CN116162665A - 一种由d,l-草铵膦反应液制备l-草铵膦的方法及装置 - Google Patents
一种由d,l-草铵膦反应液制备l-草铵膦的方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种由D,L‑草铵膦反应液制备L‑草铵膦的方法及装置，其特征在于，步骤如下：（1）对D,L‑草铵膦反应液进行超滤除有机杂质和纳滤除盐，得到溶质分子量150‑6000Da的D,L‑草铵膦精制液；（2）对精制后的D,L‑草铵膦精制液进行生物催化转化，得到L‑草铵膦转化液。该方法不仅可以缩短工艺流程、避免醇溶剂的使用，还能从源头避免低品质D,L‑草铵膦结晶母液的产生，降低过程能耗、提高产品收率。
Description
技术领域
本发明涉及一种由D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦的方法，属于农药化工及膜分离技术领域。
背景技术
草铵膦是一种膦酸类非选择性触杀除草剂，具有高效、广谱、低毒、环保的特点。草铵膦存在D-草铵膦和L-草铵膦两种光学异构体，但只有L-草铵膦具备除草活性。
L-草铵膦的制备方法有化学法和生物法。生物催化法由于具有反应条件温和立体选择性高等优点，是工业制备L-草铵膦的重要趋势。生物催化法目前大多以2-氧代-4-（羟基甲基氧膦基）丁酸（PPO）为底物，经过氨化反应不对称合成L-草铵膦，但也具有PPO转化率低和反应温度高的不足。而得益于成熟的D,L-草铵膦规模化生产现状，目前工业化生产方案则基本是以D,L-草铵膦为原料的生物催化转化工艺。
中国专利CN 112626142 A以及国际专利WO2017151573A1分别公开了以D,L-草铵膦为原料经两步生物催化转化制备L-草铵膦的工艺，但仅仅针对工艺进行了描述，没有结合实际生产，尤其是均未提及原料D,L-草铵膦的纯度要求。
实际上，化学合成的D,L-草铵膦反应液中存在的大量无机盐及有机聚合物、色素等杂质，由于生物催化转化涉及的酶价值较高，为避免D,L-草铵膦反应液中的无机盐杂质及有机杂质对催化转化效率的不利影响，对化学合成的D,L-草铵膦反应液进行去除有机杂质和无机盐等精制纯化是必须的。因此，现有企业一般先对化学合成的D,L-草铵膦反应液进行结晶精制成纯度超过95%的结晶体，再以精制后的纯度超过95%的D,L-草铵膦结晶体复溶水溶液为原料，经生物催化转化生产L-草铵膦。草铵膦精制工艺分为传统化学法和膜法：
（1）传统化学法：CN107434811A、CN 102268037 A分别提供两种草铵膦酯化纯化工艺，得到的D,L-草铵膦经干燥后纯度可以达到95%以上。但，这种纯属化工艺复杂且不易控制，导致批次间收率、品质差异较大；且还有能耗极高，并会产生结晶母液，母液中D,L-草铵膦占比约10~25%，因此母液的产生限制了D,L-草铵膦制备L-草铵膦的收率，而且高含盐及有机杂质的母液往往以低品质产品进入市场销售，一旦大量使用，将会对土壤环境造成影响。
（2）膜分离法：专利文献CN 105859772 A 提供了一种草铵膦反应液的膜分离纯化方法，将草铵膦反应液稀释数倍后利用多级纳滤、反渗透工艺对反应液进行分离纯化，纳滤浓缩液再蒸发、结晶、干燥制备草铵膦原药。由于没有针对性去除有机杂质而且氯化铵及氯化钠只去除至3%~4%，得到的草铵膦原药纯度范围为92.3%~96.3%。专利文献CN110577554 A提供了一种膜分离技术处理草铵膦铵盐反应液的方法，采用超滤、纳滤、反渗透+电渗析集成膜工艺与蒸发耦合对草铵膦铵盐反应液纯化处理，经结晶、干燥得到的草铵膦原药纯度范围为95.6%~96.2%。除同样要结晶处理外，还均结合了多种分离工艺。
