Gamma-Lactone (γ-Lactone)

Production of Gamma-Lactones

  • Lactones are heterocyclic compounds having an ester group (COO-) within the ring. When the cycle is a 5-member ring, it is called γ-lactone. Gamma-lactones are neutral liquids like aliphatic ester and highly miscible with alcohols and ethers.
  • Gamma-Lactones have many applications in the production of medicines, perfumes, cosmetics, solvents, and polymers. They also have important application in electronic industries such as semi-conductor manufacturing.
  • Currently, gamma-lactones are produced by complicated chemical processes which use expensive metal catalysts under high temperature and high pressure. Biological processes, once developed, are much more economical and environment-friendly. Further, biological process can produce lactones as optically pure forms. Optically-pure enantiomers have a wider applications in the production of medicines and specialty chemicals.
  • Currently we are developing microbial cell factories for the production of C4 and C5 lactone compounds. This is a collaboratory research with two laboratories at UNIST (Prof. Sung Kuk Lee and Prof. Yong Hwan Kim) and one company (Central Research Center of Noroo Holdings, Ltd., led by Dr. Jung-Yeop Shim).
  • We have been developing novel pathways, one of which is based on the 3-HP production pathway from glycerol. New genes, enzymes, regulatory machineries, strains, etc. are under development. In addition, separation and purification processes of lactones and their precursor acids are also studied.
그림8

감마락톤(gamma-Lactone)의 생산

  • 락톤은 분자 내 에스테르기 (COO)를 함유하는 헤테로고리 화합물의 총칭으로 고리가 5개인 락톤을 감마(γ, gamma) 락톤이라고 부름. Aliphatic ester와 비슷한 중성 액체이며 알코올, 에테르 등의 유기 용매에 잘 녹는 성질을 가짐.
  • 향료, 화장품, 유기용매, 특수 용제, 고분자 단량체 등 정밀화학 분야에 많은 용도를 가지고 있음. 현재는 주로 고온 고압 조건에서 중금속 촉매를 이용하는 복잡한 화학공정으로 생산되고 있어서 이를 생물학적 공정으로 대체하려는 연구가 활발히 진행되고 있음.
  • 생물학적 공정의 경우 재생가능 원료를 사용하고 공정이 환경친화적이며 더 나아가 광학적으로 순수한 화합물을 생산할 수 있다는 여러 가지 장점이 있음.
  • 본 연구실에서는 UNIST 이성국 교수님 연구실, 김용환 교수님 연구실, 그리고 ㈜노루홀딩스 등과 함께 포도당 및 글리세롤을 원료로 탄소수 4개 및 5개의 락톤화합물을 생산하는 미생물 촉매(microbial cell factory)와 공정을 개발하고 있음.
  • 이 연구에는 3-HP 생합성 경로를 변형한 새로운 경로를 이용하여 글리세롤을 효과적으로 락톤 화합물로 전환시키는 균주의 개발이 포함되어 있음.