专利名称：一种酶催化过氧化氢氧化油酸制备壬二酸的方法
技术领域：
本发明涉及一种脂肪酶催化过氧化氢氧化制备壬二酸的方法。
背景技术：
壬二酸又叫杜驟花酸，是一种白色至微黄色单斜棱晶、针状晶体或粉
末。分子式为C9H1604，分子量188. 22，比重1. 0291 (4°C)、 1. 225 (25 °C)，熔点106. 5°C，沸点286. 5°C (13. 33kPa)，折射率1. 4303 (111 °C)，易溶于热水、热苯及醇，微溶于水、醚和苯。 壬二酸是一种中长链二元酸，是重要的有机合成中间体。随着科学技 术的发展，壬二酸衍生物的应用市场越来越广阔。根据统计，壬二酸 最主要的用途是用来合成壬二酸二辛酯(DOZ)增塑剂，其次分别用 于合成香料、润滑油和聚酰胺等产品(应用化工，2005， 34(1): 48-50 或EngChemRes， 2000， 39:2766-2771)。
除了上述用途外，近年来随着电子工业的发展，发瑰壬二酸具有优越 的电性能在电容器制造中，用电容级壬二酸制的赋能液氧化能力强， 赋能效果好，比容高，漏电流少，而且材料用得少，可使电解电容器 体积更小、容量更大、成本低和寿命长。(精细化工， 1994， 11 (1) :56-58)。
壬二酸还被用于皮肤病的防治。临床上已用于治疗座疮、酒糟鼻、 黄褐斑和皮肤色素沉着过多症(中国医院药学杂志， 2002， 22(4) :242-243)。
它的生产及制备一是以油酸、亚油酸、蓖麻油等脂肪酸为原料， 臭氧、过氧化氢等氧化剂氧化而得；二是由相应的二元醇或二元醛氧 化制得。还可以用微生物发酵氧化法使正垸烃转化为二元羧酸。其中
以油酸为原料的过氧化氢氧化法制备壬二酸，弓l起了人们极大兴趣。 油酸在有效的催化剂体系作用下，首先氧化生成环氧化合物，接 着环氧化合物开环生成9， IO—二羟基硬脂酸；双羟基化合物经氧化 裂解反应生成壬酸和壬二酸。在过氧化氢氧化油酸的过程中，也有可 能形成含羟基、环氧基团和羟醛等基团的反应中间体混合物，这些中 间产物在催化剂的作用下进一步氧化，发生碳碳键的氧化裂解反应， 得到壬酸和壬二酸。同时，伴随着氧化降解反应，还生成了短链的单 羧酸和二元羧酸。本发明的合成路线如下
/C02H C02H H02、 zC02H
H1768(CH2)7 C8H17Z + 、CH2)7
nov 435
0\ CO，H ,21 。H
H17C8 (CH2)7
E. Santacesaria等人采用的方法是将钨酸作催化剂双氧水氧化 所产生的产物倒入高压釜，并加入溶有1. 2克四水乙酸钴的300mL蒸 馏水，并加热到7(TC，通入15个大气压的氧气和30个大气压的氮 气促使9， 10-二羟基硬脂酸的氧化裂解(Catalysis Today, 2003， 79-80:59-65)。 .
世界专利WO 9410122采用的一种方法是以钨酸、钼酸或其碱 金属或碱土金属盐作为催化剂，50-70%双氧水氧化得到的9， 10-二 羟基中间产物加入高压釜，加入乙酸钴的水溶液，加压到70个大气 压，在66。C的温度下反应4. 5小时，冷却分离纯化得产率为75%壬二 酸和和产率为75. 4%的壬酸。
S.E.Turnwald等人采用的方法是在一种新的催化剂PCWP作用 下，加热油酸和催化剂，并在反应开始前和反应进行的不同时间段分
批加入过氧化氢，2小时内壬二酸的产率为16%， 5h时32y。， 10小时 为37% (Journal of materials science letters, 1998， 17:1305 -1307)。
欧洲专利EP 122804采用40%双氧水为氧化剂，在 [(C晶7)3NCH3]3PW4022催化下，并加入l， 2-二氯乙烷作为溶剂，在8(TC 反应5小时，得收率83%的壬二酸和66%的壬酸 .
