一種氨基酸糖酯、其制備方法及其應(yīng)用與流程

文檔序號：12151456閱讀：334來源：國知局

導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>有機化合物處理,合成應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明涉及石油工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氨基酸糖酯、其制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鉆井液是鉆探過程中鉆孔內(nèi)使用的循環(huán)沖洗介質(zhì)，主要由分散介質(zhì)(連續(xù)相)、分散相和添加劑組成。其中，基礎(chǔ)油是制作鉆井液的主要成分，其性能指標決定著鉆井液的絕大部分性能指標，如閃點、粘度、凝固點和生物毒性等。隨著國家環(huán)保要求的日益嚴格以及石化集團倡導(dǎo)的“碧水藍天”需求，發(fā)展環(huán)保型的鉆井液、開發(fā)綠色的鉆井液用基礎(chǔ)油，這已經(jīng)成為鉆井液研究和應(yīng)用的主要方向。

授權(quán)公告號為CN 102443381 B的中國專利文獻公開了一種合成基鉆井液的基液，其原料組成包括：檸檬烯、雙戊烯、乙二醇單丁醚、烷基糖苷、醇醚羧酸鹽、白油和二甲基硅油；檸檬烯、雙戊烯、乙二醇單丁醚、烷基糖苷、醇醚羧酸鹽、白油、二甲基硅油的重量比順次為：1：0.5-1：1-5：1-10：1-3：1-10：1-3。該基液采用復(fù)配組分配制而成，兼具了醚基類和α-烯烴類基液的優(yōu)點。雖然該基液所選原料幾乎不含芳香烴，但是，其生物降解性、環(huán)境友好性仍有待提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N氨基酸糖酯、其制備方法及其應(yīng)用，本發(fā)明提供的氨基酸糖酯具有良好的潤滑性，可作為鉆井液的基礎(chǔ)油，并且其生物降解性能好，對環(huán)境友好。

本發(fā)明提供一種氨基酸糖酯，具有式I結(jié)構(gòu)：

式I中，R₁選自氫、甲基、-CH₂COOH或-CH₂CH₂COOH；

R₂選自式1～5所示的基團中的任意一種：

本發(fā)明提供一種氨基酸糖酯的制備方法，包括以下步驟：

在催化劑存在下，將氨基酸與單糖在溶劑中進行反應(yīng)，得到氨基酸糖酯；

所述氨基酸選自甘氨酸、谷氨酸、丙氨酸或天冬氨酸，所述單糖選自葡萄糖、半乳糖、果糖、甘露糖或核糖；

所述氨基酸糖酯具有式I結(jié)構(gòu)：

式I中，R₁選自氫、甲基、-CH₂COOH或-CH₂CH₂COOH；

R₂選自式1～5所示的基團中的任意一種：

優(yōu)選地，所述催化劑為生物酶；所述溶劑為離子液體。

優(yōu)選地，所述生物酶選自木瓜蛋白酶、α-靡蛋白酶或南極假單胞脂肪酶。

優(yōu)選地，所述離子液體選自1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸和1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述氨基酸、單糖、生物酶和離子液體的重量比為(75～135)：(150～180)：(10～35)：(100～350)。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)在攪拌的條件下進行，所述攪拌的速度為150rpm～200rpm；

所述反應(yīng)的溫度為30℃～50℃，所述反應(yīng)的時間為20h～24h。

優(yōu)選地，還包括：

采用萃取劑將反應(yīng)得到的粗溶液進行萃取，得到上層溶液；

將所述上層溶液蒸發(fā)，分離出所述萃取劑，得到氨基酸糖酯。

優(yōu)選地，所述萃取劑選自正己烷、環(huán)己烷或乙酸乙酯。

本發(fā)明還提供上文所述的氨基酸糖酯作為鉆井液基礎(chǔ)油的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以氨基酸和單糖為原料，在催化劑的作用下，在溶劑中進行反應(yīng)，得到具有式I結(jié)構(gòu)的氨基酸糖酯。在本發(fā)明中，所述氨基酸糖酯作為鉆井液的基礎(chǔ)油，除了具備酯類基液粘度受溫度變化影響小的優(yōu)點外，還兼?zhèn)淞肆己玫幕瘜W(xué)穩(wěn)定性、潤滑性和抑制性，是一種性能優(yōu)良的鉆井液基礎(chǔ)油。同時，所述氨基酸糖酯的結(jié)構(gòu)包括氨基酸單元和單糖基團，可由天然來源生物質(zhì)分解產(chǎn)物氨基酸和單糖為原料進行合成，具有較好的生物降解性能，對環(huán)境友好，屬于“綠色”功能性產(chǎn)品。

