专利名称：一种同时生产葡萄糖酸和r(-)-4-氰基-3羟基丁酸乙酯的方法
技术领域：
本发明涉及一种同时生产葡萄糖酸和R(-)-4-氰基-3羟基丁酸乙酯的方法。
背景技术：
已知，葡萄糖酸是化工、医药、食品等产品的重要中间体，可被用来生产葡萄糖酸的衍生物，也可直接作为一种产品，用在乳品工业上防止乳石沉淀，用在食品配方中作为酸味剂，也用来配制家用或工厂用清洗剂，织物加工和金属加工的助剂等等。葡萄糖酸的钙盐、锌盐、亚铁盐、铋盐及其它盐类已广泛用于化学治疗等用途。葡萄糖酸的金属络合物在碱性体系中广泛用作金属离子的掩蔽剂。以葡萄糖酸为原料化学合成葡萄酸的各种盐是制备葡萄糖酸盐的重要方法之一。现有技术中，生产葡萄糖酸的主要方法有生物发酵法、均相化学氧化法、电解氧化法及多相催化氧化法。其中，生物发酵法是利用微生物的氧化作用将葡萄糖合成葡萄糖酸， 可以分为真菌发酵、细菌发酵、霉菌发酵、固定化细胞和固定化酶发酵法。生物发酵法的不足是，其需要培养菌种，筛选菌种，灭菌等诸多过程，对温度要求较为严格，副产物多，周期较长，且生产的葡萄糖酸过程中因加入菌体等物质，影响葡萄糖酸的产品纯度，因而其发展需要解决很多技术问题。均相化学氧化法有二种，一是通过调整反应条件为强碱性条件，把葡萄糖的醛基氧化成羧基；二是加入氢离子接受体，葡糖糖向葡萄糖酸的Carmizarrol机理转化。均相化学氧化法需要严格控制催化剂的有效成份在反应液中的浓度，对温度、溶液PH有依赖性，中间步骤多，副产物多，产物难于分离，且作为催化剂的盐难以再生，产率较低，反应时间较长，对环境污染较大。电解氧化法是在电解槽中加入一定浓度的葡萄糖溶液，再加入适宜的电解质，在一定的温度，电压和恒定的电流密度下将葡萄糖电解氧化成葡萄糖酸。电解氧化法克服了生物发酵法和均相化学氧化法的副产物多、过程多等缺点，但其在工业生产中能耗大，条件不易控制。多相催化氧化法是在液相葡萄酸溶液中，加入负载金属的固相催化剂，然后通入氧气作为氧化剂，从而把葡萄糖氧化得到葡萄糖酸。该方法只需一步反应就可以合成葡萄糖酸，并且反应条件温和，产率高，副产物少和产品易分离等特点，但反应溶液需要保持在碱性，影响产品提纯，且催化剂在使用过程中活性组份易流失， 其失效催化剂的贵金属也难遇回收。另外还已知，R(-)_4-氰基-3羟基丁酸乙酯是一个非常重要的手性化合物，其是合成HMG-CoA还原酶抑制剂、L-Carnitine和(R) _4_氨基-3-羟基丁酸(GABOB)以及 L-Carnitine的中间体。HMG-CoA还原酶抑制剂可以控制胆固醇的生物合成。L-Carnitine 是运送长链脂肪酸通过细胞膜进入线粒体代谢，以产生能量的运输工具，它常作为营养补充品供运动员用，也常用于婴幼儿的营养品中。GABOB是Y-氨基丁酸的收缩剂，该类药物可以用于控制一些临床反应，例如精神分裂症、癫痫症等。目前文献报道的R(-)-4-氰基-3 羟基丁酸乙酯的合成路径主要是生物法和化学法，其中生物法主要是通过水解酶或腈水解酶选择性水解手性二氰化合物得到，该方法所得产物ee值达不到要求，且条件苛刻。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种同时生产葡萄糖酸和R(_) -4-氰基-3羟基丁酸乙酯的方法。为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案
一种同时生产葡萄糖酸和R(-)-4-氰基-3羟基丁酸乙酯的方法，其特征在于该方法包括如下步骤
(1 )、制酶以大肠杆菌为出发菌株，依次经过筛选菌种，培养，离心分离，破壁处理，最后用硫酸铵对菌种进行收集处理得到酶；
