DE102008064575A1 - Preparing 1-hydroxy ketone compounds, useful e.g. in agrochemicals, comprises contacting dihydroxy compound with microorganism that is capable for stereoselective oxidation, in a reaction mixture, and isolating the product from the mixture - Google Patents
Preparing 1-hydroxy ketone compounds, useful e.g. in agrochemicals, comprises contacting dihydroxy compound with microorganism that is capable for stereoselective oxidation, in a reaction mixture, and isolating the product from the mixture Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1-Hydroxyketon-Verbindungen durch stereoselektive Oxidation der sekundären Hydroxygruppe einer eine primäre und eine sekundäre Hydroxygruppen enthaltende Dihydroxy-Verbindung, umfassend das in Kontakt bringen der Dihydroxy-Verbindung mit einem Mikroorganismus oder Teilen des Mikroorganismus.The The present invention relates to a process for the preparation of 1-Hydroxyketone Compounds by Stereoselective Oxidation of secondary hydroxy group of a primary and a secondary hydroxyl-containing dihydroxy compound, comprising contacting the dihydroxy compound with a Microorganism or parts of the microorganism.
Die Herstellung von enantiomerenreinen Verbindungen zum Einsatz in Medizin oder Nahrungsmittelindustrie spielt für die Industrie eine große Bedeutung, da oftmals nur eine der beiden möglichen Enantiomeren die gewünschte biologische Wirkung zeigt. Daneben können durch derartige Herstellungsverfahren beispielsweise die Kosten für die Reinigung der Endprodukte und Entsorgung der Nebenprodukte gesenkt.The Preparation of enantiomerically pure compounds for use in medicine or food industry plays one for the industry great importance, as often only one of the two possible Enantiomers shows the desired biological activity. In addition, by such manufacturing methods, for example the cost of cleaning the final products and disposal lowered by-products.
Ketone sind wertvolle Verbindungen, die als Rohmaterialien in der Synthese organischer Verbindungen eine wichtige Rolle spielen. Eine bedeutende Verwendung finden Sie als Ausgangsstoff zur Darstellung chiraler, enantiomerenreiner Verbindungen wie optisch aktive Alkohole mit pharmakologischer Wirksamkeit, Pheromone oder aromaaktive Verbindungen im Bereich der Nahrungsmittelindustrie, sowie als Agrochemikalien.ketones are valuable compounds used as raw materials in the synthesis play an important role in organic compounds. A significant one Use as starting material for the representation of chiral, enantiomerically pure compounds such as optically active alcohols with pharmacological activity, pheromones or aroma active compounds in the food industry, as well as agrochemicals.
Insbesondere
im Pharmabereich ist eine wachsende Nachfrage an chiralen Verbindungen
und somit chiralen Synthesetechnologien zu verzeichnen, da racemische
Verbindungen, d. h. Mischungen von Enantiomeren, in Zukunft kaum
noch als Arzneimittel Verwendung finden werden. Dazu ist es notwendig
entsprechende Vorläuferverbindungen bereitzustellen. Zur
Abgrenzung der Isomerie-Arten voneinander siehe u. a. die IUPAC
Regeln Sektion E (
Bei der stereoselektiven Oxidation von Alkoholverbindungen sind bekannte chemische Oxidationsverfahren oftmals ungeeignet, insbesondere wenn sie noch weitere funktionelle Gruppen aufweisen.at the stereoselective oxidation of alcohol compounds are known chemical oxidation processes often unsuitable, especially when they have more functional groups.
Eine
chemische, selektive Oxidation, die die sekundäre Hydroxygruppe
von 1,4-Dekandiol und 1,5-Dekandiol zu den Hydroxyketonen 1-Hydroxy-4-dekanon
und 1-Hydroxy-5-dekanon mittels IBX/n-Bu4NBr/CH2Cl2-H2O
oxidiert, ist beispielsweise aus
Nachteilig an dieser Synthese ist neben dem Syntheseaufwand insbesondere auch der Reinigungs- bzw. Trennungsaufwand zur Abtrennung der gewünschten 1-Hydroxyketon-Verbindungen sowie der Endsorgungsaufwand der Syntheserückstände.adversely in this synthesis is in addition to the effort of synthesis in particular also the cleaning or separation effort to separate the desired 1-hydroxy ketone compounds and the final care of the synthesis residues.
