生產粘康酸和粘康酸鹽的異構體的方法技術

一種生產粘康酸鹽的順反-和反反-異構體的方法，所述方法通過提供從可再生碳源經生物催化轉變產生的順順-粘康酸鹽；在基本所有順順-粘康酸鹽異構化為順反-粘康酸鹽的反應條件下將順順-粘康酸鹽異構化為順反-粘康酸鹽；分離順反-粘康酸鹽；和結晶所述順反-粘康酸鹽。順反-異構體還可異構化為反反-異構體。在一個示例中，所述方法包括在含所述可再生碳源的培養基中和在所述可再生碳源被細胞的芳族氨基酸生物合成共同途徑中的酶轉變為3-脫氫莽草酸且所述3-脫氫莽草酸被生物催化轉變為順順-粘康酸鹽的條件下培養表達3-脫氫莽草酸脫水酶、原兒茶酸鹽脫羧酶和鄰苯二酚1,2-雙加氧酶的重組細胞。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般涉及從可再生原料中生物生產粘康酸鹽。本專利技術更具體涉及從可再生的生物質衍生碳源生產粘康酸鹽異構體以及其前體和衍生物。技術背景2012年世界范圍內對苯二甲酸二甲酯(DMT)消耗預計平均值為397萬公噸。DMT是對苯二甲酸和甲醇的酯并用于包括聚對苯二甲酸乙二酯和聚對苯二甲酸丙二酯在內的 聚酯生產。DMT還是用于生產工業塑料、汽車部件、膜、魚線和食品包裝材料的主要成分。通常，DMT生產利用通過對二甲苯催化均質氧化產生的對苯二甲酸和甲醇的酯化反應。例如，液體對二甲苯可在鈷鹽催化劑存在時被空氣氧化，形成含對甲苯酸和對苯二甲酸一甲酯的氧化物，并可在甲醇存在時進行酯化反應產生DMT。偏苯三酸(TMA)是另一種市售的重要產物，用作化學工業的中間物，包括粉末涂料樹脂、墨水、導線釉、低揮發性的高性能增塑劑和用于高溫應用的工程改造的聚合物。TMA還可脫水產生偏苯三酸酐，其為另一種市售重要起始材料，用于生產聚合物和化學中間物。通常，TMA通過偏三甲苯(1，2，4-三甲基苯)的氧化生產。對苯二甲酸和間苯二甲酸可在存在乙酸作為溶劑并存在包括鈷、錳和溴的催化系統時通過液相氧化對二甲苯或間二甲苯而商業生產。這些過程與生產許多其他市售重要化學前體、中間物和產物的方法一樣不理想，這是由于過于依賴環境敏感且不可再生的原料(如石油原料)和其產生不需要副產物(如溫室氣體、重金屬、鹵素、致癌烴)的傾向。因此，需要利用可再生原料生產DMT、TMA以及其他化學產物的改良方法和系統。如Frost等的美國公開號2010/0314243和Frost等的國際公開號2010/148049所述(二者的公開通過引用全文納入本文)，DMT和TMA可從粘康酸生產。此外，粘康酸鹽也稱為2，4-已二烯二酸，由于其雙鍵和二酸功能性而可進行廣泛的反應。已知許多粘康酸衍生物，包括內酯、砜、聚酰胺、聚脂、硫酯、加成聚物和其他化合物。該化合物具有廣泛的應用，包括用作表面活性劑、阻燃劑、UV光穩定劑、熱固性塑料、熱塑性塑料和包被。因此，非常需要從可再生原料中生物生產粘康酸或粘康酸鹽的方法以用于生產DMT、TM和其他化學品。
技術實現思路
本專利技術的描述使用術語“粘康酸鹽”和“粘康酸”。術語“粘康酸”指羧酸官能團被質子化且分子形式上是無電荷化學種(neutral species)的化學物質。粘康酸的化學式為H00C-CH=CH_CH=CH — COOH。術語“粘康酸鹽”指對應的去質子化化學種類，其中一種或兩種羧酸官能團被去質子化，以產生陰離子或雙陰離子形式，其在生理pH值下為主要化學種類。然而，術語“粘康酸”和“粘康酸鹽”指同一分子的質子化或去質子化形式，所述術語同義使用，其中分子的質子化和去質子化(如非電離和電離)形式之間的差異并非有效區分。本專利技術提供用于從生物質衍生碳源中生產所述粘康酸鹽三種異構體，即順順、順反和反反異構體以及其前體和衍生物的方法。所述異構體通過環繞兩個雙鍵的幾何形狀而在結構上不同。此外，所述異構體可具有不同的物理特性(如熔點)和化學反應性。所述方法可包括來自易獲得碳源的微生物生物合成產物，所述碳源能在具有芳族氨基酸生物合成共同途徑的微生物中通過生物催化轉變為赤蘚糖4-磷酸鹽(E4P)和磷酸烯醇丙酮酸(PEP)。一種優選的碳源是D葡萄糖。能用于本專利技術的D葡萄糖和其他碳源優選無毒。此夕卜，該碳源可再生，其衍生自淀粉、纖維素，和玉米、甘蔗、甜菜、木漿和其他生物質資源中發現的糖。適于促進本專利技術各步驟的宿主微生物有機體可選自具有芳族氨基酸生物合成共同內源途徑的屬。優選的宿主生物體包括遺傳工程改造以表達所選肺炎桿菌(Klebsiellapneumoniae)和乙酸I丐不動桿菌(Acinetobacter calcoaceticus)的內源基因的大腸桿菌(Escherichia coli)突變株。用于本專利技術的一種優選大腸桿菌(E. coli)突變體是大腸桿菌AB2834，這是一種營養缺陷型突變體，其由于編碼莽草酸脫氫酶的aroE基因座中的突變而不能催化芳族氨基酸生物合成共同途徑的中間產物3-脫氫莽草酸(DHS)轉變為莽草酸。