生产粘康酸和粘康酸盐的异构体的方法技术

一种生产粘康酸盐的顺反-和反反-异构体的方法，所述方法通过提供从可再生碳源经生物催化转变产生的顺顺-粘康酸盐；在基本所有顺顺-粘康酸盐异构化为顺反-粘康酸盐的反应条件下将顺顺-粘康酸盐异构化为顺反-粘康酸盐；分离顺反-粘康酸盐；和结晶所述顺反-粘康酸盐。顺反-异构体还可异构化为反反-异构体。在一个示例中，所述方法包括在含所述可再生碳源的培养基中和在所述可再生碳源被细胞的芳族氨基酸生物合成共同途径中的酶转变为3-脱氢莽草酸且所述3-脱氢莽草酸被生物催化转变为顺顺-粘康酸盐的条件下培养表达3-脱氢莽草酸脱水酶、原儿茶酸盐脱羧酶和邻苯二酚1,2-双加氧酶的重组细胞。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及从可再生原料中生物生产粘康酸盐。本专利技术更具体涉及从可再生的生物质衍生碳源生产粘康酸盐异构体以及其前体和衍生物。技术背景2012年世界范围内对苯二甲酸二甲酯(DMT)消耗预计平均值为397万公吨。DMT是对苯二甲酸和甲醇的酯并用于包括聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丙二酯在内的 聚酯生产。DMT还是用于生产工业塑料、汽车部件、膜、鱼线和食品包装材料的主要成分。通常，DMT生产利用通过对二甲苯催化均质氧化产生的对苯二甲酸和甲醇的酯化反应。例如，液体对二甲苯可在钴盐催化剂存在时被空气氧化，形成含对甲苯酸和对苯二甲酸一甲酯的氧化物，并可在甲醇存在时进行酯化反应产生DMT。偏苯三酸(TMA)是另一种市售的重要产物，用作化学工业的中间物，包括粉末涂料树脂、墨水、导线釉、低挥发性的高性能增塑剂和用于高温应用的工程改造的聚合物。TMA还可脱水产生偏苯三酸酐，其为另一种市售重要起始材料，用于生产聚合物和化学中间物。通常，TMA通过偏三甲苯(1，2，4-三甲基苯)的氧化生产。对苯二甲酸和间苯二甲酸可在存在乙酸作为溶剂并存在包括钴、锰和溴的催化系统时通过液相氧化对二甲苯或间二甲苯而商业生产。这些过程与生产许多其他市售重要化学前体、中间物和产物的方法一样不理想，这是由于过于依赖环境敏感且不可再生的原料(如石油原料)和其产生不需要副产物(如温室气体、重金属、卤素、致癌烃)的倾向。因此，需要利用可再生原料生产DMT、TMA以及其他化学产物的改良方法和系统。如Frost等的美国公开号2010/0314243和Frost等的国际公开号2010/148049所述(二者的公开通过引用全文纳入本文)，DMT和TMA可从粘康酸生产。此外，粘康酸盐也称为2，4-已二烯二酸，由于其双键和二酸功能性而可进行广泛的反应。已知许多粘康酸衍生物，包括内酯、砜、聚酰胺、聚脂、硫酯、加成聚物和其他化合物。该化合物具有广泛的应用，包括用作表面活性剂、阻燃剂、UV光稳定剂、热固性塑料、热塑性塑料和包被。因此，非常需要从可再生原料中生物生产粘康酸或粘康酸盐的方法以用于生产DMT、TM和其他化学品。
技术实现思路
本专利技术的描述使用术语“粘康酸盐”和“粘康酸”。术语“粘康酸”指羧酸官能团被质子化且分子形式上是无电荷化学种(neutral species)的化学物质。粘康酸的化学式为H00C-CH=CH_CH=CH — COOH。术语“粘康酸盐”指对应的去质子化化学种类，其中一种或两种羧酸官能团被去质子化，以产生阴离子或双阴离子形式，其在生理pH值下为主要化学种类。然而，术语“粘康酸”和“粘康酸盐”指同一分子的质子化或去质子化形式，所述术语同义使用，其中分子的质子化和去质子化(如非电离和电离)形式之间的差异并非有效区分。本专利技术提供用于从生物质衍生碳源中生产所述粘康酸盐三种异构体，即顺顺、顺反和反反异构体以及其前体和衍生物的方法。所述异构体通过环绕两个双键的几何形状而在结构上不同。此外，所述异构体可具有不同的物理特性(如熔点)和化学反应性。所述方法可包括来自易获得碳源的微生物生物合成产物，所述碳源能在具有芳族氨基酸生物合成共同途径的微生物中通过生物催化转变为赤藓糖4-磷酸盐(E4P)和磷酸烯醇丙酮酸(PEP)。一种优选的碳源是D葡萄糖。能用于本专利技术的D葡萄糖和其他碳源优选无毒。此夕卜，该碳源可再生，其衍生自淀粉、纤维素，和玉米、甘蔗、甜菜、木浆和其他生物质资源中发现的糖。适于促进本专利技术各步骤的宿主微生物有机体可选自具有芳族氨基酸生物合成共同内源途径的属。优选的宿主生物体包括遗传工程改造以表达所选肺炎杆菌(Klebsiellapneumoniae)和乙酸I丐不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus)的内源基因的大肠杆菌(Escherichia coli)突变株。