專利名稱：一種高純度異丁酰胺生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物工程領(lǐng)域，尤其涉及一種高純度異丁酰胺生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
異丁酰胺可以選擇性誘導(dǎo)人g_珠蛋白基因轉(zhuǎn)錄，加之異丁酰胺的無毒性和在血漿中的半衰期較長的特點，使異丁酰胺在治療b_地中海貧血和鐮刀型貧血中有理想的效果。異丁酰胺也是合成治療艾滋病治療藥物利托那韋的重要中間體。異丁酰胺在醫(yī)藥領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使對異丁酰胺純度的要求非常高。對異丁酰胺的生產(chǎn)制備方法已有一些報道，主要是以異丁酰氯與氨反應(yīng)的方法為主，有代表性的方法是Janitschke Lothar等人在美國專利US35528814A中提出的異丁酰胺制備方法。這個方法提出了用物質(zhì)量過量1至3倍的氨與異丁酰氯在甲苯或二甲苯中于-15 30°C的溫度下反應(yīng)，然后通過加熱濃縮反應(yīng)混合物使生成的產(chǎn)品結(jié)晶并通過熱過濾的方法獲得粗異丁酰胺，再用溶劑多次洗滌獲得高純度的異丁酰胺產(chǎn)品。這種制備異丁酰胺的方法雖然獲得的異丁酰胺的產(chǎn)品純度達到了 99. 87%，但是這種方法有以下幾方面的缺點第一是由于使用的異丁酰氯極易與水反應(yīng)，為避免異丁酰氯接觸水等物質(zhì)而發(fā)生分解，需要對溶劑和其他原料進行嚴(yán)格的除水處理，并且反應(yīng)設(shè)備需要嚴(yán)格密封，異丁酰氯與氨反應(yīng)的過程極為劇烈使對反應(yīng)條件的控制也要求非常嚴(yán)格，這些增加了制備異丁酰胺的難度。第二是這種方法制備過程中使用過量的氨，過量的氨需要回收處理，否則環(huán)境污染嚴(yán)重。同時反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氯化氫對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，反應(yīng)過程中需要對氯化氫進行控制。 這些造成三廢處理較多，難于滿足環(huán)保要求，增加了生產(chǎn)的成本。第三是這種方法過程復(fù)雜，產(chǎn)品的收率較低，只有88%左右，并且制備過程中使用了苯類有機溶劑，使產(chǎn)品中含有有害物質(zhì)的幾率增高，就是極其微量的有機溶劑在異丁酰胺中的存在，對產(chǎn)品在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也有極大的不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計出了一種高純度異丁酰胺生產(chǎn)方法， 該方法以異丁腈與去離子水為原料，以富產(chǎn)腈水合酶的生產(chǎn)菌株進行發(fā)酵培養(yǎng)來獲得腈水合酶催化劑，在腈水合酶催化劑的作用下，異丁腈與去離子水發(fā)生水合反應(yīng)生成異丁酰胺。本發(fā)明所述的一種高純度異丁酰胺生產(chǎn)方法，按照下述步驟進行
(1)腈水合酶催化劑的處理將腈水合酶生產(chǎn)菌株經(jīng)過發(fā)酵獲得的發(fā)酵液用0.05 1. Omm的燒結(jié)金屬過濾器或陶瓷復(fù)合膜過濾器進行分離后，再用去離子水清洗2 3次；
(2)異丁腈水合制備異丁酰胺將經(jīng)過清洗的腈水合酶催化劑加入到去離子水中，腈水合酶催化劑的加入量與去離子水的加入量的質(zhì)量比為0. 0015 0. 01 :1，異丁腈的加入量與去離子水的加入量的質(zhì)量比為0. 3 :1以上；
