MX2012009134A - Proceso para producir componente monomerico de biomasa de polihidroxialcanoato geneticamente modificado. - Google Patents

Abstract

La presente invención describe procesos y métodos para hacer intermediarios químicos y derivados de biomasa.

Description

PROCESO PARA PRODUCIR COMPONENTE MONOMERICO DE BIOMASA DE POLIHIDROXIALCANOATO GENETICAMENTE MODIFICADO Antecedentes de la Invención Los polímeros biodegradables de base biológica tales como polihidroxialcanoatos (PHAs) , se producen naturalmente en sistemas de biomasa, tal como biomasa de plantas, biomasa microbianas (por ejemplo, bacterias incluyendo cianobacteria, levadura, hongos) o biomasa de algas. Recientemente se han desarrollado sistemas de biomasa genéticamente modificados los cuales producen una amplia variedad de polímeros y copolímeros de PHA biodegradables (Lee (1996), Biotechnology & Bioengineering 49:1-14; Braunegg et al. (1998), J". Biotechnology 65:127-161; Madison, L. L: and Huisman, G. W. (1999) , Metabolic Engineering of Poli-3-Hidroxialkanoates ; From DNA to Plástic, in: Microbiol. Mol'. Biol. Rev. 63:21-53) .

Recientemente también ha habido progreso en el desarrollo de sistemas de biomasa que producen productos químicos "verdes" tales como 1, 3-propanodiol (Dupont's BioPDO*) , 1 , 4 -butanodiol (Genomatica) y ácido succínico (Bioamber) por nombrar algunos. Análogos a los polímeros de PHA de base biológica, estos productos químicos de base biológica se han producido por sistemas de biomasa genéticamente modificada los cuales utilizan materiales de Ref.: 233344 alimentación renovables, tienen huellas de carbono inferior y costos de producción según se informa inferiores en comparación con los métodos de producción de productos químicos de petróleo tradicionales. Sin embargo, una desventaja de producir directamente productos químicos vía un bioproceso es que los productos químicos frecuentemente son tóxicos a las células que los producen de modo que el rendimiento químico total de las células es bajo. Además, otros compuestos producidos por las ' células finalizan como impurezas en los productos químicos de interés y, por lo tanto, una etapa de purificación se necesita agregar al proceso, agregando un factor de costo adicional. Por consiguiente, existe una necesidad de superar las desventajas de la pureza y toxicidad celular- descritas anteriormente.

Breve Descripción de la Invención Se ha encontrado que los productos químicos de base biológica (componentes y derivados de monómero) se pueden producir simplemente y rentablemente por descomposición térmica de biomasa genéticamente modificada que contiene polihidroxialcanoatos (PHA's) en la presencia de un catalizador. Los huéspedes se pueden modificar genéticamente para producir polihidroxialcanoatos en sus células a composiciones y cantidades enriquecidas. Con la variedad de los polímeros de PHA disponibles, un amplio intervalo de productos químicos útiles e importantes se producen fácilmente y de manera barata mientras superan los problemas de pureza y toxicidad celular. Los polímeros de PHA en la biomasa se degradan a componentes monoméricos y otros productos químicos modificados (por ejemplo, derivados) bajo condiciones que son eficientes de tiempo y costo.

La invención generalmente se refiere a métodos para producir componentes monoméricos de base biológica, alto rendimiento, alta pureza de recursos de carbono renovables. Las ventajas de este proceso de biorefinería son que usa una fuente de carbono renovable como el material de alimentación, los huéspedes genéticamente modificados producen PHAs con alto rendimiento sin efectos de toxicidad adversos a la célula huésped (lo cual podría limitar la eficiencia del proceso) y cuando se combina con catalizadores y se calienta es capaz de producir componentes monoméricos de base biológica y sus derivados con alto rendimiento, con alta pureza.

En ciertas modalidades, la invención se refiere a métodos para producir un componente monomérico a partir de una biomasa de polihidroxialcanoato (PHA) genéticamente modificada, que comprenden: calentar la biomasa en la presencia de un catalizador para liberar un componente monomérico del PHA, en donde el rendimiento del componente monomérico es aproximadamente 70% con base en un gramo de monómero por gramo de polihidroxialcanoato.

En ciertas modalidades, el polihidroxialcanoato es uno o más seleccionado de un poliglicólido, un poli-3-hidroxipropionato, un poli-3-hidroxibutirato, un poli-4-hidroxibutirato, un poli-5-hidroxivalerato, o un copolímero de los mismos. En algunas modalidades, el componente monomérico es glicólido, 3-hidroxipropiolactona, ácido acrílico, ácido crotónico, 5-hidroxivalerolactona, o una mezcla de dos o más de los mismos. En algunas modalidades, el componente monomérico contiene menos de .10% en peso de productos secundarios. En ciertas modalidades, la biomasa es de un huésped recombinante seleccionado de un cultivo de plantas, bacterias, una levadura, un hongo, un alga, una cianobacteria, o una mezcla de dos o más de los mismos. En ciertas modalidades, el huésped es bacteriano. En algunas modalidades, la bacteria se selecciona de Escherich'ia coli, Alcaligenes eutrophus (renombrada como Ralstonia eutropha) , Bacillus spp. , Alcaligenes latus, Azotobacter, Aeromonas, Co amonas, Pseudomonads, Pseudomonas, Ralstonia, Klebsiella) , Synechococcus sp PCC7002, Synechococcus sp. PCC 7942, Synechocystis sp. PCC 6803, Thermosynechococcus elongatus BP-I, Chlorobium tepidum Chloroflexus auranticus, Chromatium tepidum, Chromatium vinosum Rhodospirillum rubrum, Rhodobacter capsulatus, y Rhodopseudomonas palustris. En otras modalidades, el huésped es un cultivo de planta. En algunas modalidades, el cultivo de planta se selecciona de tabaco, caña de azúcar, maíz, pasto aguja, sorgo miscanthus, sorgo dulce, o una mezcla de dos o más de los mismos. En otras modalidades, el huésped es un alga recombinante seleccionada de Chlorella minutissima, Chlorella emersonii , Chlorella sorokiniána, Chlorella ellipsoidea, Chlorella sp., o Chlorella protothecoides . En ciertas modalidades, la biomasa genéticamente modificada tiene una cantidad aumentada de producción de PHA en comparación con el organismo tipo silvestre.

En ciertas modalidades de los métodos descritos en la presente, el calentamiento incluye pirólisis, torrefacción o pirólisis instantánea. En algunas modalidades, el calentamiento es a una temperatura desde aproximadamente 200°C a aproximadamente 350 °C. En otras modalidades, la biomasa se seca antes del calentamiento. En aún otras modalidades, el secado es a una temperatura de 100°C a 175°C. En ciertas modalidades, la biomasa seca tiene un contenido de agua de 5% en peso o menos. En ciertas modalidades, el calentamiento es por aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 30 minutos o desde 1 minuto a aproximadamente 2 minutos .

En ciertas modalidades, los métodos adicionalmente comprenden recuperar el componente monomérico, por ejemplo por condensación u otros métodos de recuperación.

En otras modalidades, el catalizador es un catalizador metálico o un catalizador orgánico. En algunas modalidades, el catalizador por peso es 4% a 15%.

En otro aspecto, los métodos de la invención incluyen secar una biomasa (por ejemplo, biomasa genéticamente modificada) , que comprende PHA, calentar la biomasa seca a 200-350°C para producir los componentes monoméricos y luego modificar los productos monoméricos por hidrogenación directa, esterificación y/o amidación para producir los dioles, ésteres de hidroxilo o amidas correspondientes. Por ejemplo, cuando una biomasa comprende poli-3HB, el componente monomérico, ácido cotrónico, se puede modificar adicionalmente a otros productos de cuatro carbonos (productos C4 , por ejemplo, derivados) incluyendo, pero no limitado a, ácido fumárico, buteno, anhídrido maleico (MAN) , 2-propileno, ácido acrílico y similares. Igualmente, cuando una biomasa comprende 3 -hidroxipropionato (3HP) , el componente monomérico, ß-propiolactona, se puede modificar a otros productos de tres carbonos (productos C3, por ejemplo derivados) tales como ácido acrílico, metil acrilato, ¦ acrilamida, acrilonitrilo, 3 -hidroxipropioato de etilo, ácido malónico y similares. La biomasa que comprende poli 5- hidroxivalerato para producir d-valerolactona también se puede modificar a otros productos de cinco carbonos (C5) (por ejemplo, derivados) .

En algunas modalidades, se describen métodos para producir ácido crotónico a partir de una biomasa de polihidroxialcanoato (PHA) genéticamente modificada. Estos métodos incluyen calentar la biomasa en la presencia de un catalizador para liberar el componente ácido crotónico del PHA, en donde el rendimiento de monómero es aproximadamente 70% basado en un gramo de monómero por gramo de polihidroxialcanoato, hacer reaccionar el ácido crotónico formando un crotonato éster de alquilo inferior; y hacer reaccionar el crotonato éster de alquilo inferior (por ejemplo, butilo) bajo condiciones adecuadas para formar un acrilato de alquilo inferior y un alqueno inferior (por ejemplo, buteno) vía metátesis cruzada en la presencia de un primer catalizador con una cantidad suficiente de propileno. El propileno se puede formar de una reacción de metátesis de etileno y 2 -buteno en la presencia de un segundo catalizador y el exceso de propileno se remueve continuamente. El crotonato éster de alquilo inferior adicionalmente se puede hacer reaccionar en presencia de un segundo catalizador para formar un alcohol .

En ciertos aspectos, el primer catalizador es un catalizador de metátesis (por ejemplo, un catalizador de metátesis cruzada de Hoveyda-Grubb, 1, 3 -bis (2, 4 , 6-trimetilfenil) -2-imidazolidinilideno) dicloro (o-isopropoxifenilmetileno) rutenio o similares). En otros aspectos, el primer catalizador no se expone a etileno. En, ciertos aspectos, el segundo catalizador es un catalizador de metátesis.

En otras modalidades, los métodos para producir ácido crotónico a partir de una biomasa de polihidroxialcanoato (PHA) genéticamente modificada incluyen calentar la biomasa en la presencia de un catalizador para liberar un componente de ácido crotónico del PHA, en donde el rendimiento de componente de ácido crotónico es aproximadamente 70% basado en un gramo de monómero por gramo de polihidroxialcanoato, hacer reaccionar el ácido crotónico para formar un crotonato éster de butilo, e hidrogenar el crotonato éster de butilo para formar dos moles de butanol. En ciertas modalidades, los métodos incluyen producir una 3-hidroxipropiolactona a partir de una biomasa de polihidroxialcanoato (PHA) genéticamente modificada, que comprende calentar la biomasa en la presencia de un catalizador, por ejemplo, carbonato de sodio o heptahidrato de sulfato ferroso para liberar un componente monomérico del PHA, en donde el rendimiento de componente monomérico es aproximadamente 70% basado en un gramo de componente monomérico por gramo de polihidroxialcanoato y se forma ácido acrílico. En algunas modalidades, se proporcionan métodos para producir ácido crotónico a partir de una biomasa de polihidroxialcanoato (PHA) genéticamente modificada, que comprenden calentar la biomasa en la presencia de un catalizador para liberar el componente de ácido crotónico del PHA, en donde el rendimiento de monómero es aproximadamente 70% basado en un gramo de monómero por gramo de polihidroxialcanoato y el ácido crotónico se modifica adicionalmente a ácido fumárico, buteno, anhídrido maleico (MAN), 2-propileno, o ácido acrílico.

En algunas modalidades, el catalizador ' es catalizador metálico. En ciertas modalidades, el catalizador es compuesto cloruro, óxido, . hidróxido, nitrato, fosfato, sulfonato, carbonato o estearato que contiene un ión metálico que es aluminio, antimonio, bario, bismuto, cadmio, calcio, cerio, cromo, cobalto, cobre, galio, hierro, lantano, plomo, litio, magnesio, molibdeno, níquel, paladio, potasio, plata, sodio, . estroncio, estaño, tungsteno, vánadio o zinc o mezclas de los mismos. En algunas modalidades, el catalizador es un catalizador orgánico que es una amina, azida, enol, glicol, sal de amonio cuaternario, fenóxido, cianato, tiocianato, dialquil amida y tiolato de alquilo o mezclas de los mismos. En ciertas modalidades, el catalizador es hidróxido de calcio, heptahidrato de sulfato ferroso, o carbonato de sodio o mezcla de estos. En ciertas modalidades, el catalizador es un lecho de catalizador fijo que consiste de 1/8 de granulos de alúmina impregnados con pentóxido de vanadio o compuestos similares.

En otro aspecto, la invención adicionalmente pertenece a un proceso de biorefinería continuo para la producción de ácido acrílico a partir de una biomasa de PHA utilizando un protocolo de reacción de catálisis en tándem múltiple, que comprende: cultivar una biomasa de PHA genéticamente modificada para producir poli-3-hidroxibutirato, pirolizar el poli-3-hidroxibutirato para producir ácido crotónico, hacer reaccionar el ácido crotónico para formar un crotonato éster de alquilo inferior en la presencia de un catalizador de transesterificación; y hacer reaccionar el crotonato éster de alquilo inferior bajo condiciones adecuadas para formar un acrilato de alquilo inferior y un alqueno inferior vía metátesis cruzada en la presencia de un primer catalizador de metátesis con una cantidad suficiente de propileno, en donde el propileno se forma de una reacción de metátesis de etileno y 2-buteno en la presencia de un segundo catalizador de metátesis y el exceso de propileno se remueve continuamente.

En otra modalidad, la invención pertenece a un proceso de biorefinería continuo para la producción de ácido acrílico a partir de una biomasa de PHA genéticamente modificada que comprende, cultivar la biomasa de PHA genéticamente modificada para producir el poli-3-hidroxipropionato, calentar el poli-3-hidroxipropionato con un catalizador para producir ácido acrílico, y recuperar el ácido acrílico. En todavía otra modalidad, la invención se refiere a un proceso de biorefinería · continuo para la producción de glicólido a partir de una biomasa de PHA genéticamente modificada que comprende, cultivar la biomasa de PHA genéticamente modificada para producir el poliglicólido calentando el poliglicólido con un catalizador para producir un componente monomérico de glicólido, y recuperar el monómero' de glicólido. Un proceso de biorefinería continuo para la producción de 5-hidroxivalerolactona a partir de una biomasa de PHA genéticamente modificada que comprende, cultivar la biomasa de PHA genéticamente modificada para producir poli-5-hidroxivalerolactona, calentar la poli-5-hidroxivalerolactona con un catalizador para producir un monómero de 5-hidroxivalerolactona, y recuperar el monómero de 5-hidroxivalerolactona.

En los procesos de biorefinería continuos, el cultivo es continuo, y las otras etapas en cada modalidad descrita (por ejemplo, calentamiento, reacción, etc.) son continuas realizadas de acuerdo con los procedimientos de manufactura estándares .

En ciertas modalidades, la recuperación del componente monomérico incluye condensar el componente monomérico. Como se usa en la presente, el término "recuperar" cuando se aplica al componente monomérico significa aislarlo de los materiales de biomasa, por ejemplo incluyendo, pero no limitado a: recuperación por condensación, metodologías de separación, tal como el uso de membranas, separación en fase gas (por ejemplo, vapor) , tal como destilación, y similares. Por consiguiente, la recuperación se puede realizar vía un mecanismo de condensación que captura el vapor de componente monomérico, condensa el vapor de componente monomérico a una forma líquida y lo transfiere lejos de los materiales de biomasa.

En otro aspecto, se proporciona un proceso que incluye secar las hojas de pasto aguja (por ejemplo, hojas de pasto aguja genéticamente modificado) , incluyendo poli-3-hidroxipropionato a una temperatura de 100°C a 175°C para proporcionar una hojas de pasto aguja secas que tienen un contenido de agua de 5% en peso, o menos; calentar las hojas de pasto aguja secas a una temperatura desde 200°C a 350°C por un período de tiempo suficiente para descomponer el poli-3 -hidroxipropionato y liberar el ácido acrílico, y producir una biomasa residual; recuperar el ácido acrílico; y torrar la biomasa residual. En algunas modalidades, el período de tiempo es desde 1 minuto a 5 minutos. En otras modalidades, el período de tiempo es desde 1 minuto a 2 minutos. En algunas modalidades, la recuperación del ácido acrílico incluye condensar el ácido acrílico. En algunas modalidades, la torrefacción incluye mantener una temperatura de la biomasa residual de 200°C a 350°C. En ciertas modalidades, la torrefacción incluye mantener la temperatura por un período de tiempo de 10 minutos a 30 minutos. En algunas modalidades, los procesos descritos también incluyen agregar un catalizador a la biomasa antes del calentamiento. En ciertas modalidades, el catalizador es catalizador de metal.

En otro aspecto, se proporciona un proceso que incluye secar hojas de tabaco (por ejemplo, hojas de tabaco genéticamente modificado) , incluyendo poii-3 -hidroxibutirato a una temperatura de 100°C a 175°C para proporcionar hojas de tabaco secas que tienen un contenido de agua de 5% en peso o menos; calentar las hojas de tabaco secas a una temperatura desde 200°C a 350°C por un período de tiempo suficiente para descomponer el poli-3-hidroxibutirato y liberar una mezcla de ácido cis- y trans.-crotónico, y producir una biomasa residual; recuperar el ácido cis- y trans-crotónico; y torrar la biomasa residual. En algunas modalidades, el período de tiempo es desde 1 minuto a 10 minutos o desde 1 minuto a 5 minutos o desde 1 minuto a 2 minutos o períodos de tiempo entre estos tiempos. En algunas modalidades, la recuperación del ácido cis- y trans-crotónico incluye condénsar el ácido cis- y trans-crotónico. En algunas modalidades, la torrefacción incluye mantener una temperatura de la biomasa residual de 200°C a 350°C. En algunas modalidades, la torrefacción incluye mantener la temperatura por un período de tiempo de 10 minutos a 30 minutos (o períodos de tiempo 4 entre estos tiempos). En algunas modalidades, el proceso también incluye agregar un catalizador a la biomasa antes del calentamiento. En ciertas modalidades, el catalizador es catalizador de metal.

En otro aspecto, ' se proporciona un proceso que incluye tratar una biomasa (por ejemplo, biomasa genéticamente modificada) , que incluye un PHA en un proceso lignocelulósico para producir azúcares fermentables) secar la biomasa para proporcionar una biomasa seca que tiene un contenido de agua de 5% en peso, o menos calentar la biomasa a una temperatura desde 200°C . a 350°C por un período de tiempo suficiente para descomponer el PHA y liberar un componente monomérico, y producir una biomasa residual; recuperar el componente monomérico y utilizar la biomasa residual como un combustible. En algunas modalidades, el proceso adicionalmente incluye recuperar los azúcares fermentables. En algunas modalidades, el proceso también incluye agregar un catalizador a la biomasa antes del calentamiento. En ciertas modalidades, el catalizador es un catalizador de metal.

La biomasa de PHA se ha modificado genéticamente para aumentar el rendimiento de PHA sobre la biomasa tipo silvestre, la biomasa luego se trata para producir intermediarios versátiles que se pueden procesar adicionalmente para producir productos básicos y especializados deseados.

En ciertas modalidades, la producción de la biomasa utiliza múltiples reacciones de catálisis en tándem. La utilización de las materias primas renovables de biomasa de PHA para generar productos deseables, por ejemplo, ácidos acrílicos conforme a los principios de la tecnología verde sin las desventajas de utilizar materiales de alimentación de petróleo .

