木质素分解用催化剂，芳族烃分解用催化剂，以及卟啉的制作方法

专利名称：木质素分解用催化剂，芳族烃分解用催化剂，以及卟啉的制作方法
木质素分解用催化剂，芳族烃分解用催化剂，以及卟啉
技术领域：
本发明涉及木质素分解用催化剂，用于制备醇及有机酸的方法，用于制备木质素 分解产物的方法，芳族烃分解用催化剂，释放氢离子的方法，及卟啉；及更特别涉及包括卟 啉的木质素分解催化剂，从木质素开始制备醇(例如甲醇)及有机酸的方法，制备木质素分 解产物的方法，包括卟啉的芳族烃分解催化剂，使用包括卟啉的木质素分解催化剂使氢离 子从木质素释放的方法，及卟啉。
背景技术：
全球变暖自21世纪开始以来已逐渐变得严重，及降低放出的二氧化碳成为控制 工业界及，进而，世界经济的关键。由于使用包含在地下和/或海底的化石燃料作为能源， 其将不仅难以降低大气中的二氧化碳的量，而且难以控制其量的任何增加。在这种情况下， 最近特别受关注的是由植物制备的醇(例如生物-乙醇)，及它们作为未来能源充满希望。 但是，此情况中，制备所述生物-乙醇的多数常规技术利用糖作为原材料及因此引发问题， 以至于发生人类的食品与能量之间的资源冲突。最近，已开发了利用碳源(例如纤维素) 制备醇的持久的，先进的技术，其绝不导致与人类食品来源的冲突。不可用作人类食料的木材及草类主要由纤维素及木质素构成。作为碳源，如果使 用源于几乎被认为是废料及不适宜于用作建筑材料的木材(例如木材边角料)纤维素材料 的及片状材料以及草类，抑制排入环境大气的二氧化碳的量，从而此可显著贡献于工业界 及经济界。与利用纤维素的前述过程相反，已被认为是丰富的碳源(如纤维素)的木质素的 有效使用仍仅限于显著窄领域。作为所述木质素的有效使用之一例(其已投入实际应用)， 木质素简单燃烧为热源，及已将其用作防腐剂或通过将其合入混凝土而作为结构-强化材 料。而且，伴随科学技术及工业的发展，被认为是不可原本在自然界中以高浓度存在 的化合物的工业废弃物将蓄积，及其蓄积可成为人类的严重负资产。多数这些化合物是含 氧原子连接到构成苯环的碳原子的芳族烃的化合物。其例包括二噁英。可通过在作为二噁 英来源的垃圾的燃烧步骤中以高温度处理二噁英来解决产生二噁英的问题至显著程度，但 大量的有害的化合物可已扩散到环境大气中。因此，如果这些有害的化合物可利用自来存 在于自然界的有害化合物分解催化剂、及利用无限地投到的地表的太阳光线分解为无害的 化合物，此将允许纯化或净化地球环境，及贡献于维持人类健康。但是，尚无任何所述有用 的分解催化剂被提议。此外，通过氢离子移动产生电动势的燃料电池作为能源最近成为主要关注点。但 是，当使用氢气作为氢离子源时，作为氢离子来源的多数氢气目前从化石燃料产生。而且， 氢气还可通过电解水产生，但此情况中甚至应供给电力。此外，通过使用太阳光线产生电力的太阳能电池的情况中，如果新近能量需求应 通过使用所述太阳能电池供给，则应生产半导体器件，及生产所述半导体器件需要大量的天然资源及巨大成本。甚至在染料致敏型太阳能电池的情况中，应使用纳米尺寸的氧化钛， 及可提供某种程度的电动势的合成的染料非常昂贵。已知分解含木质素的物质的方法，其包括下列步骤使含木质素的物质与功能水 紧密接触，从而分解物质(见，例如，以下专利文献1)。此常规技术公开，功能水包括氢氧 化钠，但无任何关于分解产物及技术的独特或特异的公开，且未公开可通过分解得到醇。此 外，已知，含多个Cl及F原子的卟啉在例如木质素氧化及烷转变为醇的反应中活跃(见，例 如，以下专利文献幻。但是，此常规技术不包括任何涉及使用任何碱性化合物及任何光催化 剂的公开。现有技术文献专利文献专利文献1特开2000-144592号公报(专利权利要求，段落0030)专利文献2特表平2-503086号公报(第4页左上栏)
发明内容发明要解决的技术课题本发明旨在提供从未用于常规技术的包括卟啉的木质素分解催化剂；利用木质素 作为原材料制备醇(例如甲醇)及有机酸的方法；制备木质素分解产物的方法；包括卟啉 的分解芳族烃的催化剂；使用木质素作为原材料释放氢离子的方法；及卟啉。解决课题的技术方案本发明的木质素分解用催化剂的特征在于，其包括可通过经光线照射而显示其催 化功能的卟啉。本发明的木质素分解催化剂的特征在于，其包括可在碱性溶液中显示其催化功能 的卟啉。本发明的木质素分解催化剂的特征在于，其包括可在碱性溶液中经光线照射而显 示其催化功能的卟啉。本发明的木质素分解催化剂的特征在于，吓啉是在卟啉环上带甲基及乙基酯基或 乙酸基(丙酸基)的四吡咯化合物。前述木质素分解用催化剂的特征在于，卟啉是在卟啉环上带4个甲基及4个乙基 酯基或乙酸基(丙酸基)的四吡咯化合物。前述木质素分解用催化剂的特征在于，卟啉是在分子中具有羧基的卟啉。前述木质素分解用催化剂的特征在于，卟啉是在分子中具有总共2，4或8个羧基 的卟啉。前述木质素分解用催化剂的特征在于，吓啉是选自下列的至少一种尿卟啉，原卟 啉及粪卟啉。前述木质素分解用催化剂的特征在于，吓啉是具有卟啉环结构的四吡咯化合物， 所述四吡咯化合物通过在培养基中培养大肠杆菌，然后从该培养基中分离所述四吡咯化合 物来得到。前述木质素分解用催化剂的特征在于，催化剂包括含具有卟啉环结构的四吡咯化 合物的培养基，所述四吡咯化合物通过在培养基中培养大肠杆菌来得到。前述木质素分解用催化剂的特征在于，大肠杆菌是由于变异或突变而不可表达基因ypjD(l^611)的大肠杆菌。前述木质素分解用催化剂的特征在于，大肠杆菌是插入了基因ypjD(l^611)的转 座子的插入变体。本发明的用于制备醇及有机酸的方法的特征在于，其包括下列步骤将含碱性化 合物的溶液加入木质素，然后从得到的含木质素/碱性化合物的溶液分离醇及有机酸。前述用于制备醇及有机酸的方法的特征在于，将含木质素及碱性化合物的溶液用 光线照射(优选用例如，UV光线或太阳光线照射)，然后将醇及有机酸从含木质素及碱性化 合物的溶液分离。前述用于制备醇及有机酸的方法的特征在于，还使前述木质素分解用催化剂作用 于含木质素及碱性化合物的溶液后，将醇及有机酸从含木质素及碱性化合物的溶液分离。前述用于制备醇及有机酸的方法的特征在于，使前述木质素分解用催化剂作用于 含木质素及碱性化合物的溶液，然后再照射光线(优选用例如，UV光线或太阳光线照射) 后，将醇及有机酸从含木质素及碱性化合物的溶液分离。本发明的用于制备醇及有机酸的方法的特征在于，使前述木质素分解用催化剂作 用于木质素，然后将从木质素释放的醇及有机酸分离。本发明的用于制备醇及有机酸的方法的特征在于，将木质素用光线照射(优选用 例如，UV光线或太阳光线照射)，然后将从木质素释放的醇及有机酸分离。前述用于制备醇及有机酸的方法的特征在于，使前述木质素分解用催化剂作用于 木质素，然后再照射光线(优选用例如，UV光线或太阳光线照射)后，将从木质素释放的醇 及有机酸分离。前述用于制备醇及有机酸的方法的特征在于，碱性化合物是选自下列的至少一 种:Κ0Η 及 NaOH0前述用于制备醇及有机酸的方法的特征在于，醇是甲醇及有机酸是甲酸，乙酸，苹 果酸，琥珀酸及丙酮酸。前述用于制备醇及有机酸的方法的特征在于，醇的分离通过蒸馏进行。本发明的用于制备木质素分解产物的方法的特征在于，其包括下列步骤回收根 据前述用于制备醇及有机酸的方法分离醇及有机酸期间产生的木质素分解产物(低分子 量的含碳的化合物)。本发明的芳族烃分解用催化剂，其中氧原子连接到构成苯环的碳原子，其特征在 于，催化剂包括卟啉。前述芳族烃分解用催化剂的特征在于，吓啉是具有卟啉环结构的四吡咯化合物， 所述四吡咯化合物通过在培养基中培养大肠杆菌，然后从培养基分离所述化合物来得到。前述芳族烃分解用催化剂的特征在于，催化剂包括含具有卟啉环结构的四吡咯化 合物的培养基，所述四吡咯化合物通过在培养基中培养大肠杆菌来得到。前述芳族烃分解用催化剂的特征在于，大肠杆菌是由于变异而不可表达基因 ypjD(b2611)的大肠杆菌。前述芳族烃分解用催化剂的特征在于，大肠杆菌是插入了基因ypjD(l^611)的转 座子的插入变体。前述芳族烃分解用催化剂的特征在于，吓啉是在卟啉环上带甲基及乙基酯基或乙酸基(丙酸基)的四吡咯化合物。前述芳族烃分解用催化剂的特征在于，卟啉是在卟啉环上带4个甲基及4个乙基 酯基或乙酸基(丙酸基)的四吡咯化合物。前述芳族烃分解用催化剂的特征在于，吓啉是选自下列的至少一种尿卟啉，原卟 啉，粪卟啉及初卟啉。前述芳族烃分解用催化剂的特征在于，吓啉是在分子中具有羧基的卟啉。