EP1625104A2 - METHOD FOR PRODUCING CHIRAL alpha HYDROXYCARBOXYLIC CRYSTALLINE ACIDS - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING CHIRAL alpha HYDROXYCARBOXYLIC CRYSTALLINE ACIDS

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Publication number
EP1625104A2
EP1625104A2 EP04706636A EP04706636A EP1625104A2 EP 1625104 A2 EP1625104 A2 EP 1625104A2 EP 04706636 A EP04706636 A EP 04706636A EP 04706636 A EP04706636 A EP 04706636A EP 1625104 A2 EP1625104 A2 EP 1625104A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cells
hours
dmso
reaction
hydrolysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04706636A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hefried Griengl
Ingrid Osprian
Hans-Egbert Schoemaker
Christoph Reisinger
Helmut Schwab
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Patheon Austria GmbH and Co KG
Original Assignee
DSM Fine Chemicals Austria Nfg GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DSM Fine Chemicals Austria Nfg GmbH and Co KG filed Critical DSM Fine Chemicals Austria Nfg GmbH and Co KG
Publication of EP1625104A2 publication Critical patent/EP1625104A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/42Hydroxy-carboxylic acids

Definitions

  • Optically active ⁇ -hydroxycarboxylic acids are used, for example, as additives in animal feed or in the production of active pharmaceutical ingredients, vitamins and liquid crystals.
  • optically active ⁇ -hydroxycarboxylic acids can also be described, for example, by Effenberger et al., Angew. Chem. 95 (1983) No. 1, page 50, advantageously convert it into N-substituted optically active ⁇ -amino acids which are otherwise very difficult to produce.
  • Chiral ⁇ -hydroxycarboxylic acids are now chemically, fermentatively or enzymatically accessible.
  • Racemic cyanohydrins can be hydrolyzed to the desired chiral ⁇ -hydroxycarboxylic acids with the addition of suitable microorganisms.
  • optically active cyanohydrins can be hydrolyzed with concentrated hydrochloric acid without racemization to give the corresponding chiral ⁇ -hydroxycarboxylic acids.
  • the optical purity of the chiral ⁇ -hydroxycarboxylic acids thus produced corresponds to the optical purity of the chiral cyanohydrin used, even if it is obtained in situ by enzyme-catalyzed addition of a cyanide group to a corresponding aldehyde or a ketone and is further processed without isolation or purification.
  • the present invention accordingly relates to a process for the preparation of chiral ⁇ -hydroxycarboxylic acids, which is characterized in that (R) - or (S) -cyanohydrins in the presence of Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 by enzymatic hydrolysis into the corresponding (R) - or (S) - ⁇ - Hydroxycarboxylic acids are transferred.
  • (R) ⁇ and (SJ-cyanohydrins are converted into (R) - and SJ- ⁇ -hydroxycarboxylic acids with an optical purity of up to> 99% ee.
  • the starting compounds used are (R) - and (S) - cyanohydrins, which are produced by enzymatic or chemically catalyzed addition of a cyanide group to the corresponding aldehydes or ketones.
  • aldehydes are aliphatic, aromatic or heteroaromatic aldehydes.
  • Aliphatic aldehydes are to be understood as meaning saturated or unsaturated aliphatic, straight-chain, branched or cyclic aldehydes.
  • Preferred aliphatic aldehydes are straight-chain aldehydes having in particular 2 to 18 carbon atoms, particularly preferably 2 to 12, which are saturated or mono- or polyunsaturated.
  • the aldehyde can have both CC double bonds and CC triple bonds.
  • the aldehyde can be unsubstituted or one or more times by groups which are inert under the reaction conditions, for example by optionally substituted aryl or heteroaryl groups, such as phenyl or indolyl groups, by C 1 -C 6 -alkyl, optionally substituted cycloalkyl groups which have one or more heteroatoms from the group O, S, P, or N can be substituted, halogen, ether, alcohol, acyl, carboxylic acid, carboxylic acid ester, nitro or azido groups.
  • groups which are inert under the reaction conditions for example by optionally substituted aryl or heteroaryl groups, such as phenyl or indolyl groups, by C 1 -C 6 -alkyl, optionally substituted cycloalkyl groups which have one or more heteroatoms from the group O, S, P, or N can be substituted, halogen, ether, alcohol, acyl, carboxylic acid, carboxylic acid
  • aromatic or heteroaromatic aldehydes are benzaldehyde or variously substituted benzaldehydes such as 2-chlorobenzaldehyde, 3,4- Difluorobenzaldehyde, 4-methylbenzaldehyde, 3-phenoxybenzaldehyde, 4-fluor-3-phenoxybenzaldehyde, further furfural, anthracene-9-carbaldehyde, furan-3-carbaldehyde, indole-3-carbaldehyde, naphthalene-1-carbaldehyde, phthalaldehyde, pyrazole -3-carbaldehyde, pyrrole-2-carbaldehyde, thiophene-2-carbaldehyde, isophthalaldehyde or pyridine aldehydes, etc.
  • benzaldehyde or variously substituted benzaldehydes such as 2-chlorobenzaldehyde, 3,4
  • ketones are aliphatic, aromatic or heteroaromatic ketones in which the carbonyl carbon atom is unequally substituted.
  • Aliphatic ketones are straight-chain, branched or cyclic ketones.
  • the ketones can be saturated or mono- or polyunsaturated. You can unsubstituted or one or more times by groups inert under the reaction conditions, for example by optionally substituted aryl or heteroaryl groups such as phenyl or indolyl groups, by halogen, ether, alcohol, acyl, carboxylic acid, carboxylic acid ester, Nitro or azido groups can be substituted.
  • aromatic or heteroaromatic ketones are acetophenone, indolylacetone, etc.
  • R1 X R2 z in the R1 and R2 are independently H, an optionally mono- or polysubstituted with inert under the reaction conditions substituent substituted C- ⁇ -C 6 - alkyl or alkenyl radical or an optionally mono- or polysubstituted with inert under the reaction conditions substituent substituted phenyl radical, with the proviso that R1 and R2 are not both H.
  • Preferred substituents which are inert under the reaction conditions are, for example, halogens, such as fluorine, bromine and chlorine, C 1 -C 6 -alkyl or alkoxy, ethers, esters, acetals or optionally substituted phenyl and phenyloxy.
  • (R) - or (S) - cyanohydrins such as (R) - or (S) -2-hydroxy-4-phenyl-butyronitrile, (R) - or (S) -2 - Chloromandelonitrile, (R) - or (S) -mandelonitrile, (R) - or (S) -4-methylmandelonitrile, (R) - or (S) -3-phenoxymandelonitrile, (R) - or (S) -2 -Hydroxy-2-methyl-heptanenitrile, (R) - or (S) -2-hydroxy-2-phenyl-propionitrile, (R) - or (S) -2-hydroxy-3-pentenenitrile, (R) - or (S) -l-hydroxy-cyclohexanenitrile, (R) - or (S) -acetophenonecyna
  • the enzymatic hydrolysis takes place in the presence of Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540.
  • Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 has unexpectedly found a microorganism which is distinguished by the fact that it has a nitrile hydrate / amidase enzyme system which can hydrolyze the nitrile function of such polar nitriles as the cyanohydrins mentioned above.
  • the chiral cyanohydrins are hydrolyzed in the first step by the nitrile hydratase into the corresponding chiral hydroxyamide, which is then converted in a second hydrolysis step by the amidase into the corresponding chiral ⁇ -hydroxycarboxylic acid.
  • microorganism can be used in the method according to the invention in any form, for example in the form of ground cells, crude or purified enzymes, recombinant enzymes, immobilized cells or enzymes, lyophilized cells or "resting cells".
  • Recombinant enzymes, resting cells or lyophilized cells are preferably used, particularly preferably recombinant enzymes or resting cells.
  • a suitable microorganism such as E. coli, Pichia pastoris, Saccharomyces, Asperagillus, K. Lactis, etc.
  • the corresponding genes are introduced with the aid of plasmid constructs into suitable host cells, for example in E. coli, Pichia pastoris, Saccharomyces, Asperagillus, K. Lactis host cells.
  • both the nitrile hydratase and the amidase can be overexpressed in active form.
  • amidase much higher activity levels can be achieved than with corresponding fermentation of the Rhodococcus cells.
  • aqueous medium such as water or a buffer solution.
  • aqueous medium such as water or a buffer solution.
  • buffer solutions are, for example, phosphate buffers such as K / Na phosphate buffers, PBS buffers, butyrate buffers, citrate solutions, etc.
  • the pH of the buffer solution used should be in a range from pH 4.5 to pH 11, preferably from 5.5 to 8.5.
  • the corresponding chiral cyanohydrin is then added to the suspension thus obtained. Since the chiral cyanohydrins are lipophilic compounds with limited water solubility, the use of a solubilizer as a cosolvent is necessary in order to dissolve the cyanohydrins in an aqueous medium.
  • Suitable solubilizers are, for example, organic solvents, surfactants, phase transfer catalysts, etc.
  • Organic solvents which are suitable as cosolvents for the process according to the invention are those which firstly sufficiently dissolve the substrate and secondly impair the enzyme activity as little as possible.
  • Examples include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), Ci-C ⁇ alcohols, such as methanol, ethanol, i-propanol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol or 1-pentanol, toluene or t.- Butyl methyl ether (TBME) or mixtures thereof.
  • DMSO, DMF, ethanol, i-propanol or mixtures thereof, and particularly preferably DMSO and DMF are preferably used as cosolvents.
  • the proportion of cosolvents should be between 0.5 and 20% by volume, based on the total volume of the reaction solution.
  • the cosolvent fraction is preferably between 1 and 15 vol% and particularly preferably between 2 and 10 vol%.
  • the substrate concentration in the reaction solution in the process according to the invention should be in a range from 1 g / l to 10Og / l (based on the total volume of the reaction solution), the acceptance of a sufficiently high substrate concentration being the basic prerequisite for the use of the enzymatic hydrolysis according to the invention in the preparative Scale is.
  • Substrate concentrations of up to 50 g / l are preferred, particularly preferably up to 25 g / l.
  • the possible convertible substrate concentration depends on the amount of enzyme used.
  • the first hydrolysis step has to be carried out very quickly in order to avoid the disintegration of the cyanohydrin and the resulting racemization, so that relatively high cell densities are required.
  • the amount of cells or enzyme depends on the activity of the microorganism in the form used, as well as on the substrate concentration and the cosolvent.
  • the pH of the reaction mixture should be between 4.5 and 11, preferably between 5.5 and 8.
  • a suitable acid or acidic salts such as phosphoric acid, boric acid, citric acid, etc., can be added to the reaction mixture to adjust the pH. be added.
  • the enzymatic hydrolysis according to the invention is carried out at a temperature of 10 to 60 ° C., preferably at 15 to 50 ° C. and particularly preferably at 20 to 45 ° C.
  • hydrolysis to the desired chiral ⁇ -hydroxycarboxylic acids After hydrolysis to the desired chiral ⁇ -hydroxycarboxylic acids, they are isolated from the reaction mixture using a known technique, such as centrifuging the cells, extracting the product after acidification with HCl (e.g. pH 2) and, if appropriate, further purifying it by activated carbon filtration and recrystallization.
  • HCl e.g. pH 2
  • Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 thus converts polar nitriles, such as chiral cyanohydrins, into the corresponding chiral ⁇ -hydroxycarboxylic acids in a simple and efficient manner under mild conditions, with no racemization occurring.
  • polar nitriles such as chiral cyanohydrins
  • the desired ⁇ -hydroxycarboxylic acids are obtained in high optical purity of up to over 99% and in high yields of up to over 98%.
  • a complex standard medium (Medium A, see Table 1) was used to produce the Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 biomass.
  • the stock was kept on agar plates with medium A (solidification with 15 g / l agar). The plates were sealed by wrapping parafilm on the side and stored in the refrigerator at 4 ° C.
  • Variant I (without preculture): About half of the biomass of an agar plate was suspended in 5 ml of sterile, physiological saline. One cell suspension each was added to 250 ml of culture medium.
  • the cells were harvested by centrifugation at approx. 3000rpm for 30min at 0-4 ° C.
  • the cells were washed once with K / Na phosphate buffer (50mM, pH 6.5).
  • the cells were then resuspended in fresh buffer and either lyophilized after shock freezing (reactions with lyophilized cells, example 2), or this cell suspension (about 6-8% of the culture volume) was used directly for the biocatalytic reactions (reactions with resting cells, example 3).
  • Example 2 Reactions with lyophilized cells on an analytical scale
  • Example 3 Enzymatic hydrolysis using resting cells and lyophilized cells
  • the cells were resuspended in 1.8 ml K / Na-PO 4 buffer (pH 6.5, 50 mM) (lyophilized cells were shaken for 1 hour for rehydration).
  • the reaction was started by adding 200 ⁇ l of a 200mM substrate solution in DMSO (substrate concentration approx. 20mM) and carried out at 30 ° C. and 130rpm in a shaker. After 30 min, 60 min and 17 h, 200 ⁇ l were removed and 200 ⁇ l of 1N HCl were added. After centrifugation (5 min, 13,000 rpm) and dilution, the conversions were determined by means of HPLC. Only the substrate and the two products were taken into account.
  • the conversion of the hydroxyamide (HA) relates to the amount of hydroxy acid that was formed from the hydroxyamide present.
  • reaction was carried out on an analytical scale (reaction volume 1 ml) with 3 substrate concentrations (2.2g / l, 6.6g / l, 13.2g / l).
  • the biocatalyst was prepared according to Example 1, Variant II, 21 fermentation medium, harvest after 20 hours (ODs 46 6.1).
  • the cells from 8 x 10 ml fermentation solution were centrifuged off in culture tubes.