Breve Descripción de las Figuras Lo anterior será evidente a partir la siguiente descripción más particular de las modalidades ejemplares de la invención, como se ilustra en las figuras acompañantes en las cuales los caracteres de referencia similares se refieren a las mismas partes en todas las vistas diferentes. Las figuras no son necesariamente a escala, en su lugar se pone énfasis en ilustrar las modalidades de la presente invención".

La FIG. 1 es un esquema de la recuperación de PHA de biomasa con residuos convertidos a combustible sólido, de acuerdo con varias modalidades.

La FIG. 2 es un cromatograma de gas de tabaco + P3HB (10% en peso) pirolizado a 350°C, de acuerdo con una modalidad .

La FIG. 3 es un cromatograma de gas de tabaco + P3HB (10% en peso) + cal (5% en peso) pirolizado a 350°C, de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 4 es diagrama de flujo de proceso para la producción de ácido acrílico de base biológica a partir de biomasa + P3HB utilizando catalizadores de metátesis, de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 5 es un diagrama de flujo de proceso para la esterificación e hidrogenación de ácido crotónico, de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 6 es un diagrama de flujo de proceso para la oxidación de ácido crotónico a anhídrido maleico (MAN) , de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 7 es un cromatograma de gas de biomasa microbiana seca + P5HV pirolizada a 300°C, de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 8 es un cromatograma de gas de biomasa microbiana seca + P5HV '+ cal (5% en peso) pirolizada a 300°C, de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 9 es un cromatograma de gas de pasto aguja seco + P3HP pirolizado a 300 °C, de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 10 es un cromatograma de gas de pasto aguja seco + P3HP + FeS04 7 H20 (5% en peso) pirolizado a 300°C, de acuerdo con una modalidad.

La Fig. 11 es un cromatograma de gas de pasto aguj seco + P3HP + Na2C03 (5% en peso) pirolizado a 300°C, de acuerdo con una modalidad.

La Fig. 12 es un esquema del ciclo catalítico para la auto-metátesis de propileno para producir 2-buteno y etileno .

Descripción Detallada de la Invención Sigue una descripción de modalidades ejemplares de la invención.

En general, la invención pertenece a la producción de productos químicos básicos y especializados a partir de biomasas de polímero de polihidroxialcanoato genéticamente modificadas bajo condiciones controladas. En la presente se describen métodos para obtener productos químicos de biomasa que contiene PHA. En un aspecto, la biomasa se ha modificado genéticamente para producir PHA que está a una mayor concentración o cantidad que el PHA que naturalmente se presenta en la biomasa tipo silvestre. El organismo huésped se ha modificado genéticamente mediante la introducción de genes y/o supresión de genes en un productor de PHA tipo silvestre o genéticamente modificado creando cepas que sintetizan el PHA a partir de materiales de alimentación baratos . La biomasa de PHA se produce en un proceso de fermentación donde el microbio genéticamente modificado se alimenta a un sustrato renovable. Los sustratos renovables incluyen materiales de alimentación de fermentación tales como azúcares, aceites vegetales, ácidos grasos o gas de síntesis producidos de material de cultivo de plantas. El nivel de PHA producido en la biomasa del sustrato de azúcar es mayor que 10% (por ejemplo, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70% , 75% o 80%) . El enriquecimiento del PHA permite aumentos directos de productos de PHA de partida y conversión a componentes monoméricos para procesamiento adicional en otros productos de reacción. En otra modalidad, la biomasa se ha modificado genéticamente para producir un PHA con ciertos componentes monoméricos. En ciertos aspectos, estos componentes monoméricos, son intermediarios para él procesamiento adicional a otros productos de reacción o componentes monoméricos por ejemplo, componentes monoméricos que son productos químicos básicos.

En otro aspecto, se proporciona un método para convertir un PHA en una biomasa seca que contiene PHA (por ejemplo, biomasa genéticamente modificada) a componentes monoméricos, tales como lactonas, glicólidos, y ácidos orgánicos que se recuperan como productos químicos básicos y utilizan en otros procesos o reacciones. En ciertas modalidades, este proceso se integra con un proceso de torrefacción mediante el cual la biomasa residual continúa siendo tratada térmicamente una vez que los intermediarios químicos volátiles se han liberado para proporcionar un material combustible. Los materiales combustibles producidos por este proceso se utilizan para combustión directa o se tratan adicionalmente para producir líquidos de pirólisis o gas de síntesis. En general, el proceso tiene la ventaja agregada que la biomasa residual se convierte a un combustible de mayor valor el cual luego se puede utilizar para la producción de electricidad y vapor para proporcionar energía para el proceso eliminando la necesidad de tratamiento de residuos.

Aunque se conoce que los polihidroxialcanoatos (PHAs) son térmicamente inestables en su forma pura, se encontró sorprendentemente que cuando los PHAs están presentes en la biomasa en una forma no purificada, se pueden convertir a intermediarios químicos de molécula pequeña, es decir componentes monoméricos que tienen 3 a 6 átomos de carbono, con alto rendimiento (por ejemplo, a aproximadamente 70%, aproximadamente 80%, aproximadamente 85%, aproximadamente 90%, aproximadamente 95%) y sorprendentemente alta pureza (por ejemplo, desde aproximadamente 95% a aproximadamente 100%) . Calentando la biomasa a una temperatura predeterminada por un corto período de tiempo, se puede efectuar la conversión del PHA a los intermediarios químicos . Los componentes monoméricos luego se recuperan y su valor se explota. Sin embargo, una cantidad significativa de una biomasa residual permanece en el proceso. Como se utiliza en la presente, el término "biomasa residual" se refiere a la biomasa después de la conversión de PHA a los intermediarios de molécula pequeña. La biomasa residual luego se puede convertir vía torrefacción a un combustible utilizable, reduciendo los residuos de la producción de PHA y obteniendo productos químicos básicos valiosos adicionales de los procesos de torrefacción típicos. Como se observó anteriormente, la torrefacción se conduce a una temperatura que es suficiente para densificar la biomasa residual.

En la presente tecnología, se ha encontrado que cuando la temperatura de torrefacción se mantuvo por un corto período de tiempo (por ejemplo, a período de tiempo entre 1-5 minutos) , los componentes monoméricos de un PHA contenidos dentro de la biomasa se pueden colectar con alto rendimiento y pureza. Por consiguiente, en algunas modalidades, después del secado de la biomasa para formar una biomasa seca, la biomasa seca se calienta a una temperatura entre aproximadamente 200 °C a aproximadamente 350 °C por un corto período de tiempo. En algunas modalidades, el corto período de tiempo es desde 1 minuto a 5 minutos . En otras modalidades, el corto período de tiempo es desde 1 minuto a 2 minutos, o menos de un minuto (por ejemplo, 55 segundos, 50 segundos, 45 segundos, 40 segundos, o menos) o desde 1 minuto a 4 minutos o desde 2 minutos a 5 minutos, o desde 3 minutos a 5 minutos o desde 2 minutos a 5 minutos, o en algunas modalidades 5 minutos a 10 minutos. La temperatura es a una temperatura de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 350 °C e incluye temperaturas entre, por ejemplo, aproximadamente 205°C, aproximadamente 210°C, aproximadamente 220°C, aproximadamente 230°C, aproximadamente 240°C, aproximadamente 250 °C, aproximadamente 2S0°C,' aproximadamente 270°C, aproximadamente 280 °C, aproximadamente 290 °C, aproximadamente 300°C, aproximadamente 310°C, aproximadamente 320°C, aproximadamente 330°C, aproximadamente 340°C, aproximadamente 345°C, así como también temperaturas entre estas temperaturas .

Estas observaciones sorprendentes permiten una separación temporal de rápida conversión de PHA a una temperatura de, a o entre aproximadamente 200°C a aproximadamente 350°C para producir los componentes monoméricos seguida por lenta torrefacción a aproximadamente 200°C a aproximadamente 350°C para producir un combustible sólido. Por consiguiente, los componentes monoméricos se recuperan y su valor se explota y la biomasa se puede convertir a combustibles sólidos valiosos los cuales se recuperan.

Alternativamente, también se ha encontrado que la biomasa (por ejemplo, biomasa genéticamente modificada) que contiene el PHA, primero se puede secar y el PHA se convierte a componentes monoméricos e una rápida pirólisis instantánea, a alta temperatura con los componentes monoméricos siendo recuperados, y la biomasa residual se somete a altas temperaturas para la conversión en combustibles sólidos. La rápida pirólisis instantánea de alta temperatura se conduce a temperaturas mayores que 500 °C (por ejemplo, aproximadamente 510 °C, aproximadamente 520°C, aproximadamente 530°C, aproximadamente 540 °C, aproximadamente 550 °C, aproximadamente 560°C, aproximadamente 570°C( aproximadamente 580°C, aproximadamente 590 °C, aproximadamente 600°C, aproximadamente 610 °C, aproximadamente 620°C, aproximadamente 630°C, aproximadamente 640°C, aproximadamente 650°C, aproximadamente 660°C, aproximadamente 670°C, aproximadamente 680°C, aproximadamente 690 °C, aproximadamente 700°C, aproximadamente 710 °C, aproximadamente 720°C, aproximadamente 730°C, aproximadamente 740°C, aproximadamente 750°C, aproximadamente 760°C, aproximadamente 770 °C, aproximadamente 780°C, aproximadamente 790°C, aproximadamente 800°C, o mayor de aproximadamente 800°C) con un tiempo de residencia suficiente para descomponer al menos una porción de la biomasa en los líquidos de pirólisis y una biomasa pirolizada. En algunas modalidades, el tiempo de residencia es desde 1 segundo a 15 segundos, o desde 5 segundos a 20 segundos. En otras modalidades, los tiempos de residencia son desde 1 segundo a 5 segundos, o menos de 5 segundos. La temperatura y tiempo se pueden optimizar para cada producto o componente monomérico. Otros productos del proceso de pirólisis instantánea incluyen otros gases ligeros que se pueden colectar y recuperar, o se pueden quemar como combustible, proporcionando vapor y/o calor de proceso para el proceso completo.

Un proceso para recuperar intermediarios químicos a base de PHA de la biomasa se resume esquemáticamente en la FIG. 1, como un proceso de diagrama de flujo no limitante. La FIG. 1 describe un sistema de recuperación de PHA integrado de una biomasa con biomasa residual convertida a combustibles .

De acuerdo con algunas modalidades, los PHAs son aquellos que proporcionarán . una serie de componentes monoméricos que se pueden recuperar fácilmente a bajo costo, y con eficiencia de energía, sin la separación previa del PHA de la biomasa. Los materiales de PHA adecuados son aquellos que se forman por la polimerización intracelular de uno o más componentes monoméricos . Los componentes monoméricos adecuados de los PHAs incluyen, pero no se limitan a, 3-hidroxibutirato, 3 -hidroxipropionato, 3 -hidroxivalerato, 3-hidroxihexanoato, 3 -hidroxiheptanoato, 3 -hidroxioctanoato, 3-hidroxinonanoato, 3-hidroxidecanoato, 3-hidroxidodecanoato, 3-hidroxidodecenoato, 4 -hidroxibutirato, 4 -hidroxivalerato, 5 -hidroxivalerato, y 6 -hidroxihexanoato . Tales componentes monoméricos pueden formar homopolímeros o copolímeros.

En algunas modalidades, el PHA es un homopolímero. Como se utiliza en la presente, el término "homopolímero" se refiere a un polímero en el cual hay un componente monomérico presente en el polímero. Los ejemplos de homopolímeros de PHA incluyen, pero no se limitan a, poli-3 -hidroxipropionato (poli-3HP) , poli-3-hidroxibutirato (poli 3-HB) , poli-4-hidroxibutirato (poli 4-HB), poli 5-hidroxipentanoato, poli-6-hidroxihexanoato, ácido poliláctico, y ácido poliglicólico .

En otras modalidades, el PHA es un copolímero. Como se utiliza en la presente, el término "copolímero" se refiere a un polímero el cual contiene dos, o más, diferentes componentes monoméricos . Los ejemplos de copolímeros de PHA incluyen poli- 3 -hidroxibutirato-co-3 -hidroxipropionato, poli- 3 -hidroxibutirato-co- (D) -láctido, poli-3-hidroxibutirato-co- 4 -hidroxibutirato (poli-3HB-co-4HB) , poli-3 -hidroxibutirato-co-3 -hidroxivalerato (poli-3 -HB-CO-3HV) , poli-3-hidroxibutirato-co-5-hidroxivalerato, y poli-3 -hidroxibutirato-co-3 -hidroxihexanoato . En algunas modalidades, donde el PHA es un copolímero, la relación del primer comonomero al segundo comonomero puede ser desde 3% a 97% en una base en peso. Aunque se han proporcionado los ejemplos de copolímeros de PHA que tienen dos diferentes componentes monoméricos, el PHA puede tener más de dos diferentes componentes monoméricos (por ejemplo, tres diferentes componentes monoméricos, cuatro diferentes componentes monoméricos, cinco diferentes componentes monoméricos, etc.).

Los componentes monoméricos que se recuperan de la conversión de PHA son únicos para cada polímero de PHA particular. Las reacciones de degradación típicamente favorecen ya sea la ß-eliminación para producir un ácido alquenoico no saturado, o despolimerización para formar lactonas correspondientes a lo inverso de la polimerización por abertura de ^anillo; Las reacciones de descomposición térmica típicas se muestran más adelante como diversos ejemplos no limitantes: poü.-3-?? ácido acrílico po]i-3-HB crotónico crotónico poli-54íV S^ al Tnlarton Los ácidos alquenoicos insaturados y lactonas luego se pueden convertir adicionalmente (por ejemplo, modificar) por medios catalíticos convencionales para producir productos derivados adicionales.

Por consiguiente, de acuerdo con una modalidad, se proporciona un proceso que incluye secar la biomasa microbiana o de planta que contiene un nivel adecuado de un PHA; opcionalmente agregar un catalizador adecuado; secar la biomasa para formar una biomasa seca que tiene un bajo contenido de humedad; calentar la biomasa seca a un intervalo de temperatura ' de entre aproximadamente 200°C a aproximadamente 350 °C por un período de aproximadamente 1-5 minutos. Esto resulta en la descomposición controlada del PHA a los componentes monoméricos como una fase de vapor que luego se puede recuperar vía la condensación. Después que se descompone el PHA, la biomasa residual luego se puede alimentar a un reactor de torrefacción que opera a una temperatura de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 350°C (o una temperatura entre estas temperaturas, tales como aquellas descritas en la presente) con un tiempo de residencia de entre aproximadamente 10 a aproximadamente 30 min para producir una biomasa torrada y gases ligeros (combustible) residuales. Los gases no condensables de la descomposición del PHA, serán alimentados al reactor de torrefacción para recuperación como combustible.

De acuerdo con otra modalidad, después que el PHA se descompone como se describió anteriormente, la biomasa residual se alimenta a un reactor de pirólisis instantánea de alta temperatura . que típicamente opera a temperatura de aproximadamente 500°C, o mayor, con tiempo de residencia de 1 segundo a 15 segundos para producir aceites de pirólisis líquidos condensables y gases no condensables ligeros que se recuperan para combustible, y una biomasa carbonizada que también se puede utilizar como un combustible sólido. En-algunas modalidades, el exceso de calor de la pirólisis instantánea de alta temperatura se utiliza para calentar el reactor de descomposición de PHA de menor temperatura. Tal integración de todas las etapas en un proceso puede resultar en eficiencia de energía total alta para el proceso.

De acuerdo con otra modalidad, la biomasa que contiene PHA se trata por procesos lignocelulósicos estándares para producir azúcares fermentables y una fracción rica en lignina de la biomasa. Tales procesos lignocelulósicos utilizan ácidos diluidos y tratamiento enzimático de la biomasa. Debido a que varios PHAs son típicamente resistentes a ácido diluido y tratamiento enzimático, los PHAs permanecen grandemente en la biomasa residual después de tal tratamiento. Como es típico en las instalaciones lignocelulósicas , la biomasa rica en lignina residual se seca para ser utilizada como combustible. Sin embargo, de acuerdo con la modalidad, antes de alimentar la biomasa rica en lignina a una planta generadora de energía o vapor, el PHA se recupera por descomposición térmica de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 350°C (o una temperatura entre estas temperaturas, tales como aquellas descritas en la presente) con un tiempo de "residencia de aproximadamente 1-5 minutos (o menos, o un tiempo de residencia entre estos tiempos, tales como aquellos descritos en la presente) , produciendo los componentes de monómero de PHA correspondiente, y una segunda biomasa rica en lignina reducida. La biomasa rica en lignina reducida del reactor luego se puede alimentar directamente a las calderas, o, alternativamente, procesar adicionalmente para producir biomasa torrada o aceites de pirólisis. Tal integración de calor se puede utilizar con plantas de generación de energía o vapor que utilizan combustibles de biomasa y es posible utilizando técnicas de ingeniería estándares de integración de proceso.

En modalidades previas, se describió la conversión de PHAs a productos químicos correspondientes de interés por degradación a baja temperatura. Por ejemplo, poli-3HP se puede convertir directamente a ácido acrílico vía termólisis utilizando un catalizador diferente.

En otra modalidad, también es posible someter los productos químicos de PHA generados de la termólisis directamente a condiciones de hidrogenación, esterificación o amidación para producir los dioles, ésteres de hidroxilo y amidas correspondientes. Po ejemplo poli-3HB produce butanol o anhídrido maleico cuando se somete a hidrogenación con H2 u oxidación respectivamente.. Un problema significativo con la conversión directa de biomasa que contiene PHA vía medios químicos es el potencial de reacciones secundarias con lípidos de biomasa, azúcares y proteínas que consumen reactivos costosos y resultan en pobre selectividad y pureza. Sin embargo, se necesitarán desarrollar nuevas configuraciones de reactor para manejar el material de alimentación de biomasa como lo opuesto a los materiales de alimentación líquidos o gaseosos convencionales. Por lo tanto sería de beneficio significativo aislar primero el PHA como una molécula pequeña que luego se puede convertir a una variedad de productos químicos corriente abajo utilizando catalizadores y reactores convencionales de hidrogenación, esterificación y amidación.

El procesamiento de grasas y aceites para producir alcoholes proporciona alguna guía a este respecto. Los aceites y grasas - son fuentes significativas de alcoholes grasos que se utilizan en una variedad de aplicaciones tales como lubricantes y tensioactivos . Las grasas típicamente no se hidrogenan directamente ya que las condiciones de reacción intensivas tienden a degradar el glicerol a alcoholes inferiores tales como propilenglicol y propanol durante el curso de la hidrogenación. Por esta razón es más convencional hidrolizar primero el aceite y luego pre-purificar los ácidos grasos para habilitar una hidrogenación más eficiente (ver, por ejemplo, proceso de hidrogenación de Lurgi en Bailey' s Industrial Oil and Fat Products, Sexta Edición, Volumen Seis Set. Editado por Fereidóon Shahidi, John iley & Sons, Inc. 2005) .

El poli-3HB (Poli-3 -hidroxibutirato) es el PHA más simple encontrado en la naturaleza y se convierte a ácido crotónico cuando se somete a la termólisis a 250-350°C. Durante esta reacción se forman varios isómeros que no son fácilmente separados (ácido trans , cis e iso-crotónico) . El ácido crotónico tiene algunos usos especiales pero no es un material de alimentación químico principal. De hecho, el crotonaldehído se produjo históricamente (vía condensación de aldol de acetaldehído) como el material de alimentación primario para la producción de butanol . Solamente cantidades menores de crotonaldehído se convirtieron a ácido crotónico a pesar de una conversión directa.

