CZ279290B6 - Mikrobiologický způsob oxidace methylskupin - Google Patents
Mikrobiologický způsob oxidace methylskupin Download PDFInfo
- Publication number
- CZ279290B6 CZ279290B6 CS912076A CS207691A CZ279290B6 CZ 279290 B6 CZ279290 B6 CZ 279290B6 CS 912076 A CS912076 A CS 912076A CS 207691 A CS207691 A CS 207691A CZ 279290 B6 CZ279290 B6 CZ 279290B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- carbon
- xylene
- membered
- methyl
- aromatic
- Prior art date
Links
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 title claims abstract description 19
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 title claims description 9
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000000411 inducer Substances 0.000 claims abstract description 12
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 claims abstract description 11
- 239000008096 xylene Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 230000036983 biotransformation Effects 0.000 claims description 16
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 241000589776 Pseudomonas putida Species 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 9
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 8
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- HFPZCAJZSCWRBC-UHFFFAOYSA-N p-cymene Chemical compound CC(C)C1=CC=C(C)C=C1 HFPZCAJZSCWRBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- LCZUOKDVTBMCMX-UHFFFAOYSA-N 2,5-Dimethylpyrazine Chemical compound CC1=CN=C(C)C=N1 LCZUOKDVTBMCMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- -1 aliphatic alcohols Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000001934 2,5-dimethylpyrazine Substances 0.000 claims description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 5
- HJFZAYHYIWGLNL-UHFFFAOYSA-N 2,6-Dimethylpyrazine Chemical compound CC1=CN=CC(C)=N1 HJFZAYHYIWGLNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RBYJWCRKFLGNDB-UHFFFAOYSA-N 5-methylpyrazine-2-carboxylic acid Chemical compound CC1=CN=C(C(O)=O)C=N1 RBYJWCRKFLGNDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YDSUJIRXXROKQG-UHFFFAOYSA-N 6-methylpyrazine-2-carboxylic acid Chemical compound CC1=CN=CC(C(O)=O)=N1 YDSUJIRXXROKQG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000019445 benzyl alcohol Nutrition 0.000 claims description 4
- WWRCMNKATXZARA-UHFFFAOYSA-N 1-Isopropyl-2-methylbenzene Chemical compound CC(C)C1=CC=CC=C1C WWRCMNKATXZARA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- AVPYQKSLYISFPO-UHFFFAOYSA-N 4-chlorobenzaldehyde Chemical compound ClC1=CC=C(C=O)C=C1 AVPYQKSLYISFPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 3
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 claims description 3
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 claims description 3
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 claims description 3
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 3
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims description 3
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 claims description 3
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims description 3
- 229940078552 o-xylene Drugs 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims description 3
- 150000005846 sugar alcohols Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000003938 benzyl alcohols Chemical class 0.000 claims description 2
- KCXMKQUNVWSEMD-UHFFFAOYSA-N benzyl chloride Chemical class ClCC1=CC=CC=C1 KCXMKQUNVWSEMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 229930007927 cymene Natural products 0.000 claims 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 claims 1
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 abstract description 3
- 238000013048 microbiological method Methods 0.000 abstract description 3
- URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N Para-Xylene Chemical group CC1=CC=C(C)C=C1 URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 13
- PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N Niacin Chemical compound OC(=O)C1=CC=CN=C1 PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 7
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 7
- XCYJPXQACVEIOS-UHFFFAOYSA-N 1-isopropyl-3-methylbenzene Chemical compound CC(C)C1=CC=CC(C)=C1 XCYJPXQACVEIOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N Benzyl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241000187654 Nocardia Species 0.000 description 5
- ITQTTZVARXURQS-UHFFFAOYSA-N 3-methylpyridine Chemical compound CC1=CC=CN=C1 ITQTTZVARXURQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 4
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 4
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 4
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 4
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 4
- IVSZLXZYQVIEFR-UHFFFAOYSA-N m-xylene Chemical group CC1=CC=CC(C)=C1 IVSZLXZYQVIEFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007003 mineral medium Substances 0.000 description 4