  • the cell mass obtained was washed once with 2 ml of K Na phosphate buffer (pH 6.5, 50 mM).
  • the contents of 2 tubes were lyophilized to determine the dry weight.
  • Substrate solution 11mg (R) -2-chloromandelonitrile in 250 ⁇ l DMSO (approx. 260mM) substrate concentration in the batch: 2.2g / l (13.1mM) b.
  • Substrate concentration in the batch Substrate concentration: 6.6g / l (39.4mM)
  • Substrate concentration in the batch 13.2g / l (78.8mM)
  • reaction was carried out with 2 different substrate concentrations (10 g / l, 20 g / l) on a 5 ml scale.
  • the biocatalyst was prepared according to Example 1, Variant II, 21 fermentation medium, harvest after 19 hours (OD 546 8.4).
  • the cells were resuspended in approx. 140 ml buffer (Resting cells, OD 5 6 52). 4.75 ml each of this cell suspension was used for the enzymatic reactions.
  • Two different concentrations of (R) -2-chloromandelonitrile were investigated in parallel.
  • the reaction was started by adding 250 ⁇ l of substrate solution and carried out in culture tubes in a shaking cabinet at 30 ° C. and 130 rpm. To check the turnover, 200 ⁇ l were taken in each case and 200 ⁇ l of 1 N HCl were added. After centrifugation (5 min, 13,000 rpm) and dilution, the conversions were determined using HPLC.
  • the biocatalyst was prepared according to Example 1, Variant II, 2.75I fermentation medium, harvested after 20 hours.
  • the cells were resuspended in approx. 200 ml buffer (Resting cells, OD 5 6 44). 4.85 ml each of this cell suspension were used for the enzymatic reactions.
  • the cells were suspended in 100 ml K / Na phosphate buffer (pH 6.5, 50mM). This cell suspension (OD 60) was used for the enzymatic reactions.
  • the reactions of (R) -2-chloromandelonitrile, dissolved in DMSO or EtOH, were carried out in 100 ml Schlifferienmeyer flasks at 150rpm and 30 ° C.
  • 200 ⁇ l of sample were mixed with 200 ⁇ l of 1N HCl, centrifuged (5 min, 13,000 rpm) and diluted before the measurement. After complete conversion, the ee of the product was determined.
  • the substrate concentration was 10 g / l (R) -2-chloromandelonitrile.
  • the reaction was carried out on a 5 ml scale.
  • Example 7 Reactions of cyanohydrins from aldehydes with Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 on a semi-preparative scale
  • the biocatalyst was produced in accordance with Example 1, variant II. 31 fermentation medium, harvest after 20 hours (ODs 46 5.9). The cells were resuspended to about 180 ml in buffer (Resting cells, OD54 6 80).
  • experiment 7.2 some reaction parameters were varied.
  • the standard conditions were 10 g / l substrate and DMSO as cosolvent (here 2.5%).
  • a second batch was carried out with 15 g / l substrate, another with 10 g / l substrate and DMF as cosolvent.
  • the biocatalyst was produced in accordance with Example 1, variant II. 31 fermentation medium, harvest after 20 hours (ODs 4 6 6.8). The cells were resuspended to about 190 ml buffer (Resting cells, OD54 6 69). Three implementations were carried out.
  • Batch A 0.3 g (R) -2-chloromandelonitrile (ee> 99%), dissolved in 750 ⁇ l DMSO, 30 ml of this cell suspension were added.
  • the hydrolysis was carried out at 40 ° C. and 150 rpm in the shaker. After 30 minutes the cyanohydrin was completely hydrolyzed, after 5 hours the conversion to (R) -2-chloromandelic acid was complete. Crude yield: 0.31g (93%) Product ee:> 99%
  • Batch B 0.3 g (R) -2-chloromandelonitrile (ee> 99%), dissolved in 750 ⁇ l DMF, 30 ml of this cell suspension were added.
  • batch A 10g / l batches with different substrate concentrations (batch A 10g / l, batch B 15g / l) were carried out. Both implementations were almost equally quick and were complete after 2 hours.
  • the biocatalyst was produced in accordance with Example 1, variant II. 31 fermentation medium, harvest after 20 hours (OD 546 1.2). The cells were resuspended in approximately 180 ml of buffer (Resting cells, OD 546 70). Two implementations were carried out.
  • the biocatalyst was produced according to Example 1, variant II, 2.5I fermentation medium, harvest after 20 hours (OD 546 6.9).
  • the cells were resuspended in approx. 160 ml buffer (Resting cells, OD 546 63).
  • the biocatalyst was produced according to Example 1, Variant II, 21 fermentation medium, harvest after 20 hours (OD 546 8.4).
  • the cells were resuspended in approx. 120 ml buffer (Resting cells, OD 546 74).
  • the reaction was carried out after freezing the biocatalyst overnight.
  • the hydrolysis was carried out at 40 ° C. and 150 rpm in the shaker. After 15 minutes the cyanohydrin was completely hydrolyzed, after 5 hours the conversion to (R) -mandelic acid was complete. Crude yield: 1.16g (100%) Product ee: 93%
  • Example 8 Reactions of cyanohydrins from ketones with Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 on a semi-preparative scale
  • the biomass was centrifuged off at 4 ° C. and 6000 rpm for 20 min and once with H 2 0 dist. washed. After acidifying the supernatant with 1 N HCl to pH 2, extraction was carried out 3-4 times with TBME.
  • the biocatalyst is produced according to Example 1, variant II, 2L fermentation medium, harvest after 20 hours.
  • the cells were resuspended in approx. 60 ml buffer (Resting cells, OD 546 60).
  • the pMS470 plasmid system was used to express the nitrile hydratase and to express the amidase.
  • this plasmid has an inducible tac promoter which allows controlled overexpression of the cloned open reading frames.
  • the plasmid map can be seen in Figure 1.
  • the plasmid is called pMS470Nhse7.3.
  • ⁇ and ⁇ subunit In addition to the two gene segments of nitrile hydratase ( ⁇ and ⁇ subunit), it also contains a third open reading frame which codes for an activator protein.
  • the fermentation of the two enzymes was basically carried out according to the general protocol, worked out for the overexpression of enzymes in the pMS470 system.
  • the E. coli B BL21 cells transformed with pMS470Nhase7.3 (or pMSNhasetactac7.3) were separated on LB ampicillin plates and an ONC of 100 ml LB ampicillin medium was inoculated with a single colony.
  • pMS470Nhase7.3 or pMSNhasetactac7.3
  • the growth temperature was controlled at 25 ° C., since at higher temperatures only insoluble inclusion bodies are formed.
  • the cultures were induced by adding IPTG to a concentration of 0.1 mM.
  • the media were supplemented with 0.1 mM ammonium iron (III) citrate.
  • the cultures were harvested (centrifugation at approx. 3000 * g for 15 min) and washed once with approx. 100 ml PBS buffer.
  • the cell pellet was then resuspended in PBS buffer (approx. 5ml total volume) and disrupted with an ultrasound probe (BRANSON Sonifier 250, 60% power setting, constant sonication; 5 times 30s with 1 minute break for cooling) (visual check of completeness under the Microscope).
  • the crude lysates thus obtained had a typical activity of approx. 100-250 U / ml (approx.
  • the E. coli B BL21 cells transformed with pMS470-33 / 3/1/11 were isolated on LB-ampicillin plates and an ONC of 100 ml LB-ampicillin medium was inoculated with a single colony.
  • a main culture consisting of 250 ml SOC ampicillin medium in a 1000 ml baffle flask was inoculated to an OD 6 oo of 0.01 to 0.03 (Beckmann photometer).
  • the growth temperature was adjusted to 30 ° C because the fermentation at 37 ° C only leads to the formation of insoluble and inactive protein.
  • the cultures were induced by adding IPTG to a concentration of 0.3mM.
  • the pellet obtained was resuspended to a total volume of approx. 5 ml in the wash buffer and disrupted to completion with an ultrasound probe (BRANSON Sonifier 250, 60% power setting, constant sonication; 5 times 30 s with 1 min break for cooling) with constant cooling (visual check of completeness Under the microscope).
  • the crude lysates obtained in this way were frozen at -20 ° C for preservation.
  • the lysates had an activity of approx. 75 U / ml, determined with acetamide (40mM) as substrate in PBS buffer at 37 ° C
  • Solution A 10% (w / v) phenol in ethanol (95%)
  • Solution B 0.5% (w / v) nitroprusside sodium in ddH 2 0
  • Solution C 100g tri-sodium citrate and 5g of sodium hydroxide in 550 ml water
  • Solution D 600ml commercial sodium hypochlorite solution diluted to 1000ml
  • Ammonium standards 0, 80, 120, 200, 280, 400 ⁇ g / l ammonium sulfate in water
  • Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 nitrile hydratase was used as the crude lysate of E. coli clone 7.3 (prepared according to Example 9).
  • the activity of the nitrile hydratase was determined on the basis of the rate of formation of the hydroxyamide (slope in the initial region).
  • 2-Hydroxy-4-phenyl-butyronitrile was used as the standard substrate (100% activity).
  • the activity in the hydrolysis of the other substrates was compared with the activity on 2-hydroxy-4-phenyl-butyronitrile (Table 5).

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Abstract

The invention relates to a method for producing chiral alpha-hydroxycarboxylic crystalline acids consisting in transforming cyanhydrins (R) or (S) into alpha-hydroxycarboxylic acids (R) or (S), respectively by enzymatic hydrolysis in the presence of Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540.

Description

Verfahren zur Herstellung chiraler α-Hydroxycarbonsäuren durch enzymatische Hydrolyse von chiralen CyanhydrinenProcess for the preparation of chiral α-hydroxycarboxylic acids by enzymatic hydrolysis of chiral cyanohydrins
Optisch aktive α-Hydroxycarbonsäuren finden beispielsweise als Zusatzstoffe zu Futtermitteln oder bei der Gewinnung pharmazeutischer Wirkstoffe, Vitamine und Flüssigkristalle Verwendung.Optically active α-hydroxycarboxylic acids are used, for example, as additives in animal feed or in the production of active pharmaceutical ingredients, vitamins and liquid crystals.
Diese optisch aktiven α-Hydroxycarbonsäuren lassen sich weiters beispielsweise nach Effenberger et al., Angew. Chem. 95 (1983) Nr.1 , Seite 50, vorteilhaft in anderweitig nur sehr schwer herzustellende N-substituierte optisch aktive α-Aminosäuren überführen.These optically active α-hydroxycarboxylic acids can also be described, for example, by Effenberger et al., Angew. Chem. 95 (1983) No. 1, page 50, advantageously convert it into N-substituted optically active α-amino acids which are otherwise very difficult to produce.
Chirale α-Hydroxycarbonsäuren sind heutzutage chemisch, fermentativ oder enzy- matisch zugänglich.Chiral α-hydroxycarboxylic acids are now chemically, fermentatively or enzymatically accessible.
Aus der Literatur ist deshalb eine Reihe verschiedener Synthesemöglichkeiten von chiralen α-Hydroxycarbonsäuren bekannt.A number of different synthesis possibilities of chiral α-hydroxycarboxylic acids are therefore known from the literature.
So können racemische Cyanhydrine unter Zusatz geeigneter Mikroorganismen zu den gewünschten chiralen α-Hydroxycarbonsäuren hydrolysiert werden.Racemic cyanohydrins can be hydrolyzed to the desired chiral α-hydroxycarboxylic acids with the addition of suitable microorganisms.
Die Herstellung von chiralen α-Hydroxycarbonsäuren, speziell die Herstellung von optisch aktiver Milchsäure oder Mandelsäure aus racemischen Cyanhydrinen mit verschiedenen Mikroorganismen der Gattungen Alicaligenes, Pseudomonas, Acine- tobacter, Rhodococcus, Candida u.s.w. ist beispielsweise in EP 0 449 684, EP 0 527The production of chiral α-hydroxycarboxylic acids, especially the production of optically active lactic acid or mandelic acid from racemic cyanohydrins with various microorganisms of the genera Alicaligenes, Pseudomonas, Acotobacter, Rhodococcus, Candida etc. is for example in EP 0 449 684, EP 0 527
553, EP 0 610 048, u.s.w. beschrieben.553, EP 0 610 048, etc. described.
Aus diesem Stand der Technik ist es auch bekannt, dass wenn ein racemisches Cy- anhydrin enzymatisch unter Verwendung einer Nitrilase zu der korrespondierenden α-Hydroxycarbonsäure hydrolysiert wird, das Problem auftritt, dass das Enzym innerhalb kurzer Zeit inaktiviert wird und so die gewünschte α-Hydroxycarbonsäure meist nur in geringen Ausbeuten und Konzentrationen erhalten wird. Dies gilt auch bei der Verwendung von Nitrilhydratasen, die das Cyanhydrin zu dem korrespondie- renden α-Hydroxyamid umwandeln. Die Hydroxyamide können sodann wiederum zu den korrespondierenden α-Hydroxycarbonsäuren umgesetzt werden.From this prior art it is also known that when a racemic cyanohydrin is hydrolyzed to the corresponding α-hydroxycarboxylic acid using a nitrilase, the problem arises that the enzyme is inactivated within a short time and thus the desired α-hydroxycarboxylic acid is usually obtained only in low yields and concentrations. This also applies to the use of nitrile hydratases, which combine the cyanohydrin with the corresponding converting α-hydroxyamide. The hydroxyamides can then in turn be converted to the corresponding α-hydroxycarboxylic acids.
