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用于生产增值化学品的组合物和方法技术

技术编号:41069179 阅读:2 留言:0更新日期:2024-04-24 11:24
一种分子制造方法,所述方法包括将平台分子与(i)生物催化剂和(ii)化学催化剂在适合于生产增值化学品的条件下接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本公开总的来说涉及用于生产增值化学品的组合物和方法。更具体而言,本公开涉及从生物可再生原料生产增值化学品的化学酶促方法。


技术介绍

1、目前,大多数化学品和能源都从有限的基于化石燃料的资源生产。全世界社会和商业市场依赖于这些消耗性化石燃料来生产约80%的能源和90%的化学品。由于有害温室气体和有毒物质的排放,这些化石燃料的大规模生产和使用对环境造成了负面影响。随着世界人口的增长,对能源和化学品的需求也在大幅增加。

2、传统的化学制造通常基于(i)使用热产生反应和相应产物的石化途径,或(ii)通常利用微生物和诸如发酵的过程的生物途径。这两种路线都产生产物和杂质的混合物,其需要大量加工才能以可接受的纯度百分率获得感兴趣的化合物。因此,这些路线不是非常高效并且可能是昂贵的。此外,这两种路线都会产生大量的co2,要么作为生物副产物,要么作为产生用于反应的热的燃烧的产物。从廉价的生物可再生原料生产增值化学品的典型挑战包括使用苛刻、昂贵和对环境不友好的试剂和条件。

3、由于对能源和化学品的需求不断增加,并且为了克服与消耗性化石燃料及其相关环境影响相关的问题,鉴定用于生产能源和化学品的替代资源势在必行。生物质是具有碳中和生产商业化学品潜力的唯一可行的可持续原料。通过利用生物质功能的多样性以及目前的热转化和生物化学转化能力,石化产品的生物基直接替代品以及当前石化行业范围之外的新产品具有巨大的潜力。

4、对于这些通常与增值化学品的商业生产相关的昂贵和碳排放密集型加工步骤的消除和简化,存在着持续的需求。

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技术实现思路

0、概述

1、本文公开了将原料例如糖、空气和二氧化碳分子转化为增值化学品(vac)的方法和组合物。本文公开的方法利用生物催化剂和金属催化剂的组合来进行商业上重要的转化例如氧化、脱水、羧化、羧基连接和氢化的组合。在本公开的一个方面中,使用平台化学品来生产vac。在一个方面中,所述平台化学品包括醇类例如乙醇和甲醇、糖类例如葡萄糖、羟甲基糠醛、2,5-呋喃二甲酸、甘油、乙二醇、琥珀酸、烟酰胺或其组合。

2、正如本文所公开的,所述反应化学包括四个单元操作,可以由此制造支撑现代社会的90%的化学品、成分和材料。本文公开的方法主要利用氧化、脱水、羧化和/或氢化反应来生产vac。因此,正如本文所公开的,使用酶和催化剂(例如非均相催化剂如非均相金属催化剂)的系统可以进行氧化反应、脱水反应、羧化反应或氢化反应中的至少一者,以从反应物生产产物。然后可以使用各种分离步骤来分离产物,并将未反应的材料再循环到反应组列中以在系统内继续反应。总体而言,本文公开的方法可以有利地产生更少副产物,这将对所述方法的经济性做出积极贡献。

3、在本文公开的系统和方法中,正在开发至少三种酶促转化,包括氧化、脱水和羧化。这些反应允许所述系统和方法通过与氧气源(例如空气)或二氧化碳直接反应来转化各种不同的原料和中间体,以产生中间体和/或产物。通常,可以将所述酶在适合的环境例如水性环境(例如缓冲液)中与反应物接触。所述反应物可以是非均相(例如气体/液体环境)和/或均相的。在反应中,所述酶可以在各种化学循环中产生产物,使得所述酶可以在商业上适合的时间段内进行反应,同时在反应循环中维持足够的活性。可以设想,随着时间的推移,本公开的生物催化剂可能经历一些催化或结构完整性的损失。在一个或多个方面中,本公开的方法包括全部或部分酶催化剂的再生或替换。

4、所述系统中使用的酶的选择也是本文描述的方法的组成部分。在大多数系统中,可以开发或选择含有具有满足某些用户和/或方法目标的一种或多种特征的生物催化剂的生物体,以在本文公开的方法中使用。然而,生物有机体的使用可以产生一系列反应产物,包括副产物和二氧化碳。本公开的方法不是对生物体进行工程设计,而是考虑对酶进行合理的工程设计,所述酶可以针对满足某些用户和/或方法目标的一种或多种特征(例如特定反应速率和/或底物选择性)进行选择。

5、可以采用任何适合的酶选择方法。例如,酶的选择和开发工作可以包括高通量筛选以及计算设计和机器学习算法,以实现所需结果。一旦选择,可以生产所述酶(例如通过发酵)并随后进行分离,并且纯化的酶可以在不存在任何来源生物体的情况下部署在反应容器内。

6、在一个或多个方面中,酶催化剂的生产使用正交微生物宿主平台,从而可以使用短的设计-构建-测试-分析周期快速测试来自不同来源的蛋白质并扩大规模。在所述方法中使用的酶催化剂可以从广泛的各种天然来源(例如植物、细菌、真菌)获得,因此并不总是容易在单个宿主中表达。本公开的方法可以利用在酶生产过程中使用的三类来源生物体细菌、酵母和真菌中的一者或多者作为蛋白质生产宿主,以产生可能不在任何单一生物体中表达的有价值的酶。