- 235000001968 nicotinic acid Nutrition 0.000 description 4
- 229960003512 nicotinic acid Drugs 0.000 description 4
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 4
- SIOXPEMLGUPBBT-UHFFFAOYSA-N picolinic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=N1 SIOXPEMLGUPBBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 3
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- BSKHPKMHTQYZBB-UHFFFAOYSA-N 2-methylpyridine Chemical compound CC1=CC=CC=N1 BSKHPKMHTQYZBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- 241000192125 Firmicutes Species 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 2
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 2
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N dodecane Chemical compound CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 229940081066 picolinic acid Drugs 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- NIPZZXUFJPQHNH-UHFFFAOYSA-N pyrazine-2-carboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CN=CC=N1 NIPZZXUFJPQHNH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- JBEBGTMCZIGUTK-TZFCGSKZSA-N (2Z,4E)-2-hydroxymuconic acid Chemical compound OC(=O)\C=C\C=C(/O)C(O)=O JBEBGTMCZIGUTK-TZFCGSKZSA-N 0.000 description 1
- MZMVVHAHSRJOEO-UHFFFAOYSA-N 1-chloropropylbenzene Chemical compound CCC(Cl)C1=CC=CC=C1 MZMVVHAHSRJOEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004070 6 membered heterocyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 102000007698 Alcohol dehydrogenase Human genes 0.000 description 1
- 108010021809 Alcohol dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 102000005369 Aldehyde Dehydrogenase Human genes 0.000 description 1
- 108020002663 Aldehyde Dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000016680 Dioxygenases Human genes 0.000 description 1
- 108010028143 Dioxygenases Proteins 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- 241000186359 Mycobacterium Species 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical group 0.000 description 1
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000011033 desalting Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229930195712 glutamate Natural products 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001549 tubercolostatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000814 tuberculostatic agent Substances 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P17/00—Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms
- C12P17/10—Nitrogen as only ring hetero atom
- C12P17/12—Nitrogen as only ring hetero atom containing a six-membered hetero ring
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P17/00—Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S435/00—Chemistry: molecular biology and microbiology
- Y10S435/8215—Microorganisms
- Y10S435/822—Microorganisms using bacteria or actinomycetales
- Y10S435/874—Pseudomonas
- Y10S435/877—Pseudomonas putida
Landscapes
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Je popsán mikrobiologický způsob oxidace methylskupin v aromatických 5-nebo 6-ti členných heterocyklech na odpovídající karboxylové kyseliny. Reakce heterocyklu se provádí působením toluen-, xylen- nebo cymen-zhodnocujících mikroorganismů rodu Pseudomonas, přičemž se do reakce zavádí induktor, aromatický heterocyklus jako substrát a zdroj uhlíku a energie a po dosažení maximáoní koncentrace produktu se produkt oddělí.ŕ
Description
Způsob mikrobiologické oxidace methylových skupin na aromatických 5 nebo 6 členných kyslíkatých, dusíkatých nebo sirných heterocyklech.
Oblast vynálezu
Vynález se týká mikrobiologického způsobu oxidace methylových skupin na aromatických 5 nebo 6 členných heterocyklických kruzích na odpovídající karboxylové kyseliny, přičemž heterocyklus nenese na atomu uhlíku, sousedícím s oxidovanou methylskupinou, žádný substituent.
Dosavadní stav techniky
Tyto deriváty karboxylových kyselin mohou být například použity jako meziprodukty pro další chemické syntézy. Například 2-pyrazin-karboxylová kyselina je důležitým meziproduktem pro výrobu tuberkulostatika parazinamidu /2-pyrazin-karboxylová kyselina ve formě amidu/ /Rómps Chemie Lexikon, sv. 5, 1987, str.3411/.
Výzkumy mikrobiologické výroby karboxylových kyselin se nyní provádějí s aromatickými uhlovodíky.
Produkce karboxylových kyselin mikrobiologickou oxidací methylovaných aromátů je popsána /Raymond a spol., Process Biochem., 1969, str, 71-74/.
US patent č. 3383289 popisuje způsob biochemické oxidace methylskupin v aromatických uhlovodících kmenem mikroorganismu rodu Nocardia.
Nevýhodou tohoto způsobu je, že např. při oxidaci methylskupin se od aromatických uhlovodíků benzenového kruhu odštěpuje odpovídající kyselina.
Pseudomonas putida ATCC 33015 je známo, že biochemická oxidace toluenu na benzoovou kyselinu probíhá ve 3 stupních. Působením toluen-monoxygenázy vzniká nejprve benzylalkohol, který je v dalších dvou stupních, katalyzovaných alkohol- a aldehyddehydrogenázou, převeden na kyselinu.