综上，开发一种由D,L-草铵膦反应液高效制备L-草铵膦的新工艺十分必要。
发明内容
针对现有的由D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦工艺的前述不足，本发明的目的在于提供一种由D,L-草铵膦反应液直通制备L-草铵膦的新工艺，这种工艺在生物催化转化前无需结晶纯化，缩短了工艺流程、降低了能耗，并可减少结晶母液带来的环境污染问题。
现有技术中，以D,L-草铵膦为原料经两步生物催化转化制备L-草铵膦，目前更多研究是着眼于酶催化体系方面，根据传统行业认知，为保证酶活性不受杂质较大影响，D,L-草铵膦固体原料药中D,L-草铵膦纯度达到95%是必须的，这也是在现有技术中D,L-草铵膦精制、纯化工艺研究以达到纯度95%为目标的原因，而忽视了对D,L-草铵膦反应液中具体什么杂质对催化转化有明显影响的深入研究。而本发明人在对以D,L-草铵膦为原料经两步生物催化转化制备L-草铵膦研究中，偶然发现在特定精制条件下，作为催化转化原料的D,L-草铵膦即使不采用纯度达到95%的固体原料，也能够获得理想的L-草铵膦收率，而且工艺可以大大简化，能耗明显降低，在省略工序前提下还取得了出乎预料的进一步提高收率的效果，这可能表示大部分分子质量为150-6000Da的杂质的存在对酶活性影响很少甚至可以忽略。
根据这一发现，本申请提供一种由D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）对D,L-草铵膦反应液进行超滤除有机杂质和纳滤除盐，得到溶质分子量150-6000Da的D,L-草铵膦精制液；
（2）对精制后的D,L-草铵膦精制液进行生物催化转化，得到L-草铵膦转化液。
优选地，所述步骤（1）经过超滤除有机杂质和纳滤除盐得到的是溶质分子量为150-2000Da的D,L-草铵膦精制液，可以使L-草铵膦收率达到95%，而基本不影响纯度。更优选地是溶质分子量为150-1000的D,L-草铵膦精制液。
所述步骤（1）对D,L-草铵膦反应液进行超滤除有机杂质和纳滤除盐过程可以为：先用截留分子量为1000-6000 Da的超滤膜进行超滤除有机杂质，超滤渗透液再用截留分子量为150-300Da的纳滤膜进行纳滤除盐。也可以为：先用截留分子量为150-300Da的纳滤膜进行纳滤除盐，除盐后的截留侧纳滤浓缩液再用截留分子量为1000-6000 Da的超滤膜进行超滤除有机杂质。即除有机杂质和脱盐步骤顺序可以改变，发明人试验发现不会有本质区别。
所述（1）步骤中除有机杂质采用一级或多级超滤除有机杂质工艺，各级超滤除有机杂质使用相同或不同的有机卷式超滤膜，超滤除有机杂质操作压力范围为0.4~4.0MPa。同样地，所述（1）步骤中纳滤除盐采用一级或多级纳滤过滤，各级纳滤膜为相同或不同的机卷式纳滤膜，纳滤除盐操作压力范围是0.4~10.0MPa。
本发明中，所述步骤（2）生物催化转化法是在酶催化体系下以D,L-草铵膦为原料转化生产L-草铵膦。所述酶催化体系包括用于将D-草铵膦转化为PPO的D-氨基酸氧化酶，以及用于将PPO转化为L-草铵膦的L-氨基酸脱氢酶、过氧化氢酶。所述酶催化体系中的每种酶的形式各自独立地选自：精制后的酶；无细胞提取物或粗细胞提取物；液体、粉末或固定形式；完整细胞或完整发酵液、冻干细胞或其任何组合。
在本发明中，还可以包括如下步骤：（3）对由步骤（2）得到的L-草铵膦转化液进行超滤除有机杂质，得到精制后的L-草铵膦水溶液。或者还进一步包括如下步骤：（4）对步骤（3）精制后的L-草铵膦水溶液进行浓缩结晶，得到L-草铵膦原药或者直接制备L-草铵膦水剂。
