EP2978853A1 - Method for isomerisation of glucose - Google Patents

Method for isomerisation of glucose

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EP2978853A1
EP2978853A1 EP14714222.8A EP14714222A EP2978853A1 EP 2978853 A1 EP2978853 A1 EP 2978853A1 EP 14714222 A EP14714222 A EP 14714222A EP 2978853 A1 EP2978853 A1 EP 2978853A1
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EP
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fructose
reaction
glucose
reduced
oxidized
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EP14714222.8A
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Ortwin Ertl
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Annikki GmbH
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Abstract

Disclosed is a method for the isomerisation of glucose by reduction to sorbitol and subsequent oxidation into fructose, in which the redox cofactors NAD+/NADH and NADP+/NADPH are regenerated in a one-pot reaction, wherein one of the two redox cofactors is obtained in the reduced form thereof while the other redox cofactor is obtained in the oxidized form thereof as a result of at least two additional enzymatically catalysed redox reactions (product forming reactions) taking place in the same reaction batch, wherein (a) in the regeneration reaction, which transfers the reduced cofactor back into its originally oxidised form, oxygen or a compound of the general formula R1C(O)COOH is reduced, and (b) in the regeneration reaction, which transfers the oxidised cofactor back into its originally reduced form, a compound of the general formula R2CH(OH)R3 is oxidised, wherein R1, R2 und R3 have different meanings in the compounds, characterised in that a mixture of glucose and fructose is used as a starting material and by the use of fructose thus produced in a method for producing furan derivatives.

Description

Verfahren zur Isomerisierung von Glucose  Process for the isomerization of glucose
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isomerisierung von Glucose und zur Anreicherung von Fructose in einem Gemisch aus Fructose und Glucose. The present invention relates to a process for the isomerization of glucose and for the enrichment of fructose in a mixture of fructose and glucose.
D-Glucose liegt in großer Menge in verschiedensten Biopolymeren vor, welche Bestandteile von nachwachsenden Rohstoffen sind. Beispiele dafür sind Stärke (z.B. Maisstärke) oder Cellulose (z.B. aus lignocellulosischer Biomasse). D-glucose is present in large quantities in various biopolymers, which are components of renewable raw materials. Examples are starch (e.g., corn starch) or cellulose (e.g., lignocellulosic biomass).
Eine gängige Möglichkeit zur Umwandlung von D-Glucose zu D-Fructose erfolgt unter Verwendung einer geeigneten D-Glucoseisomerase, z.B. D-Xylose-Isomerase, die D- Glucose als Substrat akzeptiert. Solche Verfahren sind schon lange bekannt, z.B. aus US2950228 und auch für den industriellen Einsatz geeignet, wie etwa in US3616221 oder US3868304 beschrieben. A common way to convert D-glucose to D-fructose is by using a suitable D-glucose isomerase, e.g. D-xylose isomerase, which accepts D-glucose as a substrate. Such methods have been known for a long time, e.g. from US 2950228 and also suitable for industrial use, such as described in US3616221 or US3868304.
Ein Problem dabei ist, dass üblicherweise maximal ca. 42 % der D-Glucose zu D-Fructose umgewandelt werden können. Eine weitere Anreicherung von D-Fructose gegenüber D- Glucose kann durch Trennverfahren erreicht werden. Eine Möglichkeit dazu ist die A problem with this is that usually a maximum of about 42% of D-glucose can be converted to D-fructose. Further accumulation of D-fructose over D-glucose can be achieved by separation techniques. One possibility is the
Verwendung von chromatographischen Methoden, wie z.B. in US5221478 beschrieben. Für den Nahrungsmittelsektor wird dabei oft lediglich eine teilweise Anreicherung von D- Fructose angestrebt. Vor allem zur Produktion relativ reiner bis hoch reiner D-Fructose sind chromatographische Verfahren aber sehr aufwändig. Use of chromatographic methods, e.g. in US5221478. For the food sector, often only a partial enrichment of D-fructose is sought. Especially for the production of relatively pure to highly pure D-fructose chromatographic processes are very complex.
Neben der Verwendung von Isomerasen wurden in der Literatur auch enzymatische Redoxreaktionen an Kohlenhydraten beschrieben. In addition to the use of isomerases, enzymatic redox reactions on carbohydrates have also been described in the literature.
So wird beispielsweise in DE69839381 eine Sorbitoldehydrogenase beschrieben, die zur Umwandlung von D-Sorbitol zu L-Sorbose eingesetzt werden und bei der Herstellung von Ascorbinsäure Anwendung finden kann. In DE10247147 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem unter Verwendung von D-Mannitol- 2-Dehydro genäse D-Fructose zu D-Mannitol reduziert wird. For example, in DE69839381 a sorbitol dehydrogenase is described, which can be used for the conversion of D-sorbitol to L-sorbose and can be used in the production of ascorbic acid. DE10247147 describes a process in which D-fructose is reduced to D-mannitol using D-mannitol-2-dehydrogenated D-fructose.
In US4467033 ist die enzymatische Oxidation von L-Sorbitol zu L-Fructose beschrieben. US4467033 describes the enzymatic oxidation of L-sorbitol to L-fructose.
Beispiele für die Reduktion von D-Xylose zu Xylitol sind etwa in US20060035353 oder in Woodyer R. et al., FEBS J., 2005, Volume 272, p 3816- 3827 offengelegt. Examples of the reduction of D-xylose to xylitol are disclosed, for example, in US20060035353 or Woodyer R. et al., FEBS J., 2005, Volume 272, p 3816-3827.
Es wurde bereits gezeigt, dass geeignete Xylose-Reduktasen verwendet werden können, um D-Glucose zu D-Sorbitol zu reduzieren (z.B. Wang X. et al., Biotechnol. Lett, 2007, Volume 29, p 1409-1412). It has already been shown that suitable xylose reductases can be used to reduce D-glucose to D-sorbitol (e.g., Wang X. et al., Biotechnol. Lett, 2007, Volume 29, p 1409-1412).
Zucker-Redoxenzyme wie z.B. Sorbitol-Dehydrogenase werden auch für diagnostische Zwecke eingesetzt (z.B. DE60006330). Sugar redox enzymes, e.g. Sorbitol dehydrogenase is also used for diagnostic purposes (e.g., DE60006330).
Bei diesen Verfahren handelt es sich um einzelne Redoxreaktionen, bei denen zur These methods are single redox reactions in which the
Produktbildung jeweils entweder eine Reduktion oder eine Oxidation erfolgt. Product formation either takes place either a reduction or an oxidation.
Enzymkatalysierte Redoxreaktionen werden in industriellen Prozessen beispielsweise in der Herstellung von chiralen Alkoholen, α-Aminosäuren und α-Hydroxysäuren verwendet. Die bisher bekannten industriellen Prozesse verwenden in der Regel ein Redoxenzym zur Produktsynthese, sowie gegebenenfalls ein weiteres Enzym zur Kofaktor-Regenerierung. Davon zu unterscheiden sind Verfahren, bei denen zwei oder mehr an der Produktbildung beteiligte enzymatische Redoxreaktionen sowie die gegebenenfalls notwendigen Enzyme-catalyzed redox reactions are used in industrial processes, for example in the preparation of chiral alcohols, α-amino acids and α-hydroxy acids. The hitherto known industrial processes usually use a redox enzyme for product synthesis, and optionally another enzyme for cofactor regeneration. This should be distinguished from processes in which two or more involved in product formation enzymatic redox reactions and optionally necessary
enzymatischen Reaktionen zur Kofaktor-Regenerierung (zeitgleich oder sequentiell) in einem Reaktionsansatz durchgeführt werden, ohne dass ein Zwischenprodukt isoliert wird. In letzter Zeit haben solche enzymatischen Kaskadenreaktionen - hier als Ein-Topf- Reaktionen bezeichnet - signifikante Aufmerksamkeit erlangt, da sie effektiv enzymatic reactions for cofactor regeneration (simultaneously or sequentially) are carried out in a reaction mixture, without an intermediate product is isolated. Recently, such enzymatic cascade reactions - referred to herein as one-pot reactions - have received significant attention because they are effective
Betriebskosten, Betriebszeit und Umweltauswirkungen reduzieren. Zusätzlich ermöglichen enzymatische Kaskaden von Redoxreaktionen Transformationen, die durch klassische chemische Verfahren nicht einfach umzusetzen sind. So wurde ein Versuch beschrieben, die Deracemisierung von Racematen sekundärer Alkohole über ein prochirales Keton als Zwischenprodukt unter Verwendung eines EinTopf-Systems durchzuführen (J. Am. Chem. Soc, 2008, Volume 130, p. 13969-13972). Die Deracemisierung von sekundären Alkoholen wurde über zwei Alkoholdehydrogenasen (S- und R-spezifisch) mit unterschiedlicher Kofaktor-Spezifizität erreicht. Ein Nachteil des Verfahren ist die sehr geringe Konzentration des eingesetzten Substrats von 0,2-0,5%, was für industrielle Zwecke nicht geeignet ist. Reduce operating costs, uptime and environmental impact. In addition, enzymatic cascades of redox reactions allow for transformations that are not easily implemented by classical chemical methods. Thus, an attempt has been made to deracemize racemates of secondary alcohols via a prochiral ketone as an intermediate using a one-pot system (J. Am. Chem. Soc., 2008, volume 130, pp. 13969-13972). The deracemization of secondary alcohols was achieved by two alcohol dehydrogenases (S- and R-specific) with different cofactor specificity. A disadvantage of the method is the very low concentration of the substrate used of 0.2-0.5%, which is not suitable for industrial purposes.
Ein weiteres Ein-Topf-System wurde in WO 2009/121785 beschrieben, wobei ein Another one-pot system has been described in WO 2009/121785, wherein a
Stereoisomer eines optisch aktiven sekundären Alkohols zum Keton oxidiert und dann zum entsprechenden optischen Antipoden reduziert wurde und wobei zwei Stereoisomer of an optically active secondary alcohol was oxidized to the ketone and then reduced to the corresponding optical antipodes and wherein two
Alkoholdehydrogenasen mit entgegengesetzten Stereoselektivitäten und unterschiedlichen Kofaktor- Spezifitäten verwendet wurden. Die Kofaktoren wurde mittels eines sogenannten „Hydrid-Transfer-Systems" unter Verwendung nur eines zusätzlichen Enzyms regeneriert. Um die Kofaktoren zu regenerieren, wurden verschiedene Enzyme wie z.B. Alcohol dehydrogenases with opposite stereoselectivities and different cofactor specificities were used. The cofactors were regenerated by means of a so-called "hydride transfer system" using only one additional enzyme In order to regenerate the cofactors, various enzymes, e.g.
Formatdehydrogenase, Glucosedehydrogenase, Lactatdehydrogenase verwendet. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die geringe Konzentration der verwendeten Substrate. Formatdehydrogenase, glucose dehydrogenase, lactate dehydrogenase used. A disadvantage of this method is the low concentration of the substrates used.
Im Gegensatz dazu sind bereits viele einzelne enzymatische Redoxreaktionen bekannt. Ein Anwendungsbeispiel ist die Herstellung chiraler Hydroxyverbindungen ausgehend von entsprechenden prochiralen Keto Verbindungen. In diesen Verfahren wird der Kofaktor mittels eines zusätzlichen Enzyms regeneriert. Diesen Verfahren gemeinsam ist, dass sie eine isolierte Reduktionreaktion darstellen und NAD(P)H regenerieren (siehe z.B. In contrast, many individual enzymatic redox reactions are already known. An application example is the preparation of chiral hydroxy compounds starting from corresponding prochiral keto compounds. In these methods, the cofactor is regenerated by means of an additional enzyme. Common to these methods is that they represent an isolated reduction reaction and regenerate NAD (P) H (see, e.g.
EP1152054). EP1152054).
