FI76376B - Foerfarande foer utfoering av elektromikrobiella reduktioner. - Google Patents
Foerfarande foer utfoering av elektromikrobiella reduktioner. Download PDFInfo
- Publication number
- FI76376B FI76376B FI832592A FI832592A FI76376B FI 76376 B FI76376 B FI 76376B FI 832592 A FI832592 A FI 832592A FI 832592 A FI832592 A FI 832592A FI 76376 B FI76376 B FI 76376B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- reduction
- microorganisms
- reaction
- reductions
- aerobic
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
- C12P7/44—Polycarboxylic acids
- C12P7/46—Dicarboxylic acids having four or less carbon atoms, e.g. fumaric acid, maleic acid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P1/00—Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P17/00—Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms
- C12P17/02—Oxygen as only ring hetero atoms
- C12P17/04—Oxygen as only ring hetero atoms containing a five-membered hetero ring, e.g. griseofulvin, vitamin C
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
- C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
- C12P7/18—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic polyhydric
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
- C12P7/42—Hydroxy-carboxylic acids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Mycology (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
- Hybrid Electric Vehicles (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Coloring Foods And Improving Nutritive Qualities (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- General Preparation And Processing Of Foods (AREA)
Description
76376
Menetelmä elektromikrobiologisten pelkistysten suorittamiseksi
Keksintö koskee menetelmää elektromikrobiologisten 5 pelkistysten suorittamiseksi käyttäen apuna mikro-organismeja, joiden käytettäväksi saatetaan pelkistysekvi-valentit sähkökemiallisesti regeneroitavan elektronien siirtäjän välityksellä.
Kemiallisten aineiden elektromikrobiologinen pel-10 kistäminen on ennestään tunnettua. Nämä pelkistykset tapahtuvat seuraavan kaavion mukaisesti: ' 2 Et)red^R0X “*^'NADH-χΛΕοχ /A'SH2
Elektronit e siirtyvät elektronien siirtäjälle EÖqx, 20 joka luovuttaa elektronit edelleen reduktaasille R, joka saa aikaan esimerkiksi hapettuneen nikotiiniamidi- 9 adeniinidinukleotidin pelkistymisen (NAD —> NADH) (vrt.
J. Elektroanal. Chem. 32, 415 (1971), J. Org. Chem.
46, 4623 (1981)). Tämä NADH voi toimia pelkistimenä 25 yhdessä toisen entsyymin E kanssa, joka pelkistää halutun substraatin S.. Entsyymien rikastuskustannukset sekä puhtaiden entsyymien pysymättömyys estävät kuitenkin näiden menetelmien käyttöä preparatiivisiin tarkoituksiin. Sen vuoksi pelkistys yritettiin suorittaa 30 kokonaisilla anaerobisilla soluilla, jotka sisältävät reduktaasia (Angew. Chem. 93, 897 (1981)). Tämäkään menetelmä ei ole paljon parempi suuremman mittakaavan synteeseihin, koska anaerobisia mikro-organismeja voidaan viljellä ja käyttää vain erityisin kustannuksin 35 niiden happiherkkyyden vuoksi.
76376 2
Keksinnön kohde on menetelmä elektromikrobiolo-gisten pelkistysten suorittamiseksi käyttäen apuna mikro-organismeja, joiden käytettäväksi saatetaan pelkistys-ekvivalentit sähkökemiallisesti regeneroitavan elektro-5 nien siirtäjän välityksellä, jolle menetelmälle on tunnusomaista, että mikro-organismeina käytetään aerobisia tai mikroaerofiilisiä mikro-organismeja ja pelkistäminen suoritetaan sulkien pois happi.
Uusi elektromikrobiologinen pelkistys tapahtuu 10 seuraavan kaavion mukaisesti: C2 EU /— S + 2H® ox red 2EU dA Ά -us red ox 2
Virtalähteestä peräisin olevat elektronit e siirtyvät elektronien siirtäjälle EU, joka luovuttaa elektronit 20 edelleen aerobiselle mikro-organismille Mqx· Tämä siirtää elektronit yhdessä kahden protonin kanssa substraattiin S, joka pelkistyy muotoon .
Kun aerobisen mikro-organismin solut sisältävät reduktaasia, jonka sähkökemiallisesti regeneroitu elek-25 tronien siirtäjä EU voi pelkistää, onnistuu pelkistys aivan helposti. On kuitenkin olemassa myös mikro-organismeja, jotka sisältävät NADHrsta tai NADPHrsta riippuvaisia reduktaaseja. Näiden joukossa on sellaisia, jotka tulevat reaktio-olosuhteissa NADH- tai vastaavas-30 ti NADPH-läpäiseviksi ja nämä yhdisteet häviävät hitaasti. Edelleen on olemassa mikro-organismeja, jotka sisältävät entsyymejä, jotka hajottavat hitaasti näitä pyri-diininukleotideja. Kummassakin viimemainitussa tapauksessa on suositeltavaa, että reaktiota nopeutetaan li-35 säämällä reaktioseokseen pieniä määriä pyridiininukleo-tideja.