所述步骤（4）浓缩结晶中，包括浓缩脱水和降温结晶。所述浓缩脱水操作温度为70~90℃、浓缩液L-草铵膦质量分数为65~85%。所述降温结晶的结晶温度为5~10℃。
本发明还提供了一种D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦的装置，在一个实施例中，该装置包括：
第一超滤装置，截留分子量为1000-6000Da，用于对D,L-草铵膦反应液除有机杂质处理；
纳滤装置，截留分子量为150-300Da连接于第一超滤装置渗透侧，用于对第一超滤渗透液脱盐处理；
生物催化转化装置，连接于纳滤装置截留侧，用于对除有机杂质脱盐后的D,L-草铵膦精制液进行生物催化转化；
第二超滤装置，连接于生物催化转化装置出口，用于对转化液精制处理；
浓缩结晶装置，连接于第二超滤装置渗透侧，用于对第二超滤装置渗透液浓缩结晶处理。
在D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦的装置另一实施例中，该装置包括：
纳滤装置，截留分子量为150-300Da，用于对D,L-草铵膦反应液脱盐处理；
第一超滤装置，截留分子量为1000-6000Da，连接于所述纳滤装置截留侧，用于对脱盐后的D,L-草铵膦反应液除有机杂质处理；
生物催化转化装置，连接于第一超滤装置渗透侧，用于对脱盐除有机杂质后的D,L-草铵膦精制液进行生物催化转化；
第二超滤装置，连接于生物催化转化装置出口，用于对转化液精制处理；
浓缩结晶装置，连接于第二超滤装置渗透侧，用于对第二超滤装置渗透液浓缩结晶处理。
本发明所述方法与现有技术相比，具有以下优势：
（1）由于采用了超滤和纳滤除有机杂质和除盐，而省去D,L-草铵膦结晶纯化过程，简化了工艺流程，方便了操作和降低了生产成本。
（2）通过本发明的方法，不仅L-草铵膦收率可以达到80%以上，理想的能够达到95%以上，还能从根源上解决L-草铵膦制备过程副产低品质D,L-草铵膦结晶母液的问题。
（3）不论是酯化工艺或者结晶工艺，均无法连续生产，效率低下，通过本发明的方法，耦合电气及自控，可以实现部分连续自动化生产，大大提高生产效率。
（4）通过本发明的方法制备L-草铵膦，可以结合市场需求自由选择制备水剂或者原药，且比例可以任意调配。
（5）通过本发明的方法制备的L-草铵膦原药，L-草铵膦质量分数可达95%以上，L-草铵膦在草铵膦的占比可达97%以上，未转化的D-草铵膦极少。
附图说明
图1为本发明由D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦的制备工艺图；
图2为本发明由D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦的另一制备工艺图。
具体实施方式
如图1和图2示出了本发明由D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦的工艺过程和装置，是以D,L-草铵膦反应液为原料，经过超滤系统超滤除有机杂质和纳滤系统纳滤脱盐得到D,L-草铵膦精制液，并无需再象传统工艺对精制液进行结晶纯化，而是用D,L-草铵膦精制液直接加入生物催化转化系统进行两步催化转化，将精制液中的D-草铵膦转化为L-草铵膦，得到L-草铵膦转化液。该L-草铵膦转化液，再根据需要，经过超滤系统除有机杂质得到L-草铵膦精制液，再由蒸发结晶系统进行浓缩和结晶，得到L-草铵膦原药。与现有技术相比，流程大大缩短，无折百量10~25%的含D,L-草铵膦结晶母液产生以及由此造成的草铵膦损失，获得的L-草铵膦原药中L-草铵膦质量分数可达95%以上，L-草铵膦在总草铵膦占比可达97%以上，即D-草铵膦转化率得到了提升。
