催化CO2合成2C或4C化合物的多酶级联途径制造技术

本发明专利技术涉及一种催化CO2合成2C或4C化合物的多酶级联途径，其以CO2作为原料，通过多酶级联合成乙醇酸和乙二醇和D

Multi enzyme cascade pathway for catalytic synthesis of 2C or 4C compounds from CO2

【技术实现步骤摘要】
催化CO2合成2C或4C化合物的多酶级联途径


[0001]本专利技术属于生物催化应用
，涉及催化CO2合成2C或4C化合物的多酶级联途径。

技术介绍

[0002]乙醇酸又称羟基乙酸、甘醇酸，是一种重要的有机合成中间体和化工产品，广泛应用于有机合成、清洗、电镀、纺织、皮革、灭菌等行业。此外，乙醇酸的聚合物具有生物可降解性，解决了传统塑料制品存在的难以降解的问题，因此也可被广泛应用于医学、包装及其他许多领域。
[0003]乙二醇又名甘醇、1,2
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亚乙基二醇，是最简单的二元醇，是一种重要的有机化工原料，广泛应用于生产聚酯、醇酸树脂、润滑剂、油漆、胶粘剂、表面光活性剂等领域。乙二醇可被生物降解，其聚合物也具有生物可降解性，以乙二醇为单体合成聚合物解决了传统塑料制品存在的难以降解的问题。
[0004]D
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赤藓糖一种带有还原性醛基的四碳糖，在常规条件下结构不稳定，可通过加氢反应进一步制备赤藓糖醇，赤藓糖醇是一种天然的健康糖醇，白色结晶体，以低含量的形式广泛存在于水果和发酵食品中。D
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赤藓糖醇热量值在所有糖醇中是最低的，不会引起肠胃不适在正常的食用条件下，它不会导致不良的肠胃反应。D
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赤藓糖D
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赤藓糖目前被认为是一种重要的平台化合物之一,可以通过手性转化和非手性转化得到一系列应用范围广的产品,也可作为精细化工,制药的中间体,具有巨大的经济价值和广阔的应用前景。
[0005]传统的乙醇酸制备方法主要分为(1)以甲醛和CO为原料，在强酸催化下通过甲醛的羰基化合成乙醇酸；(2)以氯乙酸为原料，在碳酸钡或碳酸钙为催化剂的作用下水解制备乙醇酸；(3)以乙二醛为原料，在碱性条件下氧化乙二醛合成乙醇酸等。中国专利CN102584566A公开一种以乙二醛为底物，在氢氧化钾、相转移催化剂的作用下经歧化反应合成得到羟基乙酸钾，在经酸化得到乙醇酸的乙醇酸制备方法。中国专利CN105085227A提供了使用水解反应器水解乙醇酸甲酯然后经甲醇精制塔分离再经浓缩塔浓缩得到乙醇酸的方法。上述方法均是利用化学方法制备乙醇酸，毒性大，条件苛刻，合成周期长且产品纯度低。
[0006]目前乙二醇制备方法主要有以下几种：(1)催化水合法：以环氧乙烷和水为底物，在催化剂和一定温度、压力条件下合成。此法工艺流程长、设备复杂、耗能高。(2)碳酸乙烯酯法：首先利用催化剂将CO2和环氧乙烷反应生产碳酸乙烯酯，然后通过水解得到乙二醇，选择性高但耗能高、条件苛刻。(3)合成气法：通过高温高压和贵金属催化剂作用合成乙二醇，条件苛刻。在专利(CN102649686A)中公开了以草酸酯和氢气为原料，以贵金属为催化剂先合成乙醇酸酯再水解得到乙二醇的方法，提高了乙二醇的选择性。
[0007]目前D
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赤藓糖有以下几种方法：专利(CN201410854859.9)报道了一种利用生物质糖制备D
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赤藓糖的方法，该专利技术以生物质糖类作为原料,在水相条件碱性环境下催化得到D
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赤藓糖。专利(CN97121416.6)公开了选自钴，镍和钌的金属的盐参与下将一种葡糖酸盐
的水溶液与过氧化氢相接触制备D
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赤藓糖的方法。
[0008]目前，通过酶法合成乙醇酸、乙二醇和D
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赤藓糖的方法几乎没有报道。以CO2为原料，通过多酶级联催化合成乙醇酸、乙二醇和D
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赤藓糖的途径也几乎没有报道。开发一种绿色高效的CO2合成2C和4C化合物的途径是一直以来需要解决而尚未解决的难题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于基于碳中和碳达峰的背景，提供一种催化CO2合成2C或4C化合物的多酶级联途径。该途径以CO2作为原料，通过三种多酶级联催化途径得到两种2C化合物
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乙醇酸、乙二醇和一种4C化合物
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D