3 76376
Pelkistys suoritetaan edullisesti jaetussa kennossa lämpötilassa 5-90°C, tarkoituksenmukaisesti 10-50°C:ssa ja edullisesti 20-40°C:ssa ja pH:ssa 3-10, edullisesti pHrssa 5-8. Elektrodit valmistetaan elektrodi-5 materiaaleista, jotka ovat tavanomaisia elektrolyyttisissä synteeseissä. Siten sopivia ovat esimerkiksi metalleista - kuten lyijystä, kuparista, raudasta, nikkelistä, elohopeasta, teräksestä - tai grafiitti-puoli-johtimesta valmistetut katodit; viologeeniväriaineilla 10 varustettu nation ja platina- tai grafiittianodit tai myös dimensiostabiilit anodit, jotka on valmistettu seostetusta tai pinnoitetusta titaanista, ja jollaisia käytetään hapen tai kloorin kehittämiseen. Erottavana seinämänä anolyytin ja katolyytin välillä voidaan käyttää 15 kaupallisia diafragmoja tai membraaneja, edullisesti ioninvaihtomembraaneja, jollaisia käytetään esimerkiksi kloorialkalielektrolyysissä tai elektrodialyysissä. Vix- 2 tatiheydet ovat 1-200, edullisesti 1-100 mA/cm . Kato-dipotentiaali on -0,1 V:sta -1,5 V:iin, edullisesti vä-20 Iillä -0,5 - -0,9 V verrattuna vakiokalomelielektrodei-hin. Kennon napajännite on 2 V:n ja 90 V:n välillä, edullisesti 4-20 V.
Elektrolyysi suoritetaan yleensä vesipitoisissa seoksissa, jolloin seokset voivat sisältää mikrobisys-25 teemin ja substraatin ohella myös johtavuussuoloja, puskureita sekä orgaanisia liuottimia tai liukoisuuden parantajia, esim. alkoholeja - kuten metanolia tai etanolia -, eettereitä - kuten dioksaania, dimetoksietaania tai metyyli-tert.-butyylieetteriä - , emulgaattoreita -30 kuten polyoksietyleenisorbitaanimonoöljyhappoesteriä -, estereitä - kuten etikkahapon etyyliesteriä -, alkaaneja kuten heksaania, petrolieetteriä -, kloorattuja hiilivetyjä - kuten metyleenikloridia, hiilitetrakloridia ja kloroformia - tai dimetyyliformamidia. Orgaanisten 35 liuottimien käyttö on mahdollista varsinkin yhdessä immo-bilisoitujen solujen kanssa. Esimerkkejä ovat tyydytty- 76376 4 neet alkoholit, dioksaani, furaani, dimetyylisulfoksidi jne. Edelleen voidaan työskennellä käyttäen eri faaseja, jolloin yksi faasi voi olla hiilivety, eetteri tai korkeampi alkoholi.
5 Orgaanisten liuottimien käyttö voi olla edullista silloin, kun sen avulla voidaan välttää heterogeeninen reaktio (esim. kiinteä/nestemäinen). Mikäli reaktiossa muodostuu orgaanisiin liuottimiin liukeneva tuote, joka vahingoittaa mikro-organismia tai vastaavasti sen sisäl-10 tämää entsyymiä, voi olla paikallaan työskennellä käyttäen kahta faasia.
Tavallisesti on anolyytti vesipitoinen suolaliuos. Suoloiksi tähän tarkoitukseen sopivat esimerkiksi NaClf Na2S04, NaO-CO-CH-j. Suolaliuosten tilalla voidaan käyt-15 tää myös laimeita mineraalihappojen vesiliuoksia. Kato-lyytti on yleensä samoin suolaliuos, joka sisältää lisäksi substraatin ja mikro-organismin. Puskurin kuten esimerkiksi fosfaattipuskurin käyttö on edullista.
Elektronien siirtäjinä tulevat kysymykseen seu-20 raavat aineet: 1) Viologeeniväriaineet, esim. metyyliviologeeni, bents-yyliviologeeni, Diguat, 2) antrakinoni ja muut kinoniväriaineet, esim. fenosafra-niini, metyleenisininen, 2-antrakinonisulfonihappo, 25 3) trifenyylimetaaniväriaineet, esim. metyylivioletti, kristallivioletti, 4) ftaalosyaniinit, esim. Fe-, Cu- tai Co-ftaalosyaniini, 5) metiiniväriaineet, esim. Astraphloxin, 6) pyrroliväriaineet tai porfyriinijohdannaiset, esim.
