DK159325B - Fremgangsmaade til gennemfoerelse af elektromikrobiel reduktion - Google Patents

Fremgangsmaade til gennemfoerelse af elektromikrobiel reduktion Download PDF

Info

Publication number
DK159325B
DK159325B DK327183A DK327183A DK159325B DK 159325 B DK159325 B DK 159325B DK 327183 A DK327183 A DK 327183A DK 327183 A DK327183 A DK 327183A DK 159325 B DK159325 B DK 159325B
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
reduction
microorganisms
electromicrobial
aerobic
oxygen
Prior art date
Application number
DK327183A
Other languages
English (en)
Other versions
DK327183D0 (da
DK159325C (da
DK327183A (da
Inventor
Helmut Franz Simon
Helmut Florian Guenther
Johannes Antonius Bader
Original Assignee
Basf Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Basf Ag filed Critical Basf Ag
Publication of DK327183D0 publication Critical patent/DK327183D0/da
Publication of DK327183A publication Critical patent/DK327183A/da
Publication of DK159325B publication Critical patent/DK159325B/da
Application granted granted Critical
Publication of DK159325C publication Critical patent/DK159325C/da

Links

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
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/44—Polycarboxylic acids
    • C12P7/46—Dicarboxylic acids having four or less carbon atoms, e.g. fumaric acid, maleic acid
    • 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
    • C12P1/00—Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes
    • 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
    • C12P17/02—Oxygen as only ring hetero atoms
    • C12P17/04—Oxygen as only ring hetero atoms containing a five-membered hetero ring, e.g. griseofulvin, vitamin C
    • 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
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/18—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic polyhydric
    • 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
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/42—Hydroxy-carboxylic acids
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Coloring Foods And Improving Nutritive Qualities (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • General Preparation And Processing Of Foods (AREA)

