最近,我实验室宗敏华教授团队在生物催化5-羟甲基糠醛(HMF)高值化转化领域取得重大突破。李宁博士和宗敏华教授最近分离得到一株对HMF具有高耐受性的酵母(Meyerozymaguilliermondii SC1103),并系统地研究了该酵母催化HMF还原性能。结果表明,该酵母不仅对底物HMF(高达110 mM)和产物BHMF(200 mM)具有高耐受性,而能高效、高选择性催化HMF还原为BHMF。在较适宜的反应条件下,该酵母菌能在12 h内催化100 mM HMF转化为BHMF,产率达86%,选择性>99%。借助底物分批流加的方式,反应24.5 h后目标产物浓度高达191 mM,生产能力约为24 g/L d,该技术展现出广阔的工业应用前景。鉴于其新颖性及重要的科学价值,本研究工作被ChemSusChem主编选为前封面论文发表在该期刊上(ChemSusChem, 2017, 10: 372-378; IF: 7.12)。此外,相关研究成果也申请了一项国际专利(PCT/CN2016/110022)。
据了解,HMF是一种重要的生物基平台化合物,位居美国能源部宣布的“Top 10+4”平台化合物之列。HMF分子有多个活性基团,对其进行化学修饰可合成各种有用的中间体。2,5-二羟甲基呋喃(BHMF)是HMF的一种还原产物,展现出广阔的应用前景,既可用于生产医药中间体及冠醚等,又可用于合成具有特殊功能的生物基高分子材料如具有形状记忆和自我修复功能的聚合物。当前,从HMF出发合成BHMF主要通过化学法实现。尽管化学法合成BHMF已取得了一定进展,但仍存在反应条件不温和、选择性不佳、需要使用有毒的催化剂或有机溶剂等问题。近年来,生物催化无论是在工业上还是在学术上均受到了广泛的关注,因为该法能有效克服化学法的上述诸多问题。然而,生物催化HMF还原合成BHMF仍颇具挑战,因为HMF是木质纤维素酸水解液中一种常见的抑制剂,对微生物具有强烈的抑制和毒性作用。
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.201601426/full