30 näiden yhdisteiden metallikelaattikompleksit, 7) pteridiinit ja pteridonit, 8) flaviinit, esim. Acriflavin, Lumiflavin, 9) imidatsolijohdannaiset, esim. metronidatsoli, 10) 6, 7, 8, sivuryhmän metallien metallikompleksit -[•f 1** 35 esim. RuO^I^') £L=l,10-fenantroliini, 2,2-bipyridyyli 5 76376 tai 5-nitro-l,10-fenantroliini; L'=pyridiini tai 4-metyy-lipyridiini7, 1,1-bis(hydroksimetyyli)-ferroseeni tai vastaavasti ferroseenimonokarboksyylihapot, 11) 6, 7 tai 8 sivuryhmän metallien muodostamat tiolaa-5 tit, 12) tiolit, esim. dihydroliponihappo, Dithiothreitol, 2-merkaptoetanoli, glutationi, tiofenoli, 1,4-butaani-dioli, 13) NAD+ tai vastaavasti NADP+ tai niiden johdannaiset.
10 Näistä on ensimmäinen ryhmä, varsinkin metyyli- ja bentsyyliviologeeni edullinen.
Pelkistysreaktioon sopivat kaikki aerobiset mikro-organismit, mikäli ne sisältävät haluttuun reaktioon vaadittavia entsyymejä. Tärkeitä esimerkkejä mikro-organis-15 meistä ovat: A) Prokaryootit:
Gram-negatiiviset aerobiset bakteerit, esim. Aceto-bacter ascendens, Acetobacter pasteurianus, Alcaligenes eutrophus, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, 20 Pseudomonas testosteroni; gram-negatiiviset fakultatiivi-sesti aerobiset bakteerit, esim. Enterobacter aerogenes, Enterobacter agglomerans, Escherichia coli, Flavobacte-rium spec., Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, Proteus mitajiri, Zymomonas mobilis; gram-positiiviset kokit, esim. 25 Leuconostoc mesenteroides, Peptococcus aerogenes, Sareina lutea, Streptococcus faecalis; endosporeja muodostavat bakteerit, esim. Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Bacillus polymyxa; gram-positiiviset itiöttömät bakteerit, esim. Lactobacillus buchneri; korynebakteerit, esim.
30 Arthrobacter spec., Corynebacterium simplex; aktinomykes-bakteerit, esim. Actinomyces globosus, Mycobacterium spec., Nocardia corallina, Streptomyces platensis, Streptomyces lavendulae.
B) Eukaryootit: 35 Leväsienet (Phycomycetes) , esim. Absidia orchidis,
Rhizopus arrhizus, Rhizopus nigricans, Rhizopus reflexus; 6 76376
Protoascomycetes (hiivasienet), esim. Candida pseudo-tropicalis, Geotrichum candidum, Hansenula capsulata, Kloeckera magna, Kluyveromyces fragilis, Rhodotorula glutinis, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces sake, 5 Saccharomyces fragilis, Saccharomyces uvarum, Schizo-saccharomyces pombe, Candida utilis, Candida boidenii; kotelosienet (Ascomycetes), esim. Aspergillus niger, Aspergillus nidulans, Cladosporium butyri, Claviceps spec., Dipodascus albidus, Eremothecium spec., Penicillium 10 chrysogenum; Fungi imperfecti, esim. Curvularia falcata, Epicoccum oryzae, Fusarium lateritium, Fusarium solani, Phialophora spec.
Edelleen on mikro-organismeina käsitettävä aerobiset prototsooat sekä ylempien kasvien ja eläinten aero-15 biset solut, mikäli näitä voidaan viljellä samoin kuin mikro-organismeja. Tällaisia mikro-organismeja voidaan saada esimerkiksi mikrobikantakokoelmista tai niitä voidaan viljellä itse.
Mainituista mikro-organismeista ovat erityisen 20 edullisia Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, Alcali-genes eutrophus, Bacillus cereus, Geotrichum candidum, Kloeckera magna, Saccharomyces cerevisiae ja Candida utilis.
On tapauksia, joissa mikro-organismi muodostaa 25 NADH:ta tai NADPH:ta erityisen tehokkaasti kun taas substraatin S muuttamiseen käytettävä reduktaasi on erittäin aktiivinen toisessa mikro-organismissa, jolla kuitenkin on vähäinen kyky muodostaa NADH:ta tai vastaavasti NADPH:ta. Tällaisissa tapauksissa on suositeltavaa, 3Q että työskennellään käyttäen molempien mikro-organismien seosta.