丹麦专利DE 2144015中利用70%的&02使乙酸转化为过氧乙酸， 再以CH3C00N(CH3)2为溶剂，在(CH3C00)2Co存在下，氧化9， 10-二羟 基硬脂酸得到反应混合物，再经氧气氧化得到壬二酸和壬酸。
另外一些过氧化氢氧化油酸的反应涉及到了两步反应，但并没有 严格的分开，如M. chael A等人将钨酸作为催化剂60%双氧水氧化 得到的9， 10-二羟基未经提纯直接到入高压釜，并加入300毫升溶 有1.2克水合乙酸钴的蒸馏水，加压到70个大气压，在66'C的温度 下反应4.5小时，冷却到50。C，并将水相与油相分离，包含钴盐的 水相可以作以后的实验用，油相采用9(TC蒸馏水萃取并结晶得到壬 二酸，有机相进行减压蒸馏得到壬酸，减压蒸馏剩下的液体用氢氧化 钠溶液在9CTC皂化，酸化后可进一步得到壬二酸和壬酸，最终得到 产率为75%的壬二酸和75.4%的壬酸(Journal of Molocular Catalysis: Chemical, 1999， 150:105—111)。
利用&02作为氧化齐1」，实现绿色氧化最近颇受关注，2001年Nobel 化学奖得主之一的Noyori教授最近介绍了他们研究小组利用H必为 氧化剂，w的配合物作为均相催化剂，在相转移催化剂季铵亚硫酸盐 存在下实现氧化反应的情况，并在这方面进行了系统的研究 (Chem. Co腿un. 2003, 1977)
Kamata等由于其开发的多金属氧酸盐[r-SiW^Ck (H202) 2] 4-催化剂 可将HA的利用率超过99%，得以发表在Science上(Science 2003， 300， 964)。
H202中活性氧含量高，氧化性较之分子氧，所以它在绿色氧化中，
是对分子氧的一个重要补充，是一种优良的氧化剂。与HN03、 KMn04 或0504或03等氧化剂相比，它具有价格低、污染小、来源丰富、无 毒无味、还原副产物只生成水、使用安全、操作简便以及选择性和收 率高等优点，很符合现在所提倡的绿色化学工业的要求，并已广泛应 用于有机物的合成、污水处理等方面。因此可作为将来工业化生产的 首选，国内外对此方法相当重视。
中科院兰化所的宋河远等以50%过氧化氢为氧化剂，钨化合物 为催化剂，反应温度为95-100。C，以三辛基甲基氯化铵(TOMAC)和双 十八烷基二甲基氯化铵(DOD—MAC)为相转移试剂的条件下合成了壬 二酸，反应时间为8h时，反应转化率为100%，对壬二酸的选择性 达到91.5%。
微波加热是一种与常规加热不同，其表面和内部同时进行的体系 加热手段，不需要热的传导和对流，不依赖于温度梯度的推动，体系 受热均匀，升温迅速；在化学反应中可以极大地提高反应速度，降低 了反应的活化能，改变了反应动力学行为，显示出其反应迅速、完全、 收率高、选择性好等优点。新疆理化所2002级硕士生高军军等在微 波条件下，以钨酸作催化剂，50%的过氧化氢氧化法合成了壬二酸， 反应2h，收率可达74.6%，纯度可达97. 76% (化学世界，2005， 12: 678-681)。
中科院新疆理化所阿依夏木等利用疏水性离子液体BMIMPFs做溶 剂，钨酸做催化剂，用50°/。过氧化氢氧化油酸(相对含量为7390，通 过两步法最终得到产物收率为39%,纯度为98%的壬二酸产品。(化工 进展，2007， 26(7): 1027-1031)。
本发明在已有的壬二酸合成工作基础上，选择低浓度的绿色清洁 氧化剂过氧化氢为油酸氧化合成壬二酸的氧化剂，进一步探索并实现 了脂肪酶催化制备9， 10-二羟基硬脂酸和壬二酸的方法，该方法与
已有技术相比较有明显的技术进步和不同。
发明内容
本发明目的在于，克服现有技术的不足而提供一种酶催化过氧化 氢氧化法制备壬二酸的方法。该方法将油酸，脂肪酶，溶剂，搅拌混 合均匀，室温滴加过氧化氢溶液进行反应，滤出催化剂脂肪酶，旋转 蒸发回收溶剂，采用乙酸乙酯重结晶即可得到9， 10-二羟基硬脂酸；
在将9， 10-二羟基硬脂酸的油相中加入过氧乙酸混合溶液，反应结束
后旋转蒸发除去溶剂，经萃取、过滤、烘干，从反应液中提取得到产 物壬二酸和副产物壬酸。
本发明所述的一种催化氧化体系制备壬二酸的方法，按下列步骤
进行
a、 首先制备9，10-二羟基硬脂酸
将油酸，脂肪酶及甲苯质量比1:0.01-5:1.2-5搅拌混合均匀， 滴加过氧化氢溶液，在1—6小时内滴加完成，在室温下反应10—24 小时，过滤回收脂肪酶，旋转蒸发并回收溶剂，采用乙酸乙酯重结晶 得到9， 10-二羟基硬脂酸；
b、 壬二酸的合成
在装有9， 10-二羟基硬脂酸的容器中加入过氧乙酸混合溶液，在 温度90-IO(TC反应2-6小时，反应结束后旋转蒸发除去溶剂，经萃 取、过滤、烘干，从反应液中提取得到产物壬二酸和副产物壬酸。 步骤a所采用的催化剂为脂肪酶nov435。 步骤a过氧化氢的浓度为8-60%。 步骤a过氧化氢的加入量质量比为油酸的1-4倍。 步骤b过氧乙酸混合液为过氧乙酸、过氧化氢、乙酸、水和硫酸 的混合液。
步骤b过氧乙酸混合液中各组分的比例为以步骤a中的油酸为 基数，与过氧乙酸混合液中的过氧乙酸、过氧化氢、乙酸、水和硫酸 的质量比为1:0. 5-3:0. 5-3:1-4:0. 5-3:0. 01-0. 3。
该方法与诸多的己有技术相比，本发明工艺清洁，环境友好，不 污染环境，第一步环氧化反应无需加热、加入高浓度过氧化氢及加热 贵金属催化剂，不需要长时间通氧气，臭氧，反应中不需要高压，反 应完毕后脂肪酶可以回收重复使用，实施条件简单，便于进行规模化 生产。
本发明的特点是采用了 一种的酶催化氧化体系，在此体系中氧化
剂为过氧化氢和过氧乙酸；溶剂乙酸可以回收重复利用；本发明与已
有技术相比，具有以下几个特点(1)催化剂脂肪酶nov435，可以重
复使用6-10次；(2)环氧化一-裂解反应中所用的过氧化氢的浓度为
20-30%，实现了低浓度过氧化氢的高效利用；(3)产品壬二酸的产率
较高，最高可达70% (以油酸计)；(4)采用提纯后的中间产物作为反
应物可以得到纯度很高，晶型很好的壬二酸产物；(5)反应过程简单，
反应中不需要高压，无需贵金属催化剂，更不需要长时间通氧气；(6)
过氧化氢反应后转化为水，过氧乙酸转化为乙酸，并可以回收重复利
用。 .
与冊04为催化剂(Catalysis Today, 2003, 79-80:59-65);以
鸨酸、钼酸或其碱金属或碱土金属盐作为催化剂(世界专利W0 9410122)的方法，采用[(CsH丄NCH3]3PW4022催化下合成壬二酸(欧洲 专利EP122804)禾口[(n—C8H17)3NCH3]3_{P04[w(0) (02) 2]4}为催化剂得 到壬酸和壬二酸的方法以及中科院兰化所的宋河远等使用一三辛基 甲基氯化铵(T0MAC)和双十八垸基二甲基氯化铵(D0D—MAC)为相转移 试剂的条件下合成了壬二酸的方法相比，酶催化过氧化氢氧化是一种 不污染环境，工艺清洁，选择性高，便于规模化生产的方法。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
a、 9， 10-二羟基硬脂酸的制备
将油酸，脂肪酶nov435及甲苯按照1:0. 01:1. 2 (质量比)搅拌混 合均匀，滴加与油酸等量的浓度为8%过氧化氢溶液，在2小时内滴 加完成，在室温下反应10小时，过滤回收脂肪酶nov435，旋转蒸发 并回收溶剂，采用乙酸乙酯重结晶得到9， 10-二羟基硬脂酸；
b、 壬二酸的合成
在装有9， 10-二羟基硬脂酸的容器中加入过氧乙酸混合溶液，过 氧乙酸混合液的加入量为(质量比)以步骤a油酸为基数，油酸:过氧 乙酸过氧化氢乙酸水:硫酸=1:3:0. 5:2:0. 5:0. 01，在温度90。C反 应2小时，反应结束后旋转蒸发除去溶剂，从反应液中提取得到产物 壬二酸和副产物壬酸；
将反应混合物热水萃取5次，在0-5-C置冷过夜，减压抽滤除水， 得到白色结晶物。水相合并后再次旋转蒸发除去部分水，置于冰箱重 结晶又可得到8%的产物，滤饼在6(TC烘干，测其熔点为95-100。C， 壬二酸总收率为50% (按油酸计)。
实施例2