所述D,L-草铵膦反应液可以为草铵膦氨基腈的酸解氨化液、草铵膦氨基腈的碱水解液、酸水解液经酯化除盐再水解后的水溶液其中任意一种。优选地，所述D,L-草铵膦反应液中草铵膦质量分数为1~38%、无机盐质量分数为0.5~30%、溶液pH为1.5~14；所述无机盐为氯化铵、氯化钠、氯化钾、硫酸铵、硫酸钠、硫酸钾的一种或者几种。
一、制备L-草铵膦的装置
1、实施例1
对应于图2所示实施例的由D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦的装置，包括如下装置单元：
第一超滤装置，截留分子量为1000-6000Da，用于对D,L-草铵膦反应液除有机杂质处理；
纳滤装置，截留分子量150-300Da，连接于第一超滤装置渗透侧，用于对第一超滤渗透液脱盐处理；
生物催化转化装置，连接于纳滤装置截留侧，用于对除有机杂质脱盐后的D,L-草铵膦精制液进行生物催化转化；
第二超滤装置，连接于生物催化转化装置出口，用于对转化液精制处理；
浓缩结晶装置，连接于第二超滤装置渗透侧，用于对第二超滤装置渗透液浓缩结晶处理。
实施例2
如图1所示，在由D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦的装置另一实施例中，该装置包括：
纳滤装置，截留分子量150-300Da，用于对D,L-草铵膦反应液脱盐处理；
第一超滤装置，截留分子量1000-6000Da，连接于所述纳滤装置截留侧，用于对脱盐后的D,L-草铵膦反应液除有机杂质处理；
生物催化转化装置，连接于第一超滤装置渗透侧，用于对脱盐除有机杂质后的D,L-草铵膦精制液进行生物催化转让；
第二超滤装置，连接于生物催化转化装置出口，用于对转化液精制处理；
浓缩结晶装置，连接于第二超滤装置渗透侧，用于对第二超滤装置渗透液浓缩结晶处理。
二、制备L-草铵膦的方法
以下实施例中采用的草铵膦反应液，为草铵膦氨基腈酸水解液经氨化后的氨化液，主要成分如下：草铵膦的质量分数25%、氯化铵7%、氯化钠7%。
实施例1
步骤（1）精制过程：草铵膦反应液直接进行超滤除有机杂质，超滤膜的材质是聚酰胺，截留分子量是1000Da，过滤压力3.8MPa，超滤浓缩20倍，浓缩完成后再加浓缩液3.2倍质量水渗滤，在超滤系统的渗透侧得到1#超滤液即除有机杂质液，截留侧得到1#超滤浓缩液；除有机杂质液进行纳滤除盐，纳滤膜材质是聚酰胺，截留分子量是150Da过滤压力6.5MPa，采用恒容渗滤，渗滤水量为纳滤原液质量的3.3倍，在纳滤截留侧得到纳滤浓缩液即D,L-草铵膦精制液。
步骤（2）催化转化：向稀释1倍后的D,L-草铵膦精制液中先后加入D氨基酸氧化酶、转氨酶、辅酶等，控制反应温度15~45℃、pH范围6.5~10、反应时间3~42 h，得到L-草铵膦转化液。
步骤（3）精制：再对转化液进行超滤除有机杂质，超滤膜的材质是氧化铝，过滤压力0.4MPa，浓缩10倍后加入浓缩液5倍质量水渗滤，充分回收浓液中L-草铵膦，获得2#超滤液和2#超滤浓缩液。
经过上述处理后，各单元组分如下：
(4)蒸发结晶：2#超滤滤液在70-90℃蒸汽浓缩至L-草铵膦质量分数为65-85%，经于5-10℃下经结晶、干燥得到L-草铵膦原药。经检测L-草铵膦原药纯度97%，L-草铵膦在总草铵膦中比例99%。以最终得到的L-草铵膦计，收率95.55%。
实施例2（扩大1#超滤分子量，转化率、收率、纯度下降）
步骤（1）精制过程：草铵膦反应液直接进行超滤除有机杂质，超滤膜的材质是聚酰胺，截留分子量是2000Da，过滤压力3.8MPa，超滤浓缩20倍，浓缩完成后再加浓缩液3.2倍质量水渗滤，在超滤系统的渗透侧得到1#超滤液即除有机杂质液，截留侧得到1#超滤浓缩液；除有机杂质液进行纳滤除盐，纳滤膜材质是聚酰胺，截留分子量是150Da过滤压力6.5MPa，采用恒容渗滤，渗滤水量为纳滤原液质量的3.3倍，在纳滤截留侧得到纳滤浓缩液即D,L-草铵膦精制液。
