[发明专利]用于生产乙酰丙酸、乙酰丙酸酯、戊内酯、以及其衍生物的发酵路径

说明书

本发明提供了用于将从糖或其他碳源获得的丙酮酸转变为有价值的C5材料，比如乙酰丙酸、乙酰丙酸酯、戊内酯、以及其衍生物的程序。

本申请是中国申请号为20201180051824.6、发明名称为“用于生产乙酰丙酸、乙酰丙酸酯、戊内酯、以及其衍生物的发酵路径”且申请日为2011年8月30日的专利申请(PCT申请号为PCT/US2011/049788)的分案申请。

优先权

本申请要求于2010年8月30日提交的美国临时申请号61/378,199的优先权，将其通过引用结合于此。

背景

乙酰丙酸，或称4-氧代戊酸，是一种具有化学式CH₃C(O)CH₂CH₂CO₂H的有机化合物。它是一种酮酸。乙酰丙酸典型地是例如通过将蔗糖与浓盐酸加热来化学地制备。该程序经由葡萄糖的中介而进行，该葡萄糖异构化为果糖并且然后为羟甲基糠醛。

乙酰丙酸是尼龙类似聚合物、合成橡胶以及塑料的潜在前体。乙酰丙酸是通用的合成中间体，例如在药物合成中，并且它是其他化学商品(比如甲基四氢呋喃、戊内酯以及乙酰丙酸乙酯)的工业生产中的前体。

发明概述

在某些方面以及实施例中，本发明提供了用于将从糖或其他碳源获得的丙酮酸转变为有价值的C5材料(比如乙酰丙酸)的化学途径。示例性的C5化合物展示于图1与2中。当以糖作为碳源而使用时，该途径的关键是将C6糖(比如但不限于，葡萄糖、果糖、半乳糖)和/或C5糖(比如但不限于，木糖、阿拉伯糖)转变为丙酮酸，并且随后通过化学或生物化学醛醇加成、氧化、还原、脱水以及环化反应将丙酮酸转变为一种或若干种有价值的C5化合物。当与另一种碳源(比如但不限于脂肪酸以及甘油)使用时，首先将该碳源转变为丙酮酸，并且随后转变为一种或若干种有价值的C5化合物，这些C5化合物包括线性C5酮酸或酯或其具有以下通式的环化衍生物：C₅C₄(X)C₃C₂(Y)C₁(＝O)(Z)，其中X是羟基或酮氧，Y是氢、羟基或酮氧，C3与C2碳之间的化学键是单键或双键(例如饱和的或不饱和的)并且Z是有关产生酯、硫酯或羧酸官能团的烷氧基、硫化物或苯氧基。在一些实施例中，该C5化合物是C₅C₄(O₁)C₃C₂(Y)C₁(＝O)(O₁)，其中标记物“O₁”指代相同的氧原子，如此使得形成一种环状酯或内酯，并且Y是氢或羟基或酮氧。所有其他原子价或化学键都假定为氢原子，除非以上另有指明。

在一个方面，本发明提供了一种制造化合物的方法，该化合物是C5酮酸或酯、或C5羟酸或酯、或其环状衍生物。本方法包括通过醛醇加成将丙酮酸转变为一种C5中间体，并且通过化学或酶步骤或其组合将该C5中间体转变为所述化合物。在某些实施例中，该C5化合物具有如以上描述的通式C₅C₄(X)C₃C₂(Y)C₁(＝O)(Z)或C₅C₄(O₁)C₃C₂(Y)C₁(＝O)(O₁)。在某些实施例中，从5-碳和/或6-碳糖或适合用作微生物宿主碳源的原料来制备该化合物。在这些实施例中，该方法包括从该糖或原料(例如通过该微生物宿主)形成丙酮酸，以及乙醛醛醇加成至该丙酮酸(例如，在该微生物宿主中或在一种无细胞系统中)，由此制备5-碳酮酸作为用于制备所希望的C5化合物的中间体。可以通过在该微生物宿主中的丙酮酸脱羧来制备用于醛醇加成的乙醛。可以将该醛醇加成产物进一步经受一种或多种还原、氧化、脱水、基团转移、水解和/或内酯化反应(例如，每一种独立地在该微生物宿主或无细胞系统中)以制备该希望的C5产物。