相應(yīng)量的異丁腈應(yīng)采用連續(xù)加入的方式，加入量應(yīng)該逐漸減小，加入的時間應(yīng)該控制在3 4小時，反應(yīng)過程中反應(yīng)體系的溫度控制在18 30°C，異丁腈加入完畢后，保持繼續(xù)反應(yīng)0. 5 1. 5小時。(3)反應(yīng)液中腈水合酶催化劑的分離將生成的含異丁酰胺、水和腈水合酶催化劑構(gòu)成的反應(yīng)液，采用0. 05 1. Omm的燒結(jié)金屬過濾器從反應(yīng)液中分離腈水合酶，初次被分離出來的腈水合酶催化劑可以用來繼續(xù)催化異丁腈水合反應(yīng)，最后利用后的腈水合酶催化劑被分離出來后采用去離子水清洗，然后進行環(huán)保處理；根據(jù)腈水合酶催化劑的活性情況一般可重復(fù)利用2 3次。(4)粗異丁酰胺水溶液的精制分離除去腈水合酶催化劑的反應(yīng)液成為粗異丁酰胺水溶液，首先采用截留分子量能力為500 5000道爾頓的超濾膜分離掉粗異丁酰胺中的部分大分子蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，然后再經(jīng)過陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂進一步精制，最后將溶液的PH調(diào)節(jié)到6.0 8.0 ；
(5)異丁酰胺晶體的制備將精制后的異丁酰胺水溶液在溫度50 100°C、壓力 0. 05 0. IMpa條件下直接蒸發(fā)后干燥，或者將異丁酰胺水溶液的濃度濃縮到80%以上后進行噴霧干燥或冷凍結(jié)晶后再進行真空干燥，這即獲得高純度的異丁酰胺晶體。其中步驟(1)中所涉及腈水合酶生產(chǎn)菌株為紅球菌ahodococcus)、假單胞菌(Pseudomonas Pseudomonadaceae)、力口 i若卡氏菌(Pseudonocardia)、節(jié)桿菌 (Arthrobacter) >^ifelf lif (Bacillus)、諾卡氏菌(Nocardia)、叢毛單胞菌(Coma monas)、 棒狀桿菌(Corynebacterium)及短桿菌(Brevibacterium)等，優(yōu)選紅球菌(Rhodococcus)、 假單胞菌(Pseudomonas)、諾卡氏菌(Nocardia)等，
本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明對獲得的異丁酰胺水溶液經(jīng)過簡單的處理就可以獲得高純度的異丁酰胺晶體產(chǎn)品，產(chǎn)品的純度高達99. 95%以上，且產(chǎn)品中不含有機溶劑等有害成分，特別適合在醫(yī)療領(lǐng)域中應(yīng)用。該方法的反應(yīng)條件溫和，操作簡單，產(chǎn)品的收率高達99%以上， 本發(fā)明解決了利用異丁酰氯與氨反應(yīng)制備異丁酰氯技術(shù)的不足，制備過程簡單，易于產(chǎn)業(yè)化。
具體實施例方式為了便于對本發(fā)明更好的理解，以下實施例只是對本發(fā)明的具體說明，但并不是說明本發(fā)明的范圍只限于此。實施例1
使用的腈水合酶催化劑是用紅球菌生產(chǎn)菌株經(jīng)過發(fā)酵培養(yǎng)獲得的，該腈水合酶催化劑的活性為721 X IO4HIg · h-1 · Hir10將20Kg的發(fā)酵液用0. Imm的燒結(jié)金屬過濾器進行過濾分離，然后用20Kg的去離子水清洗2次，將腈水合酶催化劑中的雜質(zhì)清洗掉，可以獲得IKg的腈水合酶催化劑。為保證異丁酰胺在反應(yīng)液中的最終濃度在30%以上，反應(yīng)時間在4小時以內(nèi)，向反應(yīng)器中加入120Kg的去離子水，將預(yù)先清洗好的IKg的腈水合酶催化劑也加入到反應(yīng)器中，啟動攪拌器，將反應(yīng)器的溫度控制在25°C。然后開始向反應(yīng)器中加入異丁腈，流量逐步降低，開始時的流量為18Kg/h，1小時后的流量降低到17Kg/h，2小時后的流量降低到 14Kg/h，3小時后的流量降低到10Kg/h，總共加入了異丁腈MKg，停止加入異丁腈后繼續(xù)反應(yīng)30分鐘，測定反應(yīng)器中的異丁腈含量，當(dāng)異丁腈的含量為Omg/1時可以停止反應(yīng)過程，在整個過程中反應(yīng)溫度始終保持在25V。經(jīng)過分析異丁酰胺在反應(yīng)液中的濃度為38. 9%。
