一种脂肪酶拆分手性1-苯乙胺的催化精馏工艺及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种化工反应分离装置和方法，具体内容为使用脂肪酶催化1‑苯乙胺动力学手性拆分的催化精馏塔及其工艺。该精馏塔包括冷凝器和再沸器，其特征在于：精馏塔反应段带有催化剂包，其内装填固载于树脂上的脂肪酶；由于脂肪酶的选择性催化作用，羧酸酯作为酰基供体与R型1‑苯乙胺反应生成R型酰胺，S型1‑苯乙胺不参与反应。本发明专利技术提供的装置和方法可实现1‑苯乙胺的反应转化率达到99％以上；得到对映体过剩率ee(Enantiomeric excess)大于99％的R型酰胺产品及对映体过剩率ee大于98％的S型1‑苯乙胺产品；极大地精简生产流程，降低能耗和操作费用。

【技术实现步骤摘要】
一种脂肪酶拆分手性1-苯乙胺的催化精馏工艺及装置
本专利技术涉及一种以脂肪酶为催化剂拆分手性1-苯乙胺的催化精馏工艺和装置，其特点是采用脂肪酶作为催化剂与普通精馏塔有机结合形成催化精馏耦合过程，通过动力学拆分外消旋1-苯乙胺，生产对映体过剩率ee98％以上的单一对映体手性1-苯乙胺。
技术介绍
手性化合物的分子量、分子结构相同，但左右排列相反，如实物与其镜中的映体；其熔点、溶解度、能够发生的化学反应的类型等都十分类似。虽然理化性质接近，但生物体内发生的生化反应(如抗原与抗体的免疫识别、酶对于底物的专一催化等)都会根据严格的手性匹配识别各分子。因此，虽然一对手性化合物的化学式和分子结构完全相同，但由于空间构象的不同，它们会在生物体内体现出不同的特性。在具有手性结构的医药、农药、香料产品的生产过程中，往往只有其中一种手性对映体具有反应所需的生化性质，另一种手性对映体则没有生化活性甚至存在负面作用。因此，分离并提纯单一对映体在手性化学品制造过程中具有重要意义。外消旋体拆分法是一种被广泛使用的手性化合物制备方法，其原理为在手性助剂的作用下，将外消旋体拆分为两种纯对映体。脂肪酶对对映体具有专一识别能力，可以利用脂肪酶作为催化剂进行外消旋体拆分。1-苯乙胺具有手性，其单一手性对映体可以作为药物中间体或用于香料制造。利用脂肪酶的对映体选择性能够选择性催化R-1-苯乙胺与酰基供体反应生成R型酰胺，S-1-苯乙胺不参与反应。传统外消旋1-苯乙胺的动力学拆分工艺使用釜式反应器法，该方法具有操作简单、设备投资较低的优点，但由于反应体系中存在平衡限制，难以获得较高的产品转化率。为此，本专利技术采用催化精馏塔对外消旋1-苯乙胺进行动力学拆分。催化精馏将反应-分离过程有机耦合，对体系中的反应产物进行及时分离，破坏可逆反应中原有的反应平衡，提高反应物浓度，使反应朝正向进行，提高反应速率和平衡转化率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有工艺的不足，提供一种以脂肪酶为催化剂的催化精馏动力学拆分生产手性1-苯乙胺的新工艺。本工艺中反应过程与产品分离在同一个塔内进行，通过两者的有机结合实现反应速率和产品转化率的提升。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于1-苯乙胺拆分的催化精馏塔，包括冷凝器和再沸器，精馏塔反应段带有催化剂包，其内装填固载于大孔树脂上的脂肪酶，该段理论塔板数为5～10块。精馏段顶部回收得到副产品脂肪醇，该段理论塔板数为5～15块。提馏段底部采出反应产物R型酰胺及不参与反应的S-1-苯乙胺，同时为以上部各区域提供气相回流，该段的理论塔板数为5～15块。除反应段外，其他区域均装有塔板、填料或二者的组合。一种如上所述的催化精馏塔的使用方法：将1-苯乙胺预热至60℃后从催化精馏塔反应段上部进料，将羧酸酯预热至40～70℃后从反应段下部进料，1-苯乙胺和羧酸酯在反应段中逆流接触，在催化剂作用下反应生成相应的R型酰胺和脂肪醇，脂肪醇于塔顶经冷凝器冷凝后采出。进料1-苯乙胺和羧酸酯的摩尔比为1∶1～1∶10。上述的催化精馏塔塔顶回流比为1.0～10.0，操作压力为200～1000mBar。本专利技术中，所述的羧酸酯包括甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、丁酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸烯丙酯、乙酸正丁酯、丁酸甲酯和乙酸异丁酯。