α-环糊精酶法制备中醇类复合剂的选择及其机理分析

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环糊精酶法制备过程中,通常添加有机溶剂作为复合剂,使生成的环糊精与其形成包合物,解除产物对酶的抑制作用,从而达到改变α-、β-和γ-环糊精比例、增加得率的目的。本论文建立了快速分离醇类复合剂的方法,通过考察一系列醇类复合剂对α-环糊精酶法制备的影响,发现混合醇可进一步地降低环糊精制备的生产成本;并对醇类与α-环糊精的包合稳定性与其对α-环糊精合成的促进效果之间的相关性进行了分析,为α-环糊精制备中复合剂的选择提供一定的理论依据。主要研究内容如下:1.根据液液萃取原理,建立了酶法制备α-环糊精反应体系中醇类复合剂的分离方法。以正癸醇为研究对象,考察了萃取剂种类、萃取温度和萃取时间等因素的影响,确定了最佳萃取条件为:15倍于正癸醇体积的乙醚作为萃取剂,在30℃下萃取30min;其次,以酶法制备α-环糊精的反应体系为研究对象,最佳萃取条件下分离正癸醇后,环糊精的得率与采用传统方法——水蒸气蒸馏法所得的得率相当,说明萃取法能够有效地将α-环糊精酶法制备反应体系中的醇类复合剂分离出来。相比于水蒸气蒸馏法,本方法具有操作简便、省时节能、效率较高等优点。2.通过考察一元直链醇、支链醇和二元醇对α-环糊精酶法制备的影响,发现一元直链醇对α-环糊精合成的促进效果远高于同碳原子数的一元支链醇和二元醇,且醇类复合剂的分子结构越大,越不利于α-环糊精的合成。一元直链醇对α-环糊精酶法制备的影响表现出以下规律:(1) C3以下的直链醇加入后,α-环糊精最高得率相比于未添加有机溶剂提高了52.67%~173.45%;(2) C3~8的中链醇对α-环糊精合成表现出较为明显的促进作用,α-环糊精得率提高了4~5倍;(3) C8以上的长链醇对α-环糊精合成的促进效果最好,α-环糊精得率提高了5~6倍。无复合剂添加下,α-环糊精的得率和比例分别是4.67%和30.60%;当32mmol/L的正辛醇、正癸醇、十二醇加入后,α-环糊精的得率分别为28.60%、33.41%和29.33%,α-环糊精所占比例分别为64.96%、78.74%和75.22%。3.考察了乙醇/正癸醇的混合醇对α-环糊精酶法制备的影响。研究结果表明:当乙醇和正癸醇的添加量分别为2.00%和1.50%(v/v)时,α-环糊精得率为44.35%,略高于工业化生产所使用的6.00%(v/v)的正癸醇的情况。由此可知,混合醇可在保证α-环糊精得率的基础上,可大大减少正癸醇的用量,进一步降低α-环糊精的生产成本,在α-环糊精工业化生产中具有较好的应用前景。4.采用紫外-竞争可见光谱法对环糊精与醇类复合剂的包合稳定常数进行了测定,结合醇类对α-环糊精制备的影响,对复合剂的选择机理进行了分析探讨,结果表明:复合剂与α-环糊精的包合稳定常数与其对α-环糊精制备的影响之间存在着对应关系,包合稳定常数越大,复合剂与α-环糊精所形成的包合物的稳定性越强,越能促进α-环糊精的合成。包合稳定性是由复合剂与环糊精的分子尺寸匹配度所决定,并受分子立体效应、极性和氢键等因素的影响。
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