Utilizando una conversión altamente selectiva de poli-3HB a ácido crotónico, es posible separar y purificar el contenido de poli-3HB contenido en la biomasa de origen microbiano o de planta utilizando termólisis directa a ácido crotónico. En una modificación del proceso clásico de crotonaldehído a butanol el ácido crotónico se reduce a butanol vía hidrogenación directa. Alternativamente, el ácido crotónico se puede esterificar primero y luego hidrogenar para liberar los alcoholes correspondientes.

En comparación con el proceso de descarboxilación, la etapa de hidrogenación procede con la pérdida de agua solamente y 86% del peso molecular crotónico se conserva en el butanol. El butanol es un material de alimentación químico versátil e importante. Un uso del butanol es para la producción de acrilato de butilo (esterificación de butanol y ácido acrílico) que se utiliza ampliamente en los revestimientos arquitectónicos. La combinación de la conversión de biomasa a base de poli-3HP a ácido acrílico y conversión de biomasa a base de poli-3HB a ácido crotónico seguida por hidrogenación a butanol producirá 100% material de alimentación renovable a base de precursores permitiendo la producción de acrilato de butilo completamente renovable.

Muchas técnicas diferentes se han desarrollado para hidrogenar ácidos grasos con productos de Aceite y Grasa Industriales de Bailey que proporcionan una buena vista general. Diversas patentes describen varios diferentes catalizadores y procesos de hidrogenación (ver Patentes de Estados Unidos Nos. 5,334,779, 4,480,115 y 6,495,730, incorporadas para referencia) . La reducción directa de ácido crotónico a butanol también se puede realizar químicamente como se describe en J. Org. Chem. 1981 46 (12) .

Históricamente los ácidos grasos no se han hidrogenado directamente a alcoholes correspondientes ya que el ácido tiene una tendencia a degradar el catalizador empleado. Por esta razón, el ácido se convierte típicamente a un éster seguido por hidrogenación, típicamente sobre un lecho fijo. Este proceso requiere la separación y recirculación del alcohol y por lo tanto es menos eficiente que la hidrogenación directa. Se han desarrollo diferentes sistemas catalizadores para permitir la hidrogenación directa de ácidos grasos en solución acuosa (por ejemplo, hidrogenación de Lurgi de anhídrido maleico a butanodiol) . También es posible utilizar un proceso de pasta aguada para hidrogenar el ácido mediante la alimentación a una corriente de recirculació.n grande del producto alcohol. Bajo las condiciones de reacción esto resulta en la esterificación in-situ, protegiendo los catalizadores. Ventajosamente, cualquiera de los enlaces dobles también es reducido simultáneamente.

En ciertas modalidades, un componente monomérico se modifica o convierte a otros componentes monoméricos. Por ejemplo, el ácido crotónico se modifica o convierte adicionalmente a otros componentes monoméricos tal como anhídrido maleico. Por ejemplo, el ácido crotónico tiene mercados limitados pero es un producto químico de bloque de construcción muy versátil. La conversión de ácido crotónico a butanol vía crotonaldehído y también la conversión a propileno vía descarboxilación son rutas de modificación así como también la oxidación de ácido crotónico para formar anhídrido maleico. El anhídrido maleico es un 'bloque de construcción químico funcional con aplicaciones en resinas de poliéster no saturado, como un material de partida para butanodiol y también diversas aplicaciones en plastificantes , agroquímicos y como un material de partida para ácidos fumáricos y maleicos.

El anhídrido maleico típicamente se produce vía oxidación parcial catalítica de butano. Diversos procesos comerciales están en uso, incluyendo procesos de tecnología de lecho fijo y tecnología de lecho fluidizado. El anhídrido maleico se recupera y purifica vía un proceso acuoso o solvente. Los procesos de cristalización de fusión también se han desarrollado para producir anhídrido maleico de alta pureza después de la separación inicial vía destilación. Los procesos de cristalización de' fusión también se describen para producir anhídrido maleico de alta pureza después de la separación inicial. La Patente de Estados Unidos No. 5,929,255 describe un proceso de precipitación de fusión para co-producir y purificar tanto el anhídrido maleico como ácido fumárico para evitar las pérdidas asociadas con la incineración de ácido fumárico que se co-produce con anhídrido maleico durante la oxidación de butano. La producción directa de ácido maleico a partir de ácido crotónico como se proporciona en la presente, ofrece diversas ventajas sobre el proceso convencional de oxidación de butano. En comparación con el proceso de oxidación de butano que tiene un calor de formación ??? = -1236 kJ/mol, la oxidación parcial directa de ácido crotónico tiene un AHf = -504 kJ/mol . Por lo tanto, el proceso genera menos vapor de co-producto que representa una pérdida de rendimiento y también requiere la co-ubicación de plantas de butano con grandes usuarios de vapor tal como una refinería.

Huéspedes Recombinantes con Trayectorias Metabólicas para producir PHA La modificación genética de huéspedes (por ejemplo, bacterias, hongos, algas, plantas y similares) como plataformas de producción para materiales nuevos y modificados proporciona una solución sustentable para aplicaciones industriales de alto valor para la producción de productos químicos . En la presente se describen métodos de proceso para producir componentes monoméricos y otros productos químicos modificados a partir de una biomasa de polihidroxialcanoato (PHA) recombinante genéticamente modificada. Los procesos descritos en la presente evitan efectos tóxicos al organismo huésped produciendo el producto químico de base biológica posterior al cultivo o posterior a la recolección, son rentables y altamente eficientes (por ejemplo, usan menos energía para la producción) , disminuyen las emisiones de gas de invernadero, usan recursos renovables y se pueden procesar adicionalmente para producir productos de alta pureza con alto rendimiento.

Como se usa en la presente, "biomasa de PHA" se propone que signifique cualquier biomasa genéticamente modificada que incluye una cantidad que no se presenta naturalmente del polímero de polihidroxialcanoato (PHA) . La biomasa de PHA tipo silvestre se refiere a la cantidad de PHA que un organismo típicamente produce en la naturaleza. En ciertas modalidades, el título de biomasa (g/L) de PHA se ha incrementado cuando se compara con el huésped sin la sobre-expresión o inhibición de un o más genes en la trayectoria de PHA. En ciertas modalidades, el título de PHA se reporta como un porcentaje de peso de célula seca (% wdc) o como gramos de P4HB/Kg de biomasa. En algunas modalidades, una fuente de la biomasa de PHA es un cultivo de planta, bacteria, levadura, hongos, algas, cianobacteria, o una mezcla de dos o más de los mismos.

La "sobre-exprésion" se refiere a la expresión de un polipéptido o proteína codificada por un ADN introducido en una célula huésped, en donde el polipéptido o proteína ya sea no está presente normalmente en la célula huésped, o donde el polipéptido o proteína está presente en la célula huésped a un nivel mayor que el normalmente expresado del gen endógeno que codifica el polipéptido o proteína. "Inhibición" o "bajo regulación" se refiere a la supresión o eliminación de un gen que codifica un polipéptido o proteína. En algunas modalidades, la inhibición significa inactivar el gen que produce una enzima en la trayectoria. En ciertas modalidades, los genes introducidos son de un organismo heterólogo.

Se han desarrollado sistemas de producción de PHA microbiano genéticamente modificado con organismos que crecen rápido tal como Escherichia coli. La modificación genética permite la modificación de microbios de tipo silvestre para mejorar la producción de los copolímeros de PHA específicos o para introducir la capacidad de producir diferentes polímeros de PHA agregando enzimas biosintéticas de PHA que tienen diferentes propiedades de especificidad de sustrato o aún cinéticas para el sistema natural. Los ejemplos de estos tipos de sistemas se describen en Steinbuchel & Valentín, FEMS Microbiol. Lett. 128:219-28 (1995). La Publicación de PCT No. WO 1998/04713 describe métodos para controlar el peso molecular utilizando modificación genética para controlar el nivel de la enzima PHA sintasa. Las cepas comercialmente útiles, incluyendo Alcaligenes eutrophus (renombrada como Ralstonia eutropha) , Alcaligenes latus, Azotobacter vinlandii, y Pseudomonads, para producir PHAs se describen en Lee, Biotechnology & Bioengineering, 49:1-14 (1996) y Braunegg et al., (1998), J. Biotechnology 65: 127-161. En algunas modalidades, una fuente de la biomasa incluye la bacteria E. coli. La E. coli puede ser · una la cual se ha modificado genéticamente para expresar o sobre-expresar uno o más PHAs . Las cepas ejemplares, fermentación, medio y condiciones de alimentación se describen en las Patentes de Estados Unidos Nos. 6,316,262, 6,323,010'; 6,689,589; 7,081,357; 7,202,064 y 7,229,804.

El huésped recombinante que contiene los genes necesarios que codificarán la trayectoria enzimática para la conversión de una sustancia de carbono a PHA se puede construir utilizando técnicas conocidas en el arte.

El siguiente procedimiento general se utiliza para generar productores de PHB de E. coli transgénicos : (1) un gen resistente a antibiótico sin promotor (abr, por sus siglas en inglés) se clona en el polienlazante de un plásmido adecuado tal como pUC18NotI o pUC18SfiI de modo que la mayor parte del polienlazante está cadena arriba de abr; (2) los genes phb se clonan subsecuentemente cadena arriba y en la misma orientación como el gen abr; (3) el cásete phb-abr se extirpa como un framento Notl o Avrll fragment (Avrll reconoce el sitio Sfil en pUC18SfiI) y se clona en los sitios correspondientes de cualquier plásmido como aquellos de la serie pUT o pLOF; (4) los plásmidos resultantes se mantienen en las cepas ? de E. coli y son electroporados o conjugados en la cepa de E. coli de elección en la cual estos plásmidos no se replican; y (5) las nuevas cepas en las cuales el cásete phb-abr se ha integrado exitosamente en el cromosoma se seleccionan en medio selectivo para el huésped (por 8 ejemplo, ácido naladíxico cuando el huésped es resistente a ácido naladíxico) y para el cásete (por ejemplo, cloranfenicol , canamicina, tetraciclina, cloruro, de mercurio, bialafos) . Los integrantes de PHB resultantes se seleccionan en medio mínimo en la presencia de glucosa para crecimiento y formación de PHB. Las modificaciones de este procedimiento general se pueden hacer. Los huéspedes recombinantes que contienen los genes necesarios que codificarán la trayectoria enzimática para la conversión de un sustrato de carbono a PHA se pueden construir utilizando técnicas bien conocidas en el arte .

Por ejemplo, para la producción de monómero de ácido acrílico, se necesita un huésped genéticamente modificado que produce P3HP. Para la producción de poli 3HP, se puede utilizar un huésped recombinante tal como aquel descrito en la's Patentes de Estados Unidos Nos. 6,576,450, 6,316,262; 6,323,010; 6,689,589; 7,081,357; .7,202,064 y 7,229,804. En general, si un organismo huésped no produce naturalmente PHA, los genes para la trayectoria de P3PH se pueden introducir. Por ejemplo, para producir los polímeros de 3HP directamente de materiales de alimentación de carbohidrato, el huésped se puede modificar genéticamente adicionalmente para expresar la glicerol-3 -fosfato deshidrogenasa y glicerol-3 - fosfatasa . Tales cepas de E. coli recombinantes y métodos para su construcción se conocen en el arte (Antón, D. "Biological production of 1 , 3 -propanediol " , presentado en la II Conferencia de Ingeniería Metabólica de Fundación de Ingeniería Unida, Elmau, ' Alemania, Oct. 27, 1998; PCT WO 1998/21339) .

Los huéspedes recombinantes para producir polihidroxialcanoatos (PHAs) que comprenden monómeros de 5-hidroxivalerato (5HV) y métodos para producir PHAs que comprenden monómeros de 5HV de sustratos de carbono renovables se describen en WO 2010/068953 A2. Un huésped recombinante que expresa genes que codifican una polihidroxialcanoato (PHA) sintasa y una 5-hidroxivalerato-CoA (5HV-CoA) transíerasa o 5HV-CoA sintetasa y al menos un transgen que codifica una enzima heteróloga involucrada en las trayectorias catabólicas de lisina en donde el huésped produce un polímero de PHA que contiene monómeros de 5HV cuando el organismo se proporciona con un sustrato de carbono renovable seleccionado de: lisina, almidón, sacarosa, glucosa, lactosa, frucrosa, xilosa, maltosa, arabinosa o combinaciones de los mismos y el nivel del monómero de 5HV producido es mayor que en la ausencia de expresión de los transgenes. Un huésped ejemplar para la producción de poli 5-hidroxivalerato expresa uno o más genes que codifican la lisina . 2-monooxigenasa, 5-aminopentanamidasa, 5-aminopetanoato transaminasa, glutarato semialdehído reductasa, 5-hidroxi valerato CoA-transferasa, y polihidroxialcanoato sintasa para producir un polímero de PHA que contiene monómeros de 5HV. Ciertos huéspedes tienen supresiones o mutaciones en los genes que codifican la glutarato semialdehído deshidrogenasa y/o genes codificantes de exportador de lisina.

También se describen huéspedes con uno o más de los genes que codifican la PHA sintasa, la 5HV-COA transferasa o 5HV-CoA sintetasa también se expresa de un transgen para producir los polímeros de poli-5-hidroxivalerato que se pueden utilizar en los métodos descritos en la presente.

También se pueden utilizar huéspedes que producen naturalmente PHAs y adicionalmente se manipulan para aumentar los rendimientos de PHA. Los ejemplos de tales organismos incluyen Ralstonia eutropha, Alcaligenes latus y Azotobacter pero muchos otros son bien conocidos por aquellos expertos en el arte (Braunegg et al. 1998, Journal of Biotechnology 65: 127-161) . La introducción de la diol deshidratasa se realiza utilizando técnicas estándares como se describen por Peoples and Sinskey (1989, J. Biol. Chem. 164, 15298-15303) . El huésped genéticamente modificado luego se puede utilizar para seleccionar la resistencia aumentada a 3-hidroxipropionaldehído . En otras modalidades, las mutaciones que son benéficas para la producción de los homopolímeros de P3HP en estos organismos también se pueden utilizar. Por ejemplo, las mutaciones específicas incluyen inactivar los genes ß-cetotiolasa y/o acetoacetil-CoA reductasa. Como estos genes son generalmente bien conocidos y disponibles o aislables, las interrupciones de, genes se . pueden realizar fácilmente como se describe, por ejemplo por Slater et. al., 1998 (J. Bacteriol.) 180(8): 1979-87.

El ácido acrílico, también conocido como ácido 2-propenoico se propone que signifique el ácido carboxllico que tiene la fórmula química C3H402. El ácido acrílico es un líquido incoloro claro que es soluble en agua y es completamente miscible en alcoholes, éteres, y cloroformo. El ácido acrílico es el ácido carboxílico insaturado más simple tanto con un enlace doble como un grupo carbonilo. El ácido acrílico incluye las sales y ion acrilato. Como se utiliza en la presente, "éster de acrilato" se refiere a la forma de éster del ácido acrílico.

Los métodos para obtener los genes deseados de un organismo fuente (huésped) son comunes y bien conocidos en el arte de biología molecular. Tales métodos se pueden encontrar descritos, por ejemplo, en Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Third Ed. , Cold Spring Harbor Laboratory, New York (2001); Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley and Sons, Baltimore, MD (1999) . Por ejemplo, si la secuencia del gen se conoce, el ADN se puede amplificar del ADN genómico utilizando reacción en cadena de polimerasa (Mullís, Patente de Estados Unidos No. 4,683.202) con cebadores específicos para el gen de interés para obtener cantidades de ADN adecuadas para la ligación en vectores apropiados . Alternativamente, el gen de interés se puede sintetizar químicamente de nuevo para tomar en consideración la derivación de codón del organismo huésped para mejorar la expresión de proteína heteróloga. Las secuencias de control de expresión tales como promotores y terminadores de transcripción se pueden unir a un gen de interés vía reacción en cadena de polimerasa utilizando cebadores modificados genéticamente que contienen tales secuencias . Otra manera es introducir el gen aislado en un vector que ya contiene las secuencias de control necesarias en el orden apropiado por ligación y digestión de digestión de endonucleasa por restricción. Un ejemplo de este último procedimiento es la tecnología BioBrick™ (ver la red mundial en biobricks.org) donde las múltiples piezas de ADN se pueden ensamblar consecutivamente conjuntamente en una manera estandarizada utilizando los mismos dos sitios de restricción.

Además de utilizar vectores, los genes que son necesarios para la conversión enzimática de un sustrato de carbono a PHA se pueden introducir en un organismo huésped por integración en el cromosoma utilizando ya sea un procedimiento dirigido o aleatorio. Para la integración dirigida en un sitio específico en el cromosoma, el método generalmente conocido como ingeniería recombinógena Red/ET se utiliza como originalmente se describe por Datsenko and Wanner (Proc. Nati. Acad. Sci. USA, 2000, 97, 6640-6645). La integración aleatoria en el cromosoma involucrado utilizando un procedimiento mediado por transposón mini-Tn5 como se describe por Huisman et al. (Patentes de Estados Unidos Nos. 6,316,262 y 6,593,116).

Se han desarrollado cepas para producir copolímeros, un número de los cuales se ha producido en E. coli recombinante . Estos copolímeros incluyen poli (3-hidroxibutirato-co-3 -hidroxivalerato) (PHBV) , poli(3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato) (P3HB-co-4HB) , poli (4-hidroxibutirato) (P4HB) y PHAs de cadena lateral larga que comprenden unidades 3 -hidroxioctanoato (Madison and Huisman, 1999) . Se han desarrollado cepas de E. coli que contienen los genes phb en un plásmido para producir P(3HB-3HV) (Slater, et al., Appl. Environ. Microbiol . 58:1089-94 (1992); Fidler & Dennis, FEMS Microbiol Rev. 103:231-36 (1992); Rhie & Dennis, Appl. Environ. Micobiol . 61:2487-92 (1995); Zhang, H. et al., Appl. Environ. Microbiol. 60:1198-205 (1994)). La producción de P(4HB) y P(3HB-4HB) en E. coli se logra introduciendo genes de una trayectoria metabólicamente no relacionada en un productor de P(3HB) (Hein, et al., FEMS Microbiol. Letfc. 153:411-18 (1997); Valentín & Dennis, J. Biotechnol . 58:33-38 (1997)). É. coli también se ha modificado genéticamente para producir polihidroxialcanoatos de cadena corta media (msc-PHAs) introduciendo el gen phaCl y phaC2 de P. aeruginosa en un mutante fadB::kan (Langenbach, et al., FEMS Microbiol. Lett. 150:303-09 (1997); Qi, et al., FEMS Microbiol. Létt. 157:155-62 (1997)).

Los métodos para la producción de plantas se han descrito en la Patente de Estados Unidos No. 5,245,023 y Patentes de Estados Unidos Nos. 5,250,430; 5,502,273; 5,534,432; 5,602,321; 5,610,041; 5,650,555: 5,663,063; y Publicaciones PCT Nos.:. WO 1991/00917, O 1992/19747, O 1993/02187, WO 1993/02194 y WO 1994/12014, Poirier et.al., 1992, Science 256; 520-523, Williams and Peoples, 1996. Che tech 26, 38-44, las enseñanzas de las cuales se incorporan para referencia en la presente) .