將反應(yīng)液用0. Imm的燒結(jié)金屬過濾器進行過濾分離，分離出的腈水合酶催化劑重新加入到反應(yīng)器中，然后加入10 的去離子水，啟動攪拌器，將反應(yīng)器的溫度控制在 25°C。然后開始向反應(yīng)器中加入異丁腈，流量逐步降低，開始時的流量為16Kg/h，1小時后的流量降低到MKg/h，2小時后的流量降低到UKg/h，3小時后的流量降低到8Kg/h，總共加入了異丁腈37Kg，停止加入異丁腈后繼續(xù)反應(yīng)30分鐘，測定反應(yīng)器中的異丁腈含量，當(dāng)異丁腈的含量為Omg/1時可以停止反應(yīng)過程，在整個過程中反應(yīng)溫度始終保持在25°C。經(jīng)過分析異丁酰胺在反應(yīng)液中的濃度為32. 3%。將反應(yīng)液用0. Imm的燒結(jié)金屬過濾器進行過濾分離，分離出的腈水合酶催化劑用20Kg去離子水清洗3次，然后用壓縮空氣在過濾器中吹干30分鐘，最后將處理后的腈水合酶催化劑送鍋爐焚燒處理。被分離出腈水合酶催化劑的反應(yīng)液成為粗異丁酰胺水溶液。首先采用截留分子量能力為3000道爾頓的超濾膜分離掉粗異丁酰胺中的部分大分子蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，然后再經(jīng)過陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂進一步精制，最后將溶液的PH調(diào)節(jié)到6. 0 8. 0。將精制后的異丁酰胺水溶液在溫度80°C、壓力0. 07MPa條件下直接蒸發(fā)后干燥， 這樣就可以獲得高純度的異丁酰胺晶體101. Ig，產(chǎn)品的純度為99. 98%，產(chǎn)品收率為99. 3% 以上。實施例2
使用的腈水合酶催化劑是用諾卡氏菌Nocardia sp生產(chǎn)菌株經(jīng)過發(fā)酵培養(yǎng)獲得的，該腈水合酶催化劑的活性為789X 104mg · h—1 · HiF10將20Kg的發(fā)酵液用0. Imm的燒結(jié)金屬過濾器進行過濾分離，然后用20Kg的去離子水清洗2次，將腈水合酶催化劑中的雜質(zhì)清洗掉，可以獲得IKg的腈水合酶催化劑。向反應(yīng)器中加入120Kg的去離子水，將預(yù)先清洗好的IKg的腈水合酶催化劑也加入到反應(yīng)器中，啟動攪拌器，將反應(yīng)器的溫度控制在25°C。然后開始向反應(yīng)器中加入異丁腈，流量逐步降低，開始時的流量為18Kg/h，l小時后的流量降低到17Kg/h，2小時后的流量降低到14Kg/h，3小時后的流量降低到10Kg/h，總共加入了異丁腈MKg，停止加入異丁腈后繼續(xù)反應(yīng)30分鐘，測定反應(yīng)器中的異丁腈含量，當(dāng)異丁腈的含量為Omg/1時可以停止反應(yīng)過程，在整個過程中反應(yīng)溫度始終保持在25°C。經(jīng)過分析異丁酰胺在反應(yīng)液中的濃度為 38. 6%ο將反應(yīng)液用0. Imm的燒結(jié)金屬過濾器進行過濾分離，分離出的腈水合酶催化劑重新加入到反應(yīng)器中，然后加入10 的去離子水，啟動攪拌器，將反應(yīng)器的溫度控制在 25°C。然后開始向反應(yīng)器中加入異丁腈，流量逐步降低，開始時的流量為16Kg/h，1小時后的流量降低到MKg/h，2小時后的流量降低到UKg/h，3小時后的流量降低到8Kg/h，總共加入了異丁腈37Kg，停止加入異丁腈后繼續(xù)反應(yīng)30分鐘，測定反應(yīng)器中的異丁腈含量，當(dāng)異丁腈的含量為Omg/1時可以停止反應(yīng)過程，在整個過程中反應(yīng)溫度始終保持在25°C。經(jīng)過分析異丁酰胺在反應(yīng)液中的濃度為31. 9%。將反應(yīng)液用0. Imm的燒結(jié)金屬過濾器進行過濾分離，分離出的腈水合酶催化劑用20Kg去離子水清洗3次，然后用壓縮空氣在過濾器中吹干30分鐘，最后將處理后的腈水合酶催化劑送鍋爐焚燒處理。被分離出腈水合酶催化劑的反應(yīng)液成為粗異丁酰胺水溶液。首先采用截留分子量能力為3000道爾頓的超濾膜分離掉粗異丁酰胺中的部分大分子蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，然后再經(jīng)過陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂進一步精制，最后將溶液的PH調(diào)節(jié)到6. 0 8. 0。
將精制后的異丁酰胺水溶液在溫度90°C、壓力0. 07MPa條件下直接蒸發(fā)后干燥， 這樣就可以獲得高純度的異丁酰胺晶體100. 9Kg，產(chǎn)品的純度為99. 97%，產(chǎn)品收率為99. 0% 以上。
