Theoretical study on enzyme synthesis of cephalexin in a parallel-flow microreactor combined with electrically driven ATPS microextraction

文献情報

出版日 2020-01-22
DOI 10.1039/C9RE00482C
インパクトファクター 4.239
著者

Karel Mařík, Linda Tichá, Lucie Vobecká, Michal Přibyl


原文を見る

要旨

Cephalexin is an important β-lactam antibiotic that is enzymatically synthetized from a nucleophile (7-aminodeacetoxycephalosporanic acid – 7-ADCA) and an acyl donor (phenylglycine methyl ester – PGME). The process is catalyzed by penicillin acylase. Cephalexin is thermodynamically unstable and is typically produced in a kinetic regime. Based on our previous experimental findings and additional batch experiments intended for the estimation of kinetic constants of cephalexin synthesis, we developed a mathematical model of a microfluidic device with two aqueous phases (ATPS) for the simultaneous cephalexin production and its separation from a reaction mixture. This device operates with free enzyme dissolved in one phase and the reactants introduced in the other phase. Because of small characteristic dimensions, the reactants are intensively transported through the interface to the enzyme phase where they are converted to cephalexin. The product then easily returns into the original phase due to a high value of the partition coefficient. The transport can be enhanced by an imposed electric field as the reaction compounds are charged. We studied the effects of four well-controllable parameters on the cephalexin yield: (i) the residence time of the phase introducing the reactants, (ii) the residence time of the phase containing the enzyme, (iii) the applied voltage difference across the interface, (iv) the characteristic dimension of microfluidic chambers. The mathematical model predicts that a cephalexin yield higher than 70% can be achieved in counter-current parallel flow arrangement, which is a result comparable with those obtained in batch experiments. The applied electric field can increase the cephalexin yield by no more than several percent because of the same polarity of 7-ADCA and cephalexin charge numbers. If compared to classical batch reactors, the suggested microreactor–microseparator brings the following benefits: (i) continuous cephalexin synthesis, (ii) effective and continuous separation of cephalexin due to proper partitioning of these species in the used ATPS, (iii) the use of free and highly active enzyme with efficient recyclation. Moreover, the productivity of the suggested microreactor is solely determined by the interfacial area that can be easily provided by thin separating membranes, i.e. no technically demanding numbering up solution is necessary.

関連文献

Desorption of alkali atoms from 4He nanodroplets

Alberto Hernando, Manuel Barranco, Martí Pi, Evgeniy Loginov, Marina Langlet, Marcel Drabbels

2012-01-13 Paper

DOI: 10.1039/C2CP23526A

Formation of an electron hole doped film in the α-Fe2O3 photoanode upon electrochemical oxidation‡

Rita Toth, Michael Grätzel, Edwin C. Constable, Artur Braun

2012-10-09 Paper

DOI: 10.1039/C2CP42597A

Mutual diffusion in the ternary mixture of water + methanol + ethanol and its binary subsystems

Stanislav Pa, Gabriela Guevara-Carrion, Hans Hasse, Jadran Vrabec

2013-01-10 Paper

DOI: 10.1039/C3CP43785J

New insight into the ZnO sulfidation reaction: mechanism and kinetics modeling of the ZnS outward growth

David Chiche, Javier Pérez-Pellitero, Loïc Favergeon, Anne-Sophie Gay, Michèle Pijolat

2012-12-13 Paper

DOI: 10.1039/C2CP42988H

Polymer-regulated epitaxial crystallization of methanofullerene on mica

Lidong Zheng, Jiangang Liu, Yanchun Han

2012-11-05 Paper

DOI: 10.1039/C2CP42614E

Hydrogen oxidation at the Pt–BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3−δ (BZCYYb) interface

Mingfei Liu, Shi Feng, Wei Liu, Hyeon Cheol Park, Meilin Liu

2013-01-21 Paper

DOI: 10.1039/C3CP44225J

Dynamics of local Stark effect observed for a complete D149 dye-sensitized solar cell

Gotard Burdziński, Marcin Ziółek

2013-01-14 Paper

DOI: 10.1039/C3CP44170A

Cage lifetimes of ionic liquids as studied by the magnetic field effect probe

Tomohide Okada, Tomoaki Yago, Tadashi Takamasu, Masanobu Wakasa

2012-01-17 Paper

DOI: 10.1039/C2CP23747D

Back cover

Front/Back Matter

DOI: 10.1039/C2CP90028A

こちらもおすすめ

化合物よくある質問

間溴苯甲酰腈の市場動向や研究トレンドはどうですか?

間 brom 苯甲酰腈は、合成化学や薬物化学において重要な Intermediate として使用されています。市場動向としては、その合成性と機能性により、研究開...

24999-51-7(3-Bromophenyl)(oxo)...
化合物よくある質問

去磺基萝卜硫苷とは何ですか?

