DD251993A1

DD251993A1 - PROCESS FOR PRODUCING TRANS VERBENOL

Info

Publication number: DD251993A1
Application number: DD29345086A
Authority: DD
Inventors: Manfred Muehlstaedt; Hans-Dieter Repp; Ulrich Stottmeister; Marina Vogel; Lutz Weber
Original assignee: Univ Leipzig
Priority date: 1986-08-06
Filing date: 1986-08-06
Publication date: 1987-12-02

Abstract

Die Erfindung hat die Aufgabe, durch Einsatz von Bakterien den Verfahrensablauf zur Synthese von trans-Verbenol, welches als Insektenlockmittel Bedeutung besitzt, technisch einfach zu gestalten und das Arbeiten unter sterilen Bedingungen zu vermeiden, wobei die Reaktion direkt zum Endprodukt fuehren und unerwuenschte Nebenprodukte ausschalten soll. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass man alpha-Pinen in eine laufende Methanolfermentation mit dem acidophilen Stamm Acetobacter methanolicus (IMET B 346), welcher in der Lage ist alpha-Pinen mit einer hohen Geschwindigkeit und Ausbeute in trans-Verbenol umzuwandeln, eintraegt.The invention has the object by the use of bacteria, the procedure for the synthesis of trans-verbenol, which has meaning as insect attractant, to make technically simple and avoid working under sterile conditions, the reaction should lead directly to the final product and turn off unwanted by-products , The object is achieved by introducing alpha-pinene into a running methanol fermentation with the acidophilic strain Acetobacter methanolicus (IMET B 346), which is capable of converting alpha-pinene to trans-verbenol at high speed and yield.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von trans-Verbenol, welches im Pflanzenschutz als Insektenlockmittel eingesetzt wird.The invention relates to a process for the preparation of trans-verbenol, which is used in crop protection as insect attractant.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bereits bekannt, trans-Verbenol herzustellen. Die am weitesten verbreitete Methode dazu ist die Oxidation von alpha-Pinen mit Bleitetraacetat (G. H. Whitham, J. Chem. Soc. 1961, 2232), an welche sich eine Umlagerung und Hydrolyse zum trans-Verbenol anschließt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Verwendung des teuren und auch giftigen Bleitetraacetates. — Ein anderes Verfahren verwendet zur Oxidation von alpha-Pinen das ebenfalls sehr teure 2,2'-bipyridyl Kupferiodid (S. Bhaduri, M. M. Mahandru, Brit. UK Pat. Appl. GB 2.078.223 vom 6. 1. 1982). Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht in der langen Reaktionszeit von 10 Stunden und daß die Reaktion unter Druck durchgeführt werden muß. - Andere Verfahren zur Oxidation von alpha-Pinen verwenden organische Peroxide, so Essigsäureperoxid (A. M. Romanikhin, N. I. Popova, SU 456.806 vom 15. 1. 1975), oder m-Chlorbenzoesäureperoxid (J. P. Salient, Span. 446.302 vom 16. 6. 1977). Diese Verfahren haben zum Nachteil, daß neben der Explosivität der Oxidationsmittel das zu erwartende trans-Verbenol gar nicht, oder nur in sehr geringen Ausbeuten entsteht. - Es ist ebenfalls bekannt, mit Hilfe von Mikroorganismen aliphatische, bzw. alicyclische Alkene zu oxidieren. Ein Verfahren geht von verschiedenen, substituierten Monoterpenen aus (W.-R. Abraham, B. Stumpf, K. Kieslich, Appl. Microbiol. Biotechnol., 1986, 24). Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß unter sterilen Bedingungen gearbeitet werden muß und daß eine Vielzahl von Produkten erhalten wird. — Ein anderes Verfahren oxidiert Propen mit Hilfe eines Bakterienstammes zu Propenoxid (O. Miyawaki, L. B. Wingard, J. S. Brackin, R. S. Siwer, Biotechnology and Bioengineering, 1986, 343). Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß nur geringe Umsatzraten erreicht werden und ebenfalls steril gearbeitet werden muß. - Ein anderes Verfahren beschreibt die mikrobielle Oxidation von alpha-Pinen mit Hilfe des Bakteriums Serratia marcescens (S. J. Wright, P. Caunt, D. Carter, P. B. Baker, Appl. Microbiol. Biotechnol., 1986, 224). Das Verfahren führt zwar zu trans-Verbenol, hat aber den Nachteil, daß das Produkt nur in Spuren entsteht. Weitere Nachteile des Verfahrens bestehen darin, daß das alpha-Pinen nur in geringen Mengen der Fermentation zugeführt werden kann, daß steril gearbeitet werden muß, sowie darin, daß die Fermentation sehr lange dauert.It is already known to produce trans-verbenol. The most widely used method is the oxidation of alpha-pinene with lead tetraacetate (G.H. Whitham, J. Chem. Soc., 1961, 2232), followed by rearrangement and hydrolysis to trans-verbenol. The disadvantage of this method is the use of expensive and toxic lead tetraacetate. Another method uses for the oxidation of alpha-pinene also the very expensive 2,2'-bipyridyl copper iodide (S. Bhaduri, M.M. Mahandru, Brit., UK Pat. Appl., GB 2,078,223, Jan. 6, 1982). Another disadvantage of the process is the long reaction time of 10 hours and that the reaction must be carried out under pressure. Other processes for the oxidation of alpha-pinene use organic peroxides, such as acetic peroxide (AM Romanikhin, NI Popova, SU 456.806 of 15. 1. 1975), or m-chlorobenzoic acid peroxide (JP Salient, Span. 446.302 of 16. 6. 1977) , These processes have the disadvantage that in addition to the explosiveness of the oxidizing agent, the expected trans-verbenol does not arise at all, or only in very low yields. It is also known to oxidize aliphatic or alicyclic alkenes with the aid of microorganisms. One method is based on various, substituted monoterpenes (W.-R. Abraham, B. Stumpf, K. Kieslich, Appl. Microbiol. Biotechnol., 1986, 24). The disadvantage of this method is that you have to work under sterile conditions and that a variety of products is obtained. Another method oxidizes propene to propene oxide using a bacterial strain (O. Miyawaki, L.B. Wingard, J.S. Brackin, R.S. Siwer, Biotechnology and Bioengineering, 1986, 343). The disadvantage of this method is that only low conversion rates can be achieved and must also be worked sterile. Another method describes the microbial oxidation of alpha-pinene using the bacterium Serratia marcescens (S.J. Wright, P. Caunt, D. Carter, P. B. Baker, Appl. Microbiol. Biotechnol., 1986, 224). Although the process leads to trans-verbenol, but has the disadvantage that the product is produced only in traces. Further disadvantages of the method are that the alpha-pinene can be fed to the fermentation only in small amounts, that sterile work must be carried out, and that the fermentation takes a very long time.

