全 文 ：第 １２卷第 ４期
２０１４年 ７月
生 物 加 工 过 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ １２ Ｎｏ ４
Ｊｕｌ ２０１４
ｄｏｉ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １６７２－３６７８ ２０１４ ０４ ０１１
收稿日期：２０１３－０４－０３
基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（２００９ＣＢ７２４７０６）
作者简介：任立伟（１９８４—），男，河北承德人，博士研究生，研究方向：生物催化；周 华（联系人），教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈｏｕｈｕａ＠ ｎｊｔｅｃｈ ｅｄｕ ｃｎ
无溶剂体系脂肪酶动力学拆分 ２ 辛醇及产物的
非均相共沸蒸馏提取
任立伟，徐 田，蒋振华，贾红华，周 华，韦 萍
（南京工业大学 生物与制药工程学院，南京 ２１１８００）
摘 要：为了提高脂肪酶在非水相中对手性仲醇的拆分效率，以 ２ 辛醇为模式底物，建立了以辛酸为酰基供体的
无溶剂脂肪酶动力学拆分手性仲醇的反应体系，采用 １ ５ ∶１的酸醇摩尔比，４５ ℃条件下反应 １２ ｈ，２ 辛醇的转化率
达到 ４９ ９％，并且 Ｓ ２ 辛醇的对映体过量率 ｅ．ｅ． ｓ ＝ ９８ ２％，反应的对映体比率 Ｅ＞６００。 利用脂肪族仲醇与水形成
共沸物的特性，通过非均相共沸蒸馏的方法提取拆分得到的手性仲醇，Ｓ ２ 辛醇的光学纯度并未降低，并且产率
大于 ９０％，产品纯度大于 ９８％。
关键词：共沸蒸馏；动力学拆分；脂肪酶；手性仲醇
中图分类号：ＴＱ０３３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２０１４）０４－００５５－０５
Ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ２⁃ｏｃｔａｎｏｌ ｂｙ ｌｉｐａｓｅ ｉｎ ｓｏｌｖｅｎｔ⁃ｆｒｅｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ
ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｖｉａ ａｚｅｏｔｒｏｐｉｃ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ
ＲＥＮ Ｌｉｗｅｉ，ＸＵ Ｔｉａｎ，ＪＩＡＮＧ Ｚｈｅｎｈｕａ，ＪＩＡ Ｈｏｎｇｈｕａ，ＺＨＯＵ Ｈｕａ，ＷＥＩ Ｐｉｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｔｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１８００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ａｌｃｏｈｏｌｓ ｂｙ ｌｉｐａｓｅ ｉｎ
ｎｏｎ⁃ａｑｕｅｏｕｓ ｐｈａｓｅ， ａ ｓｏｌｖｅｎｔ⁃ｆｒｅｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｕｓｉｎｇ ２⁃ｏｃｔａｎｏｌ ａｎｄ ｏｃｔａｎｏｉｃ ａｃｉｄ ａｓ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ
ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｙｌ ｄｏｎｏｒ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｗｉｔｈ ｎ（ａｃｉｄ） ∶ｎ（ａｌｃｏｈｏｌ）＝
１ ５ ∶１ ａｔ ４５ ℃ ｆｏｒ １２ ｈ， ｔｈｅ （Ｓ）⁃２⁃ｏｃｔａｎｏｌ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｅ． ｅ． ＝ ９８ ２％ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎａｎｔｉｏｍｅｒｉｃ ｒａｔｉｏ
ｒｅａｃｈｅｄ Ｅ＞６００． Ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｌｉｐｈａｔｉｃ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ａｌｃｏｈｏｌｓ ｔｏ ｆｏｒｍ ａｎ ａｚｅｏｔｒｏｐｅ ｗｉｔｈ ｗａｔｅｒ ｗａｓ ｅｘｐｌｏｉｔｅｄ
ｔｏ ｄｉｓｔｉｌｌ ｔｈｅ ｅｎａｎｔｉｏｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｐｕｒｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ａｌｃｏｈｏｌ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｏｌｖｅｎｔ⁃ｆｒｅｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｅｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ Ｓ⁃２⁃
ｏｃｔａｎｏｌ ｗａｓ ｐｅｒｆｅｃｔｌｙ ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｕｒｉｔｙ ｏｆ （Ｓ）⁃２⁃ｏｃｔａｎｏｌ ｗｅｒｅ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ
９０％ ａｎｄ ９８％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｚｅｏｔｒｏｐｉｃ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ；ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｌｉｐａｓｅ；ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ａｌｃｏｈｏｌ
手性仲醇是合成药物和其他精细化学品重要
的手性辅剂。 例如，Ｓ 和 Ｒ ２ 辛醇均为合成农
药，医药化学品和高质量液晶等高附加值产品的重
要中间体［１－３］。 与不对称合成和化学拆分法制备光
学纯仲醇相比，酶动力学拆分法具有立体选择性
高、反应条件温和、副产物少和生产成本较低等优
势［４］。 特别是脂肪酶能够在非水相中催化非天然
底物之间反应的特性，使其成为动力学拆分手性仲
醇的首选酶制剂，并且相关研究也已得到了很好的
发展［５－７］。
脂肪酶拆分手性仲醇通常在疏水性有机溶剂
中进行，近年来离子液体和超临界流体等新兴的非
