DE4019166A1

DE4019166A1 - Conversion of higher di:alkyl ether into di:carboxylic acid - in presence of yeast mutant with interrupted beta-oxidn. path

Info

Publication number: DE4019166A1
Application number: DE19904019166
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Schindler; Franz Dr Meussdoerffer; Gerhard Dr Stoll; Horst Dr Eierdanz; Heinrich Dr Waldhoff
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1991-12-19

Abstract

Process is in presence of yeast mutants, with beta-oxidn. path of which has been interrupted. At least 10C dialkyl ethers of more than 1C in each alkyl are converted to ether dicarboxylic acids. Symmetrical dialkyl ethers with 5-22C in each alkyl are pref. used. Pref. a mutant is of Candida pichia or Saccharomyces in which the beta-oxidn. path has been interrupted by classic mutangenesis or by genetic manipulation, or of C. lipolytica or C. tropicalis. USE/ADVANTAGE - Long-chain (I) which are difficult to obtain by classic synthesis can be obtd. (I) are used in prodn. of polyesters and polyamides, and in the field of lubricants. In an example, pre-culture of C. tropicalis was grown in a supplemented "Yeast-Nitrogen-Base" (RTM) medium for 48 hrs. at 30 deg. C Cells were transferred to a 0.2M phosphate buffer pH 7.8, with "Yeast-Nitrogen-Base w/o aminoacids" (RTM) contg. 0.3% of "Myrj52" (RTM:ethoxylated sorbitan ester) and 3% of di-n-octyl ether. After 168 hrs., 1g/l of ether dicarboxylic acid had been formed. (3pp Dwg.No.0/0)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Etherdi carbonsäuren.The invention relates to a method for producing etherdi carboxylic acids.

Dicarbonsäuren mit mehr als 10 C-Atomen sind nach Methoden der prä parativen organischen Chemie im technischen Maßstab schwer herstell bar. Insbesondere gilt dies auch für langkettige Etherdicarbonsäu ren.Dicarboxylic acids with more than 10 carbon atoms are by methods of the pre difficult to manufacture parative organic chemistry on an industrial scale bar. This also applies in particular to long-chain ether dicarboxylic acid ren.

Man hat daher versucht, aus gut zugänglichen Rohstoffen mit Hilfe der Stoffwechselleistungen verschiedener Mikroorganismen Dicarbon säuren präparativ zu erzeugen. So wird in der deutschen Patent schrift 21 40 133 vorgeschlagen, auf Alkane, primäre Alkanole oder Carbonsäuren eine Hefe der Gattung Candida oder Pichia unter Fer mentationsbedingungen einwirken zu lassen. Bei Einsatz von zum Beispiel einem speziellen Stamm von Candida lipolytica entstehen dabei Dicarbonsäuren, deren C-Kette gegenüber dem Ausgangsmaterial nicht oder nicht wesentlich abgebaut ist und auch ansonsten keine Veränderungen wie Einführen neuer funktioneller Gruppen aufweist. Ähnliche Verfahren, bei denen spezielle andere Mikroorganismen ein gesetzt werden, sind beschrieben in den US-Patenten 39 75 234 und 43 39 536; in der britischen Patentschrift 14 05 026 sowie in den deutschen Offenlegungsschriften 21 64 626, 28 53 847, 29 37 292 und 29 51 177.Attempts have therefore been made to obtain from easily accessible raw materials the metabolic performance of various microorganisms dicarbon to generate acids preparatively. So in the German patent Scripture 21 40 133 proposed on alkanes, primary alkanols or Carboxylic acids a yeast of the genus Candida or Pichia under Fer allow mentation conditions to take effect. When using the Example of a special strain of Candida lipolytica thereby dicarboxylic acids, their C chain compared to the starting material is not or not significantly degraded and otherwise none Changes such as introducing new functional groups. Similar procedures involving special other microorganisms are described in U.S. Patents 3,975,234 and 43 39 536; in British Patent Specification 14 05 026 and in German Offenlegungsschriften 21 64 626, 28 53 847, 29 37 292 and 29 51 177.