a、 9， 10-二羟基硬脂酸的制备
将油酸，脂肪酶nov435及甲苯按照1:0. l:2(质量比)搅拌混合 均匀，滴加与油酸量1. 5倍的浓度为20%过氧化氢溶液，在3小时 内滴加完成，在室温下反应14小时，过滤回收脂肪酶，旋转蒸发并 回收溶剂，采用乙酸乙酯重结晶得到9， 10-二羟基硬脂酸；
b、 壬二酸的合成
在装有9， 10-二羟基硬脂酸的容器中加入过氧乙酸混合溶液，过 氧乙酸混合液的加入量为(质量比)以步骤a油酸为基数，油酸:过氧 乙酸过氧化氢乙酸水:硫酸=1: 0.5:2:2:1.5:0.3，在温度92。C反 应3小时，反应结束后旋转蒸发除去溶剂，从反应液中提取得到产物 壬二酸和副产物壬酸；
将反应混合物热水萃取4次、在0-5"C置冷过夜，减压抽滤除水、 得到白色结晶物。水相合并后再次旋转蒸发除去部分水，置于冰箱重 结晶又可得到10%的产物，滤饼在6(TC烘干，测其熔点为100-103°C， 壬二酸总收率为62% (按油酸计)。
实施例3
a、 9， 10-二羟基硬脂酸的制备 '
将油酸，脂肪酶nov435及甲苯按照1:1.0:3(质量比)搅拌混合 均匀，滴加与油酸2倍(质量比)的浓度为40%过氧化氢溶液，在4 小时内滴加完成，在室温下反应18小时，过滤回收脂肪酶，旋转蒸 发并回收溶剂，采用乙酸乙酯重结晶得到9， 10-二羟基硬脂酸；
b、 壬二酸的合成
在装有9， 10-二羟基硬脂酸的容器中加入过氧乙酸混合溶液，过 氧乙酸混合液的加入量为(质量比)以步骤a油酸为基数，油酸:过氧 乙酸过氧化氢乙酸水硫酸=1:1.5:3:1:2.5:0. l.，在温度95。C反 应3.5小时，反应结束后旋转蒸发除去溶剂，从反应液中提取得到产 物壬二酸和副产物壬酸；
将反应混合物热水萃取6次，在0-5'C置冷过夜，减压抽滤除水，
得到白色结晶物，水相合并后再次旋转蒸发除去部分水，置于冰箱重 结晶又可得到9%的产物，滤饼在6(TC烘干，测其熔点为10卜105°C， 壬二酸总收率为63% (按油酸计)。 实施例4
a、 9， 10-二羟基硬脂酸的制备
将油酸，脂肪酶nov435及甲苯按照1:1.5:3.5(质量比)搅拌混 合均匀，滴加与油酸2.5倍(质量比)的浓度为50%过氧化氢溶液， 在3.5小时内滴加完成，在室温下反应20小时，过滤回收脂肪酶， 旋转蒸发并回收溶剂，采用乙酸乙酯重结晶得到9， 10-二羟基硬脂酸;
b、 壬二酸的合成
在装有9， 10-二羟基硬脂酸的容器中加入过氧乙酸混合溶液，过 氧乙酸混合液的加入量为(质量比)以步骤a油酸为基数，油酸:过氧 乙酸过氧化氢乙酸水:硫酸=1:2:2.5:4:2:0. 1，在温度95。C反应4 小时，反应结束后旋转蒸发除去溶剂，从反应液中提取得到产物壬二 酸和副产物壬酸；
将反应混合物热水萃取4次、在0-5'C置冷过夜，减压抽滤除水、 得到白色结晶物。水相合并后再次旋转蒸发除去部分水，置于冰箱重 结晶又可得到7%的产物，滤饼在60'C烘干，测其熔点为103-105°C， 壬二酸总收率为67% (按油酸计)。
实施例5
a、 9， 10-二羟基硬脂酸的制备
将油酸，脂肪酶nov435及甲苯按照l:3:4(质量比)搅拌混合均匀， 滴加与油酸3倍(质量比)的浓度为55%过氧化氢溶液，在4小时 内滴加完成，在室温下反应24小时，过滤回收脂肪酶，旋转蒸发并 回收溶剂，采用乙酸乙酯重结晶得到9， 10-二羟基硬脂酸；
b、 壬二酸的合成
在装有9， 10-二羟基硬脂酸的容器中加入过氧乙酸混合溶液，过 氧乙酸混合液的加入量为(质量比)以步骤a油酸为基数，油酸:过氧 乙酸过氧化氢乙酸水硫酸=1:2:3:3:3:0. 1，在温度98。C反应5 小时，反应结束后旋转蒸发除去溶剂，从反应液中提取得到产物壬二 酸和副产物壬酸；
将反应混合物热水萃取4次、在0-5'C置冷过夜，减压抽滤除水、 得到白色结晶物。水相合并后再次旋转蒸发除去部分水，置于冰箱重 结晶又可得到10%的产物，滤饼在6(TC烘干，测其熔点为103-105°C， 壬二酸总收率为70% (按油酸计)。
实施例6 .