步骤（2）催化转化：向稀释1倍后的D,L-草铵膦精制液中先后加入D氨基酸氧化酶、转氨酶、辅酶等，控制反应温度15~45℃、pH范围6.5~10、反应时间3~42 h，得到L-草铵膦转化液。
步骤（3）精制：再对转化液进行超滤除有机杂质，超滤膜的材质是氧化铝，过滤压力0.4MPa，浓缩10倍后加入浓缩液5倍质量水渗滤，充分回收浓液中L-草铵膦，获得2#超滤液和2#超滤浓缩液。
经过上述处理后，各单元组分如下：得到的各单元成分如下：
步骤（4）蒸发结晶：2#超滤滤液在70-90℃蒸汽浓缩至L-草铵膦质量分数为65-85%，经于5-10℃下经结晶、干燥得到L-草铵膦原药。经检测L-草铵膦原药纯度96.5%，L-草铵膦比例98%。以最终得到的L-草铵膦计，收率95.20%。
实施例3（先纳滤后超滤）
步骤（1）精制过程：草铵膦反应液先进行纳滤除盐，纳滤膜材质是聚酰胺，截留分子量是150Da过滤压力6.5MPa，采用恒容渗滤，渗滤水量为纳滤原液质量的3.3倍，在纳滤截留侧得到纳滤浓缩液；纳滤浓缩液再进行超滤除有机杂质，超滤膜的材质是聚酰胺，截留分子量是1000Da，过滤压力3.8MPa，超滤浓缩20倍，浓缩完成后再加浓缩液3.8倍质量水渗滤，在超滤系统的渗透侧得到1#超滤液即除有机杂质液即D,L-草铵膦精制液。
步骤（2）催化转化：向稀释1倍后的D,L-草铵膦精制液中先后加入D氨基酸氧化酶、转氨酶、辅酶等，控制反应温度15~45℃、pH范围6.5~10、反应时间8~32 h，得到L-草铵膦转化液。
步骤（3）精制：再对转化液进行超滤除有机杂质，超滤膜的材质是氧化铝，过滤压力0.4MPa，浓缩10倍后加入浓缩液5.3倍质量水渗滤，充分回收浓液中L-草铵膦，获得2#超滤液和2#超滤浓缩液。
经过上述处理后，各单元组分如下：得到的各单元成分如下：
步骤（4）蒸发结晶：2#超滤滤液在70-90℃蒸汽浓缩至L-草铵膦质量分数为65-85%，经于5-10℃下经结晶、干燥得到L-草铵膦原药。经检测L-草铵膦原药纯度96.4%，L-草铵膦比例98.8%。以最终得到的L-草铵膦计，收率95.45%。
实施例4 （增加超滤4000Da，纳滤200Da）
步骤（1）精制过程：草铵膦反应液直接进行超滤除有机杂质，超滤膜的材质是聚酰胺，截留分子量是4000Da，过滤压力3.8MPa，超滤浓缩20倍，浓缩完成后再加浓缩液3.2倍质量水渗滤，在超滤系统的渗透侧得到1#超滤液即除有机杂质液，截留侧得到1#超滤浓缩液；除有机杂质液进行纳滤除盐，纳滤膜材质是聚酰胺，截留分子量是200Da过滤压力6.5MPa，采用恒容渗滤，渗滤水量为纳滤原液质量的3.3倍，在纳滤截留侧得到纳滤浓缩液即D,L-草铵膦精制液。
步骤（2）催化转化：向稀释1倍后的D,L-草铵膦精制液中先后加入D氨基酸氧化酶、转氨酶、辅酶等，控制反应温度15~45℃、pH范围6.5~10、反应时间3~42 h，得到L-草铵膦转化液。
步骤（3）精制：再对转化液进行超滤除有机杂质，超滤膜的材质是氧化铝，过滤压力0.4MPa，浓缩10倍后加入浓缩液5倍质量水渗滤，充分回收浓液中L-草铵膦，获得2#超滤液和2#超滤浓缩液。
经过上述处理后，各单元组分如下：得到的各单元成分如下：
（4）蒸发结晶：2#超滤滤液在70-90℃蒸汽浓缩至L-草铵膦质量分数为65-85%，经于5-10℃下经结晶、干燥得到L-草铵膦原药。经检测L-草铵膦原药纯度97%，L-草铵膦比例98%。以最终得到的L-草铵膦计，收率88.71%。
