DE69022014T2

DE69022014T2 - Verfahren zur Herstellung von S-(+)-3-Halogeno-1,2-propandiol durch Behandlung mit Mikroorganismen.

Info

Publication number: DE69022014T2
Application number: DE69022014T
Authority: DE
Inventors: Naoya Kasai; Toshio Suzuki
Original assignee: Daiso Co Ltd
Current assignee: Osaka Soda Co Ltd
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2010-12-20
Also published as: DE69022014D1; US5212089A; EP0435551B1; EP0435551A2; EP0435551A3; JPH0473999B2; JPH03191795A

Description

Gebiet der industriellen Anwendung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gesonderten Erhalt von optisch aktiven S-(+)-3- Halogen-1,2-propandiol aus dem 3-Halogen-1,2-propandiol-Racemat unter Verwendung eines Mikroorganismus. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung ein Verfahren zum separaten Erhalt von S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol unter Verwendung von Zellen, die zur Gattung Alcaligenes gehören.
Die Erfindung betrifft ferner eine reine Bakterienkultur, welche die Fähigkeit besitzt, R-(-)-3- Halogen-1,2-propandiol zu assimilieren und zur Gattung Alcaligenes gehört.

Stand der Technik

S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol ist eine zützliche Substanz als ein Rohmaterial für die Synthese von optisch aktiven Pharmazeutika und physiologisch aktiven Substanzen. Zum Beispiel wurde gezeigt, daß S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol eine antigenerative Wirkung besitzt, basierend auf der Wirkung, die Glykolyse von tierischen Spermien zu inhibieren. Ferner kann S-(+)-3-Halogen- 1,2-propandiol zu S-(-)-Glycidol umgewandelt werden, ein nützliches Zwischenprodukt für die Synthese von optisch aktiven Pharmazeutika und Pestiziden und weiteren physiologisch aktiven Substanzen und ferroelektrischen Flüssigkristallen.
Als Verfahren zur Herstellung von diesem nützlichen S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol waren bisher die folgenden Verfahren bekannt.
Als Verfahren für seine chemische Synthese war das Verfahren von Hayan F. Jones bekannt, um es aus Methyl-6-chlor-6-desoxy-D-glucopyranosid zu erhalten (Chemistry and Industry, 15, S. 533, 1978, West-Deutschland, Patent Nr. 2743858), und das Verfahren von Porter K. E. et al., um es aus 1,2,5,6-Diacetonyl-D-mannitol zu erhalten (Chem.-Biol. Interaction, 41, S. 95, 1982). Da diese Verfahren chemische Syntheseverfahren sind, sind jedoch in beiden Fällen die Rohmaterialien schwierig zu erhalten, ist eine ausgefeilte Synthesetechnik notwendig und sind die Schritte kompliziert, wodurch diese Verfahren industriell ungeeignet sind.
Anderseits hat Takahashi et al. ein Verfahren vorgeschlagen, um optisch aktives S-(+)-3-Chlor- 1,2-propandiol unter Verwendung eines Mikroorganismus zu erhalten (offengelegte Europäische Patentveröffentlichung Nr. 0 224 246).
Bei diesem Verfahren der Verwendung eines Mikroorganismus wurden extrem viele Mikroorganismen vorgeschlagen. Dieses vorgeschlagene Verfahren ist ein Verfahren, welches die Reaktion nutzt, daß R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol oxidativ zersetzt und metabolisiert wird, und es weist die folgenden Probleme auf. Obgleich nämlich Trichosporon fermentans CBS 2264, Pichia farinosa IFO 1003, Corynebacterium acetoacidophilum ATCC 21476 und Proteus morganii IFO 3168 beispielhaft als repräsentative Mikroorganismen für jene Mikroorganismengruppe, welche zur Metabolisierung von R-(-)-3-Halogen-1,2,-propandiol einzusetzen ist, angegeben sind, können sie nicht in einem vollständig synthetischen Medium, das 3-Halogen-1,2-propandiol als einzige Kohlenstoffquelle und anorganischen Stickstoff, wie Ammoniumsulfat oder Ammoniumnitrat, als Stickstoffquelle enthält, wachsen und sich vermehren.
Wenn die Reaktion unter Verwendung eines beliebigen der obigen Mikroorganismen durchgeführt wird, muß das Verfahren deshalb so angepaßt werden, daß die Zellen vorausgehend in einem Nährmedium vermehrt werden, um viele Zellen zu erhalten und zu erreichen, daß die Zellen nach dem Waschen auf das 3-Halogen-1,2-propandiol-Racemat wirken, wie es in den Beispielen des obigen Patents offenbart ist. Wenn das obige Verfahren nicht angepaßt wird, wird es notwendig, das 3-Halogen-1,2-propandiol-Racemat einem Medium zuzusetzen, welches andere Nährstoffe enthältund worin der Mikroorganismus wachsen kann, und dieses letztere Verfahren ist kein bevorzugtes Verfahren im Hinblick auf die Reaktionseffizienz oder Produktreinheit.