Weitere Beispiele einer enzymatischen Herstellung von chiralen, Further examples of an enzymatic preparation of chiral,
enantiomerenangereicherten, organischen Verbindungen, wie zum Beispiel Alkoholen oder Aminosäuren, wurden beschrieben (Organic Letters, 2003, Volume 5, p. 3649-3650; Enantiomerically enriched organic compounds such as alcohols or amino acids have been described (Organic Letters, 2003, Volume 5, pp. 3649-3650;
US7163815; Biochem. Eng. J., 2008, Volume 39(2) p. 319-327; EP1285962). In den Systemen wurde als Kofaktor-Regenerierungsenzym eine NAD(P)H-abhängige Oxidase aus Lactobacillus brevis oder Lactobacillus sanfranciscensis verwendet. Bei den Versuchen handelt es sich auch um Einzelreaktionen zur Produktbildung. Es entfallen bei den genannten einzeln ablaufenden Oxidations- oder Reduktionsreaktionen die Vorteile einer Ein-Topf-Reaktion, wie z.B. Wirtschaftlichkeit durch Zeit- und US7163815; Biochem. Closely. J., 2008, Volume 39 (2) p. 319-327; EP1285962). In the systems, the cofactor regeneration enzyme used was an NAD (P) H-dependent oxidase from Lactobacillus brevis or Lactobacillus sanfranciscensis. The experiments are also individual reactions for product formation. The advantages of a one-pot reaction, such as economy by time and energy, are eliminated in the case of the abovementioned individual oxidation or reduction reactions
Materialersparnis . Material savings.
Eine Isolierung von Fructose aus wässrigen Lösungen ist z.B. gemäß einer Methode, die in US4895601 oder US5047088 beschrieben ist, möglich. Isolation of fructose from aqueous solutions is e.g. according to a method described in US4895601 or US5047088.
Alle bis heute bekannten Prozesse weisen verschiedene Nachteile auf, beispielsweise geringe Anfangskonzentration des Substrates, niedrige Gesamtausbeuten. All known processes to date have various disadvantages, such as low initial concentration of the substrate, low overall yields.
Es wurde nun überraschenderweise eine Möglichkeit gefunden, eine höhere Anreichung von Fructose bei der Isomerisierung von Glucose zu Fructose zu erreichen. It has now surprisingly found a way to achieve a higher enrichment of fructose in the isomerization of glucose to fructose.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Isomerisierung von Glucose durch Reduktion zu Sorbitol und nachfolgende Oxidation zu Fructose zur In one aspect, the present invention provides a process for isomerizing glucose by reduction to sorbitol and subsequent oxidation to fructose
Verfügung, in dem die Redoxkofaktoren NAD+/NADH und NADP+/NADPH in einer EinTopf-Reaktion regeneriert werden, wobei als Resultat mindestens zweier weiterer im selben Reaktionsansatz ablaufender enzymatisch katalysierter Redoxreaktionen In which the redox cofactors NAD + / NADH and NADP + / NADPH are regenerated in a one-pot reaction, resulting in at least two further enzymatically catalyzed redox reactions occurring in the same reaction mixture
(Produktbildungsreaktionen) einer der beiden Redoxkofaktoren in seiner reduzierten Form anfällt und der jeweils andere in seiner oxidierten Form, wobei (Product formation reactions) of one of the two redox cofactors in its reduced form is obtained and the other in its oxidized form, wherein
a) bei der Regenerierungsreaktion, die den reduzierten Kofaktor wieder in seine a) in the regeneration reaction, the reduced cofactor back in his
ursprüngliche oxidierte Form überführt, Sauerstoff oder eine Verbindung der  original oxidized form, oxygen or a compound of the
allgemeinen Formel  general formula
worin Ri für eine geradkettige oder verzweigtkettige (C1-4)-Alkylgruppe oder für eine (C1-4)-Carboxyalkylgruppe steht, reduziert wird, und wherein Ri is a straight or branched chain (C 1 - 4) alkyl group or a (C 1 - 4) carboxyalkyl group, is reduced and
b) bei der Regenerierungsreaktion, die den oxidierten Kofaktor wieder in seine b) in the regeneration reaction, the oxidized cofactor in his
ursprüngliche reduzierte Form überführt, ein (C4-8)-Cycloalkanol oder eine Verbindung der allgemeinen Formel worin R2 und R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, (Ci-6)-Alkyl, worin Alkyl geradkettig oder verzweigt ist, (C2-6)-Alkenyl, worin Alkenyl geradkettig oder verzweigt ist und ein bis drei Doppelbindungen enthält, Aryl, insbesondere (C6-12)-Aryl, Carboxyl, oder (C1-4)-Carboxyalkyl, insbesondere auch Cycloalkyl, z.B. (C3-8)-Cycloalkyl, converted original reduced form, a (C 4 -8) -cycloalkanol or a compound of the general formula wherein R 2 and R 3 are independently selected from the group consisting of H, (Ci-6) alkyl, wherein alkyl is straight or branched, (C 2 -6) alkenyl, wherein alkenyl is straight or branched and a bis contains three double bonds, aryl, in particular (C 6 -C 12 ) -aryl, carboxyl, or (C 1 -C 4 ) -carboxyalkyl, in particular also cycloalkyl, for example (C 3 -C 8 ) -cycloalkyl,
oxidiert wird,  is oxidized,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass als Ausgangsmaterial eine Mischung aus Glucose und Fructose eingesetzt wird. which is characterized in that a mixture of glucose and fructose is used as starting material.
Ein Verfahren, das gemäß vorliegender Erfindung bereitgestellt wird, wird hierin auch als „Verfahren gemäß (nach) vorliegender Erfindung" bezeichnet. A method provided in accordance with the present invention is also referred to herein as a "method according to (the present invention)".
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß vorliegender Erfindung zur Verfügung, worin in a) eine Verbindung der allgemeinen Formel I, worin R eine substituierte oder unsubstituierte (C1-4)- Alkyl gruppe bedeutet, reduziert wird, und in b) eine Verbindung der allgemeinen Formel II, worin R2 und R unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus H, (C1-6)- Alkyl, worin Alkyl geradkettig oder verzweigtkettig ist, (C2-6)-Alkenyl, worin Alkenyl geradkettig oder verzweigtkettig ist und gegebenenfalls bis zu drei Doppelbindungen enthält, Cycloalkyl, insbesondere (C3-8)-Cycloalkyl, Aryl, insbesondere (C6-12)-Aryl, (C1-4)-Carboxyalkyl, falls es sich bei Verbindung I um Pyruvat handelt, gegebenenfalls auch Carboxyl, In a further aspect, the present invention provides a process according to the present invention, wherein in a) a compound of the general formula I in which R represents a substituted or unsubstituted (C 1-4 ) alkyl group is reduced, and in b ) A compound of general formula II, wherein R 2 and R are independently selected from the group consisting of H, (C 1-6 ) alkyl, wherein alkyl is straight or branched chain, (C 2 -6) alkenyl, wherein Alkenyl is straight or branched chain and optionally contains up to three double bonds, cycloalkyl, in particular (C 3 -8) -cycloalkyl, aryl, in particular (C 6 - 12 ) -aryl, (C 1 - 4 ) -carboxyalkyl, if it is at Compound I is pyruvate, optionally also carboxyl,
oxidiert wird. is oxidized.
In einem weiteren Aspekt sind in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung R2 und R unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, (C ö)- Alkyl, worin Alkyl geradkettig oder verzweigt ist, (C2-6)-Alkenyl, worin Alkenyl geradkettig oder verzweigt ist und ein bis drei Doppelbindungen enthält, Aryl, insbesondere (C6-12)-Aryl, Carboxyl, oder (C1-4)-Carboxyalkyl. In einem besonderen Aspekt läuft die Reaktion gemäß vorliegender Erfindung nach nachfolgendem, Reaktions Schema 1 ab: In a further aspect, in a process of the present invention, R 2 and R are independently selected from the group consisting of H, (C 6 ) alkyl, wherein alkyl is straight or branched, (C 2 -6) alkenyl, wherein alkenyl is straight or branched and contains from one to three double bonds, aryl, especially (C 6-12) aryl, carboxyl, or (C 1 - 4) carboxyalkyl. In a particular aspect, the reaction according to the present invention proceeds according to the following reaction scheme 1:
Reaktions Schema 1 Reaction Scheme 1
Alkohol Dehydrogenase  Alcohol dehydrogenase
Gegenüber dem Stand der Technik stellt ein Verfahren gemäß vorliegender Erfindung eine wesentliche Verbesserung von Verfahren dar, bei denen Verbindungen sowohl enzymatisch oxidiert als auch reduziert werden, da es damit ermöglicht wird, die nötigen Oxidations- und Reduktionsreaktionen sowie die zugehörigen Reaktionen zur Kofaktor-Regenerierung in einem Reaktionsansatz ablaufen zu lassen und gleichzeitig wesentlich höhere Compared to the prior art, a process according to the present invention represents a substantial improvement in processes in which compounds are both enzymatically oxidized and reduced, as this makes it possible to obtain the necessary oxidation and reduction reactions as well as the associated reactions for cofactor regeneration to run a reaction and at the same time much higher
Substratkonzentrationen einzusetzen als dies im Stand der Technik der Fall ist. Use substrate concentrations than is the case in the prior art.
In einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung werden die Kofaktoren NADH und NADPH eingesetzt. Dabei bezeichnet NAD+ die oxidierte Form und NADH die reduzierte Form von Nicotinamidadenindinucleotid während NADP+ die oxidierte Form und NADPH die reduzierte Form von Nicotinamidadenindinucleotidphosphat bezeichnen. In a method according to the invention the cofactors NADH and NADPH are used. NAD + denotes the oxidized form and NADH denotes the reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide while NADP + denotes the oxidized form and NADPH denotes the reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate.
Als„Oxidationsreaktion(en)" und„Reduktionsreaktion(en)" werden hier diejenigen enzymkatalysierten Redoxreaktionen bezeichnet, die nicht Teil der Kofaktor-Regenerierung sind und in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung an der Bildung des Produkts beteiligt sind.„Oxidationsreaktion(en)" und„Reduktionsreaktion(en)" sind unter dem Begriff„Produktbildungsreaktionen" zusammengefasst. Die Produktbildungsreaktionen in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung beinhalten jeweils mindestens eine Oxidationsreaktion sowie mindestens eine Reduktionsreaktion. Wird NAD+ als Kofaktor für die Oxidationsreaktion(en) verwendet so ist NADPH der Kofaktor für die Reduktionsreaktion(en). Wird NADP+ als Kofaktor für die As "oxidation reaction (s)" and "reduction reaction (s)" herein are meant those enzyme-catalyzed redox reactions which are not part of the cofactor regeneration and are involved in the formation of the product in a process of the present invention. and "reduction reaction (s)" are summarized by the term "product formation reactions." The product formation reactions in a process of the present invention each include at least one oxidation reaction and at least one reduction reaction. When NAD + is used as a cofactor for the oxidation reaction (s), NADPH is the cofactor for the reduction reaction (s). Will NADP + as a cofactor for the
Oxidationsreaktion(en) verwendet so ist NADH der Kofaktor für die Oxidation reaction (s) used so is NADH the cofactor for the
Reduktionsreaktion(en) . Reduction reaction (s).
In einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung können Oxidationsreaktion(en) und Reduktionsreaktion(en) entweder zeitlich parallel oder zeitlich nicht parallel, sondern nacheinander im selben Reaktionsansatz durchgeführt werden. In a process according to the present invention, oxidation reaction (s) and reduction reaction (s) can be carried out either parallel in time or not parallel in time, but successively in the same reaction batch.
Als Substrate werden hier diejenigen Verbindungen bezeichnet, die mit dem Ziel der Produktbildung eingesetzt werden. Als Kosubstrate werden hier diejenigen Verbindungen bezeichnet, die bei der Kofaktor-Regenerierung umgesetzt werden. Substrates here are those compounds which are used for the purpose of product formation. Kosubstrate here are those compounds that are implemented in the cofactor regeneration.
In einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung werden mehrere Substrate, nämlich Glucose und Sorbitol eingesetzt. Dabei erfolgen Reduktions- und/oder In a method according to the invention several substrates, namely glucose and sorbitol are used. There are reduction and / or
Oxidationsreaktion(en) am selben Substrat (Molekülgrundgerüst). Weiterhin finden in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung Reduktions- und Oxidationsreaktion an zwei verschiedenen funktionellen Gruppen, die sich jeweils an verschiedenen Stellen im Oxidation reaction (s) on the same substrate (molecular backbone). Furthermore, in a process according to the present invention, reduction and oxidation reactions take place on two different functional groups, each of which is located at different positions in the
Molekülgerüst befinden, statt. Molecular scaffold are in place.
Unter„Ein-Topf-Reaktion" wird hier ein Verfahren bezeichnet, bei dem zwei oder mehr an der Produktbildung beteiligte enzymatische Redoxreaktionen und zwei enzymatische Systeme zur Kofaktor-Regenerierung in einem Reaktionsansatz ablaufen, ohne dass ein Zwischenprodukt isoliert wird. By "one-pot reaction" herein is meant a process wherein two or more enzymatic redox reactions involved in product formation and two enzymatic systems for cofactor regeneration occur in a reaction batch without isolating an intermediate.