In
zunehmenden Maße werden daher biokatalytische Verfahren
zur stereoselektiven Oxidation von Alkoholverbindungen zu Ketonen
angewendet. Eine anschließende asymmetrische Reduktion
der Ketone als Vorläuferverbindung zu optisch aktiven Alkoholen
ist eine der zentralen Strategien für chiralen Biosynthesen. Einen Überblick über
industriell genutzte Biotransformationen gibt
So
beschreibt
Weiterhin
ist bekannt, dass der Mikroorganismus Rhodococcus erythropolis DSM
44534, unter den angegebenen Bedingungen (Aufzuchtmedium mit Ethanol,
Hefeextrakt, 1,2-Propanol) ebenfalls die primäre Hydroxygruppe
von 1,4-Nonandiol (
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Oxidation der sekundären Hydroxygruppe einer eine primäre und eine sekundäre Hydroxygruppen enthaltende Dihydroxy-Verbindung bereitzustellen, wobei die Oxidation stereoselektiv ablaufen soll, wodurch das Verfahren insbesondere hinsichtlich der Ausbeute des gewünschten Reaktionsproduktes und den entsprechend niedrigen Kosten für Reinigung und Einsatz der Ausgangsstoffe besonders günstig ist.task Therefore, it is the object of the present invention to provide a process for oxidation the secondary hydroxy group is a primary one and a secondary hydroxy group-containing dihydroxy compound to provide, wherein the oxidation is to proceed stereoselectively, whereby the process, in particular with regard to the yield of desired reaction product and the correspondingly low Costs for cleaning and use of starting materials especially is cheap.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.The The object is achieved by the method according to claim 1. Advantageous embodiments are in the dependent claims specified.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von 1-Hydroxyketon-Verbindungen durch stereoselektive Oxidation der sekundären Hydroxygruppe einer eine primäre und eine sekundäre Hydroxygruppen enthaltende Dihydroxy-Verbindung, umfassend das in Kontakt bringen der Dihydroxy-Verbindung mit einem Mikroorganismus oder Teilen des Mikroorganismus, welche zur stereoselektiven Oxydation fähig sind, in einer Reaktionsmischung, wobei der Mikroorganismus Rhodococcus erythropolis ist, und die Isolierung der erzeugten 1-Hydroxyketon-Verbindungen aus der Reaktionsmischung.The inventive method thus relates to a Process for the preparation of 1-hydroxyketone compounds stereoselective oxidation of the secondary hydroxy group one is a primary and one secondary hydroxy groups containing dihydroxy compound comprising contacting the dihydroxy compound with a microorganism or parts of the Microorganism capable of stereoselective oxidation are, in a reaction mixture, wherein the microorganism Rhodococcus erythropolis, and the isolation of the produced 1-hydroxyketone compounds from the reaction mixture.
Unter stereoselektiver Oxidation im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine bevorzugte Oxidation der Ausgangssubstrate, den Dihydroxy-Verbindungen, in der Reaktionsmischung verstanden, bei welcher die 1-Hydroxyketon-Verbindungen in der Reaktionsmischung nach der Reaktion entstehen, welche gegenüber anderen möglichen Hydroxyketon-Verbindungen im Überschuss, vorzugsweise in einem Überschuss von mehr als 20 Prozent, bevorzugt mehr als 50 Prozent, besonders bevorzugt von mehr als 90 Prozent vorliegen. Die Bestimmung und Trennung von Isomeren erfolgt nach den dem Fachmann üblichen Methoden, beispielsweise Flüssigkeitschromatographie.Under stereoselective oxidation in the context of the present invention a preferred oxidation of the starting substrates, the dihydroxy compounds, understood in the reaction mixture in which the 1-hydroxy ketone compounds arise in the reaction mixture after the reaction, which opposite other possible hydroxy ketone compounds in excess, preferably in excess of more than 20 percent, preferably more than 50 percent, more preferably more than 90 percent exist. The determination and separation of isomers takes place according to the methods customary to the person skilled in the art, for example liquid chromatography.
