近日，韩国科学技术院（KAIST）研究团队成功从可再生生物原料中生产出过去仅能通过石油精炼获得的苯、甲苯、乙苯和对二甲苯（BTEX）。

KAIST副校长李相烨院士和化学系Sunkyu Han 教授领导的联合研究团队，结合微生物发酵工艺和有机化学反应，开发出以葡萄糖、甘油等可再生生物原料为原料，生产苯、甲苯、乙苯、对二甲苯等（BTEX）的工艺。

研究人员设计了四株代谢工程大肠杆菌，每株都经过编程，可产生特定的含氧前体——苯酚、苯甲醇、2-苯乙醇或2,5-二甲苯酚。这些中间体是通过定制的基因改造产生的，例如删除反馈调节酶、过表达途径特异性基因以及引入异源酶以扩展代谢能力。

在发酵过程中，产物被持续萃取到有机溶剂肉豆蔻酸异丙酯 (IPM) 中。IPM 作为一种双功能溶剂，不仅可以减轻芳香族化合物对细胞生长的毒性作用，还可以直接作为下游化学升级的反应介质。该溶剂集成系统无需中间纯化、溶剂交换或蒸馏，从而简化了可再生原料转化为高价值芳香族化合物的流程。

这项工作的核心创新在于，它使化学脱氧反应能够在IPM（一种在有机合成中很少使用的溶剂）中有效发挥作用。传统的催化剂和试剂由于溶解度限制或与生物源杂质不相容，在这些条件下往往被证明无效。

通过系统优化，该团队建立了与IPM兼容的温和且选择性催化策略。例如，使用钯基催化体系，苯酚成功脱氧生成苯，产率高达85%；而IPM萃取物经活性炭预处理后，苯甲醇高效转化为甲苯。更具挑战性的转化，例如将2-苯乙醇转化为乙苯，则通过适应IPM相的甲磺酸化-还原序列实现。同样，由甘油衍生的2,5-二甲苯酚通过两步反应转化为对二甲苯，产率高达62%，从而完成了BTEX全谱的可再生合成。

大肠杆菌中葡萄糖或甘油化学生物合成 BTEX 的示意图

除了生产苯系物（BTEX）之外，该研究还建立了一个可推广的框架，用于在连续溶剂环境中整合微生物生物合成与化学转化。这种模块化方法降低了能源需求，最大限度地减少了溶剂浪费，并实现了工艺强化——这些都是扩大可再生化学品生产规模的关键因素。

IPM 的高沸点（>300 °C）简化了产品回收，因为 BTEX 化合物可以通过分馏分离，溶剂也易于回收。这种设计符合绿色化学和循环经济的原则，为基于化石燃料的石化工艺提供了一种切实可行的替代方案。

相关研究成果以“Chemobiological synthesis of benzone, toluene, ethylbenzone, and xylene from glucose or glycerol”为题10月2日发表于美国《国家科学院院刊》（PNAS）。