[发明专利]一种乳酸季鏻型生物相容离子液体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种乳酸季鏻型生物相容离子液体的合成方法及其在植物甾醇全细胞生物转化过程中的应用。离子液体的特征在于由季鏻阳离子和乳酸根阴离子构成，其合成过程通过简单的酸碱中和反应即可完成，操作简便，收率高。所得的离子液体具有较弱的极性和极强的氢键碱性，因而对甾醇表现出优异的溶解和萃取性能，且具有良好的生物相容性，对微生物细胞的葡萄糖代谢活性影响较小，可应用于构建合适的溶剂体系，强化分枝杆菌催化的植物甾醇侧链降解过程，促进底物溶解的同时，实现产物的原位萃取，提高过程转化效率。

技术领域

本发明涉及一种乳酸季鏻型生物相容离子液体及其制备方法和应用，尤其是在植物甾醇全细胞生物转化过程中的应用。

背景技术

雄甾-4-烯-3,17-二酮(AD)是重要的甾体药物中间体，可用于合成上百种甾体激素类药物。以自然界中丰富的植物甾醇为底物，通过生物转化法制备AD具有广阔的应用前景。然而，分枝杆菌降解植物甾醇侧链得到AD需经过11种功能酶系协同催化的16步反应历程，迄今为止只能在全细胞中完成。存在着两个主要问题：(1)甾醇底物的低水溶性；(2)疏水性产物AD在胞内对细胞活性的抑制甚至毒性，以及析出后对底物颗粒和细胞的包结。通常，基于溶剂工程策略构建非水/水两相生物转化体系或以非水溶剂作为共(助)溶剂，能够促进底物/产物溶解，提高过程转化效率。

随着人们对绿色过程开发的要求越来越迫切，一种新型的绿色溶剂——离子液体以其独特的理化性质逐渐进入人们的视野。离子液体(ionic liquid,IL)是由阳离子和阴离子构成的在临界温度(一般为100℃)下呈液态的有机盐。目前常用的离子液体主要是由9类阳离子(烷基咪唑类、烷基吡啶类、季铵、季鏻、吡咯烷、哌啶、吗啉、胍类等)和28类阴离子(卤素类、六氟磷酸型、四氟硼酸型、硝酸型、磺酸型、羧酸型、亚胺型等)构成，主要用于有机合成和催化、萃取分离、电化学、功能材料等领域，将生物相容性差的离子液体直接用作生物催化反应介质会带来催化效率低、资源浪费、生态毒性等问题。因此，针对生物催化反应过程设计特定结构的离子液体是提高过程效率、实现绿色催化的途径之一。

在生物技术领域，已有学者致力于合成生物相容性较好的离子液体用于生物质的预处理和萃取分离等。Yao等(Angewandte Chemie International Edition.2016,55:7934-7938)合成了PEG功能化离子液体[PEG₈₀₀(mim)₂][NTf₂]₂，并将其用于非均相液/液体系萃取蛋白质，对研究的多种蛋白质(细胞色素C、肌红蛋白、血红蛋白、溶菌酶和木瓜蛋白酶)，该功能化离子液体的单步萃取率都超过了95％(RSC Advances.2017,7:11297-11303)。Tzani等(Journal of Molecular Liquids.2016,224:366-376)合成了16种羟基铵羧酸盐质子型离子液体，评估了其生物可降解性和生物毒性，这些离子液体的5天生物降解量达到41～64％，并且对丰年虾A.salina的无节幼虫表现为无毒或低毒。Hou等(PLoSOne.2013,8:e59145)合成了一系列氨基酸胆碱型离子液体，并将其用于生物质的预处理，证实了这些天然可再生的氨基酸型离子液体对测试菌株表现为低毒性。