用于本专利技术的一种优选大肠杆菌(E. coli)突变体是大肠杆菌AB2834，这是一种营养缺陷型突变体，其由于编码莽草酸脱氢酶的aroE基因座中的突变而不能催化芳族氨基酸生物合成共同途径的中间产物3-脱氢莽草酸(DHS)转变为莽草酸。芳族氨基酸生物合成共同途径在细菌和植物中产生芳族氨基酸苯基丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。所述共同途径以分子分支酸(chorismate)结束，其后续由3种单独终末途径转化为苯基丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。增加芳族氨基酸生物合成共同途径的生产效率的方法包括1992年12月I日授权的美国专利号5，168，056、1997年4月I日授权的美国专利号5，616，496和1992年12月21日提交且已放弃的U. S. S. N. 07/994194中所述的那些方法，所有这些公开通过引用全文纳入本文。在使用遗传工程改造的宿主生物体中，指向芳族氨基酸生物合成的碳流可沿着共同途径进行，使DHS的胞内水平升高，这是由于芳族氨基酸生物合成共同途径中阻止DHS转变为分支酸的突变。DHS作为3-脱氢莽草酸脱水酶(aroZ)的底物，该酶在DHS上的作用产生原儿茶酸盐。然后原儿茶酸盐通过另一已知为原儿茶酸盐脱羧酶(aroY)的酶转变为邻苯二酹。因此形成的邻苯二酹继而通过邻苯二酹I, 2-双加氧酶(catA)的作用转变为顺顺-粘康酸。从DHS催化顺顺-粘康酸盐生物合成的3种酶aroZ、aroY和catA可用重组DNA在宿主细胞中表达，所述DNA包括合适启动子控制下的编码这3种酶的基因。因此碳流可被迫离开芳族氨基酸生物合成途径并进入分歧途径产生顺顺-粘康酸盐。因此形成的顺顺-粘康酸可在胞外培养基中聚集，其可通过离心、过滤或其他本领域已知方法分离。然后分离的顺顺-粘康酸可化学氢化产生己二酸。本专利技术的各种实施方式中，顺顺-粘康酸盐产生后可被异构化为顺反-粘康酸盐或反反-粘康酸盐，二者具有不同的物理特性和化学反应性，可产生与顺顺-粘康酸盐不同或以外的用途。例如，顺反-异构体可比顺顺-粘康酸盐具有更高的水和/或有机介质溶解度，具有回收和加工优势。另一示例中，作为狄尔斯-阿尔德反应的反应物，反反-异构体相比顺顺-异构体具有独体的用途。在一个方面，本专利技术涉及生产顺反-粘康酸盐的方法。所述方法包括提供从可再生碳源经生物催化转变(如利用aroZ、aroY和catA酶)产生的顺顺-粘康酸盐；在基本所有顺顺-粘康酸盐异构化为顺反-粘康酸盐的反应条件下将顺顺-粘康酸盐异构化为顺反-粘康酸盐；分离顺反-粘康酸盐；和结晶分离的顺反-粘康酸盐(如作为质子化的顺反-粘康酸盐)。在另一个方面，本专利技术涉及生产顺反-粘康酸盐的方法。该方法包括提供含从可再生碳源经生物催化转变产生的顺顺-粘康酸盐的发酵肉汤；在基本所有顺顺-粘康酸盐异构化为顺反-粘康酸盐的反应条件下将顺顺-粘康酸盐异构化为顺反-粘康酸盐；从所述发酵肉汤中分离顺反-粘康酸盐；和结晶所述顺反-粘康酸盐。在另一方面，本专利技术涉及由本专利技术所述方法生产的顺反-粘康酸盐。顺反-粘康 酸盐可回收为盐，例如无机盐如纳粘康酸盐、钙粘康酸盐或铵粘康酸盐。在另一方面，本专利技术涉及用于生产反反-粘康酸盐的方法，所述方法包括将从可再生碳源经生物催化转变产生的顺顺-粘康酸盐在基本所有顺顺-粘康酸盐异构化为反反-粘康酸盐的反应条件下异构化为反反-粘康酸盐。例如，所述异构化反应可由贵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.08 US 61/335,6381.一种产生顺反-粘康酸盐的方法，所述方法包括 提供从可再生碳源经生物催化转变产生的顺顺-粘康酸盐； 在基本所有顺顺-粘康酸盐异构化为顺反-粘康酸盐的反应条件下将顺顺-粘康酸盐异构化为顺反-粘康酸盐； 分离所述顺反-粘康酸盐；和 结晶所述顺反-粘康酸盐。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 在含所述可再生碳源的培养基中和在所述可再生碳源被细胞的芳族氨基酸生物合成共同途径中的酶转变为3-脱氢莽草酸且所述3-脱氢莽草酸被生物催化转变为顺顺-粘康酸盐的条件下培养表达3-脱氢莽草酸脱水酶、原儿茶酸盐脱羧酶和邻苯二酚1，2-双加氧酶的重组细胞。3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述异构化反应用酸催化，其中所述酸可为无机酸或有机酸。4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述异构化反应在pH为约3.O-约6. 5或约.3.5-约4. 5的溶液中进行。