Das durch die Erfindung zu lösende Problem

Somit ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, daß zur Herstellung von hochreinem S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol in der Lage ist, und zwar in wirtschaftlicher, kostengünstiger und technisch einfacher Weise im Vergleich zu den vorgenannten normalen Verfahren.

Mittel und Wege zur Lösung des Problems

Als ein Ergebnis umfangreicher Untersuchungen, um ein Mikroorganismus zu finden, welcher R- (-)-3-Halogen,1-2-propandiol bevorzugt zu S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol assimilieren kann und wachsen und sich vermehren kann, wenn er in einem das 3-Halogen-1,2-propandiol-Racemat als einzige Kohlenstoffquelle enthaltendem Medium kultiviert wird, gelang den Erfindern dieser Anmeldung die Isolierung eines Bakteriums aus dem Boden, welches das obige Ziel der Erfindung erreicht und zur Gattung Alcaligenes gehört und die Erfindung bewerkstelligt.
Somit stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol bereit, welches das Kultivieren eines Bakteriums umfaßt, welches die Fähigkeit zur Assimilierung von R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol besitzt und zur Gattung Alcaligenes gehört, oder seiner Kultur in einem das 3-halogen-1,2-propandiol-Racemat enthaltenden Medium und Gewinnen des S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiols aus der resultierenden Kulturbrühre.
Das zur Gattung Algaligenes gehörende, bei dem Verfahren der Erfindung verwendete Bakterium ist ein Bakterium, welches, wenn es in einem das 3-Halogen-1,-2-propandiol-Racemat als einzige Kohlenstoffquelle enthaltenden Medium kultiviert wird, die Fähigkeit beistzt, R-(-)-3-Halogen- 1,2-Propandiol bevorzugt zum S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol zu assimilieren.
Vorzugsweise ist das zur Gattung Alcaligenes, wie es obenstehend beschrieben ist, eines, welches im wesentlichen kein S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol assimiliert.
Deshalb besteht gemäß der Erfindung, selbst wenn die Massenproduktion von S-(+)-3-Halogen- 1,2-propandiol durchgeführt wird, keine Notwendigkeit, eine große Anzahl von Zellen getrennt zu kultivieren und die resultierenden Zellen zu sammeln, und es is ausreichend, das Bakterium in einer Menge zu kultivieren, die als Keimstamm ausreicht, und es in das Medium überzuimpfen.
Bei der Assimilierung von R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol führt jedweder bei der Erfindung verwendbare Mikroorganismus die Dehydrohalogenierungsreaktion von R-(-)-3-Halogen-1,2- propandiol durch und bildet im Ergebnis die Halogenwasserstoffsäure. Bei der Erfindung verwendete geeignete 3-Halogen-1,2-propandiole sind 3-Chlor-1,2-propandiolund 3-Brom-1,2- propandiol.
Die morphologischen und physiologischen Eigenschaften von drei repräsentativen Bakterien der Gattung Alcaligenes, welche aus dem Boden durch die Erfinder isoliert und gewonnen wurden und in der Erfindung verwendet werden können, sind in Tabelle 1 dargelegt. Tabelle 1 A. Morphologie Alcaligenes sp. Zellenform Zellengröße Pleomorphismus der Zellen Mobilität Sporen Gramfärbung Säurebeständigkeit Stäbchen keiner periphere Flagella keine negativ wie links - wird fortgesetzt - Tabelle 1 (Fortsetzung) B. Wachstumsbedingungen in verschiedenen Medien Nährstoffagar (Tage bei) Alcaligenes sp. Geschwindigkeit des Koloniewachstums Kolonienform Form der Kolonieoberfläche Erhöhungszustand der Kolonien Kolonienperipherie Kolonieninnenteil Farbe der Kolonien Glanz der Kolonien Durchsichtigkeit der Kolonien Bildung von löslichen Pigmenten normal kreisförmig glatt konvex gesamt homogen milchig-weiß matt durchscheinend keine wie links - wird fortgesetzt - Tabelle 1 (Fortsetzung) 2. Schrägkultur auf Nährstoffagar (Tage bei) Alcaligenes sp. Wachstumsausmaß Wachstumszustand Form der Kolonieoberfläche Form der Kolonien im Querschnitt Glanz der Kolonien Farbton der Kolonien Durchsichtigkeit der Kolonien gut filiförmig glatt flach trübe milchig-weiß durchscheinend wie links - wird fortgesetzt - Tabelle 1 (Fortsetzung) 3. Flüssige Nährstoffstandkultur (Tage bei) Alcaligenes sp. Wachstumszustand Gasproduktion Färbung des Mediums etwas trübe keine wie links 4. Gelatineverflüssigungstest verflüssigte Gelatine kein Gelatine wird verflüssigt Alcaligenes sp. 5. Lackmusmilch reduziert Lackmus auf weiß, nicht koaguliert kein Änderung, nicht koaguliert Alcaligenes sp. - wird fortgesetzt - Tabelle 1 (Fortsetzung) 6. MGPB-Agar (Tage bei) (MGPB-Agar: 3-Halogen-1,2-propandiol 1,0%, Pepton 0,1%, Hefeextrakt 