專利名稱：一種酶催化過氧化氫氧化油酸制備壬二酸的方法
技術領域：
本發明涉及一種脂肪酶催化過氧化氫氧化制備壬二酸的方法。
背景技術：
壬二酸又叫杜驟花酸，是一種白色至微黃色單斜棱晶、針狀晶體或粉
末。分子式為C9H1604，分子量188. 22，比重1. 0291 (4°C)、 1. 225 (25 °C)，熔點106. 5°C，沸點286. 5°C (13. 33kPa)，折射率1. 4303 (111 °C)，易溶于熱水、熱苯及醇，微溶于水、醚和苯。 壬二酸是一種中長鏈二元酸，是重要的有機合成中間體。隨著科學技 術的發展，壬二酸衍生物的應用市場越來越廣闊。根據統計，壬二酸 最主要的用途是用來合成壬二酸二辛酯(DOZ)增塑劑，其次分別用 于合成香料、潤滑油和聚酰胺等產品(應用化工，2005， 34(1): 48-50 或EngChemRes， 2000， 39:2766-2771)。
除了上述用途外，近年來隨著電子工業的發展，發瑰壬二酸具有優越 的電性能在電容器制造中，用電容級壬二酸制的賦能液氧化能力強， 賦能效果好，比容高，漏電流少，而且材料用得少，可使電解電容器 體積更小、容量更大、成本低和壽命長。(精細化工， 1994， 11 (1) :56-58)。
壬二酸還被用于皮膚病的防治。臨床上已用于治療座瘡、酒糟鼻、 黃褐斑和皮膚色素沉著過多癥(中國醫院藥學雜志， 2002， 22(4) :242-243)。
它的生產及制備一是以油酸、亞油酸、蓖麻油等脂肪酸為原料， 臭氧、過氧化氫等氧化劑氧化而得；二是由相應的二元醇或二元醛氧 化制得。還可以用微生物發酵氧化法使正垸烴轉化為二元羧酸。其中
以油酸為原料的過氧化氫氧化法制備壬二酸，弓l起了人們極大興趣。 油酸在有效的催化劑體系作用下，首先氧化生成環氧化合物，接 著環氧化合物開環生成9， IO—二羥基硬脂酸；雙羥基化合物經氧化 裂解反應生成壬酸和壬二酸。在過氧化氫氧化油酸的過程中，也有可 能形成含羥基、環氧基團和羥醛等基團的反應中間體混合物，這些中 間產物在催化劑的作用下進一步氧化，發生碳碳鍵的氧化裂解反應， 得到壬酸和壬二酸。同時，伴隨著氧化降解反應，還生成了短鏈的單 羧酸和二元羧酸。本發明的合成路線如下
/C02H C02H H02、 zC02H
H1768(CH2)7 C8H17Z + 、CH2)7
nov 435
0\ CO，H ,21 。H
H17C8 (CH2)7
E. Santacesaria等人采用的方法是將鎢酸作催化劑雙氧水氧化 所產生的產物倒入高壓釜，并加入溶有1. 2克四水乙酸鈷的300mL蒸 餾水，并加熱到7(TC，通入15個大氣壓的氧氣和30個大氣壓的氮 氣促使9， 10-二羥基硬脂酸的氧化裂解(Catalysis Today, 2003， 79-80:59-65)。 .
世界專利WO 9410122采用的一種方法是以鎢酸、鉬酸或其堿 金屬或堿土金屬鹽作為催化劑，50-70%雙氧水氧化得到的9， 10-二 羥基中間產物加入高壓釜，加入乙酸鈷的水溶液，加壓到70個大氣 壓，在66。C的溫度下反應4. 5小時，冷卻分離純化得產率為75%壬二 酸和和產率為75. 4%的壬酸。
S.E.Turnwald等人采用的方法是在一種新的催化劑PCWP作用 下，加熱油酸和催化劑，并在反應開始前和反應進行的不同時間段分
批加入過氧化氫，2小時內壬二酸的產率為16%， 5h時32y。， 10小時 為37% (Journal of materials science letters, 1998， 17:1305 -1307)。
歐洲專利EP 122804采用40%雙氧水為氧化劑，在 [(C晶7)3NCH3]3PW4022催化下，并加入l， 2-二氯乙烷作為溶劑，在8(TC 反應5小時，得收率83%的壬二酸和66%的壬酸 .
