生物转化法制备龙脑.ppt

生物转化法 制备龙脑,概述,龙脑是香料和医药工业重要的原料,化学合成的龙脑中，异龙脑含量较高，药效较差，毒性较大，无法满足人们需求,,人们环保意识的增强和生活质量的提高，制备出天然龙脑成分更相似的产品更显得重要,,,生物转化催化方法有较高的选择性，反应条件温和，无毒，环境污染小，制得的产品，更接近天然产物一、龙脑的概述,龙脑(Bome01)又名冰片，由羟基所在空间位置不同形成了相应的立体异构体龙脑为无色半透明的六方片状结晶体，其分子式C10H17OH ，分子量为154．25，化学名1，7，7-三甲基双环[2，2，1]庚-2-醇,龙脑的应用,医药处方,,,减少微血管内皮上细胞间黏附因子表达，对内皮细胞有保护作用,通过改善缺血脑组织的血氧供应，进而改善该区域的能量代谢，起到对脑缺血的保护作用,对中枢神经兴奋性有较强的双向调节作用，既有镇静安神作用，又有醒脑作用,,,促进其他药物的透皮吸收，对神经胶质细胞的分裂和生长有促进作用,抗炎及止痛和抗菌作用，对金黄色葡萄球菌、乙型溶血性链球菌、草绿色链球菌、肺炎球菌和大肠杆菌等在试管内均有明显抗菌作用,,,二、龙脑的制备方法,从植物中提取龙脑 化学法合成龙脑 生物法制备龙脑,2.1 从植物中提取龙脑,方法：,结晶(龙脑冰片),龙脑香科植物龙脑香树脂的加工品或树干及树枝,,水蒸气蒸馏升华，冷却,优点：提取得到的龙脑被认为是天然龙脑,缺点：提取天然龙脑的植物资源稀缺，生产成本高,2.2 化学法合成龙脑,优点：合成龙脑原料易得，价格低廉，很大程度上代替天然龙脑，以满足市场上的需求,无水草酸酯化-皂化二步法 氯乙酸法合成龙脑 苯氧乙酸酯化-水解法 α-直接水合法 樟脑还原法,2.2.1无水草酸酯化-皂化二步法,方法：,利用从松节油中分馏得到的a．蒎烯与无水草酸在硼酐和醋酐的催化下发生酯化反应生成草酸龙脑酯、双戊烯、二聚萜烯等轻油分。

