Page 131 - 《精细化工》2021年第6期

第 6 期 杜雪飞，等: 固定化脂肪酶催化合成生物基增塑剂 2,5-呋喃二甲酸正丁酯 ·1193·

健康 [4-5] 。随着出口的限制和国内有关环境、生态和 附剂的添加对 2,5-呋喃二甲酸正丁酯产率的影响。
保障人体健康方面法律法规的制定和实施，邻苯二
1 实验部分
甲酸酯类增塑剂的使用受到了越来越多的限制。因
此，绿色新型无毒増塑剂的研发势在必行 [6-7] 。
1.1 试剂与仪器
2,5-呋喃二甲酸正丁酯是生物质平台化合物
固定化脂肪酶 Novozym435、固定化脂肪酶
2,5-呋喃二甲酸（FDCA）的一类衍生物质，与邻苯
Lipozyme RMIM、固定化脂肪酶 Lipozyme TLIM，
二甲酸酯具有类似的刚性结构和理化性质，其含碳
北京高瑞森科技有限公司；游离南极假丝酵母脂肪
数与糖相同而且芳香性比苯环弱、易于降解、且能 酶（CALB）、游离猪胰脂肪酶（PPL）、游离褶皱假
通过代谢进入人体内的三羧酸循环 [8-9] 。因此，其有 丝酵母脂肪酶（CRL），上海源叶生物科技有限公司；
望成为一种可替代石油基邻苯二甲酸酯的新型绿色 2,5-呋喃二甲酸二甲酯，分析纯，美国 Ark Pharm 公
生物基增塑剂。 司；正丁醇、甲苯，化学纯，上海阿拉丁生化科技
目前，文献报道 2,5-呋喃二甲酸酯类化合物合 股份有限公司；3A 分子筛、4A 分子筛，化学纯，
成的方法主要是化学法，刘志春 [10] 以碳酸钾为催化 上海有新分子筛有限公司；海藻糖、壳聚糖、葡萄
剂，通过酯交换法以 2,5-呋喃二甲酸二甲酯和正丁 糖、果糖、乳糖，分析纯，南京草本源公司；碳酸
醇为原料合成了 2,5-呋喃二甲酸正丁酯，平均产率 钙、氧化铝、硅胶，分析纯，国药集团化学试剂有
为 96.47%。邓茹等 [11] 以固体光气为酰化试剂制备 限公司；活性炭、石英砂、硅藻土，化学纯，西陇
2,5-呋喃二甲酰氯，其与异辛醇反应合成低色度的 化工股份有限公司。
2,5-呋喃二甲酸异辛酯，在 90 ℃，1 h 条件下，产率 SP-7890 型高效气相色谱仪，山东鲁南瑞虹化
最高为 98.1%。但化学法通常存在着反应条件复杂、 工仪器有限公司；AVANCE NEO 型核磁共振波谱
能耗大、反应过程中副产物较多，分离难度大和易 仪，德国布鲁克公司；Trace 1300-ISQ 型 GC-MS 联
对环境造成污染等不足 [12] ，而酶法催化酯化反应具 用仪、Multiskan Sky High 型酶标仪，美国赛默飞世
有反应条件温和、能耗低、高反应选择性等优点 [13] 。 尔科技公司。
但目前关于酶法合成 2,5-呋喃二甲酸正丁酯的报道 1.2 实验方法
相对较少。 1.2.1 2,5-呋喃二甲酸正丁酯的合成
考虑到 2,5-呋喃二甲酸二甲酯相比于 2,5-呋喃 加入 0.184 g（1 mmol）的 2,5-呋喃二甲酸二甲
二甲酸在温和的条件下具有较好的溶解性，本文以 酯与适量正丁醇按不同物质的量比加入到 10 mL 甲
2,5-呋喃二甲酸二甲酯作为反应底物 [14] 。以固定化 苯中，以脂肪酶为催化剂加至 25 mL 磨口三角瓶中，
脂肪酶为催化剂，在甲苯中催化 2,5-呋喃二甲酸二 放入摇床，摇床转速为 150 r/min，40~50 ℃反应
甲酯和正丁醇酯交换合成 2,5-呋喃二甲酸正丁酯， 12~40 h，反应结束后取样，样品经 0.22 μm 有机滤
对酶法合成工艺进行优化，并研究糖类化合物和吸 膜过滤后冰箱保存备用。反应式如下所示。

采用硅胶柱层析方法对反应产物进行了分离， 1.2.2 固定化脂肪酶的活性测定
具体参见文献 [15] 。经硅胶柱层析分离得到了两个产 酶活定义：在一定条件（37 ℃、pH 7.0）下，
物 2,5-呋喃二甲酸正丁醇一酯（MBF）和 DBF。利 底物乙酸对硝基苯酯催化后每分钟释放出 1 μmol
用核磁共振氢谱、GC-MS 联用仪对其结构进行鉴 对硝基苯酚所需要的酶量定义为一个脂肪酶活力单
1
定。MBF： HNMR（CDCl 3 ，400 MHz），δ: 0.91（t， 位（U）。
J=8.02 Hz，3H），1.42~1.39（m，2H），1.74~1.68 以乙酸对硝基苯酯（p-NPA）为反应底物，采
（m，2H），3.86（s，3H），4.34（t，J=5.42 Hz，2H）， 用比色法 [16] 测定固定化脂肪酶 Novozym435 的水解
7.64（s，1H）；GC-MS (m/Z)，理论值 C 11 H 14 O 5 活性。配制浓度为 0.05 mol/L 的 p-NPA 乙腈溶液，
1
+
[M+Na] ：249.08，实测值：249.10。DBF： HNMR 取 5 mL 该溶液加入到 35 mL、0.02 mol/L 的磷酸缓
（CDCl 3 ，400 MHz），δ: 0.90（t，J=12.14 Hz，3H）， 冲液（pH 7.0）中，以加入 10 mg 固定化酶开始计
1.51~1.49（m，2H），1.77~1.73（m，2H），4.30（t， 时，37 ℃、220 r/min 下催化水解 10 min 后停止反
J=8.0 Hz，2H），7.48（s，1H）；GC-MS (m/Z)，理 应。反应上清液适当稀释后，在 410 nm 波长下利用
+
论值 C 14 H 20 O 5 [M+Na] ：291.13，实测值：291.10。 酶标仪测定其吸光度（OD）。