Bevorzugt
ist das Verfahren, bei dem die 1-Hydroxyketon-Verbindung eine Verbindung
der allgemeinen Formel (I) ist,
welche durch stereoselektive
Oxidation der sekundären Hydroxygruppe der Dihydroxy-Verbindung
der allgemeinen Formel (II) hergestellt wird, wobei n
= 1–20 ist, bevorzugt n = 1–10 und
R1, R2, R3 gleich
oder verschieden und einfach oder mehrfach unabhängig voneinander
ausgewählt sind aus der Gruppe, umfassend Wasserstoff,
Halogen, Nitro, Cyano, Amino, -SH, -C1-C6-Alkyl, -C2-C6-Alkenyl, -C2-C6-Alkinyl, -C6-C12-Aryl, -C1-C6-Alkoxy, wobei -C1-C6-Alkyl, -C2-C6-Alkenyl, -C2-C6-Alkinyl und/oder -C6-C12-Aryl unsubstituiert sind oder einfach
oder mehrfach unabhängig voneinander mit Hydroxy, Halogen, Nitro
und/oder Cyano substituiert sind, wobei das Kohlenstoffgerüst
des -C1-C6-Alkyls
einfach oder mehrfach unabhängig voneinander Stickstoff-,
Sauerstoff-, Schwefelatome und/oder C=O-Gruppen und/oder eine oder mehrere
Doppelbindungen enthalten kann,
sowie die Solvate, Hydrate,
Stereoisomere, Diastereomere, Enantiomere und Salze der 1-Hydroxyketon-Verbindungen.Preferred is the method in which the 1-hydroxyketone compound is a compound of the general formula (I) is
which by stereoselective oxidation of the secondary hydroxy group of the dihydroxy compound of the general formula (II) where n = 1-20, preferably n = 1-10 and
R 1 , R 2 , R 3 are the same or different and are singly or multiply independently selected from the group comprising hydrogen, halogen, nitro, cyano, amino, -SH, -C 1 -C 6 -alkyl, -C 2 - C 6 alkenyl, C 2 -C 6 alkynyl, C 6 -C 12 aryl, C 1 -C 6 alkoxy, where -C 1 -C 6 alkyl, -C 2 -C 6 alkenyl , -C 2 -C 6 -alkynyl and / or -C 6 -C 12 -aryl are unsubstituted or monosubstituted or polysubstituted independently of one another by hydroxy, halogen, nitro and / or cyano, wherein the carbon skeleton of the -C 1 -C 6- alkyls may contain, once or several times independently of one another, nitrogen, oxygen, sulfur atoms and / or C =O groups and / or one or more double bonds,
and the solvates, hydrates, stereoisomers, diastereomers, enantiomers and salts of the 1-hydroxyketone compounds.
Unter Alkyl ist jeweils ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest, wie beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, sek. Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Isopentyl und Hexyl zu verstehen.Under Alkyl is in each case a straight-chain or branched alkyl radical, such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec. Butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl and hexyl to understand.
Unter Alkoxy ist jeweils ein geradkettiger oder verzweigter Alkoxyrest, wie beispielsweise Methyloxy, Ethyloxy, Propyloxy, Isopropyloxy, Butyloxy, Isobutyloxy, sek. Butyloxy, Pentyloxy, Isopentyloxy und Hexyloxy zu verstehen.Under Alkoxy is in each case a straight-chain or branched alkoxy radical, such as methyloxy, ethyloxy, propyloxy, isopropyloxy, Butyloxy, isobutyloxy, sec. Butyloxy, pentyloxy, isopentyloxy and Hexyloxy to understand.