丹麥專利DE 2144015中利用70%的&02使乙酸轉化為過氧乙酸， 再以CH3C00N(CH3)2為溶劑，在(CH3C00)2Co存在下，氧化9， 10-二羥 基硬脂酸得到反應混合物，再經氧氣氧化得到壬二酸和壬酸。
另外一些過氧化氫氧化油酸的反應涉及到了兩步反應，但并沒有 嚴格的分開，如M. chael A等人將鎢酸作為催化劑60%雙氧水氧化 得到的9， 10-二羥基未經提純直接到入高壓釜，并加入300毫升溶 有1.2克水合乙酸鈷的蒸餾水，加壓到70個大氣壓，在66'C的溫度 下反應4.5小時，冷卻到50。C，并將水相與油相分離，包含鈷鹽的 水相可以作以后的實驗用，油相采用9(TC蒸餾水萃取并結晶得到壬 二酸，有機相進行減壓蒸餾得到壬酸，減壓蒸餾剩下的液體用氫氧化 鈉溶液在9CTC皂化，酸化后可進一步得到壬二酸和壬酸，最終得到 產率為75%的壬二酸和75.4%的壬酸(Journal of Molocular Catalysis: Chemical, 1999， 150:105—111)。
利用&02作為氧化齊1」，實現綠色氧化最近頗受關注，2001年Nobel 化學獎得主之一的Noyori教授最近介紹了他們研究小組利用H必為 氧化劑，w的配合物作為均相催化劑，在相轉移催化劑季銨亞硫酸鹽 存在下實現氧化反應的情況，并在這方面進行了系統的研究 (Chem. Co腿un. 2003, 1977)
Kamata等由于其開發的多金屬氧酸鹽[r-SiW^Ck (H202) 2] 4-催化劑 可將HA的利用率超過99%，得以發表在Science上(Science 2003， 300， 964)。
H202中活性氧含量高，氧化性較之分子氧，所以它在綠色氧化中，
是對分子氧的一個重要補充，是一種優良的氧化劑。與HN03、 KMn04 或0504或03等氧化劑相比，它具有價格低、污染小、來源豐富、無 毒無味、還原副產物只生成水、使用安全、操作簡便以及選擇性和收 率高等優點，很符合現在所提倡的綠色化學工業的要求，并已廣泛應 用于有機物的合成、污水處理等方面。因此可作為將來工業化生產的 首選，國內外對此方法相當重視。
中科院蘭化所的宋河遠等以50%過氧化氫為氧化劑，鎢化合物 為催化劑，反應溫度為95-100。C，以三辛基甲基氯化銨(TOMAC)和雙 十八烷基二甲基氯化銨(DOD—MAC)為相轉移試劑的條件下合成了壬 二酸，反應時間為8h時，反應轉化率為100%，對壬二酸的選擇性 達到91.5%。
微波加熱是一種與常規加熱不同，其表面和內部同時進行的體系 加熱手段，不需要熱的傳導和對流，不依賴于溫度梯度的推動，體系 受熱均勻，升溫迅速；在化學反應中可以極大地提高反應速度，降低 了反應的活化能，改變了反應動力學行為，顯示出其反應迅速、完全、 收率高、選擇性好等優點。新疆理化所2002級碩士生高軍軍等在微 波條件下，以鎢酸作催化劑，50%的過氧化氫氧化法合成了壬二酸， 反應2h，收率可達74.6%，純度可達97. 76% (化學世界，2005， 12: 678-681)。