Die Nennung einer Säure oder des Salzes einer Säure schließt hier den jeweils nicht genannten Begriff ein. Ebenfalls schließt die Nennung von Säuren hier alle davon abgeleiteten Ester mit ein. Weiter sind hier (partiell) mit Schutzgruppen versehene The mention of an acid or the salt of an acid here includes the term not mentioned in each case. Also, the mention of acids here includes all esters derived therefrom. Next are here (partially) provided with protective groups
Verbindungen bei der Nennung der zugrundeliegenden Substanzen mit eingeschlossen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß vorliegender Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass Oxidationsreaktion und Compounds included in the naming of the underlying substances. In a preferred embodiment of the present invention, a process according to the present invention is characterized in that the oxidation reaction and
Reduktionsreaktion zeitlich parallel ablaufen. Reduction reaction take place in parallel in time.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß vorliegender Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Oxidationsreaktion als auch Reduktionsreaktion am selben Molekülgrundgerüst stattfinden. In a preferred embodiment of the present invention, a process according to the present invention is characterized in that both oxidation reaction and reduction reaction take place on the same molecular backbone.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß vorliegender Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindung der Formel II In a preferred embodiment of the present invention, a process according to the present invention is characterized in that as the compound of the formula II
(sekundärer Alkohol) 2-Propanol (Isopropylalkohol, IPA) (Kosubstrat) eingesetzt wird, welches mittels einer Alkoholdehydrogenase zu Aceton oxidiert wird, das heißt, dass bei der Regenerierungsreaktion, die den oxidierten Kofaktor NAD(P)+ wieder in seine ursprüngliche reduzierte Form NAD(P)H überführt mittels einer Alkoholdehydrogenase 2-Propanol zu Aceton oxidiert wird. (secondary alcohol) 2-propanol (isopropyl alcohol, IPA) (cosubstrate) is used, which is oxidized by means of an alcohol dehydrogenase to acetone, that is, in the regeneration reaction, the oxidized cofactor NAD (P) + back to its original reduced form NAD (P) H converted by means of an alcohol dehydrogenase 2-propanol is oxidized to acetone.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß vorliegender Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regenerierungsreaktion, die den reduzierten Kofaktor NAD(P)H wieder in seine ursprüngliche oxidierte Form NAD(P)+ überführt, mittels einer NADH Oxidase Sauerstoff zu Wasser reduziert wird. In a preferred embodiment of the present invention, a process according to the present invention is characterized in that in the regeneration reaction, which converts the reduced cofactor NAD (P) H back to its original oxidized form NAD (P) + , oxygen to water by means of an NADH oxidase is reduced.
Ein Verfahren gemäß vorliegender Erfindung wird bevorzugt in einem wässrigen System durchgeführt. A process according to the invention is preferably carried out in an aqueous system.
In einer besonderen Ausführungsform ist ein Verfahren gemäß vorliegender Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass Fructose als Substrat in einer Konzentration von mindestens 5% (w/v) und mehr, bevorzugt 7% (w/v) und mehr, insbesondere bevorzugt 9% (w/v) und mehr im Reaktionsansatz vorliegt/vorliegen, z.B. 5% (w/v) bis 20% (w/v), wie 5% (w/v) bis 15% (w/v), z.B. 5% (w/v) bis 12% (w/v), wie 5% (w/v) bis 10% (w/v). In einer besonderen Ausführungsform ist ein Verfahren gemäß vorliegender Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass bei den Produktbildungsreaktionen insgesamt ein Umsatz von >70 , insbesondere >90 erreicht wird. In a particular embodiment, a process according to the present invention is characterized in that fructose as substrate in a concentration of at least 5% (w / v) and more, preferably 7% (w / v) and more, particularly preferably 9% (w / v) and more in the reaction mixture, eg 5% (w / v) to 20% (w / v), such as 5% (w / v) to 15% (w / v), eg 5% (w / v). v) to 12% (w / v), such as 5% (w / v) to 10% (w / v). In a particular embodiment, a process according to the present invention is characterized in that a total of> 70, in particular> 90, conversion is achieved in the product formation reactions.
In einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung kann dem wässrigen System ein Puffer zugesetzt werden. Geeignete Puffer sind zum Beispiel Kaliumphosphat, Tris-HCl und Glycin mit einem pH- Wert von 5 bis 10, vorzugsweise von 6 bis 9. Weiters, oder alternativ können dem System Ionen zur Stabilisierung der Enzyme, wie zum Beispiel Mg2+ oder sonstige Zusätze, wie zum Beispiel Glycerin zugesetzt werden. Die Konzentration der zugesetzten Kofaktoren NAD(P)+ und NAD(P)H beträgt in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung üblicherweise zwischen 0,001 mM und 10 mM, vorzugsweise zwischen 0,01 mM und 1 mM. In a process of the present invention, a buffer may be added to the aqueous system. Suitable buffers include, for example, potassium phosphate, tris-HCl, and glycine, having a pH of from 5 to 10, preferably from 6 to 9. Further, the system may contain ions for stabilizing the enzymes, such as Mg 2+ or other additives , such as glycerol are added. The concentration of added cofactors NAD (P) + and NAD (P) H in a method of the present invention is usually between 0.001 mM and 10 mM, preferably between 0.01 mM and 1 mM.
Abhängig von den verwendeten Enzymen kann das Verfahren gemäß vorliegender Depending on the enzymes used, the method according to the present invention
Erfindung bei einer Temperatur von 10°C bis 70°C, vorzugsweise von 20°C bis 45°C durchgeführt werden. Invention at a temperature of 10 ° C to 70 ° C, preferably from 20 ° C to 45 ° C are performed.
Enzyme können in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung als solche, Enzymes can be used as such in a process according to the present invention,
gegebenenfalls in der Form von Zell-Lysaten, gegebenenfalls als rekombinant optionally in the form of cell lysates, optionally as recombinant
überexprimierte Proteine, beispielsweise als in E. coli rekombinant überexprimierte Proteine verwendet werden, wobei weiterhin bevorzugt die entsprechenden Zell-Lysate ohne weitere Aufreinigung eingesetzt werden können. Je nach dem zu produzierenden Enzym können auch andere Mikroorganismen zur Expression eingesetzt werden, z.B. Mikroorganismen, die dem Fachmann bekannt sind. Feste Bestandteile der jeweiligen Mikroorganismen können in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung entweder abgetrennt werden oder in der Reaktion mit eingesetzt werden (z.B. Ganzzell-Biokatalysatoren). Es können auch overexpressed proteins, for example, be used as in E. coli recombinantly overexpressed proteins, wherein furthermore preferably the corresponding cell lysates can be used without further purification. Depending on the enzyme to be produced, other microorganisms may also be used for expression, e.g. Microorganisms known to those skilled in the art. Solid components of the respective microorganisms can either be separated in a process of the present invention or used in the reaction (e.g., whole cell biocatalysts). It can too
Kulturüberstände oder Lysate von Mikroorganismen eingesetzt werden, die ohne Culture supernatants or lysates of microorganisms are used without
rekombinante DNA-Technologie bereits ausreichende Enzym- Aktivitäten aufweisen. In einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung können sowohl Enzyme als auch recombinant DNA technology already have sufficient enzyme activities. In a method according to the invention both enzymes and
Redoxkofaktoren entweder in löslicher Form oder an Feststoffe immobilisiert zum Einsatz kommen. Die Enzym-Einheit 1 U entspricht dabei derjenigen Enzymmenge, die benötigt wird, um 1 μιηοΐ Substrat pro min umzusetzen. Enzyme werden in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung bevorzugt als in E. coli rekombinant überexprimierte Proteine verwendet, wobei weiterhin bevorzugt die entsprechenden Zell-Lysate ohne weitere Aufreinigung eingesetzt werden. Redox cofactors are used either in soluble form or immobilized on solids. The enzyme unit 1 U corresponds to that amount of enzyme that is needed to implement 1 μιηοΐ substrate per min. Enzymes are preferably used in a method according to the present invention as in E. coli recombinantly overexpressed proteins, wherein furthermore preferably the corresponding cell lysates are used without further purification.
Als Enzyme kommen insbesondere solche Enzyme, die Glucose in Sorbitol, solche die Sorbitol in Fructose und solche die NADH oder NADPH reduzieren, bzw. solche die NAD+ oder NADP+ oxidieren können, in Frage. Particularly suitable enzymes are enzymes which can oxidize glucose in sorbitol, those which reduce sorbitol to fructose and those which reduce NADH or NADPH, or those which can oxidize NAD + or NADP + .
Enzyme, die Glucose in Sorbitol umsetzen können schließen z.B. Aldosereduktasen, wie Xylosereduktasen ein. Eine geeignete Xylosereduktase ist zum Beispiel erhältlich aus Candida tropicalis. Enzymes that can convert glucose to sorbitol include e.g. Aldose reductases, such as xylose reductases. For example, a suitable xylose reductase is available from Candida tropicalis.
Enzyme, die Sorbitol in Fructose umsetzen können schließen z.B. Enzymes that can convert sorbitol to fructose include e.g.
Sorbitoldehydrogenasen(Sorbitdehydrogenasen), ein. Geeignete Sorbitoldehydro genasen sind zum Beispiel erhältlich aus Schafsleber, Bacillus subtilis oder Malus domestica.  Sorbitol dehydrogenases (sorbitol dehydrogenases). Suitable sorbitol dehydrogenases are, for example, obtainable from sheep liver, Bacillus subtilis or malus domestica.
Aldosereduktasen oxidieren bei der Reduktion der Glucose gleichzeitig die Redoxfaktoren NAD(P)H zu NAD(P)+. Sorbitoldehydrogenasen reduzieren bei der Oxidation des Sorbitols gleichzeitig die Redoxkofaktoren NAD(P)+zu NAD(P)H. Aldose reductases simultaneously oxidize the redox factors NAD (P) H to NAD (P) + in the reduction of glucose. Sorbitol dehydrogenases simultaneously reduce the redox cofactors NAD (P) + to NAD (P) H in the oxidation of sorbitol.
Zur Regenerierung der Redoxkofaktoren NAD(P)H , bzw. NAD(P)+ kommen For the regeneration of the redox cofactors NAD (P) H, or NAD (P) + come
Dehydrogenasen, wie Alkoholdehydrogenasen, Laktatdehydrogenasen, oder Oxidasen, insbesondere NAD(P)H Oxidasen in Betracht. Dehydrogenases, such as alcohol dehydrogenases, lactate dehydrogenases, or oxidases, in particular NAD (P) H oxidases into consideration.
Geeignete Alkoholdehydrogenasen sind zum Beispiel erhältlich aus Lactobacillus kefir. Geeignete Laktatdehydrogenasen sind zum Beispiel erhältlich aus Oryctolagus cuniculus. Geeignete NADH Oxidasen sind zum Beispiel erhältlich aus Leuconostoc mesenteroides, Streptococcus mutans, Clostridium aminovalericum.  Suitable alcohol dehydrogenases are obtainable, for example, from Lactobacillus kefir. Suitable lactate dehydrogenases are available, for example, from Oryctolagus cuniculus. Suitable NADH oxidases are available, for example, from Leuconostoc mesenteroides, Streptococcus mutans, Clostridium aminovalericum.
Als Ausgangsmaterial in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung dient eine Mischung aus Glucose und Fructose, vorzugsweise D-Glucose und D-Fructose. Eine solche Mischung kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann Glucose als Startmaterial eingesetzt und teilweise zu Fructose isomerisiert werden. Die Isomerisierung kann dabei durch bekannte Methoden erfolgen, beispielweise unter Einsatz von homogener Säure-Katalyse Ionenaustauscherharzen, oder enzymatisch, etwa mit Hilfe einer, z.B. immobilisierten, Isomerase, wie einer Glucose- Isomerase, beispielsweise Xylose-Isomerase aus Streptomyces murinus. The starting material in a process according to the invention is a mixture of glucose and fructose, preferably D-glucose and D-fructose. Such a mixture can be prepared in various ways. For example, glucose can be used as starting material and partially isomerized to fructose. The isomerization can be carried out by known methods, for example using homogeneous acid-catalyzed ion exchange resins, or enzymatically, for example with the aid of an immobilized isomerase such as a glucose isomerase, for example xylose isomerase from Streptomyces murinus.
Bevorzugt wird eine Mischung aus Glucose und Fructose aus Glucose unter Einsatz einer immobilisierten Glucose-Isomerase hergestellt. Preferably, a mixture of glucose and fructose is prepared from glucose using an immobilized glucose isomerase.