0,1%, Bromthymol Blau 0,01%, Agar 2,0%, pH 7,0) Alcaligenes sp. Geschwindigkeit des Koloniewachstums Kolonienform Form der Kolonieoberfläche Erhöhungszustand er Kolonien Kolonienperipherie Kolonieninnenteil Farbe der Kolonien Glanz der Kolonien Durchsichtigkeit der Kolonien Bildung von löslichen Pigmenten langsam kreisförmig glatt konvex gesamt homogen orange im Zentrum, milchig-weiß an der Peripherie matt opak keine wie links orange gerunzelt (konzentrisch kreiförmig) flach gewellt - wird fortgesetzt - Tabelle 1 (Fortsetzung) C. Physiologischer Test Alcaligenes sp. Lysin-Decarboxylierungstest VP-Test MR-Test Nitratreduktion Indolproduktion PPA-Reaktion Schwefelwasserstoff-Bildung Verwertung von Zitronensäure Stärke-Zersetzungstest Denitrifizierungsreaktion Verwertung von anorganischem Salz - wird fortgesetzt - Tabelle 1 (Fortsetzung) 12. Farbstoffbildung Alcaligenes sp. King-A-Medium King-B-Medium Pseudomonas-P-Medium Pseudomonas-F-Medium Katalase Oxidase Arginin-Dehydrogenase Urease-Test Tabelle 1 (Fortsetzung) 17. OF-Test (Hugh Leifson-Methode, es wurde keine Gasbildung festgestellt) Alcaligenes sp. D-Glucose Glycerin D-Galactose D-Fructose D-Trehalose 18. PHB-Akkumulierung Alcaligenes sp. Tabelle 1 (Fortsetzung) 19. Nutzung von Kohlenstoffquellen Alcaligenes sp. D-Mannitol D-Fructose D-Glucose D-Gluconsäure D-Galactose Glycerin p-Hydroxybenzoesäure
Durch die auf die Ergebnisse der Tabelle 1 basierende Klassifizierung gemäß dem Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, 9. Ausgabe, wurde aufgedeckt, daß die obigen Stämme zur Gattung Alcaligenes gehören, da sie Gram-negative aerobe Stäbchen sind, periphere Flagella besitzen und Oxidase-positiv und Kataloase-positiv sind. Obgleich als nahe verwandte Stämme Alcaligenes faecalis, Alcaligenes denitrificans subsp. denitrificans und Alcaligenes denitrificans subsp. xylosoxydans erwähnt werden können, unterscheiden sich die obigen Stämme von Alcaligenes faecalis darin, daß alle vorgenannten Stämme D-Gluconsäure und Glycerin als Kohlenstoffquelle verwerten können, wohingegen der letztere Stamm D-Gluconsäure und Glycerin nicht verwerten kann, von Alcaligenes denitrifican subsp. xylosoxydans darin, daß die vorgenannten Stämme D-Glucose nicht als Kohlenstoffquelle verwerten kann, wohingegen der letztere Stamm D-Glucose als Kohlenstoffquelle verwerten kann, und von Alcaligenes denitrificans subsp. denitrificans darin, daß die ersteren Stämme ein Nitratsalz nicht reduzieren können, wohingegen der letztere Stamm ein Nitratsalz reduzieren kann. Somit stehen alle obigen Stämme nicht im Einklang mit den bekannten Stämmen in den Merkmalen und wurden als neue Stämme angesehen und als Alcaligenes sp. DS-S-7G, Alcaligenes sp. DS-S-8S und Alcaligenes sp. DS-S-1C bezeichnet.
Obgleich diese Stämme allesamt analoge Stämme sind, wobei jeder zur Gattung Alcaligenes gehört, unterscheiden sich ferner Alcaligenes sp. DS-S-7G und Alcaligenes sp. DS-S-8S von Alcaligenes sp. DS-S-1C darin, daß beim Wachstum im MGPB-Agar die Form der Kolonienoberfläche bei den ersteren Stämmen glatt ist, wohingegen die Form der Kolonienoberfläche beim letzteren Stamm gerunzelt (konzentrisch kreisförmig) ist, und Alcaligenes sp. DS-S-7G unterscheidet sich von Alcaligenes sp. DS-S-8S insofern, als daß beim Wachstum im MGPB-Agar der Farbton der Kolonien im Zentrum orange und in der Peripherie milchig-weiß beim vorgenannten Stamm ist, wohingegen der Farbton der Kolonien beim zuletztgenannten Stamm orange ist. Somit wurden die oben genannen Stämme als drei voneinander unterschiedliche Stämme identifiziert.
Die oben genannten drei Stämme wurden beim Fermentation Research Institute, Agency of Industrial Science and Technology, Japan, am 15. November 1989 hinterlegt, und deren Kontrolle wurde danach dem Fermentation Research Institute am 12. September 1990 gemäß dem Budapester Vertrag zur internationalen Anerkennung der Mikroorganismen-Hinterlegung zum Zwecke des Patentierungsverfahrens übertragen. Die Hinterlegungsnummern die jeweiligen Stämme sind untenstehend aufgeführt. Alcaligenes sp. FRI FRI gemäß Budapester Vertrag FERM
Die Stämme, welche bei der Erfindung eingesetzt werden können und zur Gattung Alcaligenes gehören, sind nicht auf die obigen drei Stämme beschränkt. Das heißt, daß auch andere Stämme der Gattung Alcaligenes in ähnlicher Weise eingesetzt werden können, solange sie die Fähigkeit besitzen, R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol bevorzugt vor S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol zu assimilieren und in einem Medium wachsen und sich vermehren können, das das 3-Halogen-1,2- propandiol-Racemat als einzige Kohlenstoffquelle enthält.
