[发明专利]一种高光学纯度3-羟基丁酮的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种高光学纯度3‑羟基丁酮的制备方法及其应用，属于手性化合物制备技术领域。所述制备方法包括从含有3‑羟基丁酮的发酵液或水溶液或其他介质中分离提纯3‑羟基丁酮，制备过程中保持物料pH为弱酸性、中性或弱碱性，同时避免高温环境；其中，所述含有3‑羟基丁酮的发酵液或水溶液或其他介质中的3‑羟基丁酮为高光学纯度AC。本发明首次对生物发酵3‑羟基丁酮提取精制过程中产物旋光特性变化进行研究，通过跟踪分析提取过程中3‑羟基丁酮旋光异构体组成变化，找出(R)‑AC转化成(S)‑AC的规律和原因，通过提取工艺优化调整，减少或避免转化反应的发生，获得高光学纯度的3‑羟基丁酮产品，非常有利于其工业化生产。

技术领域

本发明属于手性化合物制备技术领域，具体涉及一种高光学纯度3-羟基丁酮的制备方法及其应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

3-羟基丁酮(Acetoin，AC)，又称乙偶姻，高度稀释条件下具有令人愉悦的奶油香味，被广泛用作食品风味增强剂，除此之外，AC还在化工、医药等领域有着重要的用途。AC分子内含有一个手性碳，有R型与S型两种旋光异构体(又称对应异构体、手性异构体、光学异构体)(图1)。光学纯3-羟基丁酮因其具有独特的立体结构，在不对称合成方面具有突出优势，在合成高附加值手性药物中间体、化学中间体、液晶材料等方面具有特殊的应用价值。当前，AC主要由化学法生产，产物为R型与S型的混合物，为外消旋型产品，限制了其在不对称合成方面的应用。AC是多种生物体糖代谢中间产物，通过微生物发酵可以生产AC，因此，人们寄希望于通过生物技术生产具有高光学纯度的AC。然而，研究发现微生物发酵所生产的AC也多是R型与S型混合物。为了获得单一光学纯的AC，研究人员做了多方面的尝试，如筛选合成高光学纯AC的天然菌株，构建单一构型的工程菌株，结果证明这些策略都是有效的，产物中AC的光学纯度(R 型或S型)最高可提高至98％以上。

相比于研究活跃的菌种代谢机制和发酵工艺的优化，有关生物技术生产AC的下游提取工艺研究还很欠缺。目前从发酵液中提取AC为数不多的方法有盐析法和双水相萃取法等，但这些研究只关注了AC从发酵液中的分离过程，并没有得到高纯度的AC的产品，更未见有关于高光学纯AC 产品下游提取技术的研究工作。

在之前的工作中，发明人等研究了枯草芽孢杆菌168和其丁二醇脱氢酶(BDH)基因缺失菌株168D的AC发酵行为，发现菌株168D发酵产物中(R)-AC含量可达98％(J.J.Zhang,X.Y.Zhao,J.X.Zhang,C.Zhao,J.J.Liu, Y.J.Tian,L.P.Yang,Effect of deletion of 2,3-butanediol dehydrogenase gene (bdhA)on acetoin production of Bacillussubtilis,Preparative Biochemistry Biotechnology 47(8)(2017)761-767.)，然后采用发明人开发的一种从发酵液中高效回收AC的工艺技术[CN103524315A]，从168D发酵液中提取AC，最终得到了纯度为99％的AC固体产品，但出人意料的是固体产品中的 (R)-AC的含量只有50％，另外一半则为(S)-AC，即固体产品也是一种外消旋产品。这说明在提取过程中有部分(R)-AC转变成了(S)-AC，这一结果可能使人们试图通过生物发酵获得高光学纯AC的努力化为泡影。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种高光学纯度3-羟基丁酮(AC)的制备方法及其应用。本发明通过跟踪分析提取过程中AC两种旋光异构体的组成变化，通过提取工艺优化调整，减少或避免转化反应的发生，最终获得高光学纯度的AC产品。

为了实现上述技术目的，本发明提供的技术方案如下：