（化学工程专业论文）液液萃取法分离α氰基3苯氧基苄醇及其乙酸酯.pdf

浙江人学硕l 学位论丘： 摘要 摘要 ( s ) - n - 氰基一3 一苯氧基苄醇( ( s ) 一c p b a ) 是合成多种高活性拟除虫菊酯类杀虫剂 的重要中间体，它很容易转化为手性的b 氨基醇、a 羟基酸、a 羟基酮等物质，进 而合成其它的光学活性化合物，因而在医药、农药等精细化：l 领域具有广阔的应 用前景。( s 1 c p b a 的合成方法有多种，其中尤其值得人们关注的是，由脂肪酶 催化的a 氰基3 苯氧基苄醇乙酸酯f c p b a c ) 的非对称醇解拆分反应，可以得到高 纯度的( s ) c p b a 。该拆分反应过程如s c h e m e l 所示。在脂肪酶的催化下， ( s ) - c p b a c 优先脱去酰基，生成( s ) - c p b a ，剩余的( r ) 一c p b a c 可以经过消旋后再 利用。因此，有效地分离( s ) 一c p b a 和( r ) 一c p b a c 是保证该拆分反应过程能够循 环进行的关键步骤。 o r g | e f c h e a t s l l p a s e 了 r 衄 r - 0 a c 【r 目c p 矗a c ( s ) 一c p n a ( r ) - c p b a c 11 竺竺 s c h e m e l l i p a s e - c a t a l y z e da s y m m e t r i ca t c o h o l y s i so fc p b a c 本文研究了用液一液萃取的方法分离c p b a 与c p b a c ，考察了萃取溶剂的 种类及其体积比对萃取分配系数k c p b a 、i 迁p b a 。和c p b a 、c p b a c 在萃取体系中 溶解性的影响。此外，还考察了温度和水的p h 值对c p b a 稳定性的影响。通过 筛选，确定了有效分离c p b a 和c p b a c 的两相萃取体系为水：甲醇：正己烷：苯 = 3 ：7 ：7 ：3f 体积比1 。在2 5 。c 时，经过血级萃取分离后，有机相中c p b a c 的纯度为 9 5 2 ( m 0 1 ) ，同收率是8 0 6 ；水相中c p b a 的纯度为9 8 8 ( m 0 1 ) ，回收率是 6 2 6 。有机相经过脱水、真空蒸馏后，可以得到纯的c p b a c ；水相先用苯进行 反萃，再经过脱水、真空蒸馏后，可得到纯的c p b a 。 关键词：n 氰基一3 一苯氧基苄醇；a 氰基3 一苯氧基苄醇乙酸酯：液一液萃取；分 离 嘶、 阶丫啉 浙江人学硕一l 学位论文a b s t r a ( 了 a b s t r a c t ( s ) 一o l c y a n o 一3 - p h e n o x y b e n z y la l c o h o l ( ( s ) 一c p b a ) i sa ni m p o r t a n tc h i r a lb u i l d i n g b l o c kf o r t h ep r e p a r a t i o no fm a n yh i g h l e v e la c t i v i t yp y r e t h r o i di n s e c t i c i d e s i t s o p t i c a l l ya c t i v ed e r i v a t i v e s ，s u c ha sa h y d r o x ya c i d ，a h y d r o x yk e t o n ea n db - h y d r o x y a m i n e ，a r ei m p o r t a n tf o rt h ep r o d u c t i o no fp h a r m a c e u t i c a l sa n da g r o c h e m i c a l s m a n y m e t h o d sc a nb eu s e dt op r e p a r e ( s ) 一c p b a a m o n gt h e m ，t h el i p a s e c a t a l y z e d a s y m m e t r i ca l c o h o l y s i so fa c y a n o 一3 - p h e n o x y b e n z y la c e t a t e ( c p b a c ) s h o u l db e e s p e c i a l l ym e n t i o n e db e c a u s eh i g ho p t i c a l l yp u r e ( s ) - c p b ac a nb eo b t a i n e d t h i s r e a c t i o ni ss h o w ni ns c h e m e l d u r i n gt h er e s o l u t i o no fr a c e m i cc p b a cb ya l c o h o l y s i s ， ( s ) 一c p b a cw o u l db ed e a c y l a t e dp r e f e r a b l yi fl i p a s es h o w e dh i g he n a n t i o s e l e c t i v i t y t h eu n d e s i r e d ( r ) 一c p b a cc a nb ee a s i l yr a c e m i z e da n dr e u s e d f r o ms c h e m e1 ，i tc a n b ei n d i c a t e dt h a tt h ek e ys t e pt oe n s u r et h ec y c l eo ft h er e s o l u t i o ni st os e p a r a t e ( s ) 一c p b af r o m ( r ) - c p b a ce f f i c i e n t l y i no u re x p e r i m e n t ，s e p a r a t i o no fc p b af r o mc p b a cb yl i q u i d l i q u i de x t r a c t i o n w a si n v e s t i g a t e d t h ee f f e c t so ft h es p e c i e sa n dv o l u m er a t i oo fs o l v e n t so nt h e d i s t r i b u t i o nc o e f f i c i e n t sa n ds o l u b i l i t yo fc p b aa n dc p b a ci ns e v e r a le x t r a c t i o n s y s t e m sw e r ea l s os t u d i e d f u r t h e r m o r e ，e f f e c t so ft e m p e r a t u r ea n dp h o fw a t e ro nt h e s t a b i l i t y o fc p b aw e r e d e t e r m i n e d t h r o u 【g hs c r e e n i n g ， w a t e r ：m e t h a n o l ：n h e x a n e ：b e n z e n e = 3 ：7 ：7 ：3 ( v o l u m er a t i o ) w a ss e l e c t e da sa ne f f i c i e n t e x t r a c t i o ns y s t e mt os e p a r a t ec p b af r o mc p b a c a t2 5 ，a f t e r5e x t r a c t i o ns t a g e s ， t h ep u r i t yo fc p b a ci nt h eo r g a n i cp h a s ew a s9 5 2 ( m 0 1 ) a n dt h ey i e l dr e a c h e d 8 0 6 ：a n dt h ep u r i t yo fc p b ai nt h ea q u e o u sp h a s ew a s9 8 8 ( m 0 1 ) a n dt h ey i e l d r e a c h e d6 2 6 t h eo r g a n i cp h a s ew a sd e h y d r a t e da n dv a c u u md i s t i l l e dt og e tp u r e c p b a c ；a n dt h ea q u e o u sp h a s ew a se x t r a c t e db yb e n z e n e ，t h e nd e h y d r a t e da n d v a c u u md i s t i l l e dt oo b t a i np u r ec p b a k e y w o r d s ：0 【一c y a n o 一3 一p h e n o x y b e n z y la l c o h o l ；o 【- c y a n o 一3 一p h e n o x y b e n z y la c e t a t e ； l i q u i d l i q u i de x t r a c t i o n ；s e p a r a t i o n i i 浙江大学硕l 学位论文第一章曼献综述 第一章文献综述 1 1 手性技术的重要性 单一构型手性药物及其l 】州体的合成与药理学研究是现代有机合成工业和 医药工业中的一个热点研究领域。于性药物已成为国际新药研究与丌发的新方向 之一，目前手性药物市场以每年7 8 的速度增长。1 9 9 9 年单一对映体药物 制剂世界市场第一次达到1 1 5 0 亿美元，占世界药品市场总额3 6 0 0 亿美元的3 2 。