[发明专利]一种串联酶法制备2,5-呋喃二甲酸的方法

说明书

本发明涉及生物法制备大宗化学品领域，具体的说是采用生物酶催化氧化5‑羟甲基糠醛(HMF)制备2,5‑呋喃二甲酸(FDCA)的方法。本发明采用两种酶，包括5‑羟甲基糠醛氧化酶和5‑羟甲基糠醛氧化酶突变酶串联催化氧化HMF制备FDCA，实现FDCA的绿色制备过程。本发明所述的技术方案采用酶法催化氧化，在较低温度下进行，能耗小，效率高；在转化过程中不需要加入碱，过程更加简单、绿色；采用空气或者氧气为氧化剂，不需要加入过氧化氢，经济性更好。本发明所提供的技术具有很好的工业化前景。

技术领域

本发明涉及生物法制备大宗化学品领域，具体的说是采用生物酶串联催化氧化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲酸的方法。

技术背景

2，5-呋喃二甲酸(2,5-Furandicarboxylic acid，FDCA)是碳水化合物脱水得到5-羟甲基糠醛(5-Hydroxymethylfurfural，HMF)，然后氧化制备得到的具有环状共轭结构的二元酸，其结构与对苯二甲酸(p-Phthalic acid,PTA)十分相似，可替代对苯二甲酸制备聚酯、聚酰胺等材料，其市场规模为几千万吨级，且逐年增长。

在FDCA制备方面，目前主要采用非均相催化氧化HMF制备，催化剂主要为Au[Catalysis Today,2011,160(1):55-60]、Pt[Journal of catalysis,2014,315:67-74]及其负载型催化剂，在碱性溶液或者中性条件下反应，收率可超过90％。研究发现，在碱性条件下收率更高，其原因在于FDCA在碱性环境时成盐，从而不会影响固体催化剂的活性。但是，这一策略在提高收率的同时，却增加了后续的分离困难，需要将FDCA盐分离后重新酸化成FDCA。

生物转化相对于化学转化，具有反应条件温和，选择性高等优点。酶催化转化HMF制备FDCA逐渐引起关注。

Koopmand等将HMF氧化酶基因恶臭假单胞菌中表达，构建了全细胞催化剂，以HMF为原料，FDCA收率达97％[Bioresource Technology,2010,101:6291-629]，但是存在底物浓度较低、反应时间长等问题。Dijkman等从Methylovorus sp中发现了能氧化HMF的酶，将基因在大肠杆菌中表达，发现该酶能将HMF高选择性氧化5-甲酰基-2-呋喃甲酸(5-formyl-2-furancarboxylic acid，FFA)，收率达95％，而FDCA收率较低[Applied andEnvironmental Microbiology,2014,80(3):1082-1090]。Dijkman等进一步研究发现HMFO催化氧化HMF时，主要生成中间体，2,5-二甲酰呋喃(2,5-diformylfuran，DFF)和FFA。DFF然后在辅酶FAD参与的情况下，水合成偕二醇，然后经酶催化氧化成FDCA，加入FAD，FDCA收率可达95％。当不加入FDA时，DFF和FFA转化成FDCA的效率很低[Angewandte ChemieInternational Edition,2014,53:6515-6518]。

为了克服上述存在的问题，本发明将HMF氧化酶的两个氨基酸进行突变，得到HMF突变氧化酶，发现HMF突变氧化酶能催化氧化HMF氧化酶催化氧化HMF的产物，DFF和FFA，得到FDCA。本专利构建了以HMF氧化酶和HMF突变氧化酶串联催化HMF制备FDCA的生物酶法制备过程，实现FDCA的绿色制备过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种酶法催化氧化HMF制备FDCA的绿色方法。

为了实现上述目标，本发明采用的技术方案为：

一种酶法制备2,5呋喃二甲酸的方法，将5-羟甲基糠醛溶解在溶剂中，以5-羟甲基糠醛氧化酶为催化剂，在氧气和/或者空气下反应1-48小时，优选24小时；然后加入5-羟甲基糠醛突变氧化酶，在氧气和/或者空气下反应1-48小时，优选24小时，得到2,5呋喃二甲酸。