实施例5 （扩大超滤、纳滤分子量，转化率、纯度不变、收率降低）
步骤（1）精制过程：草铵膦反应液直接进行超滤除有机杂质，超滤膜的材质是聚酰胺，截留分子量是6000Da，过滤压力3.8MPa，超滤浓缩20倍，浓缩完成后再加浓缩液3.2倍质量水渗滤，在超滤系统的渗透侧得到1#超滤液即除有机杂质液，截留侧得到1#超滤浓缩液；除有机杂质液进行纳滤除盐，纳滤膜材质是聚酰胺，截留分子量是300Da过滤压力6.5MPa，采用恒容渗滤，渗滤水量为纳滤原液质量的3.3倍，在纳滤截留侧得到纳滤浓缩液即D,L-草铵膦精制液。
步骤（2）催化转化：向稀释1倍后的D,L-草铵膦精制液中先后加入D氨基酸氧化酶、转氨酶、辅酶等，控制反应温度15~45℃、pH范围6.5~10、反应时间3~42 h，得到L-草铵膦转化液。
步骤（3）精制：再对转化液进行超滤除有机杂质，超滤膜的材质是氧化铝，过滤压力0.4MPa，浓缩10倍后加入浓缩液5倍质量水渗滤，充分回收浓液中L-草铵膦，获得2#超滤液和2#超滤浓缩液。
经过上述处理后，各单元组分如下：得到的各单元成分如下：
（4）蒸发结晶：2#超滤滤液在70-90℃蒸汽浓缩至L-草铵膦质量分数为65-85%，经于5-10℃下经结晶、干燥得到L-草铵膦原药。经检测L-草铵膦原药纯度97%，L-草铵膦比例99%。以最终得到的L-草铵膦计，收率83.9%。
对比例1（传统工艺）
草铵膦氨基腈先进行酸水解得到草铵膦盐酸盐水溶液，蒸发浓缩至物料含水量为10%以下，得到浓缩后的母液。浓缩后的母液在酸催化下与甲醇进行酯化反应，回流中控制酯化率高于95%后，降温至10℃，过滤除去固体无机盐，得到滤液。滤液回收醇后，加入盐酸搅拌回流，中控酯化物小于1%，然后蒸发浓缩至物料含水量小于10%，再加入甲醇进行回流分散，冷却后过滤，得到盐酸盐粗品，烘干后得到草铵膦盐酸盐粗品。将得到的草铵膦盐酸盐粗品加入10倍于草铵膦盐酸盐质量的甲醇中，通入氨气，调 pH8～9，冷却10℃过滤，虑饼烘干后，得白色草铵膦产品，检测D,L-草铵膦纯度95%、结晶率85%。再将95%纯度的D,L-草铵膦复溶为10%质量分数水溶液，先后加入D氨基酸氧化酶、转氨酶、辅酶等，控制反应温度15~45℃、pH范围6.5~10、反应时间3~42 h，得到L-草铵膦转化液，转化液固液分离后蒸发、结晶干燥得到L-草铵膦原药，经检测L-草铵膦原药纯度97%，L-草铵膦比例98%。以最终得到的L-草铵膦计，收率80.83%。
对比例2（膜分离+结晶制备D,L-草铵膦原药，再复溶制备L-草铵膦原药，产品品质不变，收率偏低）
草铵膦反应液直接进行超滤除有机杂质，超滤膜的材质是聚酰胺，截留分子量是1500Da，过滤压力3.8MPa，超滤浓缩20倍，浓缩完成成后再加浓缩液3.2倍质量水渗滤，得到除有机杂质液，除有机杂质液进行纳滤除盐，纳滤膜材质是聚酰胺，截留分子量是150Da过滤压力6.5MPa，采用恒容渗滤，渗滤水量为纳滤原液质量的3.3倍，得到D,L-草铵膦精制液，D,L-草铵膦精制液在70~80℃条件下浓缩至D,L-草铵膦含量为70%后加入8倍于草铵膦质量的甲醇，再通入氨气调节pH至7.5，随后缓慢降温、搅拌析出D,L-草铵膦固体，经固液分离、干燥得到D,L-草铵膦原药，检测D,L-草铵膦原药纯度97%、结晶率90%，再将得到的D,L-草铵膦原药复溶并先后加入D-氨基酸氧化酶、转氨酶、辅酶等，控制反应温度15~45℃、pH范围6.5~10、反应时间3~42 h，得到L-草铵膦转化液，再对转化液进行超滤除有机杂质，超滤膜的材质是氧化铝，过滤压力0.4MPa，浓缩10倍后加入浓缩液5倍质量水渗滤，充分回收浓液中L-草铵膦。得到的各单元成分如下：