進一步地，本發(fā)明優(yōu)選以離子液體為溶劑、生物酶為催化劑合成氨基酸糖酯，所選原料不含有芳香烴且價格較低，制備方法簡便、條件溫和，無廢水、廢氣、廢渣排放，制備過程無毒、高效、環(huán)保。

具體實施方式

下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明提供了一種氨基酸糖酯，具有式I結(jié)構(gòu)：

式I中，R₁選自氫、甲基、-CH₂COOH或-CH₂CH₂COOH；

R₂選自式1～5所示的基團中的任意一種：

本發(fā)明的目的之一是提供一種可用作鉆井液基礎(chǔ)油的氨基酸糖酯，本發(fā)明提供的氨基酸糖酯是一類綠色無毒的物質(zhì)，屬于糖酯大類，其本身以及分解后的產(chǎn)物對人體和環(huán)境無刺激作用，具備良好的生態(tài)安全性。同時，本發(fā)明提供的氨基酸糖酯具有良好的潤滑性和相溶性等特點，能滿足制作鉆井液基油的性能需求。

本發(fā)明提供的氨基酸糖酯具有式I結(jié)構(gòu)，式I中，R₁選自氫(H)、甲基(-CH₃)、-CH₂COOH或-CH₂CH₂COOH；R₂選自式1～5所示的基團中的任意一種。在本發(fā)明的實施例中，所述氨基酸糖酯可為甘氨酸葡萄糖酯、谷氨酸半乳糖酯、丙氨酸果糖酯、天冬氨酸甘露糖酯、谷氨酸核糖酯、甘氨酸半乳糖酯、丙氨酸甘露糖酯、天冬氨酸葡萄糖酯、谷氨酸葡萄糖酯或甘氨酸果糖酯。

在本發(fā)明中，所述氨基酸糖酯在結(jié)構(gòu)上包括氨基酸單元和單糖基團。一方面用作鉆井液的基礎(chǔ)油時，不僅具備酯類基液粘度受溫度變化影響小的優(yōu)點，而且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、潤滑性和抑制性，性能優(yōu)良。另一方面，所述氨基酸糖酯可由天然來源生物質(zhì)分解產(chǎn)物氨基酸和單糖為原料進行合成，具有較好的生物降解性能，綠色環(huán)保。

在本發(fā)明中，所述氨基酸糖酯的分子量范圍為225.07～345.19；所述氨基酸糖酯的外觀呈無色透明液體或淡黃色透明液體。所述氨基酸糖酯的潤滑系數(shù)為0.05～0.09；所述氨基酸糖酯在40℃下的運動粘度為20mm²/s～35mm²/s。

相應(yīng)的，本發(fā)明提供了一種氨基酸糖酯的制備方法，包括以下步驟：

在催化劑存在下，將氨基酸與單糖在溶劑中進行反應(yīng)，得到氨基酸糖酯；

所述氨基酸選自甘氨酸、谷氨酸、丙氨酸或天冬氨酸，所述單糖選自葡萄糖、半乳糖、果糖、甘露糖或核糖；

所述氨基酸糖酯具有式I結(jié)構(gòu)：

式I中，R₁選自氫、甲基、-CH₂COOH或-CH₂CH₂COOH；

R₂選自式1～5所示的基團中的任意一種：

本發(fā)明的目的之二是提供一種氨基酸糖酯的制備方法，所制備的氨基酸糖酯可用作鉆井液的基礎(chǔ)油。另外，本發(fā)明提供的氨基酸糖酯的制備方法簡便易行。

本發(fā)明實施例將氨基酸、單糖、催化劑和溶劑加入反應(yīng)釜中，混合后進行反應(yīng)，得到氨基酸糖酯。本發(fā)明對物料的加料順序沒有特殊限制，可依次加入帶攪拌、冷凝和加熱設(shè)備的反應(yīng)釜中。

本發(fā)明以氨基酸為原料，所述氨基酸選自甘氨酸、谷氨酸、丙氨酸或天冬氨酸。本發(fā)明以單糖為原料，所述單糖選自葡萄糖、半乳糖、果糖、甘露糖或核糖。在本發(fā)明中，所述氨基酸和單糖的重量比優(yōu)選為(75～135)：(150～180)；即可在反應(yīng)釜中加入75～135重量份的氨基酸和150～180重量份的單糖。本發(fā)明可由天然來源生物質(zhì)分解產(chǎn)物氨基酸和單糖為原料合成氨基酸糖酯，使其具有較好的生物降解性能，對環(huán)境友好，屬于“綠色”功能性產(chǎn)品。