Bei dem Verfahren der Erfindung werden die obigen Alcaligenes-Zellen in einem Medium kultiviert, das das 3-Halogen-1,2-propandiol-Racemat enthält, um R-(-)-3-Halogen-1,2- propandiol zu assimilieren und somit das 3-Halogen-1,2-propandiol-Racemat optisch aktiv zu machen. Genauer gesagt, kann das Verfahren der Erfindung entweder durch Kultivieren eines beliebigen der obigen Bakterien in einem synthetischen Medium, das das 3-Halogen-1-2- propandiol-Racemat als im wesentlichen einzige Kohlenstoffquelle, anorganische Stickstoffverbindungen (verschieden Ammoniumsalze oder Nitrate) als Stickstoffquellen und weitere anorganische Salze enthält, und Gewinnen des verbleibenden S-(+)-3-Halogen-1,2- propandiols aus der Kulturbrühe, oder durch Kultivieren eines beliebigen der obigen Bakterien in einem Medium, das Kohlenstoffquellen, Stickstoffquellen, organische Nährstoffquellen und anorganische Quellen enthält, und wobei gewöhnlich häufig z.B. ein Bouillonmedium oder ein Peptonmedium verwendet wird, Inokulieren der derart erhaltenen Kulturbrühe oder Kulturzellen in ein Medium, das das 3-Halogen-1,2-propandiol-Racemat als einzige Kohlenstoffquelle enthält, weiteres Durchführen der Kultivierung oder das Wirkenlassen der Zellen und anschließendes Gewinnen des verbleibenden S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiols aus der Kulturbrühe, durchgeführt werden.
Als Kohlenstoffquellen können außer dem 3-Halogen-1,2-propandiol-Racemat Alkohole, wie Glycerin, und organische Säuren, wie Zitronensäure, Maleinsäure, Äpfelsäure und Fumarsäure, und deren Salze verwendet werden.
Es ist beim Verfahren der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, das 3-Halogen-1,2-propandiol- Racemat als Hauptkohlenstoffquelle zu verwenden.
Ferner können als Stickstoffquellen jene verwendet werden, die üblicherweise bei der Kultivierung von Zellen verwendet werden. Beispiele davon schließen anorganische Stickstoffverbindungen, wie Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat und Ammoniumphosphat, und organische Stickstoffverbindungen, wie Harnstoff, Pepton, Kasein, Hefeextrakt, Fleischextrakt und Maistränkflüssigkeit ein. Es können ferner allgemein bekannte anorganische Salze, wie Phosphate, Magnesiumsalze, Kaliumsalze, Mangansalze, Zinksalze und Kupfersalze eingesetzt werden.
Die Kultivierung bei der Erfindung kann unter herkömmlichen Bedingungen und mittels herkömmlicher Methoden durchgeführt werden. Das heißt, daß die Kultivierung bei einer Kultivierungstemperatur von etwa 20 bis 40ºC, vorzugsweise 25 bis 37ºC, bei einem pH von etwa 4 bis 9, vorzugsweise 4,5 bis 8,5,unter aeroben Bedingungen unter Verwendung eine Schüttelkultur oder einer Belüftungsrührkultur oder dergleichen durchgeführt wird. Die Substratkonzentration im Reaktionsgemisch hat vorzugsweise die Größenordung von 0,1 bis 10% (v/v), und obgleich die Reaktionszeit in Abhängigkeit von der Substratkonzentration und anderen Reaktionsbedingungen variiert, leigt sie vorzugsweise bei 48 bis 80 Stunden. Es ist bevorzugt, daß die Reaktion zu dem Zeitpunkt abgebrochen wird, wenn das mittels Gaschromatographie oder dergleichen nachgewiesene verbliebene Substrat auf bis zu 50% vermindert wurde, d.h. zu dem Zeitpunkt, wenn R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol im wesentlichen assimiliert worden war. Die Gewinnung und Reinigung des verbliebenen S-(+)-3-Halogen-1,2- propandiols kann wie folgt durchgeführt werden. Das heißt, daß die Reinigung und Gewinnung durchgeführt werden kann, indem die Kulturbrühe nach der Beendigung der Kultivierung in die mikrobiollen Zellen und den Überstand mittels Zentrifugation, mittels eines Flockulierungsmittels oder dergleichen, der Adsorption auf Aktivkohle, wobei S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol in Überstand verbleibt und diese dann entweder mit Aceton eluiert und anschließend das Eluat der Vakuumdestillation unterzogen wird, oder er mit einem Lösungsmittel, wie Ethylacetat, extrahiert und der Extrakt dann einer Vakuumdestillation unterzogen wird, getrennt werden.
Die zur Gattung Alcaligenes gehörenden R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol-assimilierenden Stämme der Erfindung sind neu, und deren Reinkulturen werden ebenfalls durch die Erfindung bereitgestellt. Unter diesen Stämmen können besonders bevorzugt jene verwendet werden, die als Alcaligenes sp. DS-S-7G, Algaligenes sp. DS-S-8S und Alcaligenes sp. DS-S-1C bezeichnet werden.