中科院新疆理化所阿依夏木等利用疏水性離子液體BMIMPFs做溶 劑，鎢酸做催化劑，用50°/。過氧化氫氧化油酸(相對含量為7390，通 過兩步法最終得到產物收率為39%,純度為98%的壬二酸產品。(化工 進展，2007， 26(7): 1027-1031)。
本發明在已有的壬二酸合成工作基礎上，選擇低濃度的綠色清潔 氧化劑過氧化氫為油酸氧化合成壬二酸的氧化劑，進一步探索并實現 了脂肪酶催化制備9， 10-二羥基硬脂酸和壬二酸的方法，該方法與
已有技術相比較有明顯的技術進步和不同。
發明內容
本發明目的在于，克服現有技術的不足而提供一種酶催化過氧化 氫氧化法制備壬二酸的方法。該方法將油酸，脂肪酶，溶劑，攪拌混 合均勻，室溫滴加過氧化氫溶液進行反應，濾出催化劑脂肪酶，旋轉 蒸發回收溶劑，采用乙酸乙酯重結晶即可得到9， 10-二羥基硬脂酸；
在將9， 10-二羥基硬脂酸的油相中加入過氧乙酸混合溶液，反應結束
后旋轉蒸發除去溶劑，經萃取、過濾、烘干，從反應液中提取得到產 物壬二酸和副產物壬酸。
本發明所述的一種催化氧化體系制備壬二酸的方法，按下列步驟
進行
a、 首先制備9，10-二羥基硬脂酸
將油酸，脂肪酶及甲苯質量比1:0.01-5:1.2-5攪拌混合均勻， 滴加過氧化氫溶液，在1—6小時內滴加完成，在室溫下反應10—24 小時，過濾回收脂肪酶，旋轉蒸發并回收溶劑，采用乙酸乙酯重結晶 得到9， 10-二羥基硬脂酸；
b、 壬二酸的合成
在裝有9， 10-二羥基硬脂酸的容器中加入過氧乙酸混合溶液，在 溫度90-IO(TC反應2-6小時，反應結束后旋轉蒸發除去溶劑，經萃 取、過濾、烘干，從反應液中提取得到產物壬二酸和副產物壬酸。 步驟a所采用的催化劑為脂肪酶nov435。 步驟a過氧化氫的濃度為8-60%。 步驟a過氧化氫的加入量質量比為油酸的1-4倍。 步驟b過氧乙酸混合液為過氧乙酸、過氧化氫、乙酸、水和硫酸 的混合液。
步驟b過氧乙酸混合液中各組分的比例為以步驟a中的油酸為 基數，與過氧乙酸混合液中的過氧乙酸、過氧化氫、乙酸、水和硫酸 的質量比為1:0. 5-3:0. 5-3:1-4:0. 5-3:0. 01-0. 3。
該方法與諸多的己有技術相比，本發明工藝清潔，環境友好，不 污染環境，第一步環氧化反應無需加熱、加入高濃度過氧化氫及加熱 貴金屬催化劑，不需要長時間通氧氣，臭氧，反應中不需要高壓，反 應完畢后脂肪酶可以回收重復使用，實施條件簡單，便于進行規模化 生產。
本發明的特點是采用了 一種的酶催化氧化體系，在此體系中氧化
劑為過氧化氫和過氧乙酸；溶劑乙酸可以回收重復利用；本發明與已
有技術相比，具有以下幾個特點(1)催化劑脂肪酶nov435，可以重
復使用6-10次；(2)環氧化一-裂解反應中所用的過氧化氫的濃度為
20-30%，實現了低濃度過氧化氫的高效利用；(3)產品壬二酸的產率
較高，最高可達70% (以油酸計)；(4)采用提純后的中間產物作為反
應物可以得到純度很高，晶型很好的壬二酸產物；(5)反應過程簡單，
反應中不需要高壓，無需貴金屬催化劑，更不需要長時間通氧氣；(6)
過氧化氫反應后轉化為水，過氧乙酸轉化為乙酸，并可以回收重復利
用。 .