去磺基萝卜硫苷は、化学物質のCAS番号287966-62-5に該当する化合物で、主に植物由来の化合物です。

287966-62-5Desulfo Glucoraphani...
化合物よくある質問

Methyl 2-amino-5-(trifluoromethyl)benzoateに適用される法規ガイドラインは何ですか?

CAS番号117324-58-0の塩酸メチル2アミノ-5-トリフルオロメチルベンゼートは、GHS分類により腐食性物質と判定されます。REACH規則では、製造、販...

117324-58-0Methyl 2-amino-5-(tr...
化合物よくある質問

3-ブロモ-1,3,4,5-四水化-2H-1-ベンザアゼピン-2-オンは安全ですか?

毒性があるため、適切な安全対策が必須です。皮膚や粘膜への刺激性が強く、吸入や誤飲により健康被害を引き起こす可能性があります。取扱時にはガスマスクや手袋、眼鏡を使...

86499-96-93-Bromo-1,3,4,5-tetr...
化合物よくある質問

三氟甲基ピリジン-2-甲アミン塩酸塩は安全ですか?

三氟甲基ピリジン-2-甲アミン塩酸塩は安全性に注意が必要です。毒性は低レベルですが、直接的接触や吸入は避けるべきです。適切な手袋や防塵マスクを着用し、密閉された...

871826-12-9(5-(Trifluoromethyl)...
化合物よくある質問

1-エチル-4-(4-硝基フェニル)ピペリジンは安全ですか?

1-エチル-4-(4-硝基フェニル)ピペリジンは有毒であり、取扱には注意が必要です。保管や作業中に手袋を着用し、目や皮膚に接触しないように注意する必要があります...

115619-00-61-Ethyl-4-(4-nitroph...
化合物よくある質問

1,1-ジメトキシプロパン-2-オンは安全ですか?

1,1-ジメトキシプロパン-2-オンは一般的に低毒性ですが、皮膚や目への刺激性があるため、取扱いには注意が必要です。蒸気や液体の吸入には有害な可能性があり、適切...

6342-56-91,1-dimethoxypropan-...
化合物よくある質問

コバルト(II) 3,3'-{[(1S,2S)-1,2-ジメチルフENCYCLICALE-1,2-エチエンジイル]ビス[ニトロリルメチルイリデン]}ビス[4-オキソ-2-ペンテン-2-olate]について「に適用される法規ガイドラインは何ですか?

この化合物はCAS番号259259-80-8に対応しています。GHS分類では、毒性、燃焼性、反応性、炎症性を考慮に入れ、適切な危険性分類が行われます。REACH...

259259-80-8Cobalt(2+) (2E,2'E)-...
化合物よくある質問

「カーバミル酸, N-[8-[[2-[[2-(2,6-ジオキソ-3-ピペリジニル)-2,3-ジオキソ-1,3-ジヒドロ-1H-イソイソインドール-4-イルオキシ]アセチル]アミノ]オクチル]-1,1-ジメチレチルエステル」はどのように保存すればよいですか?

この化合物は、冷却庫で-20℃の温度、乾燥した容器に保管し、直日光から保護する必要があります。湿度の高い環境や高温は避けてください。

1950635-34-32-Methyl-2-propanyl ...
化合物よくある質問

FMoc-D-4-Aph(tBu-CbM)-OHはどのように保存すればよいですか?

この化合物は、低温(室温以下)で密栓容器に入れ、避光して保存する必要があります。

1433975-21-3FMoc-D-4-Aph(tBu-CbM...

掲載誌

Reaction Chemistry & Engineering

Reaction Chemistry & Engineering
CiteScore: 0
自己引用率: 8.8%
年間論文数: 284

Reaction Chemistry & Engineering is an interdisciplinary journal reporting cutting-edge research focused on enhancing the understanding and efficiency of reactions. Reaction engineering leverages the interface where fundamental molecular chemistry meets chemical engineering and technology. Challenges in chemistry can be overcome by the application of new technologies, while engineers may find improved solutions for process development from the latest developments in reaction chemistry. Reaction Chemistry & Engineering is a unique forum for researchers whose interests span the broad areas of chemical engineering and chemical sciences to come together in solving problems of importance to wider society. All papers should be written to be approachable by readers across the engineering and chemical sciences. Papers that consider multiple scales, from the laboratory up to and including plant scale, are particularly encouraged.

おすすめ化合物

おすすめサプライヤー

免責事項
このページに表示される学術雑誌情報は、参考および研究目的のみを目的としています。当社は雑誌出版社とは提携しておらず、投稿の取り扱いも行っておりません。出版に関するお問い合わせは、各雑誌出版社に直接ご連絡ください。
表示されている情報に誤りがある場合は、support@chemtradehub.com までご連絡ください。迅速に確認し、対応いたします。