V tomto kmenu jsou v plasmidu pWWO uloženy rovněž Xylgeny, které kódují enzym, odbourávání xylenu, jakož i geny, které jsou odpovědné za regulaci Xyl-genu. Tento archaetypický Tol-plasmid je v molekulární biologii v širokém rozsahu využíván (Harayama a spol., J. Bacteriol. 171, 1989, str. 5048-5055, Burlage a spol., Appl. Environ Microbiol. 55, 1989, str. 1323-1328/.
Z literatury jsou rovněž známy mikrobiologické způsoby oxidace methylskupin N-heterocyklu. Podle SU patentu č. 417468 se 2-methylpyridin oxiduje ..kmenem grampozitivního mikroorganismu rodu Nocardia na odpovídající kyselinu.
SU patent č. 228688 popisuje mikrobiologický způsob výroby kyseliny nikotinové ze 3-methylpyridinu grampozitivním mikroorganismem rodu Mycobakterium. Ze SU patentu č. 302341 je znám mikro
-1CZ 279290 B6 biologický způsob výroby kyseliny nikotinové grampozitivními bakteriemi rodu Nocardia.
Nevýhodou oxidace methylskupin N-heterocyklů grampozitivními bakteriemi je, že při těchto alkan-využívajících bakterií musí být přesně dodržen ve směsi poměr alkanu k oxidační substanci, aby bylo možno dosáhnout biotransformace a že neprobíhá biotransformace substrátu za nepřítomnosti alkanu, tj. že k indukci použitý alkan musí být vždy, i při reakci substrátu, přítomen. Srovnávacím pokusem s grampozitivní bakterií Nocardia a naší gramnegativní Pseudomonas bylo prokázáno, že Nocardia i v přítomnosti alkanu, např. dodekanu, neoxiduje 3-methylpyridin na odpovídající kyselinu nikotinovou.
US patent č. 48)59592 popisuje způsob výroby kyseliny pikolinové pomocí Pseudomonas putida, ve kterém tvoří alkylsubstituovaný uhlovodík za přítomnosti molekulárního kyslíku v prvním stupni působením dioxygenázy sémialdehyd 2-hydroxymukonové kyseliny, který ve druhém stupni reaguje s amoniakem nebo primárním aminem na odpovídající kyselinu nikotinovou.
Nevýhodou tohoto způsobu je, že odpovídající kyselina pikolinová se tvoří teprve ve druhém stupni reakcí semialdehydu 2-hydroxymukonové kyseliny s amoniakem.
Mikrobiologický způsob oxidace methylskupin na heterocyklech je rovněž popsán ve švýcarské patentové přihlášce č. 458/90.
V tomto způsobu se mikroorganismy nejprve kultivují v kultivačním médiu s p-xylenem jako jediným zdrojem uhlíku a energie, pak se oddělí a nakonec se provede biotransformace přídavkem eduktu. Vyčerpáním aktivity biomasy se v tomto dvojstupňovém způsobu dosáhne relativně nízké koncentrace produktu.
Podstata vynálezu
Úlohou předloženého vynálezu je odstranit nevýhody tohoto postupu a nalézt způsob, který je možno provádět ve velkém měřítku ve vysokých objemových výtěžcích za čas, při kterém se dosahuje mnohem větší koncentrace produktu a při kterém se karboxylová kyselina po izolaci získá ve vyšším výtěžku.
Předmětem tohoto vynálezu je způsob mikrobiologické oxidace methylových skupin na aromatických 5 nebo 6 členných kyslíkatých, dusíkatých nebo sirných heterocyklech neobsahujících žádný substituent na sousedícím uhlíkovém atomu methylové skupiny, která se má oxidovat, na odpovídající karboxylové kyseliny.
Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se do kultivačního prostředí, obsahujícího mikroorganismy druhu Pseudomonas putida, zhodnocující toluen, xylen nebo cymen přivádí
a) induktor, jako jsou mono- a disubstituované methyl-, ethyl a chlortolueny, benzylalkoholy, p-chlorbenzaldehyd, o-xylen nebo o-cymen,
-2CZ 279290 B6
b) methylovaný aromatický 5 nebo 6 členný kyslíkatý, dusíkatý nebo sirný heterocyklus jako substrát pro biotransformaci a popřípadě
c) alespoň jeden zdroj uhlíku a energie a po dosažení maximální koncentrace produktu se karboxylová kyselina oddělí, přičemž se jako induktor přidávají buď sloučeniny, které slouží mikroorganismu jako zdroj uhlíku a energie, jako je alespoň jedna sloučenina z řady toluen, xylen nebo jeho isomery, nebo cymen nebo jeho isomery, nebo se jako induktor přidávají sloučeniny, které neslouží mikroorganismu jako zdroj uhlíku a energie.
Reakce může být prováděna s mikroorganismy, zhodnocujícími toluen, xylen nebo cymen rodu Pseudomonas, výhodně druhu Pseudomonas putida, zejména s kmenem mikroorganismu Pseudomonas putida, využívajícím xylen, uloženým v Američan Type Culture Collection, 12301 Parklawn Drive Rockville, Maryland 20852, USA, pod číslem ATCC 33015.
Pro způsob jsou rovněž vhodné mutanty těchto mikroorganismů jakož i jiné mikroorganismy, do kterých byl buď konjugací nebo metodami genových manipulací zabudován pro reakci nezbytný Tol-plasmid.
Způsob podle vynálezu pro oxidaci methylskupin v aromatických 5 nebo 6 členných heterocyklech se výhodně provádí tak, že se v prvním stupni způsobu a/ podle patentového nároku 4, v tak zvané batch-fázi, připraví produkce schopná biomasa. Proto se mikroorganismy známým způsobem podle CH patentové přihlášky č. 458/90 pokryjí buď zástupci řady sloučenin, tvořené toluenem, xylenem a jejich isomery nebo cymenem a jeho isomery jako je p-xylen, p-cymen nebo m-cymen jako induktorem a jediným zdrojem uhlíku a energie v minerálním médiu, např. Kulla a spol., Arch. Mícrobiol. 135, 1983, str. 1-7, nebo se pokryjí zástupci řady sloučenin, která zahrnuje toluen, xylen a jejich isomery nebo cymen a jeho isomery, jako je p-xylen, m-xylen, p-cymen nebo m-cymen· jako induktorem v komplexním médiu jako je např. Nutrient Broth Nr.2, Oxoid Ltd., Anglie, nebo v minerálním médiu, jako např. podle Kully a spol., Arch. Mícrobiol. 135, 1983, str. 1-7, se zdroji uhlíku, jako jsou uhlohydráty, cukerné alkoholy, nízkovroucí alifatické alkoholy, alifatické mastné kyseliny nebo aminokyseliny jako zdroj uhlíku a energie.
Sloučeniny, které mikroorganismu slouží jako zdroj uhlíku a energie, jako p-xylen, m-xylen, p-cymen, m-cymen nebo toluen, slouží výhodně popřípadě k indukci mikroorganismového enzymu, který je odpovědný za reakci. Tato indukce enzymu může být také prováděna sloučeninami, které neslouží jako zdroj uhlíku a energie, jako je například mono- nebo disubstituovaný methyl-, ethyla chlortoluen, benzylalkohol a p-chlorbenzaldehyd, o-xylen, o-cymen, které jsou již známé jako induktory enzymu pro odbourávání aromatických uhlovodíků (Abril M. A. a spol., J. Bacteriol., sv. 171, 1989, str. 6782-6789). Tyto sloučeniny se výhodně přivádějí například plynné, podle Hoslera a Eltze (Mícrobiol. Conversion of p-xylenen in stirred Fermenters, Fermentation Advances, str. 789-805, Acad. Press. Inc. NY 1969). Sloučeniny použité pro indukci mohou být také přiváděny v kapalné formě.
-3CZ 279290 B6
Výhodně se induktor přidává tak, že specifická rychlost odbourávání induktoru je mezi 0,01 a 50 mmol/g sušiny/ hodinu.
Výhodně se kultivují mikroorganismy v minerálním médiu s p-xylenem, až do získání sušiny buněčné suspenze 0,01 až 200 g.
Výhodně se mikroorganismy kultivují při hodnotě pH od 5 do 9, zvláště při hodnotě pH od 7 do 8.
Kultivace se při všech stupních způsobu provádí při teplotě od 15 do 90 °C, výhodně při 25 až 35 ’C.