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赤藓糖。其中CO2可通过光、电或酶催化转化为甲醇。上述途径为从1C化合物合成多碳化合物提供了新思路。
[0010]为此，本专利技术提供了一种催化CO2合成2C或4C化合物的多酶级联途径，其包括：多酶级联催化CO2合成乙醇酸的途径、多酶级联催化CO2合成乙二醇的途径或多酶级联催化CO2合成D
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赤藓糖的途径。
[0011]根据本专利技术第一方面的实施方式，所述多酶级联催化CO2合成乙醇酸的途径包括利用甲醇氧化酶、乙醇醛合成酶和乙醇酸脱氢酶3种酶级联催化实现甲醇到2C化合物乙醇酸的合成，其中甲醇通过光、电或多酶催化CO2转化获得。
[0012]具体地，所述多酶级联催化CO2合成乙醇酸的途径包括：
[0013](1)以甲醇为底物，利用甲醇氧化酶将甲醇转化为甲醛；
[0014](2)利用乙醇醛合成酶催化甲醛合成乙醇醛；
[0015](3)利用乙醇酸脱氢酶催化乙醇醛合成乙醇酸；
[0016]本专利技术中，所述甲醇氧化酶为具有催化甲醇合成甲醛功能的相关酶；所述乙醇醛合成酶为具有催化甲醛合成乙醇醛功能的相关酶；所述乙醇酸脱氢酶为具有催化乙醇醛合成乙醇酸功能的相关酶。
[0017]优选地，所述甲醇氧化酶包括AOX酶；所述乙醇醛合成酶包括GALS酶；所述乙醇酸脱氢酶包括乙醛脱氢酶ALDH
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BL21和/或乙醛脱氢酶ALDH
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11300。
[0018]根据本专利技术第二方面的实施方式，所述多酶级联催化CO2合成乙二醇的途径包括利用甲醇氧化酶、乙醇醛合成酶和乙二醇脱氢酶3种酶级联催化实现甲醇到2C化合物乙二醇的合成，其中甲醇通过光、电或多酶催化CO2转化获得。
[0019]具体地，所述多酶级联催化CO2合成乙二醇的途径包括：
[0020](1)以甲醇为底物，利用甲醇氧化酶将甲醇转化为甲醛；
[0021](2)利用乙醇醛合成酶催化甲醛合成乙醇醛；
[0022](3)利用乙二醇脱氢酶催化乙醇醛合成乙二醇；
[0023]本专利技术中，所述甲醇氧化酶为具有催化甲醇合成甲醛功能的相关酶；所述乙醇醛合成酶为具有催化甲醛合成乙醇醛功能的相关酶；所述乙二醇脱氢酶为具有催化乙醇醛合成乙二醇功能的相关酶；
[0024]优选地，所述甲醇氧化酶包括AOX酶；所述乙醇醛合成酶包括GALS酶；所述乙二醇脱氢酶包括乙醇脱氢酶GOX1067、乙醇脱氢酶GOX1068、乙醛脱氢酶GOX2018和乙醇脱氢酶GOX0313中的一种或几种。
[0025]根据本专利技术第三方面的实施方式，所述多酶级联催化CO2合成D
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赤藓糖的途径包
括利用甲醇氧化酶、乙醇醛合成酶和D
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赤藓糖合成酶3种酶级联催化实现甲醇到4C化合物D
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赤藓糖的合成，其中甲醇通过光，电或多酶催化CO2转化获得。
[0026]具体地，所述多酶级联催化CO2合成D
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化CO2合成2C或4C化合物的多酶级联途径，其包括：多酶级联催化CO2合成乙醇酸的途径、多酶级联催化CO2合成乙二醇的途径或多酶级联催化CO2合成D
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赤藓糖的途径。2.根据权利要求1所述的多酶级联途径，其特征在于，所述多酶级联催化CO2合成乙醇酸的途径包括利用甲醇氧化酶、乙醇醛合成酶和乙醇酸脱氢酶3种酶级联催化实现甲醇到2C化合物乙醇酸的合成，其中甲醇通过光、电或多酶催化CO2转化获得；优选地，所述多酶级联催化CO2合成乙醇酸的途径包括：(1)以甲醇为底物，利用甲醇氧化酶将甲醇转化为甲醛；(2)利用乙醇醛合成酶催化甲醛合成乙醇醛；(3)利用乙醇酸脱氢酶催化乙醇醛合成乙醇酸；进一步优选地，所述甲醇氧化酶为具有催化甲醇合成甲醛功能的相关酶；所述乙醇醛合成酶为具有催化甲醛合成乙醇醛功能的相关酶；所述乙醇酸脱氢酶为具有催化乙醇醛合成乙醇酸功能的相关酶；更进一步优选地，所述甲醇氧化酶包括AOX酶；所述乙醇醛合成酶包括GALS酶；所述乙醇酸脱氢酶包括乙醛脱氢酶ALDH
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BL21和/或乙醛脱氢酶ALDH
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11300。3.根据权利要求1所述的多酶级联途径，其特征在于，多酶级联催化CO2合成乙二醇的途径包括利用甲醇氧化酶、乙醇醛合成酶和乙二醇脱氢酶3种酶级联催化实现甲醇到2C化合物乙二醇的合成，其中甲醇通过光、电或多酶催化CO2转化获得；优选地，所述多酶级联催化CO2合成乙二醇的途径包括：(1)以甲醇为底物，利用甲醇氧化酶将甲醇转化为甲醛；(2)利用乙醇醛合成酶催化甲醛合成乙醇醛；(3)利用乙二醇脱氢酶催化乙醇醛合成乙二醇；进一步优选地，所述甲醇氧化酶为具有催化甲醇合成甲醛功能的相关酶；所述乙醇醛合成酶为具有催化甲醛合成乙醇醛功能的相关酶；所述乙二醇脱氢酶为具有催化乙醇醛合成乙二醇功能的相关酶；更进一步优选地，所述甲醇氧化酶包括AOX酶；所述乙醇醛合成酶包括GALS酶；所述乙二醇脱氢酶包括乙醇脱氢酶GOX1067、乙醇脱氢酶GOX1068、乙醛脱氢酶GOX2018和乙醇脱氢酶GOX0313中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的多酶级联途径，其特征在于，所述多酶级联催化CO2合成D