Das US-Patent 44 74 882 hat ungesättigte Dicarbonsäuren zum Gegen stand. Diese werden gewonnen, indem ein Stamm der Spezies Candida tropicalis zur Umwandlung von ungesättigten Monocarbonsäuren mit 14 bis 22 C-Atomen eingesetzt wird. Die ungesättigten Dicarbonsäuren entsprechen in Anzahl und Lage der Doppelbindung den Ausgangsma terialien.The US patent 44 74 882 counteracts unsaturated dicarboxylic acids was standing. These are obtained from a strain of the Candida species tropicalis for the conversion of unsaturated monocarboxylic acids with 14 up to 22 carbon atoms is used. The unsaturated dicarboxylic acids correspond to the starting dimensions in number and position of the double bond materials.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 35 40 834 wird ein Ver fahren zur Umwandlung von Alkanen und/oder Monocarbonsäuren in Di carbonsäuren angegeben, bei dem mit einer Blockmutante von Candida lipolytica gearbeitet wird, wobei Dicarbonsäuren entstehen, die zu sätzliche Doppelbindungen aufweisen.In the German patent application DE 35 40 834 a Ver drive to convert alkanes and / or monocarboxylic acids into Di carboxylic acids specified in which with a block mutant of Candida lipolytica is worked, whereby dicarboxylic acids are formed which lead to have additional double bonds.

Ein Verfahren, bei dem keine zusätzlichen Doppelbindungen eingefügt werden, wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 37 21 119 be schrieben, die einen Mikroorganismenstamm Candida tropicalis be trifft, der Fähigkeit aufweist, insbesondere Methylmyristat in Te tradecandisäure umzuwandeln.A process in which no additional double bonds are inserted be, is in the German patent application DE 37 21 119 be wrote that a microorganism strain Candida tropicalis be hits, which has ability, especially methyl myristate in Te convert tradecanedioic acid.

Schließlich beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 37 38 812 einen Stamm Candida tropicalis, der die Fähigkeit besitzt, ketten längenspezifisch Methyllaurat in die entsprechende Dicarbonsäure umzusetzen. Finally, the German patent application DE 37 38 812 describes chain a Candida tropicalis strain that has the ability length-specific methyl laurate in the corresponding dicarboxylic acid to implement.

Eine Literaturübersicht über das Gesamtgebiet findet sich bei H.J. Rehm und G. Reed (Herausgeber), Biotechnology, Vol. 6a, Kapitel 9, Seiten 329 ff., Verlag Chemie Weinheim 1984).A literature review of the entire area can be found at H.J. Rehm and G. Reed (Editor), Biotechnology, Vol. 6a, Chapter 9, Pages 329 ff., Verlag Chemie Weinheim 1984).