Unter Alkenyl ist jeweils geradkettig oder verzweigt zu verstehen, wobei beispielsweise folgenden Reste gemeint sind: Vinyl, Propen-1-yl, Propen-2-yl, But-1-en-1-yl, But-1-en-2-yl, But-2-en-1-yl, But-2-en-2-yl, 2-Methyl-prop-2-en-1-yl, 2-Methyl-prop-1-en-1-yl, But-1-en-3-yl, But-3-en-1-yl, Allyl.Under Alkenyl is in each case to be understood as straight-chain or branched, where For example, the following radicals are meant: vinyl, propen-1-yl, Propen-2-yl, but-1-en-1-yl, but-1-en-2-yl, but-2-en-1-yl, but-2-en-2-yl, 2-methyl prop-2-en-1-yl, 2-methyl-prop-1-en-1-yl, but-1-en-3-yl, but-3-en-1-yl, allyl.
Unter Alkinyl ist jeweils ein geradkettiger oder verzweigter Alkinyl-Rest zu verstehen, der zwei bis sechs, bevorzugt zwei bis vier C-Atome enthält. Beispielsweise sind die folgenden Reste geeignet: Ethinyl, Propin-1-yl, Propin-3-yl, But-1-in-1-yl, But-1-in-4-yl, But-2-in-1-yl, But-1-in-3-yl.Alkynyl is in each case to be understood as meaning a straight-chain or branched alkynyl radical which contains two to six, preferably two to four, C atoms. For example, the following radicals are suitable: ethynyl, Propyn-1-yl, propyn-3-yl, but-1-yn-1-yl, but-1-yn-4-yl, but-2-yn-1-yl, but-1-yn-3 yl.
Unter Aryl ist jeweils ein Aryl-Rest mit 6-12 Kohlenstoffatome zu verstehen. Aryl kann mono- oder bicyclisch, beispielsweise Naphthyl, Biphenyl und insbesondere Phenyl, sein.Under Aryl is in each case an aryl radical having 6-12 carbon atoms to understand. Aryl can be mono- or bicyclic, for example naphthyl, biphenyl and especially phenyl.
Unter Halogen ist jeweils Fluor, Chlor, Brom oder Jod zu verstehen.Under Halogen is to be understood in each case fluorine, chlorine, bromine or iodine.
Besonders bevorzugt im erfindungsgemäßen Verfahren sind dabei die Dihydroxy-Verbindungen und entsprechend die 1-Hydroxyketon-Verbindungen, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, in den R1, R2, R3 gleich oder verschieden und einfach oder mehrfach unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt sind, umfassend Wasserstoff, Halogen, Nitro, Cyano, Amino, -SH, -C1-C4-Alkyl. Hierin sind schließlich besonders die 1-Hydroxyketon-Verbindungen und entsprechend die Dihydroxy-Verbindungen bevorzugt, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, in den R1, R2 Wasserstoff ist. Weiterhin bevorzugt ist, wenn zusätzlich R3 Wasserstoff ist.Particularly preferred in the process according to the invention are the dihydroxy compounds and correspondingly the 1-hydroxy ketone compounds which are selected from the group in which R 1 , R 2 , R 3 are identical or different and are monosubstituted or polysubstituted independently of one another from the group are hydrogen, halogen, nitro, cyano, amino, -SH, -C 1 -C 4 -alkyl. Finally, particularly preferred herein are the 1-hydroxyketone compounds and correspondingly the dihydroxy compounds which are selected from the group in which R 1 , R 2 is hydrogen. It is further preferred if in addition R 3 is hydrogen.