本专利技术采用的催化精馏塔及其工艺与传统的1-苯乙胺脂肪酶催化拆分装置及工艺相比，具有明显的优越性：1.反应转化率高，将催化精馏塔运用于1-苯乙胺的脂肪酶催化拆分，由于反应产物被及时分离出反应区域，减少了反应产物在装置内的接触时间，反应过程及分离过程得以有机结合，使反应进行得更为彻底，最高可实现99％以上的R-1-苯乙胺转化率。2.产品光学纯度高，反应产物R-酰胺收率可达99.9％以上，对映体过剩率ee可达99.5％以上。未反应的S-1-苯乙胺对映体过剩率ee可以达到98％以上。附图说明图1为本专利技术工艺流程示意图。附图标记说明：A：精馏段；B：反应段；C：提馏段。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。所用催化精馏塔为填料塔，反应段的理论塔板数为5，精馏段的理论塔板数为4，提馏段的理论塔板数为7。以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1所用催化精馏塔操作压力为300mBar。1-苯乙胺经预热至60℃后从反应段上部进料口连续进料。丁酸乙酯经预热至60℃后从反应段下部进料口连续进料。进料1-苯乙胺与丁酸乙酯摩尔比为1∶3。1-苯乙胺与丁酸乙酯在反应段中装填的脂肪酶催化剂的催化下反应生成R-酰胺及乙醇。塔釜温度为100～101℃，塔釜再沸器为上部各段提供上升气相。催化精馏塔塔顶回流比为3.4，温度为50～51℃。催化精馏塔塔顶采出乙醇，塔釜采出R-酰胺及未反应的S-1-苯乙胺和丁酸乙酯。经检测，催化精馏塔中R-1-苯乙胺转化率≥99.0％，塔顶采出乙醇质量分数≥98％，塔釜采出液中(R)-酰胺对映体过剩率ee≥99％，S-1-苯乙胺对映体过剩率ee≥98％。实施例2所用催化精馏塔操作压力为500mBar。1-苯乙胺经预热至60℃后从反应段上部进料口连续进料。丁酸甲酯经预热至60℃后从反应段下部进料口连续进料。进料1-苯乙胺与丁酸甲酯的摩尔比为1∶2。1-苯乙胺与丁酸甲酯在反应段中装填的脂肪酶催化剂的催化下反应生成R-酰胺及甲醇。塔釜温度为98～99℃，塔釜再沸器为上部各段提供上升气相。催化精馏塔塔顶回流比为2.2，温度为47～48℃，顶部采出甲醇产品。经检测，催化精馏塔中R-1-苯乙胺转化率≥99.5％，塔顶采出液中甲醇质量分数≥91％，塔釜采出液中R-酰胺对映体过剩率ee≥99％，S-1-苯乙胺对映体过剩率ee≥99％。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于脂肪酶催化1‑苯乙胺动力学手性拆分的催化精馏塔及其工艺。催化精馏塔包括冷凝器和再沸器，其特征在于：精馏塔反应段带有催化剂包，其内装填固载于树脂上的脂肪酶；1‑苯乙胺和酰基供体经预热后分别从反应段上部和下部连续进料，其中R型1‑苯乙胺与酰基供体反应生成R型酰胺，由于脂肪酶催化剂的选择性催化，S型1‑苯乙胺不参与反应；塔顶采出反应产物羧酸酯；塔底采出未反应的S型1‑苯乙胺、羧酸酯以及反应产物R型酰胺。

【技术特征摘要】
1.一种用于脂肪酶催化1-苯乙胺动力学手性拆分的催化精馏塔及其工艺。催化精馏塔包括冷凝器和再沸器，其特征在于：精馏塔反应段带有催化剂包，其内装填固载于树脂上的脂肪酶；1-苯乙胺和酰基供体经预热后分别从反应段上部和下部连续进料，其中R型1-苯乙胺与酰基供体反应生成R型酰胺，由于脂肪酶催化剂的选择性催化，S型1-苯乙胺不参与反应；塔顶采出反应产物羧酸酯；塔底采出未反应的S型1-苯乙胺、羧酸酯以及反应产物R型酰胺。2.根据权利要求1所述的脂肪酶催化1-苯乙胺催化精馏手性拆分工艺，其特征在于：所述的脂肪酶是皱褶假丝酵母脂肪酶、米曲霉脂肪酶、皱褶假丝酵母脂肪酶、黑曲霉脂肪酶、南极假丝酵母脂肪酶、念珠菌脂肪酶、假单胞菌脂肪酶、猪胰腺脂肪酶中的任意一种。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红星，王晓达，王伟粲，邱挺，叶长燊，黄智贤，杨臣，杨金杯，陈锦溢，王清莲，李玲，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津,12