Beispiel

Die Erfindung wird im speziellen untenstehend durch Beispiele beschrieben. Prozent in den Beispielen bedeutet Gew.-%, wenn nicht anders angegeben.

Beispiel 1

100 ml eines Mediums mit der Zusammensetzung
Ammoniumsulfat 0,5%
Dinatriumhydrogenphosphat 0,1%
Dikaliumhydrogenphosphat 0,1%
Natriumdihydrogenphosphat 0,2%
Magnesiumsulfat 0,05%
Eisensulfat, Kupfersulfat und Mangansulfat Spuren
Calciumcarbonat 0,45%
pH 6,8,
das in einen 500 ml großen Sakaguchi-Kolben gegossen worden war, wurde 15 Minuten lang bei 121ºC sterilisiert, und dann wurde das 3-Chlor-1,2-propandiol-Racemat auf 1,0% (v/v) hinzugesetzt, um ein Medium herzustellen, das 3-Chlor-1,2-propandiol als einzige Kohlenstoffquelle enthält. Eine Platinöse voll einer Schrägagarkultur von Alcaligenes sp. DS-S- 7G, einer der in Tabelle 1 aufgeführten Mikroorganismen, wurde in das obige Medium inokuliert und unter 4 Tage langem Schütteln und den Bedingungen von 30ºC und 130 UpM kultiviert.
Nach der Beendigung der Kultivierung wurde die Kulturbrühe herausgenommen und einer Zentrifugation unterzogen, um die Zellen zu entferen und den Überstand zu erhalten. Dieser Überstand wurde auf etwa 20 ml konzentriert, und das Konzentrat wurde mit Ethylacetat extrahiert. Der Extrakt wurde mit wasserfreiem Magnesiumsulfat entwässert und unter reduziertem Durch gehalten, um 0,4 g 3-Chlor-1,2-propandiol als eine ölige Substanz zu erhalten.
Die Identifizierung dieser Substanz wurde mittels Gaschromatographie durchgeführt. Wenn die Substanz mit im Handel erhältlichem 3-Chlor-1,2-propandiol-Racemat (Produkt von Tokyo Kasei Co.) unter Verwendung einer Trägersäule PEG-20MP, 60-80 mesh, verglichen wurde, stellte sich heraus, daß die Retentionszeiten beider Substanzen vollkommen identisch waren.
Die spezifische Drehung der vorliegenden Substanz und die spezifische Drehung von (S-)-3- Chlor-1,2-propandiol (Literaturwert) waren wie folgt.
Die vorliegende Substanz[α]D²²=7,99º (C=1, H&sub2;O)
Literaturwert[α]D²&sup0;=7,3º (C=1, H&sub2;O)
Darüberhinaus wurde, nachdem die vorliegende Substanz gemäß einer gängigen Methode tosyliert worden war, eine HPLC-Analyse unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Raumtemperatur, Fließrate von 1,0 ml/min und einer Wellenlänge von 235 nm unter Verwendung einer Trennsäule für optische Isomere [CHIRALCEL OC-Säule (25 cm x 0,46 cm I.D.)] (hergestellt von DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES, LTD.) und Hexan-Isopropanol (95:5) als Lösungsmittel. Die Retentionszeiten bei diesem analytischen Verfahren waren 79 Minuten für die S- Verbindung und 89,8 Minuten für die R-Verbindung, und die vorliegende Substanz zeigte eine Retentionszeit, die der der S-Verbindung entsprach, und der Enantiomeren-Überschuß betrug 98% e.e. oder mehr.

Beispiele 2 und 3

Die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 1 wurden durchgeführt, außer daß der Stamm durch Alcaligenes sp. DS-S-8S oder Alcaligenes sp. DS-S-1C ersetzt wurde. Durch die Analyse gemäß den verschiedenen analytischen Methoden, wie sie in Beispiel 1, angeführt sind, zeigte sich, daß jede der erhaltenen Substanzen S-(+)-3-Chlor-1,2-propandiol mit einem Enantiomeren-Überschuß von 98% e.e. oder mehr war. Die Ergebnisse von Beispiel 2 und 3 sind gemeinsam untenstehend aufgeführt. Beispiel Nr. Stamm Ausbeute (g)

Beispiel 4

2,5 Liter des Mediums der Zusammensetzung
Ammoniumsulfat 0,5%
Dinatriumhydrogenphosphat 0,02%
Dikaliumhydrogenphosphat 0,02%
Natriumdihydrogenphosphat 0,04%
Magnesiumsulfat 0,05%
Eisensulfat, Kupfersulfat und Mangansulfat Spuren
pH 6,8,
gegossen in eine 5 Liter große Kulturvorrichtung (Zellenfermenter) wurde 15 Minuten lang bei 121ºC sterilisiert, und dann wurde das 3-Chlor-1,2-propandiol-Racemat auf 1,0% (v/v) hinzugesetzt, um ein Medium herzustellen, das das 3-Chlor-1,2-propandiol-Racemat als einzige Kohlenstoffquelle enthält. Dann wurde Alcaligenes sp. DS-S-7G, eines der in Tabelle 1 aufgeführten Mikroorganismen, vorausgehend unter Schütteln bei 30ºC 24 Stunden lang in einem Nährmedium, das 1,0% Pepton, 1,0% Hefeextrakt und 1,0% Glycerin, pH 7,2 enthielt, kultiviert, und die Kulturbrühe wurde in das obige Medium, das das 3-Chlor-1,2-propandiol-Racemat als einzige Kohlenstoffquelle enthielt, inokuliert, so daß seine Menge 2%(v/v) betrug. Die Belüftungsrührkultivierung wurde 4 Tage lang unter folgenden Bedingungen durchgeführt:
Temperatur 30ºC
Belüftungsmenge 0,5 l/min
Rührung 500 UpM
Die Messung und Regulierung des pH wurden mittels eines angeschlossenen pH-Meßgerätes durchgeführt, und der pH wurde auf 6,8 mit 3 N NaOH reguliert.
Nach der Beendigung der Kultivierung wurde die Kulturbrühe abgenommen und einer Zentrifugation unterzogen, um die Zellen abzutrennen und den Überstand zu erhalten. Der Überstand wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 behandelt, um 15,2 g 3-Chlor-1,2-propandiol zu erhalten. Die erhaltene Substanz wurde verschiedenen Analysen, wie es in Beispiel 1 gezeigt ist, unterzogen, und als ein Ergebnis zeigte sich, daß die Substanz S-(+)-3-Chlor-1,2-propandiol mit einem Enantiomeren-Überschuß von 98% e.e. oder mehr war. Die spezifische Drehung [α]D²² dieser Substanz betrug 7,95º (C=1, H&sub2;O).