在本發(fā)明中，所述氨基酸和單糖在催化劑的作用下，在溶劑中反應(yīng)，即得含有氨基酸糖酯的粗溶液。其中，所述催化劑優(yōu)選為生物酶，更優(yōu)選自木瓜蛋白酶、α-靡蛋白酶或南極假單胞脂肪酶；本發(fā)明實施例主要是提供一種氨基酸糖酯的生物酶合成法。

在本發(fā)明中，所述溶劑優(yōu)選為離子液體，更優(yōu)選自1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸和1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸中的一種或多種。本發(fā)明優(yōu)選將屬于綠色化學(xué)材料的離子液體作為溶劑，引入到氨基酸糖酯的合成過程，一方面可提高酶催化劑的活性，另一方面能增加反應(yīng)的生物相容性。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，合成工藝選擇生物相容性良好的離子液體為溶劑、生物酶為催化劑進行反應(yīng)，合成條件溫和，合成工藝簡單，無二次污染產(chǎn)生，合成的產(chǎn)品具有優(yōu)良的環(huán)保特性、安全性能好、生物易降解，并且其性能可滿足合成基鉆井液基礎(chǔ)油的要求。

在本發(fā)明中，所述氨基酸、單糖、生物酶和離子液體的重量比優(yōu)選為(75～135)：(150～180)：(10～35)：(100～350)；即可將75～135重量份的氨基酸、150～180重量份的單糖、10～35重量份的生物酶催化劑和100～350重量份的離子液體溶劑加入反應(yīng)釜中，另外，所述離子液體的重量份優(yōu)選為100～200。

本發(fā)明實施例將上述物料加入反應(yīng)釜中，優(yōu)選在攪拌的條件下，混合均勻，在一定溫度下反應(yīng)。在本發(fā)明中，所述攪拌的速度優(yōu)選為150rpm～200rpm。所述反應(yīng)的溫度優(yōu)選為30℃～50℃；所述反應(yīng)的時間優(yōu)選為20h～24h。

本發(fā)明實施例反應(yīng)一定時間后，降至室溫，得到氨基酸糖酯的粗溶液。本發(fā)明優(yōu)選還包括：采用萃取劑將反應(yīng)得到的粗溶液進行萃取，得到上層溶液；將所述上層溶液蒸發(fā)，分離出所述萃取劑，得到氨基酸糖酯。

本發(fā)明實施例在上述氨基酸糖酯的粗溶液中加入萃取劑，混合均勻后靜置，所得溶液分為兩層；可用容量為1000mL的分液漏斗進行分離，得到上層溶液和下層物質(zhì)。

在本發(fā)明中，所述萃取劑優(yōu)選自正己烷、環(huán)己烷或乙酸乙酯，更優(yōu)選為正己烷。所述氨基酸、單糖、生物酶、離子液體和萃取劑的重量比優(yōu)選為(75～135)：(150～180)：(10～35)：(100～350)：(150～300)；即可在上述氨基酸糖酯的粗溶液中加入150～300重量份的萃取劑。本發(fā)明實施例優(yōu)選分三次共加入150～300重量份的萃取劑，每次的添加量可為50～100重量份。

在本發(fā)明的實施例中，所得上層溶液為氨基酸糖酯-萃取劑，經(jīng)本領(lǐng)域常用的蒸發(fā)，如旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的方式，分離出萃取劑，即得到可用作鉆井液基礎(chǔ)油的氨基酸糖酯。所得下層物質(zhì)為離子液體溶劑-生物酶催化劑的混合物，可直接用于下一輪的氨基酸糖酯的制備，節(jié)省成本。

在本發(fā)明的一個實施例中，可由75～135重量份的氨基酸、150～180重量份的單糖、10～35重量份的生物酶催化劑、100～350重量份的離子液體溶劑和150～300重量份的正己烷萃取劑這些物料經(jīng)過反應(yīng)，制備得到可用作鉆井液基礎(chǔ)油的氨基酸糖酯。

所述可用作鉆井液基礎(chǔ)油的氨基酸糖酯的結(jié)構(gòu)通式如式I所示，分子量范圍為225.07～345.19；所述氨基酸糖酯外觀呈無色透明液體或淡黃色透明液體。在本發(fā)明的實施例中，所述氨基酸糖酯可為甘氨酸葡萄糖酯、谷氨酸半乳糖酯、丙氨酸果糖酯、天冬氨酸甘露糖酯、谷氨酸核糖酯、甘氨酸半乳糖酯、丙氨酸甘露糖酯、天冬氨酸葡萄糖酯、谷氨酸葡萄糖酯或甘氨酸果糖酯。

