腈水合酶是一種關鍵酶,它能夠催化腈類化合物水合生成相應的酰胺類產物。這一反應在工業(yè)生產中具有重要應用,如生產煙酰胺、丙烯酰胺和5-氰基戊酰胺等。腈水合酶的催化反應相對于傳統(tǒng)的化學合成法具有反應條件溫和、反應專一性高等優(yōu)勢。該酶主要偏好催化脂肪族腈類,對于芳香族腈類的催化活性較低。此外,腈水合酶對于小體積腈類底物的催化活性也較低。
腈水合酶是一種金屬酶,能夠將腈類物質水解為酰胺類物質,這一反應在有機合成中非常重要。酰胺類物質具有較高的工業(yè)應用價值。
一些腈水解酶被發(fā)現(xiàn)同時具有腈水合活性,即能夠催化腈化合物生成酰胺。通過調控腈水解酶的反應選擇性,可以消除或強化其腈水合活性,從而實現(xiàn)特定產物的高效合成。
此外,有研究表明腈水合酶在催化氰基吡嗪類化合物水合反應生成酰胺吡嗪類化合物中的應用,這種應用具有原料轉化率高、沒有副反應、產物易于分離提純且純度較高等優(yōu)點,與傳統(tǒng)化學催化工藝相比,更為綠色環(huán)保且操作簡便。
目前最成功大規(guī)模工業(yè)化應用是,在常溫常壓下,將丙烯腈生產成丙烯酰胺。具體應用如下:
丙烯酰胺單體的生產以丙烯腈為原料,在催化劑作用下水合生成丙烯酰胺單體的粗產品,經閃蒸、精制后得精丙烯酰胺單體,此單體就是聚丙烯酰胺的生產原料。
丙烯腈+(水/催化劑) →水合→丙烯酰胺粗品→閃蒸→精制→精丙烯酰胺。
按催化劑的發(fā)展歷史來分,單體技術已經歷了三代:
*代為硫酸催化水合技術,此技術的缺點是丙烯腈轉化率低,丙烯酰胺產品收率低、副產品多,給精制帶來很大負擔,此外由于催化劑硫酸的強腐蝕性,使設備造價高,增加了生產成本。
第二代為二元或三元骨架銅催化生產技術,該技術的缺點是在最終產品中引入了影響聚合的金屬銅離子,從而增加了后處理精制的成本。
第三代為微生物腈水合酶催化生產技術,此技術反應條件溫和,常溫常壓下進行,具有高選擇性、高收率和高活性的特點,丙烯腈的轉化率可達到99.99%,反應完全,無副產物和雜質,產品丙烯酰胺中不含金屬銅離子,不需進行離子交換來除去生產過程中所產生的銅離子,簡化了工藝流程,此外,氣相色譜分析表明丙烯酰胺產品中幾乎不含游離的丙烯腈,具有高純性,特別適合制備超高相對分子質量的聚丙烯酰胺及食品工業(yè)所需的無毒聚丙烯酰胺。
無錫市致遠化學品有限公司采用美國斯坦福等大學的先進發(fā)酵技術,生產的生物催化劑(腈水合酶WX-20),用于丙烯酰胺的微生物法生產。具有以下優(yōu)點:
(1)腈水合酶WX-20在國內生產,供應鏈安全,供貨可靠,質量穩(wěn)定,交貨快捷。
(2)酶催化反應在常溫常壓下進行,提高了生產安全性。
(3)丙烯腈的轉化率99.99%,不用回收未反應的原料丙烯腈。
(4)直接生成50%含量的丙烯酰胺,不需要濃縮工藝,簡化生產流程,提高產量,降低能源消耗,降低生產成本。
(5)生物催化劑WX-20直接使用,不需要工廠自行發(fā)酵,生產工藝簡單,丙烯酰胺產品的純度高,副產品少,催化劑殘留少,不含雜質。
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