Es ist auch bekannt, beispielsweise aus Angew. Chem. 1994, 106, Seite1615f., dass sich optisch aktive Cyanhydrine ohne Racemisierung mit konzentrierter Salzsäure zu den korrespondierenden chiralen α-Hydroxycarbonsäuren hydrolysieren lassen. Die optische Reinheit der so hergestellten chiralen α-Hydroxycarbonsäuren entspricht dabei der optischen Reinheit des eingesetzten chiralen Cyanhydrins, auch wenn dieses in-situ durch enzymkatalysierte Addition einer Cyanidgruppe an einen entsprechenden Aldehyd oder ein Keton erhalten und ohne Isolierung bzw. Aufreinigung weiterverarbeitet wird.It is also known, for example from Angew. Chem. 1994, 106, page 1615f. That optically active cyanohydrins can be hydrolyzed with concentrated hydrochloric acid without racemization to give the corresponding chiral α-hydroxycarboxylic acids. The optical purity of the chiral α-hydroxycarboxylic acids thus produced corresponds to the optical purity of the chiral cyanohydrin used, even if it is obtained in situ by enzyme-catalyzed addition of a cyanide group to a corresponding aldehyde or a ketone and is further processed without isolation or purification.
Nachteilig bei dieser Reaktion ist, dass empfindliche Substrate zersetzt werden und das Auftreten von Korrosion.The disadvantage of this reaction is that sensitive substrates are decomposed and the occurrence of corrosion.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zu finden, bei welchem so polare Nitrile wie chirale Cyanhydrine mit einer milden und effizienten Methode in die korrespondierenden chiralen Hydroxycarbonsäuren überführt werden können, wobei die Hydroxycarbonsäuren in etwa die gleiche enantiomere Reinheit wie die Cyanhydrine aufweisen.It was an object of the present invention to find a process in which polar nitriles such as chiral cyanohydrins can be converted into the corresponding chiral hydroxycarboxylic acids using a mild and efficient method, the hydroxycarboxylic acids having approximately the same enantiomeric purity as the cyanohydrins.
Unerwarteterweise konnte diese Aufgabe durch die Verwendung eines speziellen Bakteriums aus der Gattung Rhodococcus gelöst werden.This task was unexpectedly achieved by using a special bacterium from the Rhodococcus genus.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von chiralen α-Hydroxycarbonsäuren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass (R)- oder (S)-Cyanhydrine in Gegenwart von Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 durch enzymatische Hydrolyse in die korrespondierenden (R)- oder (S)-α- Hydroxycarbonsäuren überführt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden (R)~ und (SJ-Cyanhydrine in (R)- und SJ-α-Hydroxycarbonsäuren mit einer optischen Reinheit von bis zu > 99%ee überführt.The present invention accordingly relates to a process for the preparation of chiral α-hydroxycarboxylic acids, which is characterized in that (R) - or (S) -cyanohydrins in the presence of Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 by enzymatic hydrolysis into the corresponding (R) - or (S) -α- Hydroxycarboxylic acids are transferred. In the process according to the invention, (R) ~ and (SJ-cyanohydrins are converted into (R) - and SJ-α-hydroxycarboxylic acids with an optical purity of up to> 99% ee.
Als Ausgangsverbindungen dienen (R)- und (S)- Cyanhydrine, die durch enzymatische oder chemisch katalysierte Addition einer Cyanidgruppe an die entsprechenden Aldehyde oder Ketone hergestellt werden.The starting compounds used are (R) - and (S) - cyanohydrins, which are produced by enzymatic or chemically catalyzed addition of a cyanide group to the corresponding aldehydes or ketones.
Die enzymatische oder chemisch katalysierte Addition einer Cyanidgruppe an die entsprechenden Aldehyde oder Ketone kann dabei analog dem Stand der Technik, beispielsweise analog EP 0 951 561 , EP 0 927 766, EP 0 632 130, EP 0547 655, EP 0 326 063 u.s.w., erfolgen.The enzymatic or chemically catalyzed addition of a cyanide group to the corresponding aldehydes or ketones can be carried out analogously to the prior art, for example analogously to EP 0 951 561, EP 0 927 766, EP 0 632 130, EP 0547 655, EP 0 326 063 etc. ,
Als Ausgangsverbindungen eignen sich die im Stand der Technik zitierten Aldehyde und Ketone.The aldehydes and ketones cited in the prior art are suitable as starting compounds.
Beispiele für geeignete Aldehyde sind dabei aliphatische, aromatische oder heteroaromatische Aldehyde. Unter aliphatischen Aldehyden sind dabei gesättigte oder ungesättigte aliphatische, geradkettige, verzweigte oder cyclische Aldehyde zu verstehen. Bevorzugte aliphatische Aldehyde sind geradkettige Aldehyde mit insbesondere 2 bis 18 C-Atomen, besonders bevorzugt von 2 bis 12, die gesättigt oder ein- oder mehrfach ungesättigt sind. Der Aldehyd kann dabei sowohl C-C- Doppelbindungen als auch C-C-Dreifachbindungen aufweisen. Der Aldehyd kann unsubstituiert oder ein- oder mehrfach durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen, beispielsweise durch gegebenenfalls substituierte Aryl- oder Heteroa- rylgruppen, wie Phenyl- oder Indolylgruppen, durch Cι-C6-Alkyl, gegebenenfalls substituierte Cycloalkylgruppen, die ein oder mehrere Heteroatome aus der Gruppe O, S, P, oder N aufweisen können, Halogen-, Ether-, Alkohol-, Acyl-, Carbonsäure-, Carbonsäureester-, Nitro- oder Azidogruppen substituiert sein. Beispiele für aromatische oder heteroaromatische Aldehyde sind Benzaldezyd bzw. verschieden substituierte Benzaldehyde wie etwa 2-Chlorbenzaldehyd, 3,4- Difluorbenzaldehyd, 4-Methylbenzaldehyd, 3-Phenoxybenzaldehyd, 4-FIuor-3- phenoxybenzaldehyd, weiters Furfural, Anthracen-9-carbaldehyd, Furan-3- carbaldehyd, lndol-3-carbaldehyd, Naphthalin-1-carbaldehyd, Phthaldialdehyd, Pyra- zol-3-carbaldehyd, Pyrrol-2-carbaldehyd, Thiophen-2-carbaldehyd, Isophthalaldehyd oder Pyridinaldehyde u.s.w..Examples of suitable aldehydes are aliphatic, aromatic or heteroaromatic aldehydes. Aliphatic aldehydes are to be understood as meaning saturated or unsaturated aliphatic, straight-chain, branched or cyclic aldehydes. Preferred aliphatic aldehydes are straight-chain aldehydes having in particular 2 to 18 carbon atoms, particularly preferably 2 to 12, which are saturated or mono- or polyunsaturated. The aldehyde can have both CC double bonds and CC triple bonds. The aldehyde can be unsubstituted or one or more times by groups which are inert under the reaction conditions, for example by optionally substituted aryl or heteroaryl groups, such as phenyl or indolyl groups, by C 1 -C 6 -alkyl, optionally substituted cycloalkyl groups which have one or more heteroatoms from the group O, S, P, or N can be substituted, halogen, ether, alcohol, acyl, carboxylic acid, carboxylic acid ester, nitro or azido groups. Examples of aromatic or heteroaromatic aldehydes are benzaldehyde or variously substituted benzaldehydes such as 2-chlorobenzaldehyde, 3,4- Difluorobenzaldehyde, 4-methylbenzaldehyde, 3-phenoxybenzaldehyde, 4-fluor-3-phenoxybenzaldehyde, further furfural, anthracene-9-carbaldehyde, furan-3-carbaldehyde, indole-3-carbaldehyde, naphthalene-1-carbaldehyde, phthalaldehyde, pyrazole -3-carbaldehyde, pyrrole-2-carbaldehyde, thiophene-2-carbaldehyde, isophthalaldehyde or pyridine aldehydes, etc.
Beispiele für Ketone sind aliphatische, aromatische oder heteroaromatische Ketone, bei denen das Carbonylkohlenstoffatom ungleich substituiert ist. Unter aliphatischen Ketonen sind geradkettige, verzweigte oder cyclische Ketone zu verstehen. Die Ketone können gesättigt oder ein- oder mehrfach ungesättigt sein. Sie können unsubsti- tuiert oder ein- oder mehrfach durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen, beispielsweise durch gegebenenfalls substituierte Aryl- oder Heteroarylgruppen wie Phenyl- oder Indolylgruppen, durch Halogen-, Ether-, Alkohol-, Acyl-, Carbonsäure-, Carbonsäureester-, Nitro- oder Azidogruppen substituiert sein. Beispiele für aromatische oder heteroaromatische Ketone sind Acetophenon, Indoly- laceton u.s.w..Examples of ketones are aliphatic, aromatic or heteroaromatic ketones in which the carbonyl carbon atom is unequally substituted. Aliphatic ketones are straight-chain, branched or cyclic ketones. The ketones can be saturated or mono- or polyunsaturated. You can unsubstituted or one or more times by groups inert under the reaction conditions, for example by optionally substituted aryl or heteroaryl groups such as phenyl or indolyl groups, by halogen, ether, alcohol, acyl, carboxylic acid, carboxylic acid ester, Nitro or azido groups can be substituted. Examples of aromatic or heteroaromatic ketones are acetophenone, indolylacetone, etc.
Bevorzugt werden (R)- oder (S)-Cyanhydrine der Formel(R) - or (S) -cyanohydrins of the formula are preferred
HO CNHO CN
R1 X R2 z in der R1und R2 unabhängig voneinander H, einen gegebenenfalls ein- oder mehrfach mit unter den Reaktionsbedingungen inerten Substituenten substituierten C-ι-C-6- Alkyl- oder Alkenylrest oder einen gegebenenfalls ein- oder mehrfach mit unter den Reaktionsbedingungen inerten Substituenten substituierten Phenylrest bedeuten, mit der Maßgabe, dass R1 und R2 nicht beide H sind.R1 X R2 z in the R1 and R2 are independently H, an optionally mono- or polysubstituted with inert under the reaction conditions substituent substituted C-ι-C 6 - alkyl or alkenyl radical or an optionally mono- or polysubstituted with inert under the reaction conditions substituent substituted phenyl radical, with the proviso that R1 and R2 are not both H.
Bevorzugte unter den Reaktionsbedingungen inerte Substituenten sind beispielsweise Halogene, wie Fluor, Brom und Chlor, Cι-C6-Alkyl oder -Alkoxy, Ether, Ester, Ace- tale oder gegebenenfalls substituiertes Phenyl und Phenyloxy. Besonders bevorzugt eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren (R)- oder (S)- Cyanhydrine, wie etwa (R)- oder (S)-2-Hydroxy-4-phenyl-butyronitril, (R)- oder (S)-2- Chlormandelonitril, (R)- oder (S)-Mandelonitril, (R)- oder (S)-4-Methylmandelonitril, (R)- oder (S)-3-Phenoxymandelonitril, (R)- oder (S)-2-Hydroxy-2-methyl-heptannitril, (R)- oder (S)-2-Hydroxy-2-phenyl-propionitril, (R)- oder (S)-2-Hydroxy-3-pentennitril, (R)- oder (S)-l-Hydroxy-cyclohexannitril, (R)- oder (S)-Acetophenoncynahydrin.Preferred substituents which are inert under the reaction conditions are, for example, halogens, such as fluorine, bromine and chlorine, C 1 -C 6 -alkyl or alkoxy, ethers, esters, acetals or optionally substituted phenyl and phenyloxy. Particularly suitable for the process according to the invention are (R) - or (S) - cyanohydrins, such as (R) - or (S) -2-hydroxy-4-phenyl-butyronitrile, (R) - or (S) -2 - Chloromandelonitrile, (R) - or (S) -mandelonitrile, (R) - or (S) -4-methylmandelonitrile, (R) - or (S) -3-phenoxymandelonitrile, (R) - or (S) -2 -Hydroxy-2-methyl-heptanenitrile, (R) - or (S) -2-hydroxy-2-phenyl-propionitrile, (R) - or (S) -2-hydroxy-3-pentenenitrile, (R) - or (S) -l-hydroxy-cyclohexanenitrile, (R) - or (S) -acetophenonecynahydrin.
Das entsprechende (R)- oder (S)- Cyanhydrin wird sodann erfindungsgemäß enzy- matisch hydrolysiert.The corresponding (R) - or (S) - cyanohydrin is then enzymatically hydrolyzed according to the invention.
Die enzymatische Hydrolyse erfolgt erfindungsgemäß in Anwesenheit von Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540.According to the invention, the enzymatic hydrolysis takes place in the presence of Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540.
Mit Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 wurde unerwarteterweise ein Mikroorganismus gefunden, der sich dadurch auszeichnet, dass er über ein Nitrilhydrata- se/Amidase-Enzymsystem verfügt, das die Nitrilfunktion von derart polaren Nitrilen, wie die oben angeführten Cyanhydrine hydrolysieren kann.Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 has unexpectedly found a microorganism which is distinguished by the fact that it has a nitrile hydrate / amidase enzyme system which can hydrolyze the nitrile function of such polar nitriles as the cyanohydrins mentioned above.
Durch das Nitrilhydratase/Amidase-Enzymsystem von Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 werden die chiralen Cyanhydrine im ersten Schritt durch die Nitril- hydratase in das korrespondierende chirale Hydroxyamid hydrolysiert, welches sodann in einem zweiten Hydrolyseschritt durch die Amidase in die entsprechende chirale α-Hydroxycarbonsäure überführt wird.Through the nitrile hydratase / amidase enzyme system from Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540, the chiral cyanohydrins are hydrolyzed in the first step by the nitrile hydratase into the corresponding chiral hydroxyamide, which is then converted in a second hydrolysis step by the amidase into the corresponding chiral α-hydroxycarboxylic acid.