Se han desarrollado plantas transgénicas , en particular, plantas transplastómicas , que producen niveles aumentados de polihidroxialcanoatos (PHAs) . Se describen métodos y constructos para modificar genéticamente plástidos de plantas con genes para la producción de PHA estable de alto nivel, en particular PHB. Ver por ejemplo, Publicación PCT No.: WO 2010/102220, incorporada para referencia en la presente. Se ha reportado la prueba de los estudios de concepto para la síntesis de polohidroxibutirato (PHB) en pasta aguja (Somleva et al., Plant Biotechnol . J. 6:663-678 (2008)), azúcar de caña (Petrasovits et al., Plant Biotechnol. J. 5:162-172 (2007); Purnell et al . , Plant Biotechnol. J. 5:173-184 (2007)), cañóla (Valentín et al . , Int. J. Biol. Macromol. 25:303-306 (1999); Slater et al . , Nat. Biotechnol. 17:10.11-1016 (1999); Houmiel et al . , Planta 209:547-550 (1999)), y rastrojo de maíz (Poirier et al., 2002, Polyhydroxyalkanoate production in transgenic plants, in Biopolymers , Vol 3a, Steinbuchel, A. (ed) , Wiley-VHC Verlag GmbH, pgs 401-435) . Mientras que estos estudios han producido resultados . científicos significativos (Slater et al., Nat. Biotechnol. 17:1011-1016 (1999)), se necesitan rendimientos mayores que mejorarn la economía del polímero producido en una plataforma de cultivo. El porcentaje en peso de PHA en la biomasa de tipo silvestre varía con respecto a la fuente de la biomasa. Para sistemas microbianos producidos por un proceso de fermentación a partir de materiales de alimentación basados en recursos renovables tales como azúcares, aceites vegetales o glicerol, la cantidad de PHA en la biomasa puede ser aproximadamente 65% en peso, o más, del peso total de la biomasa. Para sistemas de cultivo de plantas, en particular los cultivos de biomasa tales como caña de azúcar o pasto aguja, la cantidad de PHA puede ser aproximadamente 3%, o más, del peso total de la biomasa. Para sistemas de algas o cianobacterias , la cantidad de PHA puede ser aproximadamente 40%, o más del peso total de la biomasa.

La Solicitud de Patente de Estados Unidos: US20100229258 , incorporada en la presente para referencia, describe plantas transgénicas fértiles que producen niveles elevados de PHAs, es decir, al menos 10% en peso seco de tejidos de plantas y, se produjeron utilizando expresión en genes codificada por plástido.

En ciertos aspectos de la invención, el huésped recombinante se ha modificado genéticamente para producir una cantidad aumentada de PHA en comparación con el huésped tipo silvestre. Por ejemplo, en ciertas modalidades, el PHA se aumenta entre aproximadamente 20% a aproximadamente 90% sobre el tipo silvestre o entre aproximadamente 50% a aproximadamente 80%. En otras modalidades, el huésped recombinante produce al menos aproximadamente un aumento de 20% de PHA sobre el tipo silvetre, al menos aproximadamente un aumento de 30% sobre el tipo silvestre, al menos aproximadamente un aumento de 40% sobre el tipo silvestre, al menos aproximadamente un aumento de 50% sobre el tipo silvestre, al menos aproximadamente un aumento de 60% sobre el tipo silvestre, al menos aproximadamente un aumento de 70% sobre el tipo silvestre, al menos aproximadamente un aumento de 75% sobre el tipo silvestre, al menos aproximadamente un aumento de 80% sobre el tipo silvestre o al menos aproximadamente un aumento de 90% sobre el tipo silvestre. En otras modalidades, el PHA está entre aproximadamente un aumento de 2 veces a aproximadamente un aumento de 400 veces sobre la cantidad producida por el huésped tipo silvestre. La cantidad de PHA en el huésped o planta se determina por cromatografía de gas de acuerdo con los procedimientos descritos en Doi, Microbial Polyesters, John Wiley&Sons, p24, 1990. En ciertas modalidades, se logra un título de biomasa de 100-120 g PHA/Kg de biomasa. En otras modalidades, la cantidad de título de PHA está presente como por ciento en peso de célula seca (% dcw) .

En algunas modalidades, el PHA es poliglicólido, poli-3 -hidroxipropiónato, poli-3 -hidroxibutirato, poli-4-hidroxibutirato, poli-5-hidroxibutirato, o un copolímero de los mismos. En ciertas modalidades, el PHA es poliglicólido, poli-3 -hidroxipropiónato, poli-3 -hidroxibutirato, poli-4-hidroxibutirato, o poli- 5 -hidroxibutirato . En ciertas modalidades, el PHA es poli-3 -hidroxibutirato . En otras modalidades, el PHA es poli-3 -hidroxipropiónato.

En ciertas modalidades, puede ser deseable etiquetar los constituyentes de la biomasa. Por ejemplo, puede ser útil etiquetar deliberadamente con un isótopo de carbono (por ejemplo, 13C) para facilitar la determinación de la estructura o por otro medio. Esto se logra haciendo crecer microorganismos genéticamente modificados para expresar los constituyentes, por ejemplo, polímeros, pero en lugar del medio usual, las bacterias crecen en un medio de crecimiento con fuente de carbono que contiene 13C, tal como glucosa, glicerol, ácido pirúvico, etc. De esta manera, se pueden producir polímeros que son etiquetados con 13C uniformemente, parcialmente, o en sitios específicos. Adicionalmente, el etiquetado permite que el porcentaje exacto en los bioplásticos que vienen de fuentes renovables (por ejemplo, derivados de plantas) pueda ser conocido vía ASTM D6866 - una aplicación industrial de datación por radiocarbono . ASTM D6866 mide el contenido de Carbono 14 de los materiales de base biológica; y puesto que los materiales basados en combustibles fósiles no tienen más¦ tiempo Carbono 14, ASTM D6866 puede disipar efectivamente las afirmaciones inexactas de contenido de base biológica.

Cultivo del Huésped para producir Biomasa de PHA En general, el huésped recombinante se cultiva en un medio con una fuente de carbono y otros nutrientes esenciales para producir la biomasa de PHA por técnicas de fermentación ya sea en lotes o continuamente utilizando métodos conocidos en el arte. También se pueden incluir aditivos adicionales, por ejemplo, agentes anti-espumantes y similares para lograr las condiciones de crecimiento deseadas. La fermentación es particularmente útil para la producción a gran escala. Un método ejemplar utiliza bioreactores para cultivar y procesar el caldo de fermentación al producto deseado. Otras técnicas tales como técnicas de separación se pueden combinar con fermentación para producción a gran escala y/o continua.

Como se utiliza en la presente, el término "material de alimentación" se refiere a una sustancia utilizada como una materia prima de carbono en un proceso industrial. Cuando se utiliza con referencia a un cultivo de organismos tales como organismos microbianos o algas tal como un proceso de fermentación con células, el término se refiere a la materia prima utilizada para suministrar un carbono u otra fuente, de energía para las células. Las fuentes de carbono útiles para la producción de componentes monoméricos incluyen fuentes simples, no costosas, por ejemplo, glucosa, sacarosa, lactosa, fructosa, xilosa, maltosa, arabinosa y similares. En otras modalidades, el material de alimentación es melasa o almidón, ácidos grasos, aceites vegetales o un material de lignocelulosa y similares. También es posible utilizar organismos para producir la biomasa de PHA que crece en gas de síntesis (C02, CO e hidrógeno) producido de recursos de biomasa renovables.

La introducción de genes de trayectoria de PHA permite la flexibilidad para utilizar materiales de alimentación fácilmente disponibles y no costosos . Como se utiliza en la presente, el término "material de alimentación" se refiere a una sustancia utilizada como una materia prima en un proceso industrial. Cuando se utiliza con referencia a un cultivo de organismos microbianos o algas tal como un proceso de fermentación con células, el término se refiere a la materia prima utilizada para suministrar un carbono u otra fuente de energía para las células . Un material de alimentación "renovable" se refiere a una fuente de energía renovable tal como material derivado de organismos vivientes o sus subproductos metabólicos incluyendo material derivado de biomasa, que frecuentemente consiste de componentes sub-utilizados como broza o rastrojo. Los productos agrícolas que específicamente crecen para uso como materiales de alimentación renovables incluyen, por ejemplo, maíz, soya, pasto aguja y árboles tales como álamo, trigo, linaza y semilla de colza, caña de azúcar y aceite de palma. Como fuentes renovables de materias primas y energía, los materiales de alimentación agrícolas basados en cultivos son el remplazo decisivo de reservas de petróleo en declive. Las plantas usan energía solar y de dióxido de carbono para producir miles de bioquímicos funcionales y complejos más allá de la capacidad de la química sintética moderna. Estos incluyen productos químicos finos y voluminosos, productos farmacéuticos, polímeros, resinas, aditivos de alimentos, bio-colorantes , adhesivos, solventes, y lubricantes.

En general, durante o después de la producción (por ejemplo, cultivo) de la biomasa de PHA, la biomasa se combina con un catalizador para convertir el polímero de PHA a producto componente monomérico de alta pureza. El catalizador (en forma sólida o solución) y la biomasa se combinan, por ejemplo, por mezclado, floculación, centrifugación o secado por pulverización, u otro método adecuado conocido en el arte para promover la interacción de la biomasa y catalizador impulsando una conversión eficiente y específica de PHB a componente monomérico. En algunas modalidades, la biomasa inicialmente se seca, por ejemplo a temperatura entre aproximadamente 100°C y aproximadamente 150°C y por una cantidad de tiempo para reducir el contenido de agua de la biomasa. La biomasa seca luego se resuspende en agua antes de combinarla con el catalizador. Las temperaturas y duración de secado adecuadas se determinan para la pureza y rendimiento de producto y en algunas modalidades pueden incluir bajas temperaturas para remover el agua (tal como entre 25°C y 150°C) por un período de tiempo extendido o en otras modalidades pueden incluir el secado a una alta temperatura (por ejemplo, arriba de 450°C) por una corta duración de tiempo. Alternativamente, el agua se puede remover por otros métodos conocidos en el arte diferente de calentamiento. Bajo "condiciones adecuadas" se refiere a condiciones que promueven la reacción catalítica. Por ejemplo, bajo condiciones que maximizan la generación del producto componente monomérico tal como en la presencia de co-agentes u otro material que contribuye a la eficiencia de reacción. Otras condiciones adecuadas incluyen la ausencia de impurezas, tales como metales u otros materiales que obstruirían la reacción de la progresión.

Degradación Térmica de la Biomasa de PHA "Calentamiento", "pirólisis", "termólisis" , y "torrefacción" como se usan en la presente se refieren a la degradación térmica (por ejemplo, descomposición) de la biomasa de PHA para la conversión a componentes monoméricos . En general, la degradación térmica de la biomasa de PHA ocurre a una temperatura elevada en la presencia de un catalizador. Por ejemplo, en ciertas modalidades, la temperatura de calentamiento para los procesos descritos en la presente está entre aproximadamente 200 °C a aproximadamente 400°C. En algunas modalidades, la temperatura de calentamiento es aproximadamente 200 °C a aproximadamente 350 °C. En otras modalidades, la temperatura de calentamiento es aproximadamente 300°C. "Pirólisis" típicamente se refiere a una descomposición termoquímica de la biomasa a temperaturas elevadas durante un período de. tiempo. La duración puede variar de unos cuantos segundos a horas . En ciertas condiciones, la pirólisis ocurre en la ausencia de oxígeno o en la presencia de una cantidad limitada de oxígeno para evitar la oxigenación. Los procesos para la pirólisis de la biomasa de PHA pueden incluir la transferencia directa de calor o transferencia indirecta de calor. "Pirólisis instantánea" se refiere al calentamiento rápido de la biomasa a una alta temperatura para la rápida descomposición de la biomasa de PHA, por ejemplo, despolimerización de un PHA en la biomasa. Otro ejemplo de pirólisis instantánea es pirólisis térmica rápida RTP™. La tecnología y equipo RTP™ de Eíivergent Technologies, Des Plaines, IL convierte los materiales de alimentación en bio-combustible. "Torrefacción" se refiere al proceso de torref cción, el cual es un término reconocido en el arte que se refiere al secado de la biomasa. El proceso típicamente involucra calentar una biomasa en un intervalo de temperatura desde aproximadamente 200 a aproximadamente 350°C, durante una duración relativamente larga (por ejemplo, 10-30. minutos), típicamente en la ausencia de oxígeno. El proceso resulta por ejemplo, en una biomasa torrada que tiene un contenido de agua que es menor que 7% en peso de la biomasa. La biomasa torrada luego se puede procesar adicionalmente . En algunas modalidades, el calentamiento se hace en un vacío, a presión atmosférica o bajo presión controlada. En ciertas modalidades, el calentamiento se realiza sin el uso o con un uso reducido de energía generada por petróleo.

En ciertas modalidades, la biomasa de PHA se seca antes del calentamiento. Alternativamente, en otras modalidades, el secado se hace durante la degradación térmica (por ejemplo, calentamiento, pirólisis o torrefacción) de la biomasa de P4HB. El secado reduce el contenido de agua de la biomasa. En ciertas modalidades, la biomasa se seca a una temperatura de entre aproximadamente 100°C a aproximadamente 350°C, por ejemplo, entre aproximadamente 200 °C y aproximadamente 275 °C. En algunas modalidades, la biomasa de PHA seca tiene un contenido de agua de 5% en peso, o menos.

El calentamiento de la mezcla de biomasa de PHA/catalizador se realiza por un tiempo suficiente para convertir eficientemente y específicamente la biomasa de PHA a componente monomérico. En ciertas modalidades, el período de tiempo de calentamiento es desde aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 1 minuto, desde aproximadamente 30 segundo a aproximadamente 1.5 minutos, desde aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 10 minutos, desde aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 5 minutos o un tiempo entre, por ejemplo, aproximadamente 1 minuto, aproximadamente 2 minutos, aproximadamente 1.5 minutos, aproximadamente 2.5 minutos, aproximadamente 3.5 minutos .

En otras modalidades, el período de tiempo es desde aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 2 minutos . En aún otras modalidades, la duración de tiempo de calentamiento es por un tiempo entre aproximadamente 5 minutos y aproximadamente 30 minutos, entre aproximadamente 30 minutos y aproximadamente 2 horas, o entre aproximadamente 2 horas y aproximadamente 10 horas o por más de 10 horas (por ejemplo, 24 horas) .

En ciertas modalidades, la temperatura de calentamiento es a una temperatura de aproximadamente 200°C a aproximadamente 350°C incluyendo una temperatura entre, por ejemplo, aproximadamente 205°C, aproximadamente 210°C, aproximadamente 215°C, aproximadamente 220°C, aproximadamente 225°C, aproximadamente 230°C, aproximadamente 235°C, aproximadamente 240°C, aproximadamente 245°C, aproximadamente 250 °C, aproximadamente 255 °C aproximadamente 260°C, aproximadamente 270 °C, aproximadamente 275 °C, aproximadamente 280°C, aproximadamente 290 °C, aproximadamente 300°C, aproximadamente 310°C, aproximadamente 320°C, aproximadamente 330°C, aproximadamente 340°C, ? 345°C. En ciertas modalidades, la temperatura es aproximadamente 250 °C. En ciertas modalidades, la temperatura es aproximadamente 275°C.

Como se utiliza en la presente, "metátesis de olefina" se refiere, a una' reacción orgánica que implica la redistribución de 'fragmentos de alquileno por la escisión de enlaces dobles carbono-carbono en olefinas (alquenos) . Las ventajas de la metátesis de olefina incluyen la creación de pocos productos secundarios y residuos peligrosos. La reacción procede vía escisión del doble enlace de alqueno, seguida por una redistribución estadística de fragmentos de alquilideno. La reacción se cataliza por catalizadores metalorgánicos que incluyen metales tales como níquel, tungsteno, renio, rutenio y molibdeno. En comparación, los catalizadores de molibdeno son típicamente más reactivos hacia olefinas, aunque también reaccionar con aldehidos y otros grupos polares o próticos. El rutenio reacciona preferentemente con enlaces dobles carbono-carbono sobre la mayoría de las otras especies, lo cual vuelve a estos catalizadores inusualmente estables hacia alcoholes, amidas, aldehidos, y ácidos carboxílicos . Los ejemplos de catalizadores incluyen los catalizadores de Grubbs (complejos de rutenio y carbina) y catalizadores de alquilidenos de Schrock (catalizadores a base de molibdeno (VI) y tungsteno (VI) ) discutidos con más detalle a continuación. En los métodos descritos en la presente, la metátesis de olefina es metátesis cruzada.

Como- se usa en la presente, "catalizador" se refiere a una sustancia que inicia o acelera una reacción química sin que la misma sea afectada o consumida en la reacción. Los ejemplos de catalizadores útiles incluyen catalizadores metálicos. En ciertas modalidades, el catalizador disminuye la temperatura de inicio de la descomposición térmica y aumenta la velocidad de la descomposición térmica a ciertas temperaturas de pirólisis (por ejemplo, aproximadamente 200°C a aproximadamente 325°C) .

De acuerdo con algunas modalidades de cualquiera de los procesos, la eficiencia de la conversión y la selectividad para un producto químico intermediario particular se promueven por la adición de un catalizador a la biomasa antes o durante la conversión. El catalizador es un material que promoverá las reacciones de eliminación o reacciones de descompresión de ?-hidroxilo de las cadenas de polímero de PHA en la biomasa. En ciertas modalidades, el catalizador es un catalizador de metal. En algunas modalidades, el catalizador es un compuesto cloruro, óxido, hidróxido, nitrato, fosfato, sulfonato, carbonato o estearato que contiene un ión metálico que es aluminio, antimonio, bario, bismuto, cadmio, calcio, cerio, cromo, cobalto, cobre, galio, ' hierro, lantano, plomo, litio, magnesio, molibdeno, níquel, paladio, potasio, plata, sodio, estroncio, estaño, tungsteno, vanadio o zinc. En algunas modalidades, el catalizador es un catalizador orgánico que incluye, pero no se limita a, una amina, azida, enol, glicol, sal de amonio cuaternario, fenóxido, cianato, tiocanato, dialquil amida y tiolato de alquilo. La cantidad de catalizador es una( cantidad suficiente para promover la reacción. También se incluyen las mezclas de dos o más catalizadores.

En ciertas modalidades, la cantidad de catalizador metálico es aproximadamente 0.1% a aproximadamente 15% con base en el peso de ión metálico con relación al peso de sólido seco de la biomasa. En algunas modalidades, la cantidad de catalizador está entre aproximadamente 7.5% y aproximadamente 12%. En otras modalidades, la cantidad de catalizador es aproximadamente 0.5 % en peso de célula seca, aproximadamente 1%, aproximadamente 2%, aproximadamente 3%, aproximadamente 4%, aproximadamente 5%, aproximadamente 6%, aproximadamente 7%, aproximadamente 8%, aproximadamente 9%, o aproximadamente 10%, aproximadamente 11%, aproximadamente 12%, aproximadamente 13%, aproximadamente 14%, aproximadamente 15%, o mayor tal como hasta 20%, o mayor tal como hasta 30%, o mayor tal como hasta 40%, o mayor tal como hasta 50%.

En ciertas modalidades, la recuperación del catalizador se incluye adicionalmente en los procesos de la invención. Por ejemplo, cuando se utiliza un catalizador de calcio la calcinación es una técnica de recuperación útil. La calcinación es un proceso de tratamiento térmico que se realiza en minerales, metales o menas para cambiar los materiales a través de la descarboxilación, deshidratación, desvolatilización de materia orgánica, transformación de fase u oxidación. El proceso se realiza normalmente en reactores tales como hornos de solera, hornos de cubilote, estufas rotatorias o más recientemente reactores de lechos fluidizados. La temperatura de calcinación se elige para estar por debajo del punto de fusión del sustrato pero arriba de su temperatura de descomposición o transición de fase. Frecuentemente se toma como la temperatura a la cual la energía de reacción libre de Gibbs es igual a cero. Para la descomposición de CaC03 a CaO, la temperatura de calcinación a AG=0 se calcula que es -850 °C. Típicamente para la mayoría de los minerales, la temperatura de calcinación está en el intervalo de 800-1000°C.