前述芳族烃分解用催化剂的特征在于，卟啉是分子中带总共2，4或8个羧基的卟 啉。前述芳族烃分解用催化剂的特征在于，芳族烃是二噁英类。本发明的使氢离子释放的方法的特征在于，所述方法包括下列步骤使前述木质 素分解催化剂作用于木质素或含木质素及碱性化合物的溶液，用光线照射溶液(优选用例 如，UV光线或太阳光线照射)，然后分离从反应系统释放的氢离子。本发明的卟啉的特征在于，其具有将木质素转变为醇及有机酸的催化功能。本发明的卟啉的特征在于，其具有分解含芳族烃的化合物的催化功能，所述芳族 烃中氧原子连接到构成苯环的碳原子。本发明的卟啉的特征在于，其通过培养由于变异而不可表达基因ypjD(l^611)的 大肠杆菌得到。本发明的木质素分解用催化剂的特征在于，其包括卟啉，所述卟啉通过培养由于 变异而不可表达基因ypjD(1^611)的大肠杆菌来得到。发明效果根据本发明，使用大肠杆菌以生物学方式制备的卟啉(例如带卟啉结构的四吡咯 化合物)，及合成的卟啉可实现作为有效的木质素分解用催化剂及作为有效芳族烃分解用 催化剂的效果。根据本发明，通过使碱性化合物、光线照射和/或前述木质素分解催化剂(可单独 或以任何组合使用)作用于木质素，可制备醇及有机酸，及可同样制备低-分子量分解产 物，及还可将氢离子从木质素分离。

图1图1显示制备例1中产生的产物的结构式。图2图2显示作为制备例1中产生的产物的光谱分析的结果的波谱(吸光度)。图3图3显示从制备例1中制备的样品1观察到的IHNMR波谱。图4图4显示从制备例1中制备的样品1观察到的13CNMR波谱。图5图5显示从制备例1中制备的样品1观察到的HSQC波谱。图6图6显示从制备例1中制备的样品1观察到的COSY波谱。图7图7显示从制备例1中制备的样品1观察到的HMBC波谱。图8图8显示从制备例1中制备的样品1观察到的NOESY波谱。图9图9显示从制备例1中制备的样品1观察到的NOESY波谱。图10图10显示从制备例1中制备的样品2观察到的IHNMR波谱。图11图11显示从制备例1中制备的样品2观察到的13CNMR波谱。
图12图12显示从制备例1中制备的样品2观察到的放大的NOESY波谱。图13图13显示从制备例1中制备的样品2观察到的图示相对丰度的波谱。图14图14显示根据ESI-MS进行的分析的结果。图15图15显示制备例1中制备的产物的根据热解GC-MS进行的分析结果。实施方式以下将详述本发明的实施方式。根据木质素分解催化剂及芳族烃分解用催化剂的实施方式，所述芳族烃中氧原子 连接到构成苯环的碳原子，根据本发明，这些催化剂各包括可通过用光线照射和/或在碱 性水溶液中显示其催化功能的卟啉。卟啉优选为具有卟啉环结构的四吡咯化合物，及通过 在培养基中培养大肠杆菌、然后分离培养基中分泌的卟啉来制备，或合成的卟啉。例如，这 些催化剂可为含具有卟啉环结构的四吡咯化合物的培养基，及通过在培养基中培养大肠 杆菌得到，或从培养的细胞回收的卟啉本身，或来自增值的及培养的细胞的提取物。前述大肠杆菌优选为基因表达已变化的大肠杆菌，例如由于变异或突变而不可表 达基因ypjD0^611)的大肠杆菌，或插入变体株或其变体，其中将所述基因ypjD(l^611)的 转座子插入细菌基因。前述卟啉更优选在卟啉环上带甲基(例如，4个甲基)及乙基酯基或 乙酸基(丙酸基)(例如，4个乙基酯基或乙酸基)的四吡咯化合物。本发明的大肠杆菌-来源的木质素分解及芳族烃分解催化剂可根据，例如，以下 详述的方法制备用于产生前述催化剂的培养基只要其可培养大肠杆菌就不局限于任何特定培养 基。大肠杆菌可培养于贫营养的或富营养的培养基，然后从培养基分离及回收期望的四吡 咯化合物，从而得到具有卟啉环结构的四吡咯化合物，其可构成木质素分解催化剂及芳族 烃分解用催化剂。由此，四吡咯化合物可通过在培养及增殖细菌细胞过程中使大肠杆菌产 生所述四吡咯化合物，及随后回收培养基中分泌的四吡咯化合物来制备。为阻止可为分离 四吡咯化合物的阻碍的成分(例如存在于培养基中的天然的物质)的任何影响，优选使用 贫营养的培养基，但本发明不局限于此。优选使用的所述贫营养的培养基包括，例如，各含 葡萄糖或乳糖的培养基，但本发明不局限于此。产生木质素分解催化剂及芳族烃分解催化剂中使用的大肠杆菌优选为由于变异 而不可表达基因ypjD (1^611)的大肠杆菌。其特定例包括源于K12株及BL21株的大肠杆 菌细胞。例如，本文优选所用的是源于K12株(其由于变异而不可表达基因ypjD(l^611)) 的大肠杆菌细胞。通过突变不可表达基因ypjD(l^611)的大肠杆菌株之例包括将所述 基因ypjD(l^611)的转座子插入所述株的基因的大肠杆菌株。所述突变株在其基因 ypjD(b2611)的表达功能部分或完全缺失的条件下。在这方面，K12株可获自，例如，国家生 物-资源，而BL21株可获自，例如，TAKARA生物。而且，将所述基因ypjD (1^611)的转座子 插入其基因的变体株包括，例如，获自国家生物-资源的JD23504株。在此实施方式中，大肠杆菌株首先培养于贫营养的培养基。在这方面，优选是，将 大肠杆菌株预培养于不同于贫营养的培养基的适当的培养基(例如LB培养基)，及将预培 养的株(或预培养的产物)随后接种于贫营养的培养基，从而进行主培养。此外，也可使用 富营养的培养基及合成贫营养的培养基之外的培养液。例如，其可为通过将例如，KH2PO4, K2HPO4, (NH4) 2S04，柠檬酸二水合物，葡萄糖及MgSO4加入去离子水制备的水溶液形式的合成的培养液。任何情况中，只要其可用于生长或增殖大肠杆菌株，待使用的培养基不局限于任 何特定培养基。生长大肠杆菌的条件不限于任何特定条件，及所述株可在目前用于增殖其的条件 下培养。以下情况也相同，即，当首先将大肠杆菌株预培养，然后进行其主培养而用另一培 养基取代该培养基。例如，将细菌细胞以变动于15 40°C的温度预培养于LB培养基6 24小时，然后使得到的细胞悬浮液在贫营养的培养基中以变动于20 40°C的温度经历主 培养12 96小时。由此，细菌细胞在培养基中增值或生长，及结果，可得到培养物(培养 的产物)，其具有期望的四吡咯化合物特有的色调。然后，期望的四吡咯化合物可根据以下详述的方法从前述培养的产物分离。更特别是，将培养的产物离心，以给出上清，然后过滤，然后将四吡咯化合物使用， 例如，填充有离子-交换树脂的柱或逆相柱通过吸附从滤液分离。例如，将细菌细胞培养后 得到的培养基离心，从而使细菌细胞沉淀，从而得到含培养物的上清(培养的产物)。然后 将上清通过具有预定孔隙尺寸(例如，0.22μπι)的过滤器过滤，然后将得到的滤液装于前 述填充有离子-交换树脂的柱，从而在树脂上吸附期望的产物。然后，将培养的产物使用， 例如，20%乙腈-0. 三氟乙酸溶液从离子-交换树脂洗脱，然后将得到的洗出液冷冻干 燥。在这方面，也可使用在前述洗脱步骤中通过将酸或碱的水溶液加入有机溶剂制备的洗 脱溶液。根据此实施方式，得到一种或至少2种的四吡咯化合物，及可从，例如，500ml的细 胞悬浮液得到几mg 几十-mg的四吡咯化合物。根据前述过程分离的产物可通过，例如，NMR(核磁共振)光谱测量分析，从而确认 是否产物中存在四吡咯化合物。此外，当根据分光光度计测量分析产物时，将发现化合物具 有染料特有的波长区域内的吸收峰。多数情况下，那些化合物是各显示类似于从叶绿素，血 红素或酞菁观察到的双峰的染料化合物。所述染料化合物作为通过经光线照射激发电子的 光催化剂或电子转移物质有用。而且，它们在水溶液中或通过细胞膜涉及还原-氧化(氧 化还原)反应，及因此，已知，它们可同样在电池中发挥作用。如上详述，四吡咯化合物，例如，卟啉(例如卟吩及卟啉)可使用大肠杆菌产生，因 此，此方法不像根据化学合成方法产生，绝不要求使用依赖于期望的化合物的类型选定的 产生装置及催化剂，前述方法不要求使用任何溶剂，且因此，仅略担忧方法不利地影响周围 的环境。此外，当培养大肠杆菌时不需要将任何四吡咯化合物的前体(例如5-氨基乙酰丙 酸)添加到培养基(特开平5-M4937号公报)，而且其足以回收培养基中分泌的四吡咯化 合物，及没必要从细菌细胞收集四吡咯化合物(特开平5-91866号公报)。换言之，本发明 中使用的方法在培养大肠杆菌及回收得到的四吡咯化合物中不要求使用任何特定化合物 及装置，及因此，方法允许容易产生四吡咯化合物。由此制备的四吡咯化合物可用于各种工 业领域，例如医疗，食品及电子学。前述中，从培养基或培养的产物分离四吡咯化合物，从而得到木质素分解催化剂 及芳族烃分解催化剂。更特别是，优选使用，如所述化合物，那些从培养的产物回收的，但通 过培养得到的培养的产物及细菌细胞含四吡咯化合物，因此，可同样将培养的产物本身或 细菌细胞本身用作木质素分解催化剂及芳族烃分解催化剂。作为本发明中可用的木质素分解催化剂及芳族烃分解催化剂，可列出合成的卟 啉，例如，选自下列的至少一种原卟啉，尿卟啉，粪卟啉及初卟啉，除了前述之外，其中初卟啉绝不分解木质素。以下实施例中，如所述卟啉，使用了分子中带2个羧基的原卟啉IX(获 自ALDRICH公司)；分子中带8个羧基的尿卟啉I (获自SIGMA公司)；分子中带4个羧基的 粪卟啉I (获自ALDRICH公司)；及分子中无任何羧基的初卟啉(获自ALDRICH公司)。此卟 啉在卟啉环中心也无任何配位的过渡金属，如通过培养或增殖大肠杆菌得到的前述卟啉。然后以下将详述本发明的制备醇及有机酸的方法的实施方式。根据本发明，醇及 有机酸可通过使碱性化合物，光线照射及/或前述木质素分解催化剂作用于木质素来制 备，其中这些用于分解木质素的手段可单独或以任何组合使用。更特别是，醇(例如甲醇)可通过，例如，以下方法产生(1)包括下列步骤的方 法向木质素加入含选自下列的至少一种碱性化合物的水溶液，例如，KOH及NaOH，然后通 过，例如，蒸馏来分离形成的醇及释放入含木质素-碱性化合物的溶液；( 包括下列步 骤的方法向木质素加入前述含碱性化合物的水溶液，用紫外线(所述紫外线之例由UV 线-发射灯(例如获自SPECTR0NICS公司的ENF型(例如260c/j及280c/j)或获自UVP公 司的UVL-56手提式)发射的紫外线)及具有宽波长范围的光线(例如太阳光线)照射含 木质素-碱性化合物的溶液预定时间，及通过，例如，蒸馏从已用光线照射的含木质素-碱 性化合物的溶液有效分离醇；C3)包括下列步骤的方法向木质素加入前述含碱性化合物 的水溶液，使前述木质素分解催化剂于预定温度作用于含木质素-碱性化合物的溶液预定 时间，然后通过，例如，蒸馏从含木质素-碱性化合物的溶液有效分离醇；(4)包括下列步骤 的方法向木质素加入前述含碱性化合物的水溶液，使前述木质素分解催化剂于预定温度 作用于含木质素-碱性化合物的溶液预定时间，用UV光线或具有宽波长范围的光线(例如 太阳光线)照射含木质素-碱性化合物的溶液预定时间，及通过，例如，蒸馏从已用光线照 射的含木质素-碱性化合物的溶液有效分离醇；(5)包括下列步骤的方法使前述木质素分 解催化剂于预定温度作用于木质素预定时间，然后通过，例如，蒸馏从得到的催化反应后得 到的溶液有效分离醇；(6)包括下列步骤的方法用UV光线或具有宽波长范围的光线(例 如太阳光线)照射含木质素的溶液预定时间，然后通过，例如，蒸馏从已用光线照射的含木 质素的溶液有效分离醇；或(7)包括下列步骤的方法使前述木质素分解催化剂于预定温 度作用于木质素预定时间，用UV光线或具有宽波长范围的光线(例如太阳光线)照射含 木质素的溶液预定时间，然后通过，例如，蒸馏从已用光线照射的含木质素的溶液有效分离 醇。当进行前述用光线照射木质素的步骤时，步骤优选在大气中进行，其中含木质素的反 应溶液可与例如，空气，氧气或含氧和/或氮的气体紧密接触，从而卟啉有效显示其催化功 能。例如，当木质素浓度及卟啉浓度分别设置为2.5mg/mL及50yg/mL的水平(重量比 50/1)时，每Img的木质素可使用0. 2 0. 5ml的氧气。而且，可根据上述联系醇的分离的相同方法将有机酸(例如甲酸，乙酸，苹果酸， 琥珀酸及丙酮酸)从木质素分离。本发明中使用的木质素不局限于任何特定木质素，及本文中可用的包括，例如， 具有高纯度及无任何杂质的产物，例如还原糖及纤维素(例如获自SIGMA公司的具有 60，000的分子量，货号No. 471003的产物；获自ALDRICH公司的具有分子量12，000，货号 No. 471046的产物)；具有稍微低纯度、含还原糖的产物(例如获自SIGMA公司的具有分 子量52，000，货号No. 471038的产物)及不溶于水的产物(例如获自ALDRICH公司、货号 No. 370967的产物)。本发明允许从全部前述木质素以几乎彼此相同的量分离醇(例如甲醇)及有机酸(例如甲酸，乙酸，苹果酸，琥珀酸及丙酮酸)。更特别是，本发明将与有杂质， 使用的木质素平均分子量差异及水中溶解度差异无关地允许使用木质素作为原材料产生 醇及有机酸。本发明中使用的碱性化合物溶液不局限于任何特定溶液，及本文优选所用的是， 例如，各具有变动于约0. 0025M 约0. 05M的浓度的KOH和/或NaOH溶液。但是，碱性化 合物溶液浓度不局限于落入上述范围内的水平，尽管观察到醇与有机酸之间的分离效率中
的一些差异。根据分解芳族烃的催化剂的实施方式，所述芳族烃中氧原子连接到作为苯环成员 的碳原子，所述催化剂与包括前述卟啉的木质素分解催化剂具有相同组成，因此，本文中将 省略之前的详述。前述催化剂与之相互作用的芳族烃，包括，例如，二噁英及类似于二噁英的化合 物。所述二噁英之例包括聚(氯-二苯并-P- 二噁英)(POTD)，聚(氯-二苯并-呋喃) (PCDF)，而二噁英-类似化合物之例是共面聚(联苯氯化物)(二噁英-样PCB)。本发明的 芳族烃分解催化剂将允许将这些二噁英分解或转变为无害的产物。此外，根据本发明的另一实施方式，提供了从木质素释放氢离子的方法。根据此方 法，可通过将包括由前述源于大肠杆菌的吡咯化合物构成的卟啉或合成的卟啉的木质素分 解催化剂添加到含木质素-碱性化合物的水溶液来从木质素分离氢离子，及此进而允许木 质素的光分解。根据本发明的再一实施方式，可回收含低-分子量碳原子的化合物，其为根据前 述产生所述醇及有机酸的方法分离醇及有机酸的步骤中形成的木质素-分解产物。本发明不局限于上述实施方式，及包括不脱离本发明的要旨的其各变化。本发明 将在下文参考以下制备例及实施例更详细描述。(制备例1)如上所述，可通过向木质素加入卟啉(吡咯化合物)作为木质素分解催化剂来制 备醇及有机酸，及可通过木质素的光分解得到进一步分解产物，及可同样分离从木质素释 放的氢离子。而且，各具有卟啉结构的四吡咯化合物及合成的卟啉作为分解芳族烃(例如 二噁英)的催化剂有效。此情况中，本文中可用的卟啉可为，例如，使用大肠杆菌以生物学 方式制备的卟啉。本制备例中，将描述利用大肠杆菌的吡咯化合物的制备。将已插入源于大肠杆菌的基因ypjD(l^611)的转座子的插入变体的细胞(获自 国家生物-资源的JD23504)于37°C培养于2ml的LB培养基(细菌-胰蛋白胨；细 菌-酵母提取物0. 5% ；NaCl 0.5% ) 12小时。将Iml的得到的细胞悬浮液加入500ml的 通过将9g的Iffl2PO4, 21g的K2HPO4, 2g的(NH4)2SO4, Ig的柠檬酸二水合物，3. 6g的葡萄糖及 200mg的MgSO4加入IL的去离子水制备的水溶液，及使细胞于37°C经历主培养M小时。由此得到的培养液发现在主培养开始时无色，但其色彩经过M小时后转粉色。此 培养液使用离心机处理，从而沉淀其中的细胞，及将得到的上清通过具有0. 22 μ m孔径的 过滤器过滤。然后得到的滤液通过填充有阴离子-交换树脂的柱，随后将吸附于树脂的培 养物使用20%乙腈-0. 三氟乙酸溶液作为洗脱液从上洗脱，然后将洗出液冷冻干燥。由 此回收着粉色的产物。使此产物经历各种仪器分析，例如以下详述的分析，及确认产物是具有如图1中所示的结构的四吡咯化合物。显示于图1的符号A G对应于如图4中所示的指示相应13C NMR波谱峰的标记，这些在以下图中也以相同方式显示。而且，根据NMR光谱法分析产物， 及确认四吡咯化合物当然存在于产物中。此外，通过ICP(感应耦合等离子体)质量光谱分 析检测有钾(K)，及由此得出，化合物以离子形式与K偶联，或以与K的络合物的形式回收。 此外，还使产物经历分光光度计测量分析，及结果，确认观察到包括卟啉特有的索雷谱带的 双峰，如图2中所示。图2中，观察到波长分别39511111及讨911111的2个峰。此明显表明产物 是带能经历迁移的游离的电子的有机染料。将以上制备的四吡咯化合物溶于不同溶剂(样品1及样品2)，使得到的样品经历 2-维NMR光谱法(COSY，NOESY, HSQC，HMBC)，然后是得到的波谱的分析及化合物的结构分析。有关样品1，将其溶于OT3OD,然后使得到的溶液在以下条件下经历NMR光谱测量 使用的设备IN0VA500型(获自Varian公司)； 共振频率499. 8MHz (1H)；3. 3Ippm(CD2HOD, 1H WR)49. 42Ippm(CD3OD, 13C NMR)； 累加次数=1H NMR(16 次)；13C NMR(53428 次)；COSY(16 次)；NOESY(8 次)； HSQC (32 次)；HMBC (1 次)； 其他N0ESY的混合时间设置为400ms的水平。此外，至于样品2，将其溶于90 10 0. 1混合的CD3CN/D20/CD3C00D溶剂中，然 后使得到的溶液在以下条件下经历NMR光谱测量 使用的设备IN0VA600型(获自Va rian公司)； 共振频率599. 8MHz (1H)； 标准1. 92ppm (CD2HCN, 1H WR)1. 28ppm (CD3CN, 13C NMR)； 累加次数=1H NMR(64 次)；13C NMR(50000 次)；COSY(16 次)；NOESY(16 次)； HSQC (32 次)；HMBC (1 次)； 其他N0ESY的混合时间设置为400ms的水平。样品1的结构分析将屮NMR光谱分析的结果标绘于图3 (溶剂CD30D)。结果，观察到推定为指示期 望的成分的约 10. 0 10. 5ppm(d)，约 4. 3ppm(f)，约 3. 6ppm(g)，及约 3. 2ppm(e)的信号。 信号的强度比发现约为1 2 3 2。信号d g与显示于其他图的相同。将13C NMR光谱分析的结果标绘于图4。由此推定，因为有信号B及C，化合物是芳 族化合物。就此而论，1H NMR光谱测量中观察到的d信号是目前未在化学迁移量值中观察到 的特征信号，及其推定为归于卟啉骨架，作为候选物，而考虑到样品化合物是芳族化合物。 如下所述，当分析通过2-维NMR光谱法得到的结果(图5 9)，而认为化合物是卟啉，可 无任何争议地分析结果。而且，具有类似于估计的及绘于的图1的结构的化合物报道于 J. org. Chem. Vol. 164, No. 21，1999 (7973-7982)，及通过 1H NMR 光谱测量检测的化学迁移量 值与文献中公开的良好一致。因此，可合理地得出化合物具有卟啉结构。
以下将详述2-维NMR光谱测量的分析。将HSQC光谱分析的结果显示于图5。HSQC光谱法是用于检测J1ch的分析技术。将 由此得到的结果也绘于该图。有关质子信号，大写字母表示碳原子直接键合。将COSY光谱分析的结果显示于图6。COSY光谱法是检测1H-1H之间的自旋偶联的 分析技术。作为分析的结果，发现f及e导致自旋偶联，及考虑到信号强度比及F及E的化 学迁移量值，认为此可以高概率归于-CH2-CH2-X。就此而论，X代表结构尚未阐明的未鉴定 的成分。将HMBC光谱分析的结果显示于图7。HMBC光谱法是检测Jncs (n =约2 4)的分 析技术，及此技术提供异种核远程偶联相关的波谱。光谱图分析明显显示有所述相关性，如 (e，Α)，(e, B)，(e, F)，(g，B)，(g，C)，(f, A)，(f, B)，(f, C)，(f, E)。这些相关性绝不与如 图1中所示的估计的结构矛盾。NOESY光谱分析的结果显示于图8及9。NOESY光谱法检测有磁化-交换的分析技 术，及因此，此将能提供有关基于由于交叉缓和的磁化迁移的核自旋之间的距离的信息。光 谱图分析明显显示有所述NOE相关性，如(g，e)，(f，g)，(f，e)，(d，f)，(d，e)，(d，g)相关 性。这些NOE相关性明显支持如图1中所示的估计的结构的可靠性。样品2的结构分析将咕NMR光谱分析的结果标绘于图10，及将13C NMR光谱分析的结果标绘于图 11 (溶剂:CD3CN/D20/CD3C00D = 90 10 0. 1)。图10中，包含在2个矩形中的信号归因 于杂质。作为与从前述样品1观察到的波谱比较的结果，推定主成分的结构彼此相同。此 也得到相应COSY，NOESY, HSQC及HMBC光谱图的分析结果的支持。图12显示从样品2观察到的放大的NOESY光谱图。观察到d质子分裂为4种，因 此，将编号dl d4以从低磁场侧的顺序(以升序)给予这些种。NOE相关性总结如下 对dl及d4 二者而言，观察到兼与甲基及-CH2-CH2-X的NOE相关性； 对d2而言，观察到仅与-CH2-CH2-X的NOE相关性； 对d3而言，观察到仅与甲基的NOE相关性。基于以下事实，除了前述NOE相关性之外，未观察到任何甲基之间的或-CH2-CH2-X 基之间的不同NOE相关性，阐明了如图1中所示的侧链排列。有关1V信号及 信号的编号，将它们以大致相同区中观察到的信号作为一个集 合编号的方式编号。这是因为，吓啉骨架具有重复的结构，因此，其详细的归因相当地难。至 于重复的数，观察到4个峰归因于甲基(g)，及因此，将重复的数估计为4。根据前述过程，鉴于样品1及2的分析结果可确认化合物具有如图1中所示的结 构。但是，在这方面，相应侧链的数及更特异性地甲基及-CH2-CH2-X基总共4个足够，各侧 链附接的位置可为如图1中所示的8个位点之任何一个，及此不与前述数据矛盾。因此，位 置不局限于图1中指定的位置。然后研究基团-CH2-CH2-X中对应于X的部分。使根据前述过程得到的产物经历以下分析(1)根据热解GC/MS的定性分析为移除TFA等，将样品在加热炉中于280°C加热10分钟，然后于600°C热分解，及 将分解产物分离，及使用如下详述的气相色谱仪/质谱仪(在下文称为“GC/MS”)分析。
装置名称获自Agilent Technologies的配备质量选择检测器的商品名HP5973型的装置； 及HP6890型气相色谱仪；获自FRONTIER实验室的商品名PY_2020iD的装置加热炉型分解装置。待分析的样品将通过将Iml的AcCN加入2mg的各样品得到的溶液(0. 5ml)投入样品杯，然后通 过用氮气净化杯来除去AcCN。(2)用电喷射电离-质谱仪分析为检查存在于溶液中的成分的分子量，将各样品使用如下详述的电喷射电离-质 谱仪(在下文称为“ESI-MS”)分析禾尔自 Applied Biosystems 白勺 Qstar ；导入的溶剂AcCN/0. 05%甲酸水溶液(50/50)；导入方法使用30 μ L环直接导入待分析的溶液。测量模式阳性模式；待分析的溶液将少量的通过将Iml的AcCN加入2mg的各样品得到的溶液分注于 瓶，然后通过导入溶剂稀释至约lOOppm。前述GC/MS分析中得到的结果表明样品中检测到二氧化碳。此外，如前述ESI-MS 分析中得到的结果所示(见图14)，检测到具有分子量59的碎片离子G个峰)，及因此确 认碎片包含乙基酯基或乙酸基(丙酸基)。而且，通过热解GC-MS技术分析前述产物，及结果，其主要成分发现是如图15 中所示的吡咯化合物。此事实可通过比较各成分的质量波谱数据与数据库来确认，及结 果，其可确认产物在分子中具有吡咯环结构。此外，关于详细的分子量，其检测为如图 13中所示的通过将氢离子添加到产物形成的离子，从而其分子量发现为654. 2682(= 655.2760-1.0078)。综上，确认产物是在侧链上带4个乙基酯基或乙酸基(丙酸基)及4 个甲基，具有分子量654，及具有以下分子式C36H38O8N4，及在卟啉环中心无任何过渡金属的 卟啉化合物。
实施例实施例1本实施例中，使用的木质素是无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物 (获自Sigma公司，货号No. 471003具有分子量60，000)。将Iml的含2. 5mg/ml的此木质 素，0. 05M的KOH及50 μ g/ml的前述制备例1中制备的分子中带4个羧基的卟啉的溶液 导入具有几乎类似于Eppendorf聚丙烯管的光透射性的圆筒形管，及将管内容物用由获自 SPECTR0NICS公司的ENF型UV灯发射的UV光线照射12小时。然后，将管加热到80°C持续 60分钟，将从管内容物蒸发的气体使用获自岛津公司的配备柱DB-WAX的GC/MS QP-2010 分析，及检测170 μ g/ml的甲醇。此时，还检测到140 μ g/ml的甲酸，25 μ g/ml的苹果酸， 19 μ g/ml的乙酸，5. 4 μ g/ml的琥珀酸，及6. 2 μ g/ml的丙酮酸。此情况中，可获得基于干 木质素质量的6.8质量％的甲醇及5. 6质量％的甲酸。而且，作为原料木质素，使用无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物(获自Aldrich公司，货号No. 471046，具有分子量12，000)；含还原糖的具有稍微低的纯 度的产物(获自Sigma公司，货号No. 471038，分子量52，000)；及水不溶性产物(获自 Aldrich公司，货号No. 370967)重复以上使用的相同过程。结果，关于甲醇及前述有机酸的 量，得到以上观察的几乎相同的结果。更特别是，本发明允许与用作原材料的木质素中有杂 质，使用的木质素的平均分子量及其水中溶解度无关地从木质素开始产生及分离醇及有机 酸。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，重复以上使用的相同过程， 及结果，关于由此产生的甲醇及有机酸量，得到以上观察的几乎相同的结果。如上所述，将通过用UV光线照射制备的反应液形式的样品使用凝胶过滤柱根据 HPLC(高效液相色谱法)技术分析。根据相同方法同样分析作为对照的之前用UV线照射的 溶液。作为分析的结果，对于UV-照射之前的木质素，存在于反应溶液中的木质素检测为在 310nm处测定及从以变动于7 9分钟的时间洗脱的级分观察到的吸光度峰。另一方面，如 上所述，当将卟啉加入木质素及将得到的混合物用UV线照射，从而将其转变为甲醇及有机 酸时，在310nm处及以变动于7 9分钟的洗脱时间检测的归因于木质素的吸光度峰面积 降至20%。换言之，发现添加卟啉及UV-照射可增加木质素-分解率达80%。将得到的分 解产物根据凝胶过滤技术作为含具有更低分子量的成分的级分洗脱。结果，基于分解的木 质素质量，制备出约8. 5质量％的甲醇及约7质量％的甲酸。实施例2作为本实施例中使用的木质素是无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度 产物(获自Sigma公司，货号No. 471003，分子量60,000)。将Iml的含2. 5mg/ml的此木 质素，0. 05M的KOH及，作为合成的卟啉，50 μ g/mL各分子中带2个羧基的原卟啉IX(获自 ALDRICH公司)及分子中带8个羧基的尿卟啉I (获自Sigma公司)或分子中带4个羧基的 粪卟啉I (获自ALDRICH公司)的溶液导入具有几乎类似于Eppendorf聚丙烯管的光透射 性的圆筒形管，及将管内容物用由获自SPECTR0NICS公司的ENF型UV灯发射的UV光线照 射12小时。然后，将由此得到的反应液加热到80°C持续60分钟，及将从管内容物蒸发的气 体使用获自岛津公司的配备柱DB-WAX的GC/MSQP-2010分析。当重复前述过程几次时，在 各利用原卟啉IX，尿卟啉I及粪卟啉I的情况中均以与实施例1中观察到的基于使用的木 质素的干质量的几乎相同量制备出甲醇及有机酸。更特别是，基于使用的木质素的干质量， 起始木质素发现转变为约6 9质量％的甲醇及约2 4质量％的甲酸。将收集自各以上得到的前述反应溶液的各样品均使用凝胶过滤柱根据HPLC(高 效液相色谱法)技术分析。根据相同方法同样分析作为对照的之前用UV线照射的溶液。作 为分析的结果，对于之前UV-照射的木质素，存在于反应溶液中的木质素检测为在310nm处 测定及从以变动于7 9分钟的时间洗脱的级分观察到的吸光度峰。另一方面，通过将各 前述卟啉均加入木质素及用UV线照射木质素，从而将其转变为醇及有机酸(例如甲酸)得 到的反应溶液的情况中，归因于木质素的峰面积对于使用原卟啉IX得到的反应溶液降至 60%,对于使用尿卟啉I得到的反应溶液降至约15%，及对于使用粪卟啉I得到的反应溶液 降至约20%。换言之，发现将卟啉添加到木质素及用UV光线照射得到的混合物可增加木 质素-分解率，在原卟啉IX的情况中达约40%，在尿卟啉I的情况中约85%，及在粪卟啉 I的情况中约80%。将得到的分解产物根据凝胶过滤技术作为含具有更低分子量的成分的级分洗脱。而且，作为原料木质素，使用无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物 (获自Aldrich公司，货号No. 471046，分子量12，000)；含还原糖的具有稍微低的纯度的 产物(获自Sigma公司，货号No. 471038，分子量52，000)；及水不溶性产物(获自Aldrich 公司，货号No. 370967)重复以上使用的相同过程。结果，关于木质素分解，发现甚至当使用 合成的卟啉时也得到几乎相同的结果。更特别是，本发明允许与用作原材料的木质素中有 杂质，使用的木质素的平均分子量及其水中溶解度无关地使木质素分解至几乎相同程度。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，重复以上使用的相同过程， 及结果，发现得到几乎相同的结果。实施例3本实施例中，使用的木质素是无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产 物(获自Sigma公司，货号No. 471003，分子量60，000)。将Iml的含1. 8mg/ml的此木质 素，0. 05M的KOH及50yg/ml的获自Sigma公司的原卟啉IV (货号No. 258385-1G)的溶液 导入具有几乎类似于Eppendorf聚丙烯管的光透射性的圆筒形管，及将管内容物用由获自 SPECTR0NICS公司的ENF型UV灯发射的UV光线照射12小时。然后，将管加热到80°C持续 60分钟，将从管内容物蒸发的气体使用获自岛津公司的配备柱DB-WAX的GC/MS QP-2010分 析，及检测到Myg/ml的甲醇。换言之，可基于干木质素质量获得3.0质量％的甲醇。而且，作为原料木质素，使用无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物 (获自Aldrich公司，货号No. 471046，分子量12，000)；含还原糖的具有稍微低的纯度的 产物(获自Sigma公司，货号No. 471038，分子量52,000)；及水不溶性产物(获自Aldrich 公司，货号No. 370967)重复以上使用的相同过程。结果，关于甲醇的量，得到以上观察的几 乎相同的结果。更特别是，本发明允许与用作原材料的木质素中有杂质，使用的木质素的平 均分子量及其水中溶解度无关地从木质素开始产生及分离醇及有机酸。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，重复以上使用的相同过程， 及结果，关于形成的甲醇的量，发现得到几乎相同的结果。实施例4本实施例中，使用的木质素是无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物 (获自Sigma公司，货号No. 471003，分子量60,000)。将Iml的含7. 5mg/ml的此木质素及 0. 05M的KOH的溶液导入具有几乎类似于Eppendorf聚丙烯管的光透射性的圆筒形管，及将 管内容物加热到80°C持续60分钟，将从管蒸发的气体使用获自岛津公司的配备柱DB-WAX 的GC/MS QP-2010分析，及结果，检测到93yg/ml的甲醇。换言之，可基于干木质素质量获 得1. M质量％的甲醇。而且，作为原料木质素，使用无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物 (获自Aldrich公司，货号No. 471046，分子量12，000)及水不溶性产物(获自Aldrich公 司，货号No. 370967)重复以上使用的相同过程。结果，关于甲醇的量，得到以上观察的几乎 相同的结果。更特别是，本发明允许与用作原材料的木质素中有杂质，使用的木质素的平均 分子量及其水中溶解度无关地从木质素开始产生几乎相同量的甲醇。实施例5本实施例中，使用的木质素是无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物(获自Sigma公司，货号No. 471003，分子量60,000)。将Iml的含7. 5mg/ml的此木质素及 0. 05M的KOH的溶液导入具有几乎类似于Eppendorf聚丙烯管的光透射性的圆筒形管，及将 管内容物用由获自SPECTR0NICS公司的ENF型UV灯发射的UV光线照射M小时。然后，将 管内容物加热到80°C持续60分钟，将从管蒸发的气体使用获自岛津公司的配备柱DB-WAX 的GC/MS QP-2010分析，及结果，检测到150yg/ml的甲醇。换言之，可基于干木质素质量 获得2质量％的甲醇。而且，作为原料木质素，使用无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物 (获自Aldrich公司，货号No. 471046，分子量12，000)及水不溶性产物(获自Aldrich公 司，货号No. 370967)重复以上使用的相同过程。结果，关于甲醇的量，得到几乎相同的结 果。更特别是，本发明允许与用作原材料的木质素中有杂质，使用的木质素的平均分子量及 其水中溶解度无关地从木质素开始产生几乎相同量的甲醇。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，重复以上使用的相同过程， 及结果，关于制备的甲醇的量，发现得到以上观察的几乎相同的结果。实施例6本实施例中，使用的木质素是无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物 (获自Sigma公司，货号No. 471003，分子量:60，000)。将Iml含2. 5mg/ml的此木质素，0. 05M 的KOH及25μ g/ml的前述制备例1中制备的卟啉的溶液导入具有几乎类似于Eppendorf 聚 丙烯管的光透射性的圆筒形管，及将管内容物用由获自SPECTR0NICS公司的ENF型UV灯发 射的UV光线照射12小时。然后，将管内容物加热到80°C持续60分钟，将从管蒸发的气体 使用获自岛津公司的配备柱DB-WAX的GC/MS QP-2010分析，及结果，检测到160 μ g/ml的甲 醇。换言之，可基于干木质素质量获得6.4质量％的甲醇。这些结果明显表明作为光催化 剂将卟啉添加到含木质素-碱性化合物的溶液将允许从木质素产生的甲醇的显著的增加。而且，作为原料木质素，使用无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物 (获自Aldrich公司，货号No. 471046，分子量12，000)及水不溶性产物(获自Aldrich公 司，货号No. 370967)重复以上使用的相同过程。结果，关于甲醇的量，得到几乎相同的结 果。更特别是，本发明允许与用作原材料的木质素中有杂质，使用的木质素的平均分子量及 其水中溶解度无关地从木质素开始产生几乎相同量的甲醇。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，重复以上使用的相同过程， 及结果，关于形成的甲醇的量，发现得到几乎相同的结果。实施例7本实施例中，使用的木质素是无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物 (获自Sigma公司，货号No. 471003，分子量60,000)。将Iml含2. 5mg/ml的此木质素的 溶液导入具有大致等于Eppendorf聚丙烯管的光透射性的圆筒形管，及将管内容物用由获 自SPECTR0NICS公司的ENF型UV灯发射的UV光线照射M小时。然后，将管内容物加热到 80°C持续60分钟，将从管蒸发的气体使用获自岛津公司的配备柱DB-WAX的GC/MS QP-2010 分析，及结果，检测到21 μ g/ml的甲醇。换言之，可基于干木质素质量获得0.84质量％的 甲醇。而且，作为原料木质素，使用无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物 (获自Aldrich公司，货号No. 471046，分子量12，000)及水不溶性产物(获自Aldrich公司，货号No. 370967)重复以上使用的相同过程。结果，关于甲醇的量，得到以上观察的几乎 相同的结果。更特别是，本发明允许与用作原材料的木质素中有杂质，使用的木质素的平均 分子量及其水中溶解度无关地从木质素开始产生几乎相同量的甲醇。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，重复以上使用的相同过程， 及结果，关于甲醇的量，发现得到几乎相同的结果。实施例8本实施例中，以下将详述本发明的芳族烃-分解方法。在这方面，芳族烃是氧原子 键合于苯环的芳族烃。本文中使用的氧原子键合于苯环的芳族烃是Remasol亮蓝(获自Sigma公司的 RBBR)，及使芳族烃经历光分解。此RBBR是类似于二噁英的化合物，及已将其用作关于二噁 英分解的指示剂。将Iml的含250 μ g/ml的RBBR, 0. 05M的KOH，及25 μ g/mL前述制备例1中制备的 各卟啉；原卟啉IX(获自Aldrich公司)；尿卟啉I (获自Sigma公司)；及粪卟啉I (获自 Aldrich公司)(使用的溶剂30%乙腈，0. 三氟乙酸，60%甲醇)的溶液导入具有大致 等于Eppendorf聚丙烯管的光透射性的圆筒形管，及将管内容物用由获自SPECTR0NICS公 司的ENF型UV灯发射的UV光线照射2小时。结果，发现RBBR的蓝色调与使用的卟啉及使 用的溶剂类型无关地消失。此明显表明RBBR分解。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，重复以上使用的相同过程， 及结果，可确认RBBR同样分解。实施例9本实施例中，使用二甲苯蓝(获自Takara有限公司)及溴酚蓝(获自Takara有限 公司)作为氧原子连接到化合物苯环的芳族烃化合物之例，及使这些化合物经历光分解。将Iml含5mg/ml的二甲苯蓝及5mg/ml的溴酚蓝，0. 05M的Κ0Η，及40 μ g/mL根 据公开于制备例1的方法制备的各卟啉，原卟啉IX(获自Aldrich公司)；尿卟啉I (获自 Sigma公司)；粪卟啉I (获自Aldrich公司)；及初卟啉(获自Aldrich公司)(作为使用 的溶剂，30%乙腈，0. 三氟乙酸)的溶液导入具有大致等于Eppendorf聚丙烯管的光透 射性的圆筒形管，及将管内容物用由获自SPECTR0NICS公司的ENF型UV灯发射的UV光线 照射2小时。结果，发现二甲苯蓝及溴酚蓝的蓝及黄色调与使用的卟啉类型及使用的溶剂 类型无关地消失。此明显表明二甲苯蓝及溴酚蓝可分解。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，重复以上使用的相同过程， 及结果，可确认二甲苯蓝及溴酚蓝同样分解。实施例10本实施例中，描述了本发明的利用本发明的木质素分解催化剂使氢离子从木质素 释放的方法。作为本实施例中使用的木质素是无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯 度产物(获自Sigma公司，货号No. 471003，分子量:60，000)。将Iml含2. 5mg/ml的此木质素及50 μ g/ml的根据公开于制备例1的方法制备的 卟啉的溶液导入具有大致等于Eppendorf聚丙烯管的光透射性的圆筒形管，及将管内容物 用由获自SPECTR0NICS公司的ENF型UV灯发射的UV光线照射12小时。结果，发现含木质 素的反应溶液的PH值降至9. 2 6. 4。此明显表明氢离子从木质素释放。
而且，作为原料木质素，使用无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物 (获自Aldrich公司，货号No. 471046，分子量12，000)；含还原糖的具有稍微低的纯度的 产物(获自Sigma公司，货号No. 471038，分子量52，000)；及水不溶性产物(获自Aldrich 公司，货号No. 370967)重复以上使用的相同过程。结果，发现氢离子同样从木质素释放。更 特别是，本发明允许与用作原材料的木质素中有杂质，使用的木质素的平均分子量及其水 中溶解度无关地以相同程度从木质素开始释放氢离子。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，同样重复以上使用的相同过 程，及结果，发现得到几乎相同的结果。实施例11作为本实施例中使用的木质素是无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产 物(获自Aldrich公司，货号No. 471003，分子量:60，000)。将Iml含2. 5mg/ml的此木质 素，2. 5mM的KOH及50μ g/ml的根据公开于制备例1的方法制备的卟啉的溶液导入具有大 致等于Eppendorf聚丙烯管的光透射性的圆筒形管，及将管内容物用由获自SPECTR0NICS 公司的ENF型UV灯发射的UV光线照射12小时。使用凝胶-过滤柱根据HPLC(高效液相 色谱法)分析样品。通过相同方法同样分析作为对照的之前UV-照射的溶液。作为分析的 结果，对于UV-照射之前的木质素，存在于反应溶液中的木质素检测为以310nm的检测波长 测定及从以变动于7 9分钟的时间洗脱的级分观察到的吸光度峰。另一方面，当将卟啉 加入木质素及后来的用UV线照射时，在310nm处及以变动于7 9分钟的洗脱时间检测的 归因于木质素的吸收峰面积降至78%。换言之，发现通过将卟啉添加到木质素及UV-照射， 22%的木质素分解。而且，发现含木质素的反应溶液的pH值降至10. 7 6. 2。此明显表明 氢离子从木质素释放。而且，作为原料木质素，使用无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物 (获自Aldrich公司，货号No. 471046，分子量12，000)；含还原糖的具有稍微低的纯度的 产物(获自Sigma公司，货号No. 471038，分子量52，000)；及水不溶性产物(获自Aldrich 公司，货号No. 370967)重复以上使用的相同过程。结果，发现可得到以上观察的相同的结 果。更特别是，本发明允许与用作原材料的木质素中有杂质，木质素的平均分子量及其水中 溶解度无关地以以上观察的相同程度从木质素开始释放氢离子。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，同样重复以上使用的相同过 程，及结果，发现得到几乎相同的结果。实施例I2本实施例中，描述了本发明的利用本发明的木质素分解催化剂使氢离子从木质素 释放的方法。作为本实施例中使用的木质素是含还原糖的具有稍微低的纯度的产物(获自 Sigma 公司，货号 No. 471038，分子量52，000)。将Iml含5mg/ml的此木质素及50 μ g/ml的根据公开于制备例1的方法制备的卟 啉的溶液导入具有大致等于Eppendorf聚丙烯管的光透射性的圆筒形管，及将管内容物用 由获自SPECTR0NICS公司的ENF型UV灯发射的UV光线照射12小时。结果，发现含木质素 的反应溶液的PH值降至6. 2 4. 8。此明显表明氢离子从木质素释放。而且，作为原料木质素，使用无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产 物(获自Sigma公司，货号No. 471003，分子量60,000的产物及获自Aldrich公司，货号No. 471046，分子量12,000的产物)；及水不溶性产物(获自Aldrich公司，货号 No. 370967)重复以上使用的相同过程。结果，发现可得到以上观察的相同的结果。更特别 是，本发明允许与用作原材料的木质素中有杂质，木质素的平均分子量及其水中溶解度无 关地以以上观察的相同程度从木质素开始释放氢离子。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，同样重复以上使用的相同过 程，及结果，发现得到几乎相同的结果。实施例I3本实施例中，描述了本发明的利用本发明的木质素分解催化剂使氢离子从木质素 释放的方法。作为本实施例中使用的木质素是无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯 度产物(获自Sigma公司，货号No. 471003，分子量:60，000)。将Iml含2. 5mg/ml的此木质素，2. 5mM的KOH及50 μ g/ml的卟啉(获自Sigma公 司，货号No. 258385-1G的原卟啉IV)的溶液导入具有大致等于Eppendorf聚丙烯管的光透 射性的圆筒形管，及将管内容物用由获自SPECTR0NICS公司的ENF型UV灯发射的UV光线 照射12小时。结果，发现含木质素的反应溶液的pH值降至10. 7 7. 4。此明显表明氢离 子从木质素释放。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，同样重复以上使用的相同过 程，及结果，发现得到几乎相同的结果。实施例14作为本实施例中使用的木质素是无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产 物(获自Sigma公司，货号No. 471003，分子量:60，000)。将Iml含2. 5mg/ml的此木质素， 0. 05M的KOH及50 μ g/ml的根据公开于制备例1的方法制备的卟啉的溶液导入具有大致等 于Eppendorf聚丙烯管的光透射性的圆筒形管，及将管内容物用由获自SPECTR0NICS公司 的ENF型UV灯发射的UV光线照射12小时。使用凝胶-过滤柱根据HPLC技术分析由此得 到的样品。通过相同方法同样分析作为对照的之前UV-照射的溶液。作为与从之前UV-照 射的样品观察到的结果比较的结果，鉴于以310nm检测波长的及以7分钟的洗脱时间检测 的归因于木质素的吸收峰面积，UV-照射后样品中72%的木质素分解。将得到的分解产物 根据凝胶过滤技术作为含具有更低分子量的成分的级分洗脱。本发明的方法中源于木质素 的分解产物显示低吸光度，因此，它们不可通过使用310nm的检测波长检测。但是，将存在 于洗脱的样品或级分的非-挥发性分解产物冷冻干燥，及发现将分解产物作为沉淀回收。作为木质素，使用无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物(获自 Aldrich公司，货号No. 471046，分子量12,000)及水不溶性产物(获自Aldrich公司，货 号No. 370967)重复以上使用的相同过程，及结果，得到以上观察的几乎相同的结果。更特 别是，关于木质素光分解，作为光催化剂将卟啉添加到含木质素-碱性化合物的溶液时，与 用作原材料的木质素中有杂质，木质素的平均分子量及其水中溶解度无关地提供以上观察 的几乎相同的结果。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，同样重复以上使用的相同过 程，及结果，发现得到几乎相同的结果。实施例15作为本实施例中使用的木质素是无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物(获自Sigma公司，货号No. 471003，分子量60,000)。将0. 5ml含205mg/ml的此木 质素，0. 05M的KOH及50 μ g/ml的作为合成的卟啉的分子中带4个羧基的粪卟啉I (获自 ALDRICH公司)的溶液导入2ml体积的具有大致等于Eppendorf聚丙烯管的光透射性的圆 筒形管(而其余空间是空气)中，及将管内容物用由获自SPECTR0NICS公司的ENF型UV灯 发射的UV光线照射48小时。将由此得到的反应溶液通过实施例2中使用的相同过程处理。 结果，确认不小于80%的木质素分解。此外，将氧气导入空气空间，然后将管内容物以以上使用的相同方式用UV光线照 射。结果，同样确认不小于80%的木质素分解。此外，将氮气导入空气空间，然后将管内容物以以上使用的相同方式用UV光线照 射。结果，确认约10%的木质素分解。而且，将前述含卟啉的木质素溶液以管中不残留任何空气空间的量导入 Eppendorf管，然后将木质素溶液以以上使用的相同方式用UV光线照射，及结果，确认未检 测到任何木质素分解。此外，作为木质素，使用无任何杂质(例如还原糖及纤维素)的高纯度产物(获 自Aldrich公司，货号No. 471046，分子量12,000)；含还原糖的具有稍微低的纯度的产物 (获自Sigma公司，货号No. 471038，分子量52,000)；及水不溶性产物(获自Aldrich公 司，货号No. 370967)重复以上使用的相同过程，及结果，关于木质素分解，得到以上观察的 几乎相同的结果。