Der Mikroorganismus kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in jeglicher Form, beispielsweise in Form von gemahlenen Zellen, rohen oder gereinigten Enzymen, rekombinanten Enzymen, immobilisierten Zellen oder Enzymen, lyophilisierten Zellen oder von „resting cells" eingesetzt werden.The microorganism can be used in the method according to the invention in any form, for example in the form of ground cells, crude or purified enzymes, recombinant enzymes, immobilized cells or enzymes, lyophilized cells or "resting cells".
Bevorzugt werden rekombinante Enzyme, resting cells oder lyophilisierte Zellen, besonders bevorzugt rekombinante Enzyme oder resting cells verwendet. Neben dem direkten Einsatz der Nitrilhydratase/Amidase-aktiven Präparationen von Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 Zellen stellt die Verwendung von rekombinanten, in einem geeigneten Mikroorganismus, wie etwa E. coli, Pichia pastoris, Sac- charomyces, Asperagillus, K. Lactis u.s.w. exprimierten Präparationen eine gute Alternative dar. Dabei werden die entsprechenden Gene mit Hilfe von Plasmid- konstrukten in geeignete Wirtszellen, beispielsweise in E. coli-, Pichia pastoris-, Sac- charomyces-, Asperagillus-, K. Lactis- Wirtszellen eingebracht. Durch Wahl eines induzierbaren Promoters können sowohl die Nitrilhydratase als auch die Amidase in aktiver Form überexprimiert werden. Im Falle der Amidase können hierbei weit höhere Aktivitätsniveaus erreicht werden als bei entsprechender Fermentation der Rhodococcus Zellen.Recombinant enzymes, resting cells or lyophilized cells are preferably used, particularly preferably recombinant enzymes or resting cells. In addition to the direct use of the nitrile hydratase / amidase-active preparations of Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 cells, the use of recombinant preparations expressed in a suitable microorganism, such as E. coli, Pichia pastoris, Saccharomyces, Asperagillus, K. Lactis, etc. good alternative. The corresponding genes are introduced with the aid of plasmid constructs into suitable host cells, for example in E. coli, Pichia pastoris, Saccharomyces, Asperagillus, K. Lactis host cells. By choosing an inducible promoter, both the nitrile hydratase and the amidase can be overexpressed in active form. In the case of amidase, much higher activity levels can be achieved than with corresponding fermentation of the Rhodococcus cells.
Der Mikroorganismus wird sodann in der gewünschten Form in einem wässrigen Medium, wie Wasser oder einer Pufferlösung, suspendiert. Geeignete Pufferlösungen sind beispielsweise Phosphatpuffer, wie etwa K/Na-Phosphatpuffer, PBS-Puffer, Butyratpuffer, Citratlösungen u.s.w..The microorganism is then suspended in the desired form in an aqueous medium, such as water or a buffer solution. Suitable buffer solutions are, for example, phosphate buffers such as K / Na phosphate buffers, PBS buffers, butyrate buffers, citrate solutions, etc.
Der pH-Wert der verwendeten Pufferlösung sollte dabei in einem Bereich von pH 4.5 bis pH 11 , bevorzugt von 5.5 bis 8.5 liegen.The pH of the buffer solution used should be in a range from pH 4.5 to pH 11, preferably from 5.5 to 8.5.
Anschließend wird die so erhaltene Suspension mit dem entsprechenden chiralen Cyanhydrin versetzt. Da es sich bei den chiralen Cyanhydrinen um lipophile Verbindungen mit beschränkter Wasserlöslichkeit handelt, ist die Verwendung eines Lösungsvermittlers als Cosolvens notwendig, um die Cyanhydrine im wässrigen Medium in Lösung zu bringen.The corresponding chiral cyanohydrin is then added to the suspension thus obtained. Since the chiral cyanohydrins are lipophilic compounds with limited water solubility, the use of a solubilizer as a cosolvent is necessary in order to dissolve the cyanohydrins in an aqueous medium.
Als Lösungsvermittler eignen sich beispielsweise organischen Lösungsmittel, Tensi- de, Phasentransferkatalysatoren, u.s.w..Suitable solubilizers are, for example, organic solvents, surfactants, phase transfer catalysts, etc.
Organische Lösungsmittel, die sich für das erfindungsgemäße Verfahren als Cosolvens eignen sind solche, die erstens das Substrat ausreichend lösen und zweitens die Enzymaktivität so wenig wie möglich beeinträchtigen. Beispiele dafür sind Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimethylformamid (DMF), C-i-Cβ- Alkohole, wie etwa Methanol, Ethanol, i-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, t-Butanol oder 1-Pentanol, Toluol oder t.-Butylmethylether (TBME) oder Gemische derselben. Bevorzugt werden als Cosolvens DMSO, DMF, Ethanol, i-Propanol oder Gemische derselben und besonders bevorzugt DMSO und DMF eingesetzt.Organic solvents which are suitable as cosolvents for the process according to the invention are those which firstly sufficiently dissolve the substrate and secondly impair the enzyme activity as little as possible. Examples include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), Ci-Cβ alcohols, such as methanol, ethanol, i-propanol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol or 1-pentanol, toluene or t.- Butyl methyl ether (TBME) or mixtures thereof. DMSO, DMF, ethanol, i-propanol or mixtures thereof, and particularly preferably DMSO and DMF, are preferably used as cosolvents.
Der Cosolvensanteil sollte zwischen 0,5 und 20 Vol.%, bezogen auf das Gesamtvolumen der Reaktionslösung liegen.The proportion of cosolvents should be between 0.5 and 20% by volume, based on the total volume of the reaction solution.
Bevorzugt liegt der Cosolvensanteil zwischen 1 und 15 Vol% und besonders bevorzugt zwischen 2 und 10 Vol%.The cosolvent fraction is preferably between 1 and 15 vol% and particularly preferably between 2 and 10 vol%.
Die Substratkonzentration in der Reaktionslösung sollte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Bereich von 1g/l bis zu 10Og/l (bezogen auf das Gesamtvolumen der Reaktionslösung) liegen, wobei die Akzeptanz einer ausreichend hohen Substratkonzentration die Grundvoraussetzung für die Anwendung der erfindungsgemäßen enzymatischen Hydrolyse im präparativen Maßstab ist.The substrate concentration in the reaction solution in the process according to the invention should be in a range from 1 g / l to 10Og / l (based on the total volume of the reaction solution), the acceptance of a sufficiently high substrate concentration being the basic prerequisite for the use of the enzymatic hydrolysis according to the invention in the preparative Scale is.
Bevorzugt sind Substratkonzentrationen bis zu 50g/l, besonders bevorzugt bis zu 25g/l.Substrate concentrations of up to 50 g / l are preferred, particularly preferably up to 25 g / l.
Die mögliche umsetzbare Substratkonzentration hängt von der eingesetzten Enzymmenge ab. Für eine effiziente, quantitative Umsetzung muss der erste Hydrolyseschritt sehr rasch erfolgen, um den Zerfall des Cyanhydrins und die dadurch bedingte Racemisierung zu vermeiden, sodass relativ hohe Zelldichten erforderlich sind.The possible convertible substrate concentration depends on the amount of enzyme used. For an efficient, quantitative conversion, the first hydrolysis step has to be carried out very quickly in order to avoid the disintegration of the cyanohydrin and the resulting racemization, so that relatively high cell densities are required.
Es ist dabei zu beachten, dass eine ausreichende Durchmischung des Reaktionssystems gewährleistet ist.It should be noted that sufficient mixing of the reaction system is guaranteed.
Die Zeil- bzw. Enzymmenge hängt von der Aktivität des Mikroorganismus in der eingesetzten Form, sowie von der Substratkonzentration und dem Cosolvens ab. Der pH-Wert des Reaktionsgemisches sollte zwischen 4.5 und 11 , bevorzugt zwischen 5,5 und 8 liegen.The amount of cells or enzyme depends on the activity of the microorganism in the form used, as well as on the substrate concentration and the cosolvent. The pH of the reaction mixture should be between 4.5 and 11, preferably between 5.5 and 8.
Gegebenenfalls kann dem Reaktionsgemisch zur Einstellung des pH-Wertes noch eine geeignete Säure bzw. saure Salze, wie etwa Phosphorsäure, Borsäure, Citro- nensäure, u.s.w. zugesetzt werden.If necessary, a suitable acid or acidic salts, such as phosphoric acid, boric acid, citric acid, etc., can be added to the reaction mixture to adjust the pH. be added.
Die erfindungsgemäße enzymatische Hydrolyse wird bei einer Temperatur von 10 bis 60°C, bevorzugt bei 15 bis 50°C und besonders bevorzugt bei 20 bis 45°C durchgeführt.The enzymatic hydrolysis according to the invention is carried out at a temperature of 10 to 60 ° C., preferably at 15 to 50 ° C. and particularly preferably at 20 to 45 ° C.
Nach erfolgter Hydrolyse zu den gewünschten chiralen α-Hydroxycarbonsäuren, erfolgt deren Isolierung aus dem Reaktionsgemisch mittels einer bekannten Technik, wie etwa Abzentrifugieren der Zellen, Extraktion des Produktes nach Ansäuern mit HCI (z.B.: pH 2) und gegebenenfalls weitere Aufreinigung durch Aktivkohlefiltration und Umkristallisation.After hydrolysis to the desired chiral α-hydroxycarboxylic acids, they are isolated from the reaction mixture using a known technique, such as centrifuging the cells, extracting the product after acidification with HCl (e.g. pH 2) and, if appropriate, further purifying it by activated carbon filtration and recrystallization.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 werden somit so polare Nitrile, wie chirale Cyanhydrine auf einfache und effiziente Weise unter milden Bedingungen in die korrespondierenden chiralen α- Hydroxycarbonsäuren überführt, wobei keinerlei Racemisierung auftritt. Die gewünschten α-Hydroxycarbonsäuren werden dabei, in Abhängigkeit vom ee-Wert des eingesetzten Cyanhydrins, in hoher optischer Reinheit von bis zu über 99% und in hohen Ausbeuten von bis zu über 98% erhalten. The use of Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 according to the invention thus converts polar nitriles, such as chiral cyanohydrins, into the corresponding chiral α-hydroxycarboxylic acids in a simple and efficient manner under mild conditions, with no racemization occurring. Depending on the ee value of the cyanohydrin used, the desired α-hydroxycarboxylic acids are obtained in high optical purity of up to over 99% and in high yields of up to over 98%.
Beispiel 1 : Hersteilung des BiokatalysatorsExample 1: Production of the biocatalyst
Für die Herstellung der Biomasse von Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 wurde ein komplexes Standardmedium (Medium A, s. Tab.1) verwendet. Die Stammhaltung erfolgte auf Agar-Platten mit Medium A (Verfestigung mit 15g/l Agar). Die Platten wurden durch seitliches Umwickeln mit Parafilm verschlossen und im Kühlschrank bei 4° C gelagert.A complex standard medium (Medium A, see Table 1) was used to produce the Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 biomass. The stock was kept on agar plates with medium A (solidification with 15 g / l agar). The plates were sealed by wrapping parafilm on the side and stored in the refrigerator at 4 ° C.
Das Wachstum der Flüssigkulturen erfolgte in 1000ml Erlenmeyerkolben mit Schikanen mit 250ml Medium A bei 30°C und 130rpm.The growth of the liquid cultures took place in 1000 ml Erlenmeyer flasks with baffles with 250 ml medium A at 30 ° C and 130rpm.
Variante I (ohne Vorkultur): Etwa die Hälfte der Biomasse einer Agarplatte wurde in 5ml steriler, physiologischer Kochsalzlösung suspendiert. Je eine Zellsuspension wurde 250ml Kulturmedium zugesetzt.Variant I (without preculture): About half of the biomass of an agar plate was suspended in 5 ml of sterile, physiological saline. One cell suspension each was added to 250 ml of culture medium.
Variante II (mit Vorkultur): Für die Vorkultur wurde etwas Biomasse einer Agarplatte in 5ml steriler, physiologischer Kochsalzlösung suspendiert. Je eine Zellesuspension wurde 100ml Kulturmedium zugesetzt (= Vorkultur). Nach 20-24h Wachstum wurden 5ml dieser Vorkultur je 250mL Kulturmedium zugesetzt.Variant II (with preculture): For the preculture, some biomass of an agar plate was suspended in 5 ml of sterile, physiological saline. One cell suspension each was added to 100 ml of culture medium (= preculture). After 20-24 hours of growth, 5 ml of this preculture were added to each 250 ml culture medium.
