专利名称：一种高纯度异丁酰胺生产方法
技术领域：
本发明涉及生物工程领域，尤其涉及一种高纯度异丁酰胺生产方法。
背景技术：
异丁酰胺可以选择性诱导人g_珠蛋白基因转录，加之异丁酰胺的无毒性和在血浆中的半衰期较长的特点，使异丁酰胺在治疗b_地中海贫血和镰刀型贫血中有理想的效果。异丁酰胺也是合成治疗艾滋病治疗药物利托那韦的重要中间体。异丁酰胺在医药领域的广泛应用，使对异丁酰胺纯度的要求非常高。对异丁酰胺的生产制备方法已有一些报道，主要是以异丁酰氯与氨反应的方法为主，有代表性的方法是Janitschke Lothar等人在美国专利US35528814A中提出的异丁酰胺制备方法。这个方法提出了用物质量过量1至3倍的氨与异丁酰氯在甲苯或二甲苯中于-15 30°C的温度下反应，然后通过加热浓缩反应混合物使生成的产品结晶并通过热过滤的方法获得粗异丁酰胺，再用溶剂多次洗涤获得高纯度的异丁酰胺产品。这种制备异丁酰胺的方法虽然获得的异丁酰胺的产品纯度达到了 99. 87%，但是这种方法有以下几方面的缺点第一是由于使用的异丁酰氯极易与水反应，为避免异丁酰氯接触水等物质而发生分解，需要对溶剂和其他原料进行严格的除水处理，并且反应设备需要严格密封，异丁酰氯与氨反应的过程极为剧烈使对反应条件的控制也要求非常严格，这些增加了制备异丁酰胺的难度。第二是这种方法制备过程中使用过量的氨，过量的氨需要回收处理，否则环境污染严重。同时反应过程中产生的氯化氢对设备腐蚀严重，反应过程中需要对氯化氢进行控制。 这些造成三废处理较多，难于满足环保要求，增加了生产的成本。第三是这种方法过程复杂，产品的收率较低，只有88%左右，并且制备过程中使用了苯类有机溶剂，使产品中含有有害物质的几率增高，就是极其微量的有机溶剂在异丁酰胺中的存在，对产品在医疗领域的应用也有极大的不利影响。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，设计出了一种高纯度异丁酰胺生产方法， 该方法以异丁腈与去离子水为原料，以富产腈水合酶的生产菌株进行发酵培养来获得腈水合酶催化剂，在腈水合酶催化剂的作用下，异丁腈与去离子水发生水合反应生成异丁酰胺。本发明所述的一种高纯度异丁酰胺生产方法，按照下述步骤进行
(1)腈水合酶催化剂的处理将腈水合酶生产菌株经过发酵获得的发酵液用0.05 1. Omm的烧结金属过滤器或陶瓷复合膜过滤器进行分离后，再用去离子水清洗2 3次；
(2)异丁腈水合制备异丁酰胺将经过清洗的腈水合酶催化剂加入到去离子水中，腈水合酶催化剂的加入量与去离子水的加入量的质量比为0. 0015 0. 01 :1，异丁腈的加入量与去离子水的加入量的质量比为0. 3 :1以上；
相应量的异丁腈应采用连续加入的方式，加入量应该逐渐减小，加入的时间应该控制在3 4小时，反应过程中反应体系的温度控制在18 30°C，异丁腈加入完毕后，保持继续反应0. 5 1. 5小时。(3)反应液中腈水合酶催化剂的分离将生成的含异丁酰胺、水和腈水合酶催化剂构成的反应液，采用0. 05 1. Omm的烧结金属过滤器从反应液中分离腈水合酶，初次被分离出来的腈水合酶催化剂可以用来继续催化异丁腈水合反应，最后利用后的腈水合酶催化剂被分离出来后采用去离子水清洗，然后进行环保处理；根据腈水合酶催化剂的活性情况一般可重复利用2 3次。(4)粗异丁酰胺水溶液的精制分离除去腈水合酶催化剂的反应液成为粗异丁酰胺水溶液，首先采用截留分子量能力为500 5000道尔顿的超滤膜分离掉粗异丁酰胺中的部分大分子蛋白质等杂质，然后再经过阴离子交换树脂、阳离子交换树脂进一步精制，最后将溶液的PH调节到6.0 8.0 ；
(5)异丁酰胺晶体的制备将精制后的异丁酰胺水溶液在温度50 100°C、压力 0. 05 0. IMpa条件下直接蒸发后干燥，或者将异丁酰胺水溶液的浓度浓缩到80%以上后进行喷雾干燥或冷冻结晶后再进行真空干燥，这即获得高纯度的异丁酰胺晶体。其中步骤(1)中所涉及腈水合酶生产菌株为红球菌ahodococcus)、假单胞菌(Pseudomonas Pseudomonadaceae)、力口 i若卡氏菌(Pseudonocardia)、节杆菌 (Arthrobacter) >^ifelf lif (Bacillus)、诺卡氏菌(Nocardia)、丛毛单胞菌(Coma monas)、 棒状杆菌(Corynebacterium)及短杆菌(Brevibacterium)等，优选红球菌(Rhodococcus)、 假单胞菌(Pseudomonas)、诺卡氏菌(Nocardia)等，