a、 9， 10-二羟基硬脂酸的制备
将油酸，脂肪酶nov435及甲苯按照l:5:5(质量比)搅拌混合均 匀，滴加与油酸4倍(质量比)的浓度为60%过氧化氢溶液，在6 小时内滴加完成，在室温下反应24小时，过滤回收脂肪酶，旋转蒸 发并回收溶剂，采用乙酸乙酯重结晶得到9， 10-二羟基硬脂酸；
b、壬二酸的合成
在装有9， 10-二羟基硬脂酸的容器中加入过氧乙酸混合溶液，过 氧乙酸混合液的加入量为(质量比)以步骤a油酸为基数，油酸:过氧 乙酸过氧化氢乙酸水硫酸=1:3:2.5:4:3:0.3，在温度IO(TC反应 6小时，反应结束后旋转蒸发除去溶剂，从反应液中提取得到产物壬 二酸和副产物壬酸；
将反应混合物热水萃取5次、在0-5"C置冷过夜，减压抽滤除水、 得到白色结晶物。水相合并后再次旋转蒸发除去部分水，置于冰箱重 结晶又可得到11%的产物，滤饼在6(TC烘干，测其熔点为103-105°C， 壬二酸总收率为70% (按油酸计)。
权利要求
1、一种脂肪酶催化过氧化氢氧化体系制备壬二酸的方法，其特征在于按下列步骤进行a、首先制备9，10-二羟基硬脂酸将油酸，脂肪酶及甲苯质量比1∶0.01-5∶1.2-5搅拌混合均匀，滴加过氧化氢溶液，在1-6小时内滴加完成，在室温下反应10-24小时，过滤回收脂肪酶，旋转蒸发并回收溶剂，采用乙酸乙酯重结晶得到9，10-二羟基硬脂酸；b、壬二酸的合成在装有9，10-二羟基硬脂酸的容器中加入过氧乙酸混合溶液，在温度90-100℃反应2-6小时，反应结束后旋转蒸发除去溶剂，经萃取、过滤、烘干，从反应液中提取得到产物壬二酸和副产物壬酸。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a所采用的催 化剂为脂肪酶nov435。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a过氧化氢的 浓度为8-60%。
4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a过氧化氢的 加入量质量比为油酸的1-4倍。
5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b过氧乙酸混 合液为过氧乙酸、过氧化氢、乙酸、水和硫酸的混合液。
6、 根据权利要求1和5所述的方法，其特征在于步骤b过氧乙 酸混合液中各组分的比例为以步骤a中的油酸为基数，与过氧乙酸 混合液中的过氧乙酸、过氧化氢、乙酸、水和硫酸的质量比为 1:0. 5-3:0. 5-3:1-4:0. 5—3:0. 01—0. 3 。
全文摘要
本发明涉及一种酶催化氧化体系制备壬二酸的方法，该方法将油酸，脂肪酶，溶剂搅拌混合均匀，滴加过氧化氢溶液，室温反应，过滤并回收催化剂，旋转蒸发回收溶剂，采用乙酸乙酯重结晶便可得到9，10-二羟基硬脂酸；在将9，10-二羟基硬脂酸的油相中加入过氧乙酸溶液，经萃取、过滤、烘干即可得到产物壬二酸。壬二酸的产率最高可达60-70％(以油酸计)。本发明所述的方法工艺清洁，环境友好，不污染环境，第一步环氧化反应无需加热、加入高浓度过氧化氢和贵金属催化剂，不需要长时间通氧气，臭氧，反应中不需要高压，反应完毕后脂肪酶可以回收重复使用，实施条件简单，便于进行规模化生产。
文档编号C12P7/44GK101200735SQ200710180039
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月5日 优先权日2007年12月5日
发明者吾满江·艾力, 哈丽丹·买买提, 夏木西卡马尔·买买提, 阿依夏木古丽·努尔艾买提 申请人:中国科学院新疆理化技术研究所