用乙醇酸制备乙醛酸的方法技术

本发明专利技术是关于用乙醇酸的乙醇酸催化氧化制备乙醛酸的改进方法。本发明专利技术提供了通过提高起始底物的浓度和选择性物使用提高收率的添加剂制备乙醛酸的工业上实用的方法。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于通过乙醇酸的乙醇酸氧化酶催化氧化制备乙醛酸的改进方法。虽然乙醇酸与氧的酶催化氧化反应已经发现许多年，但是上述方法由于一些原因在工业上没有优点。这些原因中最重要的是上述反应在乙醇酸高度稀释(一般浓度为40mM或更低)的条件下进行。乙醛酸的选择性和乙醛酸产物的产率通常是低的。使用很稀的起始乙醇酸浓度的缺点是必须用大而昂贵的反应设备以达到高产率。还由于乙醛酸通常以50%水溶液(Ullmans)销售，所以，浓缩用稀释的起始反应物生产的稀乙醛酸的费用是昂贵的。另外，如果用蒸发或反渗透进行上述浓缩，任何不挥发的副产物，例如草酸和甲酸和/或它们的盐，和未反应的乙醇酸会留在溶液中成为杂质。最后，如果反应中使用的比较昂贵的酶能比较有效地使用或比较有效的循环，并且不产生对环境有损害的废物，该方法是有利的。本专利技术提供工业上实用的制备乙醛酸的方法，该方法包括用提高起始物质浓度和使用所选的提高产率的添加剂，进行乙醇酸的乙醇酸氧化酶的催化氧化。本专利技术是用酶，即乙醇酸氧化酶作为反应的催化剂，用氧氧化乙醇酸制备乙醛酸的方法。N.E.Tolbert等人在J.Biol.Chem.Vol.181，905-914(1949)中报导了从烟叶中提取的酶催化氧化乙醇酸，经过中间体乙醛酸将乙醇酸氧化成甲酸和CO2。他们还发现某些化合物如乙二胺能阻止中间体乙醛酸氧化成其它产物。氧化在PH约8、乙醇酸浓度约3-40mM(毫摩尔)的条件下进行，除了一个试验外(907页)，其余说明得很不够，其中乙醇酸的起始浓度大约132～196mM。关于该试验给出的仅有说明是乙醇酸的大约浓度，事实是氧化进行的不完全，一定量的乙醛酸的2，4-二硝基苯腙被离析出来。特别是关于产率和反应时间没说明。据报导乙醇酸氧化的最佳PH值是8.9。据报导草酸(100mM)能抑制乙醇酸氧化酶的催化作用。I.Zelitch和S.Ochoa在J.Biol.Chem.，Vol.201，707～718(1953)中报导，在乙醇酸的乙醇酸氧化酶催化氧化中，甲酸和CO2的生成是由H2O2与乙醛酸非酶催化反应引起的，这些是乙醇酸的酶催化氧化的初产物。因此，他们观察到，加入过氧化氢酶，即一种催化H2O2分解的酶，由于抑制了甲酸和CO2的生成，显著地改善了乙醛酸的产率。他们使用的乙醇酸氧化酶是从菠菜叶中分离出来的。其在PH约8、起始的乙醇酸浓度为10mM时使用。他们还发现，加入FMN(黄素单核苷酸)显著地提高乙醇酸氧化酶的效率。J.C.Robinson等人在J.Biol.Chem.，Vol.237，2001-2009(1962)中还报导，过氧化氢酶提高了由乙醇酸生成乙醛酸的产率。显然地，他们使用的过氧化氢酶与乙醇酸氧化酶的比例约80∶1。他们还得出结论，过氧化氢酶分解在乙醇酸与氧的乙醇酸氧化酶催化的反应中生成的过氧化氢(在他们的论文中，乙醇酸氧化酶被认为是“短链L-α-羟基酸氧化酶”)。他们发现，FMN有助于保持乙醇酸氧化酶的活性。他们还测定了用乙醇酸氧化酶催化的乙醇酸的最大氧化速度在乙醇酸(底物)的浓度为3.3mM时出现，并且“发现反应被……(e)高浓度的这些底物(乙醇酸)所抑制，和……”。K.E.Richardson和N.E.Tolbert在J.Biol.Chem.，Vol.236，1280-1284(1961)中说明含有三(羟甲基)氨基甲烷的缓冲剂能抑制在乙醇酸的乙醇酸氧化酶催化的氧化中草酸的生成。他们也在PH值约8时进行了他们的反应，并发现FMN提高了乙醇酸氧化酶的效率。他们使用的乙醇酸的最大浓度是20mM。C.O.Clagett，N.E.Tolbert和R.H.Burris在J.Biol.Chem.