Vypěstovanou biomasou mohou být očkovány další kultury, které pak výhodně mají stejné složení.
Při způsobu podle vynálezu je vypěstovaná biomasa výchozí látkou pro mikrobiologickou oxidaci methylskupin v heterocyklech v tak zvané biotransformační fázi, která může být prováděna kontinuálně nebo diskontinuálně.
Po vytvoření biomasy může být b) přívod induktoru podle patentového nároku 4 přerušen.
Stupně způsobu c) až e) podle patentového nároku 4 vyznačují v tomto způsobu tak zvanou biotransformační fázi.
Kultivační médium a kultivační podmínky v biotransformační fázi jsou podobné podmínkám pro kultivaci biomasy.
Fáze biotransformace je charakterizována tím, že
c) se ke kultivačnímu médiu přivádí edukt, methylovaný aromatický 5- nebo 6-členný heterocyklus a zdroj uhlíku a energie, až mikroorganismy vykazují ztrátu aktivity pro biotransformaci,
d) pak se regeneruje aktivita mikroorganismů přívodem induktoru, popřípadě · ještě současným přerušením zdroje uhlíku a energie, až se dosáhne specifické rychlosti odbourávání induktoru mezi 0,01 a 50 mmol/1 sušiny/hodinu a
e) stupně b) až d) se opakují, čímž je možno provádět biotransformaci po delší dobu a dosáhnout maximální koncentrace produktu a/nebo uskutečnit kontinuální způsob výroby a dosáhnout vysokého výtěžku, vztaženo na prostor a čas.
Edukt, heterocyklus, se výhodně zavádí tak, že koncentrace v kultivačním médiu je mezi 0,0001 a 5 %, výhodně mezi 0,01 a 1 %.
Jako zdroje uhlíku a energie mohou být použity v oboru známé, a např. pro kmeny Pseudomonas popsané, sloučeniny (The Prokaryotes, vyd. Μ. P. Starr, H. Stolp, H. G. Trůper, A. Balow, H. G. Schlegel, Springer Verlag 1981). Výhodně jsou zdroje uhlíku a energie uhlohydráty, cukerné alkoholy, nízko vroucí alifatické alkoholy, alifatické mastné kyseliny nebo aminokyseliny.
-4CZ 279290 B6
Výhodně se používají glukóza a/nebo glycerin a/nebo glutamát. Tyto zdroje uhlíku a energie se výhodně zavádějí tak, že specifická rychlost odbouráváni substrátu je mezi 0,01 a 200 mmol/g susina/hodinu.
Po kultivaci v diskontinuálně provedené biotransformační fázi, obvykle 10 až 250 h, je možno dosáhnout koncentrace produktu v kultuře větší než 100 mmol/1.
Při modifikaci způsobu je také možné po ukončení fermentace část kultivačního roztoku oddělit a se zbývající částí, doplněnou novým kultivačním médiem, znovu provádět biotransformaci-kultivaci. .
Takzvaným opakovaným biotransformačním způsobem se podařilo snížit objemovou produktivitu fermentace. Objemová produktivita může ještě být dále zvýšena, jestliže se současně zavádí nové médium a kultivační roztok se odtahuje (kontinuální způsob).
Kultivaci je možno napomoci tak, že se edukt (heterocyklus) odsolí a čistí pomocí měniče iontů nebo elektrodialýzy.
Získání produktu z kultivačního roztoku se provádí obvyklými způsoby a výhodně může být prováděno kontinuálně nebo diskontinuálně, přičemž výhodnější je kontinuální získáváni.
Oddělení biomasy může být například provedeno odstředěním, ultrafiltrací nebo mikrofiltrací.
Jak při elektrodialýze, tak při použití měničů iontů získané koncentrované roztoky produktů mohou být zakoncentrovány odpařením, nebo použitím osmotického zpracování a nakonec azeotropně odvodněny.
Při získávání produktu kontinuální elektrodiálýzou (např. podle Eymondta á Wandreye, 1990, Chem. Ing. Těch. -62, č. 2, str. 134-135), může být produktivita ještě dále zvýšena.