Aus der genannten Vorliteratur ist es aber noch nicht bekannt, daß außer Alkanen und deren Derivaten auch langkettige Ether eingesetzt und in Etherdicarbonsäuren umgewandelt werden können. Hier hätte der Fachmann vermutet, daß das Vorhandensein der Ethergruppe zu nicht gewünschten Reaktionen unter Kettenabbau führen könnte.However, it is not yet known from the aforementioned literature that In addition to alkanes and their derivatives, long-chain ethers are also used and can be converted into ether dicarboxylic acids. Here he would have Those skilled in the art suspect that the presence of the ether group does not desired reactions could lead to chain degradation.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, daß es erlaubt, aus langkettigen Ethern Etherdicarbonsäuren herzu stellen, da insbesondere langkettige Etherdicarbonsäuren auf klas sisch chemischen Wege schlecht darstellbar sind.It is therefore an object of the invention to provide a method that allows ether dicarboxylic acids to be obtained from long chain ethers make, because in particular long-chain ether dicarboxylic acids on klas chemical pathways are difficult to represent.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Umwandlung von Alkanen in Dicarbonsäuren mit zumindest vorwiegend gleicher Anzahl an C-Atomen in Gegenwart von Hefemutanten, deren β-Oxidationsweg unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß man Dialkylether mit mehr als einem C-Atom in jedem Alkylrest und insgesamt mindestens 10 C-Atomen in Etherdicarbonsäuren umwandelt.The invention thus relates to a method for converting Alkanes in dicarboxylic acids with at least predominantly the same number on carbon atoms in the presence of yeast mutants, their β-oxidation path is interrupted, characterized in that dialkyl ether with more than one carbon atom in each alkyl radical and at least a total of 10 carbon atoms converted into ether dicarboxylic acids.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können eine Vielzahl von lang kettigen Dialkylethern eingesetzt werden. Voraussetzung ist, daß jede Alkylgruppe mehr als 1 und vorzugsweise auch mehr als 4 C-Atome enthält. Geeignet sind sowohl symmetische als auch unsymmetrische verzweigte wie lineare Ether. Bevorzugt sind lineare symmetrische Dialkylether mit 5 bis 22 C-Atomen in jeder Alkylgruppe. Derartige Ether können beispielsweise durch Säure-katalysierte Veretherung von Fettalkoholen oder durch Umsetzung von Fettalkoholen mit Fettalko holsulfaten bzw. den analogen Alkylhalogeniden hergestellt werden. According to the method of the invention, a variety of long chain dialkyl ethers are used. Requirement is, that each alkyl group has more than 1 and preferably also more than 4 carbon atoms contains. Both symmetrical and asymmetrical are suitable branched like linear ethers. Linear symmetrical are preferred Dialkyl ethers with 5 to 22 carbon atoms in each alkyl group. Such Ethers can, for example, by acid-catalyzed etherification of Fatty alcohols or by converting fatty alcohols with fatty alcohol hol sulfates or the analog alkyl halides are prepared.

Unter Dialkylethern im erfindungsgemäßen Sinne werden ganz allgemein auch Verbindungen der allgemeinen Formel,
R¹-O-((CH2)n-O)m-R²,
verstanden, wobei in dieser Formel die Reste R¹ und R² Alkylgruppen mit 5 bis 22 C-Atomen bedeuten, n = für eine Zahl von 2 bis 6 steht und m = 0 bis 100 bedeutet. So können beispielsweise Ethoxylate pri märer Alkohole, deren End-OH-Gruppe mit einer weiteren bestimmungs gemäßen Alkylgruppe verethert ist, eingesetzt werden.Dialkyl ethers in the sense of the invention also generally include compounds of the general formula
R ¹ -O - ((CH2) nO) mR ² ,
understood, wherein in this formula the radicals R ¹ and R ^{2 are} alkyl groups having 5 to 22 carbon atoms, n = a number from 2 to 6 and m = 0 to 100. For example, ethoxylates of primary alcohols whose terminal OH group is etherified with a further intended alkyl group can be used.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Fachmann auf Hefemutanten, bei denen der β-Oxidationsweg durch klassische Mutagenese oder genetische Manipulation unterbrochen ist, zurück greifen. So sind prinzipiell eine Vielzahl von Mutanten von Stämmen einsetzbar, die den Familien Candida, Pichia oder Saccharomyces angehören.The person skilled in the art can carry out the method according to the invention on mutant yeasts in which the β-oxidation pathway is characterized by classical Mutagenesis or genetic manipulation is interrupted to grab. In principle, there are a large number of mutants from strains can be used by the Candida, Pichia or Saccharomyces families belong to.

Mit besonderem Vorteil können Mutanten von Stämmen Candida lipoly tica oder Candida tropicalis eingesetzt werden. So kann beispiels weise der in der DE 35 40 834 genannte Stamm DSM 3581 oder der in der DE 37 38 812 genannte Stamm DSM 4277 bzw. Mutanten oder Varian ten dieser Stämme mit Erfolg bevorzugt eingesetzt werden.Mutants of Candida lipoly strains can be used with particular advantage tica or Candida tropicalis can be used. For example as the strain DSM 3581 mentioned in DE 35 40 834 or in strain DSM 4277 or mutants or variants called DE 37 38 812 Ten of these strains are used preferentially with success.

