文 献 综 述

1. 引言

近年来，随着化石资源的逐渐短缺以及由此带来的人类生存环境日益恶化，利用微生物细胞或酶的生物催化功能，进行大规模的物质加工与转化，生产人类所需的化学品，已成为各国科学家研究与关注的焦点^[1]。而2,3-丁二醇(2,3-butanediol) 是生物制造产品体系中一种重要的化工原料，作为一种潜在的平台化合物，替代传统的平台化合物-碳四烃，用于大规模的合成甲乙酮( 优良溶剂) 和1,3-丁二烯( 广泛应用于合成橡胶、聚酯和聚亚胺酯等领域)^[2,5,6]。2,3-丁二醇分子内含有两个手性碳原子, 在精细化学品以及手性药物合成方面具有极其重要的应用价值^[3]。本课题是在已经构建好菌株的基础上，进行(R,R)-2,3-丁二醇的补料发酵研究。基于对工程菌株的生理代谢的分析，从而对补料发酵工艺以及其他发酵条件的优化，同时建立优化方法和完善检测方法，最终达到提高产物的目的。

2.2,3-丁二醇的理化性质及用途

2.1 2,3-丁二醇的理化性质

2,3-丁二醇（英文缩写2,3-BD）,也称2,3-双羟基丁烷或二亚甲基二醇，是一种手性化合物。2,3-丁二醇分子中含有两个手性碳原子，因此存在三种立体异构体: (S,S)-2,3-丁二醇(右旋型) 、(R,R)-2,3-丁二醇(左旋型) 及meso-2,3-丁二醇 (内消旋型), 其结构如图 1 所示^[4]。

2.2 2,3-丁二醇的用途

2,3-丁二醇可以作为一种潜在的平台化合物，替代传统的平台化合物-碳四烃，用于大规模的合成甲乙酮(优良溶剂) 和1,3-丁二烯(广泛应用于合成橡胶、聚酯和聚亚胺酯等领域)^[2,5,6]。除此之外，2,3-丁二醇还可用于制备油墨、香水、熏蒸剂、增湿剂、软化剂、增塑剂、炸药及药物手性载体等^[7,8]，2,3-丁二醇的氧化产物3-羟基丁酮和丁二酮可作为食用香料使用^[9,10]; 同时，因其热值较高( 27200kJ/kg )，与乙醇( 29055kJ/kg )、甲醇(22081kJ /kg) 相当) ，故可作为燃料添加剂;2,3-丁二醇与其衍生物甲乙酮脱氢形成的辛烷异构体还可用于生产高级航空用油;2,3-丁二醇酯化后可生成聚氨酯泡沫的前体;2,3-丁二醇与乙酸反应生成2,3-丁二醇二乙酸酯，该酯可加到奶油中改善风味;2,3-丁二醇在我国还被添加到白酒中，以改善白酒的风味^[11-13]。

作为具有光学活性的(R,R)-2,3-丁二醇除了具有混旋型2,3-丁二醇的一般功能外, 还具有一些特殊功能。(R,R)-2,3-丁二醇可用于合成药物阿司匹林的关键中间体丁三醇-对甲苯磺酸酯^[14], 同时其还可以用于合成光学活性的2-甲基-1,4-丁二醇、2-甲基-1,4-丁二醇及其衍物是合成各种手性近晶型聚酯液晶材料及手性天然生物活性物质的重要中间体^[15,16]; 其次, (R,R)-2,3-丁二醇的凝固点低达-60℃, 可作为优良的抗冻剂^[17]。

3.微生物发酵产(R,R)-2,3-丁二醇