含半乳糖氧化酶突变体的重组大肠杆菌氧化HMF的能力研究文献综述

 2022-05-01 09:05

研究目的及意义

HMF是一个重要的生物基平台化合物，它可由生物质经过预处理后的碳水化合物经脱水获得。HMF的氧化衍生物有5-羟甲基糠酸（HMFCA）、呋喃二甲醛（DFF）、5-甲酰基-2-呋喃甲酸（FFCA）和2,5-呋喃二甲酸（FDCA）等，它们皆是重要的生物基平台化合物和重要的合成中间体，在医药、能源和高分子等领域具有重要的应用价值。其中HMFCA、DFF和FFCA是HMF官能团部分氧化的产物，它们最终完全氧化可以得到FDCA。FDCA是被认为最具有潜力的可再生资源，它与石油基大宗化学品对苯二甲酸结构相似，可以替代对苯二甲酸用于制造聚酯、聚酰胺类材料。

目前关于呋喃醛氧化的酶系报道非常少，为了进一步挖掘可用于HMF氧化的相关生物催化剂，本论文基于酶催化多样性分析，结合现有文献报道，选取5个均来源于恶臭假单胞菌KT2440的酶，分别进行外源表达和呋喃化合物催化活力测定，分析其酶学性质和催化特性，为HMF生物催化氧化过程提供新型催化剂。

2.国内外同类研究概况

2.1 HMF的性质及其应用

5-羟甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural，HMF）是由生物质衍生碳水化合物脱水产生的，如葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、菊粉、淀粉和纤维素，被美国能源部列为“前10 4”增值生物化合物之一。HMF是可由生物质原料制备的、最具价值和潜力替代石化工业中基础化学品的生物基平台化学品，是生物质资源与化学工业之间的纽带，在国际上被视为一种介于生物基糖化学和石油基化学之间的关键桥梁化合物［1］，被列为最重要的六碳平台化合物［2］。HMF是一种多功能的构建基块，可以合成许多增值化学品，例如5-羟甲基-2-呋喃甲酸（HMFCA），2，5-呋喃二甲醛（DFF），5-甲酰基-2-呋喃甲酸（FFCA）和2，5-呋喃二甲酸（FDCA）。

HMF分子呋喃环上带有醛基和羟甲基，可以催化氧化生成一系列呋喃类芳香化合物，从而替代石油来源的苯类大宗化学品，因此具有广泛的经济和社会意义。HMF带有一个醛基和一个羟甲基，根据氧化的位置和氧化程度，可以分别氧化成 HMFCA，DFF，FFCA和FDCA［3］。当氧化程度更高，发生 C-C 断裂时，可生成马来酸酐（MA）［4］。具体如图1所示。

2.2 HMF的衍生物及其衍生物的应用

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