得到氨基酸糖酯后，按照國家標準GB/T 16783.2-2012《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場測試第2部分：油基鉆井液》，本發(fā)明對制得的氨基酸糖酯進行性能檢測。檢測結(jié)果顯示，所述氨基酸糖酯的潤滑系數(shù)為0.05～0.09；所述氨基酸糖酯在40℃下的運動粘度為20mm²/s～35mm²/s。本發(fā)明提供的氨基酸糖酯具有良好的潤滑性等特性，可作為鉆井液的基礎(chǔ)油，并且其生物降解性能好，對環(huán)境友好。本發(fā)明還提供了上文所述的氨基酸糖酯用作鉆井液基礎(chǔ)油的應(yīng)用。

為了進一步理解本申請，下面結(jié)合實施例對本申請?zhí)峁┑陌被崽酋?、其制備方法及其?yīng)用進行具體地描述。

實施例1

(1)將甘氨酸75重量份、葡萄糖150重量份、木瓜蛋白酶10重量份、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸離子液體溶劑100重量份加入帶攪拌、冷凝和加熱裝置的反應(yīng)釜中，攪拌混合均勻，在30℃、150rpm條件下反應(yīng)20h，降至室溫，即得甘氨酸葡萄糖酯的粗溶液。

(2)在上述甘氨酸葡萄糖酯的粗溶液中分三次共加入150重量份的正己烷萃取劑，每次的添加量為50重量份，混合均勻后，靜置，所得溶液分為兩層；用容量為1000mL的分液漏斗進行分離，得到下層為1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸-木瓜蛋白酶混合物，上層為甘氨酸葡萄糖酯-正己烷溶液；其中，1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸-木瓜蛋白酶混合物可直接用于下一輪的氨基酸糖酯的制備，甘氨酸葡萄糖酯-正己烷溶液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，分離出正己烷萃取劑，即得到可用作鉆井液基礎(chǔ)油的甘氨酸葡萄糖酯。

對所得氨基酸糖酯產(chǎn)物進行紅外光譜檢測，結(jié)果顯示，2925cm^-1、2855cm^-1為C-H伸縮振動吸收峰；1740cm^-1處強吸收峰為酯基上的C-O伸縮振動吸收峰；1465cm^-1、1372cm^-1出為C-H彎曲振動吸收峰；1105cm^-1處為C-N伸縮振動吸收峰。所述氨基酸糖酯產(chǎn)物具有式I結(jié)構(gòu)，R₁選自氫；R₂選自式1所示的基團。

按照上文所述的方法，對所述氨基酸糖酯產(chǎn)物進行性能檢測。結(jié)果參見表1，表1為本發(fā)明實施例1～10制得的氨基酸糖酯的性能和產(chǎn)率。

實施例2

(1)將谷氨酸165重量份、半乳糖180重量份、α-糜蛋白酶35重量份、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸離子液體溶劑200重量份加入帶攪拌、冷凝和加熱裝置的反應(yīng)釜中，攪拌混合均勻，在50℃、200rpm條件下反應(yīng)24h，降至室溫，即得谷氨酸半乳糖酯的粗溶液。

(2)在上述谷氨酸半乳糖酯的粗溶液中分三次共加入300重量份的環(huán)己烷萃取劑，每次的添加量為100重量份，混合均勻后，靜置，所得溶液分為兩層；用容量為1000mL的分液漏斗進行分離，得到下層為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸-α-糜蛋白酶混合物，上層為谷氨酸半乳糖酯-環(huán)己烷溶液；其中，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸-α-糜蛋白酶混合物可直接用于下一輪的氨基酸糖酯的制備，谷氨酸半乳糖酯-環(huán)己烷溶液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，分離出環(huán)己烷萃取劑，即得到可用作鉆井液基礎(chǔ)油的谷氨酸半乳糖酯。

對所得氨基酸糖酯產(chǎn)物進行紅外光譜檢測，結(jié)果顯示，2915cm^-1、2855cm^-1為C-H伸縮振動吸收峰；1740cm^-1處強吸收峰為酯基上的C-O伸縮振動吸收峰；1465cm^-1、1372cm^-1出為C-H彎曲振動吸收峰；1098cm^-1處為C-N伸縮振動吸收峰。所述氨基酸糖酯產(chǎn)物具有式I結(jié)構(gòu)，R₁選自-CH₂CH₂COOH；R₂選自式3所示的基團。