DD295188A5 - Verfahren zur herstellung von sauerstoffderivaten des ethylbenzens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sauerstoffderivaten des Ethylbenzens mit einem Gehalt von einem bis zu drei Sauerstoffatomen in der Seitenkette durch Biotransformation. Das Ziel besteht darin, die Oxidation von Ethylbenzen, Styren bzw. niederen Oxidationsprodukten des Ethylbenzens mit solchen Mikroorganismen durchzufuehren, die die Synthese von nahezu allen denkbaren Sauerstoffderivaten des eingesetzten Aromaten erlaubt. Die erfinderische Loesung sieht die Verwendung von n-Alkane utilisierenden Hefen der Art Candida maltosa im Transformationsprozesz in Anwesenheit von 0,3 bis 30% n-Paraffinen vor.{Sauerstoffderivate; Oxidation; Synthese; Ethylbenzene; Styren; Aromaten; Biotransformation; Mikroorganismen; Hefen}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sauerstoffderivaten des Ethylbenzens mit einem Gehalt von einem bis

zu drei Sauerstoffatomen in der Seitenkette durch mikrobielle Oxidation.

Die Erfindung kann in kontinuierlichen oder semikontinuierlichen Fermentationsprozessen realisiert werden. Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Verfahren zur mikrowellen Oxidation von Benzenderivaten sind bereits bekannt. Es handelt sich hierbei überwiegend um die Herstellung von Expoxyden aus Styren (Idemiteu Kasan Co. Ltd., 1.6.78, JP 800033; ICI, 29.7.81, DE-OS 3129935), von Hydroxylierungsprodukten wie Phenole, Phonylethanole (Phizer Co. 1983, EP 73134; ICI, 14.4.83, EP 76606) von Ketonen (Idemitsu-Kasan Co., Ltd., 5.1.80, JP 8000012; D. P. Cox, CD. Goldsmith, 1979, Appl. Environ. Microbiol. 38 [3], 514-526) sowie um die Gewinnung verschiedener Carbonsäuren (Celanese Co., 18.1.84, EP 98750; Hsieh Jih Han, 10.1.82, US 4603338; IJ. Higgins, 22.4.82, DE-OS 3129935).

Hierbei werden Nocardia spec, Pseudomonaden und insbesondere Methan verwertende Bakterien verwendet aber auch Hefen und Pilze. Kohlenwasserstoffe utilisierende Hefen haben im Gegensatz zu einer Reihe anderer Mikroorganismen den Vorteil, auf einfache, vollsynthetische Medien mit relativ hoher Vermehrungsrate wachsen zu können. Sie besitzen bekanntlich auf Grund ihrer enzymatischen Ausrüstung ein relativ hohes Oxidationspotential, das sie zur Degradation aromatischer Kohlenwasserstoffe befähigt. Sie vermögen sowohl lange Seitenketten aromatischer Kohlenwasserstoffe abzubauen als auch den Benzenring zu spalten. So wird die Bildung von Zimtsäure und Benzoesäure im Ergebnis der Degradation ungeradzahliger Seitenketten (JIGAMI, YOSHIFUMI et al. Agric. Biol. Chem. 1974,38 [2], 401-408) und die Synthese von aliphatischen Mono- und Dicarbonsäuren wie der Muconsäure aus Brenzcatechin oder von 2-Hydroxy-7-methyl-6-oxooctansäure durch Ringspaltung des Isopropylbenzens beschrieben (HORIGUCHI, S. et al. 18.8.82, JP 61 185192; JIGAMI, YOSHIFUMI et al., Agric. Biol. Chem. 1975, 39|9),1781-8).

Beim Abbau von Styren bzw. Ethylbenzen durch Hefen werden als Oxidationsprodukte Styrenoxid und Phenylethanole bzw. Phenylessigsäure und ihre Hydroxylverbindung genannt. Unter den aufgeführten Verbindungen sind Produkte, die von volkswirtschaftlichem Interesse sind und auf chemischem Wege nur relativ aufwendig und teuer hergestellt werden. Zu diesem Produkten gehören z. B. 2-Phenylethanol, Phenylessigsäure, enantiomerenreine Mandelsäure, die in der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie sowie bei der Wirkstoff herstellung Verwendung finden. Die genannten Produkte stellen das Ergebnis spezieller Leistungen der getesteten Mikroorganismen dar, die sich von anderen Arten oder Gattungen unterscheiden. Für die Synthese anderer Zielprodukte müssen daher andere Spezialisten eingesetzt werden, wobei sich die Kultivierungsbedingungen und damit der technische und materielle Aufwand erheblich unterscheiden können, was bei einer Produktionsumstellung von ökonomischem Nachteil ist. Die Regel ist, daß derartige Spezialisten wie auch Defektmutanten vor Wildstämmen bzw. Fremdorganismen geschützt und demzufolge unter sterilen Bedingungen kultiviert werden müssen. Hefen, die in der Lage wären, alle denkbaren Sauerstoffderivate des Ethylbenzens zu bilden und auf Grund von Selektionsvorteilen urfter ungeschützten Bedingungen kultiviert werden können, sind bisher nicht bekannt. "

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren auf der Grundlage von Hefen, mit dem es möglich ist, kostengünstig und insbesondere zeitsparend nahezu alle theoretisch ableitbaren Sauerstoffderivate des Ethylbenzens zu synthetisieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, das mittels geeigneter Prozeßführung und den Einsatz geeigneter Hefen unter ungeschützten Bedingungen die Synthese von Sauerstoffderivaten des Ethylbenzens mit einer hohen Oxidationsgeschwindigkeit aus Benzenderivaten erlaubt.