Výhodně se tímto způsobem vyrábí 5-methyl-2-pyrazinkarboxylová kyselina nebo 6-methyl-2-pyrazinkarboxylová kyselina.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Výroba 5-methyl-2-pyrazinkarboxylové kyseliny
Pseudomonas putida ATCC 33015 se v minerálním médiu (Kulla a spol., Arch. Microbiol. 135, 1983, str. 1-7) pokryje p-xylenem jako jediným zdrojem uhlíku a energie ve fermentoru při pH 7,0 a teplotě 30 °C. Induktor enzymu p-xylen se přivádí plynný podle Haslera a Eltze (Microbiol-Conversion of p-xylerie in Stirred Fermenters, Fermentation Advances, str. 789-805, Acad. Press. Inc. NY 1969), až se dosáhne koncentrace biomasy 7,8 g/1 (sušina/1).
-5CZ 279290 B6
Nakonec se přívod induktoru přeruší a do fermentoru se dávkuje 2,5-dimethylpyrazin a 50% roztok glukózy rychlostí 1 g/l/h. Po 4 h, když biotransformační aktivita biomasy klesla na asi 80 %, se opět dávkuje p-xylen (2 h) až do specifické rychlosti odbourávání induktoru 0,51 mmol/g sušiny/h, za současného přerušení dávkování glukózy. Pokles biotransformační aktivity biomasy byl stanoven spotřebou louhu, který byl spotřebován pro neutralizaci produktu.
Potom se dávkuje glukóza a p-xylen jak bylo popsáno, až se dosáhne koncentrace 5-methyl-2-pyrazinkarboxylové kyseliny 101 mmol/1, což odpovídá výtěžku 95 %, vztaženo na použitý 2,5-dimethylpyrazin.
Příklad 2
Výroba 6-methyl-2-pyrazinkarboxylové kyseliny
Pseudomonas putida ATCC 33015 se kultivuje analogicky příkladu 1, až do dosažení koncentrace biomasy 7,8 g sušiny/1.
Nakonec se přeruší přívod induktoru a do fermentoru se dávkuje 50% roztok glukózy rychlostí 1 g/l/h. Po 4 h když biotransformační aktivita biomasy klesne asi na 75 %, dávkuje se opět p-xylen /2 h/ až do specifické rychlosti odbourávání induktoru 0,45 mmol/g sušiny/h a přívod glukózy se přeruší. Pokles biotransformační aktivity biomasy byl stanoven spotřebou louhu, který byl nutný pro neutralizaci produktu.
Pak byla dávkována glukóza a p-xylen, jak je popsáno, až bylo dosaženo koncentrace 6-methyl-2-pyrazinkarboxylové kyseliny 105 mmol/1, což odpovídá výtěžku 95 %, vztaženo na použitý 2,6-dimethylpyrazin.
Claims (7)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob mikrobiologické oxidace methylových skupin na aromatických 5 nebo 6 členných kyslíkatých, dusíkatých nebo sirných heterocyklech, neobsahujících žádný substituent na sousedícím uhlíkovém atomu methylové skupiny, která se má oxidovat, na odpovídající karboxylové kyseliny, vyznačuj ící setím, že se do kultivačního prostředí, obsahujícího mikroorganismy druhu Pseudomonas putida, zhodnocující toluen, xylen nebo,, cymen přivádía) induktor, což jsou buď sloučeniny, které slouží mikroorganismu jako zdroj uhlíku a energie, jako je alespoň jedna sloučenina z řady toluen, xylen nebo jeho isomery nebo cymen nebo jeho isomery, nebo sloučeniny, které neslouží mikroorganismu jako zdroj uhlíku a energie, jako jsou monoa disubstituované methyl-, ethyl- a chlortolueny, benzylalkoholy, p-chlorbenzaldehyd, o-xylen a o-cymen,b) methylovaný aromatický 5 nebo 6 členný kyslíkatý, dusíkatý nebo sirný heterocyklus jako substrát pro biotransformaci a popřípaděc) alespoň jeden zdroj uhlíku a energie, jako je alespoň jedna sloučenina z řady toluen, xylen nebo jeho isomery nebo cymen a jeho isomery.a po dosažení maximální koncentrace produktů se karboxylová kyselina oddělí.