Die Zellernte erfolgte mittels Zentrifugation bei ca. 3000rpm für 30min bei 0-4°C. Die Zellen wurden einmal mit K/Na-Phosphatpuffer (50mM, pH 6.5) gewaschen. Dann wurden die Zellen in frischem Puffer resuspendiert und entweder nach Schockfrieren lyophilisiert (Umsetzungen mit lyophilisierten Zellen, Beispiel 2), oder diese Zellsuspension (ca. 6-8% des Kulturvolumens) wurde direkt für die biokatalytischen Umsetzungen verwendet (Umsetzungen mit Resting cells, Beispiel 3). Tabellel : Zusammensetzung von Medium AThe cells were harvested by centrifugation at approx. 3000rpm for 30min at 0-4 ° C. The cells were washed once with K / Na phosphate buffer (50mM, pH 6.5). The cells were then resuspended in fresh buffer and either lyophilized after shock freezing (reactions with lyophilized cells, example 2), or this cell suspension (about 6-8% of the culture volume) was used directly for the biocatalytic reactions (reactions with resting cells, example 3). Table: Composition of Medium A
Beispiel 2: Umsetzungen mit lyophilisierten Zellen im analytischen MaßstabExample 2: Reactions with lyophilized cells on an analytical scale
31.6mg, 52.6mg bzw. 105.2mg lyophilisierte Zellen wurden in 10ml Phosphatpuffer (50mM, pH 6.5) ca. 1 Stunde bei 130rpm und 20-25°C rehydratisiert. Je 475μl dieser Zellsuspension wurden in 1.5ml Eppendorf-Reaktionsgefäße überführt und mit 25μl einer ca. 200mM Substratlösung von 2-Hydroxy-4-phenyl-butyronitril in DMSO versetzt (3mg, 5mg bzw. 10mg Zellen/ml, S.-Konz. ca. 10mM, 5% DMSO). Die Umsetzung wurde im Thermomixer bei 30°C und 1000rpm durchgeführt. Nach 0, 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 30, 60 und 120 Minuten wurde jeweils ein Eppendorf-Reaktionsgefäß mit 0.5ml 1 N HCI versetzt. Nach Zentrifugation (5min, 13.000rpm) und entsprechender Verdünnung wurden die Konzentrationen von Cyanhydrin, Hydroxyamid und Hydro- xysäure mittels HPLC bestimmt. Tabelle 2 Hydrolyse von 2-Hydroxy-4-phenyl-butyronitril durch lyophilisierte Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 Zellen (10mg Zellen/ml; Substratkonz.: 10mM) Konzentration (mM) von Substrat, Hydroxyamid und Hydroxycarbonsäure in Abhängigkeit von der Zeit (min)31.6mg, 52.6mg and 105.2mg lyophilized cells were rehydrated in 10ml phosphate buffer (50mM, pH 6.5) for approx. 1 hour at 130rpm and 20-25 ° C. Each 475μl of this cell suspension was transferred to 1.5ml Eppendorf reaction vessels and 25μl of an approx. 200mM substrate solution of 2-hydroxy-4-phenyl-butyronitrile in DMSO was added (3mg, 5mg or 10mg cells / ml, S. conc. Approx 10mM, 5% DMSO). The reaction was carried out in a thermomixer at 30 ° C and 1000rpm. After 0, 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 30, 60 and 120 minutes, 0.5 ml of 1N HCl was added to each Eppendorf reaction vessel. After centrifugation (5min, 13,000rpm) and appropriate dilution, the concentrations of cyanohydrin, hydroxyamide and hydroxy acid were determined by HPLC. Table 2 Hydrolysis of 2-hydroxy-4-phenylbutyronitrile by lyophilized Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 cells (10mg cells / ml; substrate concentration: 10mM) concentration (mM) of substrate, hydroxyamide and hydroxycarboxylic acid as a function of time (min)
Beispiel 3: Enzymatische Hydrolyse unter Verwendung von Resting cells und lyophilisierten ZellenExample 3: Enzymatic hydrolysis using resting cells and lyophilized cells
Die Herstellung des Biokatalysators erfolgte analog Beispiel 1 , Variante I, 2 Kulturkolben. Nach 20 Stunden (OD 6 = 3.5 bzw. 1.8) wurden Zellen aus je 4 mal 10ml Fermentationsbrühe abzentrifugiert und einmal mit K/Na-P04 Puffer (pH 6.5, 50mM) gewaschen. Je 2 Zellproben wurden vor Aktivitätsbestimmung lyophilisiert, die anderen beiden wurden als Resting cells verwendet.The biocatalyst was produced analogously to Example 1, variant I, 2 culture flasks. After 20 hours (OD 6 = 3.5 or 1.8), cells were centrifuged from 4 x 10 ml fermentation broth and washed once with K / Na-P0 4 buffer (pH 6.5, 50mM). Two cell samples each were lyophilized before activity determination, the other two were used as resting cells.
Die Zellen wurden in 1.8ml K/Na-P04 Puffer (pH 6.5, 50mM) resuspendiert (lyophilisierte Zellen wurden zur Rehydratation 1h geschüttelt). Die Reaktion wurde durch Zusatz von 200μl einer 200mM Substratlösung in DMSO gestartet ( Substrat-Konz. ca. 20mM ) und bei 30°C und 130rpm im Schüttelschrank durchgeführt. Nach 30min, 60min und 17h wurden 200μl entnommen und mit 200μl 1N HCI versetzt. Nach Zentrifugation (5min, 13.000rpm) und Verdünnung wurden mittels HPLC die Umsätze bestimmt. Dabei wurden nur das Substrat und die beiden Produkte berücksichtigt Als Substrat wurde (R)-2-Chlormandelonitril (ee >99%) verwendet. Die Ergebnisse sind in Tab. 3 dargestellt. Tabelle 3: Ergebnisse der Umsetzungen von Kultur 1 (OD5 6 3.5), Substrat: (R)-2- ChlormandelonitrilThe cells were resuspended in 1.8 ml K / Na-PO 4 buffer (pH 6.5, 50 mM) (lyophilized cells were shaken for 1 hour for rehydration). The reaction was started by adding 200μl of a 200mM substrate solution in DMSO (substrate concentration approx. 20mM) and carried out at 30 ° C. and 130rpm in a shaker. After 30 min, 60 min and 17 h, 200 μl were removed and 200 μl of 1N HCl were added. After centrifugation (5 min, 13,000 rpm) and dilution, the conversions were determined by means of HPLC. Only the substrate and the two products were taken into account. (R) -2-chloromandelonitrile (ee> 99%) was used as the substrate. The results are shown in Tab. 3. Table 3: Results of the reactions of culture 1 (OD 5 6 3.5), substrate: (R) -2- chloromandelonitrile
1 : Der Umsatz des Cyanhydrins (CH) bezieht sich auf beide Produkte (Hydroxyamid und Hydroxysäure).1: The conversion of cyanohydrin (CH) relates to both products (hydroxyamide and hydroxy acid).
2: Der Umsatz des Hydroxyamides (HA) bezieht sich auf die Menge an Hydroxysäure, die aus dem vorhandenen Hydroxyamid gebildet wurde.2: The conversion of the hydroxyamide (HA) relates to the amount of hydroxy acid that was formed from the hydroxyamide present.
Beispiel 4: Enzymatische Hydrolyse unter Verwendung von unterschiedlichen SubstratkonzentrationenExample 4: Enzymatic hydrolysis using different substrate concentrations
Versuch 4.1:Experiment 4.1:
Bei Versuch 4.1 wurde die Reaktion im analytischen Maßstab (Reaktionsvolumen 1 ml) mit 3 Substratkonzentrationen (2.2g/l, 6.6g/l, 13.2g/l) durchgeführt.In experiment 4.1, the reaction was carried out on an analytical scale (reaction volume 1 ml) with 3 substrate concentrations (2.2g / l, 6.6g / l, 13.2g / l).
Die Herstellung des Biokatalysators erfolgte gemäß Beispiel 1 , Variante II, 21 Fermentationsmedium, Ernte nach 20 Stunden (ODs46 6.1). Die Zellen aus 8 mal 10ml Fermentationslösung wurden in Kulturröhrchen abzentrifugiert. Die erhaltene Zellmasse wurde einmal mit je 2ml K Na- Phosphatpuffer (pH 6.5, 50mM) gewaschen. Der Inhalt von 2 Röhrchen wurde zur Bestimmung des Trockengewichtes lyophili- siert. Auswaage: 1. 37mg lyophilisierte Zellen / 10ml FermentationslösungThe biocatalyst was prepared according to Example 1, Variant II, 21 fermentation medium, harvest after 20 hours (ODs 46 6.1). The cells from 8 x 10 ml fermentation solution were centrifuged off in culture tubes. The cell mass obtained was washed once with 2 ml of K Na phosphate buffer (pH 6.5, 50 mM). The contents of 2 tubes were lyophilized to determine the dry weight. Weight: 1. 37 mg lyophilized cells / 10 ml fermentation solution
2. 30mg (Diese Menge entsprach ca. dem Einsatz an Zellen/ml bei den folgenden Umsetzungen.)2. 30mg (This amount corresponded approximately to the use of cells / ml in the following reactions.)
Der Inhalt der restlichen 6 Röhrchen wurde in 950μl Puffer resuspendiert (OD ca. 40) und in Eppendorfers überführt. Diesen Zellsuspensionen wurden je 50μl verschieden konzentrierter Substratlösungen (3 Konzentrationen, Parallelansätze, 5% DMSO als Cosolvens) zugesetzt. Die Eppendorfers wurden am Thermomixer bei 30°C und lOOOrpm geschüttelt. Zur Umsatzkontrolle wurden jeweils 200μl entnommen und mit 200μl 1 N HCI versetzt. Nach Zentrifugation (5min, 13.000rpm) und Verdünnung wurden die Umsätze mit HPLC bestimmt. Folgende Konzentrationen (R)-2-Chlormandelonitril wurden verwendet: a. Substratlösung: 11mg (R)-2-Chlormandelonitril in 250μl DMSO (ca. 260mM) Substratkonzentration im Ansatz: 2.2g/l (13.1mM) b. Substratlösung: 33mg (R)-2-Chlormandelonitril in 250μl DMSO (ca. 290mM) Substratkonzentration im Ansatz: Substratkonzentration: 6.6g/l (39.4mM) c. Substratlösung: 66mg (R)-2-Chlormandelonitril in 250μl DMSO (ca. 1580mM) Substratkonzentration im Ansatz: 13.2g/l (78.8mM)The contents of the remaining 6 tubes were resuspended in 950 μl buffer (OD approx. 40) and transferred to Eppendorfers. 50 μl of differently concentrated substrate solutions (3 concentrations, parallel batches, 5% DMSO as cosolvent) were added to each of these cell suspensions. The Eppendorfers were shaken on a thermomixer at 30 ° C and 100 orpm. To check the turnover, 200 μl were taken in each case and 200 μl of 1 N HCl were added. After centrifugation (5 min, 13,000 rpm) and dilution, the conversions were determined using HPLC. The following concentrations (R) -2-chloromandelonitrile were used: a. Substrate solution: 11mg (R) -2-chloromandelonitrile in 250μl DMSO (approx. 260mM) substrate concentration in the batch: 2.2g / l (13.1mM) b. Substrate solution: 33mg (R) -2-chloromandelonitrile in 250μl DMSO (approx. 290mM) Substrate concentration in the batch: Substrate concentration: 6.6g / l (39.4mM) c. Substrate solution: 66mg (R) -2-chloromandelonitrile in 250μl DMSO (approx. 1580mM) Substrate concentration in the batch: 13.2g / l (78.8mM)
Ein Vergleich der Ansätze a-c ist in Tabelle 4.1 anhand der Bildung der 2- Chlormandelsäure (in %) dargestellt. Bei allen Ansätzen wurde die Hydroxysäure quantitativ gebildet. Es zeigte sich, dass auch höhere Substratkonzentrationen problemlos akzeptiert werden. A comparison of the approaches ac is shown in Table 4.1 based on the formation of 2-chloromandelic acid (in%). The hydroxy acid was formed quantitatively in all batches. It was shown that higher substrate concentrations are also accepted without problems.
Tabelle 4.1 : Vergleich der Ansätze a-c anhand der Bildung von (R)-2- Chlormandelsäure in %Table 4.1: Comparison of approaches a-c based on the formation of (R) -2- chloromandelic acid in%
Versuch 4.2:Experiment 4.2:
Bei Versuch 4.2 wurde die Reaktion mit 2 verschiedenen Substratkonzentrationen (10g/l, 20g/l) im 5ml-Maßstab durchgeführt.In experiment 4.2, the reaction was carried out with 2 different substrate concentrations (10 g / l, 20 g / l) on a 5 ml scale.
Die Herstellung des Biokatalysators erfolgte gemäß Beispiel 1 , Variante II, 21 Fermentationsmedium, Ernte nach 19 Stunden (OD546 8.4). Die Zellen wurden in ca. 140ml Puffer resuspendiert (Resting cells, OD5 6 52). Jeweils 4.75ml dieser Zellsuspension wurden für die enzymatischen Umsetzungen verwendet. Es wurden 2 verschiedene Konzentrationen von (R)-2-Chlormandelonitril in Parallelansätzen untersucht. Die Reaktion wurde durch Zusatz von 250μl Substratlösung gestartet und in Kulturröhrchen im Schüttelschrank bei 30°C und 130rpm durchgeführt. Zur Umsatzkontrolle wurden jeweils 200μl entnommen und mit 200μl 1 N HCI versetzt. Nach Zentrifugation (5min, 13.000rpm) und Verdünnung wurden die Umsätze mit HPLC bestimmt.The biocatalyst was prepared according to Example 1, Variant II, 21 fermentation medium, harvest after 19 hours (OD 546 8.4). The cells were resuspended in approx. 140 ml buffer (Resting cells, OD 5 6 52). 4.75 ml each of this cell suspension was used for the enzymatic reactions. Two different concentrations of (R) -2-chloromandelonitrile were investigated in parallel. The reaction was started by adding 250 μl of substrate solution and carried out in culture tubes in a shaking cabinet at 30 ° C. and 130 rpm. To check the turnover, 200 μl were taken in each case and 200 μl of 1 N HCl were added. After centrifugation (5 min, 13,000 rpm) and dilution, the conversions were determined using HPLC.
a. 50mg (R)-2-Chlormandelonitril, gelöst in 250μL DMSO ( [S] = 60mM, 10g/L,a. 50mg (R) -2-chloromandelonitrile, dissolved in 250μL DMSO ([S] = 60mM, 10g / L,
Cosolvens: 5% DMSO) Bereits nach 30 Minuten war das gesamte Cyanhydrin zum Hydroxyamid umgesetzt, nach 2h waren ca. 40% Hydroxysäure gebildet. Nach 20h war die Umsetzung quantitativ. b. 100mg (R)-2-Chlormandelonitril, gelöst in 250μL DMSO ( [S] = 120mM, 20g/l,Cosolvens: 5% DMSO) All of the cyanohydrin was converted to the hydroxyamide after only 30 minutes, and about 40% of the hydroxy acid was formed after 2 hours. After 20 hours the implementation was quantitative. b. 100mg (R) -2-chloromandelonitrile, dissolved in 250μL DMSO ([S] = 120mM, 20g / l,
Cosolvens: 5% DMSO) Bereits nach 30 Minuten war das gesamte Cyanhydrin zum Amid umgesetzt, nach 18h waren 36% Hydroxysäure gebildet. Nach 43h waren 41% Hydroxysäure gebildet, danach fand keine weitere Umsetzung mehr statt.Cosolvens: 5% DMSO) All of the cyanohydrin was converted to the amide after 30 minutes, and 36% of hydroxy acid was formed after 18 hours. After 43 hours, 41% of hydroxy acid had formed, after which no further reaction took place.