Description

i
DK 159325 B
Opfindelsen angår en fremgangsmåde til gennemførelse af elektromikrobiel reduktion ved hjælp af mikroorganismer, der stiller reduktionsækvivalenterne til rådighed via en elektronoverfører, der regeneres elektro-5 kemisk.
Det er allerede velkendt at reducere kemiske forbindelser eléktromikrobielt. Reduktionerne sker efter følgende skema: 2e C Ύ γ3+2Η+ '2 EOred^-RQx -^NADH—^Εοχ ^SH2
Elektronerne overføres· på en elektronoverfører EU , ox 10 der videregiver elektronerne til reduktasen R, der be virker reduktionen af f.eks. oxideret nikotinamid adenin dinukleotid (NAD®} NADH) (se J. Elektroanal. Chem. 32, 415 (1971), J. Org. Chem. 46, 4623 (1991)). Dette NADH kan tjene som reduktionsmiddel sammen med et andet enzym 15 E, der reducerer det ønskede substrat S. Omkostningerne ved enzymberigelsen samt de rene enzymers instabilitet forhindrer imidlertid anvendelsen af denne metode for præparative formål. Man forsøgte derfor åt gennemføre reduktionen med helt anaerobe celler, der indeholder 20 reduktase (Angew. Chem. 93, 897 (1981)). Også denne metode er ikke meget bedre til syntese i større målestok, fordi anaerobe mikroorganismer på grund af deres følsomhed overfor oxygen kun kan dyrkes og anvendes med store omkostninger.
25 Den foreliggende opfindelse har til hensigt at tilvejebringe en fremgangsmåde til gennemførelse af elektromikrobiel reduktion ved hjælp af mikroorganismer, der stiller reduktionsækvivalenter til rådighed via en elektronoverfører, der regenereres elektrokemisk, og fremgangsmåden er
DK 159325 B
2 ejendommelig ved at man som mikroorganismer anvender aerobe eller mikroaerofile mikroorganismer alene eller i kombination med hinanden, og at man gennemfører reduktionen under udelukkelse af oxygen.
Den omhandlede elektromikrobielle reduktion løber efter 5 følgende skema: r2 s+2H® ^2 Etired Mox ^ SH2
De fra en strømkilde stammende elektroner overføres på en elektronoverfører EUQX, der videregiver elektronerne til den aerobe mikroorganisme M . Denne overfører elek-tronerne sammen med to protoner til substratet S, der re-10 ducerer til SHg.
Dersom den aerobe mikroorganismes celler indeholder en reduktase, der kan reduceres af den elektrokemisk regene-reréde elektronoverfører EU, lykkes reduktionen helt glat.
Der findes dog også mikroorganismer, der indeholder 15 NADH- eller NADPH- .afhængige reduktaser. Blandt disse findes der sådanne, der bliver permeable for NADH eller NADPH under reduktionsbetingelserne, og som langsomt taber disse forbindelser. Der findes yderligere mikroorganismer, der indeholder enzymer, der langsomt sønder-20 deler disse pyridinnukleotider. I begge de sidste tilfælde er det en fordel at forsinke reaktionen ved tilsætning af små mængder pyridinnucleotider til reaktionsblandingen.
Reduktionen gennemføres fortrinsvis i en delt celle ved en temperatur fra 5 til 90 °C, fortrinsvis 10 til 50 °C og 25 foretrukken fra 20 til 40 °C og ved en pH-værdi fra 3 til \
DK 159325 B
3 10, fortrinsvis 5 til 8, Elektroderne fremstilles af almindeligt elektrodemateriale til elektrosyntese. Således er f.eks. katoder af metaller som bly, kobber, jern, nikkel, kviksølv, stål- eller grafithalvledere; med de 5 viologenfarvestoffer doteret nafion og. anoder af platin eller grafit eller'-også dimensionsstabile anoder af doteret eller belagt titan, således som de f.eks. anvendes til oxygen- eller chlorudvikling.velegnede.' Som adskillelsesvæg mellem anolyttén ’oq- katolyt'ten’anvendes han-10 delstilgængelige diafragmer eller membraner, fortrinsvis ionbyttermembraner, således som de f.eks. anvendes til chloralkalielektrolyse eller til elektrodialyse. Strøm- o tætheden er 1 til 200, fortrinsvis 1 til 100 mA/cm . Katodepotentialet ligger ved ^-0,1 til 4-1,5 V, fortrins-15 vis mellem 4-0,5 og -H),9 V beregnet på standardkalomel-elektroder. cellens klemmespænding ligger mellem 2 og 90 V, fortrinsvis 4 og 20 V.