Das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Fermentationsmedium entspricht den für die Anzucht von Candida-Arten bekannten und beschriebenen Medien. Geeignete Fermentationsmedien enthalten die üblichen Spurenelemente, eine Stickstoffquelle und eine zusätzliche, dem zu transformierenden Substrat nicht identische Kohlenstoffquelle. Unter Spurenelementen sind hier beispielsweise Salze der Kationen, Ammonium, Kalium, Natrium, Magnesium, Calcium und Mangan mit den Anionen wie Phosphat, Sulfat, Chlorid zu ver stehen. Als Stickstoffquelle können neben anorganischen Verbindungen wie zum Beispiel (NH₄)₂SO₄ auch Pepton oder Hefeextrakt eingesetzt werden.The fermentation medium used to carry out the process according to the invention corresponds to the media known and described for the cultivation of Candida species. Suitable fermentation media contain the usual trace elements, a nitrogen source and an additional carbon source that is not identical to the substrate to be transformed. Trace elements here include, for example, salts of the cations, ammonium, potassium, sodium, magnesium, calcium and manganese with the anions such as phosphate, sulfate, chloride. In addition to inorganic compounds such as (NH ₄ ) ₂ SO ₄ , peptone or yeast extract can also be used as the nitrogen source.

Die Fermentationslösung enthält weiterhin als Kohlenstoffquelle ein Cosubtrat. Als Cosubtrat kann beispielsweise Natriumacetat einge setzt werden. Weiterhin ist es möglich, daß als Cosubtrat übliche Zucker wie Glucose, Fructose, Maltose, Trehalose und dergleichen eingesetzt werden. Ein besonders bevorzugtes Cosubstrat ist Gly cerin.The fermentation solution also contains a carbon source Cosubtrat. Sodium acetate, for example, can be used as cosubtrate be set. It is also possible that the usual cosubtrate Sugars such as glucose, fructose, maltose, trehalose and the like be used. A particularly preferred cosubstrate is Gly cerin.

Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, den zur Umwandlung vorgesehenen Ausgangsverbin dungen zur besseren Verteilung im Fermentationsmedium Emulgatoren zuzufügen. So werden günstige Ergebnisse erzielt, wenn insgesamt 0,1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf Fermentationsmedium, an Emulgatoren vorhanden sind. Geeignet sind hier physiologisch verträgliche Emul gatoren und insbesonders physiologisch verträgliche nichtionische Emulgatoren. So können beispielsweise Zuckerester oder auch Sor bitanester, ethoxylierte Zuckerester, ethoxylierte Sorbitanester oder auch Alkylglycoside eingesetzt werden.According to a further embodiment of the method according to the invention it is preferred to use the output connector provided for conversion for better distribution in the fermentation medium emulsifiers inflict. In this way, favorable results are achieved when overall 0.1 to 3% by weight, based on the fermentation medium, of emulsifiers available. Physiologically compatible emuls are suitable here gators and in particular physiologically compatible nonionic Emulsifiers. For example, sugar esters or Sor bitan esters, ethoxylated sugar esters, ethoxylated sorbitan esters or alkylglycosides can also be used.

Die erfindungsgemäß hergestellten Etherdicarbonsäuren können als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Polyestern, Polyamiden oder auf dem Schmiermittelsektor Verwendung finden.The ether dicarboxylic acids prepared according to the invention can be used as Starting materials for the production of polyesters, polyamides or used in the lubricant sector.

example

Medium A: "Yeast-Nitrogen-Base" Medium (Fa. Difco) pH 6.8, supple mentiert mit 1.3% Glucose, 4.5% Glycerin, 0.3% Na-Acetat, 0.3% Pepton und 0.6% Hefeextrakt sowie 0.5% Transformationsedukt.Medium A: "Yeast Nitrogen Base" medium (Difco) pH 6.8, supple mentored with 1.3% glucose, 4.5% glycerin, 0.3% Na acetate, 0.3% Peptone and 0.6% yeast extract and 0.5% transformation adduct.