蒸去轻油后加苛性碱液皂化，获得游离龙脑经蒸汽蒸馏龙脑与聚合物分离，再经升华结晶等方法精制得商品龙脑,缺点：酯化反应剧烈放热，难以控制，于50 ℃投料，无水草酸需分六批加入并不断采取冷却措施，操作极不便，且生产过程有爆炸危险，原料消耗大，产品质量差,2.2.2氯乙酸法合成龙脑,方法：,把传统的酯化剂换为氯乙酸进行合成,优点：酯化反应稳定，易于控制，生产安全，所得龙脑产品中正龙脑含量较高,缺点：选择催化剂时要尽可能避免生成异龙脑酯副反应的发生，且反应时间长，原料循环周期过长,2.2.3苯氧乙酸酯化一水解法,方法：,松节油中的Q．蒎烯与苯氧乙酸反应生成苯氧乙酸龙脑酯，然后在碱性条件下水解即得到龙脑,缺点：酯化反应困难、原料转化率低、工业应用难度大,2.2.4α-直接水合法,方法：,将原来酯化和皂化这两步反应合二为一，即利用蒎烯在催化剂作用下直接发生水合反应,缺点：a．蒎烯的直接水合反应中，龙脑一般只是一种副产物，含量只有百分之几,2.2.5樟脑还原法,方法：,以天然樟脑为原料，在还原剂作用下将樟脑还原为两个差向异构的仲醇一异龙脑和龙脑，还原剂是金属钠、铜、钴、Cu．Cr合金、液氨+金属钠、氢化锂铝、烷基氢化铝等，或采用电还原法,缺点：生产成本较高，产品中的异龙脑含量仍较高,2.3生物法制备龙脑,找到能够专一性或选择性转化蒎烯生成龙脑的微生物，则以丰富的蒎烯为原料，通过生物转化的方法制备龙脑的产率将会大大地提高,由蒎烯生物转化制备龙脑,由龙脑酯生物催化水解制备龙脑,利用微生物催化龙脑酯水解获也可以得到龙脑，水解过程往往伴随着氧化反应的发生，在得到龙脑的同时，还会得到羟基化的乙酸龙脑酯,由其它单萜类化合物生物转化制备龙脑,三、龙脑的研究方法,取适量样品，用乙酸乙酯溶解，毛细管点样，乙酸龙脑酯和龙脑作为对照，晾干后于展开剂为石油醚-乙酸乙酯(1：5)混合液的展开缸中展开，通过碘蒸汽显色，与对照样的比移值(Rf)对比，进行定性分析,薄层色谱法(TLC),红外光谱法(IR),采用KBr压片法，将实验中经TLC初步检测的样品进行红外光谱分析，并与龙脑的标准谱图对照,气相色谱法(GC),四、蒎烯生物转化制备龙脑,富集培养,土样采集,,从富含松节油的环境中采集土壤，通过建立适当的筛选模型进行微生物菌株的筛选，从自然界中筛选到一些能够利用蒎烯为底物生长并能转化蒎烯生成龙脑的微生物菌株，探索制备龙脑的新方法,菌株的筛选,菌株的分离纯化,,,菌株的筛选,菌株筛选方法,菌悬液,土样,,直接涂布分离法,稀释涂布,,,划线分离,,单菌落,,菌株保藏,,检测转化能力及产物,液体富集培养法,富集培养,土样,,稀释涂布,,,划线分离,,单菌落,,菌株保藏,,检测转化能力及产物,五、水解乙酸龙脑酯产龙脑菌株的筛选及鉴定,生物转化α-蒎烯生成的主要产物之一为乙酸龙脑酯，如果酯能经进一步水解，则可以生成龙脑。

在二步法化学合成龙脑的过程中，第一步也需先酯化生成龙脑酯，才开始第二步的皂化反应，但经过酯化-皂化后的产品中，含有35～45％的异龙脑，影响了龙脑的质量和价格生产制备出与天然龙脑成分更相似即正龙脑含量较高的龙脑产品将能够弥补化学合成龙脑的缺陷采用生物催化剂进行转化被认为具有高选择性，而且条件温和、无毒能筛选到一些菌株，能够以水解反应为主反应，选择性地水解龙脑酯生成正龙脑，必将能为龙脑的制备与应用提供更广阔的前景所以可以通过建立合理的筛选模型，从自然界中寻找到一些能水解乙酸龙脑酯产正龙脑有较高选择性的微生物菌株 其菌株筛选的步骤与方法同蒎烯生物转化时的筛选方法类似，只是菌株培养条件不同六、结论与展望,通过对龙脑的生物转化的研究可得到比传统植物提取法和化学合成法所得龙脑产量的数倍，而且由于生物催化转化无毒，高效以及专一性的特点，将会为龙脑的生产带来巨大的经济效益、社会效益以及生态效益一段时期以来，用生物催化的方法生产精细化学品被迅速推广香精、香料属于许多不同的结构类别，因此对学术及工业化研究都是一个具有挑战性的目标尽管在各种方法的使用中有很大的可变性，但很多研究已经证实生物催化在香精香料生产中的功用。

生物催化制备香精香料发展历史不长，除了个别例子如发酵生产二元酸再制备麝香己产业化，上述其它反应等大多还处于实验室阶段或实验中试进展过程中，这中问还存在产率及成本问题生物催化提供的新的、杰出可操作性已经过证实，天然香料生物制备的新方法将随着目前在生物技术、生化途径和微生物学方面的研究深入，而消费者对天然化合物的偏爱并支持其生产，生物催化制备香精香料必将有一个光明前途,,,谢 谢,。