水相酶催化溶剂的使用为解决工业酶催化的问题
提供了新的可能［８－９］。 然而，这两种新型溶剂的制
备和使用成本依然较高，并且仍未从根本上解决有
溶剂催化体系存在的弊端。 无溶剂酶催化体系无
论从催化效率、产物提取以及过程绿色化等角度都
具有有溶剂体系所无可比拟的优势［５，１０］。 但是，目
前基于无溶剂体系的酶动力学拆分手性仲醇的研
究相对较少。 非水相酶催化反应并非在完全无水
的条件下进行，酶表面须结合微量的“必需水”以使
酶分子具有一定的柔性，从而满足酶催化过程中酶
构象变化的要求［１１］。 然而，过量的水分不仅会影响
酶在非水相中的活性和稳定性，还可能会导致副反
应发生。 因此，非水相中的水含量对催化效果具有
十分重要的影响。
目前，从无溶剂反应体系中提取光学纯仲醇主
要通过硅胶层析或高效液相色谱分离法［１２－１３］。 但
是，层析分离过程中需要将待分离组分溶于流动
相，并且分离得到的产物一般存在于洗脱液。 而上
述流动相或者洗脱液一般为几种有机溶剂的混合
物，这些溶剂的使用在一定程度上将使前期的无溶
剂反应失去意义。
在本文中，笔者将以 ２ 辛醇为模式底物，努力
建立一个简单、高效的无溶剂脂肪酶催化拆分手性
仲醇反应体系，并将对无溶剂体系中微量水对拆分
效果的影响进行分析以及尝试利用脂肪族仲醇与
水形成低沸点共沸物的特性，在常压条件下通过非
均相共沸蒸馏的方法对拆分得到的光学纯手性仲
醇进行提取分离。
１ 材料与方法
１ １ 主要试剂
脂肪酶 Ｎｏｖｏｚｙｍｅ ４３５（Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ Ｌｉｐａｓｅ
Ｂ吸附固定化于大孔树脂），诺维信公司；４Ａ分子筛
和正己烷（ＨＰＬＣ 级），上海国药试剂；辛酸乙烯酯
（ＡＲ），上海紫一试剂；２ 辛醇（ＡＲ），日本 ＴＣＩ 试剂
公司；其他试剂均购于美国 Ｓｉｇｍａ⁃Ａｌｄｒｉｃｈ 公司。 所
有试剂在使用前用 ４Ａ 分子筛除水 １ 周以上。 实验
所用水均为去离子水。 酰基供体的 ｌｏｇＰ 值经
Ｃｈｅｍｄｒａｗ Ｕｌｔｒａ ７ ０ 软件计算得到。
１ ２ 脂肪酶催化 ２ 辛醇动力学拆分反应
将外消旋 ２ 辛醇（３６ ｍｍｏｌ），酰基供体（１８～９０
ｍｍｏｌ）和 ４Ａ分子筛（６ ０ ｇ）加入到 ２５ ｍＬ具塞三角
瓶中，并置于 ４５ ℃摇床中充分混匀。 向反应瓶加入
０ １８ ｇ脂肪酶 Ｎｏｖｏｚｙｍｅ ４３５后反应开始计时，间隔
一定时间取样 １５ μＬ，用 ０ ５ ｍＬ 正己烷稀释，再经
０ ２２ μｍ 有机系膜过滤后，进气相检测。 当反应以
辛酸乙酯为酰基供体时，无需添加分子筛，但需在 ５
ｍｍ Ｈｇ的真空环境下进行反应。 当反应以辛酸乙
烯酯等活性酯类为酰基供体时，无需去除副产物。
１ ３ 脂肪酶的操作稳定性检测
当 ２ 辛醇的转化率达到 ５０％ 时，终止拆分反
应。 用砂芯漏斗过滤回收固定化酶和 ４Ａ 分子筛，
并收集滤液用于提取拆分得到的手性仲醇。 用适
量的正己烷冲洗固定化酶，在常温常压下风干 ３０
ｍｉｎ 后，加入到组成与前一批相同的新鲜反应液中，
在相同的条件下再次催化拆分反应，并对结果进行
检测。 以相同的方法重复数次上述操作。
１ ４ 非均相共沸蒸馏提取拆分得到的光学纯 ２
辛醇
在实验室小试阶段，采用普通的玻璃蒸馏装置
进行非均相共沸蒸馏操作。 反应液（过滤除固定化
酶和分子筛后）与一定量的水加入到 ５０ ｍＬ 圆底烧
瓶中，充分搅拌，将蒸汽出口处的温度加热到 ９８ ０
℃。 当蒸汽经过冷凝管后，凝结成的液体自动分为
