本发明专利技术公开了一种生物催化制备N,N’‑亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，属于生物催化制备技术领域。本发明专利技术解决了由于N,N’‑亚甲基二乙酰胺结构稳定性差、溶解度低、反应活性低的导致的现有衍生物制备反应条件苛刻以及副产物较多的问题。本发明专利技术首次利用α‑β‑丝氨酸水解酶高效活化N,N’‑亚甲基二乙酰胺的N‑H键，克服高位阻酰胺NH亲核性弱的缺点，于温和条件与甲醛进行质子传递与缩合，形成羟甲基修饰的N,N’‑亚甲基二乙酰胺衍生物。并利用减压蒸馏、重结晶进行羟甲基N,N’‑亚甲基二乙酰胺的分离纯化，可有效降低产品的进一步缩合、分解等副反应，其中N,N’‑二羟甲基‑N,N’‑亚甲基二乙酰胺收率可在80％以上。
1、n,n’-亚甲基二乙酰胺是一种乙酰胺与甲醛缩合而来的化合物，分子式为c5h10n2o2，目前主要应用于α-氨基磷酸的合成(liebigs annalen der chemie,(11),1153-5；1990)、三乙酰基三氮杂环己烷合成(propellants,explosives,pyrotechnics,40(1),133-137；2015)等领域，但由于该物质分子刚性强、溶解度较差，目前有关该物质衍生物的研究较少。
2、且由于n,n’-亚甲基二乙酰胺的氮原子亲核性较弱、空间位阻较大，对其进一步衍生，例如醛胺缩合、酰化、取代等反应，需要高温、无水环境等苛刻反应条件。例如娄忠良等报道了一种浓硫酸催化乙腈制备三乙酰基三氮杂环己烷的方法(有机化学，30(7)，1059-1062)，在两分子乙腈缩合为n,n’-亚甲基二乙酰胺后，需要在95℃高温下继续与甲醛缩合，才能环合为三乙酰基三氮杂环己烷。此外，n,n’-亚甲基二乙酰胺的nh-ch2-nh结构，稳定性较差，易在高温、酸催化下断键，往往导致反应体系内的副反应较多。例如coon等(us3978046a)报道了一种n,n’-亚甲基二乙酰胺与多聚甲醛120℃回流分水的反应体系，仅以16％的收率制备得到了四乙酰基四氮杂环辛烷，而有80％以上的产物为断键导致的三乙酰基三氮杂环己烷。因此，提供一种温和衍生化条件，对提高n,n’-亚甲基二乙酰胺类化合物的应用具有重要意义。
r/>技术实现思路
1、本专利技术为了解决由于n,n’-亚甲基二乙酰胺结构稳定性差、溶解度低、反应活性低导致的现有制备n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法反应条件苛刻以及副产物较多的问题，提供一种生物催化制备n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法。
2、本专利技术的技术方案：
3、本专利技术的目的之一是提供生物催化制备n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，该方法为：向n,n’-亚甲基二乙酰胺溶液中加入缩合剂和生物酶催化剂，加热反应后固液分离，滤液浓缩得粗品，粗品加入溶剂中，再次固液分离，滤液浓缩得产物(n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物)。
4、进一步限定，在n,n’-亚甲基二乙酰胺溶液搅拌的状态下加入缩合剂和生物酶催化剂。
5、进一步限定，n,n’-亚甲基二乙酰胺溶液中溶剂为水、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、1,4-二氧六环、二甲亚砜中一种或多种混合。
6、进一步限定，n,n’-亚甲基二乙酰胺溶液中n,n’-亚甲基二乙酰胺与溶剂的质量体积比为1：(10～100)。
7、进一步限定，缩合剂为甲醛水溶液、三聚甲醛、多聚甲醛中甲醛水溶液、三聚甲醛、多聚甲醛中一种或多种混合。
8、进一步限定，缩合剂与n,n’-亚甲基二乙酰胺的物质的量比为(1～3):1。
9、进一步限定，生物酶催化剂为α-β丝氨酸水解酶，其氨基酸序列为seq id no1～6。
10、进一步限定，生物酶催化剂与n,n’-亚甲基二乙酰胺的质量比为(0.05～0.75):1。
11、进一步限定，加热反应温度为15～60℃，时间为12～72h。
12、进一步限定，向粗品中加入的溶剂为乙酸乙酯、甲苯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯中一种或多种混合，该溶剂与粗品的质量比为(10～50):1。
13、进一步限定，固液分离方式为过滤或离心；浓缩方式为减压蒸馏。
14、更进一步限定，减压蒸馏条件为：压力1.33～5kpa，温度15～40℃。
15、进一步限定，产物为n-羟甲基-n,n’-亚甲基二乙酰胺或/和n,n’-二羟甲基-n,n’-亚甲基二乙酰胺。
16、进一步限定，n-羟甲基-n,n’-亚甲基二乙酰胺的结构式如下：
17、
18、进一步限定，n,n’-二羟甲基-n,n’-亚甲基二乙酰胺的结构式如下：
19、
20、本专利技术首次利用α-β-丝氨酸水解酶活化高位阻的n,n’-亚甲基二乙酰胺的n-h键，有效提高了酰胺n与甲醛的缩合反应效率，并经高效分离纯化实现n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物产品的简单制备。与现有技术相比具有以下有益效果：
21、(1)α-β丝氨酸水解酶是一类具有丝氨酸(ser)-组氨酸(his)-天冬氨酸(asp)催化三联体的生物酶，具有水解/脱水活性，能够高效的结合含酰基类化合物(醛、羧酸等)，形成活性酰基中间体，进而接受亲核试剂的攻击形成相应的产物。本申请通过α-β丝氨酸水解酶来活化甲醛分子，进而与n,n’-亚甲基二乙酰胺的n-h位点发生醛胺缩合反应，于n-h位点引入羟甲基结构，获得n-羟甲基-n,n’-亚甲基二乙酰胺和n,n’-二羟甲基-n,n’-亚甲基二乙酰胺两种n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物，有望改善n,n’-亚甲基二乙酰胺的溶解性差、易断键的缺点，提高n,n’-亚甲基二乙酰胺类化合物在环合等反应的活性，这对该类化合物的应用具有潜在应用价值。