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赤藓糖的途径包括利用甲醇氧化酶、乙醇醛合成酶和D
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赤藓糖合成酶3种酶级联催化实现甲醇到4C化合物D
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赤藓糖的合成，其中甲醇通过光，电或多酶催化CO2转化获得；优选地，所述多酶级联催化CO2合成D
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赤藓糖的途径包括：(1)以甲醇为底物，利用甲醇氧化酶将甲醇转化为甲醛；(2)利用乙醇醛合成酶催化甲醛合成乙醇醛；(3)利用D
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赤藓糖合成酶催化乙醇醛合成D
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赤藓糖；进一步优选地，所述甲醇氧化酶为具有催化甲醇合成甲醛功能的相关酶；所述乙醇醛合成酶为具有催化甲醛合成乙醇醛功能的相关酶；所述D
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赤藓糖合成酶为具有催化乙醇醛合成D
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赤藓糖功能的相关酶；更进一步优选地，所述甲醇氧化酶包括AOX酶；所述乙醇醛合成酶包括GALS酶；所述D
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赤藓糖合成酶包括2
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脱氧
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D
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核糖
‑5‑
磷酸醛缩酶DERAEco、2
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脱氧
‑
D
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核糖
‑5‑
磷酸醛缩酶
DERAYer、2
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脱氧
‑
D
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核糖
‑5‑
磷酸醛缩酶DERASa、2
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脱氧
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D
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核糖
‑5‑
磷酸醛缩酶DERAMet和2
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脱氧
‑
D
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核糖
‑5‑
磷酸醛缩酶DERAPyc中的一种或几种。5.一种多酶级联催化CO2合成2C或4C化合物的方法，其包括多酶级联催化CO2合成乙醇酸、多酶级联催化CO2合成乙二醇或多酶级联催化CO2合成D
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赤藓糖。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多酶级联催化CO2合成乙醇酸的方法包括利用甲醇氧化酶、乙醇醛合成酶和乙醇酸脱氢酶3种酶级联催化实现甲醇到2C化合物乙醇酸的合成，其中，所述甲醇通过光、电或多酶催化CO2转化获得；优选地，所述多酶级联催化CO2合成乙醇酸的方法包括以下步骤：(1)以甲醇为底物，利用甲醇氧化酶将甲醇转化为甲醛；(2)利用乙醇醛合成酶催化甲醛合成乙醇醛；(3)利用乙醇酸脱氢酶催化乙醇醛合成乙醇酸；进一步优选地，所述甲醇氧化酶为具有催化甲醇合成甲醛功能的相关酶；所述乙醇醛合成酶为具有催化甲醛合成乙醇醛功能的相关酶；所述乙醇酸脱氢酶为具有催化乙醇醛合...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭天伟，田鑫煜，周均惠，陈必强，王萌，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：