这是一个重要的里程碑，在1 9 9 5 到1 9 9 9 的血年中，全世界单一对映体药物 的销售额翻了一番，占世界药品市场的份额从1 5 增加到1 3 。2 0 0 1 年单一对映 体药物世界市场容量达到1 4 7 0 亿美元，占到世界药品市场4 1 0 0 亿美元的3 6 。 2 0 0 2 年全世界单一对映体医药产品的销售额接近1 6 0 0 亿美元。预计到2 0 0 8 年 将突破2 0 0 0 亿美元大关【；l l o 在农药中手性问题也很突出，目前已商品化的6 5 0 余种农药中，有1 7 0 余种属于手性农药，在这商品化的1 7 0 余种手性农药中，年 销售额超过1 亿美元的有3 0 余种，超过2 5 0 0 万美元的6 0 余种，其中含高活性 手性体成分的手性农药销售额超过1 0 0 亿美元，纯手性异构体的手性农药年销售 额已接近3 0 亿美元，手性农药占到全球农药市场的3 5 2 1 。 上述事实表明单一构型手性药物的研究与开发具有重要的意义和诱人的前 景。本论文将期望在单一构型手性中间体的合成研究中所涉及的手性物质的分离 方面作一定的探索。 1 2 手性药物及其合成 1 2 1 手性药物简介 手性药物( c h i r a ld n l 曲是指分子立体结构互为镜像而又不能重合的一对药物 对映体【3 l 或称含手性因素的药物 1 1 0 手性药物的不同立体异构体往往表现山不同 的生理活性，药物、农药以及其它生物活性物质的手性对其生物应答关系，如在 体内的吸收、转运、组织分配、与活性位点作用、代谢和消除等都有重要影响4 1 。 随着研究的深入，人们发现手性药物光学异构体的药理活性大致有以下几 浙江大学砸j 学位论史 第一章文献综述 个类别 3 , 4 1 ：( 1 ) 无药理活性或药理活性很低的光学异构体，如抗菌药氧氟沙星其 活性主要是( s ) ( 一) 异构体产牛，而( r ) 一( + ) 异构体几无药理活性。( 2 ) 药理活性相等 或相近的光学异构体，如抗凝血药华法林等。( 3 ) 药理活性不同的光学异构体， 如丙氧芬的右旋体( 2 s ，3 r ) 为镇痛药，但左旋体( 2 r ，3 s ) 具有镇咳作用。( 4 ) 药理活 性相反的光学异构体，如利尿药依托唑啉，仅左旋体( 一) 有利尿作用，而右旋体( + ) 则有抗利尿作用。( 5 ) 有严重副作用的的光学异构体，如反应停( r ) 。对映体起镇静 作用，( s ) 对映体有强烈的致畸作用。 1 2 2 手性药物制备方法 获得手性药物的三个主要途径即从自然界中分离、非对称合成、外消旋体拆 分，具体有如下方法【4 - 6 ：( 1 1 从天然存在的光活性化合物即“手性池”( c h i r a lp 0 0 1 ) 中获得，自然界中本身存在很多手性化合物如萜类、氨基酸、羟基酸、糖类、生 物碱等，这些化合物通常统称为“手性池”。( 2 ) 不对称合成( a s y m m e t r i cs y n t h e s i s ) ， 不对称合成法是在化学催化剂或酶的作用下合成得到单一对映体化合物的方法。 f 3 1 外消旋体拆分，外消旋体拆分是将外消旋体分离得到纯的单一一对映体。 1 3 ( s ) c p b a 的应用与合成研究 c p b a 为n 一氰基一3 一苯氧基苄醇的简称，它是一个手性分子，有( r ) - 和( s ) 一两 种构型，( s ) 氰基一3 一苯氧基= 膏醇简称为( s ) 一c p b a ，同样( r ) ，c l 一氰基- 3 - 苯氧基苄 醇简称为( r ) 一c p b a ，构型如图i i 所示。 掣 g 。圹洲 0 h 移c w ( s ) 一c p b a( r ) - c p b a 图1 1 ( s ) c p b a 和限) 一c p b a 的结构式 1 3 1 ( s ) c p b a 的应用 光学活性氰醇是一类重要的手性中问体，它很容易转化为p 氨基醇、a - 羟基 浙江人学硕j 学位呛文第一章史i ；j j 综述 个类s r j t 3 , 4 j ：( 1 1 无药理活性或药理活性很低的光学异构体，如抗萤药氧氟沙星其 活性主要是( s ) - ( - ) 异构体产生，而( r ) - ( 十) 异构体几无药理活性。( 2 ) 药理活性相等 或相近的光学异构体，如抗凝血药华法林等。( 3 ) 药理活眭不同的光学异构体， 如内氧芬的右旋体( 2 s ，3 r ) 为镇痛蓟，但左旋体( 2 r ，3 s ) 具有镇咳作用。( 4 ) 曲埋活 性相反的光学异构体，如利尿药依托唑啉，仅左旋体( - ) 有利尿作用，向右旋体( + ) 则自抗利尿作用。( 5 ) 有严重副作用的的光学异构体，如反应停( r ) 一刘h 臾体起镇静 作川，f s l _ 对映体有强烈的致畸作用。 1 2 2 手性药物制备方法 获得手性药物的三个主要途径即从自然界中分离、非对称合成、外消旋体拆 分，具体有如下方法4 。6 1 ：( 1 ) 从天然存在的光活性化台物即“下性池”( c h i r a lp 0 0 1 ) 中获得，自然界r h 本身存在很多手性化台物如萜类、氨基酸、羟基酸、糖类、生 物碱等，这些化合物通常统称为“手性池”。