Para recuperar el catalizador de calcio de la biomasa después de la recuperación del componente monomérico, se transferiría el residuo de biomasa agotada directamente de la pirólisis o torrefacción en un reactor de calcinación y continuaría el calentamiento del residuo de biomasa en aire a 825-850°C por un período de tiempo para remover todas las trazas de la biomasa orgánica. Una vez que la biomasa orgánica se remueve, el catalizador se podría usar como está o purificar adicionalmente separando los óxidos metálicos presentes (de los medios de fermentación y catalizador) con base en la densidad utilizando equipo conocido por aquellos en el arte.

Como se utiliza en la presente, el término "cantidad suficiente" cuando se utiliza con referencia a un reactivo químico en una reacción se propone que signifique una cantidad del reactivo de referencia que puede cumplir las demandas de la reacción química.' Como se utiliza en la presente, "hidrogenación" significa tratar con hidrógeno, también una forma de reducción química, es una reacción química entre el hidrógeno molecular (H2) y otro compuesto o elemento, usualmente en la presencia, de un catalizador. El proceso se emplea comúnmente para reducir o saturar compuestos orgánicos.

Como se utiliza en la presente, "alquilo inferior" se refiere a un alquilo de G2-C4 (por ejemplo, etilo, propilo, butilo) .

Como se utiliza en la presente, alqueno inferior se refiere a un alqueno de C2-C4 (por ejemplo, eteno (etileno) , propileno, buteno) . "Etileno" (eteno) es un gas inflamable incoloro que exhibe la solubilidad en agua. "Propileno" es un compuesto orgánico insaturado que tiene la fórmula química C3H6. "Buteno", también conocido como butileno, es un alqueno con la fórmula C4H8. Es un gas incoloro que está presente en el petróleo crudo como un constituyente menor en cantidades que son demasiado pequeñas para la extracción viable. Por lo tanto, se obtiene por craqueo catalítico de hidrocarburos de cadena larga dejados durante la refinación del petróleo crudo. El craqueo produce una mezcla de productos y el 2-buteno se extrae de esta por destilación fraccional.

"Esterificación" , como se utiliza en la presente se refiere a la reacción química en la cual dos reactivos (típicamente un alcohol y un ácido) forman un áster como el producto de reacción.

Una "huella de carbono" es una medida del impacto que los procesos tienen en el ambiente, y en particular el cambio climático. Se refiere a la cantidad de gases de invernadero producidos .

La presente tecnología, así generalmente descrita, sé entenderá más fácilmente por referencia a los siguientes ejemplos, los cuales se proporcionan por vía de ilustración y no se proponen para ser limitantes de la presente tecnología.

En ciertas modalidades, "recuperación" del vapor de monómero incluye condensar el vapor. Como se utiliza en la presente, el término "recuperación" cuando se aplica al vapor significa aislarlo de los materiales de biomasa de PHA, por ejemplo incluyendo pero no limitado a: recuperación por condensación, metodologías de separación, tal como el uso de membranas, separación en fase de gas (por ejemplo, vapor), tal como destilación, y similares. Por consiguiente, la recuperación se puede realizar vía un mecanismo de condensación que captura' el vapor de componente monomérico, condensa el vapor de componente monomérico a una forma líquida y lo transfiere lejos de los materiales de biomasa..

Como un ejemplo no limitante, la condensación del vapor de componente monomérico se puede describir como sigue. La corriente de gas/vapor entrante de la cámara de pirólisis/torrefacción entra en un intercambiador, donde la corriente de gas/vapor se puede pre-enfriar. La corriente de gas/vapor luego pasa a través de un enfriador donde la temperatura de la corriente de gas/vapor se disminuye a la requerida para condensar los vapores designados del gas por contacto indirecto con un refrigerante. El gas y vapores condensados fluyen del enfriador en un separador, donde los vapores condensados se colectan en el fondo. El gas, libre de los vapores, fluye del separador, pasa a través del intercambiador y sale de la unidad. Los líquidos recuperados fluyen, o son bombeados, desde el fondo del separador al almacenamiento . Para algunos de los productos , los vapores condensados se solidifican y el sólido se colecta.

En otras modalidades, el componente monomérico se puede purificar adicionalmente si es necesario por métodos adicionales conocidos en el arte, por ejemplo, por destilación, por destilación reactiva (por ejemplo, el componente monomérico se acidifica primero para oxidar ciertos componentes (por ejemplo, para fácil separación) y luego se destila) por tratamiento con carbón activado para remoción de cuerpos de color y/u olor, por tratamiento de intercambio iónico, por extracción líquido- líquido - con un solvente inmiscible en componente monomérico para remover ácidos grasos, etc, para purificación después de la recuperación de monómero, por destilación en vacío, por destilación por extracción o utilizando métodos similares que resultarían en la purificación adicional del componente monomérico para aumentar el rendimiento del monómero. También se pueden utilizar las combinaciones de estos tratamientos.

En ciertas modalidades, el proceso es selectivo para producir monómeros con una cantidad relativamente pequeña de productos secundarios no deseados . El término "componente monomérico" del proceso incluye el monómero. y productos secundarios, tales como dímeros y oligómeros. En ciertas modalidades, el componente monomérico puede incluir 95% en peso de monómero tal como ácido acrílico y 5% de productos secundarios tales como dímeros. Por consiguiente, la cantidad de monómero en el componente monomérico puede ser aproximadamente 70% en peso, aproximadamente 71% en peso, aproximadamente 72% en peso, aproximadamente 73% en peso, aproximadamente 74% en peso, aproximadamente 75% en peso, aproximadamente 76% en peso, aproximadamente 77% en peso, aproximadamente 78% en peso, aproximadamente 79% en peso, aproximadamente 80% en peso, 81% en peso, aproximadamente 82% en peso, aproximadamente 83% en peso, aproximadamente 84% en peso, aproximadamente 85% en peso, aproximadamente 86% en peso, aproximadamente 87% en peso, aproximadamente 88% en peso, aproximadamente 89% en peso, aproximadamente 90% en peso, 91% en peso, aproximadamente 92% en peso, aproximadamente 93% en peso, aproximadamente 94% en -peso, aproximadamente 95% en peso, aproximadamente 96%_ en peso, aproximadamente 97% en peso, aproximadamente 98% en peso, aproximadamente 99% en peso, o aproximadamente 100% en peso.

El uso de un catalizador específico en una cantidad suficiente reducirá la producción de productos secundarios no deseados y aumentará el rendimiento de monómero por al menos aproximadamente 2 veces. En algunas modalidades, la producción de productos secundarios no deseados será reducida a al menos aproximadamente 50%, al menos aproximadamente 40%, al menos aproximadamente 30%, al menos aproximadamente 20% al menos aproximadamente 10%, o aproximadamente al menos aproximadamente 5%. En cierta modalidad, los productos secundarios no deseados serán menos de aproximadamente 5% del monómero recuperado, menos de aproximadamente 4% del monómero recuperado, menos de aproximadamente 3% del monómero recuperado, menos de aproximadamente 2% del monómero recuperado, o menos de aproximadamente 1% del monómero recuperado.

Los procesos descritos en la presente pueden proporcionar un rendimiento de componente monomérico expresado como un porcentaje de rendimiento, por ejemplo, cuando crece de glucosa como una fuente de carbono, el rendimiento es hasta 95% basado en [gramo de componente de PHA por gramo de glucosa] 100% o el rendimiento de monómero se expresa como [gramo de monómero por gramo de componente de PHA], x 100%. En otras modalidades, el rendimiento está en un intervalo entre aproximadamente 40% y aproximadamente 95%, por ejemplo entre aproximadamente 50% y aproximadamente 70%, o entre aproximadamente 60% y 70%. En otra modalidad, el rendimiento es aproximadamente 75%, aproximadamente 70%, aproximadamente 65%, aproximadamente 60%, aproximadamente 55%, aproximadamente 50%, aproximadamente 45% o aproximadamente 40%. Por consiguiente, el rendimiento se puede calcular ( (g de componente monomérico/g de PHA de partida) x 100%) .

Producción de Ácido crotónico El ácido crotónico es un intermediario químico útil que se produce comercialmente por la oxidación catalítica de crotonaldehído . El tamaño del mercado para el ácido crotónico se estima actualmente en $5 millones. Sin embargo, es subutilizado como un intermediario químico de material de alimentación debido a que se puede convertir catalíticamente a productos químicos de más valor agregado como butanol, ácido . acrílico, ácido maleico y ácido fumárico que son bloques de construcción para la producción de adhesivos, pinturas, revestimientos, productos para el cuidado personal y resinas de ingeniería.

Recientemente se han reportado nuevos procesos para convertir productos de olefina "natural" a productos químicos de base biológica útiles (J. Metzger (2009) , Eur. J. Lipid Sci, 111, p865; A. Ryback, M. Meier (2007), Green Chem. , 9, pl356; US2009/0155866A1, by M. Burk et.al.). La clave de estos procesos es el uso de catalizadores de metátesis para hacer reaccionar diferentes tipos de olefinas, de los cuales los primeros catalizadores altamente activos bien definidos fueron desarrollados por Schrock and Grubb y subsecuentemente extendidos por Hoveyda (Y. Schrodt, R. Pederson (2007) , Aldrichimica ACTA, vol. 40, no. 2, p 45) .

La metátesis cruzada ha llegado a ser una trayectoria de reacción particularmente importante para producir productos químicos de base biológica a partir de materiales de alimentación de biomasa. Por ejemplo, la metátesis cruzada de ácidos grasos insaturados a base de plantas con etileno tiene el potencial para producir sustentablemente una variedad de polímeros incluyendo poliésteres, poliamidas y poliéteres con alto rendimiento (V.P. Kukhar (2009), Kem. Ind., 58 (2), p57) . El etileno es un monómero conveniente para reaccionar con otros compuestos de base biológica debido a que puede conducir directamente a un intervalo de intermediarios básicos de alto volumen como ácidos acrílicos y ásteres. Con el desarrollo de etileno "verde" , producido por deshidratación catalítica de etanol de base biológica (A. Morschbaker (2009), Polymer Reviews, vol. 49, Iss. 2, p79) , la capacidad de producir intermediarios 100% de base biológica está llegando a ser una opción atractiva. Un desafío, sin embargo, en hacer reaccionar el monómero de etileno con catalizadores de Grubbs es la propensión del etileno para desactivar o degradar el catalizador lo cual conduce a bajas velocidades de conversión y pérdida de rendimiento (Z. Lysenko et.al. (2006), J". of Organometallic Chem. , 691, p5197; X. Lin et.al. (2010), J. of Molecular Catalysis A: Chemical, 330, p99; K. Burdett et.al. (2004) , Organometallics, 23, p2027) . Esto es especialmente importante cuando se desarrollan aplicaciones industriales utilizando catalizadores de metátesis.

En la presente se describen métodos que superan este problema utilizando un proceso y método de reacción de catálisis en tándem múltiple. En la primera etapa, etileno y 2-buteno son primero convertidos a propileno utilizando un catalizador de metátesis el cual no es sensible a la desactivación por etileno tales como catalizadores de molibdeno-alquilideno o tungsteno-alquilideno de Schrock (Schrock et.al. (1988), J. Am. Chem. Soc. , 110, pl423) . En la segunda etapa, el propileno luego se hace reaccionar con el compuesto de base biológica deseado utilizando un catalizador de Grubb (tal como (1, 3-bis (2, , 6-trimetilfenil) -2-imidazolidinilideno) dicloro (o-isopropoxifenilmetileno) rutenio) . En este esquema de reacción, el catalizador de Grubb nunca se expone a etileno y por lo tanto es capaz de mantener las altas velocidades de reacción y altos rendimientos necesarios para los procesos bioquímicos industriales .

En un aspecto de la invención, se describe un proceso de biorefiner a continuo para la producción de ácido acrílico a partir de biomasa de PHA utilizando un protocolo de reacción de catálisis en tándem múltiple. El proceso incluye hacer crecer una biomasa de PHA genéticamente, modificada para producir poli-3-hidroxibutirato, calentar (por ejemplo, pirolÍ2ación instantánea) el poli-3 hidroxibutirato para producir el ácido crotónico, hacer reaccionar el ácido crotónico bajo condiciones adecuadas para formar un crotonato éster de alquilo inferior en la presencia de un catalizador de transesterificación; hacer reaccionar el crotonato éster de alquilo inferior bajo condiciones adecuadas para formar un acrilato de alquilo inferior' y un alqueno inferior -vía metátesis cruzada en la presencia de un primer catalizador de metátesis con una cantidad suficiente de propileno. El propileno se forma de una reacción de metátesis separada de etileno y 2-buteno en la presencia de un segundo catalizador de metátesis y el exceso de propileno se remueve continuamente.

Como se estableció anteriormente, se conoce bien que PHB es térmicamente inestable (Cornelissen et al, Pp. 2523-2532, Fuel, 87, 2008) y se convierte bajo ciertas condiciones a intermediarios incluyendo ácido crotónico en el calentamiento (Ver Kopinke et al, Polymer Degradation and Stability, 52:25-38 (1996,). El ácido crotónico se puede procesar adicionalmente a ácido acrílico y ásteres de acrilato. La estabilidad térmica del polímero es típicamente un factor limitante para aplicaciones termoplásticas, sin embargo, como se describe en la presente se puede apalancar para convertir PHB de bajo costo (por ejemplo, de fuentes de biomasa) a ácido crotónico y alta pureza y altos rendimientos. El ácido crotónico por si mismo tiene mercados limitados, mayormente se usa como un monómero en sistemas de vinilo donde imparte algunas propiedades hidrofóbicas a los productos finales. El ácido crotónico se hace reaccionar bajo condiciones adecuadas para formar un crotonato éster de alquilo inferior, y hacer reaccionar el crotonato éster de alquilo inferior bajo condiciones adecuadas para formar un acrilato de alquilo inferior y un alqueno inferior vía metátesis cruzada en la presencia de un primer catalizador con una cantidad suficiente de propileno.

Los productos químicos de base biológica producidos de la biomasa (por ejemplo, ácido crotónico, ácido acrílico, propileno, butano, etc.) se pueden utilizar como materiales de partida para una amplia variedad de aplicaciones. Por ejemplo, el ácido acrílico y sus ésteres fácilmente se combinan con si mismos u otros monómeros (por ejemplo, acrilamidas, acrilonitrilo, vinilo, estireno, y butadieno) por reacción en su enlace doble, formando homopolímeros o copolímeros los cuales se utilizan en la manufactura de varios plásticos, manufactura de papel y revestimientos, pinturas caseras para exteriores para madera y albañilería, revestimientos para tablas comprimidas y materiales de construcción relacionados, floculación de finos de menas minerales y agua de desechos, y tratamiento de aguas residuales, tintas de impresión, pinturas para pared interiores, pulidores de piso, recubrimientos de piso y pared, imprimadores industriales, apresto textil, tratamiento y acabado, impregnación de cuero y selladores de terminado y albañilería, revestimientos, adhesivos, elastómeros, así como también pulidores de piso, y pinturas. El ácido acrílico también se utiliza en la producción de materiales poliméricos tal como ácido poliacrílico, el cual es un componente principal de pañales superabsorbentes .

Igualmente, el propileno es materia prima de una amplia variedad de productos incluyendo polipropileno, un polímero versátil utilizado en el envasado y otras aplicaciones. Es el segundo material de alimentación petroquímico de más alto volumen después del etileno. El propileno y benceno se convierten a acetona y fenol vía el proceso de eumeno. El propileno también se utiliza para producir isopropanol (propan-2 -ol) , acrilonitrilo, óxido de propileno (epoxipropano) y epiclorohidrina .

Estos productos químicos luego se utilizan para producir productos durables de base biológica, por ejemplo, productos en las industrias electrónicas y automotrices.

Partiendo con la biomasa que contiene poli-3-hidroxibutirato (PHB) , el componente monomérico obtenido calentando la biomasa de PHB es principalmente ácido trans-crotónico. El ácido crotónico subsecuentemente se convierte para producir ácido acrílico, ésteres acrílieos y butanol utilizando múltiples reacciones de catálisis de metátesis en tándem. En la presente se describen materiales y procesos necesarios para producir estos diversos productos químicos a partir de biomasa que contiene PHB.

Por consiguiente, se describen métodos para producir un ácido crotónico en una biomasa de PHA, haciendo reaccionar el ácido crotónico bajo condiciones adecuadas para formar un crotonato éster de alquilo inferior, haciendo reaccionar el crotonato éster de alquilo inferior bajo condiciones adecuadas para formar un acrilato de alquilo inferior y un alqueno inferior vía metátesis cruzada en la presencia de un primer catalizador con una cantidad suficiente de propileno. El propileno se forma por una reacción de metátesis separada de etileno y 2-buteno en la presencia de un segundo catalizador mientras el exceso de propileno se remueve continuamente. En ciertas, modalidades, los métodos adicionalmente incluyen hacer reaccionar el crotonato éster bajo condiciones adecuadas en la presencia de un tercer catalizador para formar un alcohol .

La invención también pertenece a un método para producir un ácido crotónico en una biomasa de PHA, haciendo reaccionar el ácido crotónico bajo condiciones adecuadas para formar un crotonato éster de butilo, e hidrogenando el crotonato éster de butilo para formar dos moles de butanol .

En otro aspecto de la invención, se describe un proceso para producir un acrilato de alquilo inferior. El proceso incluye hacer crecer una biomasa de PHA genéticamente modificada para producir poli-3 -hidroxibutirato, pirolizar (calentamiento a temperatura ambiente, o por torrefacción) el poli-3 hidroxibutirato para producir ácido crotónico, hacer reaccionar el ácido crotónico bajo condiciones adecuadas para formar un crotonato éster de alquilo inferior, hacer reaccionar el crotonato éster de alquilo, inferior bajo condiciones adecuadas para formar un acrilato de alquilo inferior y un alqueno inferior vía metátesis cruzada en la presencia de un primer catalizador con una cantidad suficiente de propileno.

En todavía otro aspecto de la invención, se describe un proceso de bioferinería continuo para la producción de ácido acrílico a partir de biomasa de PHA utilizando un protocolo de reacción de catálisis en tándem múltiple. El proceso incluye hacer crecer una biomasa de PHA genéticamente modificada para producir el poli-3-hidroxibutirato, pirolizar el poli-3 hidroxibutirato para producir el ácido crotónico, hacer reaccionar el ácido crotónico bajo condiciones adecuadas para formar un crotonato éster de alquilo inferior en la presencia de un catalizador de esterificación; hacer reaccionar el crotonato éster de alquilo inferior bajo condiciones adecuadas para formar un acrilato- de alquilo inferior y un alqueno inferior vía metátesis cruzada en la presencia de un primer catalizador de metátesis con una cantidad suficiente de propileno. El propileno se forma de una reacción de metátesis separada de etileno y 2-buteno en la presencia de un segundo catalizador de metátesis y el exceso de propileno se remueve continuamente. Los rendimientos de producto se optimizan separando las reacciones y seleccionando los catalizadores apropiados .

El método incluye un método de reacción catalítica en tándem- múltiple que proporciona un proceso eficiente para la producción de alto rendimiento de productos ácido acrílico y acrilato éster derivados de ácido crotónico. En ciertas modalidades, la biomasa residual, después de la conversión de PHA a ácido crotónico, se utiliza como una fuente de energía.