本发明的优点本发明对获得的异丁酰胺水溶液经过简单的处理就可以获得高纯度的异丁酰胺晶体产品，产品的纯度高达99. 95%以上，且产品中不含有机溶剂等有害成分，特别适合在医疗领域中应用。该方法的反应条件温和，操作简单，产品的收率高达99%以上， 本发明解决了利用异丁酰氯与氨反应制备异丁酰氯技术的不足，制备过程简单，易于产业化。
具体实施例方式为了便于对本发明更好的理解，以下实施例只是对本发明的具体说明，但并不是说明本发明的范围只限于此。实施例1
使用的腈水合酶催化剂是用红球菌生产菌株经过发酵培养获得的，该腈水合酶催化剂的活性为721 X IO4HIg · h-1 · Hir10将20Kg的发酵液用0. Imm的烧结金属过滤器进行过滤分离，然后用20Kg的去离子水清洗2次，将腈水合酶催化剂中的杂质清洗掉，可以获得IKg的腈水合酶催化剂。为保证异丁酰胺在反应液中的最终浓度在30%以上，反应时间在4小时以内，向反应器中加入120Kg的去离子水，将预先清洗好的IKg的腈水合酶催化剂也加入到反应器中，启动搅拌器，将反应器的温度控制在25°C。然后开始向反应器中加入异丁腈，流量逐步降低，开始时的流量为18Kg/h，1小时后的流量降低到17Kg/h，2小时后的流量降低到 14Kg/h，3小时后的流量降低到10Kg/h，总共加入了异丁腈MKg，停止加入异丁腈后继续反应30分钟，测定反应器中的异丁腈含量，当异丁腈的含量为Omg/1时可以停止反应过程，在整个过程中反应温度始终保持在25V。经过分析异丁酰胺在反应液中的浓度为38. 9%。
将反应液用0. Imm的烧结金属过滤器进行过滤分离，分离出的腈水合酶催化剂重新加入到反应器中，然后加入10 的去离子水，启动搅拌器，将反应器的温度控制在 25°C。然后开始向反应器中加入异丁腈，流量逐步降低，开始时的流量为16Kg/h，1小时后的流量降低到MKg/h，2小时后的流量降低到UKg/h，3小时后的流量降低到8Kg/h，总共加入了异丁腈37Kg，停止加入异丁腈后继续反应30分钟，测定反应器中的异丁腈含量，当异丁腈的含量为Omg/1时可以停止反应过程，在整个过程中反应温度始终保持在25°C。经过分析异丁酰胺在反应液中的浓度为32. 3%。将反应液用0. Imm的烧结金属过滤器进行过滤分离，分离出的腈水合酶催化剂用20Kg去离子水清洗3次，然后用压缩空气在过滤器中吹干30分钟，最后将处理后的腈水合酶催化剂送锅炉焚烧处理。被分离出腈水合酶催化剂的反应液成为粗异丁酰胺水溶液。首先采用截留分子量能力为3000道尔顿的超滤膜分离掉粗异丁酰胺中的部分大分子蛋白质等杂质，然后再经过阴离子交换树脂、阳离子交换树脂进一步精制，最后将溶液的PH调节到6. 0 8. 0。将精制后的异丁酰胺水溶液在温度80°C、压力0. 07MPa条件下直接蒸发后干燥， 这样就可以获得高纯度的异丁酰胺晶体101. Ig，产品的纯度为99. 98%，产品收率为99. 3% 以上。实施例2
使用的腈水合酶催化剂是用诺卡氏菌Nocardia sp生产菌株经过发酵培养获得的，该腈水合酶催化剂的活性为789X 104mg · h—1 · HiF10将20Kg的发酵液用0. Imm的烧结金属过滤器进行过滤分离，然后用20Kg的去离子水清洗2次，将腈水合酶催化剂中的杂质清洗掉，可以获得IKg的腈水合酶催化剂。向反应器中加入120Kg的去离子水，将预先清洗好的IKg的腈水合酶催化剂也加入到反应器中，启动搅拌器，将反应器的温度控制在25°C。然后开始向反应器中加入异丁腈，流量逐步降低，开始时的流量为18Kg/h，l小时后的流量降低到17Kg/h，2小时后的流量降低到14Kg/h，3小时后的流量降低到10Kg/h，总共加入了异丁腈MKg，停止加入异丁腈后继续反应30分钟，测定反应器中的异丁腈含量，当异丁腈的含量为Omg/1时可以停止反应过程，在整个过程中反应温度始终保持在25°C。经过分析异丁酰胺在反应液中的浓度为 38. 6%ο将反应液用0. Imm的烧结金属过滤器进行过滤分离，分离出的腈水合酶催化剂重新加入到反应器中，然后加入10 的去离子水，启动搅拌器，将反应器的温度控制在 25°C。