( 2 ) 不对称合成( a s y m m e t d cs y n t h e s i s ) ， 不对称合成法是在化学催化剂或酶的作用下台成得到单对映体化合物的方法。 o ) 9 b 消旋体拆分，外消旋体拆分是将外消旋体分离得剑纯的单对职体。 1 3 ( s ) c p b a 的应用与合成研究 c p b a 为n 氰基一3 一苯氧基譬醇的简称，它是一个手性分子，有( r ) - 和( s ) - 两 种构型，f s l m 氰基3 苯氧基苄醇简称为( s ) 一c p b a ，瓦f f c ( r ) 氰基一3 苯氧基苄 醇简称为( r ) - c p b a ，构型如图1 1 所示。 掣o h 9 。国八洲0 、c 产“ (s】cpbalu-cpba 图1 1 ( s ) c p b a 和( r ) 一c p b a 的结构式 1 3 1 ( s ) c p b a 的应用 光学活性氰醇是类苇要的手性中问体，它很容易转化为b 一氨基醇、n 掘基 光学活性氰醇是一类重要的手性中问体，它很容易转化为p 一氨基醇、d 一羟基 浙江大学砸j 学位论史 第一章文献综述 个类别 3 , 4 1 ：( 1 ) 无药理活性或药理活性很低的光学异构体，如抗菌药氧氟沙星其 活性主要是( s ) ( 一) 异构体产牛，而( r ) 一( + ) 异构体几无药理活性。( 2 ) 药理活性相等 或相近的光学异构体，如抗凝血药华法林等。( 3 ) 药理活性不同的光学异构体， 如丙氧芬的右旋体( 2 s ，3 r ) 为镇痛药，但左旋体( 2 r ，3 s ) 具有镇咳作用。( 4 ) 药理活 性相反的光学异构体，如利尿药依托唑啉，仅左旋体( 一) 有利尿作用，而右旋体( + ) 则有抗利尿作用。( 5 ) 有严重副作用的的光学异构体，如反应停( r ) 。对映体起镇静 作用，( s ) 对映体有强烈的致畸作用。 1 2 2 手性药物制备方法 获得手性药物的三个主要途径即从自然界中分离、非对称合成、外消旋体拆 分，具体有如下方法【4 - 6 ：( 1 1 从天然存在的光活性化合物即“手性池”( c h i r a lp 0 0 1 ) 中获得，自然界中本身存在很多手性化合物如萜类、氨基酸、羟基酸、糖类、生 物碱等，这些化合物通常统称为“手性池”。( 2 ) 不对称合成( a s y m m e t r i cs y n t h e s i s ) ， 不对称合成法是在化学催化剂或酶的作用下合成得到单一对映体化合物的方法。 f 3 1 外消旋体拆分，外消旋体拆分是将外消旋体分离得到纯的单一一对映体。 1 3 ( s ) c p b a 的应用与合成研究 c p b a 为n 一氰基一3 一苯氧基苄醇的简称，它是一个手性分子，有( r ) - 和( s ) 一两 种构型，( s ) 氰基一3 一苯氧基= 膏醇简称为( s ) 一c p b a ，同样( r ) ，c l 一氰基- 3 - 苯氧基苄 醇简称为( r ) 一c p b a ，构型如图i i 所示。 掣 g 。圹洲 0 h 移c w ( s ) 一c p b a( r ) - c p b a 图1 1 ( s ) c p b a 和限) 一c p b a 的结构式 1 3 1 ( s ) c p b a 的应用 光学活性氰醇是一类重要的手性中问体，它很容易转化为p 氨基醇、a - 羟基 浙江人学顾 j 学位论文第一章文献综述 酸、m 羟基酮、n 氨基酸等手性物质，因而在医药、农药、精细化工等领域有广 阔的应用前景 7 】。( s ) 一c p b a 主要用于合成具有高活性的拟除虫菊酯杀虫剂，后暂 是根据天然除虫菊酯的化学结构仿生合成的一类具有杀虫作用的化合物，它们具 有高效、低毒、广谱的特点以及对环境压力小的优点，被称为绿色农药，自二十 世纪七十年代以来褥到广泛使用，是目前第三大类杀虫剂，在全球杀虫剂销售额 巾占有量超过2 3 ，仅次于有机磷杀虫剂【8 】。以c p b a 为醇组成结构的拟除虫菊 酯杀虫剂是在上个世纪七十年代初被丌发出来的，由于苯醚基团和氰基的引入， 大大提高了拟除虫菊酯的杀虫活性和光稳定性，从而结束了除虫菊酯不能够旌用 丁二m f l ；i 的历史。随后许多以c p b a 为醇部的拟除虫菊酯被开发出来，目前已商品 化的有数十种，具有代表性有氯氰菊酯，溴氰菊酯，氟氰菊酯，氯氟氰菊酯，戊 氰菊酯，甲氰菊酯，氟胺菊酯，杀螟菊酯等【。c p b a 是一个手性分子它有一个 手性中心两个对映异构体，有许多研究表明，以( s ) c p b a 为醇部的拟除虫菊酯 杀虫活性高，而以f r ) c p b a 为醇部的拟除虫菊酯杀虫活性低甚至没有杀虫活性， 如戊氰菊酯的四个异构体中只有( s s ) 一构型( 图1 2 ) 具有杀虫活性，它的杀虫效力 是一般混旋戊氰菊酯的4 倍【1 0 】，氯氰菊酯有8 个异构体，其中( 1 r ，c i s ，a s ) 构型( 图 1 2 1 的杀虫活性最高【1 l l 。因此为减少农药的用量、提高药效、降低污染、节约成 本，( s ) c p b a 的合成研究具有重要意义，已经有多种以( s c p b a 为醇结构的拟 除虫菊酯杀虫剂在市场e 出售。 h ( 1 r , c i s 。a s ) 氯氰菊酯 ( s s ) - 戊氰菊酯 图1 2 ( s s ) 一戊氰菊酯和( 1 r ，c i s ，a s ) 氯氰菊酯立体构型 1 3 2 ( s ) 一c p b a 的合成研究 非对称合成和消旋体拆分是获得( s ) 一c p b a 的两种途径，其中分别又有不同 的合成方法，早期的研究主要集中在化学合成和拆分，近年来生物制备法逐渐受 衔 浙江人学硕，【j 学位论文 第一章文献综述 到重视，并显示出了极大的优越性，特别是有机相酶催化的应用使( s ) c p b a 酶 法合成与拆分更具有实用性，些成功的酶催化不对称转化方法也已开发出来 【7 l 。 1 、非对称合成 利用手性催化剂催化3 苯氧基苯甲醛( m p b a ) 二| 对称羟氰化可以得到 ( s ) 一c p b a ，这类催化剂有金属复合物、生物碱、多肽、醇腈酶。氢氰酸通常用 作氰基供体，但由于它的毒性，丙酮氰醇作为它的替代物得到应用，三甲基硅氰 也被用来作为氰基供体，反应的通式如图1 3 所示： h 4 - h c n c a t a l y s t f s l - c p b a 图1 33 - 苯氧基苯甲醛( m p b a ) 的非对称羟氰化反应 ( 1 ) 手性金属复合物催化非对称合成 许多手性金属复合物如钛，铝，锡，钇等金属的复合物有不少文献报道用来 催化羟氰化反应，合成手性氰醇。a b i k oa 等人1 1 2 】研究了用手性二茂铁衍生物 ( b m p d ) 与三异丙基钇y ( o i p r ) 3 形成的络合物( b m p d - y 5 ( o ) ( 0 一i - p r ) 1 3 ) 诱导三甲 基硅氰( t m s c n ) 与3 苯氧基苯甲醛硅氰化反应，得到( s ) 构型的产物，反应温度 一7 8 。c ，产率大于9 5 ，光学纯度7 9 ，产物在有机缓冲液中水解即可转化为相 应的氰醇( ( s ) c p b a ) 。 ( 2 ) 生物碱催化非对称合成 利用生物碱非对称催化合成手性氰醇很早就有人进行了尝试，但产物的光学 收率不能令人满意。d a n d ah 等人【1 3 】研究了金鸡纳碱及其与丙烯腈的共聚物催化 m p b a 的非对称羟氰化，在溶剂为甲苯，温度为i o 。c 的条件下，得到的最好结 果是：( s ) c p b a 的得率9 8 ，光学纯度4 6 。 ( 3 ) 多肽催化非对称合成 有多种二肽能够催化醛的羟氰化反应得到手性氰醇，这些二肽均有一个组氨 酸残基，成为一个碱催化齐1 ( b a s ec a t a l y s t ) ，可以催化氰醇的合成，通常( s ，s ) - 二肽催化得到r 一构型氰醇，而( r ，r ) 二肽催化得到的是( s ) 一氰醇【“j 。j a c k s o nw r 4 鲫：旷g扩 o 浙江人学倾l 学位论文 第一章文献综述 等人1 1 5 1 于19 8 4 年研究了多种线性和环状二肽在不同条件下催化m p b a 羟氰化合 成( s ) - c p b a ，发现反应条件的变化对反应结果影响很大，最好的反应结果为 ( s ) c p b a 得率9 3 ，纯度8 8e e 。 ( 4 ) 醇腈酶催化的非对称合成 醇腈酶( o x y n i t r i l a s e s ) 或醇氰裂解酶( h y d r o x y n i t r i l el y a s e s 简称h n l s ) , 是催化氰 醇的合成与分解反应的一类酶，( r ) 一h n l s 催化( r ) 一氰醇的合成与分解，( s ) h n l s 催化( s ) 氰醇的合成与分解。已有不少文献报道利用( s ) h n l s 来非对称合成 ( s 1 一c p b a ，各种反应体系水缓冲液体系，微水有机体系，水有机双相体系均有 研究，些研究实例如表1 1 所示： 表1 1s - h n l s 催化m p b a 非对称羟氰化合成s - c p b a 的研究 2 、消旋体拆分合成 拆分对映体氰醇或氰醇酯是制备手性氰醇的另一种方法，常用拆分方法是动 力学拆分，即通过两个对映异构体参与化学反应的速率的快慢而得到分离，如酶 促拆分方法，氰醇的酶促拆分方法有多种，可以利用醇腈酶直接分解拆分，也可 以利用脂肪酶催化选择性酯化进行拆分，还可以将氰醇转化成酯再利用脂肪酶或 酯酶选择性水解或转酯化进行拆分，还有一种常见方法是非对映体法拆分，即对 映体与一手性拆分试剂反应生成一对非对映体，然后根据非对映体的理化性质的 差异进行分离【捌。 浙江人学硕i j 学位论文 第章文献综述 ( 1 ) 非对映体法拆分 最早利用非对映体法拆分合成( s ) 一c p b a 的方法在1 9 7 1 年被开发出来，其过 程是：首先将消旋的c p b a 与琥珀酸反应，生成c p b a 一琥珀酸单酯，该单酯接 着与手性生物碱( + ) 麻黄碱反应，形成一对非对映体盐，根据该非对映体盐的溶 解度不同，分离出( s ) ( + ) 一构型盐，再酸化盐得到( s ) 一构型单酯，接着水解就得到 ( s ) 构型氰醇【2 3 】。 ( 2 ) 醇腈酶催化分解拆分 ( s ) 一醇腈酶可以用来催化合成( s ) 一氰醇，但其来源有限，且对映体选择性通 常较低。而限) 一醇腈酶特别是p a h n l 大量存在于杏仁中，且其选择性通常较高， 因此利用( r ) 一h n l 来分解氓) 氰醇，拆分消旋氰醇，制备( s ) - c p b a 受到人们的重 视。 ( 3 ) 脂肪酶水解拆分 消旋氰醇被转化成氰醇羧酸酯，然后利用脂肪酶，酯酶或微生物催化水解， 由于酶的选择性作用，可以进行对映体的分离。不同来源的脂肪酶选择性有可能 是不一样的，因此不同的酶催化得到的水解产物构型也会有所不同，如其乙酸酯 ( c p b a c ) 的酶催化水解拆分反应过程如图1 4 所示： 7 “? “l l p a e e a e 2 0 尹 l j c 一1 ；石一n 丽广7 。 图1 4 脂肪酶催化选择性水解合成( s ) 一c p b a 对c p b a 进行酯化水解拆分的研究很早就有人报道，住友化学公司在1 9 8 4 年申请了3 篇专利【2 5 - 2 ”，详细介绍了利用酶或微生物选择性水解c p b a 的羧酸 酯制备( s ) c p b a ，a r t h r o b a c t e r 酯酶和c h r o m o b a c t e r i u m 脂肪酶在乙酸缓冲液中 水解得到f s ) 一c p b a ，纯度分别达到9 7 e c 和1 0 0 e c ，微生物b r e v i b a c t e r i u m a m m o n i a g e n e s l f 0 1 2 0 7 2 水解效果则不如前两者，产物( s ) 一c p b a 纯度为 7 8 4 e e 。m a t s u on 等人【2 8 】在1 9 9 1 年研究了利用多达数十种不同来源的微生物 酯酶，催化c p b a 的一系列饱和或不饱和、卤代或非卤代、芳香族或脂肪族的 浙江大学硕- j j 学位论史第一章文献综述 羧酸酯非对称水解，在p h 3 5 6 0 ，2 0 5 0 。c 条件卜，水解产物中( s ) - c p b a 含量 均超过7 3 t 2 。m i t s u d os 等人 2 9 l 则对c p b a c 的酶催化对映体选择性水解进行了 详细研究，考察了6 种不同来源脂肪酶催化的水解反应，反应在酸性水缓冲液中 进行，反应结果表明c a n d i d ay l i n d r a c e a 脂肪酶优先水解( r ) 一c p b a c ，而其他脂 肪酶则优先水解( s ) 一c p b a c ，其中a r t h r o b a c t e rs p 脂肪酶催化水解效果最好，反 应水解率为4 9 ，e e ，值为9 9 8 ，e 值人于3 0 0 0 。他们对影响a r t h r o b a c t e rs p 的选择性水解作用的各种因素进行了更为洋细的研究，结果表明p h 值从7 变化 到3 5 对酶的催化活力影响不大，但在p h 值大于5 0 的条件下水解产物( s ) 一c p b a 会自发分解成m p b a 温度升高水解速率加快，在5 0 。c 条件下，没有观察到酶 的热失活，但产物的分解加快，动力学研究表明r 构型的氰醇酯是s 一构型氰醇 酯的竞争性抑制剂，脂肪酶固定在d u o l i t es - 7 6 1 或d u o l i t es - 7 6 1 树脂载体上催 化活力和选择性略有下降，但固定化酶可以进行重复利用则是一个有利因素。 ( 4 ) 脂肪酶催化选择性转酯化拆分 氰醇与某种酯在脂肪酶作用下选择性转酯化也可以达到拆分目的。由于转酯 化是一个可逆反应，为了使反应向产物生成方向进行，烯醇酯如乙酸乙烯酯，乙 酸异丙烯酯等得到广泛应用，因为反应产物烯醇不稳定会迅速转化为醛或酮，这 样使反应不可逆。c p b a 与烯醇酯非对称转酯化反应式如图1 5 所示： l i p a s 0 a c r 入c 。+ ( s l - c p b a c f r 、c p b a 图1 5 酶催化非对称酯化拆分合成( s ) c p b a h s us h 等人在1 9 9 0 年研究了利用x a d 8 固定p s e u d o m o n a ss p 脂肪酶 催化c p b a 与己酸乙烯酯在甲基叔丁基醚中非对称转酯化反应，2 8 。c 下，反应 5 7 h r ，转化率达到4 1 ，产物( s ) c p b a c 光学纯度9 0 。l n a g a k im 等人1 3 1 j 在1 9 9 1 年开发了一种所谓一锅化合成( s ) c p b a 的方法，将树腊催化对映体c p b a 的合 成、非对称转酯化拆分、无效异构体的消旋同时进行，这样达到高效率转化，产 物纯度也较高，其反应如图1 6 。