光学纯 ２ 辛醇和水上下两层。 无需其他任何处理，
上层有机物即为所要产物。
１ ５ 气相色谱检测方法
采用 Ａｇｉｌｅｎｔ ６８９０ 型气相色谱仪（美国安捷伦
公司）对试样的光学纯度和提取得到的光学纯 ２
辛醇的组成进行检测分析。 测定底物 ２ 辛醇的对
映体过量率（ｅ． ｅ． ｓ）时，试样需要首先与过量的衍生
化试剂 Ｒ 苯乙基异氰酸酯在 ４５ ０ ℃反应 ４５ ｍｉｎ
后方可进气相色谱仪检测［１４］。 色谱柱为 Ａｇｉｌｅｎｔ
ＤＢ １ （３０ ｍ × ０ ２５ ｍｍ× ０ ２５ μｍ），柱室温度为
１１０ ０ ℃维持 １ ｍｉｎ，以 １５ ℃ ／ ｍｉｎ 升温至 ２１０ ℃并
维持 １ ｍｉｎ，再以 １ ℃ ／ ｍｉｎ 升温至 ２２５ ℃并维持 １
ｍｉｎ。 其中，ｔｒ（Ｓ）＝ １２ ４ ｍｉｎ， ｔｒ（Ｒ）＝ １３ １ ｍｉｎ。 测定
反应生成的 ２ 辛醇相应的酯类物质的对映体过量率
（ｅ．ｅ．ｐ）时，可直接利用手性气相色谱柱检测。 色谱柱
为 Ｖａｒｉａｎ ＣＰ⁃ｃｈｉｒａｓｉｌ⁃Ｄｅｘ ＣＢ（２５ ｍ×０ ２５ ｍｍ×０ ２５
μｍ），柱室温度为 ６０ ℃ 维持 １ ｍｉｎ，以 ３ ℃ ／ ｍｉｎ 升
温至 ２００ ℃并维持 １ ｍｉｎ。
对映体过量率 ｅ．ｅ． ＝ （Ａ１－Ａ２） ／ （Ａ１＋Ａ２） ×１００％，
其中：Ａ１和 Ａ２分别为气相检测时 ２ 种对映异构体中
６５ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷
较大的峰面积和较小的峰面积。 对映体比率 Ｅ ＝
ｌｎ［（１－ｅ．ｅ． ｓ） ／ （１＋ ｅ．ｅ． ｓ ／ ． ｅ． ｅ．ｐ）］ ／ ｌｎ［（１＋ｅ． ｅ． ｓ） ／ （１＋
ｅ．ｅ．ｓ ／ ｅ．ｅ．ｐ ）］；底物转化率 Ｃ ＝ ｅ． ｅ．ｓ ／ （ ｅ． ｅ．ｓ ＋ ｅ． ｅ．ｐ ） ×
１００％。
蒸馏得到的光学纯 ２ 辛醇用正己烷稀释后，同
样用气相色谱法对其组成进行分析，并计算其纯
度。 色谱柱为 Ａｇｉｌｅｎｔ ＤＢ ２２５ （３０ ｍ×０ ３２ ｍｍ×
０ ２５ μｍ），柱室温度为 ６０ ℃ 维持 １ ｍｉｎ，以 １０
℃ ／ ｍｉｎ升温至 ２１０ ℃并维持 １ ｍｉｎ。
１ ６ 无溶剂体系含水量检测方法
采用 ＳＦＹ ３０００型全自动微量水分测定仪（淄
博博山海分仪器厂）检测反应过程无溶剂反应液中
含水量的变化。 反应过程中，间隔一定时间用 ５０
μＬ微量进样器吸取反应液，直接进微量水分测定仪
检测。 采用 ＳＣ６９ ０２Ｃ型烘干法水分测定仪（上海
舜宇恒平科学仪器有限公司）检测反应前后脂肪酶
固体中含水量的变化。 未经使用的 Ｎｏｖｏｚｙｍｅ ４３５
和反应后过滤回收得到的 Ｎｏｖｏｚｙｍｅ ４３５，均用无水
正己烷冲洗过滤数次，常温常压下风干 ３０ ｍｉｎ 后再
进行检测。
２ 结果与讨论
２ １ 酰基供体种类对拆分效果的影响
无溶剂反应体系中，底物同时起到反应溶剂的
作用，在醇类物质确定的前提下，酰基供体的种类
相比于有溶剂反应体系时对脂肪酶催化拆分效果
的影响将更为显著，所以首先对其进行考察，结果
见表 １。 由表 １ 可知，即使使用疏水性相对较强的
辛酸乙烯酯（ｌｏｇ Ｐ＝ ３ ２８）为酰基供体，拆分效果也
很不理想，说明无溶剂体系不适合采用活性酯为酰
基供体。 辛酸乙酯（ ｌｏｇ Ｐ ＝ ３ ０３）曾被认为是较为
理想的无溶剂体系拆分手性仲醇的酰基供体，但其
副产物乙醇只能通过抽真空的方法去除，这将极大
的增加对生产设备的要求和能量的消耗。