Un "catalizador de metátesis" se puede utilizar solo o en combinación con uno o más catalizadores adicionales. La reacción de metátesis se conduce en la presencia de una cantidad catalíticamente efectiva de un catalizador de metátesis. El término "catalizador de metátesis" incluye cualquier catalizador o sistema catalizador el cual cataliza la reacción de metátesis. La función fundamental de un catalizador de metátesis es facilitar el rearreglo de los enlaces dobles carbono-carbono a través de un proceso de coordinación metálica activada. Como tal, estos catalizadores se pueden utilizar para acoplar (metátesis cruzada o CM, por sus siglas en inglés) , escindir, abrir el anillo (ROM) , cerrar el anillo (RCM, por sus siglas en inglés) o polimerizar (ROMP, por sus siglas en inglés) un intervalo de compuestos olefínicos. Los catalizadores de metátesis particularmente útiles son los catalizadores de Grubbs los cuales se basan en un átomo de rutenio central rodeado por cinco ligandos : dos grupos donadores de electrones neutrales, dos grupos mono-aniónicos y un grupo alquilideno. La generación más nueva de catalizadores de metátesis, de rutenio tiene la ventaja de ser. capaz de manejarse en aire, reaccionar a temperaturas relativamente bajas y son tolerantes a varios grupos funcionales olefínicos incluyendo grupos próticos tales como alcoholes y ácidos todos mientras mantienen la alta actividad de catalizador (S, Connon, S.Bleichert (2003), Ang. Chem. Int. Ed. , 42, pl900) .

¦Estos catalizadores sintéticos representan una tecnología de avance la cual permite que la química de metátesis sea aplicada a moléculas funcionales tales como aceites grados derivados de aceite vegetal insaturado, ásteres de ácido graso, ácidos grasos hidroxilo y ésteres de poliol insaturados . Los catalizadores de metátesis ejemplares incluyen catalizadores de carbeno metálico a base de metales de transición, por ejemplo, rutenio, molibdeno, osmio, cromo, renio, y tunsgteno. Los catalizadores de metátesis a base de rutenio ejemplares, referidos generalmente como catalizadores de Grubb son particularmente útiles en la. metátesis de olefina. Los catalizadores de metátesis incluyen los "catalizadores de primera generación" , "catalizadores de segunda generación" originales (Ver Schrodi and Pederson, Aldrichimica ACTA Vol 40 (2) 45-52 (2007) y Patente de Estados Unidos No. 7,329,758) y "análogos de Hovedyda-Grubbs" . Estos ' catalizadores son especialmente útiles en reacciones con compuestos oxigenados .

Muchos factores influyen en las trayectorias catalíticas complejas de metátesis de olefina. Las presentes tecnologías catalíticas de metátesis tienen limitaciones que incluyen la desactivación catalítica, bajo recambio catalítico, inestabilidad catalítica y degradación y pobre selectividad por nombrar algunas. Estas limitaciones resultan en bajo rendimiento del producto y costos incrementados. El recambio catalítico es el número de moles de sustrato que un mol de catalizador puede convertir antes de llegar a inactivarse. Se ha estimado que para que la metátesis de olefina produzca suficiente producto en un proceso de biorefinería económicamente viable, el recambio catalítico debe ser mayor que cinco mil (Burdett et al., Oganometallies 23: 2027-2047 (2004) ) .

La desactivación del catalizador de metátesis frecuentemente involucra la inhibición de olefina terminal con la acumulación de productos insaturados . La desactivación límite del catalizador de metátesis cuando convierte etileno y butilenos a propileno se realiza pretratando o acondicionando el catalizador con cis 2-buteno, mientras que el pretratamiento con etileno se correlaciona con la desactivación catalítica. (Ver Lysenko et. al., J. of Organometa.ilic Che . , 691: 5197-5203 (2006)).

Los procesos y reacciones catalíticas en tándem múltiples descritos en la presente permiten la selectividad, desactivación reducida y otras condiciones de reacción que aumentan el rendimiento del producto ácido acrílico. El ácido crotónico es un ácido carboxílico con un enlace doble entre los carbonos C2 y C3. Los ácidos carboxílicos libres y etileno desactivan los catalizadores de metátesis. Convirtiendo el ácido crotónico a ácido acrílico en un proceso catalítico en tándem múltiple, los catalizadores de metátesis son de reacción específica y no se exponen al ácido carboxílico libre o al etileno. Cada etapa de la reacción completa se separa y optimiza para alto rendimiento.

En la primera etapa de un proceso ejemplar que ilustra el proceso catalítico en tándem múltiple, el ácido crotónico se convierte a crotonato éster de butilo utilizando un catalizador de esterificación. En la segunda etapa, el etileno y 2-buteno se convierten a propileno utilizando un catalizador el cual no es sensible a la desactivación por etileno. La selectividad de la reacción se maximiza por la remoción continua del propileno lo cual limita algunas reacciones secundarias no deseadas. Finalmente en la tercera etapa, el propileno se hace reaccionar con el crotonato de butilo utilizando otro diferente catalizador de metátesis específico para producir el acrilato de butilo y propileno.

La FIG. 12 detalla la reacción de metátesis general de propileno para producir butano y etileno. El punto de partida para el ciclo catalítico es carbeno metálico (I) . Este reacciona con propileno para generar el intermediario metalociclobutano (II) . Este anillo de cuatro miembros luego se fragmenta en la dirección opuesta para liberar el etileno y crear un nuevo carbeno metálico (III) , el cual reacciona con otro equivalente de propileno. La fragmentación del metalociclobutano (IV) resultante produce 2-buteno y regenera la carbina metálica inicial (I) la cual luego reingresa al ciclo catalítico.

En ciertas modalidades de la invención, se utiliza un catalizador de metátesis en la reacción en la ausencia de etileno u otro producto de desactivación o producto secundario. En otras modalidades, un catalizador de metátesis es sensible a etileno u otros compuestos de desactivación. En otras modalidades, el catalizador de metátesis reacciona con un alqueno asimétrico, por ejemplo propileno.

La selectividad y velocidades de reacción de cada etapa del proceso descrito en la presente se pueden optimizar por la selección del catalizador de metátesis apropiado. Los catalizadores que tienen una .actividad deseable bajo cada etapa de la reacción catalítica en tándem múltiple bajo condiciones de reacción variadas se pueden diseñar y probar comparando la velocidad de formación del producto. Nuevos catalizadores de metátesis están siendo desarrollados para cumplir la necesidad de la producción industrial de bioquímicos donde los catalizadores son más activos y realizan transformaciones más difíciles selectivamente en una variedad de condiciones de reacción con reactividad y velocidades de inicio adaptadas únicas. Estos catalizadores de metátesis serán adaptados a la estabilidad, reactividad y selectividad necesaria para la reacción de metátesis deseadas. En la presente también se contempla el desarrollo de nuevos catalizadores de metátesis que mejoran la reactividad, selectividad o velocidad de inicio de los métodos descritos en la presente. La optimización del catalizador de metátesis para reacciones específicas es posible cambiando los grupos de ligando unidos al centro •metálico. Por ejemplo, se encontró que dependiendo del tipo de ligandos de fosfina separables utilizados en los catalizadores de Grubbs, la velocidad de inicio de la reacción de metátesis se podría controlar. Esto es importante cuando se considera que dependiendo de la aplicación, es ventajoso emplear catalizadores que inician ya sea más lentamente (por ejemplo, para reacciones ROMP) o más rápidamente (por ejemplo, reacciones a baja temperatura) .

Las fuentes comerciales de catalizadores de metátesis incluyen Sigma-Aldrich, Materia y Elevance (Publicación de Patente de Estados Unidos No. US 2009/0264672) .

Los catalizadores de metátesis ejemplares adicionales incluyen, sin limitación, complejos de carbeno metálico seleccionados del grupo que consiste de molibdeno, osmio, cromo, renio, y tungsteno. El término "complejo" se refiere a un átomo metálico, tal como un átomo de metal de transición, con al menos un ligando o agente acomple ante coordinado o unido a este. Tal ligando típicamente es una base de Le is en complejos de carbeno metálico útiles para metátesis de alqueno o alquino. Los ejemplos típicos de tales ligandos incluyen fosfinas, haluros y carbenos estabilizados. Tales catalizadores de metátesis pueden emplear metales plurales o co-catalizadores metálicos (por ejemplo, un catalizador que comprende un haluro de tungsteno, un compuesto de tetraalquil estaño, y un compuesto organoaluminio) .

Un catalizador inmovilizado se puede utilizar para el proceso de metátesis. Un catalizador inmovilizado es un sistema que comprende un catalizador y un soporte, el catalizador se asocia con el soporte. Las asociaciones ejemplares entre el catalizador y el soporte pueden ocurrir por vía de enlaces químicos o interacciones débiles (por ejemplo, enlaces de hidrógeno, interacciones de donador y aceptor.) entre el catalizador, o cualquiera de las porciones del mismo, y el soporte o cualquiera de las porciones del mismo. El soporte se propone que incluya cualquier material adecuado para soportar el ( catalizador. Típicamente, los catalizadores inmovilizados son catalizadores de fase sólida que actúan en los productos y reactivos de fase gas o líquida. Los soportes ejemplares son polímeros, sílice o alúmina. Tal catalizador inmovilizado se puede utilizar en un proceso de flujo. Un catalizador inmovilizado puede simplificar la purificación de productos y la recuperación del catalizador de modo que la recirculación del catalizador puede ser más conveniente .

El proceso de metátesis se puede conducir bajo cualquiera de las condiciones adecuadas para producir los productos metatésicos deseados. Por ejemplo, estequiometría, química de coordinación entre el catalizador y sustratos, atmósfera, solvente, temperatura y presión se pueden seleccionar para producir un producto deseado y para minimizar los subproductos no deseables. El proceso de 1 metátesis se puede conducir bajo una atmósfera inerte. De manera similar, si el reactivo olefina se suministra como un gas, se puede utilizar un diluyente gaseoso inerte. El diluyente gaseoso inerte o atmósfera inerte típicamente es un gas inerte, que significa que el gas no interactúa con el catalizador de metátesis para sustancialmente impedir la catálisis. Por ejemplo, los gases inertes particulares se seleccionan del grupo que consiste de helio, neón, argón, nitrógeno y combinaciones de los mismos.

De manera similar, si se utiliza un solvente, el solvente elegido se puede seleccionar para ser sustancialmente inerte con respecto al catalizador de metátesis. Por ejemplo, los solventes sustancialmente inertes incluyen, sin limitación, hidrocarburos aromáticos, tales como benceno, tolueno, xilenos, etc.; hidrocarburos aromáticos halogenados, tales como clorobencenó y diclorobenceno ; solventes alifáticos, incluyendo pentano, hexano, heptano, ciclohexano, etc.; y alcanos clorados, tales como diclorometano, cloroformo, dicloroetano, etc.

En ciertas modalidades, la reacción de metátesis también se puede realizar sin el uso de solventes.

En otras modalidades, se puede agregar un ligando a la mezcla de reacción de metátesis. En muchas modalidades que utilizan un ligando, el ligando se selecciona para ser una molécula que estabiliza el catalizador, y por consiguiente puede proporcionar un número de recambio aumentado para el catalizador. En algunos casos, el ligando puede alterar la selectividad de la reacción y distribución del producto. Los ejemplos de ligandos que se pueden utilizar incluyen ligandos de base de Lewis, tales como, sin limitación, trialquilfosfinas , por ejemplo triciclohexilfosfina y tributil fosfina; triarilfosfina, tal como trifenilfosfina; diarilalquilfosfinas, tal como, difenilciclohexilfosfina; piridinas, tal como 2 , 6-dimetilpiridina, 2,4,6-trimetilpiridina; así como también otros ligandos básicos de Lewis, tales como óxidos de fosfina y fosfinitos. También pueden estar presentes aditivos durante la metátesis que aumentar el tiempo de vida del catalizador.

Cualquier cantidad útil del catalizador de metátesis seleccionado se puede utilizar en el proceso. Por ejemplo, la relación molar del reactivo a catalizador puede variar desde aproximadamente 5:1 a aproximadamente 10,000,000:1 o desde aproximadamente 50:1 a 500,000:1.

La temperatura de reacción de metátesis puede ser una variable de control de velocidad donde la temperatura se selecciona paira proporcionar un producto deseado a una velocidad aceptable. La temperatura de metátesis puede ser mayor que -40°C, puede ser mayor que aproximadamente -20°C, y típicamente es mayor que aproximadamente 0°C o mayor que aproximadamente 20 °C. Típicamente, la temperatura de reacción de metátesis es menor que aproximadamente 150°C, típicamente menor que aproximadamente 120 °C. Un intervalo de temperatura ejemplar para la reacción de metátesis varía desde aproximadamente 20°C a aproximadamente 120 °C.

La reacción de metátesis se puede correr bajo cualquier presión deseada. Típicamente, será deseable mantener una presión total que sea bastante alta para mantener el reactivo de metátesis cruzada en solución. Por lo tanto, cuando aumenta el peso molecular del reactivo de metátesis cruzada, el intervalo de presión menor típicamente disminuye puesto que el punto de ebullición del reactivo de metátesis cruzada aumenta. La presión total se puede seleccionar para ser mayor que aproximadamente 10 kPa, en algunas modalidades mayor que aproximadamente 30 kPa, o mayor que aproximadamente 100 kPa. Típicamente, la presión de reacción es no más de aproximadamente 7000 kPa, en algunas modaliades no más de aproximadamente 3000 kPa. Un intervalo de presión ejemplar para la reacción de metátesis es desde aproximadamente 100 kPa a aproximadamente 3000 kPa. Adicionalmente el pH puede variar desde aproximadamente 2-10.

En algunas modalidades, la reacción de metátesis se cataliza por un sistema que contiene un componente de metal tanto de transición como no transición. El número más activo y más grande de los sistemas de catalizador de metátesis se derivan de los metales de transición del Grupo VI A, por ejemplo, tungsteno y molibdeno.

El uso del catalizador de metátesis en la metátesis cruzada de olefina permite la selectividad de producto y reactividad de olefina. (A. Chatterjee et al., J.Am. Chem.Soc. 125:11360-11370 (2003)) .

Los catalizadores ejemplares incluyen pero no se limitan a los siguientes: Catalizador de 2a Generación de Catalizador de 2a Generación de Hoveyda-Grubbs Grubbs (1, 3 -Bis- (2,4 , 6-trimetilfenil) -2- l,3-Bis-(2,4 , 6-trimetilfenil) -2-imidazolidinilideno) dicloro (o- (imidazolidinilideno) diclorofenilm isopropoxifenilmetileno) rutenio etileno) (triciclohexilfosfina) rute nio Catalizador de Ia Generación de Catalizador de Schrock Hoveyda-Grubbs 2,6- (1, 3 -Bis- (2,4, S-trimetilfenil) -2- Diisopropilfenilimidoneofilideno (imidazolidinilideno) diclorofenilmet molibdeno (VI) bis (hexafluoro- t-ileno) (triciclohexilfosfina) rutenio butóxido) Proceso de Biorefinería Continuo Las modalidades útiles del proceso de biorefinería continuo son la producción de ácidos acrílicos de base biológica y productos relacionados derivados por reacciones catalíticas en tándem múltiples a partir de biomasa de PHA derivada de ácido crbtónico. Este proceso es una conversión altamente eficiente de carbono de una biofuente a ácido acrílico y productos relacionados para el uso en una variedad de aplicaciones.

Biomasa Residual Como se usa en la presente, los "líquidos de pirólisis" se definen como un fluido de baja viscosidad con hasta 15-20% de agua, típicamente conteniendo azúcares, aldehidos, furanos, cetonas, alcoholes, ácidos carboxílieos y ligninas. También conocido como bio-combustible , este material se produce por pirólisis, típicamente pirólisis rápida de biomasa a una temperatura que es suficiente para descomponer al menos una porción de la biomasa en gases y líquidos recuperables que pueden solidificarse en reposo. En algunas modalidades, la temperatura que es suficiente para descomponer la biomasa es una temperatura entre 400°C a 800°C.

En otras modalidades, el proceso incluye torrar la biomasa residual. En ciertas modalidades, la torrefacción incluye mantener la biomasa residual a una temperatura de 200 °C a 350 °C. En otras modalidades, la torrefacción incluye mantener la biomasa residual a una temperatura por un período de tiempo de 10 a 30 minutos, por ejemplo, 12 minutos, 13 minutos, 14 minutos, 15 minutos, 16 minutos, 17 minutos, 18 minutos, 19 minutos, 20 minutos, 21 minutos, 22 minutos, 23 minutos, 24 minutos, 25 minutos, 26 minutos, 27 minutos, 28 minutos, 29 minutos o más de 30 minutos.

Como se utiliza en la presente, "torrefacción" se refiere al proceso de torrefacción, el cual es un término reconocido en el arte que se refiere al secado de la biomasa. El proceso típicamente involucra calentar una biomasa en un intervalo desde 200-350°C, durante una duración relativamente larga (por ejemplo, 10-30 minutos) , típicamente en la ausencia de oxígeno. El proceso resulta en una biomasa torrada que tiene un contenido de agua que es menor que 7% en peso de la biomasa. La biomasa torrada luego se puede procesar adicionalmente .

Aplicaciones Los productos químicos de base biológica producidos a partir de la biomasa (por ejemplo, ácido crotónico, ácido acrílico, propileno, butano, etc.) se pueden utilizar como materiales de partida para una amplia variedad de aplicaciones. Por ejemplo, el ácido acrílico y sus ésteres fácilmente se combinan con si mismos u otros monómeros (por ejemplo, acrilamidas, acrilonitrilo, vinilo, estireno, y butadieno) por reacción en su enlace doble, formando homopolímeros o copolímeros los cuales se utilizan en la manufactura de varios plásticos, manufactura de papel y revestimientos, pinturas caseras para exteriores para madera y albañilería, · revestimientos para tablas comprimidas y materiales de construcción relacionados, floculación de finos de menas minerales y agua de desechos, y tratamiento de aguas residuales, tintas de impresión, pinturas para pared interiores, pulidores de piso, recubrimientos de piso y pared, imprimadores industriales, apresto textil, tratamiento y acabado, impregnación de cuero y selladores de terminado y albañilería, revestimientos, adhesivos, elastómeros, así como también pulidores de piso, y pinturas. El ácido acrílico también se utiliza en la producción de materiales poliméricos tal como ácido poliacrílico, el cual es un componente principal de pañales superabsorbentes.

Igualmente, el propileno es materia prima de una amplia variedad de productos incluyendo polipropileno, un polímero versátil utilizado en . el envasado y otras aplicaciones. Es el segundo material de alimentación petroquímico de más alto volumen después del etileno. El propileno y benceno se convierten a acetona y fenol vía el proceso de eumeno. El propileno también se utiliza para producir isopropanol (propan-2-ol) , acrilonitrilo, óxido de propileno (epoxipropano) y epiclorohidrina .

EJEMPLOS La presente tecnología se ilustra adicionalmente por los siguientes ejemplos, los cuales no serán construidos como limitantes en alguna manera.

Métodos Experimentales Medición de los Productos de Degradación Térmica por Pirólisis-Cromatografía de Gas-Espectroscopia de Masas (Py-GC-MS) .

