一種酶催化5-羥甲基糠醛合成高附加值衍生物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物催化及化學(xué)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及酶催化5-羥甲基糠醛選擇 性氧化合成各種高附加值衍生物2, 5-二甲?；秽?、5-羥甲基糠酸、5-甲?；匪峒?2, 5-呋喃二酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油資源的日益匱乏和全球變暖的加劇，近年來，人們逐漸將目光轉(zhuǎn)移到生 物基能源和平臺化合物的開發(fā)和利用。5-羥甲基糠醛（HMF)是一種重要的生物基平臺化合 物，位居美國能源部宣布的"Top 10+4"平臺化合物之列（Green Chem，2010, 12, 539 ;Chem Rev, 2013, 113, 1499)。這種生物基平臺化合物可以通過碳水化合物脫水制備得到。HMF有兩 個(gè)活性基團(tuán)（羥基及醛基），故可對其進(jìn)行化學(xué)修飾合成各種有用的中間體。例如，經(jīng)選擇 性氧化可以合成2, 5-二甲?；秽―FF)、5_羥甲基糠酸（HMFCA)、5_甲?；匪幔‵FCA) 和2, 5-呋喃二酸（FDCA)，結(jié)構(gòu)如下式所示。這些氧化產(chǎn)物都是重要的合成砌塊，在醫(yī)藥、高 分子和能源領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價(jià)值。例如，DFF可用于合成藥物、含呋喃的高分子材料 及功能材料（J Catal，2014, 316, 57)。HMFCA是合成各種聚酯材料和白細(xì)胞介素抑制劑的 重要合成砌塊（Green Chem，2014, 16, 2762)。FDCA也是美國能源部宣布的"Top 10+4"平 臺化合物之一（Green Chem, 2010, 12, 539) 〇
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種酶催化5-羥甲基糠醛合成高附加值衍生物的方法，其特征在于，選自下述方法 中的一種或兩種以上： (1) 將氧化酶及過氧化氫酶加入含有5-羥甲基糠醛的水相介質(zhì)中，在10~50°C、 150~250r/min下反應(yīng)，每天向反應(yīng)介質(zhì)鼓入5min空氣，用高效液相色譜監(jiān)控反應(yīng)過程，當(dāng) 目標(biāo)產(chǎn)物2, 5-二甲?；秽a(chǎn)率達(dá)到最大時(shí)，淬滅反應(yīng)，得到2, 5-二甲?；秽? (2) 將黃嘌呤氧化酶及過氧化氫酶加入含有5-羥甲基糠醛的水相介質(zhì)中，在10~ 50°C、150~250r/min下反應(yīng)，每天向反應(yīng)介質(zhì)鼓入5min空氣，用高效液相色譜監(jiān)控反應(yīng)過 程，當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)物5-羥甲基糠酸產(chǎn)率達(dá)到最大時(shí)，淬滅反應(yīng)，得到5-羥甲基糠酸； (3) 將漆酶加入含有5-羥甲基糠醛的水相介質(zhì)中，然后加入20mol %的四甲基哌啶氮 氧化物在10~50°C、150~250r/min下反應(yīng)，每天向反應(yīng)介質(zhì)鼓入5min空氣，用高效液相 色譜監(jiān)控反應(yīng)過程，當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)物5-甲?；匪岙a(chǎn)率達(dá)到最大時(shí)，淬滅反應(yīng)，得到5-甲?；?糠酸； (4) 根據(jù)上述方法（1)合成2, 5-呋喃二醛，利用乙酸乙酯萃取反應(yīng)液，獲得有機(jī)相，濃 縮后加入等體積叔丁醇，再加入脂肪酶，在反應(yīng)初始6h內(nèi)，每小時(shí)滴入1~2倍當(dāng)量H 2O2, 在20~60°C、150~250r/min下反應(yīng)，用高效液相色譜監(jiān)控反應(yīng)過程，當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)物2, 5-呋 喃二酸產(chǎn)率達(dá)到最大時(shí)，淬滅反應(yīng)，得到2, 5-呋喃二酸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，（1)中所述的氧化酶為來源于Candida boidinii或Pichia pastoris的醇氧化酶、來源于Dactylium dendroides的半乳糖氧化 酶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的氧化酶為來源于Dactylium dendroides的半乳糖氧化酶時(shí)，反應(yīng)體系中還加入辣根過氧化物酶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，⑴和⑵中所述的過氧化氫酶來源于牛 肝。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述的漆酶來源于Trametes versicolor、Panus conchatus 或 Flammulina velutipes; 所述月旨肪酶來源于Candida antarctica、Thermomyces lanuginosus、Rhizomucor miehe、Burkholderia cepacia、Pseudomonas fluorescens、Aspergillus niger、Mucor miehei或豬胰臟； 所述黃嗓呤氧化酶來源于Escherichia coli。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，（I)、（2)和（3)中所述氧化酶或漆酶的添 加量介于2~10U/mL ; (4)中所述脂肪酶的添加量介于30~100U/mL。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，（1)和（2)中所述水相介質(zhì)為去離子水或 磷酸鹽緩沖液。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，（1)和（2)中所述水相介質(zhì)為磷酸鹽緩沖 液時(shí)，其pH介于5. 0~8. 0。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，（3)中所述水相介質(zhì)為醋酸 鹽緩沖液，其pH介于3. 0~5. 5。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種酶催化5-羥甲基糠醛合成高附加值衍生物的方法，具體是用特定的酶在相應(yīng)的介質(zhì)中催化5-羥甲基糠醛選擇性氧化合成2,5-呋喃二醛、5-羥甲基糠酸、5-醛基糠酸及2,5-呋喃二酸。本發(fā)明具有反應(yīng)過程簡單、選擇性高、反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好及產(chǎn)物易分離等優(yōu)點(diǎn)，有效地克服了傳統(tǒng)化學(xué)法及已報(bào)道的酶法的諸多缺點(diǎn)。
【IPC分類】C12P17-04
【公開號】CN104846027
【申請?zhí)枴緾N201510220555
【發(fā)明人】李寧, 秦?zé)钪? 宗敏華
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月30日