Mikro-organismeja tai vastaavasti soluja voidaan käyttää reaktioissa myös immobilisoituna muotona. Edelleen voidaan mikro-organismien läpäisevyyttä kosubstraattei-35 hin, substraatteihin ja tuotteisiin nähden parantaa lu- 7 76376 kuisissa tapauksissa esimerkiksi jäädyttämällä ja sulattamalla solut.
Vaikka pelkistys suoritetaan aerobisten solujen avulla, ei reaktiossa saa olla läsnä käytännöllisesti 5 katsoen lainkaan happea. Happipitoisuuden täytyy olla niin pieni, että hapen mahdollinen reaktio elektroneja siirtävän aineen kanssa on merkityksetön ja ettei esiinny hapen tai hapetustuotteiden, joita muodostuu hapen läsnäollessa, inhiboivaa vaikutusta reaktiossa läsnäole- 10 viin entsyymeihin ja kosubstraatteihin. Jos happipitoisuus katolyytissä nousee esim. käytettäessä metyylivio- -7 logeeniä yli pitoisuuden 5.10 M, pienevät antovirta ja biokatalysaattorien stabiilisuus, pieneneminen lisääntyessä happipitoisuuden kohotessa.
15 Lisäesimerkkejä keksinnön mukaisista elektromikro- biologisista pelkistyksistä ovat: I. Karbonvvlirvhmien pelkistykset: 1. Aldehydiryhmien selektiivinen pelkistys muiden pelkistyvien ryhmien läsnäollessa: 20 1r2rc=c3rcho —^1r2rc=c3rch2oh esim. 2-substituoitujen kanelialkoholien valmistus vastaavista kanelialdehydeistä tai hydroksiasetofenonin 25 valmistus fenyyliglyoksaalista ja muiden hydroksiketonien valmistus diketoneista.
2. Primaaristen alkoholien, jotka ovat kiraalisia siksi, että vetyatomi on korvattu stereospesifisesti deuterium- tai tritiumatomilla, valmistus pelkistyksillä, 30 jotka suoritetaan deuteriumoksidissa tai tritiumilla merkityssä vedessä.
3. Ketoryhmien selektiiviset pelkistykset muiden pelkistyvien ryhmien läsnäollessa. Esimerkkeinä mainittakoon : 35 C6H5CH=CRCOCH3-> CgHgCH^CRCHOHCH-j tai 3 76376
O OH
«CO—jX) Λ 4 5 tai ** -androsteeni-3,17-dioni testosteroniksi.
4. Kiraalisten syklisten ja avoketjuisten alkoholien, hydroksihappojen ja niiden kaltaisten valmistus: 2rx
m X OO-» 1R2 RCHOH
V
esim. (R)—mantelihapon valmistus fenyyliglyoksyylihapos-ta tai (R)-fenyylilaktaatin valmistus fenyylipyruvaatis- 15 ta. Pelkistettäessä vastaavasti substituoituja ketoneja tai sykloketoneja voi tuloksena olla samanaikaisesti rasemaatin jakautuminen komponentteihinsa entsyymisys-teemin ollessa substraatti- ja tuotespesifinen.
20 0 OH 0 *0 —Ό · ”0 25 Riippuen kulloisestakin entsyymisysteemin spesifisyydestä voidaan päästä johonkin kolmesta muusta parista.
II. Prokiraalisten tai akiraalisten molekyylien tyydyttymättömien ryhmien pelkistys 1. Selektiiviset pelkistykset muiden pelkistyvien 30 ryhmien läsnäollessa, esim. sorbiinihapon pelkistys
4 A
/\ -penteenikarboksyylihapoksi tai c^, /0 -tyydyttymättömien aldehvdien pelkistys tyydyttyneiksi aldehydeiksi.
2. o(, Q -tyydyttymättömien karbonyyli- ja karb-oksyyliyhdisteiden pelkistykset, varsinkin sellaiset, 35 jotka johtavat sopivan substituution kautta kiraalisiin tuotteisiin: 9 76376 r1r2c=cxy-^r1r2chchxy Y=COO , CHO, COR; X=H, alkyyli, alkoksi, alkyylitio, 1 2 halogeeni, dialkyyli- tax aryyliamino; R ja R =H, alk-5 yyli, alkoksi, aryyli, alkoksikarbonyyli, alkenyyli.
