[發明專利]利用脂肪酶催化合成聚乙二醇不飽和羧酸酯的方法

有效

• 申請號: 201310524856.4
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103614425A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 張一飛;戈鈞;劉錚
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C12P7/62
• 分類號: C12P7/62
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種利用脂肪酶催化合成聚乙二醇不飽和羧酸酯的方法。

背景技術

聚乙二醇的不飽和羧酸酯，如聚乙二醇甲基丙烯酸酯，聚乙二醇丙烯酸酯等，常作為合成混凝土聚羧酸型減水劑的大單體，其性能優異，使用范圍廣。低分子量的聚乙二醇不飽和脂肪酸酯還可作為交聯劑，用于生物醫用材料。傳統的制備聚乙二醇不飽和羧酸酯的方法，均采用化學法合成。主要有酰氯酯化法，強酸/強堿/無機金屬復合催化劑催化的直接酯化法，酯交換法，以及直接乙氧基化法。這些方法反應溫度高，能耗大，設備腐蝕大，需要加入大量阻聚劑避免甲基丙烯酸、丙烯酸等不飽和羧酸的聚合反應，產品色值差，常呈現紅色或棕褐色，酯化率不穩定。因此開發低溫、高效的酶催化過程合成高品質的聚乙二醇不飽和羧酸酯，對于減水劑產業具有重要的現實意義。隨著生物技術的發展，特別是生物酶工程的研究的進步，各種酶能夠大量低價地獲得，使得酶催化領域作為新興的合成技術越來越受到重視。脂肪酶作為一種廣泛使用的工業用酶之一，可用于催化水解、酯化、轉酯化等多種類型的反應，在日用化學品，油脂轉化，醫藥合成，食品加工等領域廣泛使用。用脂肪酶催化合成聚乙二醇的不飽和羧酸酯，能夠使酯化過程在相對溫和的條件下高效地合成，避免了高溫高壓的強酸催化過程，同時還能在不使用或很少使用阻聚劑的情況下，實現高的雙鍵保留。整個合成過程安全高效，產品質量穩定，色澤潔白。更為重要的是，酶法所生產的聚乙二醇不飽和羧酸酯類產品，不含有毒有害的強酸、重金屬或酚類阻聚劑的成分，產生生物安全性好，可以用于化妝品、醫藥等高附加值的領域。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用脂肪酶催化合成聚乙二醇不飽和羧酸酯的方法。

本發明提供的制備式I所示不飽和羧酸酯的方法，包括如下步驟：

以脂肪酶為催化劑，將式IIa所示聚乙二醇或式IIb所示聚乙二醇單甲醚溶于有機溶劑中后加入式III所示不飽和羧酸混勻進行酯化反應，反應完畢得到所述式I所示化合物；

或者，

以脂肪酶為催化劑，將式IIa所示聚乙二醇或式IIb所示聚乙二醇單甲醚熔融后加入式III所示不飽和羧酸混勻進行酯化反應，反應完畢得到所述式I所示化合物；

所述式I中，R₁為H或甲基或

R₂、R₃和R₄均選自氫和C1-C6的烷基、C2-C6的烯基和苯基中的任意一種；

所述中，R₂、R₃和R₄均選自氫和C1-C6的烷基、C2-C6的烯基和苯基中的任意一種；

所述式I、式IIa和式IIb中，n均為2～1500。

上述方法中，當R₁=H時，式I為聚乙二醇單不飽和羧酸酯；

當R₁=CH₃時，式I為聚乙二醇單甲醚；

當R₁=式I為聚乙二醇雙不飽和羧酸酯。

所述聚乙二醇和聚乙二醇單甲醚的數均分子量為200～50,000，具體為500～20,000，更具體為1200、1900、2000、1200-1900、1900-2000或1200-2000。

在實際操作中，所述脂肪酶是以固定在載體上的固定化酶或含水量低于1%的酶粉的形式加入反應體系的；其中，含水量低于1%的酶粉可為將市售酶液用冷凍干燥的方式獲得。所述載體為硅藻土、樹脂或紡織品膜。

所述脂肪酶選自黑曲霉（Aspergillusniger）、南極假絲酵母脂肪酶（Candida?antarctica?lipase）、皺褶假絲酵母（Candida?rugosa）、毛霉菌（Mucormiehei）、洋蔥假單胞菌（Pseudomonas?cepacia）、和豬胰腺脂肪酶（porcine?pancreas）中的至少一種；

上述脂肪酶中，商品化的固定化酶可以為諾維信固定化脂肪酶435（Novozym435），Lipozyme?RM?IM或Lipozyme?TL?IM。

所述式III所示不飽和羧酸選自甲基丙烯酸、丙烯酸、2-丁烯酸、3-丁烯酸、肉桂酸、異肉桂酸、丙炔酸和2-丁炔酸中的至少一種。

所述脂肪酶與聚乙二醇或聚乙二醇單甲醚的質量比為1：0.01-100，具體為1：10-50，更具體為1：10、1：20或1：10-20；