(2)、酶催化反应将葡糖糖、R(-)_3-氰基-3羟基丁酸乙酯以及乙酸丁酯投入反应釜中，再将步骤(1)所制备的酶投入反应釜中，温度控制30 V 35°C，用氨水调节pH值为6 7，并且反应过程中流加氨水以使体系pH始终保持在6 7，反应60 75小时结束，获得含有葡萄糖酸氨和R(-)_4-氰基-3羟基丁酸乙酯的产物体系；
(3)、产物提取对步骤(2)所得产物体系进行萃取分离，获得含有葡萄糖酸氨的水溶液和含有R(-)_4-氰基-3羟基丁酸乙酯的乙酸丁酯溶液，其中，将所述含有葡萄糖酸氨的水溶液依次进行脱色、阴离子交换柱分离和阳离子交换柱分离，分离所得交换液进行脱色， 中和、浓缩、结晶获得纯度在95wt%以上的葡萄糖酸；所述含有R(_) -4-氰基-3羟基丁酸乙酯的乙酸丁酯溶液经蒸馏处理获得纯度大于98wt%的R(-)-4-氰基-3羟基丁酸乙酯。优选地，步骤(1)中，所述筛选菌种根据微生物诱变技术和原生质体融合技术来筛选。步骤(1)的一个具体过程为把大肠杆菌的培养基成分加入到种子罐中，119°C 122°C 灭菌30 60分钟，接入筛选的菌种，于30°C 35°C下培养M小时后进行离心分离，对菌种进行破壁处理，用硫酸铵把菌种中的酶进行收集。步骤(2)中，葡糖糖、R(-)_3-氰基-3羟基丁酸乙酯以及酶的投料重量比优选为 1 :1. 8 2. 2 0. 15 0. 25，最优选为 1 2 :0. 2。步骤(3)中，所采用的阴离子交换柱可以为701阴离子交换柱，阳离子交换柱可以为732阳离子交换柱。由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有以下优点
发明人意外的发现，从大肠杆菌中提取出的酶能够有效催化R(-)-3-氰基-3羟基丁酸乙酯和葡萄糖反应生成R(_) -4-氰基-3羟基丁酸乙酯和葡萄糖酸，经过简单的提纯处理后，可以获得纯度大于98%的葡萄糖酸和e. e值大于98%的R(-) -4-氰基-3羟基丁酸乙酯产品。R(-) -3-氰基-3羟基丁酸乙酯是获得R(-) -4-氰基-3羟基丁酸乙酯的反应底物，采取本发明方法，原料全部转化为有价值的产品，在减少有机废水产生的同时降低成本。
具体实施例方式下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明
本实施例提供一种同时生产葡萄糖酸和R (-) -4-氰基-3羟基丁酸乙酯的方法，其包括如下步骤
(1)、制酶把大肠杆菌的培养基成分加入种子罐中，121°C灭菌30分钟，接入筛选的大肠杆菌的菌种，30°C 35°C下培养M小时后进行离心分离，对菌种进行破壁处理，用硫酸铵把菌种中的酶进行收集，其中，筛选是根据微生物诱变技术和原生质体融合技术来筛选， 本领域所属技术人员应当了解如何去具体实施，在此将不再赘述。(2)、酶催化反应将125公斤葡糖糖、250公斤R(_)_3_氰基_3羟基丁酸乙酯以及250公斤体积乙酸丁酯投入反应釜中，再将步骤(1)所制备的酶25公斤投入反应釜中， 温度控制30°C 35°C，用氨水调节pH值为6 7，并且反应过程中流加氨水以使体系pH始终保持在6 7，反应72小时结束，获得含有葡萄糖酸氨和R(_) -4-氰基-3羟基丁酸乙酯的产物体系。(3)、产物提取对步骤(2)所得产物体系进行萃取分离，获得含有葡萄糖酸氨的水溶液和含有R(-)_4-氰基-3羟基丁酸乙酯的乙酸丁酯溶液，其中，将所述含有葡萄糖酸氨的水溶液依次进行脱色、701阴离子交换柱分离和732阳离子交换柱分离，分离所得交换液采用活性炭进行脱色，中和、浓缩、结晶获得纯度在95% (GC)以上的葡萄糖酸；含有R(-)_4-氰基-3羟基丁酸乙酯的乙酸丁酯溶液经蒸馏处理获得黄色液体，蒸馏温度先 700C，然后是120°C，黄色液体经核磁共振测试确证为R(-) -4-氰基-3羟基丁酸乙酯，HPLC 纯度大于98%。