Para identificar y semi-cuantificar los compuestos monoméricos generados a partir de biomasa seca mientras se calientan a varias temperaturas, se utilizó un GC-MS Agilent 7890A/5975 equipado con un pirolizador Frontier Lab PY-2020 D. Para esta técnica, se pesó una muestra en una taza de acero y se cargó en el automuestreador del pirolizador. Cuando el pirolizador y GC-MS se iniciaron, la taza de acero se colocó automáticamente en el pirolizador el cual se ha establecido a una temperatura específica. La muestra se mantuvo en el pirolizador por un corto período de tiempo mientras los volátiles se liberaron por la muestra. Los volátiles luego se barrieron utilizando gas helio en la columna de GC donde se condensaron sobre la columna la cual está a temperatura ambiente. Una vez que la pirólisis es terminada, la columna de GC se calienta a una cierta velocidad para eluir los volátiles liberados de la muestra. Los compuestos volátiles luego se barrieron utilizando gas helio en un detector de espectro de masas/ionización electrónica (intervalo de masa de 10-700 daltones) para identificación y cuantificación .

Para los siguientes ejemplos, 200-400 µg de biomasa seca se pesaron en una taza de acero del pirolizador utilizando una microbalanza . La taza luego se cargó en el automuestreador del pirolizador. El pirolizador se programó para calentar a temperaturas que varían desde 300-350°C por una duración de 0.2-1 minutos. La columna de GC utilizada en los ejemplos fue ya sea una columna capilar Frontier Lab Ultra Alloy o una columna HP-5MS (longitud 30m, ID 0.25 µp?, espesor de película 0.25 µp\) . La GC luego se programó para calentar desde temperatura ambiente a 70 °C durante 5 minutos, luego a 240°C a 10°C/min por 4 min. y finalmente a 270°C a 20°C/min por 1.5 min. El tiempo de corrida de GC total fue 25 minutos . Los picos mostrados en el cromatograma se identificaron por la mejor correlación de probabilidad con los espectros de una biblioteca espectral de masa NIST.

EJEMPLO 1: Generación de Ácido Crotónico de Base Biológica a partir de la Pirólisis de Tabaco Genéticamente Modificado Que Expresa Poli-3-hidroxibutirato.

En este ejemplo, se muestra que el calentamiento de la biomasa de planta genéticamente modificada que contiene poli-3HB genera monómero de ácido crotónico de base biológica. El tabaco se modificó genéticamente para expresar poli-3HB y se cultivó bajo condiciones de invernadero que producen biomasa de planta que contiene 10% poli-3HB en una base de hoja seca. Las hojas de tabaco se removieron de sus plantas, - se secaron a <5% en peso de humedad y se molieron manualmente a un tamaño de partícula de < 1 mm. Una porción del polvo de hoja de tabaco luego se mezcló, con una pasta aguada de cal acuosa (Ca(OH)2 95%+ Sigma Aldrich) y se secó a 110°C en un horno previo a ser sometida a Py-GC-MS a 350°C. La concentración final de cal en la biomasa de tabaco seca fue 5% en peso. Las FIGs . 2 y 3 muestran las gráficas de Py-GC-MS para el catalizador de Tabaco sin cal y con cal mientras que las Tablas 1 y 2 listan los tiempos de retención de pico de cromatograma y correlaciones de biblioteca de espectros de masas. Los resultados muestran que a 350°C, los compuestos principales generados por calentamiento del Tabaco con 10% poli-3HB fueron C02 , ácido acético y ácido crotónico. Los primeros dos compuestos volátiles se originaron de los polisacáridos y semicelulosas presentes en la planta de Tabaco mientras el ácido crotónico (cis y trans) se originó del poli-3HB. Cuando se agregó' la cal al Tabaco + poli- (3HB) , el efecto total fue aumentar la cantidad relativa de C02 generado. La adición de iones metálicos (potasio, calcio y litio) a la madera se ha mostrado que aumenta las velocidad de ciertas reacciones pirólisis especialmente reacciones de descarboxilación de lignina, hemicelulosa y celulosa (G.Richards and G.Zheng, J". of Anal, and Applied Pyrolysis, 21(1991), pl33) . Esto podría dar razón del gran aumento de C02 generado durante la pirólisis del Tabaco después de la adición del catalizador de cal. El catalizador también pareció suprimir la generación de picos con tiempos de retención en la región de 9-10 minutos los cuales fueron identificados como compuestos tipo éster y alcohol.

Tabla 2. Tiempos de retención de pico de GC-MS y compuestos generados durante la pirólisis a 350°C de Tabaco · con 10% poli-3HB.

Tabla 3. Tiempos de retención de pico de GC-MS y compuestos generados durante la pirólisis a 350°C de Tabaco con 10% poli-3HB + 5% cal.

EJEMPLO 2 : Hidrólisis Lignocelulósica Seguida por la Generación de Ácido Crotónico de Base Biológica a partir de la Pirólisis de Tabaco Genéticamente Modificado Que Expresa Poli - 3 -hidroxibutirato .

En este ejemplo, se describe un proceso donde la biomasa de planta que contiene poli-3HB primero se procesa para remover los azúcares solubles y otros componentes y luego se calienta para generar ácido crotónico de base biológica. El tabaco modificado genéticamente para expresar poli-3HB a 10% en peso en la hoja de la planta se recolectó después de crecer a tamaño completo en un invernadero. Un total de 100 g de hojas de tabaco secas que contienen aproximadamente 10 g de PHA se colectaron y molieron a < 1 mm de tamaño. Las hojas molidas luego se sometieron a un procedimiento de hidrólisis estándar utilizando ácido diluido y enzima produciendo azúcares solubles (40 g) , solubles no identificados (20 g) , y biomasa seca residual (40 g) . La biomasa residual se analizó por GC (ver Doi, Microbial Polyesters, John Wiley& Sons, 1990, p24) indicando un contenido de PHA total de aproximadamente 8 g (80% de recuperación de PHA) . Este residuo seco se sometió a GC de pirólisis a 350°C produciendo ácido crotónico a una recuperación de 90% y pureza de >95% (cis y trans combinado) . EJEMPLO 3: Generación de Ester de Ácido Acrílico de Base Biológica a partir de la Pirólisis de una Biomasa Genéticamente Modificada Que Produce Poli-3-hidroxibutirato Seguida por Metátesis de Ácido Crotónico.

En el ejemplo previo, se mostró cómo la biomasa + poli-3HB se podría utilizar para generar ácido crotónico de base biológica por calentamiento a temperaturas donde la descomposición térmica de poli-3HB se inicia. El ácido crotónico recuperado de este proceso podría ser transformado adicionalmente en intermediarios químicos valiosos utilizando reacciones de metátesis cruzada. Este ejemplo detalla un método para convertir el ácido crotónico a ásteres de ácido acrílico utilizando un proceso de catalizador en tándem múltiple.

La metátesis cruzada es el acoplamiento de dos reactivos que contienen enlaces de carbono insaturados y se han limitado históricamente a compuestos de partida que no tienen algunos grupos funcionales tales como olefinas simples (etileno, propileno, etc.). Los catalizadores orgánicos a base de rutenio los cuales ahora están siendo manufacturados por Materia (Patentes de Estados Unidos Nos. 6,620,955 y 7,026,495) y desarrollados por Elevance (Solicitud de Patente de Estados Unidos 2009/0264672) representan una tecnología de avance la cual permite que la química de metátesis cruzada sea aplicada a moléculas funcionales tales como ácidos grados derivados de aceite vegetal insaturado,' ésteres de ácido graso, ácidos grasos de hidroxilo y ésteres de poliol . insaturados. El ácido crotónico es otra molécula (un ácido carboxílico de cadena corta insaturado) que se presta por si sola a esta nueva forma de metátesis cruzada con olefinas tal como etileno, incluyendo etileno bio-derivado a partir de deshidratación de etanol, para producir ásteres de ácido acrílico. Un desafío, sin embargo, en hacer, reaccionar el monómero dé etileno con catalizadores de metátesis es la propensión del etileno a desactivar o degradar el catalizador lo cual conduce a bajas velocidades de conversión y pérdida de rendimiento (Z. Lysenko et.al. (2006), J. of Organometallic Chem. , 691, p5197; X. Lin et.al. (2010), J. of Molecular Catalysis A: Chemical , 330, p99; K. Burdett et al. (2004), Organometallics , 23, p2027, incorporada para referencia en la presente) . Esto es especialmente importante cuando se desarrollan aplicaciones industriales que utilizan catalizadores de metátesis para la producción de producto químico de base biológica.

En la presente se describe el uso de un proceso de catálisis en tándem múltiple donde el catalizador de metátesis primario (catalizador #3. posterior) no se expone al etileno. En la primera etapa del proceso, el ácido crotónico se convierte al crotonato éster de butilo utilizando un catalizador de esterificación conocido por aquellos expertos en el arte, pero podría incluir ácidos, hidróxidos de metal alcalino, alcóxidos y carbonatos, enzimas y bases no iónicas, tales como aminas, amidinas, guanidinas y triamino ( imino) fosfóranos . La reacción de esterificación también puede proceder vía la conversión del ácido crotónico a cloruro de crotonilo y luego reaccionar con un alcohol. Una ventaja de la última reacción es que no es reversible. En la segunda etapa, el etileno y 2-buteno se convierten a propileno utilizando un catalizador el cual no es sensible a la desactivación por etileno tal como los catalizadores de molibdeno-alquilideno o tungsteno-alquilideno de Schrock (Schrock et al. (1988), J". Am. Chem. Soc . , 110, pl423). La selectividad de la reacción se maximiza por la remoción continua del propileno lo cual limita algunas reacciones secundarias no deseadas. Finalmente en la tercera etapa, el propileno se hace reaccionar con el crotonato de butilo utilizando un catalizador de Hoveyda-Grubb de segunda generación (tal como ( 1 , 3 -bis ( 2 , 4 , 6- trimetilfenil ) - 2 -imidazolidinilideno) dicloro (o-isopropoxifenilmetileno) rutenio) para producir acrilato de butilo y propileno. Los catalizadores de este tipo se utilizan para hacer reaccionar sustratos altamente deficientes de- electrones a presión atmosférica y temperaturas de 5-30°C. En este esquema de reacción, el catalizador de metátesis nunca se expone a etileno y por lo tanto es capaz de mantener altas velocidades de reacción y altos rendimientos necesarios para los procesos bioquímicos industriales. Las reacciones de catálisis en tándem múltiples para transformar el ácido crotónico a acrilato de butilo se muestran a continuación: Etapattl: Etapa ffi: La clave para la transformación anterior es la conversión del ácido crotónico al éster (los catalizadores de metátesis se pueden inactivar por ácidos carboxílieos libres) y el uso de propileno y no etileno para la conversión del crotonato de butilo a acrilato de butilo. El uso de otros alcoholes, como etanol, produciría otros ásteres de ácido acrílico.

El 2-buteno producido vía la reacción de la Etapa (3) se puede utilizar como un material de alimentación químico para la conversión a butadieno o vía metátesis con etileno a propileno por la reacción de la Etapa (2) . En el caso donde el etileno se deriva de etileno producido de manera renovable, el propileno resultante sería un producto químico completamente de base biológica.

Para realizar las reacciones anteriores en una escala de laboratorio, se podrían tomar 5 g de biomasa microbiana o de planta que contiene poli-3HB tal como aquella descrita en el Ejemplo 1 y calentar a presión atmosférica bajo nitrógeno a 300°C. Los vapores luego se enfrían con solidificación directa del ácido crotónico sobre una superficie fría mantenida a 20°C (el punto de fusión crotónico es 70°C) . Aproximadamente 3 g de ácido crotónico se recuperan para la catálisis en tándem múltiple subsecuente como se. resume en las reacciones anteriores. La FIG. 4 muestra un Diagrama de Flujo de Proceso (PFD) que · ilustra la producción industrial integrada de acrilato y propileno a partir de materiales de partida de etileno y ácido crotónico, mientras que la FIG. 5 muestra la esterificación e hidrogenación del ácido crotónico .

EJEMPLO : Generación de Butanol de Base Biológica a partir de la Pirólisis de una Biomasa Genéticamente Modificada Que Produce Poli - 3 -hidroxibutirato Seguida por la Hidrogenación Directa de Ácido Crotónico.

El siguiente ejemplo describe la generación de ácido crotónico de base biológica a partir de biomasa que contiene poli-3HB y luego la conversión del ácido crotónico a butanol de base biológica vía la hidrogenación. 5 g de biomasa microbiana o de planta que contiene poli-3HB se calentaron a presión atmosférica bajo nitrógeno a 300°C. Los vapores generados se enfriaron con solidificación directa del ácido crotónico sobre una superficie fría mantenida a 20°C (el punto de fusión crotónico es 70 °C) . Aproximadamente 3 g de ácido crotónico se recuperaron para la hidrogenación subsecuente. Un autoclave de 50 mL se cargó con 5 g de agua, 2 g de ácido crotónico y 0.3 g de un catalizador de Ru-Sn-Pt como se describe en el Ejemplo 3 de la Patente de Estados Unidos No. 6,495,730. Después de lavar a chorro el autoclave con nitrógeno, se introdujo gas hidrógeno seguido por presurización del autoclave a 20 bar y elevación de temperatura a 180°C. Después de lograr la temperatura objetivo el reactor se dejó proceder por 6 horas. En la terminación de la reacción, el reactor se enfrió y despresurizó seguido por lavado a chorro con nitrógeno. Los contenidos de autoclave se descargaron y el catalizador se separó por decantación. El catalizador se lavó con agua DI adicional que se combinó con el sobrenadante. Una alícuota del sobrenadante se filtró y analizó por HPLC a % de conversión determinado de ácido crotónico y el % de rendimiento de butanol en una base molar. Alternativamente, el material de alimentación para la hidrogenación anterior podría ser un crotonato éster como el crotonato de butilo formado en el Ejemplo 3. El crotonato de butilo luego formaría 2 moles de butanol después de la hidrogenación. La reacción se muestra a continuación : Reacción de Hidrogenación: o catalizador / ^0!^X + H2 ? 2 /\^OH La FIG. 5 muestra el proceso industrial integrado para la producción de butanol vía hidrogenación y esterificación de ácido crotónico.

EJEMPLO 5 : Generación de Anhídrido Maleico de Base Biológica Por Pirólisis de una Biomasa Genéticamente Modificada Que Produce Poli-3-hidroxibutirato Seguida por Oxidación Catalítica .

Este ejemplo muestra cómo se puede generar el anhídrido maleico de base biológica (MAN, por sus siglas en inglés) a partir de ácido crotónico de base biológica por oxidación catalítica. 5 g de biomasa microbiana o de planta que contiene poli-3HB se sometieron a calentamiento a presión atmosférica bajo nitrógeno a 300°C. Los vapores generados se •enfriaron con solidificación directa del ácido crotónico sobre una superficie fría mantenida a 20°C (el punto de fusión crotónico es 70°C) . Aproximadamente 3 g de ácido crotónico se recuperaron para la oxidación subsecuente. El ácido crotónico se alimentó con una bomba a través de un rotámetro de líquido a la parte superior de un vaporizador eléctricamente calentado donde se puso en contacto con un aire alimentado a través de un rotámetro separado al fondo del vaporizador. El vaporizador se operó de 150°C a 200°C.y se llenó con lana de acero inoxidable para segurar buena transferencia de calor y eficiente vaporización y mezclado del ácido crotónico y aire. La mezcla luego se envío a un precalentador eléctricamente calentado, también llenado con lana de acero inoxidable, y se calentó de-250°C a 300°C. La corriente de vapor se envió a un lecho de catalizador fijo que consiste de 1/8 gránulos de alúmina impregnados con pentóxido de vanadio (como se describe con más detalle en Church, J.M. and Bitha, P., "Catalytic air oxidation of crotonaldehyde to maleic anhydride" , I&EC . Product Research and Development, Vol. 2 (1), 1963, pp 61-66) contenidos dentro de un recipiente de reactor enchaquetado. El reactor se calentó eléctricamente para puesta en marcha y se enfrió utilizando aceite de transferencia de calor circulante para mantener las condiciones del reactor. Los gases de salida se alimentaron a un separador ciclónico enfriado con agua para permitir que el anhídrido maleico y ácido crotónico se condensaran. Cualquier producto no condensado y aún presente en los gases ligeros luego se absorbió en una torre empacada con agua fría circulante utilizada como líquido de lavado de contacto directo. Al final de la corrida el producto líquido del separador ciclónico y líquido de lavado se colectaron y analizaron para calcular el rendimiento de MAN (como porcentaje de lo teórico) y conversión del ácido crotónico. La FIG. 6 muestra con más detalle un diagrama esquemático del proceso para la conversión de ácido crotónico a anhídrido maleico.

EJEMPLO 6: Generación de d-Valerolactona a partir de un Microbio Genéticamente Modificado Que Produce Poli-5HV.

La biomasa microbiana que contiene poli- (5-valerolactona) (poli-5HV) se preparó por un proceso de fermentación que utiliza los procedimientos descritos en WO 2010/068953. Una cepa de E. coli genéticamente modificada específicamente diseñada para la producción de poli-5HV a partir de jarabe de glucosa como una fuente, de alimentación de carbono. Después que la fermentación se completó, 100 g del caldo de fermentación (por ejemplo, biomasa de P5HV) se mezclaron con pasta aguada acuosa que contiene 10% en peso de cal (Ca(OH) 2 95+%, Sigma Aldrich) . Una porción de 2 g de la mezcla de caldo + P5HV + cal luego se secó en una bandeja de aluminio a 150°C utilizando una balanza de calor infrarrojo (Analizador de Humedad MB-45 Ohaus) a pesó constante. El agua residual que permaneció fue <5 % en peso. La concentración de cal final en el caldo seco fue 50 g de cal/kg de sólidos secos o 5% en peso. También se preparó una muestra que contiene solamente caldo de fermentación seco +" P5HV (sin adición de cal) . Las muestras luego se analizaron por Py-GC-MS a una temperatura de pirólisis de 300°C.

Las FIGs . 7 y 8 muestran los cromatogramas de GC-MA para caldo seco + poli-5HV y caldo seco + poli-5HV con 5% cal agregada respectivamente. En los cromatogramas, también se listan los compuestos correspondientes a los picos de GC mayores. Los compuestos menores generados a 300°C de las muestras incluyeron C02, ácido acético, acetaldehído y agua vistos al comienzo del cromatograma de GC. Los compuestos mayores generados del calentamiento de las muestras a 300°C fueron valerolactona (etiquetada como ácido valérico) a tiempo de retención de 8.7 minutos y una impureza a 6.4 minutos identificada como alcohol furfurílico. El poli-5HV fue la fuente para el compuesto valerolactona y probablemente el azúcar no metabolizado fue la fuente del alcohol furfurílico. La adición del catalizador de cal a la biomasa + poli-5HV se mostró que inhibe la generación de alcohol furfurílico y también un grupo de picos no identificados a 14-18 minutos. La generación del alcohol furfurílico también se mostró que es dependiente de la temperatura utilizada para la pirólisis reactiva. Por ejemplo, cuando el calentamiento se realizó a 250°C, la generación de alcohol furfurílico a partir de caldo seco + poli-5HV fue mucho menor que a 300°C. EJEMPLO 7 : Generación de Ácido Acrílico d Base Biológica a partir de la Pirólisis de Poli-3-hidroxipropionato derivado de Planta.

En este ejemplo, se muestra la factibilidad para generar ácido acrílico por pirólisis de una fuente de biomasa de planta de poli-3-hidroxipropionato (poli 3-HP) .

