一種含離子液體的溫控兩相體系及其在生物轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)合成與生物催化技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一類含乙氧基鏈的季胺鹽離 子液體，及由其構(gòu)成的具有溫控相變化功能、用于酵母催化不對稱還原反應(yīng)的兩相體系，該 兩相體系具有"低溫混溶，高溫分相"功能，且有利于生物催化劑分離回收與復(fù)用。
【背景技術(shù)】
[0002] W穩(wěn)定性強(qiáng)的離子液體替代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑作為非水相生物催化反應(yīng)介質(zhì)的相關(guān) 研究已發(fā)展成為綠色化學(xué)的重要組成部分?；痺arth(2001年）等人首次將離子液體與 全細(xì)胞生物催化結(jié)合應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)在[BMIM]PFe/水（10:1，v/v)中固定化Saccharomyces cerevisiae催化還原部分酬底物的立體選擇性可與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑相比擬。P化uender等 人（2006年）研究了疏水性離子液體中的全細(xì)胞生物催化反應(yīng)，盡管作為反應(yīng)介質(zhì)的離子 液體黏度較大，但仍能獲得較為理想的傳質(zhì)速率。同年，類文勇等人通過添加少量離子液 體，提高了固定化Saccharomycescerevisiae細(xì)胞催化乙酷基S甲基硅烷不對稱還原反 應(yīng)的反應(yīng)速度，但其操作穩(wěn)定性下降。Banerjee課題組（2007年）利用固定化Candida viswanathii細(xì)胞在[EMIM]PFe中催化不對稱還原芳香酬，獲得較好的轉(zhuǎn)化率。運(yùn)些嘗試表 明在某些離子液體中全細(xì)胞不對稱催化反應(yīng)表現(xiàn)出諸多優(yōu)越性能（高轉(zhuǎn)化率、高立體選擇 性等）。但如結(jié)構(gòu)ILn的具有溫控功能的離子液體的制備W及將具有溫控功能的離子液體 兩相體系應(yīng)用于酵母全細(xì)胞生物催化不對稱還原反應(yīng)還未見諸文獻(xiàn)。
[0003] 本發(fā)明將利用聚氧乙締非離子表面活性劑的濁點(diǎn)性質(zhì)，W接枝環(huán)氧乙燒的季錠鹽 陽離子作為正離子部分，合成一種離子液體。該離子液體與溶劑在某一溫度下可實(shí)現(xiàn)相轉(zhuǎn) 變，提供一種具有"低溫混溶，高溫分相"功能的離子液體液/液溫控兩相體系，從而使均相 反應(yīng)過程中的產(chǎn)物和催化劑，通過簡單的相分離過程分開，運(yùn)將為兩相體系全細(xì)胞生物催 化的研究開發(fā)提供一個(gè)全新范例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種含離子液體的溫控兩相體系及其應(yīng)用，該溫控兩相體系 應(yīng)用于酵母全細(xì)胞催化不對稱還原a-幾基醋反應(yīng)時(shí)，便于催化劑的回收。 陽0化]一種溫控兩相體系，包含季胺鹽型離子液體和非離子液體相；
[0006] 所述的季胺鹽型離子液體，結(jié)構(gòu)如式（I)所示：
[0007][也馬）（邸3)2^邸2邸20)抽+ [PFe](I) 陽008] 式（I)中，n為！~4 ;
[0009] 當(dāng)混合體系溫度低于分相溫度時(shí)，離子液體與非離子液體相混溶為均相；反之，體 系呈離子液體與非離子液體相互不相容的兩相體系。
[0010] 其中，所述的季胺鹽型離子液體的制備方法，包括W下步驟： W11] (1)在成的保護(hù)下，向N，N-二甲基乙醇胺和無水醋酸鋼中滴加環(huán)氧乙燒，然后加 壓進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完全后，經(jīng)過后處理得到N，N-二甲基聚乙二醇胺；
[0012] (2)將步驟（I)得到的N，N-二甲基聚乙二醇胺溶于四氨巧喃，室溫下緩慢滴加硫 酸二乙醋，反應(yīng)完全后經(jīng)過后處理得到季錠鹽中間體[CzHs(CHs)ZN(邸2邸20)。田ICzHsSOAr;
[0013] (3)將步驟（2)得到的季錠鹽中間體溶解于丙酬，與等摩爾量的六氣憐酸鐘混合 進(jìn)行離子交換反應(yīng)，反應(yīng)完全后，經(jīng)過后處理得到所述的季胺鹽型離子液體。
[0014] 作為優(yōu)選，步驟（1)中，反應(yīng)溫度為70~80°C，滴加環(huán)氧乙燒過程中維持系統(tǒng)壓力 0. 1-0. 15MPa〇
[0015] 作為優(yōu)選，步驟似中，N，N-二甲基乙醇胺和環(huán)氧乙燒反應(yīng)時(shí)間為0.5-1.化。