與冊04為催化劑(Catalysis Today, 2003, 79-80:59-65);以
鴇酸、鉬酸或其堿金屬或堿土金屬鹽作為催化劑(世界專利W0 9410122)的方法，采用[(CsH丄NCH3]3PW4022催化下合成壬二酸(歐洲 專利EP122804)禾口[(n—C8H17)3NCH3]3_{P04[w(0) (02) 2]4}為催化劑得 到壬酸和壬二酸的方法以及中科院蘭化所的宋河遠等使用一三辛基 甲基氯化銨(T0MAC)和雙十八垸基二甲基氯化銨(D0D—MAC)為相轉移 試劑的條件下合成了壬二酸的方法相比，酶催化過氧化氫氧化是一種 不污染環境，工藝清潔，選擇性高，便于規模化生產的方法。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發明做進一步說明。
實施例1
a、 9， 10-二羥基硬脂酸的制備
將油酸，脂肪酶nov435及甲苯按照1:0. 01:1. 2 (質量比)攪拌混 合均勻，滴加與油酸等量的濃度為8%過氧化氫溶液，在2小時內滴 加完成，在室溫下反應10小時，過濾回收脂肪酶nov435，旋轉蒸發 并回收溶劑，采用乙酸乙酯重結晶得到9， 10-二羥基硬脂酸；
b、 壬二酸的合成
在裝有9， 10-二羥基硬脂酸的容器中加入過氧乙酸混合溶液，過 氧乙酸混合液的加入量為(質量比)以步驟a油酸為基數，油酸:過氧 乙酸過氧化氫乙酸水:硫酸=1:3:0. 5:2:0. 5:0. 01，在溫度90。C反 應2小時，反應結束后旋轉蒸發除去溶劑，從反應液中提取得到產物 壬二酸和副產物壬酸；
將反應混合物熱水萃取5次，在0-5-C置冷過夜，減壓抽濾除水， 得到白色結晶物。水相合并后再次旋轉蒸發除去部分水，置于冰箱重 結晶又可得到8%的產物，濾餅在6(TC烘干，測其熔點為95-100。C， 壬二酸總收率為50% (按油酸計)。
實施例2
a、 9， 10-二羥基硬脂酸的制備
將油酸，脂肪酶nov435及甲苯按照1:0. l:2(質量比)攪拌混合 均勻，滴加與油酸量1. 5倍的濃度為20%過氧化氫溶液，在3小時 內滴加完成，在室溫下反應14小時，過濾回收脂肪酶，旋轉蒸發并 回收溶劑，采用乙酸乙酯重結晶得到9， 10-二羥基硬脂酸；
b、 壬二酸的合成
在裝有9， 10-二羥基硬脂酸的容器中加入過氧乙酸混合溶液，過 氧乙酸混合液的加入量為(質量比)以步驟a油酸為基數，油酸:過氧 乙酸過氧化氫乙酸水:硫酸=1: 0.5:2:2:1.5:0.3，在溫度92。C反 應3小時，反應結束后旋轉蒸發除去溶劑，從反應液中提取得到產物 壬二酸和副產物壬酸；
將反應混合物熱水萃取4次、在0-5"C置冷過夜，減壓抽濾除水、 得到白色結晶物。水相合并后再次旋轉蒸發除去部分水，置于冰箱重 結晶又可得到10%的產物，濾餅在6(TC烘干，測其熔點為100-103°C， 壬二酸總收率為62% (按油酸計)。
實施例3
a、 9， 10-二羥基硬脂酸的制備 '
