[发明专利]一种利用氧化硅纳米孔道内的吸附水增强固定化酶催化合成己酸乙酯的方法

说明书

本发明属于含氧有机化合物的制备技术领域，具体公开了一种利用氧化硅纳米孔道内的吸附水增强固定化酶催化合成己酸乙酯的方法，包括以下步骤：(1)准备氧化硅材料：氧化硅材料具有二维排列的纳米孔道结构，纳米孔道内含有吸附水，纳米孔道呈高度有序排列的特点；(2)制备固定化酶；(3)催化合成己酸乙酯：以无水环己烷为溶剂，固定化酶为催化剂，加入已酸和乙醇进行酯化反应，反应温度控制在32‑38℃；所述固定化酶的用量为48‑55g/L，己酸浓度为0.28‑0.35mol/L，己酸与乙醇的摩尔比为1:1.8‑2。与游离酶催化的己酸乙酯合成反应相比，同样都是在不另外加水条件下，使用本方法催化己酸乙酯的合成的活性催化明显提高，己酸乙酯产量可以得到显著的提升。

技术领域

本发明属于含氧有机化合物的制备技术领域，主要涉及一种利用氧化硅纳米孔道内的吸附水增强固定化酶催化合成己酸乙酯的方法。

背景技术

己酸乙酯是一种非常重要的精细化学品，能用作有机溶剂、用于有机合成、配制人造香精等，用途广泛。生物酶法合成己酸乙酯具有反应条件温和、活性高、副反应少、环境友好等优点。酶催化反应条件温和、选择性好、产品性质好，但游离酶在有机溶剂内存在分散不均，易聚集成团等问题，从而导致酶的催化效率不高，且难以回收。利用游离酶催化己酸和乙醇进行酯化反应，游离酶易积聚成团导致催化效率不高。游离酶必须在反应体系中存在一定量的水的情况下才能表现出比较好的催化活性，在不加水的反应体系中，游离酶催化己酸和乙醇的酯化反应的催化活性很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用氧化硅纳米孔道内的吸附水增强固定化酶催化合成己酸乙酯的方法，与游离酶催化的己酸乙酯合成反应相比，都在不加水的反应体系中，使用该固定化酶催化合成已酸乙酯的效果明显提高，己酸乙酯产量得到显著的增加。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种利用氧化硅纳米孔道内的吸附水增强固定化酶催化合成己酸乙酯的方法，包括以下步骤：

（1）准备氧化硅材料：所述氧化硅材料具有二维排列的纳米孔道结构，纳米孔道内含有吸附水；纳米孔道的孔径为6.5-8nm，比表面积为900-1000cm²g^-1，孔容为1.2-1.5cm³g^-1；

（2）制备固定化脂肪酶：采用步骤（1）的氧化硅材料作为载体制备固定化脂肪酶；

（3）催化合成己酸乙酯：以无水环己烷为溶剂，固定化脂肪酶为催化剂，加入已酸和乙醇进行酯化反应，反应温度控制在32-38℃，搅拌速度控制在为95-105r/min；所述固定化脂肪酶的用量为48-55g/L，己酸浓度为0.28-0.35mol/L，己酸与乙醇的摩尔比为1:1.6-2。

本技术方案中的氧化硅材料具有二维排列的纳米孔道，纳米孔道内含有丰富的吸附水，发明人通过实验发现，这些吸附水具有增强用于催化己酸、乙醇进行酯化反应的固定化脂肪酶的催化活性的作用。利用该氧化硅材料作为载体制备得到的固定化脂肪酶，在不另外加水的反应体系中，该固定化脂肪酶催化己酸和乙醇发生酯化反应能够达到68%的己酸转化率。而在同样条件下，游离酶催化己酸和乙醇发生酯化反应仅能达到8%的己酸转化率，远远低于在相同条件下固定化脂肪酶的己酸转化率。

己酸和乙醇发生进行酯化反应时，合理控制反应的条件，使固定化脂肪酶能够发挥最大的效用；控制固定化脂肪酶的用量，使固定化脂肪酶能够充分且较为迅速的催化己酸和乙醇进行酯化反应；控制己酸和乙醇的用量，由于己酸的价格远高于乙醇，使乙醇过量，确保己酸能够完全反应，在反应体系中不存在剩余。利用本基础方案催化己酸和乙醇发生酯化反应，己酸的转化率高，已酸乙酯的产量多，效果十分显著。