Elektrolysen gennemføres sædvanligvis i vandige blandinger, idet blandingerne ud over det mikrobielle system og sub-2q stratet også indeholder ledende salte, pufre samt organiske opløsningsmidler eller opløsningsformidlere som f.eks. alkoholer som methanol eller ethanol, ethere som dioxan, dimethoxyethan eller methyl-tert.butylether, emulgatorer som polyoxyethylensorbitanmonooliesyreestere, estere 25 som eddikesyreethylester, alkaner som hexan, petroleums-ether, chlorerede carbonhydrider som methylenchlorid, carbontetrachlorid og chloroform eller dimethylformamid. Tilsætningsmidler af organisk opløsning er mulig, specielt sammen med imobiliserede celler. Eksempler herpå er 30 mættede alkoholer, dioxan, furan, dimethylsulfoxid og så videre.
Yderligere kan arbejdes i faser, idet den ene fase kan være et carbonhydrid, ether eller højere alkohol.
Anvendelsen af organiske opløsningsmidler kan være en
DK 159325 B
4 fordel, når der herved kan undgås en heterogen reaktionsgennemførelse (f.eks. fast/flydende). Dersom der ved reaktionen opstår et i organiske opløsningsmidler opløseligt produkt, som mikroorganismerne eller de deri 5 indeholdende enzymer angriber, kan det være en fordel at arbejde i to faser.
Sædvanligvis består anolytten af en vandig saltopløsning.
Som salte til dette formål egner sig f.eks. NaCl, Na2S0^, NaO-CO-CH^. i stedet for saltopløsninger kan der også 10 anvendes vandige mineralsyrer. Katolytten består som regel ligeledes af en saltopløsning, der yderligere indeholder substratet og mikroorganismerne. Fordelagtigt anvendes en puffer, som f.eks. phosphatpuffer.
Som elektronoverførere kommer følgende forbindelser på tale: 15 1. viologenfarvestoffer som f.eks. methylviologen, benzyl- viologen, diquat, . 2. anthrachinon og andre chinonfarvestoffer som f.eks. phenosafranin, methylenblåt og 2-anthrachinonsulfon-syre, 20 3. triphenylmethanfarvestoffer f.eks. methylviolet og krystalviolet, 4. phathalocyaniner f.eks. Fe-, Cu- eller Co-phthalocya-nin, 5. methinfarvestoffer f.eks. astraphloxin, 25 6. pyrrolfarvestoffer eller porphyrinderivater f.eks.
metal-chelatkomplekser af disse forbindelser, 7® pteridin og pteridon,
DK 159325 B
5 8. flaviner f.eks. acriflavin, lumiflavin, 9. imidazolderivater f.eks. metronidazol, 10. metalkomplekser af metaller af 6., 7. og 8. undergruppe f.eks. RuCL^L^)*"1’ [L=l,10 phenanthrolin, 5 2,2-Mpyridyl eller 5-nitro-l, 10-phenanthrolin; L'=pyridin eller 4-methylpyridin], 1,1’-Ms (hydroxymethyl )ferrocener f.eks. ferrocen-monocarboxy1syrer, 11. thiolater af metallerne af 6., 7. eller 8. undergruppe, 10 12. thioler f.eks. dihydroliponsyre, dithiotreitol, 2-mer- captoethanol, glutation, thiophenol og 1,4-butandi-. tiol, 13. NAD+- eller NADP+ eller derivater heraf.
Blandt disse er 1. gruppe specielt methyl- og benzylviolo-15 giner foretrukket.
Til reduktionsreaktionen egner alle aerobe mikroorganismer sig, såfremt de indeholder de for den ønskede omsætning nødvendige enzymer. Vigtige eksempler på mikroorganismerne er: 20 A) Prokaryoter:
Gram-negative aerobe bakterier som f.eks. Acetobacter ascendens, Acetobacter pasteurianus, Alcaligenes eutrophus, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas testosteroni; gram-negative fakultative anaerobe bak-25 terier, som eksempel Enterobacter coli, Flavobacterium spec., Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, Proteus mitaji-ri, Zymomonas mobilis; gram-positive coccer, f.eks. Leuco-nostoc mesenteroides, Peptococcus aerogenes, Sarcina lutea,
DK 159325 B
6
