[发明专利]一种合成2,5-呋喃二甲醇或糠醇的方法

说明书

本发明属于生物化工及生物催化领域，公开了一种合成2,5‑呋喃二甲醇或糠醇的方法，包括如下步骤：(1)将醇脱氢酶YjgB基因与葡萄糖脱氢酶GDH Q252L基因共同连接到载体pETDuet‑1中，导入Escherichia coli BL21(DE3)中构建共表达体系，得到共表达重组菌E.coli‑YjgB‑GDH；(2)将上述重组菌加入含有呋喃醛、辅底物、碳酸钙的磷酸盐缓冲液中，反应后得到2,5‑呋喃二甲醇或糠醇；所述呋喃醛为5‑羟甲基糠醛或糠醛。本发明不仅具有高底物浓度、高时空收率和高选择性的优点，而且合成工艺条件温和、绿色环保。

技术领域

本发明属于生物化工及生物催化领域，具体涉及利用共表达重组菌催化5-羟甲基糠醛和糠醛还原分别制备2,5-呋喃二甲醇和糠醇的方法。

背景技术

生物质是一种含碳可再生资源，可作为生产生物燃料和化学品的原料，以减少对化石资源的依赖。由戊糖和己糖制备的糠醛和5-羟甲基糠醛(HMF)可作为平台化合物生产大量高附加值中间体。在上述生物基呋喃中有一个高度活泼的醛基，通过选择性加氢还原其中的醛基可以合成糠醇和2,5-呋喃二甲醇(BHMF)。糠醇是高分子、食品和药物领域的一个重要的原料(Energy Environ.Sci.2016,9,1144)。BHMF是合成生物基聚酯、聚氨酯及聚醚、药物、生物燃料等的重要中间体(ChemSusChem.2013,6,630)。

基于金属包括贵金属(包括Pt,Pd,Au,Ir,Ru和Rh)以及非贵金属催化剂(Cu,Ni和Co)的化学催化还原呋喃醛合成对应的呋喃甲醇已取得了显著的进展(ACS Catal.2018,8,2959)。等利用担载在SiO₂上Ir选择性催化HMF还原成BHMF，在333K和10bar H₂下，HMF转化率为70％，BHMF选择性为83％(Appl.Catal.B:Environ.2019,241,270)。Wang等开发了一种高效、低成本负载Co的Zr基金属有机框架Co_1.6/UiO-66-NH₂，在100℃和异丙醇存在时，获得93％的HMF转化率和96％的BHMF选择性(Catal.Lett.2021,152,361)。Wang等以异丙醇为氢源，Ru/Co₃O₄作为催化剂，在190℃时BHMF产率可达82％(Catalysts 2017,7,92)。Ruan等利用高比表面积的SiO₂纳米微球负载PtCuCo合金形成的催化剂，在3.0MPa H₂、100℃下将糠醛转化为糠醇，12h后糠醛转化率达到98％，糠醇选择性为96％(Fuel 2023,335,126935)。化学方法仍存在反应条件激烈、环境不友好和能耗高等缺点。从经济和可持续性的角度，迫切需要开发经济、反应条件温和、高效且环境友好的呋喃甲醇合成方法。

生物催化具有效率高、反应条件温和、环境友好且选择性高等优点。目前，已报道的诸多生物催化剂能将呋喃醛还原为对应的呋喃甲醇(ACS Catal.2022,12,10080)。但由于HMF和糠醛对微生物细胞会产生高毒性和强抑制性，故生物催化高浓度底物还原仍然具有挑战性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高效、高选择性和高底物浓度的BHMF和糠醇合成方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种合成2,5-呋喃二甲醇或糠醇的方法，包括如下步骤：

(1)将醇脱氢酶YjgB基因与葡萄糖脱氢酶GDH Q252L基因共同连接到载体pETDuet-1中，导入Escherichia coli BL21(DE3)中构建共表达体系，得到共表达重组菌E.coli-YjgB-GDH；

(2)将上述重组菌加入含有呋喃醛、辅底物、碳酸钙的磷酸盐缓冲液中，反应后得到2,5-呋喃二甲醇或糠醇；所述呋喃醛为5-羟甲基糠醛或糠醛。