Object of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, ein Verfahren zur Herstellung von trans-Verbenol, welches als Insektenlockmittel Bedeutung besitzt, anzugeben. Es sollen die Nachteile bekannter Verfahren überwunden und kostengünstig in technisch einfacher Weise hohe Ausbeuten an gewünschten Endprodukt erzielt werden.The invention aims to provide a process for the preparation of trans-verbenol which has meaning as an insect attractant. It should overcome the disadvantages of known methods and cost in a simple manner high yields of desired end product can be achieved.

Explanation of the essence of the invention

Die Erfindung hat die Aufgabe, durch Einsatz von Bakterien den Verfahrensablauf zur Synthese von trans-Verbenol technisch einfach zu gestalten und das Arbeiten unter sterilen Bedingungen zu vermeiden. Dabei soll die Reaktion direkt zum Endprodukt führen und unerwünschte, durch unkontrollierte Oxidation entstehende Nebenprodukte ausschalten. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,'daß man alpha-Pinen in eine laufende Methanolfermentation einträgt. Erfindungsgemäß benutzt man zur Methanolfermentation einen acidophilen Acetobacter methanolicus (hinterlegt im Zentralinstitut für Mikrobiologie und experimentelle Therapie Jena unter der Nummer IMET B346, Datum der Hinterlegung: 5. 4. 1973), welcher überraschenderweise in der Lage ist, alpha-Pinen mit einer hohen Geschwindigkeit und Ausbeute in trans-Verbenol umzuwandeln. Erfindungsgemäß wird alpha-Pinen nicht als einziges Kohlenstoffsubstrat in den Fermentationsprozeß eingetragen, sondern zusammen mit der Energie- und Kohlenstoffquelle Methanol. Das Pinenangebot kann bis zu 50% des Substratangebotes betragen.The invention has the task of making the process sequence for the synthesis of trans-verbenol technically simple by the use of bacteria and to avoid working under sterile conditions. The reaction should lead directly to the final product and turn off unwanted by-products formed by uncontrolled oxidation. The object is achieved in accordance with the invention by introducing alpha-pinene into a running methanol fermentation. According to the invention used for methanol fermentation acidophilic Acetobacter methanolicus (deposited in the Central Institute of Microbiology and Experimental Therapy Jena under the number IMET B346, date of deposit: 5. 4. 1973), which is surprisingly capable of alpha-pinene at a high speed and convert yield to trans-verbenol. According to the invention alpha-pinene is not registered as the only carbon substrate in the fermentation process, but together with the energy and carbon source methanol. The pinene supply can amount to up to 50% of the substrate supply.

