）咪唑三氟磺酸苯丙氨酸鹽、5,6,7,8-四氫吡啶 [1，2-a]-3-(乙酰基-烷基胺）咪唑三氟磺酸異苯丙氨酸鹽。
4. 一種如權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的功能化離子液體的制備方法，其特征在于，包括 如下步驟： (1) 將氨基酸與亞硫酰氯在甲醇中進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到的酯化中間體再與三氟甲磺酸 酐進(jìn)行磺?；磻?yīng)得到N-三氟甲磺酸基氨基酸甲酯； (2) 用NaOH溶液水解處理步驟（1)中得到的N-三氟甲磺酸基氨基酸甲酯，再利用質(zhì)子 交換樹脂除去鈉離子，經(jīng)石油醚處理后得N-三氟甲磺酸基氨基酸； (3) 將氯乙酰氯滴加到烷基胺中進(jìn)行酰胺化反應(yīng)，得到氯乙?；榛罚凰龅孽０?化反應(yīng)的溶劑為二氯甲烷與NaOH水溶液的混合體系； ⑷步驟⑶得到的氯乙酰基烷基胺與6, 7-二氫-5H-吡咯[1，2- a ]咪唑或 5, 6, 7, 8-四氫吡啶[1，2-a ]咪唑在乙腈中進(jìn)行胺化反應(yīng)，得到氯代鹽； (5)將步驟（4)得到的氯代鹽的水溶液通過陰離子交換樹脂后得到中間體，該中間體 與步驟（2)得到的N-三氟甲磺酸基氨基酸混合，攪拌，氯仿萃取，減壓除溶劑，干燥后得到 所述的功能化離子液體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的功能化離子液體的制備方法，其特征在于，所述的氨基酸為 纈胺酸、亮氨酸、異亮胺酸和苯丙氨酸中的至少一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的功能化離子液體的制備方法，其特征在于，所述的烷基胺為 甲基胺、乙基胺、丙基胺、異丙基胺、正丁基胺、異丁基胺、叔丁基胺、甲苯基胺和乙苯基胺中 的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的功能化離子液體的制備方法，其特征在于，步驟（1)中，所述 的磺酰化反應(yīng)在二氯甲烷中進(jìn)行，反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間為12?24小時(shí)； 步驟（2)中水解的溫度為0°C，處理時(shí)間為5-10h，所用的NaOH濃度為0. 5?I. 5N ; 步驟（3)中，氯乙酰氯與烷基胺反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間為2-5h。 步驟（3)中，使用的NaOH水溶液質(zhì)量百分比濃度為15?25 % ; 步驟⑷中，反應(yīng)溫度為70?80°C，反應(yīng)時(shí)間為18-14h。
8. -種使用如權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的功能化離子液體選擇性分離純化氨基酸方 法，其特征在于，操作如下： 將待純化氨基酸的水溶液與所述的功能化離子液體混合后，在pHO. 5, 20°C條件下充分 攪拌后，分出離子液體相，從離子液體相中得到純化后的氨基酸，所述的功能化離子液體與 水溶液的體積比為0.5-1 :1。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的功能化離子液體/水液液雙相體系選擇性分離純化氨基酸方 法，其特征在于，所述的待純化氨基酸為甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨 酸、脯氨酸、色氨酸、絲氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、蘇氨酸、天冬 氨酸、谷氨酸、賴氨酸、精氨酸和組氨酸中的至少一種。
【文檔編號(hào)】C07C311/16GK104326949SQ201410483155
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】石玉剛, 孟岳成, 陳杰 申請(qǐng)人:浙江工商大學(xué)