目前,在工业过程安全和废物处理的环境法规日渐严格的情况下,连续流反应设计与研究都加速发展。连续流反应器是让有机合成更绿色的现代工具之一,与传统的间歇式工艺相比,使用连续流反应器的流程系统有几个优点:
l 更高效传质与传热,精确的温度控制,可以避免有害的副反应;
l 快速的早期反应条件优化和后期工业化无缝放大等。
2019年6月20日,波兰西里西亚理工大学(Silesian University of Technology)的Anna Szelwickaa等研究人员在OPRD期刊上发表了zui新连续流生物酶催化反应的研究成果。
作者研究了在多壁碳纳米管上,通过简单的物理吸附固定化的南极假丝酵母脂肪酶B,连续酶催化Baeyer-Villiger氧化反应。
纳米生物催化剂用于从乙酸乙酯和30%(重量)水溶液中生成过酸,过氧化氢作为主要氧化剂。高稳定性和活性纳米生物催化剂发生Baeyer-Villiger反应,将2-甲基环己酮氧化成6-甲基-ε-己内酯,得到收率(87%)和选择性(> 99%) 。
反应中使用了环境友好的乙酸乙酯作为溶剂和过酸前体。为了确定zui有利的反应条件,作者进行了各种参数的一系列实验,同时比较了间歇釜与连续流中固定化酶的回收率。
这项工作的主要贡献在于它首次应用纳米生物催化剂在流动系统中 - 酶促Baeyer-Villiger氧化反应。
该工艺最终产物为内脂的一种。内酯属于精细化学领域的关键物质,适用于制药,食品,化妆品,香水和聚合物工业。精细化学品市场预计将以5.76%的复合年增长率增长,到2023年将达到201.57亿美元。
在这里,通过开发流动化学 - 酶促连续工艺,证明了使用连续流动反应器是该类化合物绿色化生产的方便可扩展的有效方法。
由于篇幅限制,这里着重介绍连续流工艺。作者进行了大量的间歇釜反应,测定标准为不同反应体系(包含间歇式与连续流)下回收的固定化酶活性。
图2. 化学酶促Baeyer-Villiger氧化2-甲基环己酮
有机相:辛酸与底物和溶剂的混合物
流动Baeyer-Villiger工艺:如图2, 8bar压力下,泵A泵送有机相(酮浓度:4.50mmol(0.504g)/ 10mL乙酸乙酯),泵B泵送30%重量的过氧化氢水溶液(20-80摩尔过量),总流量设定为0.040-0.133mL / min。
使用各种停留时间(12-38分钟)和恒定量的(纳米)生物催化剂(0.5g),在25-55℃下进行该过程2-24小时。在此过程中,取样进行GC-FID分析(在0.5mL二氯甲烷中稀释100μL样品)。
为了合成6-甲基-ε-己内酯,作者开发了专用的分离方法。
l 在2-甲基环己酮氧化后,收集反应混合物(25mL),向其中加入水(25mL),先使用饱和的水溶液洗涤有机相,然后碳酸氢钠溶液(3×25mL)洗涤。
l 接下来,使用二氯甲烷(3×25mL)萃取收集的水相,将有机相经无水MgSO4干燥并在减压下(8mbar,25℃,1h)浓缩。
l 通过柱色谱法纯化残余物,使用二氧化硅作为固定相,用己烷:乙酸乙酯8:2v / v作为洗脱液,得到90%的内酯。
内酯类化合物进一步扩展得到了如下表: