Brevet FR2754252A1 — publié le 19980410

La présente invention concerne un procédé de préparation d'un aldéhyde ou d'une cétone à partir de l'alcool primaire ou secondaire correspondant. La biosynthèse en solution aqueuse d'aldéhydes, de cétones ou d'acides organiques à partir d'alcools primaires ou secondaires renfermant de 1 à 3 atomes de carbone est bien connue. L'acétaldéhyde par exemple est en effet une molécule importante d'un point de vue industriel et on la prépare couramment à partir d'éthanol. Toutefois, les alcools renfermant 4 atomes de carbone et plus ne sont pas tous solubles dans l'eau en toute proportion. C'est pourquoi la biotransformation des alcools primaires ou secondaires renfermant 4 atomes de carbone ou plus a été jusqu'à présent réalisée en présence d'une forte proportion de solvants tels que l'hexane, le décane, le cyclohexane, le toluène, I'acétonitrile, le tétrahydrofuranne ou des huiles minérales. C'est ainsi que US-A-5 010 005 décrit la bio-oxydation d'alcools supérieurs dans les milieux réactionnels non-aqueux. Mais l'addition de solvants oblige à traiter des volumes réactionnels importants puisque l'alcool à transformer ne représente qu'une faible partie de la phase organique, et à isoler le produit attendu parmi plusieurs autres. Kawakami dans biocatalysis in Non-Conventional Media Elsevier Science 1992, 653, Borzeix dans Enzyme and Microbial Technology, 17, 615622, 1995 et Weenen dans Bioflavour 95, February 14-17, 1995, Ed. INRA, Paris 1995 (Les Colloques, n" 75), 375-380 ou US-A-3 880 739 décrivent la biotransformation de butanol-l, d'hexanol-l, de phényl éthanol, ou de cis-3hexénol-l dans des milieux dans lesquels ces alcools restent largement minoritaires par rapport à la quantité de solvant tel que l'hexane ou le décane utilisée. WO-A-87/04725 décrit un procédé de conversion d'alcools en Cr-C5 en aldéhydes, utilisant une méthanol oxydase. Dans ce procédé, les auteurs utilisent l'alcool dans ce qu'ils qualifient d'un large excès de 0,5% en volume, à savoir jusqu'à 5%. Cette concentration peut cependant s'élever ponctuellement un peu au dessus de 5% lorsque le procédé est mis en oeuvre en continu, donc avec un apport continu d'alcool. En pratique, une concentration de seulement 4% d'alcool, donc très faible, est utilisée. L'emploi de molécules tensioactives dans de telles réactions est resté, quant à lui, limité et ne dépasse pas 1,5 % dans les milieux utilisés. Les réactions ci-dessus qui mettent en jeu de grandes quantités de solvant en plus de l'alcool à transformer nécessitent le traitement de grande quantités de réactifs, ce qui est préjudiciable notamment au moment de la séparation des produits désirés. II faut en outre utiliser des récipients et réacteurs de grande taille. On consomme en plus beaucoup d'énergie, notamment pour l'agitation. II serait donc souhaitable de trouver un procédé de préparation d'un aldéhyde ou d'une cétone à partir de l'alcool primaire ou secondaire correspondant renfermant 4 atomes de carbone ou plus dans lequel l'alcool de départ représenterait une proportion importante du milieu. En outre, il serait souhaitable de se dispenser d'un biocatalyseur de type alcool déshydrogénase, qui utilise des cofacteurs tel que le NAD+ ou le NADP+, qui présentent les inconvénients d'être consommés stoechiométriquement lors de la réaction, et d'être d'un coût important. La demanderesse a découvert avec étonnement qu'il était possible de procéder à la biotransformation d'alcools supérieurs en présence de quantités limitées et même en l'absence totale de solvant tiers. C'est pourquoi la présente invention a pour objet un procédé de préparation en présence d'un milieu aqueux, d'un aldéhyde ou d'une cétone à partir d'un alcool primaire ou secondaire (A) renfermant 4 atomes de carbone ou plus, partiellement cosoluble avec l'eau, mais présentant une solubilité pondérale Cs inférieure à 40% permettant de se dispenser totalement si désiré de l'addition d'un solvant autre que l'alcool A, caractérisé en ce que l'on soumet ledit alcool à une oxydation en présence d'eau (E) et d'un réactif biologique d'oxydation (B) présentant une activité alcool oxydase, dans un milieu renfermant une quantité réduite ou nulle de solvant (S) autre que ledit alcool (A) ou son composé d'oxydation ainsi formé, optionr;ellement en présence d'au moins un agent tensioactif (T), puis que l'on isole si désiré l'aldéhyde ou la cétone ainsi obtenue, étant entendu que pondéralement, dans le milieu réactionnel, si le seuil de solubilité Cs de l'alcool est inférieur à 12%, A représente plus de 12%, et si le seuil de solubilité Cs de l'alcool est compris entre 12 et 40%, A représente plus de Cs%, le rapport A/S est supérieur à 1, E représente au moins 0,5%, et que l'eau (E) est tamponnée à un pH convenable pour le réactif biologique d'oxydation. L'alcool primaire ou secondaire peut être tout alcool de ce type qui présente une solubilité limitée dans l'eau, c'est-à-dire une solubilité inférieure à 40 % pondéralement. C'est le cas, par exemple, des alcools comprenant une chaîne aliphatique linéaire de 4 atomes de carbone et plus comme le butanol-1, l'hexanol-1, l'heptanol-1, l'octanol-1, le cis-3-hexanol-1, l'alcool benzylique, ou le géraniol. Ces alcools peuvent présenter une ou plusieurs fonctions alcool et présenter une chaîne carbonée linaire, ramifiée, aromatique, cyclique saturée ou insaturée. Les alcools ci-dessus peuvent également posséder des fonctions autres que des fonctions alcools telles que des fonctions Acides, Amines, Amides, Thiols, Cétones, Aldéhydes, Epoxy ou Halogènes. Ils comprennent, par exemple, de 4 à 103 atomes de carbone, de préférence de 4 à 20 atomes de carbone, notamment 4 à 12 atomes de carbone, particulièrement de 4 à 8 atomes de carbone et tout particulièrement de 4 à 6 atomes de carbone. Pour certains domaines tel que la parfumerie, on préfère transformer les alcools renfermant de 6 à 20 atomes de carbone, notamment de 6 à 12 atomes de carbone, particulièrement de 6 à 9 atomes de carbone, ou encore les alcools renfermant de 7 à 15 atomes de carbone. Comme on l'a vu ci-dessus, le nombre d'atomes de carbone peut aller jusqu'à 103, dans le cas de macromolécules telles que des polymères ou biomolécules comprenant une ou plusieurs fonctions alcool. Dans des conditions préférentielles de mise en oeuvre du procédé cidessus décrit, L'alcool primaire ou secondaire substrat ci-dessus (A) peut représenter pondéralement de 12% jusqu'à 99,5% du milieu réactionnel, de préférence de 40% à 95%, particulièrement de 50% à 90%, et tout particulièrement de 60% à 90%.. Le réactif biologique d'oxydation (B) peut être un milieu de fermentation, un organite tel que des levures ou des extraits bruts de levures, et tout particulièrement une ou des enzymes présentant une activité alcool oxydase produisant une oxydation des alcools en aldéhydes ou cétones suivant le schéma de réaction ci-dessous: ALCOOL PRIMAIRE Réactif d'oxydation ALDEHYDE OU OU o CETONE SECONDAIRE 2 + H202 On peut citer par exemple à titre d'enzyme et de préférence l'alcool oxydase de Pichia pastoris commercialisée par la Société Sigma sous la référence EC.1.1.3.13 ou celle extraite de Candida sp . D'autres sources d'enzymes utilisables peut aussi être trouvées chez les Basidiomycites, ou notamment chez H polyforma ou Kloechera sp. US-A4 871 669 décrit un certain nombre d'enzymes ou de levures utilisables à cette fin. Dans la mesure où la réaction ci-dessus produit de l'eau oxygénée, on ajoute avantageusement dans le milieu réactionnel une catalase telle que la catalase issue de foie bovin commercialisée par la Société Sigma sous la référence Ec.1.11.1.6. Une catalase transforme en effet l'eau oxygénée formée pendant la réaction en eau H2O. Le réactif biologique d'oxydation (B) est de préférence dépourvu d'activité de type alcool déshydrogénase. La réaction ci-dessus peut être menée par exemple à une température de O à 100 , de préférence comprise entre 5"C et 45"C, tout particulièrement entre 20"C et 28"C, sous une pression supérieure ou égale à la pression atmosphérique, avec ou sans agitation. La température et la pression utilisées doivent être bien évidemment compatibles avec l'enzyme et le milieu réactionnel utilisés. Le milieu réactionnel peut être enrichi ou non en oxygène, et ceci de manière continue ou discontinue. Comme on l'a vu, un des avantages essentiels du présent procédé est de pouvoir se dispenser, totalement si désiré, d'un solvant tiers (S), à l'opposé de l'art antérieur où le solvant tiers est majoritaire par rapport à l'alcool à traiter. Selon le présent procédé, il n'est toutefois pas exclu d'en ajouter une proportion limitée. C'est ainsi que le rapport NS supérieur à 1, est de préférence supérieur à 2, notamment supérieur à 4, particulièrement supérieur à 10, tout particulièrement supérieur à 50, et encore plus particulièrement supérieur à 100. Les solvants utilisables optionnellement, sont à titre d'exemple ceux utilisés en quantité majoritaire dans l'art antérieur, par exemple des paraffines comme l'hexane, le décane, le tétradécane, l'hexadécane et les hydrocarbures tels que le cyclohexane, le benzène, le toluène. II est possible également d'utiliser des alcools aliphatiques inférieurs comme l'éthanol, des éthers comme le diéthyl éther, des solvants chlorés comme le chloroforme. Ainsi, dans la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, on peut mettre en jeu outre l'alcool substrat et l'eau tamponnée, une certaine proportion d'alcool primaire, secondaire ou tertiaire renfermant au plus 3 atomes de carbone, dans la mesure où cette proportion reste pondéralement inférieure à celle de l'alcool substrat primaire ou secondaire renfermant 4 atomes de carbone ou plus. Le tampon utilisé peut être un tampon glycine, carbonate, bicarbonate et de préférence phosphate, notamment phosphate de potassium. Le pH optimum est en général de 7 à 9, notamment de 8,5 à 9. En fin de réaction, la cétone ou l'aldéhyde produit peut être si désiré isolé par utilisation d'une des techniques bien connues, par exemple celles évoquées dans les références précitées. Des exemples de mise en oeuvre du procédé ci-dessus sont les suivants: Mis à part le réactif d'oxydation et le ou les tampons convenable(s) audit réactif, - on peut utiliser un milieu réactionnel composé uniquement d'un alcool substrat primaire ou secondaire, simplement additionné d'une quantité d'eau comprise pondéralement entre 0,5 % et 60%. Si la quantité de tampon aqueux reste inférieure au seuil de solubilité du tampon aqueux dans l'alcool substrat et si ce seuil (variable suivant la nature du ou des alcools substrats) est supérieur à 0,5 %, le milieu réactionnel est monophasique. - lorsque l'alcool substrat se trouve en proportion supérieure à sa solubilité dans l'eau, le milieu est biphasique. II en est ainsi par exemple lorsque la solubilité de l'alcool dans l'eau est inférieure à 12% (par ex. pentanol-1 ou hexanol-1), et que le milieu réactionnel contient de 12 à 40% de substrat. On peut utiliser des milieux réactionnels de type polyphasique ou monophasique composés d'alcool à plus de 12%, de tampon à plus de 0,5%, et de composés tensioactifs en proportion comprise entre 0 et 87,5%. Ces conditions offrent l'avantage qu'on n'a incorporé au milieu réactionnel aucun hydrocarbure ou solvant organique autre que l'alcool substrat de départ. L'addition optionnelle d'au moins un agent tensioactif en quantité efficace comme le Brij 35 (Lauryléther polyoxyéthylèné avec 23 molécules d'oxyde d'éthylène) le triton X10 ou le cholate de sodium confère au milieu réactionnel une qualité d'émulsion ou de micro-émulsions, ou encore de cristaux liquides. On peut utiliser des tensioactifs anioniques, cationiques, non ioniques, amphotères, des mélanges comme le LRI de la Société Wackherr. On peut utiliser des tensioactifs fluorés lorsque l'on veut augmenter la concentration en oxygène du milieu. L'agent tensioactif peut représenter pondéralement jusqu'à 80% du milieu réactionnel, tandis que l'eau en représente au moins 0,5%. Toutefois, dans des conditions préférentielles, le ou les agent(s) tensioactif(s) représentent de 0,01 à 60 %, notamment de 0,1 à 20%, particulièrement de 1 à 10%. Les exemples qui suivent illustrent la présente demande sans toutefois la limiter. Exemple 1: Préparation d'hexanal On place dans un tube à essais 0,675 g d'une solution aqueuse tamponnée (tampon phosphate pH 7,5 10-2 M), 0,19 g de Brij 35 Fluka (Lauryl éther poly oxyéthyléné avec 23 molécules d'oxyde d'éthylène) et 0,124g d'hexanol-1. On laisse sous agitation jusqu'à obtention d'une solution monophasique. On ajoute alors 25 ,ul de catalase Ec.1 111.6 (Sigma) de foie bovin correspondant à 511,5 Unités en catalase et 25pl contenant 25,74 Unités d'alcool oxydase EC.1.1.3.13 (Sigma) de Pichia pastoris. On agite alors pendant 24H à 250 tours/mn à température ambiante. La réaction est suivie en mesurant la quantité d'hexanal formé au bout de 24 heures par chromatographie en phase gazeuse (Carlo Erba) équipé à l'aide d'un détecteur à ionisation de flamme (FID). La colonne utilisée (S.G.E.) a pour référence (25Q C 2/BP21-0.25 0523430). La température du four est maintenue à 50"C puis subit une élévation de 10 C par minute jusqu'à 200"C, la température de l'injecteur est de 240"C, et celle du détecteur 280"C. La quantité prélevée pour la détection est de 50pu, dilués dans 350 ,ul d'hexane. On appelle T (exprimé en mg/U.g) la masse d'hexanal transformé par unité d'enzyme et gramme d'hexanol-1 initial., et on appelle R/exprimé en mg/U.g) la masse d'hexanal transformé par unité d'enzyme et gramme de solution totale. On a obtenu après 24H. T=6,750 et R = 0,8410. Exemples 2 à 9 On opère comme ci-dessus avec les quantités pondérales suivantes. Les essais ont été effectués pour 1 g d'échantillon total dans lequel on a introduit une quantité correspondant à 25,74 Unités en Alcool Oxydase, et à 511,5 Unités en Catalase. Exemple % Eau % Brij 35 % Hexanol-1 T (mg/U.g) R (mg/U.g) 2 7,32 21,93 70,74 1,732 1,2250 Dans les deux exemples ci-dessus, le milieu était monophasique de type micro émulsion Les essais suivants ont été effectués avec 1 g d'échantillon total dans lequel on a introduit une quantité correspondant à 14,4144 Unités en Alcool Oxydase, et à 286.44 Unités en Catalase. Ces échantillons ont subi, avant l'enclenchement y de la réaction, un barbotage à l'oxygène pendant 0,5 min. Exemple % Eau % Brij 35 % Hexanol-1 T (mg/U.g) R (mg/U.g) 3 80 0 20 13,44 2,688 4 50 0 50 6,126 3,066 5 30 0 70 5,26 3,682 6 20 0 80 5,187 4,150 7 15 0 85 4,472 3,801 8 10 0 90 3,706 3,335 Dans ces six exemples ci-dessus, le milieu réactionnel était biphasique. L'essai suivant a été effectué pour I g d'échantillon total dans lequel on a introduit une quantité correspondant à 14,4144 Unités en Alcool Oxydase, et à 286,44 Unités en Catalase. Cet échantillon a subi, avant l'enclenchement de la réaction, un barbotage à l'oxygène pendant 0,5 min. Le milieu réactionnel était monophasique. Exemple % Eau % Brij 35 % Hexanol-1 T (mg1U.g) R (mg/U.g) 9 5 0 95 1,141 1,084 REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'un aldéhyde ou d'une cétone à partir d'un alcool primaire ou secondaire (A) renfermant 4 atomes de carbone ou plus, partiellement cosoluble avec l'eau, mais présentant une solubilité pondérale inférieure à 40% permettant de se dispenser totalement si désiré de l'addition d'un solvant autre que l'alcool A, caractérisé en ce que l'on soumet ledit alcool à une oxydation en présence d'eau (E) et d'un réactif biologique d'oxydation (B) présentant une activité alcool oxydase, dans un milieu renfermant une quantité réduite de solvant (S) autre que ledit alcool (A) ou son composé d'oxydation ainsi formé, optionnellement en présence d'au moins un agent tensioactif (T) puis que l'on isole si désiré l'aldéhyde ou la cétone ainsi obtenue, étant entendu que pondéralement, dans le milieu réactionnel, si le seuil de solubilité Cs de l'alcool est inférieur à 12%, A représente plus de 12%, et si le seuil de solubilité Cs de l'alcool est compris entre 12 et 40%, A représente plus de Cs%, le rapport A/S est supérieur à 1, E représente au moins 0,5%, et que l'eau (E) est tamponnée à un pH convenable pour le réactif biologique d'oxydation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on opère la réaction en outre en présence d'au moins un composé tensioactif. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le milieu réactionnel, A représente pondéralement de 40% à 95%. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que dans le milieu réactionnel, A représente pondéralement de 50% à 90%. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le milieu réactionnel ne comprend aucun solvant (S) autre que ledit alcool (A) ou son composé d'oxydation ainsi formé. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le milieu réactionnel comprend un solvant (S) autre que ledit alcool (A) ou son composé d'oxydation ainsi formé, le rapport A/S étant supérieur à 4. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rapport A/S est supérieur à 10.