因此，可以推断以中长链脂肪酸为酰基供体的
拆分效果最好，因此选择几种常用的脂肪酸进一步
比较研究，结果见表 ２。 由表 ２ 可知：己酸需要更长
的反应时间以达到近似 ５０％的转化率，但 Ｓ ２ 辛
醇的 ｅ．ｅ．值仍不到 ９０％，可能对于脂肪酶而言，己酸
（ｌｏｇ Ｐ ＝ １ ９１）的疏水性依然不足且酸性仍较强。
癸酸（ｌｏｇ Ｐ＝ ３ ２７）和月桂酸（ ｌｏｇ Ｐ ＝ ４ １０）在室温
下均为固体，４５ ℃熔融后反应体系黏度较大，不易
于物质和能量的传递。 辛酸（ ｌｏｇ Ｐ ＝ ２ ４３）的疏水
性虽然比它们稍弱，但以其为酰基供体时反应体系
较低的黏度可弥补疏水性的不足。 综合以上结果，
在以下的研究中选择辛酸为酰基供体。
表 １ 不同种类的酰基供体对 ２ 辛醇的拆分效果
Ｔａｂｌｅ １ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ２⁃ｏｃｔａｎｏｌ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｋｉｎｄｓ ｏｆ ａｃｙｌ ｄｏｎｏｒｓ
酰基
供体
反应
时间 ／ ｈ
反应转
化率 ／ ％
ｅ．ｅ． ｓ ／ ％ ｅ．ｅ．ｐ ／ ％ Ｅ
乙酸乙酯 ２４ ３２ ４ ４７ ５ ９８ ５ ２１２
乙酸乙烯酯 ２４ ２０ ６ ２２ ９ ９０ ６ ２５
辛酸 １２ ４９ ９ ９８ ２ ９８ ５ ６２６
辛酸乙酯 ２４ ４３ ４ ７９ ４ ９８ ５ ３２３
辛酸乙烯酯 ２４ ２７ １ ３７ ４ ９５ １ ５７
表 ２ 以不同中长链脂肪酸为酰基供体对 ２ 辛醇的拆分效果
Ｔａｂｌｅ ２ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ２⁃ｏｃｔａｎｏｌ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｍｉｄｄｌｅ⁃ｃｈａｉｎ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄｓ
酰基供体 反应时间 ／ ｈ
反应转
化率 ／ ％
ｅ．ｅ． ｓ ／
％
ｅ．ｅ．ｐ ／
％
Ｅ
己酸 １６ ４７ ７ ８９ ９ ９８ ５ ４０９
辛酸 １２ ４９ ９ ９８ ２ ９８ ５ ６２６
癸酸 １２ ４９ ５ ９６ ５ ９８ ５ ５４１
月桂酸 １２ ４９ ０ ９４ ８ ９８ ５ ４９１
２ ２ 反应温度和底物摩尔比对拆分效果的影响
在辛酸与 ２ 辛醇的摩尔比为 ０ ５ ∶１ ～ ２ ∶１和反
应温度为 ３０～６０ ℃的范围内，考察上述两因素对无
溶剂体系脂肪酶拆分 ２ 辛醇效果的影响，结果见表
３。 由表 ３可知：以拆分反应达到 ５０％左右的转化率
为目标时，升高反应温度可缩短反应时间。 在此无
溶剂体系中，在 ６０ ℃的高温条件下 Ｎｏｖｏｚｙｍｅ ４３５
依然保持了较高的活性，但是脂肪酶对底物的选择
性却明显降低。 而在 ３０ ℃时反应体系较高的黏度
会增加固定化脂肪酶催化拆分反应时的物质和能
量的传递阻力。 结果表明，４５ ℃的反应温度最为理
想。 以 ０ ５ ∶１的条件进行拆分时，若反应的转化率
能达到 ５０％，体系将只剩为拆分得到的 Ｓ ２ 辛醇
和生成的相应的 Ｒ 型酯，这将极大的便于产物的分
离提取。 遗憾的是，即使反应生成的副产物水及时
被分子筛去除，此条件下转化率也未能达到 ５０％。
由此说明，过量的酰基供体因其既作为反应溶剂又