Esimerkkeinä tällaisista hydraustuotteista mainittakoon erityisesti: kiraaliset halogeenikarboksyyli-hapot kuten esimerkiksi 3-(p-kloorifenyyli)-2-kloori-propionihappo; kiraaliset ¢£- tai /8-alkyy li-haarautu-10 neet karboksyylihapot kuten (R)- tai (S)-2-metyyli-3- fenyylipropionihappo, 2-amino-3-metyyli-3-fenyylipropio-nihappo tai ^^-2- ja/tai 4-substituoidut karboksyylihapot vastaavista alleenikarboksyylihapoista. Lähdettäessä rasemaatista (molekyyliasymmetria) voi tällöin muo-15 dostua kiraaliset E/Z isomeerit, jotka ovat helposti erotettavissa.
COOH COOK
R^ /C00H R3^ CH^ R2 /CH1R
c=c=c — c=c + c=c 20 p/ ^ 1 p/ \ p/ \
R2 R1 R2 H R3 H
Esimerkkejä aldehydien pelkistyksestä kiraalisik-si tuotteiksi ovat (R)- tai (S)-sitronellaalin tai sitro-25 nellolin valmistus cis- tai trans-sitraalista.
3. C=C-kaksoissidosten, jotka voivat kysymyksessä olevalla substituutiolla johtaa myös kiraalisiin yhdisteisiin, pelkistykset.
4. C=C-kaksoissidosten pelkistykset merkityssä 3Q vedessä jotta saadaan yhdisteitä, jotka tulevat kiraali-siksi kun metyleeni- tai metyyliryhman H korvautuu ste-reospesifisesti 2H:lla tai 3H:lla, esim. /2,3-^H/diteu-terobutyraatti tai /2,3- H^dideuterofenyylipropionaatti. Kiraalinen metyyliryhmä voidaan saada pelkistämällä (E)-35 tai (Z)-CH3H=CHCOOH 2H20:ssa.
10 7 6 376 III. Karbonyyliyhdisteiden pelkistävä aminointi, varsinkin ketohappojen muuttaminen aminohapoiksi kuten esim. 2-okso-5-metyylipentaanikarboksyylihapon muuttaminen (S)-leusiiniksi.
5 Lopputuotteet eristetään reaktioliuoksista sinän sä tunnetulla tavalla, esimerkiksi tislaamalla, uuttamalla, kiteyttämällä tai kromatografoimalla.
Uudella menetelmällä on seuraavat edut verrattuna menetelmään, joka suoritetaan käyttäen anaerobisia mikro-10 organismeja:
Aerobisten mikro-organismien käyttö ja syöttö on niiden hapenkestävyyden vuoksi paljon yksinkertaisempaa.
Aerobisia mikro-organismeja voidaan valmistaa yksinkertaisemmin kuin anaerobisia. Sitä paitsi niillä 15 saavutetaan olennaisesti suurempia solutiheyksiä niin että laitteistokustannukset niiden valmistuksessa ovat vähäisemmät.
Lisäksi ei ollut ennalta odotettavissa, että reaktiot voidaan toteuttaa aerobisten mikro-organismien avul-2Q la johtamatta happea reaktioväliaineeseen, koska reaktiot aerobisia mikro-organismeja käytettäessä onnistuvat tavallisesti vain voimakkaan ilmastuksen avulla.
Reaktioväliaineeseen ei tarvitse lisätä hiilihydraatteja. Siten ei muodostu sivutuotteita, jotka täy-25 tyisi eristää.
Seuraavat esimerkit valaisevat keksintöä. Kaikissa esimerkeissä suoritettiin elektromikrobiologinen pelkistys estäen ilman hapen pääsy reaktioon. Käytetty elektrolyyttinen kenno on kuvattu julkaisussa Angew.
30 Chem. 93, 897 (1981).
Esimerkki 1 (2R)-propaanidiolin valmistus 50 yumol metyyliviologeenia, 2,5 mmol kaliumfosfaattia ja 400 mg Candida utilis-kantaa (esim. DSM 70 167) 35 liuotettiin tai lietettiin 25 ml:aan vettä ja pH säädet- 11 76376 tiin arvoon 7,0. Näin saatu seos pantiin sähkökemialliseen kennoon ja pelkistettiin metyyliviologeeni katodi-potentiaalin ollessa vakio -790 mV standardikalomeli-elektrodiin (SCE) nähden. Tällöin ilmeni noin 0,25 mA:n 5 nollavirta. Senjälkeen lisättiin 1 mmol asetolia ja pidettiin potentiaali -790 mV:na. 50 tunnin kuluttua aseto-li oli muuttunut kvantitatiivisesti (2R)-propaanidioliksi, joka erotettiin sentrifugoinnin jälkeen tislaamalla.
(2R)-propaanidiolilla oli kiertokyky Soi/2D°= -20°.