Die Fermentation wird in einem pH-Bereich von 3,8 bis 5,3 durchgeführt, weshalb insteriles Arbeiten möglich ist. Die Fermentation kann in einem Temperaturbereich von 30 ⁰C bis 36⁰C durchgeführt werden. Die höchsten Ausbeuten werden erfindungsgemäß dann erzielt, wenn man die aktuelle Pinenkonzentration unter 1 % läßt; die Fermentation kann dabei in kontinuierlicher, halbkontinuierlicher und diskontinuierlicher Weise durchgeführt werden.The fermentation is carried out in a pH range of 3.8 to 5.3, which is why insteriles work is possible. The fermentation can be carried out in a temperature range from 30 ^° C. to 36 ^° C. The highest yields are achieved according to the invention if the current pin concentration is less than 1%; the fermentation can be carried out in a continuous, semi-continuous and discontinuous manner.

Zur Aufarbeitung wird die Fermentationslösung zentrifugiert und der Überstand mit einem beschränkt wasserlöslichem organischen Lösungsmittel extrahiert. Nach Abdestillieren des Lösungsmittels kann das Rohprodukt durch Redestillation, Chromatografie oder Verteilungsextraktion gewonnen werden.For workup, the fermentation solution is centrifuged and the supernatant extracted with a limited water-soluble organic solvent. After distilling off the solvent, the crude product can be recovered by redistillation, chromatography or distribution extraction.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below by exemplary embodiments.

example 1

Ein Rührkesselfermentor .mit einem Arbeitsvolumen von 5 I wird erfindungsgemäß mit einer acidophilen. Methanol utilisierenden Bakterienkultur MB58 (IMET B346) beimpft. Das zulaufende Nährmedium enthält Methanol als C-Substrat. Es hat folgende Zusammensetzung:A Rührkesselfermentor .with a working volume of 5 I according to the invention with an acidophilic. Inoculated methanol using bacterial culture MB58 (IMET B346). The incoming nutrient medium contains methanol as C substrate. It has the following composition:

CH₃OH 15'0 g/lCH ₃ OH 15'0 g / l

MgSO₄-7 H₂O ' 0,4 g/lMgSO ₄ -7H ₂ O '0.4 g / l

K₂SO₄ 0,5 g/lK ₂ SO ₄ 0.5 g / l

NH₄Cl 1,0 g/lNH ₄ Cl 1.0 g / l

H₃PO₄ 85% 0,7 g/lH ₃ PO ₄ 85% 0.7 g / l

Spurenelementlösung SL 1,5 ml/lTrace element solution SL 1.5 ml / l

Die Spurenelementlösung SL enthielt in 1 I:The trace element solution SL contained in 1 l:

CuSO₄-OH₂O 1,6 g/l . *'CuSO ₄ -OH ₂ O 1.6 g / l. * '