Streptococcus faecalis; endospore-dannende bakterier, som f.eks. Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Bacillus polymyxa; gram-positive, asporogene bakterier, som f.eks. Arthrobacter spec., Corynebacterium simplex; 5 Actinomyceter, som f.eks. Actinomyces globosus, Mycobac terium spec,, Nocardia corallina, Streptomyces platen-sis og Streptomyces lavendulae; B) Eukaryoter:
Phycomyceter, som f.eks. Absidia orahidis, Rhizopus 10 arrhizus, Rhizopus nigricans, Rhizopus reflexus; Proto- ascomyceter(gær), som f.eks. Candia pseudotropicalis, Geotrichum candidum, Hansenula capsulata, Kloeckera magna, Kluyveromyces fragilis, Rhodotorula mucilaginosa, Rhodo-torula glutinis, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces 15 sake, Saccharomyces fragilis, Saccharomyces uvarum, Schizo-saccharomyces pombe, Candida ptilis, Candida boidenii; Ascomyceter, som f.eks. Aspergillus niger, Aspergillus nidulans, Cladosporium butyri, Claviceps spec., Dipodascus albidus, Eremothecium spec., Penicillium chrysogenum; Fungi 20 imperfecti, som f.eks. Curvularia falcata, Epicoccum oryzae, Fusårium lateritium, Fusarium solani og Phialophora spec.
Yderligere kan som mikroorganismer nævnes aerobe protozoer samt aerobe celler af højere planter og dyr, såfremt de lader sig dyrke som mikroorganismer. Sådanne mikroorganis-25 mer kan f.eks. fås fra stammesamlinger eller selv fremavles .
Blandt de kendte mikroorganismer foretrækkes specielt Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, Alcaligenes eutrophus, Bacillus cereus, Geotrichum candidum, Kloeckera magna, 50 Saccharomyces cerevisiae og Candida utilis.
Der er tilfælde, hvor en mikroorganisme særligt effektivt danner NADH eller NADPH, mens reduktasen til omsætning af
DK 159325 B
7 substratet S i en anden mikroorganisme fremviser en høj aktivitet, der imidlertid kun er i besiddelse af en ringe evne til NADH- eller NADHP-dannelse. I sådanne tilfælde er det en fordel at arbejde med en blanding af begge mi-5 kroorganismer.
Mikroorganismerne eller cellerne kan også anvendes i immobi-liseret form til omsætningerne. Yderligere kan mikroorganismernes permeabilitet for cosubstrater, substrater og produkter i en række tilfælde f.eks. forøges ved 10 frysning eller optøning af cellerne.
Skønt reduktionen gennemføres med aerobe celler, må der praktisk taget intet oxygen være tilgængeligt ved reaktionen. Oxygenindholdet skal være så lille, at en eventuel mulig reaktion af oxygenet med elektronoverføreren ikke 15 spiller nogen rolle, og at der ikke fremkommer hæmmende virkning af oxygenet, eller at der ikke fremkommer et på grund af oxygenets tilstedeværelse frembragt oxidationsprodukt af de ved reaktionen tilstedeværende enzymer og cosubstrater. Dersom oxygenindholdet stiger i katolyt-20 ten f.eks. ved anvendelse af methylviologen til over 5.10 ' mol, så synker strømstyrken og biokatalysatorens stabilitet tiltagende med stigende oxygenindhold.
Yderligere eksempler på de omhandlede elektromikrobielle reduktioner er følgende: 25 I. Reduktion af carbonylgrupper ; 1. Selektiv reduktion af aldehydgrupper i nærværelse af andre reducerbare funktioner 8
DK 159325 B
f.eks. fremstilling af 2-substituerede kanelalkoholer ud fra tilsvarende kanelaldehyder eller hydroxy-acetophenol ud fra phenylglyoxal og andre hydroxyke-toner ud fra diketoner.
5 2. Fremstilling af primære alkoholer, der er chirale ved stereospecifik ombytning af et hydrogenatom med et deuterium- eller tritiumatom, ved reduktion i deuteriumoxid eller i tritiummærket vand.
3. Selektive réduktioner af ketogrupper i nærværelse af 10 andre reducerbare funktioner. Som eksempler kan næv nes: c6h5ch=crcogh3-► c6h5ch=crchohch3 eller
0 OH
JOO—;jC0 el-ler Δ* -androsten-3,17-dion til testosteron »
DK 159325 B
9 4. Fremstilling af chirale cycliske og ikke-cycliske alkoholer, hydroxysyrer og lignende: λ X '