El poli-3HP se preparó por fermentación utilizando una cepa de E. coli genéticamente modificada específicamente diseñada para la producción de ppli-3HP a partir de jarabe de glucosa como, una fuente de alimentación de carbono. Los ejemplos de las de E. coli, condiciones de fermentación, medio y condiciones de alimentación se describe en las Patentes de Estados Unidos Nos. 6,316,262; 6,323,010; 6,689,589; 7,081,357; 7,202,064 y 7,229,804. El poli-3HP fue extraído con solvente de la biomasa microbiana utilizando metil propil cetona calentada a 75°C. Heptano frío luego se agregó a la solución para precipitar el poli-3HP. El precipitado luego se filtró, se lavó con metanol y se secó en vacío durante la noche. Pasto aguja tipo silvestre, como se describe en la Publicación de Patente de Estados Unidos No. US 2009/0271889 Al creció bajo condiciones de invernadero y las hojas senescentes se colectaron después de que se volvieron marrones y se secaran en la planta. Las hojas luego se mezclaron con 10% en peso de soluciones acuosas que contienen ya sea carbonato de sodio (Na2C03, 99.5+%, Sigma Aldrich) o sulfato ferroso hidratado (FeS04 7H20, JT Baker, 222 Red School Lañe, Phillipsburg, NJ 08865) . Varios catalizadores disponibles para la conversión de 3HP a ácido acrílico se describen en la Patente de Estados Unidos No. 2,361,036. Después del mezclado, las mezclas de pasto aguja + catalizador luego se secaron a 110°C y se criotrituraron utilizando un Molino Congelador Spex Sample Prep 6870 Freezer Mili. El tamaño de partícula final fue <0.5mm.

Las muestras secas de pasto aguja + catalizador + poli-3HP se analizaron por Py-GC-MS para identificar los compuestos producidos durante la pirólisis de poli-3HP en la presencia de biomasa de planta a 300°C. Para preparar las muestras de pirólisis, el poli-3HP primero se disolvió en cloroformo a 5% y se agregó por goteo a una taza de acero de automuestreador de pirólisis. La mezcla seca de pasto aguja + catalizador luego se agregó a la taza y el cloroformo se evaporó bajo vacío. El porcentaje en peso de poli-3HP en la mezcla de biomasa seca se dirigió a 20% mientras el catalizador se dirigió a 5% en peso de biomasa seca. Las tazas de muestra de pirólisis que contienen solamente pasto aguja y poli-3HP a 20% en peso también se prepararon y analizaron para propósitos comparativos.

La Fig. 9 muestra el cromatograma de Py-GC-MS para pasto aguja + poli-3HP sin catalizador presente. Los picos mayores de interés generados del poli-3HP fueron ácido acrílico a 3.7 minutos y dímero de ácido acrílico a 9.3 minutos. Las FIGs. 10 y 11 muestran el cromatograma de Py-GC-MS para pasto aguja + poli-3HP con los catalizadores Na2C03 y FeS04 respectivamente. La producción del dímero de ácido acrílico durante la pirólisis de poli-3HP no fue esperada ya que el ácido acrílico es muy reactivo a altas temperaturas aún en la presencia de inhibidores de polimerización. Sin embargo, se encontró que la generación del dímero de ácido acrílico fue minimizada más efectivamente en la presencia del catalizador de sulfato de hierro hidratado en comparación con el catalizador de carbonato de sodio. También se encontró que las temperaturas de pirólisis mayores minimizan la generación de dímero de ácido acrílico.

EJEMPLO 8: Generación de Glicólido a partir de la Pirólisis de un Microbio Genéticamente Modificado Que Produce Ácido Poli-glicólico.

Se esperó que la adición de sales metálicas en exceso a los caldos de fermentación que contienen el biopolímero de PHA ácido poli-glicólico (PGA, por sus siglas en inglés) tuviera el mismo efecto durante la pirólisis a 300°C como se demostró para el poli-5HV en el Ejemplo 6. El PGA cuando se sometió a pirólisis desde aproximadamente 200°C a aproximadamente 350°C descomprimió el PGA en el extremo de la cadena ?-?? del polímero para formar los componentes de raonómero o dímero de glicólido.

Las modalidades, ilustrativamente descritas en la presente se pueden practicar adecuadamente en la ausencia de cualquier elemento o elementos, limitación o limitaciones, no específicamente descritos en la presente. Por consiguiente, por 'ejemplo, los términos "comprendiendo", "incluyendo", "conteniendo", etc. se deberán leer expansivamente y sin limitación. Adicionalmente, · los términos y expresiones empleados en la presente se han utilizado como términos de descripción y no de limitación, y no hay intención en el uso de tales términos y expresiones de excluir cualquiera de los equivalentes de las características mostradas y descritas o porciones de las mismas, sino se reconoce que varias modificaciones son posibles dentro del alcance de la tecnología reivindicada. Adicionalmente, la frase "consiste esencialmente de" se entenderá que incluye aquellos elementos específicamente citados y aquellos elementos adicionales que no afectan materialmente las características básicas y nuevas de la tecnología reivindicada. La frase "consiste de" excluye cualquier elemento no especificado.

La presente descripción no será limitada en términos de las modalidades particulares descritas en esta solicitud. Muchas modificaciones y variaciones se pueden hacer sin apartarse de su espíritu y alcance, como será evidente por aquellos expertos en el arte. Los métodos y composiciones funcionalmente equivalentes dentro del alcance de la descripción, además de aquellos enumerados en la presente, serán evidentes por aquellos expertos en el arte a partir de las descripciones anteriores. Tales modificaciones y variaciones se proponen para caer dentro del alcance de las reivindicaciones anexas. La presente descripción será limitada solamente por los términos de las reivindicaciones anexas, junto con el alcance completo de los equivalentes al cual tales reivindicaciones se autorizan. Se entenderá que esta descripción no se limita a los métodos, reactivos, compuestos, composiciones o sistemas biológicos particulares, la cual desde luego varía. También se entenderá que la terminología utilizada en la presente es para el propósito de describir las modalidades particulares solamente, y no se propone que sea limitante.

Además, donde las características o aspectos de la descripción se describen en términos de grupos Markush, aquellos expertos en el arte reconocerán que la descripción también se describe en términos de cualquier miembro o subgrupo individual de miembros del grupo Markush.

Todas las publicaciones, solicitudes de patente, patentes emitidas, y otros documentos referidos a esta descripción se incorporan en la presente para referencia como si cada publicación, solicitud de patente, patente emitida, u otro documento individual fuera específicamente e individualmente indicada para ser incorporada para referencia en su totalidad. Las definiciones que están contenidas en el texto incorporado para referencia se excluyen al grado que contradicen las definiciones én esta descripción.

Las enseñanzas de todas las patentes, solicitudes publicadas y referencias citadas en la presente se incorporan para referencia en su totalidad.

Mientras que esta invención se ha mostrado y descrito particularmente con referencias a las modalidades ejemplares de la misma, se entenderá por aquellos expertos en el arte que los diversos cambios en forma y detalles se pueden hacer en la presente sin apartarse del alcance de la invención abarcado por las reivindicaciones anexas .

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes · reivindicaciones: 1. Un método para producir un componente monomérico a partir de una biomasa de polihidroxialcanoato (PHA) genéticamente modificada, caracterizado porque comprende: calentar la biomasa en la presencia de un catalizador para liberar un componente monomérico del PHA, en donde el rendimiento del componente monomérico es aproximadamente 70% con base en un gramo del componente monomérico por gramo de polihidroxialcanoato . 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente monomérico es glicólido, ß-propiolactona, 3 -hidroxipropiolactona, ácido acrílico, ácido crotónico, d-valerolactona, o una mezcla de dos o más de los mismos. 3. El método de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la biomasa se seca antes del calentamiento. . El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la biomasa es de un huésped recombinante seleccionado de un cultivo de plantas, bacterias, una levadura, un hongo, un alga, una cianobacteria, o una mezcla de dos o más de los mismos. 5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el huésped es bacteria. 6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la bacteria se selecciona de Escherichia coli, Alcaligenes eutrophus (renombrada como Ralstonia eutropha) , Bacillus spp. , Alcaligenes latus, Azotobacter, Aeromonas, Co amonas, Pseudomonads, Pseudomonas, Ralstonia, Klebsiella) , Synechococcus sp PCC7002, Synechococcus sp. PCC 7942, Synechocystis sp . PCC 6803, Thermosynechococcus elongatus , BP-I, Chlorobium tepidum Chloroflexusauranticus, Chromatium tepidum, Chromatium vinosum Rhodospirillum rubrum, Rhodobacter capsulatus, y Rhodopseudomonas palustris . 7. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el huésped es un cultivo de planta. 8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el cultivo de planta se selecciona de tabaco, caña de azúcar, maíz, pasto aguja, sorgo miscanthus, sorgo dulce, o una mezcla de dos o más de los mismos. 9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado . porque el polihidroxialcanoato es uno o más seleccionado de poli-3-hidroxipropionato, poli-3-hidroxibutirato, poli-4-hidroxibutirato, poli-5-hidroxivalerato, o un copolímero de los mismos. 10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, - caracterizado porque el calentamiento es a una temperatura desde aproximadamente 200 °C a aproximadamente 350°C. 11. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3-10, caracterizado porque el secado es a una temperatura de 100 °C a 17.5 °C. 12. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3-11, caracterizado porque la biomasa seca tiene un contenido de agua de 5% en peso o menos. 13,. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-12, caracterizado porque el calentamiento es por aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 30 minutos. 1 . El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el periodo de tiempo es de 1 minuto a 2 minutos. 15. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque además comprende recuperar el componente monomérico. 16. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el catalizador es un catalizador metálico o un catalizador orgánico . 17. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque además comprende modificar el componente monomérico. 18. El método de conformidad con cualquiera de la reivindicación 17, caracterizado porque la modificación del ,5 componente monomérico es por hidrogenación, esterificación, amidación o combinaciones de los mismos. 19. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente monomérico es ácido crotónico, y además comprende hacer reaccionar el ácido 0 crotónico formando un crotonato éster de alquilo inferior; y hacer reaccionar el crotonato éster de alquilo inferior bajo condiciones adecuadas para formar un acrilato de alquilo inferior y un alqueno inferior vía metátesis cruzada en la presencia de un primer catalizador con una cantidad 5 suficiente de propileno. 20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el propileno se forma de una reacción de metátesis de etileno y 2-buteno en la presencia de un segundo catalizador y el exceso de propileno se remueve 0 continuamente. 21. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente monomérico es ácido crotónico, y además comprende hacer reaccionar el ácido crotónico formando un crotonato éster de alquilo inferior; 25 hacer reaccionar el crotonato en la presencia de un segundo catalizador para formar un alcohol. 22. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el primer catalizador es un catalizador de metátesis. 23. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el primer catalizador no se expone a etileno. · 24. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el primer catalizador es un · catalizador de metátesis cruzada de Hoveyda-Grubb. 25. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el catalizador es 1 , 3 -bis (2 , 4 , 6- trimetilfenil) -2-imidazolidinilideno) dicloro (o- isopropoxifenilmetileno.) rutenio . 26. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el segundo catalizador es un catalizador de metátesis. 27. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el alquilo inferior es butilo, y el alqueno inferior es buteno . 28. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el monómero es ácido crotónico, y además comprende hacer reaccionar el ácido crotónico para formar un crotonato éster de butilo, e hidrogenar el crotonato éster de butilo para formar dos moles de butanol. 29. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 19-28, caracterizado porque la biomasa se seca previo al calentamiento. 30. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 19-29, caracterizado porque la biomasa es de un huésped recombinante seleccionado de un cultivo de plantas, bacterias, levaduras, hongos, algas, cianobacterias , o una mezcla de dos o más de los mismos. 31. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el huésped es bacteria. 32. El método de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque la bacteria se selecciona de Escherichia coli, Alcaligenes eutrophus (renombrada como Ralstonia eütropha) , Bacillus spp. , Alcaligenes latus, Azotobacter, Aeromonas, Comamonas, Pseudomonads, Pseudomonas, Ralstonia, Klebsiella) , Synechococcus sp PCC7002, Synechococcus sp. PCC 7942, Synechocystis sp. PCC 6803, Thermosynechococcus elongatus BP-I, Chlorobium tepíd m Chloroflexusauranticus, Chromatium tepidum, Chromatium vinosu Rhodospirillum rubrum, Rhodobacter capsulatus, y Rhodopseudo onas palustris . 33. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el huésped es un cultivo de planta. 3 . El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque el cultivo de planta se selecciona de tabaco, caña de azúcar, maíz, pasto aguja, sorgo, miscanthus, sorgo dulce, camelina o una mezcla de dos o más de los mismos . 35. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 19-34, caracterizado porque el polihidroxialcanoato es poli-3-hidroxibutirato ó un copolímero del mismo. 36. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 19-35, caracterizado porque el calentamiento es a una temperatura de aproximadamente 200°C a aproximadamente 350°C. 37. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el monómero es 3-hidroxipropiolactona, y el , catalizador es carbonato de calcio o heptahidrato de sulfato ferroso, y se forma ácido acrílico. 38. El método de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque el por ciento en peso de catalizador es aproximadamente 5% a aproximadamente 15%. 39. El método de conformidad con la reivindicación 37 o 38, caracterizado porque la biomasa se seca antes del calentamiento . 40. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 37-39, caracterizado porque la biomasa es de un huésped recombinante seleccionado de un cultivo de plantas, bacterias, levaduras, hongos, algas, cianobacterias , o una mezcla de dos o más de los mismos. 41. El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el huésped es bacteria. 42. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la bacteria se selecciona de Escherichia coli, Alcaligenes eutrophus (renombrada como Ralstonia eutropha) , Bacillus spp., Alcaligenes latus, Azotobacter, Aeromonas, Co amonas, Pseudomonads, Pseudomonas, Ralstonia, Klebsiella) , Synechococcus sp PCC7002, Synechococcus sp . PCC 7942, Synechocystis sp. PCC 6803, Ther osynechococcus elongatus BP-I, Chlorobium tepidum Chloroflexusauranticus, Chromatium tepidum, Chromatiu vinosu Rhodospirillum rubru , Rhodobacter capsulatus, y Rhodopseudomonas palustris . 43. El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el huésped es un cultivo de planta. 44. El método de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado porque la planta se selecciona de tabaco, caña de azúcar, maíz, pasto aguja, sorgo miscanthus, sorgo dulce, camelina o una mezcla de dos o más de los mismos. 45. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 37-44, caracterizado porque el polihidroxialcanoato es poli-3-hidroxipropionato o un copolímero del mismo. 46. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 37-45, caracterizado porque el calentamiento es a una temperatur de aproximadamente 200°C a aproximadamente 350°C. 47. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el monómero es d-valerolactona y el catalizador es un catalizador metálico. 48. El método de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado porque el catalizador metálico es hidróxido de calcio. 49. El método de conformidad con la reivindicación 47 o 48, caracterizado porque el por ciento en peso de catalizador es aproximadamente 5% a aproximadamente 15%. 50. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 47-49, caracterizado porque la biomasa se seca antes del calentamiento. 51. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 47-50, caracterizado porque la biomasa es de un huésped recombinante seleccionado de un cultivo de plantas, bacterias, levaduras, hongos, algas, cianobacterias, o una mezcla de dos o más de los mismos. 52. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque el huésped es bacteria. 53. El método de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado porque la bacteria se selecciona de Escherichia coli, Alcaligenes eutrophus (renombrada como Ralstonia eutropha) , Bacillus spp., Alcaligenes latus, Azotobacter, Aeromonas, Coma onas, Pseudomonads, Pseudomonas, Ralstonia, Klebsiella) , Synechococcus sp PCC7002, Synechococcus sp. PCC 7942, Synechocystis sp. PCC 6803, Thermosynechococcus elongatus BP-I, Chlorobium tepidum Chloroflexusauranticus, Chro atium tepidum, Chromatium vinosu Rhodospirillum rubrum, Rhodobacter capsulatus, y Rhodopseudomonas palustris . 54. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque el huésped es un cultivo de planta. 55. El método de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado porque la planta se selecciona de tabaco, caña de azúcar, maíz, pasto aguja, sorgo miscanthus, sorgo dulce, camelina o una mezcla de dos o más de los mismos. 56. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 37-44, caracterizado porque el polihidroxialcanoato es poli-5-hidroxivalerato o un eopolímero del mismo 57. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 47-56, caracterizado porque el calentamiento es a una temperatura de aproximadamente 200°C a aproximadamente 350°C. 58. El método de conformidad con la reivindicación 50, caracterizado porque el calentamiento es a una temperatura de aproximadamente 150°C. 59. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente monomérico es ácido crotónico y se modifica además a ácido fumárico, buteno, anhídrido maleico (MAN), 2-propileno, o ácido acrílico. 60. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el PHA es poliglicólido y el componente monomérico es glicólido. 61. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el calentamiento es pirólisis, torrefacción o pirólisis instantánea. 62. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la biomasa es de un alga recombinante seleccionada de Chlorella minutissima, Chlorella emersonii, Chlorella sorokiniana, Chlorella ellipsoidea, Chlorella sp., o Chlorella protothecoides . 63. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-62, caracterizado porque el componente monomérico contiene .menos del 10% de productos secundarios . 64. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-63, caracterizado porque la biomasa genéticamente modificada tiene una cantidad incrementada de producción de PHA comparada con el organismo de tipo silvestre. 65. Un proceso de biorefinería continuo para la producción de ácido acrílico a partir de una biomasa de PHA utilizando un protocolo de reacción de catálisis en tándem múltiple, caracterizado porque comprende: a). cultivar una biomasa de PHA genéticamente modificada para producir poli-3-hidroxibutirato, b) pirolizar el poli-3 -hidroxibutirato para producir ácido crotónico, c) hacer reaccionar el ácido crotónico para formar un crotonato éster de alquilo inferior en la presencia de un catalizador de transesterificación; y d) hacer reaccionar el crotonato éster de alquilo inferior bajo condiciones adecuadas para formar un acrilato de alquilo inferior y un alqueno inferior vía metátesis cruzada en la presencia de un primer catalizador de metátesis con una cantidad suficiente de propileno, en donde el propileno se forma de una reacción de metátesis de etileno y 2-buteno en la presencia de un segundo catalizador de metátesis y el exceso de propileno se remueve continuamente. 66. Un proceso de biorefi'nería continuó para la producción de ácido acrílico de una biomasa de PHA genéticamente modificada caracterizado porque comprende, a) cultivar la biomasa de PHA genéticamente modificada para producir el polihidroxipropionato; b) calentar el polihidroxipropionato con un catalizador para producir ácido acrílico, y c) recuperar el ácido acrílico. 67. Un proceso de biorefinería continuo para la producción de glicólido a partir de una biomasa de PHA genéticamente modificada caracterizado porque comprende, a) cultivar la biomasa de PHA genéticamente modificada para producir el poliglicólido b) calentando el poliglicólido con un catalizador para producir un componente monomérico de glicólido; y c) recuperar el monómero de glicólido. 68. Un proceso de biorefinería continuo para la producción de 5-hidroxivalerolactona a partir de una biomasa de PHA genéticamente modificada caracterizado porque comprende , a) cultivar la biomasa de PHA genéticamente modificada para producir poli-5-hidroxivalerolactona; b) calentar la poli- 5-hidroxivalerolactona con un catalizador para producir un monómero de 5-hidroxivalerolactona; y c) recuperar el monómero de 5-hidroxivalerolactona. 69. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 65-68, caracterizado porque la biomasa se seca antes del calentamiento. 70. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 65-68, caracterizado porque la biomasa es de un huésped recombinante seleccionado de un cultivo de plantas, bacterias, levaduras, hongos, algas, cianobacterias , o una mezcla de dos o más de los mismos. 71. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 65-70, caracterizado porque el calentamiento es pirólisis, torrefacción o pirólisis instantánea. 72. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 65-71, caracterizado porque el por ciento en peso de catalizador es aproximadamente 5% a aproximadamente