10 Esimerkki 2 (2R)-propaanidiolin valmistus Tässä esimerkissä käytettiin esimerkissä 1 käytettyä lähtöseosta kuitenkin vasta, kun oli lisätty 19 $ ^umol NAD . Liuokseen, joka sisälsi pelkistyneen metyyli-15 viologeenin, lisättiin 4 mmol asetolia ja pidettiin jännite -790 mV:na. 22 tunnin kuluttua lisättiin vielä 19 Φ yUmol NAD välillä noin 2,5 mAriin pudonneen virran kohottamiseksi jälleen. 45 tunnin kuluttua asetoli oli muuttunut täydellisesti (2R)-propaanidioliksi, joka 20 eristettiin ja karakterisoitiin analogisesti esimerkin 1 kanssa, = -20,5°.
Esimerkki 3 (R)-pantolaktonin valmistus
Analogisesti esimerkin 2 kanssa pelkistettiin 25 250 yumol natrium-2-ketopantoaattia. Lisättiin kuiten- • 0 kin 6,4 ^umol NAD ja tämä lisäys toistettiin 30 ja 50 tunnin kuluttua. 70 tunnin kuluttua reaktio oli kvantitatiivinen. Happamaksi tekemisen jälkeen muodostunut (R)-pantolaktoni uutettiin eetterillä ja sublimoitiin.
30 Se oli yli 99,5-prosenttisesti optisesti puhdasta mitattuna NMR-spektroskooppisesti kiraalisen siirtymäreagens-sin läsnäollessa.
Sama reaktio voitiin toteuttaa myös bentsyyli-viologeenin avulla katodipotentiaalin ollessa SCE-elek-35 trodiin nähden -620 mV.
12 7 6 3 7 6
Pelkistys oli suoritettavissa myös kannoilla Proteus mirabilis (DSM 30 118) sekä Proteus vulgaris (DSM 30 118). Tällöin saatiin virranvoimakkuuksiksi 15 mA 20 mg:aa kohti so.lumateriaalia.
5 Esimerkki 4 (R)-metyylimeripihkahapon valmistus 180 ^,umol metyyliviologeenia, 9 mmol kaliumfosfaattia, 9 yUmol EDTA ja 1,11 g E.coli-kantaa (K 12, saatavissa laitoksesta Deutsche Sammlung von Mikroorga-10 nismen, Göttingen) liuotettiin tai lietettiin pieneen vesimäärään. Kun pH oli säädetty arvoon 7,0, täytettiin vedellä tilavuuteen 90 ml ja lisättiin 1,6 nmol Mesaco-nat. Näin saatu seos pelkistettiin analogisesti esimerkin 1 kanssa -790 mV:lla. 42,5 tunnin kuluttua oli muo-15 dostunut 98,5 % (R)-metyylimeripihkahappoa, joka eristettiin uuttamalla happamaksi tehtyä liuosta eetterillä.
Sen kiertokyky oli &7ΐ°- +9·2·
Esimerkki 5
Propaanidiolin valmistus 20 160 ^,umol metyyliviologeenia, 4 mmol tris (hydrok- simetyyli)aminometaaniasetaattia liuotettiin 40 ml:aan vettä ja pH säädettiin arvoon 7,0. Tämä liuos pelkistettiin sähkökemiallisessa kennossa katodipotentiaalin ollessa vakio -700 mV. Sen jälkeen lisättiin 0,5 ml kannan Bacillus cereus (DSM 31) suspensiota, mikä vastasi 10 mg kuiva-ainetta, 32 yumol NAD, 1200 ^umol asetolia sekä 0,3 ml kannan Alcaligenes eutrophus H 16 (DSM 428) suspensiota, mikä vastasi 2,0 mg kuiva-ainetta. Valmistetussa systeemissä kulki 4,5 mA:n virta. Lisätty aseto-30 li pelkistyi 18 tunnissa yli 90-prosenttisesti.
Sama reaktio voitiin toteuttaa käyttäen kantojen Candida utilis ja Alcaligenes eutrophus yhdistelmää. Saavutettu reaktionopeus biokatalysaattorin (molempien organismien summa) painoyksikköä kohti on tällöin noin 35 10 kertaa suurempi kuin esimerkissä 1.
13 76376
Esimerkki 6
Fenyylipyruvaatin tai 2-okso-4-metyylipentanaa-tin pelkistys vastaaviksi 2-hydroksihapoiksi.
Analogisesti esimerkin 5 kanssa saatettiin kum-5 mankin siinä mainitun mikro-organismin raakalyysituot-teet ja muut komponentit sekä fenyylipyruvaatti tai vastaavasti 2-okso-4-metyylipentanaatti reagoimaan sähkökemiallisessa kennossa. Pelkistyminen tapahtui virran voimakkuudella noin 0,5 mA.