C=0 --1R2RCHOH
f.eks. (R)-mandelsyre ud fra phenylglyoxylsyre eller (R) -phenyHactat fra phenylpyruvat. Ved reduktion 5 af tilsvarende substituerede ketoner eller cycloke- toner kan der samtidig fås en racematadskillelse ved hjælp af substrat- og produktspecificiteten af enzymsystemet: 0 OH 0 Ό—'Ό*“0
Afhængig af enzymsystemets specificitet kan man få en af tre yderligere par.
10 II. Selektiv reduktion af umættede grupper i prochirale eller achirale molekyler: 1. Selektive reduktioner i nærværelse af andre reducerbare grupper, f.eks. reduktion af sorbinsyre til /\^ -pentencarboxsylsyre eller α,β-umættede aldehyder 15 til mættede aldehyder.
2. Reduktion af α,β-umættede carbonyl- og carboxylfor-bindelser, specielt de, der fører til chirale produkter gennem tilsvarende substitution :
R1R2C=CXY -R1R2CHCHXY
DK 159325 B
10 Y= C00“, CHO, COR; X= H, alkyl, alkoxy, alkylthio, halo- 1 2.
gen, dialkyl- eller arylamino; R og R = H, alkyl, alkoxy, aryl, alkoxycarbonyl, alkenyl.
Som eksempler på sådanne hydreringsprodukter skal 5 specielt nævnes: chirale halogencarboxsylsyrer som f.eks. 3-(p-chlorphenyl)-2-chlorpropionsyre; chirale a- eller β-alkylforgrenede carboxylsyrer. som (R)- eller (S)-2-methyl-3-phenylpropionsyre, 2-amino-3-methyl- 3-phenylpropionsyre eller-2- og/eller 4-substitue-10 rede carboxsylsyrer ud fra de tilsvarende allencarbox- sylsyrer. Herved kan ud fra en racemat (molekylasym-metri / ) dannes chirale E/Z isomere, der let lader sig adskille.
COOH COOH
R3 ^COOH R3^ ^C^R R^ p^R
Νΐ=0=0 -* C=C + C=C
20 r2/ ^R1 R2^ XH R3/ \ F.eks, opnås ved reduktionen af aldehyder til chirale 15 produkter (R)- eller (S)-citronellal eller citronel- lol ud fra cis- eller trans-citral.
3. Reduktion af isolerede C=C-dobbeltbindinger, der ved en given substitution også fører til chirale forbindelser.
20 4. Reduktioner af C=C-dobbeltbindinger i mærket-vand for at opnå forbindelser, der ved hjælp af stereospecifik 2 3 ombytning af H med H eller H i en methylen- eller methylgruppe bliver chirale f.eks. [2,3-¾] dideutero- p butyrat eller [2,3- H]-dideuterophenylpropionat. En’.
25 chiral methylengruppe kan fås ved reduktion af (E)- eller (Z)-CH3H=CHC00H i 2H20.
DK 159325 B
11 III. Reduktiv amineringer af carbonylforbindelser, specielt af ketosyrer til aminosyrer som f.eks. omsætnin--gen af 2-OEO-5-methylpentancarboxsylsyre til (S)-leucin.
5 Isolering af slutprodukterne fra reaktionsopløsniningerne sker på i og for ;sig kendt måde f.eks. wd destillation, ekstraktion, krystallisation og chromatografi.
Den omhandlede fremgangsmåde har følgende fordele overfor de fremgangsmåder, der gennemføres med anaerobe mikroorga-10 nismer:
Anvendelsen og medvirken af aerobe mikroorganismer er betydelig Simplene på grund af .døres manglende .følsomhed over for oxygen.
Aerobe mikroorganismer er lettere at frembringe end anaerobe. Herudover fås med disse en betydelig større celletæt-15 hed, således at det nødvendige apparatur er mindre ved fremstillingen af aerobe mikroorganismer.
Yderligere kunne det ikke forudses, at man kan gennemføre reaktioner med aerobe mikroorganismer uden at tillede oxygen til reaktionssubstratet, fordi omsætningerne med aerobe 20 mikroorganismer som regel kun lykkes ved kraftig beluftning.
Reaktionssubstratet behøver ikke tilsættes kulhydrater. Herved fremkommer ingen biprodukter, der skal fraskilles.
Følgende eksempler forklarer opfindelsen. I alle eksemplerne arbejdedes under den elektromikrobielle reduktion under 25 udelukkelse af luftens oxygen. Den anvendte elektrolytiske celle er beskrevet i Angew. Chem. 9]5, 897 (1981).
DK 159325 B
12 EKSEMPEL 1