Medium B: 0.2M Phosphatpuffer, pH 7,8 mit "Yeast nitrogen base w/o aminoacids" (Difco), 0.3% ethoxylierter Sorbitanester, MYRJ52® und 3% Substrat.Medium B: 0.2M phosphate buffer, pH 7.8 with "Yeast nitrogen base w / o aminoacids "(Difco), 0.3% ethoxylated sorbitan ester, MYRJ52® and 3% substrate.

Candida tropicalis: DSM 4131 wurde in 100 ml YM-Nährbouillion (Fa. Difko, 500 ml Erlenmeyerkolben mit Schikanen) angeimpft und für 36 h bei 140 UpM geschüttelt. Aus dieser Vorkultur wurde ein Aliquot (10 ml) zur Beimpfung von 500 ml Medium A im 2 l Erlenmeyerkolben verwendet. Diese Kultur wurde 48 h bei 30°C geschüttelt (140 UpM) und anschließend in 100 ml Aliquots steril abzentrifugiert. Die Zellen wurden in 100 ml Medium B (500 ml Erlenmeyerkolben) resus pendiert, wobei Di-n-octylether als Substrat diente. Nach jeweils 24 h wurde der pH des Ansatzes überprüft, bei Bedarf nachgestellt und der Fortgang der Transformation durch TLC mit anschließender Anfärbung auf Carboxylgruppen überprüft. Das Auftreten positiver Banden nach Anfärbung mit Eisenchlorid zeigte die Bildung von Car bonsäuren an. Nach 60, 80 und 168 h wurden Essigesterextrakte von Aliquots des Ansatzes mit mittels HPLC auf ihre Zusammensetzung hin untersucht. Neugebildete Verbindungen wurden nach der Auftrennung und Derivatisierung mittels GCMS charakterisiert. So konnte nach gewiesen werden, daß sich nach 168 h 1.0 g/l Etherdicarbonsäure ge bildet hatten.Candida tropicalis: DSM 4131 was in 100 ml YM nutrient broth (Fa. Difko, 500 ml Erlenmeyer flask with baffles) inoculated and for 36 h shaken at 140 rpm. This pre-culture became an aliquot (10 ml) for inoculating 500 ml of medium A in a 2 l Erlenmeyer flask used. This culture was shaken at 30 ° C for 48 h (140 rpm) and then centrifuged sterile in 100 ml aliquots. The Cells were resus in 100 ml medium B (500 ml Erlenmeyer flask) pendulum, where di-n-octyl ether served as a substrate. After each The pH of the mixture was checked for 24 hours and readjusted if necessary and the progress of the transformation by TLC with subsequent Staining checked for carboxyl groups. The appearance more positive Bands after staining with ferric chloride showed the formation of car acidic. After 60, 80 and 168 h, ethyl acetate extracts of Aliquots of the mixture with their composition using HPLC examined. Newly formed connections were made after the separation and derivatization characterized by GCMS. So after be shown that after 168 h 1.0 g / l ether dicarboxylic acid had formed.

Claims

1. A process for converting substituted alkanes into dicarboxylic acids with at least predominantly the same number of carbon atoms in the presence of mutant yeasts whose β-oxidation path is interrupted, characterized in that dialkyl ethers with more than one carbon atom in each alkyl radical and converts a total of at least 10 carbon atoms into ether dicarboxylic acids.

2. The method according to claim 1, characterized in that one sym metric dialkyl ethers with 5 to 22 carbon atoms in each alkyl radical starts.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in net that in the presence of a mutant of a strain from the The Candida pichia or Saccharomyces family works at which the β-oxidation pathway by classic mutagenesis or by gene technical manipulation is interrupted.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in net that one in the presence of a mutant of Candida lipolytica or Candida tropicalis works.