Beispiele 5 und 6

Die gleichen Arbeistsvorgänge wie in Beispiel 4 wurden durchgeführt, außer daß der Stamm durch Alcaligenes sp. DS-S-8S oder Alcaligenes sp. DS-S-1C, die in Tabelle 1 gezeigt sind, ersetzt wurde. Mittels verschiedener in Beispiel 1 gezeigter Analysen zeigte sich, daß jede der erhaltenen Substanzen S-(+)-3-Chlor-1,2-propandiol mit einem Enantiomeren-Überschuß von 98% e.e. oder mehr war. Die Ergebnisse der Beispiele 5 und 6 sind untenstehend zusammenstellend aufgeführt. Beispiel Nr. Stamm Ausbeute (g)

Beispiel 7

100 ml eines Nährmediums mit der Zusammensetzung 1,0% Pepton, 1,0% Hefeextrakt und 1,0% Glycerin, pH 7,2, in einem 500 ml großen Sakaguchi-Kolben wurden bei 121ºC 15 Minuten lang sterilisiert, und dann wurde eine Platinöse voll einer Schrägagarkultur von Alcaligenes sp. DA-S- 7G, gezeigt in Tabelle 1, darin inokuliert. Die Kultivierung wurde 24 Stunden lang bei 30ºC unter Schütteln durchgeführt, die Zellen und der Überstand wurden mittels Zentrifugation getrennt und der Überstand wurde verworfen. Die resultierenden Zellen wurden zwei- bis dreimal mit einem 50 mM-Phosphatpuffer, pH 7,0, gewaschen. Die Zellen wurden in 100 ml des Mediums, das das 3- Chlor-1,2-propandiol als einzige Kohlenstoffquelle enthielt, gezeigt in Beispiel 1, suspendiert, und die Reaktion wurde 3 Tage lang bei 30ºC und 130 UpM durchgeführt. Nach der Beendigung der Reaktion wurden die Zellen mittels Zentrifugation entfernt, um den Überstand zu erhalten. Der Überstand wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 behandelt, um 0,4 g 3-Chlor-1,2-propandiol zu erhalten. Die Substanz wurde den verschiedenen in Beispiel 1 gezeigten Analysen unterzogen, und als ein Ergebnis zeigte sich, daß die Substanz S-(+)-3-Chlor-1,2-propandiol mit einer optischen Reinheit von 98% e.e. oder mehr war. Die spezifische Drehung [α]D²² betrug 7,98º (C=1, H&sub2;O).

Beispiele 8 und 9

Die gleichen Arbeitsvorgänge wie in Beispiel 7 wurden durchgeführt, außer daß der Stamm durch Alcaligenes sp. DS-S-8S oder Alcaligenes sp. DS-S-1C, die in Tabelle 1 gezeigt sind, ersetzt wurde. Mittels der verschiedenen in Beispiel 1 gezeigten Analysen zeigte sich, daß jede erhaltene Substanze S-(+)-3-Chlor-1,2-propandiol mit einem Enantiomeren-Überschuß von 98% e.e. oder mehr war. Die Ergebnisse der Beispiele 8 und 9 sind untenstehend zusammenstellend aufgeführt. Beispiel Nr. Stamm Ausbeute (g)Beispiele 10 bis 12
Die gleichen Versuche wie in den Beispielen 1 bis 3 wurden durchgeführt, außer daß das 3-Chlor- 1,2-propandiol-Racemat durch das 3-Brom-1,2-propandiol-Racemat ersetzt wurde. Die experimentellen Methoden und die anderen Arbeitsschritte wurden gemäß Beispiel 1 durchgeführt. Die spezifischen Drehungen und Ausbeuten der in den Beispielen 10 bis 12 erhaltenen Substanzen sind untenstehend zusammengefaßt. Beispiel Nr. Stamm Ausbeute (g)
Ferner wurde jede der in den Beispielen 10 bis 12 erhaltenen Substanzen mittels einer gängigen Methode tosyliert, und die tosylierte Verbindung wurde der HPLC-Analyse unter folgenden Bedingungen unterzogen: Raumtemperatur, einer Fließrate von 1,0 ml/min und einer Wellenlänge von 235 nm, unter Verwendung einer Trennsäule für optische Isomere [CHIRALCEL, OC-Säule (25 cm x 0,46 cm. I.D.)] (hergestellt von DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES, LTD.) und Hexan-Isopropanol (95:5) als Lösungsmittel. Die Retentionszeiten bei dieser analytischen Methode waren 98,9 Minuten für die S-Verbindung und 115,4 Minuten für die R-Verbindung, und jede der obigen Substanzen zeigte eine Retentionszeit, die der S-Verbindung ensprach, und besaß einen Enantiomeren-Überschuß von 96% e.e. oder mehr.

