在连续流动微反应器中生物催化合成绿色反式 -2-己烯醛

报道了使用来自杏鲍菇（Pleurotus eryngii）（Pe AAOx）的新型芳基醇氧化酶从反式己-2-烯醇生物催化制备反式己-2-烯醛。由于O 2依赖性酶，Pe AAOx依赖性反应通常受到O 2在水性介质中的不良溶解性和传质限制的困扰，导致反应速率差。通过在流动反应器设置中进行反应有效地克服了这些限制，在转换频率方面达到了前所未有的催化活性（高达38 s -1））和营业额（超过300000）指向拟议的反应方案的制备有用性。

关键词： 酒精氧化酶; 酒精氧化; 醛; 流动化学

trans -2-Hexenal是众所周知的水果和蔬菜绿色元素的主要成分，如苹果，草莓，樱桃等。它广泛用于香料和香料工业中作为食品和饮料中的新鲜香料成分。

对反式 -2-己-2-烯醛的一种有吸引力的途径是相应的烯丙醇氧化成醛。虽然初看起来将伯醇氧化成相应的醛似乎不是主要的挑战，但是现有技术的方法主要受到不希望的副反应的困扰[1]。从环境和/或毒理学的观点来看，所使用的一些化学计量氧化剂也是有问题的，因此与诸如Green Notes的消费品不相容。因此，我们将注意力转向生物催化氧化方法。为了将伯醇清洁转化为醛，主要有两种生物催化方法（方案1）[2-5]。醇脱氢酶在Meerwein-Ponndorf-Verley型反应中催化醇的可逆氧化（方案1A）。然而，该反应的不良热力学驱动力需要化学计量氧化剂（例如丙酮）的显着摩尔过剩。这不仅会对反应的环境影响产生负面影响[6]，而且还会使下游加工变得复杂。此外，烟酰胺辅助因子（即使仅以催化量使用）会导致额外的成本。

方案1： 用于反式 -hex-2-烯醇的选择性氧化的酶促反应方案。A：醇脱氢酶（ADH）催化氧化生成化学计量的NAD（P）H，需要原位回收; 总反应是可逆的，需要过量的共底物（例如丙酮）将总平衡转移到反式己-2-烯醛侧。B：使用醇氧化酶（AOx）设想有氧氧化。H 2 O 2作为副产物形成，并被过氧化氢酶歧化成H 2 O和O 2。

因此，我们集中于醇氧化酶催化的反应方案（方案1B。氧化酶利用O 2作为末端电子受体进行氧化反应，产生H 2 O 2作为唯一副产物。后者可通过使用过氧化氢酶而容易歧化（方案1B）。此外，O 2还原为反应增加了足够的热力学驱动力，使其基本上不可逆。

然而，使用O 2的益处还具有其在水性介质中非常差的溶解度（在室温下约0.25mM）的缺点。因此，在氧化反应过程中，溶解的O 2迅速消耗，并且O 2向反应介质中的扩散可以容易地成为整体限速。进入反应介质的O 2扩散速率直接与含水介质和气相之间的界面面积相关。通过不均匀摄入，通过鼓泡，搅拌等可以实现大的界面表面积。然而，在这些条件下，可溶性酶通常相当不稳定，可能是由于机械应力导致生物催化剂的不可逆失活[7,8]。。在文献中已经描述了无气泡通气的方法，以减轻上述失活问题[9-12]。

连续流动微反应器技术已成为一种安全且可扩展的方法来接近氧化反应[13,14]。由于尺寸小，可以很容易地控制危险反应，因为它具有较大的表面积与体积比，可以最大限度地减少热点的形成，并可以控制混合和加热现象[15,16]。此外，可以很容易地保持明确的气液体系[17,18]。高质量传递系数通常是由分段流动状态引起的小涡流的结果。该流动模式保证了两相之间增强的接触，并在液体段中提供均匀的气体浓度。

因此，生物催化界对流动化学也表现出兴趣并不令人惊讶。在流动反应器中已经报道了几种生物催化过程[19]，主要是提倡与酶固定相结合更容易的过程强化[20-23]。几个小组也强调了与间歇反应相比，流动反应中更高的氧转移率。在这里，已经报道了反应堆设计，包括简单流动反应器，管中管反应器[24]，搅拌管反应器[25,26]和连续搅拌反应器[27]。

受到这些贡献的鼓舞，我们问自己，团状流方法是否可以将机械要求较低的条件与高O 2转移率相结合，从而实现有效且稳健的氧化酶催化氧化反应。