他们对1 4 种不同树脂的催化效果进行了考察， 结果发现树脂a m b e r l i t ei r a - 9 0 4 ( t s o - ) 、a m b e d i t ei r a 一9 0 4 ( c v ) 以及树脂 a m b e r l y s ta 2 1 、a m b e r l y s ti r a 一4 0 0 没有表现出催化活力，而树脂a m b e r l y s t 7 一 哗 浙江人学顾上学位论文 第一章文献综述 a - 2 7 、d u o l i t e a 1 6 2 ( o r r ) 、d u o l i t e a - 1 6 2 ( a c o ) 以及交换离子分别为o h 一，c 0 3 2 ， c n ，h c 0 3 ，a c o 一，r b i n a p h t o l 、s b i n a p h t o l 的a m b e r l i t ei r a 9 0 4 树脂催化 效果相差不大，反应不到3 h r ，产物的得率均在7 0 9 0 之问，e e 值在8 0 9 4 之问，反应的最高得率达到9 6 ，最高光学纯度达到9 1 e e 。他们认为从 实用的观点来看应用弱碱性树脂如a m b e r l i t e ( a c o 一) ，a m b e r l i t e ( h c 0 3 一) 更为合理， 因为它们更易制备，也更稳定。 o r 么， m p b a a n i o ne x c h a n g er e s i n ；i 2 = = = = = = = = = = = = = = ( r ，s ) - c p b a 。 八n 图1 6 化学一酶催化一锅化合成( s ) 一c p b a 朱颖1 3 2 】和章亭洲【3 3 】也对这一方法进行了研究，结果不是很理想，一方面是 反应时间长转化率低，另一方面是产物的e , e 值不高。 ( 5 ) 脂肪酶催化非对称醇解拆分 先将消旋的c p b a 转化为消旋氰醇酯，或直接合成c p b a c ，然后在脂肪酶 的作用下与醇发生选择性醇解从而达到拆分目的，反应式如s c h e m e1 所示。 r o o sj 等人【h l 研究了利用脂肪酶p 在f 己烷和二氯甲烷两种溶剂中催化非 对称醇解拆分c p b a c ，他们发现用p h 4 5 的乙酸钠缓冲液处理的硅藻土固定脂 肪酶催化效果较好，反应最好的结果为转化率4 9 ，产物( s ) c p b a 的e e 值 9 9 。f i s h m a n 等人用固定化脂肪酶p 在异丙醚中催化拆分c p b a c ，考察了温 度和溶剂水含量等因素对反应的影响，转酯化反应的最好结果为转化率为4 6 ， e e 值 9 6 。我国学者李玉新也做了类似的研究p q ，在最优条件下脂肪酶b 在 甲苯中催化反应的转化率为4 9 4 ，产物e e 为9 7 2 。f a d n a v i sn w 等人p “ 则研究了利用微胶囊固定化脂肪酶在正己烷中催化c p b a 的丁酸酯与正丁醇非 对称转酯化，得到( s ) 一c p b a ，反应结果也较好( e e 9 8 ) 。 3 、( s ) c p b a 合成方法评价 如前所述，近儿十年来国内外已开发出不少合成( s ) 一c p b a 的方法，并且都 有实例报道，现对各种合成方法的优劣以及应用前景比较如下：( 1 ) 化学催化非 对称合成方法一般反应效率较高，但往往产物纯度低，需要特殊的催化剂，制备 8 州火 浙江大学硕十学位论文第一章文献综述 复杂；( 2 ) ( s ) 一醇腈酶催化非对称合成方法一步反应得到( s ) 一氰醇，合成效率高， 产物纯度也较高，但( s ) 一醇腈酶来源于植物，大量供应困难，虽然基因重组技术 为大规模生产( s ) 醇腈酶带来了希望，但它的工业化生产尚需时日。( 3 ) 化学拆分 需要特殊的拆分试剂，往往反应步骤较多，过程复杂，拆分试剂本身就是一个手 性分子，合成与纯化成本高。( 4 ) ( r ) 一醇腈酶分解拆分方法需要的( r ) - 醇腈酶来源 于植物，不能大量供应，而且反应巾无效对映体被浪费。( 5 ) 选择性水解拆分的 不足在于c p b a c 在水溶液巾的溶解度不高，不利于大规模生产，并且在水溶液 中产物氰醇容易分解。( 6 ) 选择性转酯化拆分方法能够实现c p b a 的高选择性拆 分，缺点是得到的产物( s ) c p b a c 需要再通过反应转化为相应( s ) c p b a ，如图 1 7 所示【3 1 】。( 7 ) 非对称醇解反应可以得到高纯度的( s ) c p b a ，产物可以分离或直 接应用，无效对映体( r ) c p b a c 经消旋后，可再次拆分，如s c h e m e1 所示。综 合看来，通过有机相中脂肪酶催化的醇解反应合成( s ) c p b a 无疑是一种合理的 选择。 o a c 。r 嘣 (s)cpbac)(s)-cpba) 图1 7 ( s ) c p b a 的乙酸酯( ( s ) 一c p b a c ) 篚j 脱酰基化反应 1 4c p b a 和c p b a c 的分离研究 在有机相巾，由脂肪酶催化的c p b a c 的非对称醇解拆分反应可以获得高纯度 的( s ) c p b a ，但是保证该拆分反应能够循环进行的关键步骤就是有效地分离 ( s 1 一c p b a 和( r ) c p b a c ，因而涉及至i j c p b a $ 1 1 c p b a c 的分离问题。c p b a c l l 较稳 定，不易分解。