22、(2)本专利技术利用α-β-丝氨酸水解酶高效活化n,n’-亚甲基二乙酰胺的n-h键，克服高位阻酰胺nh亲核性弱的缺点，于温和条件与甲醛进行质子传递与缩合，形成羟甲基修饰的n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物。特别值得注意的是获得的n,n’-二羟甲基-n,n’-亚甲基二乙酰胺未见文献报道。
23、(3)本专利技术利用减压蒸馏、重结晶进行羟甲基n,n’-亚甲基二乙酰胺的分离纯化，可有效降低产品的进一步缩合、分解等副反应，其中n,n’-二羟甲基-n,n’-亚甲基二乙酰胺收率可在80％以上。
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【技术保护点】
1.一种生物催化制备N,N’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，向N,N’-亚甲基二乙酰胺溶液中加入缩合剂和生物酶催化剂，加热反应后固液分离，滤液浓缩得粗品，粗品加入溶剂中，再次固液分离，滤液浓缩得N,N’-亚甲基二乙酰胺衍生物。
2.根据权利要求1所述的生物催化制备N,N’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，N,N’-亚甲基二乙酰胺溶液中溶剂为水、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、1,4-二氧六环、二甲亚砜中一种或多种混合。
3.根据权利要求1所述的生物催化制备N,N’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，N,N’-亚甲基二乙酰胺溶液中N,N’-亚甲基二乙酰胺与溶剂的质量体积比为1：(10～100)。
4.根据权利要求1所述的生物催化制备N,N’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，缩合剂为甲醛水溶液、三聚甲醛、多聚甲醛中甲醛水溶液、三聚甲醛、多聚甲醛中一种或多种混合。
5.根据权利要求1所述的生物催化制备N,N’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，生物酶催化剂为α-β丝氨酸水解酶，其氨基酸序列为SEQ ID NO1～6。
6.根据权利要求1所述的生物催化制备N,N’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，缩合剂与N,N’-亚甲基二乙酰胺的物质的量比为(1～3):1，生物酶催化剂与N,N’-亚甲基二乙酰胺的质量比为(0.05～0.75):1。
7.根据权利要求1所述的生物催化制备N,N’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，加热反应温度为15～60℃，时间为12～72h。
8.根据权利要求1所述的生物催化制备N,N’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，向粗品中加入的溶剂为乙酸乙酯、甲苯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯中一种或多种混合，该溶剂与粗品的质量比为(10～50):1。
9.根据权利要求1所述的生物催化制备N,N’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，固液分离方式为过滤或离心；浓缩方式为减压蒸馏，减压蒸馏条件为：压力1.33～5kPa，温度15～40℃。
10.一种权利要求1所述的生物催化制备N,N’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法获得的产物，其特征在于，产物为N-羟甲基-N,N’-亚甲基二乙酰胺或/和N,N’-二羟甲基-N,N’-亚甲基二乙酰胺。
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【技术特征摘要】
1.一种生物催化制备n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，向n,n’-亚甲基二乙酰胺溶液中加入缩合剂和生物酶催化剂，加热反应后固液分离，滤液浓缩得粗品，粗品加入溶剂中，再次固液分离，滤液浓缩得n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物。
2.根据权利要求1所述的生物催化制备n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，n,n’-亚甲基二乙酰胺溶液中溶剂为水、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、1,4-二氧六环、二甲亚砜中一种或多种混合。
3.根据权利要求1所述的生物催化制备n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，n,n’-亚甲基二乙酰胺溶液中n,n’-亚甲基二乙酰胺与溶剂的质量体积比为1：(10～100)。
4.根据权利要求1所述的生物催化制备n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，缩合剂为甲醛水溶液、三聚甲醛、多聚甲醛中甲醛水溶液、三聚甲醛、多聚甲醛中一种或多种混合。
5.根据权利要求1所述的生物催化制备n,n’-亚甲基二乙酰胺衍生物的方法，其特征在于，生物酶催化剂为α-β丝氨酸水解酶，其氨基酸序列为seq id...
【专利技术属性】
技术研发人员：咸漠，姜龙，徐超，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：
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