- 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím,, že sea) mikroorganismus nakultivuje s uvedeným induktorem, až se dosáhne dostatečného množství buněk, potřebných pro produkci,b) omezí se přívod induktoruc) přidá se methylovaný 5 nebo 6 členný heterocyklus a zdroj uhlíku a energie, až mikroorganismy projevují úbytek aktivity při biotransformaci,d) aktivita mikroorganismu se regeneruje přívodem induktoru, a energie a postupy b) až d) se opakují, přičemž se induktor přidává tak, že měrná rychlost odbourávání induktoru je mezi 0,01 a 50 mmol/g sušiny za hodinu, methylovaný aromatický 5 nebo 6 členný heterocyklus se přidává tak, že jeho koncentrace v kultivačním prostředí se pohybuje v rozmezí 0,0001 až 5 % a zdroj uhlíku a energie se přidává tak, že se měrná rychlost odbourávání substrátu pohybuje mezi 0,01 a 200 mmol/g sušiny za hodinu .-7CZ 279290 B6
- 3. Způsob podle alespoň jednoho z nároků la2, vyznač uj í c í se tím, že se jako zdroj uhlíku a energie dále používají uhlohydráty, cukerné alkoholy, níževroucí alifatické alkoholy, alifatické mastné kyseliny nebo aminokyseliny.
- 4. Způsob podle alespoň jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že se produkt odděluje kontinuálně nebo diskontinuálně.
- 5. Způsob podle alespoň jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se reakce provádí s mikroorganismy kmene Pseudomonas putida s označením ATCC 33015, zužitkovávaj ícími xylen.
- 6. Způsob podle nároků 1 až 5 pro výrobu 5-methyl-2-pyrazinkarboxylové kyseliny, vyznačující se tím, že se jako substrát používá 2,5-dimethylpyrazin.
- 7. Způsob podle nároků 1 až 6 pro výrobu 6-methyl-2-pyrazinkarboxylové kyseliny, vyznačující se tím, že se jako substrát používá 2,6-dimethylpyrazin.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH227290 | 1990-07-06 | ||
| CH314990 | 1990-10-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS207691A3 CS207691A3 (en) | 1992-02-19 |
| CZ279290B6 true CZ279290B6 (cs) | 1995-04-12 |
Family
ID=25689973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS912076A CZ279290B6 (cs) | 1990-07-06 | 1991-07-04 | Mikrobiologický způsob oxidace methylskupin |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5213973A (cs) |
| EP (1) | EP0466042A3 (cs) |
| JP (1) | JPH04229185A (cs) |
| CA (1) | CA2046430A1 (cs) |
| CZ (1) | CZ279290B6 (cs) |
| FI (1) | FI913280A7 (cs) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ279305B6 (cs) * | 1992-01-24 | 1995-04-12 | Lonza A.G. | Kyseliny 2-halogen pyrimidin-4-karboxylové, způsob jejich přípravy a jejich použití pro přípravu derivátů substituovaných pyrimidinů-4-karboxylový ch kyselin |
| JP3275353B2 (ja) * | 1992-02-26 | 2002-04-15 | 三菱化学株式会社 | ６−ヒドロキシ含窒素６員環化合物の製造方法 |
| US5753471A (en) * | 1993-07-05 | 1998-05-19 | Basf Aktiengesellschaft | Biotechnological perparation of alcohols, aldehydes and carboxylic acids |
| US6361979B1 (en) | 1999-02-12 | 2002-03-26 | Pfizer Inc. | Microbial conversion of 2-methylquinoxaline |
| US6746856B2 (en) | 2000-08-09 | 2004-06-08 | Pfizer Inc. | Microbial conversion of bicyclic heteroaromatic compounds |
| CN103787990B (zh) * | 2014-02-24 | 2016-04-27 | 沧州那瑞化学科技有限公司 | 一种5-甲基吡嗪-2-羧酸的制备方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3383289A (en) * | 1965-11-24 | 1968-05-14 | Sun Oil Co | Microbiological oxidation of alkylbenzenes |
| SU417468A1 (cs) * | 1972-02-09 | 1974-02-28 | ||
| US4266034A (en) * | 1978-04-14 | 1981-05-05 | Exxon Research And Engineering Company | Method for producing microbial cells and use thereof to produce oxidation products |
| US4269940A (en) * | 1978-04-14 | 1981-05-26 | Exxon Research & Engineering Co. | Microbiological alkane oxidation process |