Als Ausgangssubstrate für das erfindungsgemäße Verfahren sind ganz besonders die Dihydroxy-Verbindungen bevorzugt, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, umfassend 1,3-Butandiol, 1,4,-Pentandiol, 1,4-Hexandiol, 1,5-Hexandiol, 1,4-Heptandiol, 1,4-Oktandiol, 1,5-Oktandiol, 1,4-Nonandiol, 1,5-Nonandiol, 1,4-Dekandiol, 1,5-Dekandiol, 1,4-Undekandiol, 1,5-Undekandiol, 1,4-Dodekandiol und 1,5-Dodekandiol.When Starting substrates for the inventive Especially preferred are the dihydroxy compounds, which are selected from the group comprising 1,3-butanediol, 1,4-pentanediol, 1,4-hexanediol, 1,5-hexanediol, 1,4-heptanediol, 1,4-octanediol, 1,5-octanediol, 1,4-nonanediol, 1,5-nonanediol, 1,4-decanediol, 1,5-decanediol, 1,4-undecanediol, 1,5-undecanediol, 1,4-dodecanediol and 1,5-dodecanediol.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Wildtyp DSM 44534 des Mikroorganismus Rhodococcus erythropolis (Hinterlegung: Deutschen Sammlung von Mikroorganismen (DSZM), Inhoffenstr. 7B, 38124 Braunschweig) besonders gut geeignet, da er weniger anfällig gegen genetische Veränderungen ist. Daneben hat die Verwendung von Wildtypen den bedeutenden Vorteil, dass Kosten reduziert werden, da der Einsatz von GVO (genetisch veränderten Organismen) mit zum Teil erheblichen Auflagen und Einschränkungen verbunden ist, welche im Gentechnikgesetz geregelt sind. Durch den Verzicht auf gentechnisch rekombinante Mikroorganismen zur Durchführung des Verfahrens wird auch die Arbeitssicherheit deutlich erhöht.to Implementation of the method according to the invention is the wild type DSM 44534 of the microorganism Rhodococcus erythropolis (Deposit: German Collection of Microorganisms (DSZM), Inhoffenstr. 7B, 38124 Braunschweig), because it is less susceptible against genetic changes. Next to it is the use of wild types the significant advantage that costs are reduced since the use of GMOs (genetically modified organisms) with sometimes considerable requirements and restrictions which are regulated in the Genetic Engineering Act. By the renunciation genetically engineered recombinant microorganisms The procedure also significantly increases occupational safety.
Neben lebenden Zellen, wie wachsenden und/oder ruhenden Zellen des Mikroorganismus oder toten Zellen kann das Verfahren auch mit dem Mikroorganismus in Form von gemahlenen Zellen, immobilisierten Zellen oder lyophilisierten Zellen durchgeführt werden. Ebenso sind zellfreie, d. h. im Wesentlichen von Zellwänden abgetrennte Extrakte, z. B. zellfreie Extrakte bzw. Zentrifugatüberstände der gemahlenen oder lyophilisierten Zellen für die Reaktion einsetzbar. Die Extrakte enthalten Zellproteine, welche durch die Zentrifugation gewonnen werden. Der Anteil der Proteine im Extrakt kann nach üblichen Methoden, z. B. nach Bradford, bestimmt werden.Next living cells, such as growing and / or dormant cells of the microorganism or dead cells, the method can also be used with the microorganism in the form of ground cells, immobilized cells or lyophilized Cells are performed. Similarly, cell-free, d. H. Essentially separated from cell walls extracts, eg. B. cell-free extracts or Zentrifugatüberstände the ground or lyophilized cells for the reaction used. The extracts contain cell proteins which are released by the Centrifugation are obtained. The proportion of proteins in the extract can by conventional methods, eg. B. after Bradford determined become.
Neben der stereoselektiven Oxidation kann das Verfahren zusätzlich in einem vorgelagerten Schritt die Anzucht des Mikroorganismus umfassen.Next the stereoselective oxidation may be added to the process in an upstream step, the cultivation of the microorganism.
Dazu können feste, halbfeste oder flüssige Nährmedien zur Anzucht des Mikroorganismus verwendet werden, wobei bevorzugt wässrig-flüssige Nährmedien verwendet werden.To can be solid, semi-solid or liquid nutrient media are used for growing the microorganism, with preference used aqueous-liquid nutrient media become.
Die Anzucht erfolgt unter aeroben oder semi-anaeroben Bedingungen und kann gemäß den allgemein üblichen Methoden, z. B. in Schüttelkolben oder in Submerskulturen, durchgeführt werden. Bevorzugt erfolgt die Kultivierung im aeroben Submersverfahren in belüfteten Fermentern. Es ist möglich, die Anzucht kontinuierlich oder diskontinuierlich durchzuführen. Vorzugsweise wird diskontinuierlich gearbeitet.The Cultivation takes place under aerobic or semi-anaerobic conditions and may, according to the usual methods, z. B. in shake flasks or in Submerskulturen performed become. Preferably, the cultivation is carried out in the aerobic Submersverfahren in ventilated fermenters. It is possible the Cultivation continuously or discontinuously. Preferably, work is carried out batchwise.
