[发明专利]酶促制备2-羟基-2-甲基羧酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由3-羟基羧酸酶促制备2-羟基-2-甲基羧酸的方法， 其中将3-羟基羧酸在含水反应溶液中制备和/或加入到该反应溶液中 并温育。所述含水反应溶液含有具有3-羟基羧酸-CoA-变位酶-活性的 单元，其不但具有产生3-羟基羰基-CoA-酯的活性而且具有使3-羟基 羰基-CoA-酯异构化的活性并引起3-羟基羧酸转化生成相应的2-羟基 -2-甲基羧酸，其作为酸或以其盐的形式获得。在优选的实施方式中， 所述具有3-羟基羧酸-CoA-变位酶-活性的单元包含经分离的钴胺素 依赖性变位酶和任选地包含产生3-羟基羰基-CoA-酯的酶或酶体系或 者为含有它们的微生物。本发明优选涉及生产2-羟基-2-甲基羧酸的 生物技术的方法，其中将具有所期望的变位酶-活性的微生物在含水体 系中借助简单的天然物质培养，并将细胞内产生的3-羟基羰基-CoA- 酯转化生成相应的2-羟基-2-甲基羧酸。本发明同样包括不饱和2-甲 基羧酸的制备，其中将所获得的2-羟基-2-甲基羧酸通过脱水转化生 成相应的不饱和2-甲基羧酸(甲基丙烯酸和更高级的同系物)。

在本发明的优选的实施方式中，作为产生3-羟基羰基-CoA-硫酯 和使3-羟基羰基-CoA-硫酯异构化的微生物使用微生物株系HCM-10 (DSM18028)。

背景技术

甲基丙烯酸以及同系的不饱和2-甲基羧酸广泛地用于制备丙烯 酸玻璃板、压铸成型产品、涂层和许多其它的产品。

许多制备甲基丙烯酸及其同系物的方法是已知的。虽然世界范围 内绝大部分的商购可得的产品基于甲基丙烯酸及其同系物(其由相应 的2-羟基腈制得)的酰胺-硫酸盐水解的方法(W.Bauer， ＂Methacrylic acid and derivatives＂，在Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry，第5版中，编者：B.Elvers，S.Hawkins， G.Schulz，VCH，New York，1990，Bd.A16，441-452页；A.W.Gross， J.C.Dobson，＂Methacrylic acid and derivatives＂，在 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，第4版，编 者：J.I.Kroschwitz，M.Howe-Grant，John Wiley&Sons，New York， 1995，Bd.16，474-506页)。在该方法中，例如需要约1.6kg的硫 酸用于生产1kg的甲基丙烯酸。出于这样的原因，甲基丙烯酸的商业 性生产的可替代方法是有利的，其无需回收硫酸(和与其相关的高能 量消耗)地进行。

2-羟基异丁酸生成甲基丙烯酸的化学转化通过专利US3,666,805 和US5,225,594得到公开。在此2-羟基异丁酸通过使用金属氧化物、 金属氢氧化物、离子交换树脂、矾土、二氧化硅、胺、磷化氢、碱金 属醇化物和碱金属羧酸盐而脱水。常规的反应温度介于160℃和250 ℃之间。用该方法可达到直至96％的甲基丙烯酸-产率。

用于生产甲基丙烯酸及其同系物的可替代方法通过在腈-水解酶 的使用下2-羟基腈水解生成相应的2-羟基-2-甲基羧酸而产生。在此 涉及腈水解酶或由腈水合酶和酰胺酶组成的组合(A.Baner jee，R. Sharma，U.C.Baner jee，2002，＂The nitrile-degrading enzymes： current status and future prospects＂，Appl.Microbiol. Biotechnol.，60：33-44)。该方法是经多项专利保护的 (US6582943B1)。该方法的一个严重的缺点是腈在对于有效的腈水解 的酶活性必须的中性pH范围中的不稳定性。在反应混合物中腈的分解 导致酮和氰化物的积聚，二者均抑制腈-水解酶活性。

这两种方法(即当今流行的基于酰胺-硫酸盐的方法和基于酶促 的腈-水解的方法)的一般性的缺点是对2-羟基腈的需求。其必须首 先由环境破坏性反应物，即酮和氰化物制备。

因此，基于简单的非环境破坏性反应物生产甲基丙烯酸及其同系 物的方法是有利的。

因此，本发明的任务在于，寻找生产2-羟基-2-甲基羧酸的可替 代的可能性并提供手段和方法，其尽可能地基于简单的、非环境破坏 性反应物，消耗少量的能量和产生少量的废物。