Bei der Isomerisierung der Glucose handelt es sich um Gleichgewichtsreaktionen, wobei das chemische Gleichgewicht zwischen Glucose und Fructose bei der enzymatischen Reaktion temperaturabhängig ist. Bisher konnte als maximaler Literaturwert je nach Quelle 55% bis 58,9% Fructose in der Mischung gefunden werden. Im optimierten technischen Prozess wird allerdings aufgrund einer geringeren Enzymmenge und kürzerer Reaktionszeiten momentan mit einem Wert von ca. 42% gearbeitet. Höhere Werte werden können bisher nur mit höheren Temperaturen erreicht werden. Es sind allerdings auch Isomerisierungen in 90% Aceton beschreiben. Dabei kann eine Fructose-Umwandlung von bis zu 60% erreicht werden. Die dafür benötigten Enzyme sind aber unter diesen Reaktionsbedingungen nicht sehr stabil. The isomerization of glucose is an equilibrium reaction whereby the chemical equilibrium between glucose and fructose is temperature-dependent in the enzymatic reaction. So far, 55% to 58.9% fructose could be found in the mixture as the maximum literature value depending on the source. In the optimized technical process, however, currently works with a value of about 42% due to a smaller amount of enzyme and shorter reaction times. Higher values can be achieved so far only with higher temperatures. However, it is also describes isomerization in 90% acetone. In this case, a fructose conversion of up to 60% can be achieved. However, the enzymes required for this are not very stable under these reaction conditions.
Demgegenüber können die beiden Redoxreaktionen zur Umwandlung von Fructose über Sorbitol zu Glucose gemäß vorliegender Erfindung durch geeignete Kofaktor- Recyclingsysteme sehr weit in Richtung Produkte getrieben werden. In contrast, the two redox reactions for the conversion of fructose via sorbitol to glucose according to the present invention can be driven very far towards products by suitable cofactor recycling systems.
Als Ausgangsmischung in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung wird bevorzugt eine Mischung eingesetzt, in der der Anteil der Fructose bis zu 55 Gew-% beträgt, beispielsweise 10 Gew-% bis 55 Gew-%, wie 20 Gew-% bis 50 Gew-%, z.B. 23 Gew-% bis 45 Gew-%, etwa 25 Gew-% bis 43 Gew-%. The starting mixture used in a process according to the invention is preferably a mixture in which the proportion of fructose is up to 55% by weight, for example 10% by weight to 55% by weight, such as 20% by weight to 50% by weight. eg 23% by weight to 45% by weight, about 25% by weight to 43% by weight.
Es hat sich gezeigt, dass in der Stufe a) in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung, nämlich der Umsetzung von Glucose in Sorbitol, mindestens 80% der vorhandenen Glucose zu Sorbitol reduziert werden können, z.B. mindestens 90%, insbesondere mindestens 95%. Beispielsweise können 80% bis 99,99%, wie 90% bis 99,95%, z.B. 95% bis 99,9% der in der Ausgangsmischung vorhandenen Glucose umgesetzt werden. It has been found that in step a) in a process according to the present invention, namely the conversion of glucose into sorbitol, at least 80% of the glucose present can be reduced to sorbitol, for example at least 90%, in particular at least 95%. For example, 80% to 99.99%, such as 90% to 99.95%, eg 95% to 99.9% of the glucose present in the starting mixture can be reacted.
Es hat sich weiterhin herausgestellt, dass nach Durchführung der Stufe b) in einem It has also been found that after performing stage b) in one
Verfahren gemäß vorliegender Erfindung, nämlich nach der Umsetzung von Sorbitol zu Fructose, ein Gesamtanteil der Fructose an allen Zuckern in der Mischung von mindestens 70%, 80%, 90%, 95% oder sogar bis zu 99,9% erreicht werden kann, beispielweise kann ein Gesamtanteil der Fructose an allen Zuckern in der Mischung von 60% bis 99,99%, z.B. 70% bis 99,95 %, wie 80% bis 99,9%, 90% bis 99,8%, ja sogar 95% bis 99,5% erhalten werden. Dazu kann beispielsweise eine Mischung, die aus einer Stufe b) in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung erhalten wurde, und in der die Fructose beispielweise bereits auf 60% angereichert ist, erneut in ein Verfahren gemäß vorliegender Erfindung eingesetzt werden. Process according to the present invention, namely after the conversion of sorbitol to fructose, a total content of fructose in all sugars in the mixture of at least 70%, 80%, 90%, 95% or even up to 99.9% can be achieved, for example For example, a total content of fructose on all sugars in the mixture can range from 60% to 99.99%, eg 70% to 99.95%, such as 80% to 99.9%, 90% to 99.8%, even 95% to 99.5%. For this purpose, for example, a mixture which has been obtained from a stage b) in a process according to the present invention, and in which the fructose is already enriched for example to 60%, be reused in a process according to the present invention.
Fructose hat eine höhere Süßkraft als Glucose und vor allem in den USA wird ein Süßstoff enzymatisch aus Maisstärke, praktisch reiner Glucose, hergestellt der eine Mischung aus Glucose und Fructose darstellt. Solche Glucose-Fructose Mischungen schließen Fructose has a higher sweetening power than glucose, and especially in the US, a sweetener is produced enzymatically from corn starch, practically pure glucose, which is a mixture of glucose and fructose. Include such glucose-fructose mixtures
beispielsweise Glucose-Fructose-Sirup (High Fructose Com Syrup - HFCS) ein. Maissirup wird z.B. bei deutschen Lebensmitteln auf der Zutatenliste ab einem Gehalt von 5 % For example, glucose fructose syrup (HFCS). Corn syrup is e.g. with German foods on the list of ingredients from a content of 5%
Fructose als Glucose-Fructose-Sirup deklariert und als Zuckerkonzentrat verwendet. Enthält der Sirup einen Fructoseanteil von mehr als 50 %, wird er dann entsprechend als„Fructose- Glucose-Sirup" bezeichnet. Declared fructose as glucose-fructose syrup and used as a sugar concentrate. If the syrup contains more than 50% fructose, it will be referred to as fructose-glucose syrup.
Mit Hilfe eines Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung kann in solchen Glucose- Fructose-Sirupen ohne aufwändigen Trennungsverfahren beispielsweise ein gewünschter Fructose Gehalt von 60% und mehr eingestellt werden. By means of a process according to the present invention, for example, a desired fructose content of 60% and more can be set in such glucose-fructose syrups without complicated separation processes.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung zur Herstellung von Fructose-Glucose-Sirup mit einem gewünschten Fructose Gehalt, insbesondere von 60% und mehr, zur Verfügung. Die D-Fructose, die gemäß Stufe a) der vorliegenden Erfindung gewonnen werden kann, kann, z.B. mit Hilfe einer Kristallisation, isoliert werden. In a further aspect, the present invention provides the use of a method of the invention for producing fructose-glucose syrup having a desired fructose content, in particular of 60% and more. The D-fructose which can be obtained according to step a) of the present invention can be isolated, for example by means of crystallization.
Ein Material, das einen hohen Anteil von D-Fructose am Gesamt-Zuckergehalt aufweist, stellt beispielsweise ein geeignetes Ausgangsmaterial zur weiteren Umwandlung in For example, a material having a high content of D-fructose in the total sugar content provides a suitable starting material for further conversion
Furanderivate dar Furan derivatives
Die Umsetzung der D-Fructose zu Furanderivaten in Stufe B) gemäß vorliegender Erfindung kann nach einer geeigneten Methode erfolgen, z.B. nach einer üblichen Methode, oder wie hierin beschrieben. The reaction of the D-fructose into furan derivatives in step B) according to the present invention can be carried out by a suitable method, e.g. by a conventional method or as described herein.
Fructose, die gemäß einem Verfahren nach vorliegender Erfindung hergestellt ist, kann weiter zu Furanderivaten umgesetzt werden. Fructose prepared according to a method of the present invention may be further converted to furan derivatives.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von Furanderivaten aus einer Mischung aus Glucose und Fructose zur Verfügung, das dadurch gekennzeichnet, dass In a further aspect, the present invention provides a process for obtaining furan derivatives from a mixture of glucose and fructose, characterized in that
A) eine Mischung aus Glucose und Fructose in einem enzymatischen Verfahren unter  A) a mixture of glucose and fructose in an enzymatic process below
Verwendung und Regenerierung von Redoxkofaktoren in Fructose übergeführt wird, wobei als Resultat mindestens zweier weiterer im selben Reaktionsansatz ablaufender enzymatisch katalysierter Redoxreaktionen einer der beiden Redoxkofaktoren in seiner reduzierten Form anfällt und der jeweils andere in seiner oxidierten Form, wobei D- Glucose unter Beteiligung von zwei oder mehr Oxidoreduktasen in D-Fructose übergeführt wird, und  Use and regeneration of redox cofactors is converted into fructose, resulting as a result of at least two further running in the same reaction reaction enzymatically catalyzed redox reactions of one of the two redox cofactors in its reduced form and the other in its oxidized form, wherein D-glucose with the participation of two or more oxidoreductases is converted to D-fructose, and
B) die in A) erhaltene Fructose zu Furanderivaten umgesetzt wird.  B) the fructose obtained in A) is converted into furan derivatives.
Ein Verfahren zur Gewinnung von Furanderivaten aus einer Mischung aus Glucose und Fructose, das gemäß vorliegender Erfindung zur Verfügung gestellt wird, wird hierin auch als„Furanverfahren gemäß (nach) vorliegender Erfindung" bezeichnet. A process for obtaining furan derivatives from a mixture of glucose and fructose provided in accordance with the present invention is also referred to herein as a "furan process according to (the present invention)".
Gemäß üblicher Methoden kann die Umsetzung der D-Fructose zu Furanderivaten in einem Furanverfahren gemäß vorliegender Erfindung in Gegenwart eines Katalysators, z.B. eines sauren Katalysators, wie einer anorganischen Säure, organische Säure, z. B. Oxalsäure, eines Zeolith (H-Form), von Übergangsmetallionen, eines heterogen gelösten Metallphosphats, eines stark sauren Kationenaustauschers, erfolgen. According to conventional methods, the reaction of the D-fructose into furan derivatives in a furan process according to the present invention in the presence of a catalyst, eg acidic catalyst, such as an inorganic acid, organic acid, e.g. Example, oxalic acid, a zeolite (H-form), transition metal ions, a heterogeneously dissolved metal phosphate, a strong acid cation exchanger, take place.
Als Lösungsmittel in einem Furanverfahren gemäß vorliegender Erfindung kann Wasser oder ein organisches Lösungsmittel Verwendung finden, z.B. Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimethylformamid (DMF), N-Methylpyrrolidon; bevorzugt erfolgt die Umsetzung der D- Fructose zu Furanderivaten in Stufe B) gemäß vorliegender Erfindung in Gegenwart eines sauren Katalysators und in Gegenwart von N-Methyl-pyrrolidon (N-Methyl-2-pyrrolidon, NMP) der Formel As the solvent in a furan process of the present invention, water or an organic solvent may be used, e.g. Dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), N-methylpyrrolidone; Preferably, the reaction of the D-fructose to furan derivatives in step B) according to the present invention in the presence of an acidic catalyst and in the presence of N-methyl-pyrrolidone (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP) of the formula
Die Umsetzung der D-Fructose zu Furanderivaten in Stufe B) in einem Furanverfahren gemäß vorliegender Erfindung kann entweder als Batch-Prozess oder als kontinuierlicher Prozess durchgeführt werden; in einer bevorzugten Ausführungsform wird die Stufe B) gemäß vorliegender Erfindung unter Mikrowellen-Erhitzung durchgeführt. The conversion of the D-fructose into furan derivatives in step B) in a furan process according to the present invention can be carried out either as a batch process or as a continuous process; in a preferred embodiment, the step B) according to the present invention is carried out under microwave heating.
Besondere Ausführungsformen des Furanverfahrens nach vorliegender Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umsetzung von D-Fructose zu Furanderivaten N- Methyl-2-pyrrolidon (NMP) entweder als Reaktions-Lösungsmittel, oder als Co- Lösungsmittel, nämlich als Beimischung zu einem anderen Lösungsmittel, verwendet wird. Particular embodiments of the furan process according to the present invention are characterized in that in the reaction of D-fructose to furan derivatives N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) either as a reaction solvent, or as cosolvent, namely as an admixture with another solvent , is used.