10
Claims (1)
14 76376 Patenttivaatimus Menetelmä elektromikrobiologisten pelkistysten suorittamiseksi käyttäen apuna mikro-organismeja, joiden käy-5 tettäväksi saatetaan pelkistysekvivalentit sähkökemialli-sesti regeneroitavan elektronien siirtäjän, edullisesti viologeeniväriaineen, välityksellä, tunnettu siitä, että mikro-organismeina käytetään aerobisia tai mikroaero-fiilisiä mikro-organismeja erikseen tai yhdessä toistensa 10 kanssa ja pelkistys suoritetaan estäen hapen pääsy reaktioon .
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823226888 DE3226888A1 (de) | 1982-07-17 | 1982-07-17 | Verfahren zur durchfuehrung elektromikrobieller reduktionen |
| DE3226888 | 1982-07-17 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI832592A0 FI832592A0 (fi) | 1983-07-15 |
| FI832592A FI832592A (fi) | 1984-01-18 |
| FI76376B true FI76376B (fi) | 1988-06-30 |
| FI76376C FI76376C (fi) | 1988-10-10 |
Family
ID=6168726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI832592A FI76376C (fi) | 1982-07-17 | 1983-07-15 | Foerfarande foer utfoering av elektromikrobiella reduktioner. |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4464235A (fi) |
| EP (1) | EP0099517B1 (fi) |
| JP (1) | JPH0638751B2 (fi) |
| AT (1) | ATE23879T1 (fi) |
| CA (1) | CA1202923A (fi) |
| DE (2) | DE3226888A1 (fi) |
| DK (1) | DK159325C (fi) |
| FI (1) | FI76376C (fi) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58153154A (ja) * | 1982-03-09 | 1983-09-12 | Ajinomoto Co Inc | 修飾電極 |
| JPS62151191A (ja) * | 1985-09-09 | 1987-07-06 | Kuraray Co Ltd | Ｌ−フエニルアラニンの製法 |
| DE3600274A1 (de) * | 1986-01-08 | 1987-07-09 | Basf Ag | Verfahren zur selektiven regenerierung von mediatoren und katalysator dafuer |
| FR2644179B1 (fr) * | 1989-03-13 | 1991-05-17 | Elf Aquitaine | Procede de regeneration par reduction electrochimique d'un cofacteur pyridinique |
| DE3823787C1 (fi) * | 1988-07-14 | 1989-05-24 | Boehringer Ingelheim Kg, 6507 Ingelheim, De | |
| US5538867A (en) * | 1988-09-13 | 1996-07-23 | Elf Aquitaine | Process for the electrochemical regeneration of pyridine cofactors |
| DE4030488A1 (de) * | 1990-09-26 | 1992-04-02 | Mobitec Molecular Biolog Tech | Verfahren zur wasserreinigung |
| JPH0593A (ja) * | 1990-10-17 | 1993-01-08 | Nippon Oil Co Ltd | 光学活性３−メチルアジピン酸の製造方法 |
| JPH0592A (ja) * | 1990-10-19 | 1993-01-08 | Nippon Oil Co Ltd | 光学活性メチルコハク酸の製造方法 |
| DE4205391A1 (de) * | 1992-02-21 | 1993-08-26 | Basf Ag | Verfahren zur enzymatischen oxidation von (d)-2-hydroxycarbonsaeuren zu 2-ketocarbonsaeuren |
| US5900368A (en) * | 1996-09-17 | 1999-05-04 | Merck & Co., Inc. | Process for bioreduction of bisaryl ketone to bisaryl alcohol |
| WO1998012340A1 (en) * | 1996-09-17 | 1998-03-26 | Merck & Co., Inc. | Process for bioreduction of bisaryl ketone to bisaryl alcohol |
| DE10024314A1 (de) * | 2000-05-17 | 2001-11-22 | Basf Ag | Verfahren, umfassend die indirekte elektrochemische Regeneration von NAD(P)H |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1980000453A1 (en) * | 1978-08-15 | 1980-03-20 | Nat Res Dev | Enzymatic processes |
| DE3148366A1 (de) * | 1980-12-10 | 1982-09-23 | National Research Development Corp., London | Bioelektrokatalytisches verfahren und bioelektrokatalytische elektrode |
-
1982
- 1982-07-17 DE DE19823226888 patent/DE3226888A1/de not_active Withdrawn
-
1983
- 1983-07-06 DE DE8383106608T patent/DE3367935D1/de not_active Expired
- 1983-07-06 AT AT83106608T patent/ATE23879T1/de not_active IP Right Cessation
- 1983-07-06 EP EP83106608A patent/EP0099517B1/de not_active Expired
- 1983-07-14 US US06/513,838 patent/US4464235A/en not_active Expired - Lifetime
- 1983-07-15 DK DK327183A patent/DK159325C/da not_active IP Right Cessation