７５ 第 ４期 任立伟等：无溶剂体系脂肪酶动力学拆分 ２ 辛醇及产物的非均相共沸蒸馏提取
推动反应向酯化方向进行为无溶剂体系所必需。
同时，辛酸过多则不利于后期对 Ｓ ２ 辛醇进行提
取，在保证目标物较高的光学纯度的前提下，将最
适宜的底物摩尔比确定为 １ ５ ∶１。
表 ３ 其他反应条件对酶催化动力学拆分
２ 辛醇效果的影响
Ｔａｂｌｅ ３ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｎ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ
ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ２⁃ｏｃｔａｎｏｌ
温度 ／
℃ 酸醇比
反应时
间 ／ ｈ
反应转
化率 ／ ％
ｅ．ｅ． ｓ ／
％， Ｓ
ｅ．ｅ．ｐ ／
％， Ｒ
３０ １ ５ ∶１ １６ ４７ ５ ９０ ５ ９８ ５
４５ １ ５ ∶１ １２ ４９ ９ ９８ ２ ９８ ５
６０ １ ５ ∶１ ９ ５３ ２ ９４ ６ ９２ １
４５ ０ ５ ∶１ １８ ４３ ７ ７７ ６ ９８ ５
４５ １ ∶１ １２ ４８ ５ ９４ ２ ９８ ５
４５ ２ ∶１ １２ ４９ ９ ９８ １ ９８ ５
图 １ 酶催化拆分 ２ 辛醇反应过程
Ｆｉｇ １ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ２⁃ｏｃｔａｎｏｌ
２ ３ 无溶剂体系中水分对拆分效果的影响
在优化后反应条件下，对拆分过程中反应液和
催化拆分前后固定化酶的含水量变化进行了考察，
结果见图 １。 由图 １ 可知：反应开始的 ４ ｈ 内，反应
速率较快，副产物水在反应液中的含量也随之增
加。 当反应时间大于 ４ ｈ，由于可被催化的底物的浓
度降低，反应速率开始减慢，进而单位时间内水生
成量也开始降低。 而分子筛吸水速率基本恒定，所
以反应液中的含水量开始呈下降趋势，并且在此阶
段正是分子筛稳定的去除副产物水的能力推动速
率已经开始减慢的拆分反应向正方向不断进行。
整个拆分反应过程中，无溶剂反应液的含水量虽然
发生了波动，但被很好地控制在 ０ ６％以下。 反应
结束后，固定化酶 Ｎｏｖｏｚｙｍｅ ４３５ 的含水量也维持在
反应前的 ２％左右。 由此证明，分子筛只去除与之
接触的反应液中生成的副产物水，而不会剥夺脂肪
酶催化所必需的结合水，这对非水相脂肪酶催化的
不对称酯化反应是十分有利的。
２ ４ 脂肪酶在无溶剂体系中的操作稳定性
当反应的转化率达到 ５０％后，过滤回收固定化
脂肪酶 Ｎｏｖｏｚｙｍｅ ４３５，并收集反应液用于提取拆分
的得到的 Ｓ ２ 辛醇。 Ｎｏｖｏｚｙｍｅ ４３５只需经正己烷
洗涤，并在常温常压下风干 ３０ ｍｉｎ 后就可以加入到
新的反应液中重复利用以考察脂肪酶的操作稳定
性，结果见图 ２。 由图 ２ 可知：Ｎｏｖｏｚｙｍｅ ４３５ 经 ６ 次
连续使用后，反应的转化率依然维持在 ４８％以上，
Ｓ ２ 辛醇的 ｅ．ｅ．值也只是略有降低，并且将反应时
间由 １２ ｈ延长到 １４ ｈ后，又可恢复到 ｅ．ｅ． ｓ＞９８％，与
第一次拆分反应相近的水平。 在无溶剂体系中，虽
然底物酸和醇的浓度均较高，但是经过优化后，反
应条件较为温和，体系的疏水性适宜，特别是对反
应体系中副产物水的控制且未剥夺脂肪酶结合的
“必需水”，因此固定化脂肪酶在此反应体系中具有
良好的操作稳定性。
图 ２ 脂肪酶在无溶剂体系中的操作稳定性