Versuch 4.3:Experiment 4.3:
Beim Versuch 4.3 wurden Umsetzungen mit 10g/I und 15g/l (r?)-2-Chlormandelonitril durchgeführt. Weiters wurde nach vollständigem Umsatz der ee der gebildeten Hydroxysäure bestimmt.In experiment 4.3, reactions with 10 g / l and 15 g / l (r?) - 2-chloromandelonitrile were carried out. Furthermore, the ee of the hydroxy acid formed was determined after complete conversion.
Die Herstellung des Biokatalysators erfolgte gemäß Beispiel 1 Variante II, 2.75I Fermentationsmedium, Ernte nach 20 Stunden. Die Zellen wurden in ca. 200ml Puffer resuspendiert (Resting cells, OD5 6 44). Jeweils 4.85ml dieser Zellsuspension wurden für die enzymatischen Umsetzungen verwendet.The biocatalyst was prepared according to Example 1, Variant II, 2.75I fermentation medium, harvested after 20 hours. The cells were resuspended in approx. 200 ml buffer (Resting cells, OD 5 6 44). 4.85 ml each of this cell suspension were used for the enzymatic reactions.
Es wurden 2 verschiedene Konzentrationen von (R)-2-Chlormandelonitril in Parallelansätzen untersucht. Die Reaktion wurde durch Zusatz von 150μl Substratlösung gestartet und in Kulturröhrchen im Schüttelschrank bei 40°C und 150rpm durchgeführt. Die Umsatzkontrolle erfolgte mittels HPLC. Bei vollständigem Umsatz wurde die Hydroxysäure nach Ansäuern extrahiert und der ee bestimmt.Two different concentrations of (R) -2-chloromandelonitrile were investigated in parallel. The reaction was started by adding 150 μl of substrate solution and carried out in culture tubes in a shaker at 40 ° C. and 150 rpm. The sales were checked by means of HPLC. When the conversion was complete, the hydroxy acid was extracted after acidification and the ee was determined.
a. 50mg (R)-2-Chlormandelonitril, gelöst in 150μl DMSO ( [S] = 60mM, 10g/l, Cosolvens: 3% DMSO)a. 50mg (R) -2-chloromandelonitrile, dissolved in 150μl DMSO ([S] = 60mM, 10g / l, cosolvent: 3% DMSO)
Bereits nach 30 Minuten war das gesamte Cyanhydrin zum Amid umgesetzt, nach 2h waren 80% Hydroxysäure gebildet, nach 19h war die Hydrolyse zur Hydroxysäure vollständig (Produkt-ee > 99%). b. 75mg (R)-2-Chlormandelonitril, gelöst in 150μl DMSO ( [S] = 90mM, 15g/l, Cosolvens: 3% DMSO).Already after 30 minutes all of the cyanohydrin had been converted to the amide, after 2 hours 80% hydroxy acid had been formed, after 19 hours the hydrolysis to the hydroxy acid was complete (product ee> 99%). b. 75mg (R) -2-chloromandelonitrile, dissolved in 150μl DMSO ([S] = 90mM, 15g / l, cosolvent: 3% DMSO).
Bereits nach 30 Minuten war das gesamte Cyanhydrin zum Amid umgesetzt, nach 2h waren ca. 60% Hydroxysäure gebildet, nach 19h war die Hydrolyse zur Hydroxysäure vollständig (Produkt-ee = 99%).Already after 30 minutes all of the cyanohydrin had been converted to the amide, after 2 hours approx. 60% hydroxy acid had been formed, after 19 hours the hydrolysis to the hydroxy acid was complete (product ee = 99%).
Beispiel 5: Enzymatische Hydrolyse unter Verwendung unterschiedlicher Co- solventienExample 5: Enzymatic hydrolysis using different co-solvents
Versuch 5.1:Experiment 5.1:
Bei Umsetzungen im 50ml-Maßstab wurde DMSO mit EtOH als Cosolvens verglichen. Es wurde 5% Cosolvens verwendet, die Substratkonzentration betrug jedoch nur 4g/l (R)-2-Chlormandelonitril.In reactions on a 50 ml scale, DMSO was compared with EtOH as cosolvent. 5% cosolvent was used, but the substrate concentration was only 4 g / l (R) -2-chloromandelonitrile.
Biomasse aus 8 mal 250ml (abzüglich 80ml, s. Versuch 4.1) Fermentationsmedium (OD ~ 6.1) wurde nach 20h geerntet. Die Zellen wurden in 100ml K/Na- Phosphatpuffer (pH 6.5, 50mM) suspendiert. Diese Zellsuspension (OD 60) wurde für die enzy- matischen Umsetzungen verwendet. Die Umsetzungen von (R)-2-Chlormandelonitril, gelöst in DMSO oder EtOH wurden in 100ml Schlifferienmeyerkolben bei 150rpm und 30°C durchgeführt. Zur Umsatzkontrolle mittels HPLC wurden jeweils 200μl Probe mit 200μl 1 N HCI versetzt, zentrifugiert (5min, 13.000rpm) und vor der Messung verdünnt. Nach vollständigem Umsatz wurde der ee des Produktes bestimmt.Biomass from 8 times 250 ml (minus 80 ml, see experiment 4.1) fermentation medium (OD ~ 6.1) was harvested after 20 hours. The cells were suspended in 100 ml K / Na phosphate buffer (pH 6.5, 50mM). This cell suspension (OD 60) was used for the enzymatic reactions. The reactions of (R) -2-chloromandelonitrile, dissolved in DMSO or EtOH, were carried out in 100 ml Schlifferienmeyer flasks at 150rpm and 30 ° C. To check the turnover by means of HPLC, 200 μl of sample were mixed with 200 μl of 1N HCl, centrifuged (5 min, 13,000 rpm) and diluted before the measurement. After complete conversion, the ee of the product was determined.
a . 50mL Zellsuspension wurden mit 200mg (f?)-2-Chlormandelonitril (>99%) gelöst in 2300μl DMSO und 200μl 0.1% H3P04, versetzt. Substratkonzentration: 4g/L (24mM), 5% DMSO als Cosolvens Produkt-ee von (R)-2-Chlormandelsäure : 97% b. 50mL Zellsuspension werden mit 200mg (R)-2-Chlormandelonitril (>99%) gelöst in 2300μl EtOH und 200μl 0.1% H3P04, versetzt. Substratkonzentration: 4g/l (24mM), 5% EtOH als Cosolvens Produkt-ee von (R)-2-Chlormandelsäure: >99%a. 50 ml cell suspension was mixed with 200 mg (f?) - 2-chloromandelonitrile (> 99%) dissolved in 2300 μl DMSO and 200 μl 0.1% H 3 P0 4 . Substrate concentration: 4g / L (24mM), 5% DMSO as cosolvent product-ee of (R) -2-chloromandelic acid: 97% b. 50 ml of cell suspension are mixed with 200 mg (R) -2-chloromandelonitrile (> 99%) dissolved in 2300 μl EtOH and 200 μl 0.1% H 3 P0 4 . Substrate concentration: 4g / l (24mM), 5% EtOH as cosolvent product ee of (R) -2-chloromandelic acid:> 99%
Versuch 5.2:Experiment 5.2:
Hier wurden die Lösungsmittel DMSO, EtOH und 'PrOH wieder mit einem Anteil von 5% verwendet, die Substratkonzentration betrug 10g/l (R)-2-Chlormandelonitril. Die Reaktion wurde im 5ml-Maßstab durchgeführt.Here the solvents DMSO, EtOH and 'PrOH were used again in a proportion of 5%, the substrate concentration was 10 g / l (R) -2-chloromandelonitrile. The reaction was carried out on a 5 ml scale.
Die Herstellung des Biokatalysators Beispiel 4, Versuch 4.2 (ODs 6 8.4). Jeweils 4.75ml der Zellsuspension (Resting cells, OD546 52) wurden für die enzymatischen Umsetzungen verwendet. Umsetzungen von (R)-2-Chlormandelonitril (>99%) gelöst in DMSO, EtOH und i-PrOH wurden in Kulturröhrchen bei 150rpm und 30°C durchgeführt (Parallelansätze).The preparation of the biocatalyst example 4, experiment 4.2 (ODs 6 8.4). 4.75 ml of the cell suspension (resting cells, OD 546 52) were used for the enzymatic reactions. Reactions of (R) -2-chloromandelonitrile (> 99%) dissolved in DMSO, EtOH and i-PrOH were carried out in culture tubes at 150rpm and 30 ° C (parallel batches).
Zur Umsatzkontrolle mittels HPLC wurden jeweils 200μl Probe mit 200μl 1 N HCI versetzt, zentrifugiert (5min, 13.000rpm) und vor der Messung verdünnt. Nach vollständigem Umsatz wurde der ee des Produktes bestimmt.To check the turnover by means of HPLC, 200 μl of sample were mixed with 200 μl of 1N HCl, centrifuged (5 min, 13,000 rpm) and diluted before the measurement. After complete conversion, the ee of the product was determined.
a. 50mg (R)-2-Chlormandelonitril, gelöst in 250μl DMSO ( [S] = 60mM, 10g/l, Cosolvens: 5% DMSO)a. 50mg (R) -2-chloromandelonitrile, dissolved in 250μl DMSO ([S] = 60mM, 10g / l, cosolvent: 5% DMSO)
Bereits nach 30 Minuten war das gesamte Cyanhydrin zum Hydroxyamid umgesetzt, nach 2h waren ca. 40% Hydroxysäure gebildet. Nach 20h war die Umsetzung quantitativ (Produkt-ee = 95%).All of the cyanohydrin was converted to the hydroxyamide after only 30 minutes, and about 40% of the hydroxy acid was formed after 2 hours. After 20 hours the conversion was quantitative (product ee = 95%).
b. 50mg (R)-2-Chlormandelonitril, gelöst in 250μl EtOH, ( [S] = 60mM, 10g/l, Cosolvens: 5% EtOH)b. 50mg (R) -2-chloromandelonitrile, dissolved in 250μl EtOH, ([S] = 60mM, 10g / l, cosolvent: 5% EtOH)
Bereits nach 30 Minuten ist das gesamte Cyanhydrin zum Amid umgesetzt, nach 3h sind 35% Hydroxysäure gebildet, nach 19h ist die Hydrolyse zur Hydroxysäure zu 94% abgeschlossen, nach 28h ist die Umsetzung praktisch vollständig (Produkt-ee =Already after 30 minutes all of the cyanohydrin has been converted to the amide, after 3 hours 35% hydroxy acid has been formed, after 19 hours the hydrolysis to the hydroxy acid is closed 94% completed, after 28 hours the implementation is practically complete (product ee =
97%).97%).
c. 50mg (R)-2-Chlormandelonitril, gelöst in 250μl /-PrOH, ( [S] = 60mM, 10g/l, Cosolvens: 5% /-PrOH)c. 50mg (R) -2-chloromandelonitrile, dissolved in 250μl / -PrOH, ([S] = 60mM, 10g / l, cosolvent: 5% / -PrOH)
Bereits nach 30 Minuten war das gesamte Cyanhydrin zum Amid umgesetzt, nach 3h waren 8% Hydroxysäure gebildet, nach 44h waren 64 % Hydroxysäure gebildet (Produkt-ee = 92.3)The entire cyanohydrin was converted to the amide after only 30 minutes, 8% hydroxy acid was formed after 3 hours, 64% hydroxy acid was formed after 44 hours (product ee = 92.3)
Beispiel 6: Enzymatische Hydrolyse bei unterschiedlichen TemperaturenExample 6: Enzymatic hydrolysis at different temperatures
Versuch 6.1:Experiment 6.1:
Bei Versuch 6.1 wurde der Reaktionsverlauf bei Reaktionstemperaturen von 30°C, 35°C, und 40°C verglichen. Die Ansätze wurden im 5ml-Maßstab mit einer Substratkonzentration von 10g/l (R)-2-Chlormandelonitril durchgeführt. Nach vollständigem Umsatz wurde der ee des Produktes bestimmt.In experiment 6.1, the course of the reaction was compared at reaction temperatures of 30 ° C., 35 ° C. and 40 ° C. The batches were carried out on a 5 ml scale with a substrate concentration of 10 g / l (R) -2-chloromandelonitrile. After complete conversion, the ee of the product was determined.
Die Herstellung des Biokatalysators erfolgte gemäß Beispiel 4, Versuch 4.2, (OD546 8.4). Jeweils 4.75ml der Zellsuspension (Resting cells, OD546 52) wurden für die en- zymatischen Umsetzungen verwendet. Umsetzungen von 50mg (R)-2- Chlormandelonitril (>99%) ( [S] = 60mM, 10g/l), gelöst in 250μl DMSO (5%) wurden bei 3 verschiedenen Temperaturen (30°C, 35°C, 40°C) in Kulturröhrchen bei 150rpm durchgeführt (Parallelansätze).The biocatalyst was produced in accordance with Example 4, Experiment 4.2, (OD 546 8.4). 4.75 ml of the cell suspension (resting cells, OD 546 52) were used for the enzymatic reactions. Reactions of 50mg (R) -2- chloromandelonitrile (> 99%) ([S] = 60mM, 10g / l), dissolved in 250μl DMSO (5%), were carried out at 3 different temperatures (30 ° C, 35 ° C, 40 ° C) carried out in culture tubes at 150rpm (parallel batches).