In einer besonderen Ausführungsform eines Furanerfahrens gemäß vorliegender Erfindung wird in Stufe b) NMP als (Co)-Lösungsmittel, z.B. als Reaktionslösungsmittel oder als Beimischung zu einem anderen Lösungsmittel, verwendet. In a particular embodiment of a furan process according to the present invention, in step b) NMP is used as (co) solvent, e.g. as a reaction solvent or as an admixture to another solvent.
In einem Furanverfahren gemäß vorliegender Erfindung kann, wenn NMP als Lösungsmittel eingesetzt wird, NMP als einziges Lösungsmittel eingesetzt werden, oder NMP wird zusammen mit einem Co-Lösungsmittel verwendet, wobei im Falle der Verwendung eines Co-Lösungsmittels eine NMP-Konzentration von bis zu 70% (v/v), beispielsweise bis zu 60% (v/v) bezogen auf die Gesamtlösungsmittelmenge eingesetzt werden kann. Als Co- Lösungsmittel kommen z.B. Wasser oder organische Lösungsmittel, z.B. solche, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, wie Ν,Ν-Dimethylsulfoxid (DMSO) oder N,N- Dimethylformamid (DMF) in Betracht. In a furan process according to the present invention, when NMP is used as a solvent, NMP can be used as the sole solvent, or NMP is used together with a co-solvent, and in the case of using a co-solvent, an NMP concentration of up to 70 % (v / v), for example up to 60% (v / v) based on the total amount of solvent can be used. Suitable co-solvents include, for example, water or organic solvents, for example those known from the prior art, such as Ν, Ν-dimethylsulfoxide (DMSO) or N, N-dimethylformamide (DMF).
In einem Furanverfahren gemäß Stufe B) der vorliegenden Erfindung kann die D-Fructose in einer Menge von bis zu 40% (w/v) eingesetzt werden und wird im allgemeinen in einer Menge von 5 bis 20% eingesetzt, obwohl die Reaktion auch in niedrigerer Konzentration abläuft, beispielsweise in einer D-Fructose Konzentration von (etwa) 1% (w/v). Der Minimalwert ist dabei eher durch die Wirtschaftlichkeit und nicht chemisch definiert. In a furan process according to step B) of the present invention, the D-fructose can be used in an amount of up to 40% (w / v) and is generally used in an amount of 5 to 20%, although the reaction also in lower Concentration occurs, for example, in a D-fructose concentration of (about) 1% (w / v). The minimum value is rather defined by the economy and not chemically.
Saure Katalysatoren in Stufe B) in einem Furanverfahren nach vorliegender Erfindung schließen übliche saure Katalysatoren, die bei der Umwandlung von Fructose in Acidic catalysts in step B) in a furan process of the present invention include conventional acidic catalysts useful in the conversion of fructose into
Furanderivate eingesetzt werden können, ein. Bevorzugt ist der Katalysator eine Br0nsted- Säure. Furan derivatives can be used. Preferably, the catalyst is a Brønsted acid.
Dabei können homogene Säurekatalysatoren, z.B. Schwefelsäure oder Salzsäure, oder heterogene Säurekatalysatoren, beispielsweise Kationenaustauscherharze wie  Homogeneous acid catalysts, e.g. Sulfuric acid or hydrochloric acid, or heterogeneous acid catalysts, such as cation exchange resins such
Montmorillonite, bevorzugt Montmorillonit KSF® oder Amberlite, z.B. Amberlite®, bevorzugt Amberlite 15®, verwendet werden. Außerdem können in einem Verfahren nach vorliegender Erfindung Lewis-Säure-Katalysatoren, wie CrCl2, A1C13, Si02-MgCl2 oder ein SILP(silica supported ionic eingesetzt werden. Im Allgemeinen liefern diese jedoch nicht so gute Ergebnisse, wie die oben genannten Katalysatoren. Montmorillonite, preferably montmorillonite KSF® or amberlite, eg Amberlite®, preferably Amberlite 15®. In addition, in a process of the present invention, Lewis acid catalysts such as CrCl 2 , AlCl 3 , SiO 2 -MgCl 2 or a SILP (silica supported ionic be used. In general, however, these do not give as good results as the catalysts mentioned above.
In einem weiteren Aspekt ist ein Furanverfahren nach vorliegender Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umsetzung von D-Fructose zu Furanderivaten in Stufe B) als saurer Katalysator In a further aspect, a furan process according to the present invention is characterized in that in the reaction of D-fructose to furan derivatives in step B) as an acidic catalyst
ein homogener Säurekatalysator, bevorzugt Schwefelsäure oder Salzsäure;  a homogeneous acid catalyst, preferably sulfuric acid or hydrochloric acid;
ein heterogener Säurekatalysator, bevorzugt ein Ionenaustauscher, z.B. ein  a heterogeneous acid catalyst, preferably an ion exchanger, e.g. one
Montmorillonit, wie Montmorillonit KSF® oder ein Amberlit, wie Amberlite®, bevorzugt Amberlite 15®  Montmorillonite, such as montmorillonite KSF® or an amberlite, such as Amberlite®, preferably Amberlite 15®
ein Lewis-Säurekatalysator wie z.B. CrCl2, AICI3 oder Si02-MgCl2 a Lewis acid catalyst such as CrCl 2 , AICI 3 or Si0 2 -MgCl 2
ein SILP-Katalysator, bevorzugt ein homogener oder heterogener Säurekatalysator, a SILP catalyst, preferably a homogeneous or heterogeneous acid catalyst,
eingesetzt wird. is used.
Die Menge eines benötigten Katalysators in Stufe B) kann der Fachmann problemlos durch einfache Vorversuche herausfinden. Die Menge hängt dabei von der Art des verwendeten Katalysators ab. The amount of a required catalyst in stage B) can be easily found out by a person skilled in the art by simple preliminary experiments. The amount depends on the type of catalyst used.
Beispielhaft sind nachfolgend Katalysator- Mengen bezogen auf die eingesetzte Fructose- Menge angegeben, insbesondere für den Fall, dass NMP als Lösungsmittel verwendet wird: By way of example, amounts of catalyst based on the amount of fructose used are given below, especially in the case where NMP is used as solvent:
Katalysator Menge Catalyst amount
IN HCl 20 bis 200% (v/w)  IN HCl 20 to 200% (v / w)
HCl (37%) 2 bis 25% (v/w)  HCl (37%) 2 to 25% (v / w)
IN H2S04 20 bis 200% (v/w) IN H 2 S0 4 20 to 200% (v / w)
H2SO4 conc 2 bis 25% (v/w) H 2 SO 4 conc 2 to 25% (v / w)
Montmorillonite KSF® 1 bis 50% (w/w)  Montmorillonite KSF® 1 to 50% (w / w)
Amberlite 15® 1 bis 50% (w/w)  Amberlite 15® 1 to 50% (w / w)
CrCl2, AICI3 1 bis 20% (w/w) CrCl 2 , AICI3 1 to 20% (w / w)
Si02-MgCl2 20 bis 200% (w/w) Si0 2 -MgCl 2 20 to 200% (w / w)
SILP 10-200% (w/w)  SILP 10-200% (w / w)
Dabei sind bei einer Konzentration von etwa 10% (w/v) D-Fructose die angegebenen Werte unproblematisch, bei höheren Fructose-Konzentrationen ist die Menge der Katalysatoren so zu begrenzen, dass die Fructose in der verbleibenden Lösungsmittelmenge noch gelöst werden kann. At a concentration of about 10% (w / v) D-fructose, the values given are unproblematic; at higher fructose concentrations, the amount of the catalysts must be limited so that the fructose can still be dissolved in the remaining amount of solvent.
Das Furan verfahren in Stufe B) gemäß vorliegender Erfindung wird bei geeigneten The furan process in step B) according to the present invention is suitable
Temperaturen durchgeführt. Geeignete Temperaturen schließen, insbesondere wenn NMP als Lösungsmittel verwendet wird, Temperaturen von 100 bis 220°C, bevorzugt von 115 bis 200°C, insbesondere bevorzugt 135 bis 185°C ein. Die Reaktionen in Stufe B) unter Verwendung von NMP als Lösungsmittel wurden experimentell durchgehend in geschlossenen Gefäßen (Batch, Mikrowelle) durchgeführt, ohne aktive Druckkontrolle. Aus den Mikrowellenläufen kann man als Maximaldruck bei NMP etwa 2-4 bar ansetzen, stark abhängig von den Additiven. Wird z.B. HCl als Temperatures performed. Suitable temperatures include, in particular when NMP is used as solvent, temperatures of 100 to 220 ° C, preferably from 115 to 200 ° C, particularly preferably 135 to 185 ° C. The reactions in step B) using NMP as solvent were carried out experimentally throughout in closed vessels (batch, microwave) without active pressure control. From the microwave runs can be set as maximum pressure at NMP about 2-4 bar, highly dependent on the additives. For example, HCl as
Katalysator eingesetzt, so steigt der entstehende Druck auf bis zu 15 bar an. Im Catalyst used, the resulting pressure rises to up to 15 bar. in the
kontinuierlichen Betrieb wurde ein konstanter Rückdruck zur Vermeidung des Siedens des Lösemittels, etwa bis zu 40 bar angelegt. Druck entsteht entweder als Dampfdruck von Lösungsmittel(n) oder Additiven oder es wird ein systembedingter (Pump-)Druck angelegt. Für den Reaktionsmechanismus erscheint der Druck aber nicht entscheidend. Continuous operation was a constant back pressure to avoid boiling of the solvent, applied up to about 40 bar. Pressure arises either as vapor pressure of solvent (s) or additives or systemic (pump) pressure is applied. For the reaction mechanism, the pressure does not seem crucial.
Es hat sich herausgestellt, dass das hauptsächlich entstehende Furanderivat in einem It has been found that the major resulting furan derivative in one
Furanverfahren gemäß vorliegender Erfindung Hydroxymethylfurfural (HMF) der Formel Furan process according to the present invention hydroxymethylfurfural (HMF) of the formula
Hydroxymethylfurfural (HMF)  Hydroxymethylfurfural (HMF)
ist. is.
In einem weiteren Aspekt ist ein Furanverfahren gemäß vorliegender Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Furanderivat Hydroxymethylfurfural ist. In a further aspect, a furan process according to the present invention is characterized in that the furan derivative is hydroxymethylfurfural.
In einem Furanverfahren nach vorliegender Erfindung soll unter„HMF-Selektivität" jener Anteil der verbrauchten D-Fructose verstanden werden, der zu HMF umgesetzt wird. In a furan process according to the present invention, "HMF selectivity" is understood to mean that fraction of the consumed D-fructose which is converted to HMF.
Furanderivate, die mit einem Furanverfahren nach vorliegender Erfindung hergestellt werden, können entweder direkt verwendet werden oder in weiteren chemischen Reaktionen zu Folgeprodukten umgesetzt werden. Beispielsweise kann Hydroxymethylfurfural weiter zu 2,5-Furandicarbonsäure (FDCA) der Formel Furan derivatives prepared by a furan process according to the present invention can either be used directly or converted into secondary products in further chemical reactions. For example, hydroxymethylfurfural can be further converted to 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) of the formula
2,5-Furandicarbonsäure (FDCA) oxidiert werden. FDCA eignet sich bekanntlich als Monomer zur Herstellung von Polymeren wie zum Beispiel Polyethylenfuranoat (PEF), das ähnlich eingesetzt werden kann wie Polyethylenterephthalat (PET), zum Beispiel für Hohlkörper, insbesondere Flaschen wie z.B. Getränke-Flaschen, Flaschen für Kosmetika oder Flaschen für Reinigungsmittel. Bei gleichzeitiger Verwendung von Ethylenglycol aus regenerativen Quellen und FDCA, welches zugänglich ist aus HMF, hergestellt in einem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung, kann PEF gewonnen werden, das praktisch vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen besteht.  2,5-furandicarboxylic acid (FDCA). It is known that FDCA is useful as a monomer for the preparation of polymers such as polyethylene furanoate (PEF), which can be used similarly to polyethylene terephthalate (PET), for example for hollow articles, especially bottles such as e.g. Beverage bottles, bottles for cosmetics or bottles for detergents. With simultaneous use of ethylene glycol from regenerative sources and FDCA, which is accessible from HMF produced in a process according to the present invention, PEF can be obtained which consists almost entirely of renewable resources.
In einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass hergestellte Furanderivate weiter umgesetzt werden, z.B. dass Hydroxymethylfurfural weiter zu 2,5-Furandicarbonsäure oxidiert wird, das gegebenenfalls einer Polymerisation In a further aspect, the present invention is characterized in that furan derivatives prepared are further reacted, e.g. that hydroxymethylfurfural is further oxidized to 2,5-furandicarboxylic acid, optionally polymerized
unterworfen wird, z.B. zur Herstellung von Polymeren, wie etwa Polyethylenfuranoat (PEF) eingesetzt wird. is used, for example, for the production of polymers, such as polyethylene furanoate (PEF) is used.