7、现有技术的生物体工程设计能力与自动化和ai相结合,允许设计-构建-测试-分析周期保持较短,并允许通过递归学习不断改进,所有这些都是为了一个目标:蛋白质生产。通过这种方式,所产生的高度定制的酶可以容易地规模放大和分离,以用于本文公开的系统和方法。

8、在某些方面中,本公开中使用的催化剂可以是非均相金属催化剂。非均相金属催化剂通常由分散在高表面积多孔载体上的小金属纳米粒子组成。所述载体可以具有适合的孔径,以允许在所述过程中使用的各种分子反应。在某些方面中,所述金属催化剂可以在低温下在水性流体(例如水、缓冲液)中操作,而不会随着时间的推移显著降解。在某些方面中,催化组分可以包括金,其可以允许氧化、脱水和氢化反应。含金催化剂不可用于石化反应,因为它们在高温下失活。通常,本文公开的方法和反应可以在低于300℉下进行,这可以允许使用所述金属催化剂和酶的反应以高通量和高产率进行高选择性分子转化。

9、整个方法如图1a和1b中所示。如图1a中所示,所述方法包括将包含反应物的输入物在适合的介质中与生物催化剂(例如酶)反应。酶促途径的输出物可以产生中间体,然后使用金属催化剂使所述中间体反应以产生终产物。分离技术可以在所述方法中的任何点使用,用于分离和纯化一种或多种vac以产生最终产物料流。

10、在某些方面中,反应的顺序可以改变。如图1b中所示,所述方法可以包括将包含反应物的输入物在适合的介质中与金属催化剂反应,以产生至少一种中间体。所述金属催化剂反应的输出物是中间体,然后可以使用生物催化剂例如酶使所述中间体反应以产生终产物。分离技术可以在所述方法中的任何点使用,用于分离和纯化一种或多种vac以产生最终产物料流。

11、糖类

12、在一个方面中,所述平台化学品包括葡萄糖。在此类方面中,葡萄糖被转变成vac例如葡萄糖二酸、d-异抗坏血酸、l-抗坏血酸、琥珀酸、2,5-呋喃二甲酸或呋喃二甲酸甲酯。

13、在一个方面中,如图2中示意性描绘的,葡萄糖被转变成葡萄糖二酸。参考图2途径a,葡萄糖在α-d-葡萄糖与β-d-葡萄糖之间异构化。可以将葡萄糖与半乳糖氧化酶(gao)变体在适合于将c6醇氧化成醛的条件本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种分子制造方法,其包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括葡萄糖,并且所述增值化学品包括葡萄糖二酸。

3.根据权利要求2所述的方法,其中所述生物催化剂包括半乳糖氧化酶,并且所述化学催化剂包括过渡金属催化剂。

4.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括葡萄糖,并且所述增值化学品包括L-抗坏血酸。

5.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括葡萄糖,并且所述增值化学品包括琥珀酸。

6.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括葡萄糖,并且所述增值化学品包括2,5-呋喃二甲酸。

7.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括葡萄糖,并且所述增值化学品包括2,5-呋喃二甲酸二甲酯。

8.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙醇,并且所述增值化学品包括乙醛。

9.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙醇,并且所述增值化学品包括丙二醇。

10.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙醇,并且所述增值化学品包括乳酸。

11.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙醇,并且所述增值化学品包括丙烯酸。

12.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙醇,并且所述增值化学品包括丙醇。

13.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙醇,并且所述增值化学品包括乙偶姻。

14.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙醇,并且所述增值化学品包括2,3-丁二醇。

15.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙醇,并且所述增值化学品包括1,3-丁二烯。

16.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙醇,并且所述增值化学品包括2-丁酮。

17.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙二醇,并且所述增值化学品包括乙醇酸。

18.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙二醇,并且所述增值化学品包括乙醇胺。

19.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙二醇,并且所述增值化学品包括甘油。

20.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括甘油,并且所述增值化学品包括二羟丙酮。

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【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.一种分子制造方法,其包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括葡萄糖,并且所述增值化学品包括葡萄糖二酸。

3.根据权利要求2所述的方法,其中所述生物催化剂包括半乳糖氧化酶,并且所述化学催化剂包括过渡金属催化剂。

4.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括葡萄糖,并且所述增值化学品包括l-抗坏血酸。

5.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括葡萄糖,并且所述增值化学品包括琥珀酸。

6.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括葡萄糖,并且所述增值化学品包括2,5-呋喃二甲酸。

7.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括葡萄糖,并且所述增值化学品包括2,5-呋喃二甲酸二甲酯。

8.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙醇,并且所述增值化学品包括乙醛。

9.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙醇,并且所述增值化学品包括丙二醇。

10.根据权利要求1所述的方法,其中所述平台化学品包括乙醇,并且所述增值化学品包括乳酸。

11.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员:托尼·M·李布里恩·F·费希尔菲利普·威曼高拉布·查克拉巴蒂彼得·阮凯文·洛夫蒂斯钱帅康拉德·米勒汉斯约尔格·韦尔克萨拉·唐宁大卫·维纳尔丹尼尔·菲尔肖恩·亨特
申请(专利权)人:索鲁根公司
类型:发明
国别省市:

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