將油酸，脂肪酶nov435及甲苯按照1:1.0:3(質量比)攪拌混合 均勻，滴加與油酸2倍(質量比)的濃度為40%過氧化氫溶液，在4 小時內滴加完成，在室溫下反應18小時，過濾回收脂肪酶，旋轉蒸 發并回收溶劑，采用乙酸乙酯重結晶得到9， 10-二羥基硬脂酸；
b、 壬二酸的合成
在裝有9， 10-二羥基硬脂酸的容器中加入過氧乙酸混合溶液，過 氧乙酸混合液的加入量為(質量比)以步驟a油酸為基數，油酸:過氧 乙酸過氧化氫乙酸水硫酸=1:1.5:3:1:2.5:0. l.，在溫度95。C反 應3.5小時，反應結束后旋轉蒸發除去溶劑，從反應液中提取得到產 物壬二酸和副產物壬酸；
將反應混合物熱水萃取6次，在0-5'C置冷過夜，減壓抽濾除水，
得到白色結晶物，水相合并后再次旋轉蒸發除去部分水，置于冰箱重 結晶又可得到9%的產物，濾餅在6(TC烘干，測其熔點為10卜105°C， 壬二酸總收率為63% (按油酸計)。 實施例4
a、 9， 10-二羥基硬脂酸的制備
將油酸，脂肪酶nov435及甲苯按照1:1.5:3.5(質量比)攪拌混 合均勻，滴加與油酸2.5倍(質量比)的濃度為50%過氧化氫溶液， 在3.5小時內滴加完成，在室溫下反應20小時，過濾回收脂肪酶， 旋轉蒸發并回收溶劑，采用乙酸乙酯重結晶得到9， 10-二羥基硬脂酸;
b、 壬二酸的合成
在裝有9， 10-二羥基硬脂酸的容器中加入過氧乙酸混合溶液，過 氧乙酸混合液的加入量為(質量比)以步驟a油酸為基數，油酸:過氧 乙酸過氧化氫乙酸水:硫酸=1:2:2.5:4:2:0. 1，在溫度95。C反應4 小時，反應結束后旋轉蒸發除去溶劑，從反應液中提取得到產物壬二 酸和副產物壬酸；
將反應混合物熱水萃取4次、在0-5'C置冷過夜，減壓抽濾除水、 得到白色結晶物。水相合并后再次旋轉蒸發除去部分水，置于冰箱重 結晶又可得到7%的產物，濾餅在60'C烘干，測其熔點為103-105°C， 壬二酸總收率為67% (按油酸計)。
實施例5
a、 9， 10-二羥基硬脂酸的制備
將油酸，脂肪酶nov435及甲苯按照l:3:4(質量比)攪拌混合均勻， 滴加與油酸3倍(質量比)的濃度為55%過氧化氫溶液，在4小時 內滴加完成，在室溫下反應24小時，過濾回收脂肪酶，旋轉蒸發并 回收溶劑，采用乙酸乙酯重結晶得到9， 10-二羥基硬脂酸；
b、 壬二酸的合成
在裝有9， 10-二羥基硬脂酸的容器中加入過氧乙酸混合溶液，過 氧乙酸混合液的加入量為(質量比)以步驟a油酸為基數，油酸:過氧 乙酸過氧化氫乙酸水硫酸=1:2:3:3:3:0. 1，在溫度98。C反應5 小時，反應結束后旋轉蒸發除去溶劑，從反應液中提取得到產物壬二 酸和副產物壬酸；
將反應混合物熱水萃取4次、在0-5'C置冷過夜，減壓抽濾除水、 得到白色結晶物。水相合并后再次旋轉蒸發除去部分水，置于冰箱重 結晶又可得到10%的產物，濾餅在6(TC烘干，測其熔點為103-105°C， 壬二酸總收率為70% (按油酸計)。
實施例6 .