Beispiele 13 bis 15

Die Versuche wurden gemäß den Beispielen 4 bis 6 durchgeführt, außer daß das 3-Chlor-1,2- propandiol-Racemat durch das 3-Brom-1,2-propandiol-Racemat ersetzt wurde. Die experimentellen Methoden und die anderen Verfahrensschritte wurden gemäß Beispiel 4 durchgeführt. Mittels der verschiedenen in Beispiel 10 gezeigten Analysen zeigte sich für jede der erhaltenen Substanzen, daß sie S-(+)-3-Brom-1,2-propandiol mit einem Enantiomeren-Überschuß von 96% e.e. oder mehr war. Die Ergebnisse der Beispiele 13 bis 15 sind untenstehend zusammengefaßt. Beispiel Nr. Stamm Ausbeute (g)

Beispiele 16 bis 18

Die Experiemente wurden gemäß den Beispielen 7 bis 9 durchgeführt, außer daß das 3-Chlor-1,2- propandiol-Racemat durch das 3-Brom-1,2-propandiol-Racemat ersetzt wurde. Die experimentellen Methoden und anderen Verfahrensschritte wurden gemäß Beispiel 7 durchgeführt. Mittels der verschiedenen in Beispiel 10 gezeigten Analysen wurde aufgezeigt, daß die erhaltenen Substanzen S-(+)-3-Brom-1,2-propandiol mit einem Enantiomeren-Überschuß von 96% e.e. oder mehr waren. Die Ergebnisse der Beispiele 16 bis 18 sind untenstehend zusammengefaßt. Beispiel Nr. Stamm Ausbeute (g)

Wirkungen der Erfindung

Gemäß der Erfindung is es möglich, S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol mittels eines Verfahrens herzustellen, bei dem günstige Rohmaterialien verwendet werden können und welches indurstriell günstig ist, und zwar durch die bevorzugte Assimilierung von R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol aus dem 3-Halogen-1,2-propandiol-Racemat unter Verwendung eines Bakteriums der Gattung Alcaligenes.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol, welches das Kultivieren eines Bakteriums, das die Fähigkeit zur Assimilierung von R-(-)-3-Halogen-1,2- propandiol besitzt und zur Gattung Alcaligenes gehört, oder seiner Kulturbrühe in einem 3-Halogen-1,2-propandiol-Racemat enthaltenden Medium und das Gewinnen des S-(+)- 3-Halogen-1,2-propandiols aus der resultierenden Kuturbrühe umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bakterium die Fähigkeit besitzt, wenn es in einem 3-Halogen-1,2-propandiol-Racemat als einzige Kohlenstoffquelle enthaltenden Medium kultiviert wird, R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol bevorzugt vor S-(+ )-3-Halogen-1,2-propandiol zu assimilieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bakterium R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol assimilieren kann, jedoch im wensentlichen kein S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol assimiliert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Bakterium Alcaligenes sp. DS-S-7G, Alcaligenes sp. DS-S-8S oder Alcaligenes sp. DS-S-1C, hinterlegt von dem Fermentation Research Institute, Agency of Industrial Science and Technology, Japan, unter der Hinterlegungsnr. FERM BP-3098, FERM BP-3099 bzw. FERM BP-3100 ist.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das 3-Halogen- 1,2-propandiol 3-Chlor-1,2-propandiol oder 3-Brom-1,2-propandiol ist.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kultivierung unter aeroben Bedingungen ausgeführt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kultivierung bei einer Temperatur von 20 bis 40ºC ausgeführt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kultivierung bei einem pH von 4 bis 9 ausgeführt wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kultivierung in einem Medium durchgeführt wird, das 3-Halogen-1,2-propandiol-Racemat als im wesentlichen einzige Kohlenstoffquelle enthält.

10. Reine Kultur eines R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol-assimilierenden, zur Gattung Alcaligenes gehörenden Stammes, welcher im wesentlichen kein S-(+ )-3-Halogen-1,2-propandiol assimiliert.

11. Reine Kultur nach Anspruch 10, wobei der Stamm Alcaligenes sp. DS-S-7G (FERM BP- 3098), Alcaligens sp. DS-S-8S (FERM BP.3099) oder Alcaligenes sp. DS-S-1C (FERM BP-3100) ist.