芳族氨基酸生物合成共同途徑在細菌和植物中產生芳族氨基酸苯基丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。所述共同途徑以分子分支酸(chorismate)結束，其后續由3種單獨終末途徑轉化為苯基丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。增加芳族氨基酸生物合成共同途徑的生產效率的方法包括1992年12月I日授權的美國專利號5，168，056、1997年4月I日授權的美國專利號5，616，496和1992年12月21日提交且已放棄的U. S. S. N. 07/994194中所述的那些方法，所有這些公開通過引用全文納入本文。在使用遺傳工程改造的宿主生物體中，指向芳族氨基酸生物合成的碳流可沿著共同途徑進行，使DHS的胞內水平升高，這是由于芳族氨基酸生物合成共同途徑中阻止DHS轉變為分支酸的突變。DHS作為3-脫氫莽草酸脫水酶(aroZ)的底物，該酶在DHS上的作用產生原兒茶酸鹽。然后原兒茶酸鹽通過另一已知為原兒茶酸鹽脫羧酶(aroY)的酶轉變為鄰苯二酹。因此形成的鄰苯二酹繼而通過鄰苯二酹I, 2-雙加氧酶(catA)的作用轉變為順順-粘康酸。從DHS催化順順-粘康酸鹽生物合成的3種酶aroZ、aroY和catA可用重組DNA在宿主細胞中表達，所述DNA包括合適啟動子控制下的編碼這3種酶的基因。因此碳流可被迫離開芳族氨基酸生物合成途徑并進入分歧途徑產生順順-粘康酸鹽。因此形成的順順-粘康酸可在胞外培養基中聚集，其可通過離心、過濾或其他本領域已知方法分離。然后分離的順順-粘康酸可化學氫化產生己二酸。本專利技術的各種實施方式中，順順-粘康酸鹽產生后可被異構化為順反-粘康酸鹽或反反-粘康酸鹽，二者具有不同的物理特性和化學反應性，可產生與順順-粘康酸鹽不同或以外的用途。例如，順反-異構體可比順順-粘康酸鹽具有更高的水和/或有機介質溶解度，具有回收和加工優勢。另一示例中，作為狄爾斯-阿爾德反應的反應物，反反-異構體相比順順-異構體具有獨體的用途。在一個方面，本專利技術涉及生產順反-粘康酸鹽的方法。所述方法包括提供從可再生碳源經生物催化轉變(如利用aroZ、aroY和catA酶)產生的順順-粘康酸鹽；在基本所有順順-粘康酸鹽異構化為順反-粘康酸鹽的反應條件下將順順-粘康酸鹽異構化為順反-粘康酸鹽；分離順反-粘康酸鹽；和結晶分離的順反-粘康酸鹽(如作為質子化的順反-粘康酸鹽)。在另一個方面，本專利技術涉及生產順反-粘康酸鹽的方法。該方法包括提供含從可再生碳源經生物催化轉變產生的順順-粘康酸鹽的發酵肉湯；在基本所有順順-粘康酸鹽異構化為順反-粘康酸鹽的反應條件下將順順-粘康酸鹽異構化為順反-粘康酸鹽；從所述發酵肉湯中分離順反-粘康酸鹽；和結晶所述順反-粘康酸鹽。在另一方面，本專利技術涉及由本專利技術所述方法生產的順反-粘康酸鹽。順反-粘康 酸鹽可回收為鹽，例如無機鹽如納粘康酸鹽、鈣粘康酸鹽或銨粘康酸鹽。在另一方面，本專利技術涉及用于生產反反-粘康酸鹽的方法，所述方法包括將從可再生碳源經生物催化轉變產生的順順-粘康酸鹽在基本所有順順-粘康酸鹽異構化為反反-粘康酸鹽的反應條件下異構化為反反-粘康酸鹽。例如，所述異構化反應可由貴本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.01.08 US 61/335,6381.一種產生順反-粘康酸鹽的方法，所述方法包括 提供從可再生碳源經生物催化轉變產生的順順-粘康酸鹽； 在基本所有順順-粘康酸鹽異構化為順反-粘康酸鹽的反應條件下將順順-粘康酸鹽異構化為順反-粘康酸鹽； 分離所述順反-粘康酸鹽；和 結晶所述順反-粘康酸鹽。2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 在含所述可再生碳源的培養基中和在所述可再生碳源被細胞的芳族氨基酸生物合成共同途徑中的酶轉變為3-脫氫莽草酸且所述3-脫氫莽草酸被生物催化轉變為順順-粘康酸鹽的條件下培養表達3-脫氫莽草酸脫水酶、原兒茶酸鹽脫羧酶和鄰苯二酚1，2-雙加氧酶的重組細胞。3.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述異構化反應用酸催化，其中所述酸可為無機酸或有機酸。4.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述異構化反應在pH為約3.O-約6. 5或約.3.5-約4. 5的溶液中進行。5.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述異構化反應在47°C或更高的溫度下或在約60° C或更高的溫度下進行。