a、 9， 10-二羥基硬脂酸的制備
將油酸，脂肪酶nov435及甲苯按照l:5:5(質量比)攪拌混合均 勻，滴加與油酸4倍(質量比)的濃度為60%過氧化氫溶液，在6 小時內滴加完成，在室溫下反應24小時，過濾回收脂肪酶，旋轉蒸 發并回收溶劑，采用乙酸乙酯重結晶得到9， 10-二羥基硬脂酸；
b、壬二酸的合成
在裝有9， 10-二羥基硬脂酸的容器中加入過氧乙酸混合溶液，過 氧乙酸混合液的加入量為(質量比)以步驟a油酸為基數，油酸:過氧 乙酸過氧化氫乙酸水硫酸=1:3:2.5:4:3:0.3，在溫度IO(TC反應 6小時，反應結束后旋轉蒸發除去溶劑，從反應液中提取得到產物壬 二酸和副產物壬酸；
將反應混合物熱水萃取5次、在0-5"C置冷過夜，減壓抽濾除水、 得到白色結晶物。水相合并后再次旋轉蒸發除去部分水，置于冰箱重 結晶又可得到11%的產物，濾餅在6(TC烘干，測其熔點為103-105°C， 壬二酸總收率為70% (按油酸計)。
權利要求
1、一種脂肪酶催化過氧化氫氧化體系制備壬二酸的方法，其特征在于按下列步驟進行a、首先制備9，10-二羥基硬脂酸將油酸，脂肪酶及甲苯質量比1∶0.01-5∶1.2-5攪拌混合均勻，滴加過氧化氫溶液，在1-6小時內滴加完成，在室溫下反應10-24小時，過濾回收脂肪酶，旋轉蒸發并回收溶劑，采用乙酸乙酯重結晶得到9，10-二羥基硬脂酸；b、壬二酸的合成在裝有9，10-二羥基硬脂酸的容器中加入過氧乙酸混合溶液，在溫度90-100℃反應2-6小時，反應結束后旋轉蒸發除去溶劑，經萃取、過濾、烘干，從反應液中提取得到產物壬二酸和副產物壬酸。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟a所采用的催 化劑為脂肪酶nov435。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟a過氧化氫的 濃度為8-60%。
4、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟a過氧化氫的 加入量質量比為油酸的1-4倍。
5、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟b過氧乙酸混 合液為過氧乙酸、過氧化氫、乙酸、水和硫酸的混合液。
6、 根據權利要求1和5所述的方法，其特征在于步驟b過氧乙 酸混合液中各組分的比例為以步驟a中的油酸為基數，與過氧乙酸 混合液中的過氧乙酸、過氧化氫、乙酸、水和硫酸的質量比為 1:0. 5-3:0. 5-3:1-4:0. 5—3:0. 01—0. 3 。
全文摘要
本發明涉及一種酶催化氧化體系制備壬二酸的方法，該方法將油酸，脂肪酶，溶劑攪拌混合均勻，滴加過氧化氫溶液，室溫反應，過濾并回收催化劑，旋轉蒸發回收溶劑，采用乙酸乙酯重結晶便可得到9，10-二羥基硬脂酸；在將9，10-二羥基硬脂酸的油相中加入過氧乙酸溶液，經萃取、過濾、烘干即可得到產物壬二酸。壬二酸的產率最高可達60-70％(以油酸計)。本發明所述的方法工藝清潔，環境友好，不污染環境，第一步環氧化反應無需加熱、加入高濃度過氧化氫和貴金屬催化劑，不需要長時間通氧氣，臭氧，反應中不需要高壓，反應完畢后脂肪酶可以回收重復使用，實施條件簡單，便于進行規模化生產。
文檔編號C12P7/44GK101200735SQ200710180039
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月5日 優先權日2007年12月5日
發明者吾滿江·艾力, 哈麗丹·買買提, 夏木西卡馬爾·買買提, 阿依夏木古麗·努爾艾買提 申請人:中國科學院新疆理化技術研究所