Fremstilling af (2R)-propandiol 50yfumol methylviologen, 2,5 mmol kalinmphosphat og 400 mg Candida utilis (f.eks. DSM 70 167) opløstes eller opslæm-5 medes i 25 ml vand og pH-værdien justeredes til 7,0. Den fremstillede blanding anbragtes i en elektrokemisk celle, og methylviologenen reduceredes ved konstant katodepotential på -790 mV overfor standardkalomelelektroden (SCE).
Herved fremkom en nulstrøm på ca. 0,25 mA. Derefter til-10 sattes 1 mmol acetol, og potentialet opretholdtes på -790 mV. Efter 50 timers forløb var acetolen kvantitativt overført til (2R)-propandiol, som efter centrifugering fraskiltes ved destillation. (2R)-propandiolen var i besiddelse af en drejningsværdi på [a]j^ = -20,7°.
15 EKSEMPEL 2
Fremstilling af (2R)-propandiol
Til dette eksempel anvendtes den i eksempel 1 omtalte udgangsblanding, og med tilsætning af 19/umcl NAD & „ Til opløsningen med det reducerede methylviologen sattes 4 mmol 20 acetol og spændingen bibeholdtes på -790 mV. Efter 22 timers forløb tilsattes endnu engang 19yumol NAD Φ for at øge strømmen, der i mellemtiden var faldet ca. 2,5 mA. Efter 45 timers forløb var acetolen fuldstændig omdannet til (2R)-propandiol, der herefter isoleredes som beskrevet i OC\ 25 eksempel 1 og karakteriseredes, [a]^ = t20,5°.
EKSEMPEL 3
Fremstilling af (R)-pantolacton
Som beskrevet i eksempel 2 reduceredes 250yumol natrium-2-ketopantoat. Der tilsattes imidlertid 6,4yumol NAD ^ og
DK 159325 B
13 ^enne tilsætning blev gentaget efter 30 og 50 timer. Efter 70 timers forløb var omsætningen kvantitativ. Den efter syrning dannede (R)-pantolacton ekstraheredes med ether og sublimeredes. Forbindelsen var i nærværelse af et 5 chiralt shiftsreagens målt ved NMR-spektroskopi mere end 99,5% optisk rent.
Denne reaktion lader sig også gennemføre med benzylviologen ved et katodepotentiale på -620 mV overfor. SCE.
Yderligere kan reduktionen også gennemføres med Proteus 10 mirabillis (DSM 30 115) eller Proteus vulgaris (DSM 30 118). Herved opretholdes strømstyrker på 15 mA pr. 20 mg cel- .-lemateriale.
EKSEMPEL 4
Fremstilling af (R)-methvlravsyre 15 180yumol methylviologen, 9/jnmol kaliumphosphat, 9/umol EDTA og 1,11 g E.coli (K 12, kan fås fra den tyske samling af mikroorganismer, Gdttingen) opløstes eller opslæm-medes i ..lidt vand. Efter indstilling af pH-værdien til 7,0 fyldtes med vand indtil 90 ml, og der tilsattes 1,6 mmol 2o mesaconat. Den således fremstillede blanding reduceredes som beskrevet i eksempel 1 ved -790mV. Efter 42,5 timer var der opnået 98,5% (R)-methylravsyre, der isoleredes ved etherekstraktion af den syrnede opløsning. Forbindel- r ί 20 o sen havde drejnings vær di en LaJj) = +9,2 .
25 EKSEMPEL 5
Fremstilling af propandiol l60ymol methylviologen, 4 mmol tris(hydroxymethyl)-amino-methanacetat opløstes i 40 ml vand og indstilledes til en pH-værdi på 7,0. Denne opløsning reduceredes i en elektro-
DK 159325 B
14 kemisk celle ved et konstant katodepotential -700 mV. Herefter tilsattes 0,5 ml af en suspension af Bacillus cereus (DSM 51) svarende til en tørvægt på 10 mg, 32yumol NAD, 1200^umol acetol samt 0,3 ml af en suspension af Alcalige-5 nes eutrophus H 16 (DSM 428) svarende til en tørvægt på 2,0 mg. I det samlede system forløb en strøm på 4,5 mA.
Den tilsatte acetol reduceredes over 90% i løbet af 18 timer.
Den samme omsætning kan gennemføres ved en kombination af 10 Candida utilis og Alcaligenes eutrophus. Den opnåede reduktionshastighed pr. vægtenhed biokatalysator (summen af begge organismer) er her ca. 10 gange højere end i eksempel 1.
EKSEMPEL 6 25 Reduktion af phenylpyruvat eller 2-oxo-4-methylpentanat til de tilsvarende 2-hydroxysyrer_
Analogt med eksempel 5 omsattes rålysatet af begge de heri angivne mikroorganismer og de andre komponenter samt phenylpyruvat eller 2-oxo-4-methylpentanat i elektroke-20 misk celle. Reduktionen forløb med en strøm på ca. O,<5 mA.