Ｆｉｇ ２ Ｒｅｕｓａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｌｉｐａｓｅ ｉｎ ｓｏｌｖｅｎｔ⁃ｆｒｅｅ ｓｙｓｔｅｍ
２ ５ 非均相共沸蒸馏提取拆分得到的 Ｓ ２ 辛醇
回收固定化酶后反应液由拆分得到的 Ｓ ２ 辛
醇、剩余的辛酸和生成的 Ｒ 型酯组成，其中只有 ２
辛醇可以与水形成低沸点共沸物 （ ２ 辛醇
（２７ ０％）、水（７３ ０％），９８ ０ ℃） ［１５］，更重要的是，
２ 辛醇与水不互溶，蒸出液经冷却后可自动分层，
无需进一步分离。 研究中以水为夹带剂在常压下
对拆分得到的Ｓ ２ 辛醇进行非均相共沸蒸馏提取，
结果见表 ４。
由表 ４可知：当根据共沸物的组成，将适量的水
加入到反应液中进行共沸蒸馏提取时，虽然蒸出液
中 Ｓ ２ 辛醇的 ｅ．ｅ．值保持不变，但只有 Ｓ ２ 辛醇
总量的 ７５ ６％被蒸出，所加入的水与疏水性的 Ｓ
８５ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷
２ 辛醇充分接触可能是成功提取的关键。 因此，曾
尝试在超声乳化下进行共沸蒸馏提取，但 Ｓ ２ 辛
醇的蒸出率反而降低，这可能是因为水与整个反应
液均发生了乳化，而与非 Ｓ ２ 辛醇组分之间的乳
化相当于对水的消耗。 转而采用了加速搅拌和提
高水添加量的方法进行提取。 当水添加量为理论
需水量 ２倍时，所有拆分得到的 Ｓ ２ 辛醇均被成
功的提取出，并且产品的纯度进一步增加到 ９８％以
上。 并且因为 ２ 辛醇不溶于水，不会有 Ｓ ２ 辛醇
残留在蒸出液中的水层，总产率也已达到 ９０％以
上。 研究中发现，反应液为淡黄色，而蒸出的 Ｓ ２
辛醇为无色液体，所以共沸蒸馏的过程还同时完成
了对产品的脱色处理。
表 ４ 加水量对 Ｓ ２ 辛醇蒸馏效果的影响
Ｔａｂｌｅ ４ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ａｄｄｅｄ ｗａｔｅｒ ｏｎ
ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓ⁃２⁃ｏｃｔａｎｏｌ
加水量 ／ ｍＬ 蒸出率 ／ ％ 产品纯度 ／ ％ ｅ．ｅ． ｓ ／ ％， Ｓ
６ ４ ７５ ６ ９５ ２ ９８ ２
９ ６ ９３ ５ ９８ ４ ９８ ２
１２ ８ １００ ９８ ４ ９８ ２
３ 结 论
首先对酰基供体的种类进行选择并对反应条
件进行优化，发现活性酯类因其产生大量乙醛并不
适用于无溶剂酶催化体系。 与辛酸乙酯等脂肪酸
简单酯类相比，脂肪酶的天然底物中长链脂肪酸更
适合作为无溶剂脂肪酶动力学拆分手性仲醇的酰
基供体。 针对脂肪酸的特性，选择添加分子筛的方
法去除副产物水。 研究中发现，无溶剂反应中含水
量随反应的进行发生了波动，但总体被控制在
０ ６％以下。 通过测定反应前后 Ｎｏｖｏｚｙｍｅ ４３５ 含水
量的变化证明，分子筛并不会破坏脂肪酶的结合
水。 反应结束后，向反应液中加入适量的水，通过
非均相共沸蒸馏的方法提取拆分得到的 Ｓ ２ 辛
醇。 Ｓ ２ 辛醇的光学纯度并未降低，且产率和纯
度分别大于 ９０％和 ９８％。 此拆分及提取过程具有
操作简单，酶催化效率高，过程绿色，成本及能耗
低，产率及产品纯度高等特征。
参考文献：
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（责任编辑 荀志金）
９５ 第 ４期 任立伟等：无溶剂体系脂肪酶动力学拆分 ２ 辛醇及产物的非均相共沸蒸馏提取