超滤滤液再经过蒸发浓缩、结晶、干燥得到L-草铵膦原药，经检测L-草铵膦原药纯度97.5%，L-草铵膦比例99%。以最终得到的L-草铵膦计，收率86%。
由实施例1-5与对比例1、2进行对比可知，实施例1-5的在简化工艺后，L-草铵膦原药在纯度和比例与对比例1、2相当时，L-草铵膦的收率比对比例1明显提高，实施例1-4也比对比例2的收率明显提高。
Claims (18)
1.一种由D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）对D,L-草铵膦反应液进行超滤除有机杂质和纳滤除盐，得到溶质分子量150-6000Da的D,L-草铵膦精制液；
（2）对精制后的D,L-草铵膦精制液进行生物催化转化，得到L-草铵膦转化液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）经过超滤除有机杂质和纳滤除盐得到的是溶质分子量为150-2000Da的D,L-草铵膦精制液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述D,L-草铵膦反应液为草铵膦氨基腈的酸解氨化液、草铵膦氨基腈的碱水解液、酸水解液经酯化除盐再水解后的水溶液其中任意一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述D,L-草铵膦反应液中草铵膦质量分数为1~38%、无机盐质量分数为0.5~30%、溶液pH为1.5~14；所述无机盐为氯化铵、氯化钠、氯化钾、硫酸铵、硫酸钠、硫酸钾的一种或者几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）对D,L-草铵膦反应液进行超滤除有机杂质和纳滤除盐过程为：先用截留分子量为1000-6000Da的超滤膜进行超滤除有机杂质，超滤渗透液再用截留分子量为150-300Da的纳滤膜进行纳滤除盐。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）对D,L-草铵膦反应液进行超滤除有机杂质和纳滤除盐过程为：先用截留分子量为150-300Da的纳滤膜进行纳滤除盐，除盐后截留侧的纳滤浓缩液再用截留分子量为1000-6000Da的超滤膜进行超滤除有机杂质。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中除有机杂质采用一级或多级的超滤除有机杂质工艺，各级超滤除有机杂质使用相同或不同的有机卷式超滤膜，超滤除有机杂质操作压力范围为0.4~4.0MPa。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中纳滤除盐采用一级或多级的纳滤过滤，各级纳滤膜为相同或不同的机卷式纳滤膜，纳滤除盐操作压力范围是0.4~10.0MPa。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）生物催化转化法是在酶催化体系下以D,L-草铵膦为原料将D-草铵膦转化生产L-草铵膦。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述酶催化体系包括用于将D-草铵膦转化为PPO的D-氨基酸氧化酶，以及用于将PPO转化为L-草铵膦的L-氨基酸脱氢酶、过氧化氢酶。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述酶催化体系中的每种酶的形式各自独立地选自：精制后的酶；无细胞提取物或粗细胞提取物；液体、粉末或固定形式；完整细胞或完整发酵液、冻干细胞或其任何组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：（3）对由步骤（2）得到的L-草铵膦转化液进行超滤精制，得到L-草铵膦精制液。