| US4375515A (en) * | 1979-03-27 | 1983-03-01 | Exxon Research And Engineering Co. | Method for producing microbial cells and use thereof to produce oxidation products |
| US4859592A (en) * | 1985-07-26 | 1989-08-22 | Hagedorn Scott R | Production of picolinic acid and pyridine products via pseudomonas |
| AU599438B2 (en) * | 1986-12-01 | 1990-07-19 | Gist-Brocades N.V. | Process for the preparation of 2-arylpropionic acids |
| JPH01120292A (ja) * | 1987-11-04 | 1989-05-12 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 芳香族縮合環炭化水素の微生物酸化方法 |
| JPH084515B2 (ja) * | 1987-11-09 | 1996-01-24 | 出光興産株式会社 | 有機化合物の製造方法 |
| IE70430B1 (en) * | 1990-02-13 | 1996-11-27 | Lonza Ag | Microbiological oxidation of methyl groups in heterocyclic compounds |
-
1991
- 1991-07-03 US US07/725,478 patent/US5213973A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-07-04 JP JP3164202A patent/JPH04229185A/ja not_active Withdrawn
- 1991-07-04 CZ CS912076A patent/CZ279290B6/cs unknown
- 1991-07-05 EP EP19910111193 patent/EP0466042A3/de not_active Ceased
- 1991-07-05 CA CA002046430A patent/CA2046430A1/en not_active Abandoned
- 1991-07-05 FI FI913280A patent/FI913280A7/fi not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2046430A1 (en) | 1992-01-07 |
| EP0466042A3 (en) | 1992-11-19 |
| EP0466042A2 (de) | 1992-01-15 |
| FI913280L (fi) | 1992-01-07 |
| FI913280A0 (fi) | 1991-07-05 |
| FI913280A7 (fi) | 1992-01-07 |
| CS207691A3 (en) | 1992-02-19 |
| US5213973A (en) | 1993-05-25 |
| JPH04229185A (ja) | 1992-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| HU201804B (en) | Process for producing 2-keto-l-gulon acid in microbiological way | |
| EP0074123B1 (en) | A process for producing a single cell protein material (scp), scp and biologically pure culture of yeast | |
| IE70430B1 (en) | Microbiological oxidation of methyl groups in heterocyclic compounds | |
| Ro et al. | Recent advances in the genetic manipulation of Methylosinus trichosporium OB3b | |
| US4738924A (en) | Method for the production of 6-hydroxynicotinic acid | |
| JPH06209765A (ja) | ６−ヒドロキシニコチン酸を製造する微生物 | |
| CZ279290B6 (cs) | Mikrobiologický způsob oxidace methylskupin | |
| US4652527A (en) | Process for culturing methylophilus methylotrophus | |
| Jakoby et al. | Microbial metabolism of oxalic acid | |
| CN120174034A (zh) | 一种利用扭脱甲基杆菌高产发酵吡咯喹啉醌的方法 | |
| CZ279492B6 (cs) | Mikrobiologický způsob výroby kyseliny 6-hydroxypikolinové | |
| Hardman et al. | METABOLISM OF ω-AMINO ACIDS V: Energetics of the γ-Aminobutyrate Fermentation by Clostridium aminobutyricum | |
| EP0263403B1 (en) | Novel microorganism and method for producing oxygenous compounds with said microorganism | |
| JP2579595B2 (ja) | 新規微生物および該微生物を用いた２，６−ナフタレンジカルボン酸の製造法 | |
| RU2067619C1 (ru) | Микробиологический способ терминального окисления этильных групп в карбоксильные группы | |
| US4707449A (en) | Pichia pastoris yeast strains of enhanced tryptophan content | |
| Hekmat et al. | Production of pyruvate from (R)-lactate in an enzyme–membrane reactor with coupled electrochemical regeneration of the artificial mediator anthraquinone-2, 6-disulfonate | |
| Glombitza et al. | Cultivation of mercury resistent microorganisms | |
| US4795708A (en) | Novel backteria and single cell protein production therewith | |
| Bock et al. | Reduction of halogenated derivatives of benzoic acid to the corresponding alcohols by Desulfovibrio vulgaris PY1 | |
| EP0237002A1 (en) | Fermentation of bacteria at high productivities | |
| Duménil et al. | Production of vitamin B12 by gram-variable methanol-utilizing bacteria | |
| Stenroos et al. | Lactic acid fermentation with immobilized Lactobacillus sp. | |
| JP3011472B2 (ja) | 酵素法によるインジゴの製造法 | |
| JPS6155955B2 (cs) |