5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述异构化反应在47°C或更高的温度下或在约60° C或更高的温度下进行。6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述异构化反应基本在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 小时内完成。7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述异构化反应在基本没有顺反-粘康酸盐沉淀的情况下进行。8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述培养步骤产生含有所述重组细胞和胞外顺反-粘康酸盐的肉汤，且还包括从所述肉汤中移除所述重组细胞的步骤。9.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述分离步骤包括通过酸化从溶液中沉淀所述顺反-粘康酸盐，其中所述溶液优选酸化成PH低于约3. 0或低于约2. O。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述分离步骤还包括将所述溶液冷却到低于约37° C、低于约25° C、低于约-4° C或低于约-20° C的温度。11.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括监控顺顺-粘康酸盐向顺反-粘康酸盐的异构化。12.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述顺反-粘康酸盐用有机溶剂结晶，其中所述有机溶剂优选包含甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙酸、乙腈、丙酮和四氢呋喃中的一种或多种。13.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从分离的顺反-粘康酸盐中移除盐，其中所述盐优选包含无机盐。14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 沉淀第一批顺反-粘康酸盐后浓缩所述溶液；和 从所述浓缩溶液中沉淀第二批顺反-粘康酸盐。15.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述异构化反应在高于约大气压的压力下进行。16.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将至少约65%的顺反-粘康酸盐异构化为反反-粘康酸盐、将至少约75%的顺反-粘康酸盐异构化为反反-粘康酸盐、将至少约85%的顺反-粘康酸盐异构化为反反-粘康酸盐或将至少约95%的顺反-粘康酸盐异构化为反反-粘康酸盐。17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述顺反-粘康酸盐在I2、贵金属加氢催化剂、海绵金属加氢催化剂或骨架加氢催化剂催化的反应中异构化为反反-粘康酸盐。18.—种产生顺反-粘康酸盐的方法，所述方法包括 提供含从可再生碳源经生物催化转变产生的顺顺-粘康酸盐的发酵肉汤； 在基本所有顺顺-粘康酸盐异构化为顺反-粘康酸盐的反应条件下将顺顺-粘康酸盐异构化为顺反-粘康酸盐； 从所述肉汤中分离顺反-粘康酸盐；和 结晶所述顺反-粘康酸盐。19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述发酵肉汤包含表达3-脱氢莽草酸脱水酶、原儿茶酸盐脱羧酶和邻苯二酚1，2-双加氧酶的重组细胞。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述发酵肉汤中移除所述重组细胞。21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述发酵肉汤在容器中提供，且其中所述异构化反应在所述容器中进行，其中所述容器优选发酵罐容器。22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 在含所述可再生碳源的培养基中和在所述可再生碳源被细胞的芳族氨基酸生物合成共同途径中的酶转变为3-脱氢莽草酸且所述3-脱氢莽草酸被生物催化转变为顺顺-粘康酸盐的条...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·布伊，刘民杰，D·麦克雷，D·施韦策，
申请(专利权)人：阿迈瑞斯公司，
类型：
国别省市：