Beispiel 1 example 1
Herstellung von Fructose aus Glucose-Fructose-Sirup durch Glucose-Isomerase gefolgt vom einem zweistufigen Redoxprozess  Production of fructose from glucose-fructose syrup by glucose isomerase followed by a two step redox process
750 mg D-Glucose wurden in 50 mM Tris-Puffer (pH = 8.0 bei 25°C) zu einem  750 mg of D-glucose were added to 50 mM Tris buffer (pH = 8.0 at 25 ° C.)
Gesamtvolumen von 5 ml gelöst. Zu der Mischung wurden 250 mg immobilisierte Glucose- Isomerase aus Streptomyces murinus (Sigma-Aldrich, Novozymes Sweetzyme IT®) zugegeben und die Suspension bei 50°C für 6 h vorsichtig geschüttelt. Es wurde hierbei ca. 33 % der Glucose zu Fructose umgesetzt. Die Glucose-Isomerase wurde durch Total volume of 5 ml dissolved. To the mixture was added 250 mg of immobilized glucose isomerase from Streptomyces murinus (Sigma-Aldrich, Novozymes Sweetzyme IT®) and the suspension gently shaken at 50 ° C for 6 hours. In this case, about 33% of the glucose was converted to fructose. The glucose isomerase was passed through
Zentrifugation (5000 g, 1 min) entfernt. Anschließend wurden in einem 2 ml Glasgefäß 400 μΐ der Lösung mit 10 μΐ Tris-HCl (0,5 M, pH = 8.0), 20 μΐ Xylose-Reduktase aus Candida tropicalis (überexprimiert in E. coli BL21 (DE3), 280 U/ml), 30 μΐ Alkohol- Dehydrogenase aus Lactobacillus kefir (überexprimiert in E. coli BL21 (DE3), 130 U/ml) sowie 35 μΐ 2-Propanol versetzt. Die Reaktion wurde in einem offenen System durchgeführt, wobei das Glasgefäß für 24 h bei 40°C geschüttelt wurde (Eppendorf Thermomix®, 850 rpm). Durch das offene System wird die Verdampfung des Reaktionsprodukts Aceton ermöglicht, was die Reaktion in Richtung Sorbitol-Bildung treibt. Folgende Centrifugation (5000 g, 1 min) away. 400 μl of the solution with 10 μl of Tris-HCl (0.5 M, pH = 8.0), 20 μl of Candida tropicalis xylose reductase (overexpressed in E. coli BL21 (DE3), 280 U / in a 2 ml glass vessel. ml), 30 μΐ alcohol dehydrogenase from Lactobacillus kefir (overexpressed in E. coli BL21 (DE3), 130 U / ml) and 35 μΐ 2-propanol. The reaction was carried out in an open system with the glass jar shaken for 24 h at 40 ° C (Eppendorf Thermomix®, 850 rpm). The open system allows for the evaporation of the reaction product acetone, which drives the reaction towards sorbitol formation. The following
Nachdosierungen wurden vorgenommen: 15 μΐ 2-Propanol nach 4 h, 25 μΐ 2-Propanol nach 18 h sowie 50 μΐ Wasser nach 18 h. Es wurde 98,5 % der noch vorhandenen Glucose zu Sorbitol umgesetzt. Die Mischung enthielt insgesamt ca. 71 % Sorbitol, 28 % Fructose und 1 % Glucose. In einem weiteren Reaktionsschritt wurden 60 μΐ NADH-Oxidase aus Post-dosing was carried out: 15 μΐ 2-propanol after 4 h, 25 μΐ 2-propanol after 18 h and 50 μΐ water after 18 h. 98.5% of the remaining glucose was converted to sorbitol. The mixture contained a total of about 71% sorbitol, 28% fructose and 1% glucose. In a further reaction step, 60 μM NADH oxidase was precipitated
Leuconostoc mesenteroides (überexprimiert in E. coli BL21 (DE3), 350 U/ml) und 40 μΐ Sorbitol-Dehydrogenase aus Bacillus subtilis (überexprimiert in E. coli BL21 (DE3), 50 U/ml) zugegeben. Die Reaktion fand wieder in einem offenen System statt, um die Sauerstoff- Versorgung für die NADH-Oxidase Reaktion zu gewährleisten. Das Leuconostoc mesenteroides (overexpressed in E. coli BL21 (DE3), 350 U / ml) and 40 μΐ sorbitol dehydrogenase from Bacillus subtilis (overexpressed in E. coli BL21 (DE3), 50 U / ml). The reaction took place again in an open system to ensure the supply of oxygen for the NADH oxidase reaction. The
Reaktionsgefäß wurde für 48 h bei 25°C geschüttelt (Eppendorf Thermomix®, 850 rpm). Es wurde eine Mischung aus 60 % D-Fructose, 35,2 % D-Sorbitol und 4,7 % D-Glucose erhalten. The reaction vessel was shaken for 48 h at 25 ° C (Eppendorf Thermomix®, 850 rpm). A mixture of 60% D-fructose, 35.2% D-sorbitol and 4.7% D-glucose was obtained.
Beispiel 2 Example 2
Materialien und Methoden für die Umsetzung von D-Fructose zu Furanderivaten  Materials and Methods for Converting D-Fructose into Furan Derivatives
Es wurden Dehydratationsreaktionen von D-Fructose zu HMF unter verschiedenen  There have been dehydration reactions of D-fructose to HMF among various
Reaktionsbedingungen durchgeführt, wahlweise als Standard-B atch-Prozess, unter Mikrowellen-assistierter Erhitzung oder mittels "continuous flow"-Bedingungen. Reaction conditions carried out, optionally as a standard B atch process, under Microwave assisted heating or continuous flow conditions.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass NMP als Lösungsmittel bei der Reaktion im Vergleich zu bisher bekannten Systemen in Kombination mit homogenen oder heterogenen Katalysatoren sowohl im Mikrowellen-assistierten-Verfahren als auch unter "continuous flow"-Bedingungen höhere Umsätze liefert. Surprisingly, it has been found that NMP as the solvent in the reaction compared to previously known systems in combination with homogeneous or heterogeneous catalysts provides higher conversions both in the microwave assisted process and under "continuous flow" conditions.
Synthese von SiÖ2-MgCl2 Synthesis of SiO 2 -MgCl 2
Si02-MgCl2 wurde hergestellt in Anlehnung an eine Vorschrift von Yasuda et al. (Yasuda, M.; Nakamura, Y.; Matsumoto, J.; Yokoi, H. Shiragami, T. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2011, 84, 416-418). Si0 2 -MgCl 2 was prepared in accordance with a protocol of Yasuda et al. (Yasuda, M., Nakamura, Y., Matsumoto, J .; Yokoi, H. Shiragami, T. Bull. Chem. Soc. Jpn., 2011, 84, 416-418).
Synthese von SILPs Synthesis of SILPs
Der SILP Katalysator wurde entsprechend bekannter Vorschriften (Fu, S.-K.; Liu, S.-T. Synth. Commun. 2006, 36, 2059-2067) unter Verwendung von N-Methylimidazol hergestellt. Zur Immobilisierung wurde die erhaltene ionische Flüssigkeit mit 200 Gew.- Silica-Gel in trockenem Chloroform (100 mL pro 10 g Si02) vermischt und 24 h auf 70 °C erhitzt. Der erhaltene Feststoff wurde abfiltriert, mit Chloroform gewaschen und unter reduziertem Druck getrocknet. Das erhaltene Silica-Gel wies eine Beladung von ca. 16 Gew.- an Katalysator auf. The SILP catalyst was prepared according to known procedures (Fu, S.K., Liu, S.-T.Synth.Commun., 2006, 36, 2059-2067) using N-methylimidazole. For immobilization, the resulting ionic liquid was mixed with 200% by weight silica gel in dry chloroform (100 ml per 10 g Si0 2 ) and heated to 70 ° C. for 24 h. The resulting solid was filtered off, washed with chloroform and dried under reduced pressure. The resulting silica gel had a loading of about 16% by weight of catalyst.
Allgemeine Bedingungen Batch Reaktionen General conditions Batch reactions
Falls nicht anders beschrieben wurden alle Batch-Reaktionen im 4 mL Schraubdeckelglas durchgeführt. Die Erwärmung wurde in geeigneten Aluminiumblöcken bis zur gewünschten Temperatur durchgeführt.  Unless otherwise stated, all batch reactions were carried out in 4 mL screw cap glass. The heating was carried out in suitable aluminum blocks to the desired temperature.
Mikrowellenreaktionen im Batch-V erfahren Microwave reactions in batch V experienced
Mikrowellen-Reaktionen wurden im Batch- Verfahren an einer Biotage-Initiator Sixty laboratory Mikrowelle durchgeführt, die mit einem Autosampier ausgerüstet war, um sequentielle Reaktionsführungen zu ermöglichen. Das Absorptionslevel wurde auf  Microwave reactions were performed in batch on a Biotage initiator Sixty laboratory microwave equipped with an autosampler to allow sequential reactions. The absorption level was on
Maximalwert eingestellt, wodurch die maximale Energiezufuhr automatisch auf 400 W geregelt wurde. Stopped flow Mikrowellenreaktionen und continuous-flow Reaktionen Maximum value is set, whereby the maximum energy supply was automatically regulated to 400 W. Stopped flow microwave reactions and continuous-flow reactions
Stopped flow Reaktionen zur Optimierung einer semi-kontinuierlichen Prozessführung wurden an einem an einem CEM® Discover System mit CEM® Voyager Upgrade und mittels externem Drucksensor durchgeführt. Für Reaktionen in kontinuierlicher Stopped flow Reactions to optimize semi-continuous process control were performed on a CEM® Discover System with CEM® Voyager Upgrade and external pressure sensor. For reactions in continuous
Prozessführung wurde ein kartuschenbasiertes Reaktor System X-Cube von ThalesNano®, ausgerüstet mit einem Gilson® GX-271 Autosampier zur automatischen Produktsammlung, verwendet. Zwei Quarzsand Kartuschen (CatCart®, 70 x 4 mm) wurden hierbei als The process was conducted using a ThalesNano® X-Cube cartridge-based reactor equipped with a Gilson® GX-271 auto-sampler auto-sampler. Two quartz sand cartridges (CatCart®, 70 x 4 mm) were used as
Reaktionszone eingebaut. Reaction zone installed.
Alternativ wurde eine Perfluoralkoxyalkan-Kapillare eingesetzt (PFA-Kapillare, 0.8 mm Innendurchmesser, 1.6 mm Außendurchmesser), welche um einen beheizbaren  Alternatively, a Perfluoralkoxyalkan capillary was used (PFA capillary, 0.8 mm inner diameter, 1.6 mm outer diameter), which is a heated
Aluminiumzylinder gewickelt wurde. Die Substrate wurden mittels einer Shimadzu LC- 10AD HPLC Pumpe in der gewünschten Flussrate zugegeben. Exakte Volumina (Säule 16,0 mL; Totvolumen vor und nach der Säule jeweils 1,0 mL) wurden bestimmt, in dem definierte Flussraten des reinen Lösungsmittels mit einer Digitalstoppuhr verfolgt wurden. Aluminum cylinder was wound. The substrates were added using a Shimadzu LC-10AD HPLC pump at the desired flow rate. Exact volumes (column 16.0 mL, dead volume before and after the column, 1.0 mL each) were determined by monitoring defined flow rates of the pure solvent with a digital stopwatch.
Analyse der Reaktionen zur Umsetzung von D-Fructose zu Furanderivaten Analysis of reactions to convert D-fructose into furan derivatives
Zur quantitativen HPLC- Analyse wurden Proben der Reaktionssamples (22 μL· falls nicht anders angegeben) mit entionisiertem Wasser auf 1 mL verdünnt. Bei Reaktionsproben, die eine unterschiedliche Konzentration aufwiesen, wurde die Verdünnung so angepasst, dass die maximale Konzentration 2 mg/ml nicht überschritt. For quantitative HPLC analysis, samples of the reaction samples (22 μL unless otherwise stated) were diluted to 1 mL with deionized water. For reaction samples that had a different concentration, the dilution was adjusted so that the maximum concentration did not exceed 2 mg / ml.