6.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述異構化反應基本在8、7.75,7. 5,7. 25、7、6_ 75、6. 5、6. 25、6、5. 75、5. 5、5. 25、5、4. 75、4. 5、4. 25、4、3. 75、3. 5、3. 25、3、2. 75、2. 5、.2.25.2.1. 75.1. 5.1. 25.U0. 75.0. 5 或 0. 25 小時內完成。7.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述異構化反應在基本沒有順反-粘康酸鹽沉淀的情況下進行。8.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述培養步驟產生含有所述重組細胞和胞外順反-粘康酸鹽的肉湯，且還包括從所述肉湯中移除所述重組細胞的步驟。9.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述分離步驟包括通過酸化從溶液中沉淀所述順反-粘康酸鹽，其中所述溶液優選酸化成PH低于約3. 0或低于約2. O。10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述分離步驟還包括將所述溶液冷卻到低于約37° C、低于約25° C、低于約-4° C或低于約-20° C的溫度。11.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法還包括監控順順-粘康酸鹽向順反-粘康酸鹽的異構化。12.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述順反-粘康酸鹽用有機溶劑結晶，其中所述有機溶劑優選包含甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、乙酸、乙腈、丙酮和四氫呋喃中的一種或多種。13.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法還包括從分離的順反-粘康酸鹽中移除鹽，其中所述鹽優選包含無機鹽。14.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 沉淀第一批順反-粘康酸鹽后濃縮所述溶液；和 從所述濃縮溶液中沉淀第二批順反-粘康酸鹽。15.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述異構化反應在高于約大氣壓的壓力下進行。16.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將至少約65%的順反-粘康酸鹽異構化為反反-粘康酸鹽、將至少約75%的順反-粘康酸鹽異構化為反反-粘康酸鹽、將至少約85%的順反-粘康酸鹽異構化為反反-粘康酸鹽或將至少約95%的順反-粘康酸鹽異構化為反反-粘康酸鹽。17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述順反-粘康酸鹽在I2、貴金屬加氫催化劑、海綿金屬加氫催化劑或骨架加氫催化劑催化的反應中異構化為反反-粘康酸鹽。18.—種產生順反-粘康酸鹽的方法，所述方法包括 提供含從可再生碳源經生物催化轉變產生的順順-粘康酸鹽的發酵肉湯； 在基本所有順順-粘康酸鹽異構化為順反-粘康酸鹽的反應條件下將順順-粘康酸鹽異構化為順反-粘康酸鹽； 從所述肉湯中分離順反-粘康酸鹽；和 結晶所述順反-粘康酸鹽。19.如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述發酵肉湯包含表達3-脫氫莽草酸脫水酶、原兒茶酸鹽脫羧酶和鄰苯二酚1，2-雙加氧酶的重組細胞。20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法還包括從所述發酵肉湯中移除所述重組細胞。21.如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述發酵肉湯在容器中提供，且其中所述異構化反應在所述容器中進行，其中所述容器優選發酵罐容器。22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 在含所述可再生碳源的培養基中和在所述可再生碳源被細胞的芳族氨基酸生物合成共同途徑中的酶轉變為3-脫氫莽草酸且所述3-脫氫莽草酸被生物催化轉變為順順-粘康酸鹽的條...

【專利技術屬性】
技術研發人員：V·布伊，劉民杰，D·麥克雷，D·施韋策，
申請(專利權)人：阿邁瑞斯公司，
類型：
國別省市：