然后开始向反应器中加入异丁腈，流量逐步降低，开始时的流量为16Kg/h，1小时后的流量降低到MKg/h，2小时后的流量降低到UKg/h，3小时后的流量降低到8Kg/h，总共加入了异丁腈37Kg，停止加入异丁腈后继续反应30分钟，测定反应器中的异丁腈含量，当异丁腈的含量为Omg/1时可以停止反应过程，在整个过程中反应温度始终保持在25°C。经过分析异丁酰胺在反应液中的浓度为31. 9%。将反应液用0. Imm的烧结金属过滤器进行过滤分离，分离出的腈水合酶催化剂用20Kg去离子水清洗3次，然后用压缩空气在过滤器中吹干30分钟，最后将处理后的腈水合酶催化剂送锅炉焚烧处理。被分离出腈水合酶催化剂的反应液成为粗异丁酰胺水溶液。首先采用截留分子量能力为3000道尔顿的超滤膜分离掉粗异丁酰胺中的部分大分子蛋白质等杂质，然后再经过阴离子交换树脂、阳离子交换树脂进一步精制，最后将溶液的PH调节到6. 0 8. 0。
将精制后的异丁酰胺水溶液在温度90°C、压力0. 07MPa条件下直接蒸发后干燥， 这样就可以获得高纯度的异丁酰胺晶体100. 9Kg，产品的纯度为99. 97%，产品收率为99. 0% 以上。
权利要求
1.一种高纯度异丁酰胺生产方法，其特征在于按照下述步骤进行(1)腈水合酶催化剂的处理将腈水合酶生产菌株经过发酵获得的发酵液用0.05 1. Omm的烧结金属过滤器或陶瓷复合膜过滤器进行分离后，再用去离子水清洗2 3次；(2)异丁腈水合制备异丁酰胺将经过清洗的腈水合酶催化剂加入到去离子水中，腈水合酶催化剂的加入量与去离子水的加入量的质量比为0. 0015 0. 01 :1，异丁腈的加入量与去离子水的加入量的质量比为0. 3 :1以上；相应量的异丁腈应采用连续加入的方式，加入量应该逐渐减小，加入的时间应该控制在3 4小时，反应过程中反应体系的温度控制在18 30°C，异丁腈加入完毕后，保持继续反应0. 5 1. 5小时；(3)反应液中腈水合酶催化剂的分离将生成的含异丁酰胺、水和腈水合酶催化剂构成的反应液，采用0. 05 1. Omm的烧结金属过滤器从反应液中分离腈水合酶，初次被分离出来的腈水合酶催化剂可以用来继续催化异丁腈水合反应，最后利用后的腈水合酶催化剂被分离出来后采用去离子水清洗，然后进行环保处理；根据腈水合酶催化剂的活性情况一般可重复利用2 3次；(4)粗异丁酰胺水溶液的精制分离除去腈水合酶催化剂的反应液成为粗异丁酰胺水溶液，首先采用截留分子量能力为500 5000道尔顿的超滤膜分离掉粗异丁酰胺中的部分大分子蛋白质等杂质，然后再经过阴离子交换树脂、阳离子交换树脂进一步精制，最后将溶液的PH调节到6.0 8.0 ；(5)异丁酰胺晶体的制备将精制后的异丁酰胺水溶液在温度50 100°C、压力 0. 05 0. IMpa条件下直接蒸发后干燥，或者将异丁酰胺水溶液的浓度浓缩到80%以上后进行喷雾干燥或冷冻结晶后再进行真空干燥，这即获得高纯度的异丁酰胺晶体。
2.根据权利要求1所述的一种高纯度异丁酰胺生产方法，其特征在于其中步骤(1)中所涉及腈水合酶生产菌株为红球菌ahodococcus)、假单胞菌(Pseudomonas)、加诺卡氏菌 (Pseudonocardia)、节杆菌(Arthrobacter)、芽抱杆菌(Bacillus)、诺卡氏菌(Nocardia)、 丛毛单胞菌(Comamonas)、棒状杆菌(Corynebacterium)或短杆菌(Brevibacterium)。
全文摘要
本发明一种高纯度异丁酰胺生产方法，涉及生物工程领域。本方法以异丁腈与去离子水为原料，在腈水合酶催化剂的作用下，异丁腈与去离子水发生水合反应生成异丁酰胺，对获得的异丁酰胺水溶液经过简单的处理就可以获得高纯度的异丁酰胺晶体产品。本发明对获得的异丁酰胺水溶液经过简单的处理就可以获得高纯度的异丁酰胺晶体产品，产品的纯度高达99.95%以上，且产品中不含有机溶剂等有害成分，特别适合在医疗领域中应用。该方法的反应条件温和，操作简单，产品的收率高达99%以上，本发明解决了利用异丁酰氯与氨反应制备异丁酰氯技术的不足，制备过程简单，易于产业化。
文档编号C07C231/24GK102212566SQ20111008941
公开日2011年10月12日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者吴其飞, 孙文敬, 崔凤杰, 张志才, 林琳, 王春梅, 管国强, 马海乐, 黄达明 申请人:江苏大学