In einer bevorzugten Ausführungsform können dem Nährmedium für die Anzucht des Mikroorganismus eine oder mehrere 2,3-Alkandiol-Verbindungen zugesetzt. Wird die 2,3-Alkandiol-Verbindungen dem Nährmedium zugesetzt, kann sie während oder nach Abschluss der Wachstumsphase des Mikroorganismus zugegeben werden. Dies kann durch einmaliges Zugeben oder durch sukzessive Zugabe erfolgen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Zugabe dieser Verbindungen die Bildung des Überschuss an gebildeten 1-Hydroxyketon-Verbindungen erhöht. Vorzugsweise handelt es sich bei der 2,3-Alkandiol-Verbindung um 2,3-Butandiol ist.In a preferred embodiment, the nutrient medium one or more 2,3-alkanediol compounds for the growth of the microorganism added. Is the 2,3-alkanediol compounds the nutrient medium added, it may during or after completion of the growth phase of the microorganism are added. This can be done once Add or by successive addition. It has become demonstrated that the addition of these compounds the formation of the excess increased at formed 1-hydroxy ketone compounds. Preferably the 2,3-alkanediol compound is 2,3-butanediol.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden der Reaktionsmischung vorzugsweise zu Beginn der Reaktion eine oder mehrere 2,3-Alkandiol-Verbindungen zugesetzt. Die 2,3-Alkandiol-Verbindungen können racemisch oder enantiomerenrein eingesetzt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei der 2,3-Alkandiol-Verbindung um 2,3-Butandiol und/oder 2,3-Pentandiol ist. 2,3-Butandiol und/oder 2,3-Pentandiol kann dabei, als (R,R)-konfiguriertes Enantiomer, (S,S)-konfiguriertes Enantiomer, meso-konfiguriertes Diastereomer, oder als beliebiges Gemisch der Enantiomeren, insbesondere als Racemat, oder auch als beliebiges Gemisch der entsprechenden Diastereomeren, vorliegen.In a further preferred embodiment of the process, one or more 2,3-alkanediol compounds are preferably added to the reaction mixture at the beginning of the reaction. The 2,3-alkanediol compounds can be used racemically or enantiomerically pure. Preferably, the 2,3-alkanediol compound is 2,3-butanediol and / or 2,3-pentanediol. 2,3-butanediol and / or 2,3-Pentanediol can thereby, as (R, R) -configured enantiomer, (S, S) -configured enantiomer, meso-configured diastereomer, or as any mixture of the enantiomers, especially as a racemate, or as any mixture of the corresponding Diastereomers are present.
In einer anderen Ausführungsform können sowohl dem Nährmedium als auch der Reaktionsmischung die vorgenannten 2,3-Alkandiol-Verbindungen zugesetzt werden.In another embodiment, both the Nutrient medium and the reaction mixture, the above 2,3-alkanediol compounds are added.
Für die Oxidation der eine primäre und eine sekundäre Hydroxygruppe enthaltenden Dihydroxy-Verbindungen werden dem angezüchteten erfindungsgemäßen Mikroorganismus in den entsprechenden Gefäßen diese Dihydroxy-Verbindungen entweder direkt oder zuvor zentrifugierten und in geeigneten Puffern resuspendierten Zellen zugesetzt oder im Falle der Verwendung von Teilen des Mikroorganismus werden diese Verbindungen mit den Teilen des Mikroorganismus in Reaktionslösungen in Kontakt gebracht. Dabei können die Gefäße auf Schüttelgeräten geschüttelt werden.For the oxidation of one primary and one secondary Hydroxy group-containing dihydroxy compounds are cultivated microorganism according to the invention in the corresponding Make these dihydroxy compounds either directly or previously centrifuged and resuspended in suitable buffers Cells added or in the case of using parts of the microorganism These compounds are with the parts of the microorganism in Reaction solutions brought into contact. The can Shake the jars on shakers become.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der lebende Mikroorganismus vorbehandelt, indem die Permeabilität der Zellmembran für die Verbindungen gegenüber dem intakten System gesteigert ist. Bevorzugt ist dabei ein Verfahren, bei dem der Mikroorganismus beispielsweise durch Einfrieren und/oder Behandlung mit einem organischen Lösungsmittel, wie z. B. Beispiel Toluol, vorbehandelt wird.In a particular embodiment of the invention Procedure, the living microorganism is pretreated by the permeability of the cell membrane for the compounds increased compared to the intact system. Prefers is a method in which the microorganism, for example, by Freezing and / or treatment with an organic solvent, such as Example, toluene, is pretreated.