Zur Umsatzkontrolle mittels HPLC wurden jeweils 200μl Probe mit 200μl 1 N HCI versetzt, zentrifugiert (5min, 13.000rpm) und vor der Messung verdünnt. Nach vollständigem Umsatz wurde der ee des Produktes bestimmt. a. T = 30°CTo check the turnover by means of HPLC, 200 μl of sample were mixed with 200 μl of 1N HCl, centrifuged (5 min, 13,000 rpm) and diluted before the measurement. After complete conversion, the ee of the product was determined. a. T = 30 ° C
Bereits nach 30 Minuten war das gesamte Cyanhydrin zum Amid. umgesetzt, nach 2h waren 42% Hydroxysäure gebildet, nach ca. 20h war die Hydrolyse zur (R)-2- Chlormandelsäure vollständig (Produkt-ee = 95%).After only 30 minutes, all of the cyanohydrin had become the amide . implemented, after 2 hours 42% hydroxy acid was formed, after about 20 hours the hydrolysis to (R) -2-chloromandelic acid was complete (product ee = 95%).
b. T = 35°Cb. T = 35 ° C
Bereits nach 30 Minuten war das gesamte Cyanhydrin zum Amid umgesetzt, nach 2h waren 65% Hydroxysäure gebildet, nach 19h war die Hydrolyse zur (R)-2- Chlormandelsäure vollständig (Produkt-ee = 96.5%).After only 30 minutes, all of the cyanohydrin had been converted to the amide, 65% of hydroxy acid had been formed after 2 hours, and hydrolysis to (R) -2-chloromandelic acid was complete after 19 hours (product ee = 96.5%).
c. T = 40°Cc. T = 40 ° C
Bereits nach 30 Minuten war das gesamte Cyanhydrin zum Amid umgesetzt, nach 2h waren 86% Hydroxysäure gebildet, nach 19h war die Hydrolyse zur (R)-2- Chlormandelsäure vollständig (Produkt-ee = 97.9%).Already after 30 minutes all of the cyanohydrin had been converted to the amide, after 2 hours 86% hydroxy acid had been formed, after 19 hours the hydrolysis to (R) -2-chloromandelic acid was complete (product ee = 97.9%).
Versuch 6.2:Experiment 6.2:
Bei Versuch 6.2 wurde die Temperatur bis auf 50°C erhöht.In experiment 6.2, the temperature was increased to 50 ° C.
Die Herstellung des Biokatalysators erfolgte gemäß Beispiel 4, Versuch 4.3 (OD5 6 44). Jeweils 4.85ml der Zellsuspension (Resting cells, OD546 44) wurden für die en- zymatischen Umsetzungen verwendet. Umsetzungen von 50mg (R)-2- Chlormandelonitril (>99%) ( [S] = 60mM, 10g/l), gelöst in 150μl DMSO (3%) wurden bei 3 verschiedenen Temperaturen (30°C, 40°C, 50°C) in Kulturröhrchen bei 150rpm durchgeführt (Parallelansätze).The biocatalyst was prepared in accordance with Example 4, Experiment 4.3 (OD 5 6 44). 4.85 ml of the cell suspension (resting cells, OD 546 44) were used for the enzymatic reactions. Reactions of 50mg (R) -2- chloromandelonitrile (> 99%) ([S] = 60mM, 10g / l), dissolved in 150μl DMSO (3%), were carried out at 3 different temperatures (30 ° C, 40 ° C, 50 ° C) carried out in culture tubes at 150rpm (parallel batches).
Zur Umsatzkontrolle mittels HPLC wurden jeweils 200μl Probe mit 200μl 1 N HCI versetzt, zentrifugiert (5min, 13.000rpm) und vor der Messung verdünnt. Nach vollständigem Umsatz wurde der ee des Produktes bestimmt. a. T = 30°CTo check the turnover by means of HPLC, 200 μl of sample were mixed with 200 μl of 1N HCl, centrifuged (5 min, 13,000 rpm) and diluted before the measurement. After complete conversion, the ee of the product was determined. a. T = 30 ° C
Bereits nach 30 Minuten war das gesamte Cyanhydrin zum Amid umgesetzt, nach 2h waren 42% Hydroxysäure gebildet, nach 19h war die Hydrolyse zur Hydroxysäure vollständig (Produkt-ee > 99%).Already after 30 minutes all of the cyanohydrin had been converted to the amide, after 2 hours 42% hydroxy acid had been formed, after 19 hours the hydrolysis to the hydroxy acid was complete (product ee> 99%).
b. T = 40°Cb. T = 40 ° C
Bereits nach 30 Minuten war das gesamte Cyanhydrin zum Amid umgesetzt, nach 2h waren 80% Hydroxysäure gebildet, nach 19h war die Hydrolyse zur Hydroxysäure vollständig (Produkt-ee > 99%).Already after 30 minutes all of the cyanohydrin had been converted to the amide, after 2 hours 80% hydroxy acid had been formed, after 19 hours the hydrolysis to the hydroxy acid was complete (product ee> 99%).
c. T = 50°Cc. T = 50 ° C
Bereits nach 30 Minuten war das gesamte Cyanhydrin zum Amid umgesetzt, nach 2h waren 92% Hydroxysäure gebildet, nach 19h war die Hydrolyse zur Hydroxysäure vollständig (Produkt-ee > 99%).After only 30 minutes, all of the cyanohydrin had been converted to the amide, 92% of the hydroxy acid had been formed after 2 hours, and hydrolysis to the hydroxy acid was complete after 19 hours (product ee> 99%).
Beispiel 7: Umsetzungen von Cyanhydrinen von Aldehyden mit Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 im halb-präparativen MaßstabExample 7: Reactions of cyanohydrins from aldehydes with Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 on a semi-preparative scale
Für alle Umsetzungen wurde K/Na-Phosphatpuffer (50mM, pH 6.5) verwendet. Die Reaktionsverfolgung erfolgte mit HPLC. Nach Probenahme wurde zum Abstoppen der biokatalytischen Reaktion mit Probenvolumen 1 N HCI versetzt (Parallelproben). Nach Zentrifugation (5min, 13.000rpm) wurde mit HPLC-Laufmittel verdünnt.K / Na phosphate buffer (50mM, pH 6.5) was used for all reactions. The reaction was monitored using HPLC. After sampling, 1 N HCI was added to stop the biocatalytic reaction (parallel samples). After centrifugation (5 min, 13,000 rpm), the mixture was diluted with HPLC mobile phase.
Zur Aufarbeitung wurde die Biomasse 30min bei 4°C und 3000rpm abzentrifugiert und einmal mit H20 dest. gewaschen. Nach Ansäuern des Überstandes mit 1 N HCI auf pH 2 wurde 3-4 mal mit TBME extrahiert. Versuch 7.1:For working up, the biomass was centrifuged off at 4 ° C. and 3000 rpm for 30 min and once with H 2 0 dist. washed. After acidifying the supernatant with 1 N HCl to pH 2, extraction was carried out 3-4 times with TBME. Experiment 7.1:
Die Herstellung des Biokatalysators erfolgte gemäß Beispiel 1 , Variante II. 31 Fermentationsmedium, Ernte nach 20 Stunden (ODs46 5.9). Die Zellen wurden zu ca. 180ml in Puffer resuspendiert (Resting cells, OD546 80).The biocatalyst was produced in accordance with Example 1, variant II. 31 fermentation medium, harvest after 20 hours (ODs 46 5.9). The cells were resuspended to about 180 ml in buffer (Resting cells, OD54 6 80).
0.6g (R)-2-Chlormandelonitril (ee > 99%), gelöst in 1.5ml DMSO wurden 60ml dieser Zellsuspension zugesetzt. Die Hydrolyse wurde bei 30°C und 150rpm im Schüttel- schrank durchgeführt. Nach 30min war das Cyanhydrin vollständig hydrolysiert, nach 17 Stunden war die Umsetzung zur (R)-2-Chlormandelsäure vollständig. Rohausbeute: 0.73g (109%) Produkt-ee: >99%0.6g (R) -2-chloromandelonitrile (ee> 99%), dissolved in 1.5ml DMSO, 60ml of this cell suspension was added. The hydrolysis was carried out at 30 ° C. and 150 rpm in the shaker cabinet. After 30 minutes the cyanohydrin was completely hydrolyzed, after 17 hours the conversion to (R) -2-chloromandelic acid was complete. Crude yield: 0.73g (109%) Product ee:> 99%
Versuch 7.2:Experiment 7.2:
In Versuch 7.2 wurden einige Reaktionsparameter variiert. Als Standardbedingungen galten lOg/l Substrat und DMSO als Cosolvens (hier 2.5%). Ein zweiter Ansatz wurde mit 15g/l Substrat durchgeführt, ein weiterer mit 10g/I Substrat und DMF als Cosolvens.In experiment 7.2 some reaction parameters were varied. The standard conditions were 10 g / l substrate and DMSO as cosolvent (here 2.5%). A second batch was carried out with 15 g / l substrate, another with 10 g / l substrate and DMF as cosolvent.
Die Herstellung des Biokatalysators erfolgte gemäß Beispiel 1 , Variante II. 31 Fermentationsmedium, Ernte nach 20 Stunden (ODs46 6.8). Die Zellen wurden zu ca. 190ml Puffer resuspendiert (Resting cells, OD546 69). Drei Umsetzungen wurden durchgeführt.The biocatalyst was produced in accordance with Example 1, variant II. 31 fermentation medium, harvest after 20 hours (ODs 4 6 6.8). The cells were resuspended to about 190 ml buffer (Resting cells, OD54 6 69). Three implementations were carried out.
Ansatz A: 0.3g (R)-2-Chlormandelonitril (ee>99%), gelöst in 750μl DMSO wurden 30ml dieser Zellsuspension zugesetzt. Die Hydrolyse wurde bei 40°C und 150rpm im Schüttelschrank durchgeführt. Nach 30min war das Cyanhydrin vollständig hydrolysiert, nach 5 Stunden war die Umsetzung zur (R)-2-Chlormandelsäure vollständig. Rohausbeute: 0.31g (93%) Produkt-ee: >99% Ansatz B: 0.3g (R)-2-Chlormandelonitril (ee>99%), gelöst in 750μl DMF wurden 30ml dieser Zellsuspension zugesetzt. Die Hydrolyse wurde bei 40°C und 150rpm im Schüttelschrank durchgeführt. Nach 30min war das Cyanhydrin vollständig hydrolysiert, nach 5 Stunden war die Umsetzung zur (R)-2-Chlormandelsäure vollständig. Rohausbeute: 0.30g (90%) Produkt-ee: 98.5%Batch A: 0.3 g (R) -2-chloromandelonitrile (ee> 99%), dissolved in 750 μl DMSO, 30 ml of this cell suspension were added. The hydrolysis was carried out at 40 ° C. and 150 rpm in the shaker. After 30 minutes the cyanohydrin was completely hydrolyzed, after 5 hours the conversion to (R) -2-chloromandelic acid was complete. Crude yield: 0.31g (93%) Product ee:> 99% Batch B: 0.3 g (R) -2-chloromandelonitrile (ee> 99%), dissolved in 750 μl DMF, 30 ml of this cell suspension were added. The hydrolysis was carried out at 40 ° C. and 150 rpm in the shaker. After 30 minutes the cyanohydrin was completely hydrolyzed, after 5 hours the conversion to (R) -2-chloromandelic acid was complete. Crude yield: 0.30g (90%) Product ee: 98.5%
Ansatz C: 0.45g (R)-2-Chlormandelonitril (ee>99%), gelöst in 750μl DMSO wurden 30ml dieser Zellsuspension zugesetzt. Die Hydrolyse wurde bei 40°C und 150rpm im Schüttelschrank durchgeführt. Nach 30min war das Cyanhydrin vollständig hydrolysiert, nach 5 Stunden war die Umsetzung zur (R)-2-Chlormandelsäure praktisch vollständig. ' Batch C: 0.45g (R) -2-chloromandelonitrile (ee> 99%), dissolved in 750μl DMSO, 30ml of this cell suspension was added. The hydrolysis was carried out at 40 ° C. and 150 rpm in the shaker. After 30 minutes the cyanohydrin was completely hydrolyzed, after 5 hours the conversion to (R) -2-chloromandelic acid was practically complete. '
Rohausbeute: 0.45g (90%) Produkt-ee: >99%Crude yield: 0.45g (90%) product ee:> 99%
Versuch 7.3:Experiment 7.3:
Hier wurden 2 Ansätze mit verschieden großer Substratkonzentration (Ansatz A 10g/I, Ansatz B 15g/l) durchgeführt. Beide Umsetzungen verliefen nahezu gleich rasch und waren nach 2 Stunden vollständig.Here 2 batches with different substrate concentrations (batch A 10g / l, batch B 15g / l) were carried out. Both implementations were almost equally quick and were complete after 2 hours.
Die Herstellung des Biokatalysators erfolgte gemäß Beispiel 1 , Variante II. 31 Fermentationsmedium, Ernte nach 20 Stunden (OD546 1.2). Die Zellen wurden in ca. 180ml Puffer resuspendiert (Resting cells, OD546 70). Zwei Umsetzungen wurden durchgeführt.The biocatalyst was produced in accordance with Example 1, variant II. 31 fermentation medium, harvest after 20 hours (OD 546 1.2). The cells were resuspended in approximately 180 ml of buffer (Resting cells, OD 546 70). Two implementations were carried out.
