使用腈酶从相应的α-羟基腈生产α-羟基酸、乙醇酸、2-羟基异丁酸的方法技术

本发明专利技术涉及使用具有腈酶活性的催化剂从对应的α－羟基腈生产α－羟基酸的方法。更具体而言，本发明专利技术涉及敏捷食酸菌７２Ｗ（ＡＴＣＣ　　５５７４６）腈酶水解乙醇腈为乙醇酸或者水解丙酮合氰化氢为２－羟基异丁酸的用途。使乙醇腈在水性混合物中与具有敏捷食酸菌７２Ｗ腈酶活性的催化剂反应，以高浓度、高收率选择性地得到乙醇酸。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用具有腈酶活性的催化剂生产α-羟基酸的方法。更具体而言，本专利技术涉及使用具有敏捷食酸菌(Acidovorax facilis)72W腈酶活性的催化剂从乙醇腈生产乙醇酸或者从丙酮合氰化氢(acetone cyanohydrin)生产2-羟基异丁酸的方法。
技术介绍
已知有各种制备α-羟基酸的方法，使用相应的α-羟基腈作为原料，并且使用微生物作为催化剂。所生产的α-羟基酸的实例包括乙醇酸、乳酸、2-羟基异丁酸、2-羟基-2-羟基苯基丙酸、扁桃酸、2-羟基-3，3-二甲基-4-丁内酯和4-甲硫基丁酸。这些产物是利用微生物合成的，所述微生物例如属于诺卡氏菌属、芽孢杆菌属、短杆菌属、金杆菌属、假单胞菌属、乳酪杆菌属、产碱菌属、不动杆菌属、肠杆菌属、节杆菌属、埃希氏菌属、微球菌属、链霉菌属、黄杆菌属、气单胞菌属、枝动菌属、纤维单胞菌属、欧文氏菌属、念珠菌属、Bacteridium、曲霉属、青霉属、旋孢菌属、镰刀菌属、红假单胞菌属、红球菌属、棒杆菌属、微杆菌属、肥杆菌属和戈登氏菌属的那些(JP-A-4-99495，JP-A-4-99496和JP-A-4-218385，相应于美国专利No.5,223,416；JP-A-4-99497，相应于美国专利No.5,234,826；JP-A-5-95795，相应于美国专利No.5,296,373；JP-A-5-21987；JP-A-5-192189，相应于美国专利No.5,326,702；JP-A-6-237789，相应于EP-A-0610048；JP-A-6-284899，相应于EP-A-0610049；JP-A-7-213296，相应于美国专利No.5,508,181)。不过，上述从相应的α-羟基腈制备α-羟基酸的大多数已知方法不能生产和蓄积产物达到足够高的浓度，以满足商业需求。这经常是酶在反应早期阶段就失活的结果。US 5,756,306教导了“在使用腈酶或腈水合酶水解或水合α-羟基腈来生产α-羟基酸或α-羟基酰胺时，存在酶在短时间内失活的问题。因此难以得到高浓度和高收率的α-羟基酸或α-羟基酰胺”(第1栏第49-54行)。US 5,508,181致力于解决涉及酶迅速失活的困难。具体而言，US5,508,181提到按照离解平衡，α-羟基腈化合物部分地离解为相应的醛。这些醛通过与蛋白质结合使酶在短时间内失活，因而难以从α-羟基腈得到高浓度和高产率的α-羟基酸或α-羟基酰胺(第2栏第16-29行)。作为防止酶因醛的蓄积而失活的解决方案，向反应混合物加入磷酸盐或次磷酸盐离子。US 5,326,702与US 5,508,181相似，但是使用亚硫酸盐、亚硫酸氢盐或连二亚硫酸盐离子来螯合醛，防止酶失活。不过，即使使用上述这类添加剂，所生产和蓄积的α-羟基酸的浓度也不高。US 6,037,155也教导了α-羟基酸产物的低蓄积与酶因所离解的醛的蓄积而在短时间内失活有关。这些专利技术人提出酶的活性受氰化氢存在的抑制(Agricultural Biological Chemistry，Vol.46，p.1165(1982))，后者是在α-羟基腈以及相应的醛或酮在水中的部分离解作用中生成的(Chemical Reviews，Vol.42，p.189(1948))。这些专利技术人使用微生物解决了醛诱发的酶失活问题，通过向反应混合物加入一种氰化物，能够提高这些微生物的酶活性。氰化物的加入限制了α-羟基腈向醛和氰化氢的离解作用。将反应混合物中的醛浓度(由α-羟基腈向醛和氰化氢的离解作用生成)和/或α-羟基腈浓度保持在指定的范围内，是一种避免该问题的方法。