- 1983-07-15 FI FI832592A patent/FI76376C/fi not_active IP Right Cessation
- 1983-07-15 CA CA000432511A patent/CA1202923A/en not_active Expired
- 1983-07-15 JP JP58128080A patent/JPH0638751B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5959192A (ja) | 1984-04-04 |
| FI832592A0 (fi) | 1983-07-15 |
| EP0099517A3 (en) | 1985-10-16 |
| FI76376C (fi) | 1988-10-10 |
| JPH0638751B2 (ja) | 1994-05-25 |
| CA1202923A (en) | 1986-04-08 |
| EP0099517B1 (de) | 1986-11-26 |
| DK327183D0 (da) | 1983-07-15 |
| DK327183A (da) | 1984-01-18 |
| DE3367935D1 (en) | 1987-01-15 |
| EP0099517A2 (de) | 1984-02-01 |
| US4464235A (en) | 1984-08-07 |
| DK159325B (da) | 1990-10-01 |
| DK159325C (da) | 1991-03-11 |
| FI832592A (fi) | 1984-01-18 |
| ATE23879T1 (de) | 1986-12-15 |
| DE3226888A1 (de) | 1984-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Goldberg et al. | Biocatalytic ketone reduction—a powerful tool for the production of chiral alcohols—part I: processes with isolated enzymes | |
| Vassilev et al. | Anodic electro‐fermentation: Anaerobic production of L‐Lysine by recombinant Corynebacterium glutamicum | |
| Simon et al. | Chiral compounds synthesized by biocatalytic reductions [New synthetic methods (51)] | |
| EP0020355B1 (en) | Enzymatic processes | |
| Weckbecker et al. | Regeneration of nicotinamide coenzymes: principles and applications for the synthesis of chiral compounds | |
| FI76376B (fi) | Foerfarande foer utfoering av elektromikrobiella reduktioner. | |
| Kohlmann et al. | Electroenzymatic synthesis | |
| Musa et al. | Racemization of enantiopure secondary alcohols by Thermoanaerobacter ethanolicus secondary alcohol dehydrogenase | |
| Schmitz et al. | Enzyme-based electrobiotechnological synthesis | |
| RU2324739C2 (ru) | Способ получения 2,3-дигидроксифенильных производных (варианты) | |
| KR101655939B1 (ko) | 메탄올 자화균을 이용하여 이산화탄소로부터 개미산을 합성하는 방법 | |
| Schinschel et al. | Preparation of pyruvate from (R)-lactate with Proteus species | |
| Schulz et al. | Electromicrobial regeneration of pyridine nucleotides and other preparative redox transformations with Clostridium thermoaceticum | |
| Van Ophem et al. | Different types of formaldehyde-oxidizing dehydrogenases in Nocardia species 239: purification and characterization of an NAD-dependent aldehyde dehydrogenase | |
| KR101804208B1 (ko) | 포름산 합성용 미생물 쉬와넬라 오네이덴시스 및 이를 이용하여 포름산을 합성하는 방법 | |
| Hekmat et al. | Production of pyruvate from (R)-lactate in an enzyme–membrane reactor with coupled electrochemical regeneration of the artificial mediator anthraquinone-2, 6-disulfonate | |
| ZHU et al. | Advances in regeneration system of natural nicotinamide cofactor and its artificial analogues | |
| JP2556526B2 (ja) | 酵素酸化法 | |
| Uebayasi et al. | Autotrophic growth of a Hyphomicrobium sp. and its hydrogenase activity | |
| CN101426921B (zh) | 用醇脱氢酶使光学活性仲醇外消旋化的方法 | |
| Yoo et al. | Regeneration of Cofactors | |
| EP1031625A2 (en) | Method for enhancing activity to regenerate electron acceptor for oxidoreductase in microorganism capable of producing said oxidoreductase, and use of microorganism prepared by said method | |
| Andersson et al. | Evaluation of electron mediators for the electromicrobial reduction of chloropyruvate by Proteus vulgaris cells | |
| Bayer et al. | Synthesis of (S)-and (R)-3-hydroxy acids using cells or purified (S)-3-hydroxycarboxylate oxidoreductase from Clostridium tyrobutyricum and the NADP (H) regeneration system of Clostridium thermoaceticum | |
| GB2033428A (en) | Enzymatic Processes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MA | Patent expired |
Owner name: BASF AKTIENGESELLSCHAFT |