但是c p b a 的性质不稳定【3 8 】，易于分解，影响较大的因素是温度 和水相的p h 值。在温度较高( 比如大于- 6 0 。c ) 或者碱性的条件下，c p b a 易于分解 为问苯氧基苯甲醛( m p b a l 。m i t s u d as 和h i r o h a r ah 【3 9 i 在用酯酶催化消旋的 c p b a 的酯，进行不对称水解反应制备( s ) 一c p b a 时，控制反应温度低于6 5 。c ，水 相的d h 值不大于7 ，以防止c p b a 分解。 ，| = f j 常用的一些分离方法，如蒸馏、结晶和层析去提纯光学纯的c p b a 时， 9 呻；眵 浙江大学顾士学位论文 第一章文献综述 c p b a 会发生显著的分解或者消旋反应 4 0 i 。m i t s u d as 和h i r o h a i ah 1 3 9 1 在用硅胶层 析分离( s ) - c p b a 及其( r ) 一型的酯时，先用环己烷：二乙醚( 9 4 ：6 ) 洗脱除去酯，再 用甲醇( 含有痕量的邻甲苯磺酸) 洗脱，可以得到纯的( s ) c p b a ，但是在分离过程 中，c p b a 发生了分解。c h r i s o c h o o ua a 等人测定了i 元体系 c 0 2 + c p b a + c p b a c 在3 1 3 1 5 k 和2 0 0 m p a 下的相平衡数据，结果表明可以用超级 临界萃取分馏的方法去分离c p b a 和c p b a c 。但是他们没有进一步做实际的分离 实验。基于c p b a 的不稳定性原因，f i s h m a na 和z v i l ym 【柏j 选择用冷正己烷 ( 0 - 4 ) 作为萃取剂，以液一液萃取的方法，利用c p b a 和c p b a c 在正己烷中溶 解度的不同去分离( s ) c p b a 年i i ( r ) c p b a c 。经过三次萃取后，所得到的c p b a 和 c p b a c 的纯度都不高，分别仅为8 0 5 ( m 0 1 ) 矛1 1 7 3 6 ( m 0 1 ) ，而且在萃取分离的过 程中，正己烷的用量很大，萃取分离的效率较低。本文正是在f i s h m a n a , l l z v i l y m 的研究基础上，对多种两相萃取体系进行筛选，最后确定了一种较好的萃取 体系去分离c p b a 和c p b a c ，提高了萃取分离的效率。 1 5 液一液萃取方法简介 1 5 1 液一液萃取和萃取循环 液一液萃取( l i q u i d l i q u i de x t r a c t i o n ) 也称为溶剂萃取( s o l v e n te x t r a c t i o n ) ，简 称为萃取或抽提，是一种重要的化工单元操作。在液一液萃取过程中，一个液态 溶液中的一个或多个组分( 溶质) 被萃取进第二个液态溶液，而上述的的两个溶液 是互不相溶或仅仅部分互溶的。所以，萃取过程是溶质在两个液相之间重新分配 的过程，即通过相际传递来达到分离和提纯的同的。 萃取过程和吸收、精馏、干燥、结晶等过程一样，都是属于两相之间的传质 过程，也就是物质从一相转入到另一相的过程。所谓“相”，就是体系中具有相 同的物理性质和化学组成的均匀部分。相与相之间有界面，可以用机械的方法将 两相分开。一般所讲的“萃取”，通常是指液一液萃取过程。要实现液一液萃取 过程，进行接触的两种液体必须能够形成两相，即它们必须是互不混溶或基本上 互不混溶的，因此，可以进一步把液一液萃取过程定义为物质从一液相转入到与 其不互溶的另一液相的传质过程。当一液相是水溶液，另一一液相是有机溶剂时， 1 0 浙江大学硕i ：学位论文 第一荜文献综述 前者被称为水相，后者被称为有机相。两相经混合接触日l h i l 实现物质从水相转入 到有机相的萃耿过程。 有物质从水相转入到有机相的萃取过程，就必然有和它相反的过程，即物质 从有机相返回到水相的过程，这就叫做反萃取过程。为了达到有效地分离纯化的 目的，在萃取步骤之后，常引入洗涤处理步骤，即用一定组成的水相洗涤液和萃 得的有机相进行接触，以洗涤去除和被萃取组分超被萃入有机相的其它组分和 杂质。 通常，萃取、洗涤、反萃取三个处理步骤组成一个使被萃取组分从水相进入 有机相，其后再从有机相返同到水褶的完整的萃取循环过程。 1 5 2 液一液萃取过程的特点 同精馏和吸收过程相比，虽然同属化工分离单元过程，液一液萃耿过程具有 以下的特点： f 1 1 萃取过程中相互接触的两相均为液相，在萃取设备中此两相应先进行紧 密接触，以加强并完成传质过程，然后又必须依靠两相之问的密度差或外界输入 能量进行两相的分离。 ( 2 ) 萃取过程中的两液相闻的密度差、界面张力以及两液相的粘度等物理性 质是十分重要的因素，水相和有机相对设备材质的亲和性有时也 是一个重要的考虑因素。一个用于气液接触效率很高的设备，如用于液液接触操 作，往往显得效率不高。以填料塔为例，目前所用的一些新型材料，如p a l l 环和 i n t a l o x 填料等实际上是根据气液传质过程的特点而开发的。然而，液一液萃取与 气液传质过