Bevorzugt wird das Verfahren bei einer Temperatur von 18°C bis 50°C, besonders bevorzugt bei 25°C bis 40°C, sowie einem pH-Wert zwischen pH 4 und pH 9, besonders bevorzugt zwischen pH 6,8 und 7,4 durchgeführt.Prefers the process is carried out at a temperature of 18 ° C to 50 ° C, particularly preferably at 25 ° C to 40 ° C, and a pH between pH 4 and pH 9, more preferably between pH 6,8 and 7,4.
Zur Isolierung und Reinigung der 1-Hydroxyketon-Verbindungen können konventionelle Methoden verwendet werden, z. B. durch Extraktion des gesamten Reaktionsgemisches bzw. Teilen des Reaktionsgemisches mit einer organischen Extraktionsphase und anschließender Säulenchromatograhie, Destillation und/oder Kristallisation.to Isolation and purification of 1-hydroxyketone compounds can conventional methods are used, e.g. B. by extraction the entire reaction mixture or parts of the reaction mixture with an organic extraction phase and subsequent Column chromatography, distillation and / or crystallization.
Nachfolgend werden einige Beispiele zur Veranschaulichung der Erfindung dargestellt, ohne die Erfindung auf diese Beispiele zu reduzieren.following some examples are presented to illustrate the invention, without reducing the invention to these examples.
Anzucht des MikroorganismusCultivation of the microorganism
Ein 2 L Schüttelkolben mit 500 ml Nährmedium (4,5 g/L Na2HPO; 2,2 g/L KH2PO4 × 2H2O; 1,0 g/L Ammoniumsulfat; 0,02 g/L Hefextrakt; 1 g/L 2,3-Butandiol; pH 7.2 +/– 0.2) wurde nach Autoklavieren mit 20 ml Rhodococcus erythropolis DSM 44534 Inokulumkultur beimpft. Das Inokulum wurde als Schüttelkultur in einem Medium gleicher Zusammensetzung vorgezüchtet.A 2 L shake flask containing 500 ml of nutrient medium (4.5 g / L Na 2 HPO, 2.2 g / L KH 2 PO 4 × 2H 2 O, 1.0 g / L ammonium sulfate, 0.02 g / L yeast extract, 1 g / L 2,3-butanediol, pH 7.2 +/- 0.2) was inoculated after autoclaving with 20 ml Rhodococcus erythropolis DSM 44534 inoculum culture. The inoculum was bred as a shake culture in a medium of the same composition.
Die angeimpfte Kultur wurde 48 h unter aeroben Bedingungen bei 28°C auf einem Schüttelgerät, z. B. in einem Schüttler, kultiviert. Nach Erreichen einer CD620nm von 1,0 wurden die Zellen mittels Zentrifugation bei ca. 6000 × g für 10 min bei 4°C vom Nährmedium abgetrennt. Die Zellen wurden in K/Na-Phosphatpuffer (100 mM; pH 7,2) gewaschen und danach 1 g Zellmasse mit 2 ml Puffer resuspendiert. Die Zellsuspension wurde entweder direkt für die Reaktion eingesetzt oder bei –20°C zwischengelagert.The inoculated culture was 48 h under aerobic conditions at 28 ° C on a shaker, z. B. in a shaker, cultivated. After reaching a CD 620 nm of 1.0, the cells were separated by centrifugation at about 6000 × g for 10 min at 4 ° C from the nutrient medium. The cells were washed in K / Na phosphate buffer (100 mM, pH 7.2) and then 1 g of cell mass was resuspended in 2 ml of buffer. The cell suspension was either used directly for the reaction or stored at -20 ° C.