[0016] 作為優(yōu)選，步驟（3)中，由六氣憐酸鐘參與的陰離子交換反應(yīng)時(shí)間為24-3化。
[0017] 所述的離子液體具體可W通過W下步驟得到：
[0018] 首先，WN，N-二甲基乙醇胺和環(huán)氧乙燒為原料，二者的配比視產(chǎn)品需要而定，催 化劑無水醋酸鋼的加入量為原料總量的0. 5-3%。將N，N-二甲基乙醇胺和無水醋酸鋼加入SOOmL的不誘鋼反應(yīng)蓋中，密閉蓋蓋，用成置換3次，升溫至80°C后。攬拌下勻速添加需要 量的環(huán)氧乙燒并保持體系壓力維持在0. 1-0. 直至滴加完畢，用成增壓至0. 后 繼續(xù)反應(yīng)30-60min，停止加熱，冷卻卸壓，得棟黑色液體（邸3)2^邸2邸2〇)。扎經(jīng)過減壓精饋 分離出不同加成數(shù)的單體。
[0019] 其次，將上述N，N-二甲基聚乙二醇胺單體溶解于四氨巧喃中，室溫下緩慢滴加 等摩爾量的硫酸二乙醋，滴加完畢后室溫繼續(xù)攬拌60min，加熱回流4化后停止攬拌，靜 置。溶液分層，除去上層溶劑，劇烈攬拌下加入無水乙酸洗涂下層產(chǎn)物，除溶劑，真空干燥 12h(4mmHg，80°C)，制得無色透明粘稠液體松馬畑3)2^邸2邸2〇)抽化2馬5〇4]^;將此粘稠 液體溶解于丙酬，再加入等摩爾量六氣憐酸鐘，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，室溫下攬拌4她，反應(yīng)完成 后，過濾，并用丙酬洗涂濾渣，收集有機(jī)化除溶劑，真空干燥12h，將所得離子液體松馬畑3 )2N(CH2CH2〇)nH]lPFe]―。
[0020] 所述的非離子液體相是單一或混合有機(jī)溶劑，它們選自中等極性有機(jī)溶劑。作為 優(yōu)選，所述中等極性有機(jī)溶劑為乙二醇二甲酸、丙二醇二甲酸或下二醇二甲酸，兩相可按不 同的配比，構(gòu)成一系列不同分相溫度的兩相催化反應(yīng)體系。作為最優(yōu)選，所述的非離子液體 相為乙二醇二甲酸。
[0021] 作為優(yōu)選，n= 2,所述的離子液體與乙二醇二甲酸的體積比為1:1~1:4,分相溫 度在25~59°C，在低于分相溫度時(shí)，體系為均相，超過分相溫度后，體系呈兩相，此時(shí)，含產(chǎn) 物的有機(jī)相與含生物催化劑~酵母的離子液體相通過簡單的分離使產(chǎn)物和催化劑分離。
[0022] 固定離子液體的體積，改變乙二醇二甲酸的加入量對體系分相溫度的影響結(jié)果見 表1。
[0023] 表1乙二醇二甲酸的體積對離子液體ILz/乙二醇二甲酸兩組分體系分相溫度的 影響
[0024]
[00巧]從表I可W看出，室溫下，相同體積的離子液體和乙二醇二甲酸室溫下為澄清透 明均相；升溫至59°c時(shí)，均相體系變?yōu)橥该鲀上囿w系，即離子液體從溶劑中析出。離子液體 在溶劑乙二醇二甲酸中顯示了 "低溫互溶、高溫分相"的特征；分相溫度可通過改變混溶有 機(jī)溶劑體積加W調(diào)節(jié)，增加乙二醇二甲酸用量，體系的分相溫度隨之降低，每增加0.ImL乙 二醇二甲酸，體系分相溫度下降約l〇°C左右；當(dāng)乙二醇二甲酸用量為0.4血時(shí)，該體系即在 接近室溫下分相。
[00%] 本發(fā)明還提供了一種所述的溫控兩相體系在酵母催化不對稱還原a-幾基醋反 應(yīng)中的應(yīng)用，包括W下步驟：
[0027] W所述的溫控兩相體系作為反應(yīng)溶劑，W酵母作為催化劑，a -幾基醋進(jìn)行不對 稱還原反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束升高溫度進(jìn)行相分離，得到產(chǎn)物和回收的酵母。
[0028]作為優(yōu)選，反應(yīng)溫度為30-32°C，反應(yīng)時(shí)間5-24h
[0029] 作為優(yōu)選，所述的a-幾基醋為C3~C,的a-幾基簇酸乙醋或具有芳香性的 曰-幾基醋；
[0030] 所述的酵母為市售干面包酵母或經(jīng)過培養(yǎng)后的濕酵母細(xì)胞。
[0031] 該不對稱還原反應(yīng)的具體過程如下： 陽03引 向60血平底酶反應(yīng)器中加入0. 4mmola-幾基醋，苯和水（體積比2 :1)，加入 不同量的離子液體IL。（體積百分比，0.Ol% - 0. 10% )，混合后置于恒溫水浴中，磁力攬拌 300巧m，升溫至30°C恒溫，加入干面包酵母（5.Og/mmol底物），化后停止反應(yīng)處理樣品。隨 著體系中離子液體初始濃度的增大，反應(yīng)立體選擇性呈增大趨勢，酵母的催化活性也得到 提局。
[0033] 酵母催化不對稱還a-幾基醋也可在溫控離子液體液液兩相體系中實(shí)施，W實(shí) 現(xiàn)均相催化反應(yīng)生物催化劑的簡單分離回收。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該體系中酵母催化2-幾 基-4-