更特别是，本发明的方法允许与用作原材料的木质素中有杂质，木质素的 平均分子量及其水中溶解度无关地将木质素分解至以上观察的几乎相同程度。此外，除了用太阳光线代替以上使用的UV光线之外，同样重复以上使用的相同过 程，及结果，关于木质素分解，发现得到以上观察的几乎相同的结果。工业实用性本发明的木质素分解催化剂不是源于例如，作为白腐病的原因细菌的酶，且其是 非-蛋白质催化剂。此催化剂的使用将允许主要利用光能分解木质素，从而根据简单方法 分离醇(例如甲醇)及有机酸(例如甲酸)，及从作为非-有效天然资源的木质素(其构成 20 30%的木材)释放氢离子。因此，本发明的木质素分解催化剂将允许扩展自然界中分 解相当地难的木质素的应用领域。更特别是，源于木质素的醇可用于燃料工业领域，作为化 石燃料(例如汽油)的替代燃料，同样源于木质素的有机酸可用于各种工业领域，及源于木 质素的氢离子可用于，例如，燃料电池或可用于电力工业领域。此外，本发明的芳族烃-分解催化剂可分解各带连接到苯环的氧原子的芳族烃， 及因此，其使用将允许处理有害的工业废弃物及纯化污染的土壤及地表。由此，本发明的催 化剂可用于工业废弃物处理领域及土壤纯化领域等。
权利要求
1.木质素分解用催化剂，其包括可通过经光线照射而显示其催化功能的卟啉。
2 木质素分解用催化剂，其包括可在碱性溶液中显示其催化功能的卟啉。
3.木质素分解用催化剂，其包括可在碱性溶液中经光线照射而显示其催化功能的卟啉。
4.权利要求1 3中任一项的木质素分解用催化剂，其中所述卟啉是在卟啉环上带甲 基及乙基酯基或乙酸基(丙酸基)的四吡咯化合物。
5.权利要求1 3中任一项的木质素分解用催化剂，其中所述卟啉是在卟啉环上带4 个甲基及4个乙基酯基或乙酸基(丙酸基)的四吡咯化合物。
6.权利要求1 3中任一项的木质素分解用催化剂，其中所述卟啉是在分子中具有羧 基的卟啉。
7.权利要求6的木质素分解用催化剂，其中所述卟啉是在分子中具有总共2，4或8个 羧基的卟啉。
8.权利要求6的木质素分解用催化剂，其中所述卟啉是选自下列的至少一种尿卟啉， 原卟啉及粪卟啉。
9.权利要求1 3中任一项的木质素分解用催化剂，其中所述卟啉是具有卟啉环结构 的四吡咯化合物，所述四吡咯化合物通过在培养基中培养大肠杆菌，然后从该培养基中分 离所述四吡咯化合物来得到。
10.权利要求1 3中任一项的木质素分解用催化剂，其中所述催化剂包括含具有卟 啉环结构的四吡咯化合物的培养基，所述四吡咯化合物通过在培养基中培养大肠杆菌来得 到。
11.权利要求9或10的木质素分解用催化剂，其中所述大肠杆菌是由于变异而不可表 达基因ypjD0^611)的大肠杆菌。
12.权利要求9 11中任一项的木质素分解用催化剂，其中所述大肠杆菌是插入了基 因ypjD(l^611)的转座子的插入变体。
13.用于制备醇及有机酸的方法，包括下列步骤将含碱性化合物的溶液加入木质素，然后分离从得到的含木质素及碱性化合物的溶液释放的醇及有机酸。
14.权利要求13的用于制备醇及有机酸的方法，其中在用光线照射含木质素及碱性化 合物的溶液后，将从含木质素及碱性化合物的溶液释放的醇及有机酸分离。
15.权利要求14的用于制备醇及有机酸的方法，其中所述用光线照射的步骤通过用紫 外线或太阳光线照射来进行。
16.权利要求13的用于制备醇及有机酸的方法，其中还使权利要求1 12中任一项的 木质素分解用催化剂作用于含木质素及碱性化合物的溶液后，将从含木质素及碱性化合物 的溶液释放的醇及有机酸分离。
17.权利要求16的用于制备醇及有机酸的方法，其中使权利要求1 12中任一项的 木质素分解用催化剂作用于含木质素及碱性化合物的溶液，及再用光线照射得到的混合物 后，将从含木质素及碱性化合物的溶液释放的醇及有机酸分离。
18.权利要求17的用于制备醇及有机酸的方法，其中所述用光线照射的步骤通过用紫 外线或太阳光线照射来进行。
19.权利要求13 18中任一项的用于制备醇及有机酸的方法，其中所述碱性化合物是 选自下列的至少一种Κ0Η及NaOH。
20.用于制备醇及有机酸的方法，包括下列步骤使权利要求1 12中任一项的木质素分解用催化剂作用于木质素，然后分离从用催化剂处理的木质素释放的醇及有机酸。
21.用于制备醇及有机酸的方法，包括下列步骤用光线照射木质素，然后分离从用光线照射的木质素释放的醇及有机酸。
22.用于制备醇及有机酸的方法，其包括下列步骤用光线照射木质素，然后使醇及有机酸从光照射的木质素释放，其中，使权利要求1 10中任一项的木质素分解用催化剂作用于木质素，然后将木质素用光线照射，及分离从木质素释放的醇及有机酸。
23.权利要求21或22的用于制备醇及有机酸的方法，其中所述用光线照射的步骤通过 用紫外线或太阳光线照射来进行。
24.权利要求13 23中任一项的用于制备醇及有机酸的方法，其中所述醇是甲醇；有 机酸是甲酸，乙酸，苹果酸，琥珀酸及丙酮酸。
25.权利要求13 M中任一项的用于制备醇及有机酸的方法，其中所述醇的分离通过 蒸馏进行。
26.用于制备木质素分解产物的方法，包括下列步骤回收根据权利要求13 25中任 一项的用于制备醇及有机酸的方法分离醇及有机酸期间产生的木质素分解产物。
27.芳族烃分解用催化剂，其中氧原子键合于构成苯环的碳原子，其特征在于，所述催 化剂包括卟啉。
28.权利要求27的芳族烃分解用催化剂，其中所述卟啉是具有卟啉环结构的四吡咯化 合物，所述四吡咯化合物通过在培养基中培养大肠杆菌，然后从培养基分离所述化合物来 得到。
29.权利要求27的芳族烃分解用催化剂，其中所述催化剂包括含具有卟啉环结构的四 吡咯化合物的培养基，所述四吡咯化合物通过在培养基中培养大肠杆菌来得到。
30.权利要求观或四的芳族烃分解用催化剂，其中所述大肠杆菌是由于变异而不可表 达基因ypjD0^611)的大肠杆菌。
31.权利要求中观 30任一项的芳族烃分解用催化剂，其中所述大肠杆菌是插入了基 因ypjD(l^611)的转座子的插入变体。
32.权利要求27 31中任一项的芳族烃分解用催化剂，其中所述卟啉是在卟啉环上带 甲基及乙基酯基或乙酸基(丙酸基)的四吡咯化合物。
33.权利要求27 32中任一项的芳族烃分解用催化剂，其中所述卟啉是在卟啉环上带 4个甲基及4个乙基酯基或乙酸基(丙酸基)的四吡咯化合物。
34.权利要求27的芳族烃分解用催化剂，其中所述卟啉是选自下列的至少一种尿卟啉，原卟啉，粪卟啉及初卟啉。
35.权利要求27的芳族烃分解用催化剂，其中所述卟啉是在分子中具有羧基的卟啉。
36.权利要求35的芳族烃分解用催化剂，其中所述卟啉是分子中带总共2，4或8个羧 基的卟啉。
37.权利要求27 36中任一项的芳族烃分解用催化剂，其中所述芳族烃是二噁英类。
38.使氢离子释放的方法，包括下列步骤使权利要求1 11中任一项的木质素分解催化剂作用于木质素或含木质素及碱性化 合物的溶液，用光线照射该溶液，从而使氢离子由其释放。
39.卟啉，其具有将木质素转变为醇及有机酸的催化功能。
40.卟啉，其特征在于，其具有分解含芳族烃的化合物的催化功能，所述芳族烃中氧原 子键合于构成苯环的碳原子。
41.卟啉，其通过培养由于变异而不可表达基因ypjD(l^611)的大肠杆菌来得到。
42.木质素分解用催化剂，其包括卟啉，所述卟啉通过培养由于突变而不可表达基因 ypjD(b2611)的大肠杆菌来得到。
全文摘要
本文中提供含卟啉的木质素-分解催化剂及芳族烃-分解催化剂。可通过将含碱性化合物的溶液加入木质素，任选使木质素-分解催化剂作用于得到的含木质素-碱性化合物的溶液及任选用光线照射溶液；或通过任选使木质素-分解催化剂作用于木质素，然后用光线照射来将醇及有机酸从木质素分离。回收分离前述醇及有机酸期间产生的分解产物，及从木质素释放氢离子。本文中提供的也包括具有所述可将木质素转变为醇及有机酸的催化功能的卟啉；具有可分解含氧连接到构成苯环的碳原子的芳族烃的化合物的催化功能的卟啉；及通过培养由于变异而不可表达基因ypjD(b2611)的大肠杆菌来得到的卟啉。
文档编号B01J31/02GK102131581SQ20098013299
公开日2011年7月20日 申请日期2009年8月11日 优先权日2008年8月11日
发明者石桥彻 申请人:福留裕文