[发明专利]通过3-磺酰氧基-1-甲酸从3-羟基-1-甲酸产生烯

说明书

本申请描述一种通过3‑磺酰氧基‑1‑甲酸从3‑羟基‑1‑甲酸产生烯(例如丙烯、乙烯、1‑丁烯、异丁烯、异戊烯、丁二烯或异戊二烯)的方法。

本发明涉及一种通过生物学过程产生烯的方法。更具体地，本发明涉及一种通过3-磺酰氧基-1-甲酸从3-羟基-1-甲酸产生烯(例如丙烯、乙烯、1-丁烯、异丁烯、异戊烯、丁二烯或异戊二烯)的方法。

众多的化学化合物目前源自石油化学品。烯类(如乙烯、丙烯、不同的丁烯、或戊烯)在例如用于产生聚丙烯或聚乙烯的塑料工业和在化学工业其他领域和燃料领域中使用。

乙烯，最简单的烯，在工业有机化学中居核心地位：它是世界上最广泛产生的有机化合物。它特别用来产生聚乙烯，这是一种主要塑料。乙烯也可以通过(氧化、卤化)反应转化成许多工业上有用的产品。

丙烯发挥类似重要的作用：其聚合产生塑性材料-聚丙烯。就抵抗性、密度、实度、可变形性和透明性而言，这种产物的技术特性是无可匹敌的。自1954年其发明以来，世界范围的聚丙烯产量已经连续增长。

丁烯以四种形式存在，其中之一(异丁烯)进入甲基叔丁基醚(MTBE)(汽车燃料的抗震添加剂)的组合物中。异丁烯也可以用来产生异辛烯，所述异辛烯转而可以还原成异辛烷(2，2，4-三甲基戊烷)；异辛烷的极高辛烷值使其成为所谓“汽油”发动机的最佳燃料。

根据双键的位置和构型，戊烯、己烯和庚烯以许多形式存在。这些产物具有实际的工业应用，但是与乙烯、丙烯或丁烯相比较不重要。

全部这些烯目前通过催化性裂解石油产物(或在己烯的情况下从煤炭或天然气中通过Fisher-Tropsch工艺的衍生物)产生。它们的成本因此天然地与油价挂钩。另外，催化性裂解有时与增加工艺复杂性和生产成本的巨大技术难题相关。

在烯化学家族中，异戊二烯(2-甲基-1，3-丁二烯)是经聚合导致橡胶的萜模体。其他萜可能通过化学途径、生物学途径或混合途径形成，作为可用产物如生物燃料或以便制造塑料。

显然，较少地充分研究烯、尤其终端烯(在位置2处单取代或二取代的乙烯：H₂C＝C(R¹)(R²))的产生。已经描述通过小红酵母(Rhodotorula minuta)使异戊酸(或其酸根)转化成异丁烯(Fujii T.等人，Appl.Environ.Microbiol.，1988，54：583)，但是以极低周转次数值为特征的这个反应的效率(k_cat是1x10^-5sec^-1)远未允许工业应用。通过这种途径大规模生物合成异丁烯似乎是高度不利的，因为它将需要合成和降解一分子的亮氨酸以形成一分子的异丁烯。另外，催化此反应的酶使用血红素作为辅因子，这不利于细菌中的重组表达和酶参数的改善。已经将其他微生物描述为能够略微地从异戊酸(或其酸根)天然产生异丁烯；获得的产量甚至低于用小红酵母获得的那些产量(Fukuda H.等人，Agric.Biol.Chem.，1984，48：1679)。

相同的研究也已经描述丙烯的天然产生：许多微生物能够产生丙烯，再次说明的是伴随极低产率。植物产生乙烯已经是长久已知的(Meigh等人，1960，Nature，186：902)。根据阐明的代谢途径，甲硫氨酸是乙烯的前体(Adams和Yang，PNAS，1979，76：170)。也已经描述了2-酮戊二酸(或其酸根)的转化(Ladygina N等人，Process Biochemistry 2006，41：1001)。由于产生二碳分子的乙烯消耗一个4碳或5碳分子前体，所以这些途径似乎在物质上和在能量上不利于它们的工业应用。

WO2010/001078描述了一种用于通过采用具有脱羧酶活性的酶以酶促方式转化3-羟基链烷酸而产生烯的方法。这种方法是有利的，因为它有助于避免使用石油产物、有助于降低产生塑料和燃料的成本并且可以通过允许碳以固体形式贮存而产生巨大的全球环境影响。虽然WO 2010/001078中描述的方法允许通过酶促反应产生烯，仍需要允许在可以扩展至产业规模的生物系统中产生烯的其他方法。本申请解决了这种需求。