Claims (1)

  1. DK 159325 B Patentkrav ; Fremgangsmåde til gennemførelse af elektromikrobiel reduktion ved hjælp af mikroorganismer, der stiller reduktionsækvivalenter til rådighed via en elektronoverfører, der regenereres elektrokemisk, kendetegnet 5 ved, at man som mikroorganismer anvender aerobe eller mikroaerophile mikroorganismer alene eller i kombination med hinanden, og at reduktionen gennemføres under udelukkelse af oxygen.
DK327183A 1982-07-17 1983-07-15 Fremgangsmaade til gennemfoerelse af elektromikrobiel reduktion DK159325C (da)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19823226888 DE3226888A1 (de) 1982-07-17 1982-07-17 Verfahren zur durchfuehrung elektromikrobieller reduktionen
DE3226888 1982-07-17

Publications (4)

Publication Number Publication Date
DK327183D0 DK327183D0 (da) 1983-07-15
DK327183A DK327183A (da) 1984-01-18
DK159325B true DK159325B (da) 1990-10-01
DK159325C DK159325C (da) 1991-03-11

Family

ID=6168726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK327183A DK159325C (da) 1982-07-17 1983-07-15 Fremgangsmaade til gennemfoerelse af elektromikrobiel reduktion

Country Status (8)

Country Link
US (1) US4464235A (da)
EP (1) EP0099517B1 (da)
JP (1) JPH0638751B2 (da)
AT (1) ATE23879T1 (da)
CA (1) CA1202923A (da)
DE (2) DE3226888A1 (da)
DK (1) DK159325C (da)
FI (1) FI76376C (da)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58153154A (ja) * 1982-03-09 1983-09-12 Ajinomoto Co Inc 修飾電極
JPS62151191A (ja) * 1985-09-09 1987-07-06 Kuraray Co Ltd Ｌ−フエニルアラニンの製法
DE3600274A1 (de) * 1986-01-08 1987-07-09 Basf Ag Verfahren zur selektiven regenerierung von mediatoren und katalysator dafuer
FR2644179B1 (fr) * 1989-03-13 1991-05-17 Elf Aquitaine Procede de regeneration par reduction electrochimique d'un cofacteur pyridinique
DE3823787C1 (da) * 1988-07-14 1989-05-24 Boehringer Ingelheim Kg, 6507 Ingelheim, De
US5538867A (en) * 1988-09-13 1996-07-23 Elf Aquitaine Process for the electrochemical regeneration of pyridine cofactors
DE4030488A1 (de) * 1990-09-26 1992-04-02 Mobitec Molecular Biolog Tech Verfahren zur wasserreinigung
JPH0593A (ja) * 1990-10-17 1993-01-08 Nippon Oil Co Ltd 光学活性３−メチルアジピン酸の製造方法
JPH0592A (ja) * 1990-10-19 1993-01-08 Nippon Oil Co Ltd 光学活性メチルコハク酸の製造方法
DE4205391A1 (de) * 1992-02-21 1993-08-26 Basf Ag Verfahren zur enzymatischen oxidation von (d)-2-hydroxycarbonsaeuren zu 2-ketocarbonsaeuren
WO1998012340A1 (en) * 1996-09-17 1998-03-26 Merck & Co., Inc. Process for bioreduction of bisaryl ketone to bisaryl alcohol
US5900368A (en) * 1996-09-17 1999-05-04 Merck & Co., Inc. Process for bioreduction of bisaryl ketone to bisaryl alcohol
DE10024314A1 (de) * 2000-05-17 2001-11-22 Basf Ag Verfahren, umfassend die indirekte elektrochemische Regeneration von NAD(P)H