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：（4）对步骤（3）精制后的L-草铵膦精制液进行浓缩结晶得到L-草铵膦原药或者直接制备L-草铵膦水剂。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述步骤（4）浓缩结晶中，包括浓缩脱水和降温结晶。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述浓缩脱水操作温度为70~90℃、浓缩液L-草铵膦质量分数为65~85%。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述降温结晶的结晶温度为5~10℃。
17.一种D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦的装置，其特征在于，包括：
第一超滤装置，截留分子量为1000-6000Da，用于对D,L-草铵膦反应液除有机杂质处理；
纳滤装置，截留分子量150-300Da，连接于第一超滤装置渗透侧，用于对第一超滤渗透液脱盐处理；
生物催化转化装置，连接于纳滤装置截留侧，用于对除有机杂质脱盐后的D,L-草铵膦精制液进行生物催化转化；
第二超滤装置，连接于生物催化转化装置出口，用于对L-草铵膦转化液精制处理；
浓缩结晶装置，连接于第二超滤装置渗透侧，用于对第二超滤装置渗透液浓缩结晶处理。
18.一种D,L-草铵膦反应液制备L-草铵膦的装置，其特征在于，包括：
纳滤装置，截留分子量150-300Da，用于对D,L-草铵膦反应液脱盐处理；
第一超滤装置，截留分子量1000-6000Da，连接于所述纳滤装置截留侧，用于对脱盐后的D,L-草铵膦反应液除有机杂质处理；
生物催化转化装置，连接于第一超滤装置渗透侧，用于对脱盐除有机杂质后的D,L-草铵膦精制液进行生物催化转化；
第二超滤装置，连接于生物催化转化装置出口，用于对L-草铵膦转化液精制处理；
浓缩结晶装置，连接于第二超滤装置渗透侧，用于对第二超滤装置渗透液浓缩结晶处理。
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| CN105859772A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-08-17 | 江苏久吾高科技股份有限公司 | 一种草铵膦反应液的膜分离纯化方法及装置 |
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2023
- 2023-04-19 CN CN202310417436.XA patent/CN116162665B/zh active Active
Patent Citations (6)
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| 楼亿圆等: "生物法合成L-草铵膦的研究进展", 《现代农药》, vol. 8, no. 3, pages 1 - 4 * |
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| CN116162665B (zh) | 2023-08-01 |
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