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种同时生产葡萄糖酸和R(-)-4-氰基-3羟基丁酸乙酯的方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1 )、制酶以大肠杆菌为出发菌株，依次经过筛选菌种，培养，离心分离，破壁处理，最后用硫酸铵对菌种进行收集处理得到酶；(2)、酶催化反应将葡糖糖、R(-)-3-氰基-3羟基丁酸乙酯以及乙酸丁酯投入反应釜中，再将步骤(1)所制备的酶投入反应釜中，温度控制30°C 35°C，用氨水调节pH值为6 7，并且反应过程中流加氨水以使体系pH始终保持在6 7，反应60 75小时结束，获得含有葡萄糖酸氨和R(_) -4-氰基-3羟基丁酸乙酯的产物体系；(3)、产物提取对步骤(2)所得产物体系进行萃取分离，获得含有葡萄糖酸氨的水溶液和含有R(“) -4-氰基-3羟基丁酸乙酯的乙酸丁酯溶液，其中，将所述含有葡萄糖酸氨的水溶液依次进行脱色、阴离子交换柱分离和阳离子交换柱分离，分离所得交换液进行脱色， 中和、浓缩、结晶获得纯度在95wt%以上的葡萄糖酸；所述含有R(_) -4-氰基-3羟基丁酸乙酯的乙酸丁酯溶液经蒸馏处理获得纯度大于98wt%的R(-)-4-氰基-3羟基丁酸乙酯。
2.根据权利要求1所述的同时生产葡萄糖酸和R(-)_4-氰基-3羟基丁酸乙酯的方法， 其特征在于步骤(1)中，所述筛选菌种根据微生物诱变技术和原生质体融合技术来筛选。
3.根据权利要求1或2所述的同时生产葡萄糖酸和R(-)_4-氰基-3羟基丁酸乙酯的方法，其特征在于步骤(1)的具体过程为把大肠杆菌的培养基成分加入到种子罐中， 119°C 122°C灭菌30 60分钟，接入筛选的菌种，于30°C 35°C下培养M小时后进行离心分离，对菌种进行破壁处理，用硫酸铵把菌种中的酶进行收集。
4.根据权利要求1所述的同时生产葡萄糖酸和R(-)_4-氰基-3羟基丁酸乙酯的方法， 其特征在于步骤(2)中，葡糖糖、R(-)-3-氰基-3羟基丁酸乙酯以及酶的投料重量比为1 1. 8 2. 2 0. 15 0. 25。
5.根据权利要求4所述的同时生产葡萄糖酸和R(-)-4-氰基-3羟基丁酸乙酯的方法， 其特征在于步骤(2)中，葡糖糖、R(-)-3-氰基-3羟基丁酸乙酯以及酶的投料重量比为1 2 0. 2。
全文摘要
本发明涉及一种同时生产葡萄糖酸和R(-)-4-氰基-3羟基丁酸乙酯的方法，其包括(1)、制酶以大肠杆菌为出发菌株，依次经过筛选菌种，培养，离心分离，破壁处理，最后用硫酸铵对菌种进行收集处理得到酶；(2)、酶催化反应将葡糖糖、R(-)-3-氰基-3羟基丁酸乙酯以及乙酸丁酯投入反应釜中，再将步骤(1)所制备的酶投入反应釜中，温度控制30℃～35℃，用氨水调节pH值为6～7，并且反应过程中流加氨水以使体系pH始终保持在6～7，反应60～75小时结束，获得含有葡萄糖酸氨和R(-)-4-氰基-3羟基丁酸乙酯的产物体系；以及(3)产物提取。采取本发明方法，原料全部转化为有价值的产品，可在减少有机废水产生的同时降低成本。
文档编号C12P13/00GK102286554SQ201110151690
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月8日 优先权日2011年6月8日
发明者浦军平, 王平, 苏理, 陈云刚 申请人:张家港市华昌药业有限公司