腈类化合物生物酶催化反应过程控制

酰胺类化合物是重要的有机合成中间体和化学品，被广泛应用于医药、农药、食品、环保、采油等领域。腈基发生水解反应转化为酰胺基，是工业上制备酰胺类化合物的重要方法之一。在某酰胺类化合物的绿色合成工艺中采用了一种生物催化剂，其活性受体系中底物和产物浓度的影响很大。若底物浓度过高，催化剂易失活，使得合成反应无法继续进行；若产物浓度过高，同样也会导致底物积累，合成效率变低。为保证合成反应中生物酶催化剂的最佳活性，需要有效的技术手段在反应过程中对腈类底物和酰胺类产物的浓度进行实时监测和反馈调节。目前常采用固定间隔时间取样、样品预处理后进行气相色谱-质谱联用等方法对反应体系中的底物和产物含量进行检测。离线检测结果滞后，无法实时获知当前的反应状态，不易进行对底物含量的反馈控制和调节，可能错过最佳补料时机。而在线光谱分析技术具有检测速度快、无需样品预处理等优势，可实现反应体系的快速、实时、原位、智能分析，在酰胺类化合物的绿色合成中具有无可替代的优势。上图显示了某腈类化合物生物酶催化反应制备丙烯酰胺的过程在线监测情况。反应开始后的0-t1时间，腈类原料的加料速度较大，底物和产物的累计速度均较快。t1时底物含量接近阈值上限，此时生产人员减小原料的加料速度，以保持反应体系中底物浓度在可控范围内，产物依旧可以快速累计。最终当反应进行到t2时间时，产物含量积累到目标水平，生产人员停止加入腈类原料，此后底物水平趋近于零，产物含量也趋于稳定。在全程连续化生产过程中，在线监测保障生物酶催化反应高效进行。在规模化的合成中，在线监测技术尤为重要。实时获知底物和产物浓度能够帮助反馈调节底物含量在合理范围内，在反应过程中能最大化保证生物酶催化剂的活性，提升合成反应的效率，且能帮助控制工艺参数在最优状态，提升生物酶催化剂的使用寿命，实现效益最大化。 酰胺类化合物是重要的有机合成中间体和化学品，被广泛应用于医药、农药、食 品、环保、采油等领域。腈基发生水解反应转化为酰胺基，是工业上制备酰胺类化合 物的重要方法之一。 在某酰胺类化合物的绿色合成工艺中采用了一种生物催化剂，其活性受体系中底 物和产物浓度的影响很大。若底物浓度过高，催化剂易失活，使得合成反应无法继续 进行；若产物浓度过高，同样也会导致底物积累，合成效率变低。为保证合成反应中 生物酶催化剂的最佳活性，需要有效的技术手段在反应过程中对类底物和酰胺类产 物的浓度进行实时监测和反馈调节。 目前常采用固定间隔时间取样、样品预处理后进行气相色谱-质谱联用等方法对 反应体系中的底物和产物含量进行检测。离线检测结果滞后，无法实时获知当前的反 应状态，不易进行对底物含量的反馈控制和调节，可能错过最佳补料时机。而在线光 谱分析技术具有检测速度快、无需样品预处理等优势，可实现反应体系的快速、实时、原位、智能分析，在酰胺类化合物的绿色合成中具有无可替代的优势。 反应时间 上图显示了某腈类化合物生物酶催化反应制备丙烯酰胺的过程在线监测情况。反 应开始后的0-t1时间，腈类原料的加料速度较大，底物和产物的累计速度均较快。t1时 底物含量接近阈值上限，此时生产人员减小原料的加料速度，以保持反应体系中底物 浓度在可控范围内，产物依旧可以快速累计。最终当反应进行到t2时间时，产物含量 积累到目标水平，生产人员停止加入腈类原料，此后底物水平趋近于零，产物含量也 趋于稳定。在全程连续化生产过程中，在线监测保障生物酶催化反应高效进行。 在规模化的合成中，在线监测技术尤为重要。实时获知底物和产物浓度能够帮助 反馈调节底物含量在合理范围内，在反应过程中能最大化保证生物酶催化剂的活性，提升合成反应的效率，且能帮助控制工艺参数在最优状态，提升生物酶催化剂的使用 寿命，实现效益最大化。