Zu dieser Lösung wurden 100 μΐ^ 3-Hydroxybenzylalkohol als interner Standard 100 μΐ ^ 3-hydroxybenzyl alcohol as an internal standard was added to this solution
hinzugegeben, woraufhin die Probe gründlich durchmischt wurde. Feste Rückstände wurden mittels Zentrifugieren (5 min, 20000 G) oder Filtration (Phenex PTFE, 4 mm, 0.2 μιη) abgetrennt. Quantifizierung erfolgte ausgehend von den Flächen der Peaks im RI-Spektrum im Vergleich zum internen Standard. was added, whereupon the sample was thoroughly mixed. Solid residues were separated by centrifugation (5 min, 20000 G) or filtration (Phenex PTFE, 4 mm, 0.2 μιη). Quantification was done from the areas of peaks in the RI spectrum compared to the internal standard.
Die Proben wurden mittels HPLC an einem Thermo Scientific® Surveyor Plus System oder einem Shimadzu® Nexera System jeweils ausgestattet mit PDA Plus- und RI Detektor analysiert. Für die Trennung wurde als stationäre Phase eine Ionenauschlusssäule von Phenomenex® (Rezex RHM-Monosaccharide H+ (8%), 150 x 7.8 mm, aufgebaut aus quervernetzter Matrix von sulfoniertem Styrol und Divinylbenzol, H+-Form) und ein Samples were analyzed by HPLC on a Thermo Scientific® Surveyor Plus System or a Shimadzu® Nexera System equipped with PDA Plus and RI Detectors. For the separation, the stationary phase used was an ion exchange column from Phenomenex® (Rezex RHM monosaccharides H + (8%), 150 × 7.8 mm, composed of crosslinked matrix of sulfonated styrene and divinylbenzene, H + form) and
Laufmittelgemisch aus Wasser (HPLC-grade) und 0,1 % TFA (HPLC-grade) als Eluent verwendet. Die Säulentemperatur wurde konstant und auf 85 °C gehalten, wobei die Laufzeit auf 25 Minuten optimiert wurde. Produktquantifizierung wurde anhand eines internen Standards durch Integration des RI-Signals durchgeführt. Mittels PDA wurden zusätzlich die Wellenlängen 200 nm, 254 nm und 280 nm zur weiteren Reaktionsanalyse aufgezeichnet. Eluent mixture of water (HPLC-grade) and 0.1% TFA (HPLC-grade) used. The column temperature was kept constant and at 85 ° C, with the running time was optimized to 25 minutes. Product quantification was performed using an internal standard through integration of the RI signal. Using PDA, the wavelengths 200 nm, 254 nm and 280 nm were additionally recorded for further reaction analysis.
GP1 - D-Fructose-Dehydratisierung im Batch- 'erfahren GP1 - D-Fructose Dehydration in Batch 'Experienced
In einer Standardreaktion zur Reaktionsoptimierung wurden 100 mg D-Fructose (0,56 mmol) und der jeweilige Katalysator in der gewünschten Menge in ein Glasvial gegeben und mit 1 mL frisch destilliertem NMP versetzt. Die erhaltenen Lösung/Suspension wurde auf die gewählte Temperatur erhitzt und für die gewünschte Zeit reagieren gelassen.  In a standard reaction to optimize the reaction, 100 mg of D-fructose (0.56 mmol) and the respective catalyst were added in the desired amount in a glass vial and mixed with 1 mL of freshly distilled NMP. The resulting solution / suspension was heated to the chosen temperature and allowed to react for the desired time.
GP2 - D-Fructose-Dehydratisierung im Mikrowellen-Batch- 'erfahren GP2 - D-Fructose Dehydration in Microwave Batch '
In einer Standardreaktion zur Reaktionsoptimierung wurden 100 mg D-Fructose (0,56 mmol) und der jeweilige Katalysator in der gewünschten Menge in ein Mikrowellen-Gefäß (0,5 - 2,0 mL) gegeben. Das Gefäß wurde mit einem Rührmagneten ausgestattet und mit 1 mL NMP aufgefüllt. Die Strahlungsintensität der Mikrowelle wurde von einem In a standard reaction optimization reaction, 100 mg of D-fructose (0.56 mmol) and the appropriate catalyst in the desired amount were placed in a microwave vessel (0.5-2.0 mL). The vessel was equipped with a stirring magnet and filled up with 1 mL NMP. The radiation intensity of the microwave was from a
firmeneigenen Regulationsalgorithmus automatisch eingestellt, um die gewünschte Company-internal regulation algorithm automatically adjusted to the desired
Temperatur zu erreichen. Eine schnelle Kühlung des Reaktionsgefäßes wurde mittels eingeblasener Druckluft von mindestens 6 bar realisiert. Reach temperature. A rapid cooling of the reaction vessel was realized by means of injected compressed air of at least 6 bar.
GP3 - D-Fructose-Dehydratisierung im Mikrowellen stopped flow Verfahren GP3 - D-fructose dehydration in the microwave stopped flow method
In einer Standardreaktion zur Reaktionsoptimierung wurden eine D-Fructose Standardlösung (1 mL; c = 100 mg/mL in NMP) und Salzsäure (100 μί; c = 1 mol/L) in ein In a standard reaction optimization reaction, a standard D-fructose solution (1 mL, c = 100 mg / mL in NMP) and hydrochloric acid (100 μί, c = 1 mol / L) were added
Mikrowellengefäß gefüllt und mit einem Rührmagneten versehen. Nach Versiegelung des Vials mittels Snap-Cap wurde die Lösung für die gewünschte Zeit auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Um eine schnellstmögliche Erwärmung herbeizuführen wurde die zugeführte Energie entsprechend der nachfolgenden Tabelle 1 eingestellt. Microwave vessel filled and provided with a stirring magnet. After sealing the vial by snap-cap, the solution was heated to the desired temperature for the desired time. In order to bring about the fastest possible heating, the energy supplied was set as shown in Table 1 below.
Tabelle 1 Table 1
Leistungseinstellung der Mikrowelle und zugehörige Temperaturen Power setting of the microwave and associated temperatures
Temperatur Leistungseinstellung Temperatur Leistungseinstellung Temperature Power setting Temperature Power setting
100°C 50 W 180°C 125 W  100 ° C 50 W 180 ° C 125 W
125°C 65 W 200°C 140 W Temperatur Leistungseinstellung Temperatur Leistungseinstellung125 ° C 65 W 200 ° C 140 W Temperature Power setting Temperature Power setting
150°C 100 w 220°C 160 W 150 ° C 100 W 220 ° C 160 W
Eine schnelle Kühlung des Reaktionsgefäßes wurde mittels eingeblasener Druckluft von mindestens 6 bar realisiert. A rapid cooling of the reaction vessel was realized by means of injected compressed air of at least 6 bar.
GP4 - D-Fructose-Dehydratisierung im Kartuschen-basierten Reaktor sy stein GP4 - D-fructose dehydration in the cartridge-based reactor sy stein
In einer Standardreaktion zur Reaktionsoptimierung wurde eine D-Fructose Standardlösung (1 mL; c = 100 mg/mL in NMP) mit Salzsäure (c = 1 mol/L) gemischt und durch eine Reagenzpumpe in das Reaktions System gepumpt. Während des Aufheizprozesses wurden mehrere Vorproben entnommen, um eine stabile Temperatur und eine stabile Flussrate zu überwachen. Als Reaktionstemperatur wurden 150°C, 180°C und 200°C gewählt, wobei der Reaktionsdruck auf 40 bar reguliert wurde. Hierfür wurden Flussraten zwischen 0,2 und 0,6 ml/min gewählt. Reaktionsproben wurden in 2,5 mL Mengen aufgefangen und analysiert. In a standard reaction optimization reaction, a D-fructose standard solution (1 mL, c = 100 mg / mL in NMP) was mixed with hydrochloric acid (c = 1 mol / L) and pumped through a reagent pump into the reaction system. During the heating process several preliminary samples were taken to monitor a stable temperature and a stable flow rate. The reaction temperature selected was 150 ° C., 180 ° C. and 200 ° C., the reaction pressure being regulated to 40 bar. For this, flow rates between 0.2 and 0.6 ml / min were chosen. Reaction samples were collected in 2.5 mL quantities and analyzed.
Beispiel 3 Example 3
Verwendung von Schwefelsäure als Katalysator zur Dehydratisierung von D-Fructose Use of sulfuric acid as catalyst for dehydration of D-fructose
Es wurden verschiedene Temperaturen, Reaktionszeiten und Säurekonzentrationen verglichen. Die Reaktionen wurden nach„GP1" (Beispiel 4) durchgeführt. Als Katalysator wurde entweder 100 μΐ 1 N Schwefelsäure oder 10 μΐ konzentrierte Schwefelsäure verwendet. In Tabelle 1 sind die Ergebnisse zusammengefasst. Different temperatures, reaction times and acid concentrations were compared. The reactions were carried out according to "GP1" (Example 4) The catalyst used was either 100 μL of 1N sulfuric acid or 10 μL of concentrated sulfuric acid. Table 1 summarizes the results.
Tabelle 1 Table 1
Schwefelsäure als Katalysator zur Dehydratisierung von D-Fructose  Sulfuric acid as a catalyst for dehydration of D-fructose
ReaktionsFructose- HMF HMF LS Reaction Fructose- HMF HMF LS
Katalysator Temperatur Catalyst temperature
zeit Verbrauch Ausbeute Selektivität Ausbeute time consumption yield selectivity yield
IN H2S04 100°C 3 h 69% 45% 65% < 1%IN H 2 S0 4 100 ° C 3 h 69% 45% 65% <1%
IN H2S04 120°C 4 h 95% 77% 81% < 1%IN H 2 S0 4 120 ° C 4 h 95% 77% 81% <1%
IN H2S04 150°C 15 min 98% 88% 90% < 1%IN H 2 S0 4 150 ° C 15 min 98% 88% 90% <1%
IN H2S04 180°C 10 min 100% 85% 85% < 1%IN H 2 S0 4 180 ° C 10 min 100% 85% 85% <1%
H2S04 conc. 120°C 45 min 98% 85% 90% < 1%H 2 S0 4 conc. 120 ° C 45 min 98% 85% 90% <1%
H2S04 conc. 150°C 10 min 100% 90% 90% < 1% ReaktionsFructose- HMF HMF LSH 2 S0 4 conc. 150 ° C 10 min 100% 90% 90% <1% Reaction Fructose- HMF HMF LS
Katalysator Temperatur Catalyst temperature
zeit Verbrauch Ausbeute Selektivität Ausbeute time consumption yield selectivity yield
H2SO4 conc. 180°C 5 min 100% 82% 82% < 1% H 2 SO 4 conc. 180 ° C 5 min 100% 82% 82% <1%
Die Bildung schwarzer unlöslicher Polymere und Humine wurde unter den verwendeten optimalen Bedingungen nicht beobachtet. The formation of black insoluble polymers and humins was not observed under the optimum conditions used.
Beispiel 4 Example 4
Verwendung von Schwefelsäure zur Katalyse der Umsetzung von D-Fructose zu  Use of sulfuric acid to catalyze the reaction of D-fructose
Furanderivaten (kontinuierlicher Prozess)  Furan derivatives (continuous process)
D-Fructose (10 % w/v) und konzentrierte Schwefelsäure (1 % v/v) wurden in N-Methyl-2- pyrrolidon gelöst. Die Mischung wurde mittels einer PFA-Kapillare unter kontinuierlichem Fluss durch den Reaktor gepumpt (Reaktionstemperatur 150°C). Nachdem die ersten 18 ml verworfen wurden, wurden weitere 10 ml zur Analyse gesammelt. Durch eine Reihe von Flussraten wurde der Effekt unterschiedlicher Verweilzeiten im Reaktor getestet (Tabelle 10).  D-fructose (10% w / v) and concentrated sulfuric acid (1% v / v) were dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. The mixture was pumped through the reactor with continuous flow through a PFA capillary (reaction temperature 150 ° C). After discarding the first 18 ml, an additional 10 ml was collected for analysis. Through a series of flow rates, the effect of different residence times in the reactor was tested (Table 10).
Tabelle 10 Table 10
Schwefelsäure zur Katalyse der Umsetzung von D-Fructose zu Furanderivaten  Sulfuric acid to catalyze the conversion of D-fructose to furan derivatives
(kontinuierlicher Prozess)  (continuous process)
Unter den untersuchten Bedingungen wurde keine Bildung von schwarzen unlöslichen Polymeren und Huminen beobachtet. Under the conditions studied, no formation of black insoluble polymers and humins was observed.