CoSO₄ · 7 H₂O 0,4 g/lCoSO ₄ .7H ₂ O 0.4 g / l

MnSO₄-4 H₂O ' 2,5 g/lMnSO ₄ -4 H ₂ O '2.5 g / l

H₃BO₃ 0,5 g/lH ₃ BO ₃ 0.5 g / l

FeSO₄ · 7 H₂O 4,1 g/lFeSO ₄ .7H ₂ O 4.1 g / l

Na₂MoO₄ 2 H₂O 0,4 g/lNa ₂ MoO ₄ 2 H ₂ O 0.4 g / l

ZnSO₄-7 H₂O 2,6 g/lZnSO ₄ -7H ₂ O 2.6 g / l

NaCI . 5,0 g/lNaCI. 5.0 g / l

Ca(NO₃J₂ · 4 H₂O 4,7 g/lCa (NO ₃ J ₂ .4H ₂ O 4,7 g / l

H₂SO₄ konz. ' 10,0 g/lH ₂ SO ₄ conc. '10.0 g / l

Der mikrobielle N-Bedarf wird zum größten Teil autoregulativ über die pH-Regelung in Form von wäßriger NH₄OH-Lösung gedeckt. Die Kultivierungsbedingungen werden so eingestellt, daß Methanol die Wachstumslimitierung darstellt. Die üblichen Kultivierungsbedingungen sind: Temperatur: 33 ⁰C pH-Wert: 4,4 bis 4,7Most of the microbial N requirement is covered by the pH control in the form of aqueous NH ₄ OH solution. The cultivation conditions are adjusted so that methanol is the growth limitation. The usual cultivation conditions are: temperature: 33 ^° C. pH value: 4.4 to 4.7

Zu der Fermentationslösung werden 35 g alpha-Pinen, welche in 75 g Methanol gelöst sind, gegeben. Nach 20 Minuten wird die Fermentation abgebrochen und die Lösung zentrifugiert. Der Überstand wird mit Natriumchlorid gesättigt und mit Ether extrahiert. Die Etherphase wird über Natriumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt. Das verbleibende hellgelbe Öl wird im Vakuum destilliert und so das trans-Verbenol in etwa 30% Ausbeute (bezogen auf die Menge des Ausgangsstoffes alpha-Pinen) erhalten.To the fermentation solution are added 35 g of alpha-pinene dissolved in 75 g of methanol. After 20 minutes, the fermentation is stopped and the solution is centrifuged. The supernatant is saturated with sodium chloride and extracted with ether. The ether phase is dried over sodium sulfate and the solvent is removed on a rotary evaporator. The remaining pale yellow oil is distilled in vacuo to give the trans-verbenol in about 30% yield (based on the amount of starting alpha-pinene).

Example 2

Zu einer Methanolfermentation mit Acetobacter methanolicus MB58, welche in analoger Weise wie in Beispiel 1 geführt wird, gibt man in 4 Portionen eine Lösung aus 40 g alpha-Pinen in 80 g Methanol. Die Zugabe erfolgt alle 5 Minuten. 20 Minuten nach der ersten Zugabe bricht man die Fermentation ab, zentrifugiert und extrahiert den Überstand mit Methylenchlorid. Nach dem Trocknen über Natriumsulfat entfernt man das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer. Das verbleibende Öl gibt man in eine Mischung aus 100 ml η-Hexan und 100 ml 90% Ethanol und schüttelt gut durch. Die Ethanolphase wird abgetrennt und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Es verbleibt trans-Verbenol als hellgelbes Öl. Die Ausbeute beträgt etwa 30 % bezogen auf alpha-Pinen.To a methanol fermentation with Acetobacter methanolicus MB58, which is performed in an analogous manner as in Example 1, is added in 4 portions of a solution of 40 g of alpha-pinene in 80 g of methanol. The addition takes place every 5 minutes. 20 minutes after the first addition, the fermentation is stopped, centrifuged and the supernatant extracted with methylene chloride. After drying over sodium sulfate, the solvent is removed on a rotary evaporator. The remaining oil is poured into a mixture of 100 ml of η-hexane and 100 ml of 90% ethanol and shaken well. The ethanol phase is separated and the solvent removed in vacuo. There remains trans-verbenol as a light yellow oil. The yield is about 30% based on alpha-pinene.

Claims

- 1 -ίΟ i

Invention claim:

1. A process for the preparation of trans-verbenol from alpha-pinene by microbial route, characterized in that is converted by oxidation of a strain of the species Acetobacter alpha-pinene in trans-verbenol, wherein a temperature between 30 and 36 ° C complied The fermentation is carried out in a pH range of 3.8 to 5.3, then centrifuged and the end product is purified in a known manner by extraction, distillation, chromatography or distribution extraction.

2. The method according to item 1, characterized in that the strain Acetobacter methanolicus (IMET B 346) is used and is cultivated under non-sterile conditions.

3. The method according to item 1, characterized in that methanol is used as the C source.

4. The method according to item 1, characterized in that the fermentation is carried out continuously.

5. The method according to item 1, characterized in that the fermentation is carried out in a semi-continuous manner.

6. The method according to item 1, characterized in that the fermentation is carried out in a discontinuous manner.