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55500431A (da) * 1978-08-15 1980-07-17
DE3148366A1 (de) * 1980-12-10 1982-09-23 National Research Development Corp., London Bioelektrokatalytisches verfahren und bioelektrokatalytische elektrode

Also Published As

Publication number Publication date
FI76376C (fi) 1988-10-10
CA1202923A (en) 1986-04-08
EP0099517B1 (de) 1986-11-26
JPS5959192A (ja) 1984-04-04
ATE23879T1 (de) 1986-12-15
DE3226888A1 (de) 1984-01-19
DE3367935D1 (en) 1987-01-15
FI76376B (fi) 1988-06-30
FI832592A (fi) 1984-01-18
EP0099517A2 (de) 1984-02-01
US4464235A (en) 1984-08-07
DK327183D0 (da) 1983-07-15
DK159325C (da) 1991-03-11
DK327183A (da) 1984-01-18
FI832592A0 (fi) 1983-07-15
JPH0638751B2 (ja) 1994-05-25
EP0099517A3 (en) 1985-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lai et al. Anoxic metabolism and biochemical production in Pseudomonas putida F1 driven by a bioelectrochemical system
Förster et al. Electrode-assisted acetoin production in a metabolically engineered Escherichia coli strain
Sturm-Richter et al. Unbalanced fermentation of glycerol in Escherichia coli via heterologous production of an electron transport chain and electrode interaction in microbial electrochemical cells
Goldberg et al. Biocatalytic ketone reduction—a powerful tool for the production of chiral alcohols—part I: processes with isolated enzymes
Hollmann et al. [Cp∗ Rh (bpy)(H2O)] 2+: a versatile tool for efficient and non-enzymatic regeneration of nicotinamide and flavin coenzymes
US8334119B2 (en) Anaerobic fermentation of glycerol
DiCosimo et al. Enzyme-catalyzed organic synthesis: electrochemical regeneration of NAD (P) H from NAD (P) using methyl viologen and flavoenzymes
Ljungdahl The acetyl-CoA pathway and the chemiosmotic generation of ATP during acetogenesis
Han et al. NADH gene manipulation for advancing bioelectricity in Clostridium ljungdahlii microbial fuel cells
DK159325B (da) Fremgangsmaade til gennemfoerelse af elektromikrobiel reduktion
US8076035B2 (en) Fuel cell with sequential enzymatic reactions
Chen et al. Bioelectrochemical fixation of nitrogen to extracellular ammonium by Pseudomonas stutzeri
RU2324739C2 (ru) Способ получения 2,3-дигидроксифенильных производных (варианты)
Schmitz et al. Enzyme-based electrobiotechnological synthesis
Persson et al. Biofuel anode based on D-glucose dehydrogenase, nicotinamide adenine dinucleotide and a modified electrode
Luo et al. ATP production from electricity with a new-to-nature electrobiological module
Günther et al. Artificial electron carriers for preparative biocatalytic redox reactions forming reversibly carbon hydrogen bonds with enzymes present in strict or facultative anaerobes
Härtel et al. Sodium ion-dependent hydrogen production in Acidaminococcus fermentans
Schinschel et al. Preparation of pyruvate from (R)-lactate with Proteus species
Bader et al. Unconventional and effective methods for the regeneration of NAD (P) H in microorganisms or crude extracts of cells
Xu et al. Tuning redox potential of anthraquinone-2-sulfonate (AQS) by chemical modification to facilitate electron transfer from Electrodes in Shewanella oneidensis
Dawson et al. The protonmotive force and phosphorylation potential developed by whole cells of the methylotrophic bacterium Methylophilus methylotrophus
Van Ophem et al. Different types of formaldehyde-oxidizing dehydrogenases in Nocardia species 239: purification and characterization of an NAD-dependent aldehyde dehydrogenase
US20130209986A1 (en) Method for enhancing butyrate production by clostridium tyrobutyricum
KR101804208B1 (ko) 포름산 합성용 미생물 쉬와넬라 오네이덴시스 및 이를 이용하여 포름산을 합성하는 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PUP Patent expired