Air‐Mediated Biomimetic Synthesis of Polyhydroxyalkanoate with C4 Diol

羟基烷酸 生物生产 催化作用 化学 低聚物 磷化氢 组合化学 材料科学 有机化学 生物化学 细菌 生物 遗传学
作者
Huilin Xie,Kai Zhong,Sijie Niu,Xiaoxu Li,Zexu Hu,Guang Xiao,Yifu Huang,Hongjie Zhang,Yuan Liu,Hefeng Zhang,Qiuquan Cai
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202417660
摘要

Poly(4‐hydroxybutyrate) (P4HB) is a high‐performance, well‐recyclable, and biodegradable polyhydroxyalkanoate (PHA). However, conventional bioproduction of homopolymeric P4HB involves complex and costly processes with C4 feedstocks, particularly 1,4‐butanediol (BDO), and enzyme‐coenzyme systems in genetically engineered bacteria. An alternative extracellular chemical route utilizing aerial oxidation of BDO offers cost and energy benefits but struggle with conversion efficiency. Inspired by efficient intracellular oxidation of primary alcohols, we propose a ruthenium‐phosphine synergistic catalytic system that mimics enzyme‐coenzyme functionality. This system effectively catalyzed the air‐mediated, solvent‐free oxidation of BDO to produce γ‐butyrolactone (γ‐BL) and oligomeric P4HB, with a space‐time yield (10.37 g [γ‐BL unit] g‐1 catalyst h‐1) surpassing the values (<5.5) of previous approaches. The oligomer‐containing products were reversibly converted to γ‐BL and then to P4HB (28.9 kDa) via ring‐opening polymerization, exceeding reported values (<16 kDa). This study provides the potential for large‐scale synthesis of high‐value PHAs from diverse non‐grain‐based diols, offering economic and environmental advantages.
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