Dieso Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß η-Alkane ultisierende Hefen zur Transformation von Styren bzw. Ethylbenzen bevorzugt in Anwesenheit von Wachstumssubstratüberschüssen verwendet werden. Diese Hefen gehören zur Spez. Candida maltosa. Die Styren- bzw. Ethylbenzentransformation wird in Anwesenheit von mindestens 0,3%

Wachstumssubstrat, einem pH-Wert von 2,5 bis 5,5 und einer Temperatur von 24 bis 34⁰C durchgeführt. Diese Parameter sowie

die Eigenschaft, n-Alkane als Kohlenstoff· und Energiequelle zu nutzen, verschaffen der Hife Candida maitosa epez. z. B.

hinreichend Selektionsvorteile, so daß unter unsterilen Bedingungen kultiviert werden kann. Es wurde Im Gegensatz zu anderen

Autoren und analogen Hefen gefunden, daß dies« Hefen in der Lage sind, Styren und Ethylbenzen mit hoher Geschwindigkeit in

die verschiedensten Sauerstoffderivate umzuwandeln. Als Oxidationsprodukte entstehen hierbei z. B.: 1- und 2-Phenylethanol,

Phenylacetaldehyd, Acetophenon, Phenylessigsäure, Phenylglyoxal, Mandelsäure. Aus Styren werden darüber hinaus, Styrenoxid und Benzenethylenglycol gebildet. Der prozentuale Anteil der genannten Produkte wird sowohl von den eingesetzten, zu oxidierenden aromatischen Kohlenwasserstoffen als auch von den eingestellten Transformationsbedingunpen wie der An- oder Abwesenheit einzelner Nährstoffe und auf diese oder andere bekannte Art aktivierten oder desaktlvierten Enzyme bestimmt. Die Blockierung von Enzymen durch bekannte Enzyminhibitoren kann zur Maximierung der Ausbeute an einzelnen Hauptprodukten führen. Im einzelnen wird so verfahren, daß in einen laufenden Prozeß der n-Alkanverhefung mit Candida

maitosa spec, und bei einer extrazellulären Kohlenwasserstoff konzentration von 0,3 bis 30% mit einem n-Alkananteil von 100 bis 10% Styren oder Ethylbenzen in Portionen von 0,5ml/kg Fermenterinhalt eingetragen wird.

Die Hefekonzentration kann zwischen 1 und 50g HTS/kg betragen, und die Styren· bzw. Ethylenbenzenkonzentration sollte

vorteilhaft unter 0,5g/kg liegen.

Die Erfindung wird an Hand des folgenden Beispiels näher erläutert. Ausfflhrungsbelsplel In einem Rührkesselreaktor mit einem Arbeitsvolumen von 21 wird die diskontinuierliche Verhefung eines n-Alkangemisches der Kettenlänge C₈...C_n durchgeführt: Temperatur = 32⁰C, pH = 4,5, pOj ° 0-5 ppm. Als n-Alkane utilieierende Hefe wird Candida maitosa - IMET H 1289 verwendet. Ihre Startkonzentration beträgt 3g HTS/kg, die Vorgabe an n-Alkangemisch 15g/kg. Das Kulturmedium enthielt bis auf den Stickstoff alle lebensnotwendigen Nährstoffe,

ausreichend für einen Zuwachs von 20g HTS/kg. Die Stickstoffversorgung der Hefe erfolgte autoregulativ über die pH-Regelung mit NH₄OH.

Mit der Auszehrung der n-Alkanvorlage wurde eine Biomassekonzentration von ca. 14g HTS/kg erreicht. Anschließend wurde

nochmals eine n-Alkanmenge von 20g/kg vorgelegt und über einen Zeitraum von 12h eine Styrenmenge von 20ml/kg in

Portionen von 0,5 ml dosiert. Die Styrengaben erfolgten in Abhängigkeit von der Erholung der mikrowellen CO₂-Bildung bzw. der Einpegelung der pO₂- Anzeige auf den ursprünglichen Wert. Nach der letzten Styrengabe wurde eine weitere halbe Stunde transformiert und darauf der Fermentationsprozeß abgebrochen. Der Fermentorinhalt wurde mit 1-2% der wirksamen oberflächenaktiven Substanz Ferman versetzt und separiert. Die weitere Aufarbeitung der Ölphase und dt s Ethylacetatextraktes der wäßrigen Phase erfolgte getrennt. In der aufkonzentrierten Extraktmenge von 3 g wurde mit Hilfe der GC und GC/MS die folgenden Sauerstoffderivate des Ethylbenzene ermittelt: Styrenoxyd, Benzenethylenglycol, 1- und 2-Phenylethanol, Acetophenon, Phenylacetaldehyd, Phenylessigsäure, Phenylglyoxal, Mandelsäure, Phenylglyoxylsäure.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Sauerstoffderivaten des Ethylbenzens mit einem Gehalt von einem bis zu drei Sauerstoffatomen in der Seitenkette durch Biotransformation, dadurch gekennzeichnet, daß die Aromatenoxidation mit Hilfe von n-Alkane utilisierenden Hefen der Art Candida maltosa in Anwesenheit von 0,3 bis 30% η-Paraffinen durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biotransformation an Styren, Ethylbenzen bzw. an niederen Oxidationsprodukten des Ethylbenzens wie z. B. an Phenylethanolen durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hefestamm Candida maltosa spec.-IMET H 128 verwendet wird.