Beispiel 5 Example 5
Verwendung von Amberlite 15® als Katalysator zur Dehydratisierung von D-Fructose Use of Amberlite 15® as a catalyst for the dehydration of D-fructose
Dieses Beispiel zeigt die Verwendung eines starken Ionenaustauschers mit Sulfonsäureresten basieren auf einem makro vernetzen Harz. 100 mg D-Fructose wurde in Gegenwart von 1 ml N-Methyl-2-pyrrolidon 3 h bei 100°C unter Rühren inkubiert (Vorschrift„GPl, Beispiel 2). Dabei wurde Amberlite 15® als Katalysator zugegeben. In Tabelle 2 ist das Ergebnis dieses Experiments gezeigt. Bei der relativ niedrigen Temperatur konnte eine hohe Ausbeute erreicht werden. Die Bildung von teerartigen Verbindungen wurde vermieden. This example demonstrates the use of a strong ion exchanger with sulfonic acid residues based on a macro-crosslinked resin. 100 mg of D-fructose was added in the presence of 1 ml N-methyl-2-pyrrolidone incubated for 3 h at 100 ° C with stirring (rule "GPl, Example 2). Amberlite 15® was added as a catalyst. Table 2 shows the result of this experiment. At the relatively low temperature, a high yield could be achieved. The formation of tarry compounds was avoided.
Tabelle 2 Table 2
Amberlite 15® als Katalysator zur Dehydratisierung von D-Fructose Amberlite 15® as a catalyst for the dehydration of D-fructose
Menge ReaktionsFructose- HMF HMF LS Quantity of reaction fructose HMF HMF LS
Temp.  Temp.
Katalysator zeit Verbrauch Ausbeute Selektivität Ausbeute Catalyst time Consumption Yield Selectivity Yield
10 mg 100°C 3 h 70% 50% 71% < 1%  10 mg 100 ° C 3 h 70% 50% 71% <1%

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Verfahren zur Isomerisierung von Glucose durch Reduktion zu Sorbitol und 1. Process for the isomerization of glucose by reduction to sorbitol and
nachfolgende Oxidation zu Fructose, in dem die Redoxkofaktoren NAD+/NADH und NADP+/NADPH in einer Ein-Topf-Reaktion regeneriert werden, wobei als Resultat mindestens zweier weiterer im selben Reaktionsansatz ablaufender enzymatisch katalysierter Redoxreaktionen (Produktbildungsreaktionen) einer der beiden subsequent oxidation to fructose, in which the redox cofactors NAD + /NADH and NADP + /NADPH are regenerated in a one-pot reaction, with one of the two being the result of at least two further enzymatically catalyzed redox reactions (product formation reactions) taking place in the same reaction mixture
Redoxkofaktoren in seiner reduzierten Form anfällt und der jeweils andere in seiner oxidierten Form, wobei Redox cofactors occur in their reduced form and the other in their oxidized form, whereby
a) bei der Regenerierungsreaktion, die den reduzierten Kofaktor wieder in seine a) in the regeneration reaction, which returns the reduced cofactor to its
ursprüngliche oxidierte Form überführt, Sauerstoff oder eine Verbindung der allgemeinen Formel original oxidized form, oxygen or a compound of the general formula
worin Ri für eine geradkettige oder verzweigtkettige (C1-4)-Alkylgruppe oder für eine (C1-4)-Carboxyalkylgruppe steht, reduziert wird, und where Ri represents a straight-chain or branched-chain (C 1 -4) alkyl group or a (C 1 -4) carboxyalkyl group, is reduced, and
b) bei der Regenerierungsreaktion, die den oxidierten Kofaktor wieder in seine b) in the regeneration reaction, which returns the oxidized cofactor to its
ursprüngliche reduzierte Form überführt, ein (C4-8)-Cycloalkanol oder eine original reduced form, a (C4-8)-cycloalkanol or a
Verbindung der allgemeinen Formel worin R2 und R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, (C1-ö)-Alkyl, worin Alkyl geradkettig oder verzweigt ist, (C2-6)- Alkenyl, worin Alkenyl geradkettig oder verzweigt ist und ein bis drei Doppelbindungen enthält, Aryl, insbesondere (C6-12)-Aryl, Carboxyl, oder (C1-4)-Carboxyalkyl, insbesondere auch Cycloalkyl, z.B. (C3-8)Cycloalkyl, Compound of general formula wherein R 2 and R 3 are independently selected from the group consisting of H, (C 1 -ö)-alkyl, in which alkyl is straight-chain or branched, (C 2 - 6 )-alkenyl, in which alkenyl is straight-chain or branched and a contains up to three double bonds, aryl, in particular (C 6 - 12 )-aryl, carboxyl, or (C 1 - 4 )-carboxyalkyl, in particular also cycloalkyl, for example (C 3 - 8 )cycloalkyl,
oxidiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial eine Mischung aus Glucose und Fructose eingesetzt wird. is oxidized, characterized in that a mixture of glucose and fructose is used as the starting material.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin in a) eine Verbindung der allgemeinen Formel I, worin R eine substituierte oder unsubstituierte (C1_4)-Alkylgruppe bedeutet, reduziert wird, und in b) eine Verbindung der allgemeinen Formel II, worin R2 und R3 unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus H, (C1-ö)-Alkyl, worin Alkyl geradkettig oder verzweigtkettig ist, (C2-6)-Alkenyl, worin Alkenyl geradkettig oder verzweigtkettig ist und gegebenenfalls bis zu drei Doppelbindungen enthält, Cycloalkyl, insbesondere C3-8 Cycloalkyl, Aryl, insbesondere (C6-i2)-Aryl, (C1-4)-Carboxyalkyl, falls es sich bei Verbindung I um Pyruvat handelt, gegebenenfalls auch Carboxyl, 2. The method according to claim 1, wherein in a) a compound of the general formula I, in which R represents a substituted or unsubstituted (C 1 -4) alkyl group, is reduced, and in b) a compound of the general formula II, in which R 2 and R 3 are independently selected from the group consisting of H, (C 1 - ö )-alkyl, in which alkyl is straight-chain or branched, (C 2 -6)-alkenyl, in which alkenyl is straight-chain or branched, and optionally up to three contains double bonds, cycloalkyl, in particular C 3 -8 cycloalkyl, aryl, in particular (C 6 -i 2 )-aryl, (C 1 - 4 )-carboxyalkyl, if compound I is pyruvate, optionally also carboxyl,
oxidiert wird. is oxidized.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin in b) eine Verbindung der Formel II, worin R2 und R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, (Ci-Cö)- Alkyl, worin Alkyl geradkettig oder verzweigt ist, (C2-6)- Alkenyl, worin Alkenyl geradkettig oder verzweigt ist und ein bis drei Doppelbindungen enthält, Aryl, insbesondere (C6-i2)-Aryl, Carboxyl, oder (C1-4)-Carboxyalkyl. 3. The method according to any one of claims 1 or 2, wherein in b) a compound of the formula II, in which R 2 and R 3 are independently selected from the group consisting of H, (Ci-C ö )-alkyl, in which alkyl is straight-chain or branched, (C 2 -6)-alkenyl, in which alkenyl is straight-chain or branched and contains one to three double bonds, aryl, in particular (C 6 -i 2 )-aryl, carboxyl, or (C 1 - 4 )-carboxyalkyl .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion nach nachfolgendem Reaktionsschema 1 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the reaction is carried out according to the following reaction scheme 1
o o e y rogenase abläuft. ooey roenase expires.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that
Oxidationsreaktion(en) und Reduktionsreaktion(en) zeitlich parallel ablaufen. Oxidation reaction(s) and reduction reaction(s) take place in parallel in time.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 6. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that
Oxidationsreaktion(en) und Reduktionsreaktion(en) zeitlich nicht parallel ablaufen. Oxidation reaction(s) and reduction reaction(s) do not occur in parallel in time.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regenerierungsreaktion, die den oxidierten Kofaktor NAD(P)+ wieder in seine ursprüngliche reduzierte Form NAD(P)H überführt mittels einer Alkoholdehydrogenase 2-Propanol zu Aceton oxidiert wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that in the regeneration reaction, which converts the oxidized cofactor NAD(P) + back into its original reduced form NAD(P)H, 2-propanol is oxidized to acetone by means of an alcohol dehydrogenase .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regenerierungsreaktion, die den reduzierten Kofaktor NAD(P)H wieder in seine ursprüngliche oxidierte Form NAD(P)+ überführt, mittels einer NADH Oxidase 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that in the regeneration reaction, which converts the reduced cofactor NAD(P)H back into its original oxidized form NAD(P) + , by means of an NADH oxidase
Sauerstoff zu Wasser reduziert wird. Oxygen is reduced to water.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das 9. The method according to one of claims 1 to 8, characterized in that
Substrat/die Substrate für die an der Produktbildung beteiligte(n) Oxidationsreaktion(en) in einer Konzentration von 5% (w/v) und mehr, insbesondere von 7% (w/v) und mehr, insbesondere von 9% (w/v) und mehr im Reaktionsansatz vorliegt/vorliegen. Substrate(s) for the oxidation reaction(s) involved in product formation in a concentration of 5% (w/v) and more, in particular 7% (w/v) and more, in particular 9% (w/ v) and more is/are present in the reaction mixture.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fructose, die gemäß der Ansprüche 1 bis 9 gewonnen wird, isoliert wird, insbesondere in kristallisierter Form. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fructose obtained according to claims 1 to 9 is isolated, in particular in crystallized form.
11. Verfahren zur Gewinnung von Furanderivaten aus einer Mischung aus Glucose und Fructose, dadurch gekennzeichnet, dass 11. Process for obtaining furan derivatives from a mixture of glucose and fructose, characterized in that
A) eine Mischung aus Glucose und Fructose in einem enzymatischen Verfahren unter Verwendung und Regenerierung von Redoxkofaktoren in Fructose übergeführt wird, wobei als Resultat mindestens zweier weiterer im selben Reaktionsansatz A) a mixture of glucose and fructose is converted into fructose in an enzymatic process using and regenerating redox cofactors, as a result of at least two more in the same reaction mixture
ablaufender enzymatisch katalysierter Redoxreaktionen einer der beiden enzymatically catalyzed redox reactions of one of the two
Redoxkofaktoren in seiner reduzierten Form anfällt und der jeweils andere in seiner oxidierten Form, wobei D-Glucose unter Beteiligung von zwei oder mehr Redox cofactors occur in their reduced form and the other in theirs oxidized form, with D-glucose involving two or more
Oxidoreduktasen in D-Fructose übergeführt wird, und Oxidoreductases are converted into D-fructose, and
B) die in A) erhaltene Fructose zu Furanderivaten umgesetzt wird. B) the fructose obtained in A) is converted into furan derivatives.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe B) ein saurer Katalysator und ein Lösungsmittel, insbesondere N-Methyl-2-pyrrolidon der Formel 12. The method according to claim 11, characterized in that in step B) an acidic catalyst and a solvent, in particular N-methyl-2-pyrrolidone of the formula
entweder als Reaktions-Lösungsmittel oder als Co-Lösungsmittel, eingesetzt werden. can be used either as a reaction solvent or as a co-solvent.
13 Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung von D-Fructose zu Furanderivaten in Stufe B) als Batch-Prozess oder als kontinuierlicher Prozess, insbesondere unter Mikrowellen-Erhitzung durchgeführt wird. 13 Method according to one of claims 11 or 12, characterized in that the conversion of D-fructose to furan derivatives in stage B) is carried out as a batch process or as a continuous process, in particular with microwave heating.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umsetzung von D-Fructose zu Furanderivaten in Stufe B) als saurer Katalysator14. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that in the conversion of D-fructose to furan derivatives in stage B) as an acidic catalyst
- ein homogener Säurekatalysator, insbesondere Schwefelsäure oder Salzsäure; - a homogeneous acid catalyst, in particular sulfuric acid or hydrochloric acid;
- ein heterogener Säurekatalysator, insbesondere ein Ionenaustauscher, insbesondere ein Montmorillonit oder ein Amberlit, - a heterogeneous acid catalyst, in particular an ion exchanger, in particular a montmorillonite or an amberlite,
- ein Lewis-Säurekatalysator, insbesondere CrCl2, A1C13 oder Si02-MgCl2, - a Lewis acid catalyst, in particular CrCl 2 , A1C1 3 or Si0 2 -MgCl 2 ,
- ein SILP-Katalysator, - a SILP catalyst,
eingesetzt wird. is used.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Furanderivat Hydroxymethylfurfural der Formel 15. The method according to any one of claims 11 to 14, characterized in that the furan derivative is hydroxymethylfurfural of the formula
ist. is.
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