權(quán)利要求
1.一種高純度異丁酰胺生產(chǎn)方法，其特征在于按照下述步驟進行(1)腈水合酶催化劑的處理將腈水合酶生產(chǎn)菌株經(jīng)過發(fā)酵獲得的發(fā)酵液用0.05 1. Omm的燒結(jié)金屬過濾器或陶瓷復(fù)合膜過濾器進行分離后，再用去離子水清洗2 3次；(2)異丁腈水合制備異丁酰胺將經(jīng)過清洗的腈水合酶催化劑加入到去離子水中，腈水合酶催化劑的加入量與去離子水的加入量的質(zhì)量比為0. 0015 0. 01 :1，異丁腈的加入量與去離子水的加入量的質(zhì)量比為0. 3 :1以上；相應(yīng)量的異丁腈應(yīng)采用連續(xù)加入的方式，加入量應(yīng)該逐漸減小，加入的時間應(yīng)該控制在3 4小時，反應(yīng)過程中反應(yīng)體系的溫度控制在18 30°C，異丁腈加入完畢后，保持繼續(xù)反應(yīng)0. 5 1. 5小時；(3)反應(yīng)液中腈水合酶催化劑的分離將生成的含異丁酰胺、水和腈水合酶催化劑構(gòu)成的反應(yīng)液，采用0. 05 1. Omm的燒結(jié)金屬過濾器從反應(yīng)液中分離腈水合酶，初次被分離出來的腈水合酶催化劑可以用來繼續(xù)催化異丁腈水合反應(yīng)，最后利用后的腈水合酶催化劑被分離出來后采用去離子水清洗，然后進行環(huán)保處理；根據(jù)腈水合酶催化劑的活性情況一般可重復(fù)利用2 3次；(4)粗異丁酰胺水溶液的精制分離除去腈水合酶催化劑的反應(yīng)液成為粗異丁酰胺水溶液，首先采用截留分子量能力為500 5000道爾頓的超濾膜分離掉粗異丁酰胺中的部分大分子蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，然后再經(jīng)過陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂進一步精制，最后將溶液的PH調(diào)節(jié)到6.0 8.0 ；(5)異丁酰胺晶體的制備將精制后的異丁酰胺水溶液在溫度50 100°C、壓力 0. 05 0. IMpa條件下直接蒸發(fā)后干燥，或者將異丁酰胺水溶液的濃度濃縮到80%以上后進行噴霧干燥或冷凍結(jié)晶后再進行真空干燥，這即獲得高純度的異丁酰胺晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純度異丁酰胺生產(chǎn)方法，其特征在于其中步驟(1)中所涉及腈水合酶生產(chǎn)菌株為紅球菌ahodococcus)、假單胞菌(Pseudomonas)、加諾卡氏菌 (Pseudonocardia)、節(jié)桿菌(Arthrobacter)、芽抱桿菌(Bacillus)、諾卡氏菌(Nocardia)、 叢毛單胞菌(Comamonas)、棒狀桿菌(Corynebacterium)或短桿菌(Brevibacterium)。
全文摘要
本發(fā)明一種高純度異丁酰胺生產(chǎn)方法，涉及生物工程領(lǐng)域。本方法以異丁腈與去離子水為原料，在腈水合酶催化劑的作用下，異丁腈與去離子水發(fā)生水合反應(yīng)生成異丁酰胺，對獲得的異丁酰胺水溶液經(jīng)過簡單的處理就可以獲得高純度的異丁酰胺晶體產(chǎn)品。本發(fā)明對獲得的異丁酰胺水溶液經(jīng)過簡單的處理就可以獲得高純度的異丁酰胺晶體產(chǎn)品，產(chǎn)品的純度高達99.95%以上，且產(chǎn)品中不含有機溶劑等有害成分，特別適合在醫(yī)療領(lǐng)域中應(yīng)用。該方法的反應(yīng)條件溫和，操作簡單，產(chǎn)品的收率高達99%以上，本發(fā)明解決了利用異丁酰氯與氨反應(yīng)制備異丁酰氯技術(shù)的不足，制備過程簡單，易于產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號C07C231/24GK102212566SQ20111008941
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者吳其飛, 孫文敬, 崔鳳杰, 張志才, 林琳, 王春梅, 管國強, 馬海樂, 黃達明 申請人:江蘇大學(xué)