，Vol.178，977-987(1949)中公开了乙醇酸与氧的乙醇酸氧化酶催化氧化的最佳PH值是约7.8-8.6，最佳温度是35-40℃。他们使用的最大底物(乙醇酸)浓度是约20mM。有许多用乙醇酸氧化酶催化氧化乙醇酸的其他参考文献，例如酶的分离(通常包括试验方法)I.Zelitch，Methods of enzymology，Vol，1，P.528-532(1955)，Academic Press，New York，(从菠菜和烟叶);M.Nishimura等人，Arch.Biochem.Biophys.，Vol.222，397-402(1983)，(从南瓜子叶);H.Asker和D.Davies，Biochem.Biophys.Acta，Vol.761，103-108(1983)，(从鼠肝);M.J.Emes和K.H.Erismann，Int.J.Biochem.，Vol.16，1373-1378(1984)，(从Lemna Minor L.);酶的结构E.Cederlund等人，Eur.J.Biochem.，Vol.173，523-530(1988);Y.Lindquist和C.Branden，J.Biol.Chem.，Vol.264，3624-3628(1989)。在上述所有参考文献和所有已研究的其它文献中(上述的N.E.Tolbert等人在J.Biol.Chem.，Vol.181，905-914(1949)中的讨论中提出一个例外)，使用的乙醇酸的最大起始浓度是约40mMP，PH值通常约是8-9，有时加入FMN，有时加入胺，有时加入过氧化氢酶。还提到提高乙醛酸产率的其它添加剂。已经提出许多工业上合成乙醛酸的普通的化学(非酶催化)方法，例如，参见美国专利3，281，460，4，146，731，和4，235，684，以及Ullmanns Encyklopadie der technischen Chemie，4th Ed.，Vol.12，Verlag Chemie，Weinheim，1976，P.381(在这里称作Ullmanns)。这些方法中的几个方法产生对环境有害的产物。其中没有一个方法企图把乙醇酸氧化成乙醛酸。即使乙醇酸是商品，据申请人所知，以前没有人设想用乙醇酸氧化酶催化氧化乙醇酸以制备乙醛酸。据推测这可能，是由于化学家和化学工程师对酶反应(生物化学)不熟悉，生物化学家又没有认识到这个方法是有希望的，在大多数文献中报导该方法的产率和转化率相当低，报导了底物抑制和/或以前使用的低浓度的底物。本专利技术是关于乙醛酸的制备方法，该方法包括在PH约7-10的水溶液中，在提高乙醛酸产率的有效量的添加剂存在下，使乙醇酸、乙醇酸氧化酶和氧(O2)接触，其中乙醇酸的起始浓度是200至约2500mM。该方法是实用的工业生产方法，因为其特征是在比较高的乙醇酸浓度下进行。在最佳条件下，在高的转化率下也得到很高的乙醛酸产率，并有效地利用在该方法使用的较昂贵的酶。可以使用的乙醇酸的浓度是200至约2500mM，除了乙醇酸氧化酶催化剂外，也存在一种或多种化合物，如过氧化氢酶和某些胺，以提高乙醛酸的产率。可选择地加入FMN以提高酶的生产能力，通常使用来自空气的氧或纯氧(例如工业级氧)作为反应中的氧化剂。反应可以在氧压力高于大气压的条件下进行，以提高反应速度。本专利技术是关于乙醇酸的乙醇酸氧化酶的催化氧化。已经测定，在底物起始浓度高达约2500mM时，可以得到高收率的乙醛酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
乙醛酸的制备方法，包括在ＰＨ约７至约１０的水溶液中，在提高乙醛产率的有效量的一种或多种添加剂的存在下，使乙醇酸、乙醇酸氧化酶和氧接触，其中乙醇酸的起始浓度是２００ｍＭ至约２５００ｍＭ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维利莱安东，罗伯特迪科西莫，劳伦斯韦恩戈瑟，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]