乙醇酸(HOCH2COOH；CAS登记号79-14-1)是羧酸的α-羟基酸家族中最简单的成员。它的独特性质使它得到用户和工业上的广泛应用，包括在井修复、皮革工业、油气工业、洗衣与纺织工业中的用途，以及作为个人护理产品例如皮肤霜膏中的组分。乙醇酸还是多种工业清洁剂(乳品与食品加工设备清洁剂、家用与公共清洁剂、工业清洁剂(用于运输设备、砖石建筑、印刷电路板、不锈钢锅炉与加工设备和冷却塔/热交换器)和金属加工(用于金属酸洗、铜增亮、蚀刻、电镀、电抛光))的主要成分。商业化生产乙醇酸的新技术将是工业热衷接受的。关于乙醇酸的生产，已知乙醇腈可逆地离解为氰化氢和甲醛，二者都能使酶活性失活。US 3,940,316描述了使用具有“腈酶”活性的细菌从相应的腈制备有机酸的方法，列举了作为底物的乙醇腈。具体而言，该专利描述了为此使用芽孢杆菌属、Bacteridium、微球菌属和短杆菌属。尽管被描述为具有腈酶活性，不过短杆菌R312是唯一用在US 3,940,316所有实施例中的菌株。已知短杆菌R312具有腈水合酶和酰胺酶活性，但是没有腈酶活性(Tourneix等，Antonie vanLeeuwenhoek，1986，52173-182)。JP 09028390公开了通过红球菌属或戈登氏菌属水解酶的作用从乙醇腈制造高纯度乙醇酸的方法。乙醇酸的选择性据报道是几乎100％的，没有乙醇酸酰胺的生成。2-羟基异丁酸(CAS登记号594-61-6)在多种工业原料包括粘合剂和涂料的生产中用作中间体。使用属于棒杆菌属的微生物制备乳酸、乙醇酸和2-羟基异丁酸的方法公开在日本专利申请No.昭61-56086中。已经使用属于红球菌属、假单胞菌属、节杆菌或短杆菌(JP 04040897 A2)和无色杆菌属(JP06237776 A2)的微生物从丙酮合氰化氢生产2-羟基异丁酸。在使用红球菌(Rhodococcus rhodochrous)(ATCC 19140)时，向反应混合物加入浓度0.5-50wt％的丙酮可提高2-羟基异丁酸生产的效率(JP05219969 A2)，这大概是氰化氢的螯合作用所致。US 6,037,155也提供了从α-羟基腈生产α-羟基酸包括乙醇酸和2-羟基异丁酸的方法实例。该文承认，由于上述问题，不是所有的微生物催化剂都能够生产高浓度的乙醇酸，并指出为了发现工业上有利的微生物，必须进行筛选研究。US 6,037,155具体鉴别了属于贪噬菌属和节杆菌属的微生物，它们耐受α-羟基腈或α-羟基酸的抑制效果，具有持久的活性，能够生产高浓度的所需产物。敏捷食酸菌72W(ATCC 55746)是以脂族腈酶(EC 3.5.5.7)活性以及腈水合酶(EC 4.2.1.84)与酰胺酶(EC 3.5.1.4)活性的组合为特征的。US 5,858,736描述了在水性反应混合物中利用这种微生物的腈酶活性催化脂族α，ω-二腈水解为对应的ω-氰基羧酸和氨。已发现腈酶是高度区域选择性的，α-烷基-α，ω-二腈的水解作用仅生成ω-氰基羧酸，这是由ω-腈基的水解作用所致。US 5,814,508公开了将敏捷食酸菌72W(ATCC 55746)在适当缓冲液中的悬浮液在35-70℃下加热短时使全细胞催化剂不合意的腈水合酶和酰胺酶活性失活，不会显著减少所需的腈酶活性。如上所述，开发使用腈酶催化剂高效制造α-羟基酸的工业方法已经证实是困难的。在产物的浓度很低时，对本领域技术人员而言熟知的是方法趋于复杂化，特别是为了从未反应的原料中分离产物，或者从大体积产物混合物中分离少量所需产物。所要解决的本文档来自技高网...

【技术保护点】
从对应的α－羟基腈生产α－羟基酸的方法，包含　　　　（ａ）使α－羟基腈在适合的水性反应混合物中与以来自敏捷食酸菌７２Ｗ（ＡＴＣＣ　　５５７４６）的腈酶活性为特征的催化剂接触；和　　　　（ｂ）分离在（ａ）中所生成的盐或酸形式的对应的α－羟基酸。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S乔汉，R迪科西莫，RD法伦，JE加瓦甘，MS佩尼，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]