Stereoselektive OxidationStereoselective oxidation
Beispiel 1example 1
Oxidation der Dihydroxy-Verbindungen als Ausgangssubstrat mit lebenden ZellenOxidation of dihydroxy compounds as Starting substrate with living cells
In einem 10 ml-Glasgefäßen wurden 4 ml K/Na-Phosphatpuffer (100 mM; pH 7,2) mit 1 mM 1,4-Nonanediol vorgelegt. Die Biotransformation wurde durch Zugabe von 1 ml Zellsuspension (ca. 4 mg Trockengewicht pro ml) gestartet. Nach 100 min Reaktionszeit bei 28°C im Schüttler wurde die Reaktionsmischung mit 1 ml Dichloromethan gestoppt, extrahiert und das Produktgemisch mit GC-MS analysiert. Das Ausgangssubstrat war nach der Reaktion zu 15 Prozent im Reaktionsgemisch vorhanden. Es wurde ein Umsatz von 81 Prozent 1-Hydroxy-4-nonanon im GC-MS ermittelt. Andere Hydroxyketone wurden nicht detektiert.In To a 10 ml glass jar was added 4 ml of K / Na phosphate buffer (100 mM, pH 7.2) with 1 mM 1,4-nonanediol presented. The biotransformation was added by adding 1 ml of cell suspension (about 4 mg dry weight per ml) started. After 100 min reaction time at 28 ° C. in the shaker, the reaction mixture was treated with 1 ml of dichloromethane stopped, extracted and the product mixture analyzed by GC-MS. The starting substrate was 15 percent in the reaction mixture after the reaction available. There was a conversion of 81 percent 1-hydroxy-4-nonanone determined in GC-MS. Other hydroxyketones were not detected.
Das
Verfahren nach Beispiel 1 wurden mit folgenden Ausgangssubstraten
gemäß Tabelle 1 wiederholt: Tabelle 1
Beispiel 2Example 2
Oxidation der Dihydroxy-Verbindungen als Ausgangssubstrat mit einem zellfreien Rohextrakt, enthaltend eine Proteinfraktion.Oxidation of dihydroxy compounds as Starting substrate with a cell-free crude extract containing a protein fraction.
Für die Oxidation wurden zuvor 20 ml einer bei –20°C gefrorenen Zellsuspension aufgetaut, mit Glasperlen versetzt und 5 × 2 min mittels einer Kugelmühle aufgeschlossen. Der zellfreie Rohextrakt wurde anschließend durch Zentrifugation bei 6000 × g für 10 min; 4°C als Überstand gewonnen.For the oxidation was previously 20 ml of one at -20 ° C Frozen cell suspension thawed, mixed with glass beads and 5 × 2 min by means of a ball mill digested. The cell-free crude extract was then purified by centrifugation at 6000 x g for 10 min; 4 ° C as supernatant won.
Die Oxidation wurde in einer 1-ml-Reaktionsmischung in einer 1 ml Messzelle durchgeführt. Die Aktivität wurde durch photometrische Messung bestimmt. Es wurden 0,9 ml 100 mM K/Na Puffer, pH 7.2 mit 1,5 mM einer Dihydroxy-Verbindung und 3 mM NAD+ als Co-Faktor vorgelegt. Die Zunahme von NADH wurde nach Zugabe von 100 μl des zellfreien Rohextraktes bei 340 nm verfolgt.The oxidation was carried out in a 1 ml reaction mixture in a 1 ml measuring cell. The activity was determined by photometric measurement. 0.9 ml of 100 mM K / Na buffer, pH 7.2 with 1.5 mM of a dihydroxy compound and 3 mM NAD + as co-factor were introduced. The increase in NADH was monitored after addition of 100 μl of the crude cell-free extract at 340 nm.
100
Prozent spez. Aktivität entsprechen dabei 0,2 U oder einer
Oxidation von 0,2 μmol Dihydroxy-Verbindung an der sekundären
Hydroxygruppe pro mg Rohextrakt pro min bei 25°C. Tabelle 2
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