如果家用清洁剂散发出类似柠檬的气味,这可能是由于一种名为香茅腈的腈所致。这些用途广泛的化学腈基还用于制造活性药物成分、强力胶和耐化学手套。迄今为止,普遍使用的生产工艺需要某些分子与剧毒氰化物发生化学反应。

新的生物催化方法消除腈生产中的氰化物

格拉茨技术大学分子生物技术研究所的 Margit Winkler 与捷克科学院微生物研究所的 Ludmila Martínková 合作,开发出了一种生物催化工艺,该工艺不需要氰化物,且在室温下进行,因此所需能源更少,产生的有害废物也更少。

该项研究成果发表在《生物技术杂志》上。

两个酶引导步骤

为了替代氰化物,研究小组使用酶并将三个单独的反应合并成一个级联。起始材料是羧酸,例如来自植物油的脂肪酸或木质素,这是木材加工的副产品。

第一步,通过添加糖、氧气和活细菌细胞中所含的羧酸还原酶,将羧酸转化为醛。然而,这种醛反应性很强,因此不稳定,而且在许多情况下还易挥发。

为了捕获这种物质,让醛与羟胺发生反应,将其转化为稳定的肟。

肟是腈的“水合”形式,这就是为什么在最后一步要使用醛肟脱水酶。这种酶也存在于细菌细胞中,负责从肟中提取水分。

一旦完成此操作,级联就达到了其目的并生产出了所需的腈。

这种方法现在可用于制备少量腈。对于非常有效的香料来说,这已经是一项很有前景的技术,例如,只需要少量的腈就能产生效果。

为了能够以合理的成本使用生物催化工艺,仍需要对大量生产腈类进行优化。目前,第一步工艺使用的是高度稀释的溶液,而生产大量腈类则需要大型反应器,这还不经济。

因此,温克勒已经开始研究如何提高第一步的效率。另一方面,单独脱水肟的效率极高,目前已达到生产技术成熟度。

“自从我撰写硕士论文以来,我就对氰化物化学产生了兴趣,而且从阿加莎·克里斯蒂的小说中我们得知,氰化物具有剧毒,”温克勒说,“因此,我们必须找到一种方法,在生产过程中避免使用这种危险物质。”

“我们使用的脂肪酸来自植物油。因此,我们确实拥有一种生物基生产方法。我们现在想进一步改进它,以便它能够得到广泛应用。”