Ansatz A: 0,8g (R)-2-Chlormandelonitril (ee>99%), gelöst in 1.6ml DMSO wurden der Zellsuspension (80ml) zugesetzt. Die Hydrolyse wurde bei 50°C und 150rpm im Schüttelschrank durchgeführt. Nach 15min war das Cyanhydrin vollständig hydrolysiert, nach 2 Stunden war die Umsetzung zur (R)-2-Chlormandelsäure vollständig. Rohausbeute: 0.85g (95%) Produkt-ee: >99%Batch A: 0.8 g (R) -2-chloromandelonitrile (ee> 99%), dissolved in 1.6 ml DMSO, was added to the cell suspension (80 ml). The hydrolysis was carried out at 50 ° C. and 150 rpm in the shaker. After 15 minutes the cyanohydrin was completely hydrolyzed, after 2 hours the conversion to (R) -2-chloromandelic acid was complete. Crude yield: 0.85g (95%) Product ee:> 99%
Ansatz B: 1.2g (R)-2-Chlormandelonitril (ee>99%), gelöst in 1.6ml DMSO wurden der Zellsuspension (80ml) zugesetzt. Die Hydrolyse wurde bei 50°C und 150rpm im Schüttelschrank durchgeführt. Nach 30min war das Cyanhydrin vollständig hydrolysiert, nach 2 Stunden war die Umsetzung zur (R)-2-Chlormandelsäure vollständig. Rohausbeute: 1.26g (94%) Produkt-ee: 98.9%Batch: 1.2g (R) -2-chloromandelonitrile (ee> 99%), dissolved in 1.6ml DMSO, were added to the cell suspension (80ml). The hydrolysis was carried out at 50 ° C. and 150 rpm in the shaker. After 30 minutes the cyanohydrin was completely hydrolyzed, after 2 hours the conversion to (R) -2-chloromandelic acid was complete. Crude yield: 1.26g (94%) Product ee: 98.9%
Versuch 7.4:Experiment 7.4:
Die Herstellung des Biokatalysators erfolgte gemäß Beispiel 1 , Variante II, 2.5I Fermentationsmedium, Ernte nach 20 Stunden (OD546 6.9). Die Zellen wurden in ca. 160ml Puffer resuspendiert (Resting cells, OD546 63).The biocatalyst was produced according to Example 1, variant II, 2.5I fermentation medium, harvest after 20 hours (OD 546 6.9). The cells were resuspended in approx. 160 ml buffer (Resting cells, OD 546 63).
1.3g (R)-2-Chlormandelonitril (ee>99%), gelöst in 2.5ml DMSO wurden 140ml dieser Zellsuspension zugesetzt. Die Hydrolyse wurde bei 40°C und 150rpm im Schüttelschrank durchgeführt. Nach 15min war das Cyanhydrin vollständig hydrolysiert, nach 3 Stunden war die Umsetzung zur (R)-2-Chlormandelsäure vollständig. Rohausbeute: 1.43g (98%) Produkt-ee: >99%1.3 g of (R) -2-chloromandelonitrile (ee> 99%), dissolved in 2.5 ml of DMSO, were added to 140 ml of this cell suspension. The hydrolysis was carried out at 40 ° C. and 150 rpm in the shaker. After 15 minutes the cyanohydrin was completely hydrolyzed, after 3 hours the conversion to (R) -2-chloromandelic acid was complete. Crude yield: 1.43g (98%) product ee:> 99%
Versuch 7.5:Experiment 7.5:
Bei dieser Umsetzung wurde 1g Mandelonitril bei einer Substratkonzentration von 8g/l zur entsprechenden Hydroxysäure hydrolysiert.In this reaction, 1 g of mandelonitrile was hydrolyzed to the corresponding hydroxy acid at a substrate concentration of 8 g / l.
Die Herstellung des Biokatalysators erfolgte gemäß Beispiel 1 , Variante II, 21 Fermentationsmedium, Ernte nach 20 Stunden (OD546 8.4). Die Zellen wurden in ca. 120ml Puffer resuspendiert (Resting cells, OD546 74). Die Umsetzung wurde nach Tieffrieren des Biokatalysators über Nacht durchgeführt. 1.0g (R)-(+)-Mandelonitril, gelöst in 2.4ml DMSO wurde der Zellsuspension (120ml) zugesetzt. Die Hydrolyse wurde bei 40°C und 150rpm im Schüttelschrank durchgeführt. Nach 15min war das Cyanhydrin vollständig hydrolysiert, nach 5 Stunden war die Umsetzung zur (R)-Mandelsäure vollständig. Rohausbeute: 1.16g (100%) Produkt-ee: 93%The biocatalyst was produced according to Example 1, Variant II, 21 fermentation medium, harvest after 20 hours (OD 546 8.4). The cells were resuspended in approx. 120 ml buffer (Resting cells, OD 546 74). The reaction was carried out after freezing the biocatalyst overnight. 1.0 g (R) - (+) - mandelonitrile, dissolved in 2.4 ml DMSO, was added to the cell suspension (120 ml). The hydrolysis was carried out at 40 ° C. and 150 rpm in the shaker. After 15 minutes the cyanohydrin was completely hydrolyzed, after 5 hours the conversion to (R) -mandelic acid was complete. Crude yield: 1.16g (100%) Product ee: 93%
Beispiel 8: Umsetzungen von Cyanhydrinen von Ketonen mit Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 im halb-präparativen MaßstabExample 8: Reactions of cyanohydrins from ketones with Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 on a semi-preparative scale
Es wurde en K/Na-Phosphatpuffer (50mM, pH 6.5) verwendet. Die Reaktionsverfolgung erfolgte mit DC.K / Na phosphate buffer (50mM, pH 6.5) was used. The reaction was monitored using DC.
Zur Aufarbeitung wurde die Biomasse 20min bei 4°C und 6000rpm abzentrifugiert und einmal mit H20 dest. gewaschen. Nach Ansäuern des Überstandes mit 1 N HCI auf pH 2 wurde 3-4 mal mit TBME extrahiert.For working up, the biomass was centrifuged off at 4 ° C. and 6000 rpm for 20 min and once with H 2 0 dist. washed. After acidifying the supernatant with 1 N HCl to pH 2, extraction was carried out 3-4 times with TBME.
Die Herstellung des Biokatalysators erfolgt gemäß Beispiel 1 , Variante II, 2L Fermentationsmedium, Ernte nach 20 Stunden. Die Zellen wurden in ca. 60mL Puffer resuspendiert (Resting cells, OD546 60).The biocatalyst is produced according to Example 1, variant II, 2L fermentation medium, harvest after 20 hours. The cells were resuspended in approx. 60 ml buffer (Resting cells, OD 546 60).
300mg (S)-Acetophenoncyanhydrin (25% Acetophenon, ee 94%), gelöst in 1mL DMSO wurden der Zellsuspension zugesetzt. Nach 20h war die Umsetzung It. DC vollständig und das Produkt (enthält 1-Phenylethanol und Spuren anderer Verunreinigungen) wurde extrahiert. Die Umsetzung verlief ohne Verlust an Enantiomeren- reinheit. Rohausbeute: 357mg Beispiel 9: Erzeugung von Enzympräparationen von Nitrilhydratase und Amidase zur Hydrolyse substituierter Cyanhydrine mittels rekombinanter Expression in E. coli300 mg (S) -acetophenone cyanohydrin (25% acetophenone, ee 94%), dissolved in 1 ml DMSO, were added to the cell suspension. After 20 hours the reaction was complete. DC and the product (containing 1-phenylethanol and traces of other impurities) was extracted. The reaction proceeded without loss of enantiomeric purity. Crude yield: 357mg Example 9: Generation of enzyme preparations of nitrile hydratase and amidase for the hydrolysis of substituted cyanohydrins by means of recombinant expression in E. coli
Zur Expression der Nitrilhydratase, sowie zur Expression der Amidase wurde das pMS470-Plasmidsystem herangezogen. Dieses Plasmid verfügt neben den replikati- ven Elementen, einer selektionierbaren Ampicillin-Resistenz und dem Lac- Repressor-Gen lad über einen induzierbaren tac-Promotor, welcher eine gesteuerte Überexpression der einklonierten offenen Leserahmen erlaubt.The pMS470 plasmid system was used to express the nitrile hydratase and to express the amidase. In addition to the replicative elements, a selectable ampicillin resistance and the lac repressor gene lad, this plasmid has an inducible tac promoter which allows controlled overexpression of the cloned open reading frames.
Expressionsplasmid für die Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 Nitrilhydratase:Expression plasmid for Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 nitrile hydratase:
Die Plasmidkarte ist in Abbildung 1 zu sehen. Das Plasmid trägt die Bezeichnung pMS470Nhse7.3. Es enthält neben den beiden Genabschnitten der Nitrilhydratase (α- und ß-Untereinheit) noch einen dritten offenen Leserahmen, welcher für ein Aktivatorprotein codiert.The plasmid map can be seen in Figure 1. The plasmid is called pMS470Nhse7.3. In addition to the two gene segments of nitrile hydratase (α and β subunit), it also contains a third open reading frame which codes for an activator protein.
Expressionsplasmid für die Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 A- midase:Expression plasmid for the Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 amidase:
Anders als bei der Nitrilhydratase ist für die Expression der Amidase von Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 nur ein einziger Leserahmen notwendig und dieser wurde im Plasmid pMS470-33/3/1/11 hinter dem tac-Promotor einkloniert. Die Abbildung 2 zeigt die Plasmidkarte dieses Konstruktes.In contrast to the nitrile hydratase, only a single reading frame is necessary for the expression of the Rhidococcus erythropolis NCIMB 11540 amidase and this was cloned into the plasmid pMS470-33 / 3/1/11 behind the tac promoter. Figure 2 shows the plasmid map of this construct.
Fermentation der rekombinanten Nitrilhydratase und AmidaseFermentation of the recombinant nitrile hydratase and amidase
Die Fermentation der beiden Enzyme erfolgte grundsätzlich nach dem allgemeinen Protokoll, ausgearbeitet für die Überexpression von Enzymen im pMS470 System.The fermentation of the two enzymes was basically carried out according to the general protocol, worked out for the overexpression of enzymes in the pMS470 system.
Dabei wurde:It was:
-aus einer Über-Nacht-Kultur (ONC) in eine Hauptkultur mit LB-Medium und Antibiotikum im Schüttelkolben überimpft. -bis in die exponentielle Phase anwachsen gelassen- Inoculated from an overnight culture (ONC) into a main culture with LB medium and antibiotic in the shake flask. - allowed to grow into the exponential phase
-bei OD6oo (Optische Dichte bei 600nm) 0.8 bis 1.5 mit IPTG (Isopropylthiogalactopy- ranosid) induziert- at OD 6 oo (optical density at 600nm) 0.8 to 1.5 induced with IPTG (isopropylthiogalactopyranoside)
-für 18h weiter induziert (Proteinexpression)- further induced for 18h (protein expression)
-geerntet (Zentrifugation) und aufgeschlossen (Ultraschall)- harvested (centrifugation) and digested (ultrasound)
Expression der NitrilhydrataseExpression of nitrile hydratase
Die mit pMS470Nhase7.3 (bzw. pMSNhasetactac7.3) transformierten E. coli B BL21 Zellen wurden auf LB-Ampicillin-Platten vereinzelt und eine ONC von 100ml LB- Ampicillin Medium mit einer Einzelkolonie beimpft. Am nächsten Morgen wurde eine Hauptkultur bestehend aus 250ml LB-Ampicillin Medium in einem 1000ml Schikanenkolben auf eine OD6oo von 0.01 bis 0.03 (Beckmann Photometer) beimpft. Die Wachstumstemperatur wurde auf 25°C eingeregelt, da bei höheren Temperaturen ausschließlich die Bildung von unlöslichen Einschlußkörperchen erfolgt. Nach Erreichen der Induktionsdichte Beckmann Photometer) wurden die Kulturen durch Zusatz von IPTG zu einer Konzentration von 0.1 mM induziert. Zusätzlich wurden die Medien mit 0.1 mM Ammoniumeisen(lll)citrat supplementiert. Nach Erreichen einer OD6oo>4 wurden die Kulturen geerntet (Zentrifugation bei ca. 3000*g für 15min) und einmal mit ca.100ml PBS-Puffer gewaschen. Das Zellpellet wurde im Anschluß in PBS-Puffer resuspendiert (ca. 5ml Gesamtvolumen) und mit einer Ultraschallsonde (BRANSON Sonifier 250, 60% Leistungseinstellung, Konstantbeschallung; 5 mal 30s mit je 1 min Pause zur Kühlung) aufgeschlossen (Visuelle Kontrolle der Vollständigkeit unter dem Mikroskop). Die so erhaltenen Rohlysate besaßen eine typische Aktivität von ca. 100-250 U/ml (ca. 350-500U/ml für pMSNhasetactac7.3), analysiert mit Methacrylonitril als Substrat unter den nachfolgend angeführten Bedingungen. Zur Konservierung wurden die Lysate bei -20°C gelagert. Lagerung bei Raumtemperatur ist mit einem schnellen Verlust an Aktivität verbunden.The E. coli B BL21 cells transformed with pMS470Nhase7.3 (or pMSNhasetactac7.3) were separated on LB ampicillin plates and an ONC of 100 ml LB ampicillin medium was inoculated with a single colony. The next morning, a main culture consisting of 250 ml LB-ampicillin medium in a 1000 ml baffle flask was inoculated to an OD 6 oo of 0.01 to 0.03 (Beckmann photometer). The growth temperature was controlled at 25 ° C., since at higher temperatures only insoluble inclusion bodies are formed. After reaching the induction density Beckmann photometer) the cultures were induced by adding IPTG to a concentration of 0.1 mM. In addition, the media were supplemented with 0.1 mM ammonium iron (III) citrate. After reaching an OD 6 oo> 4, the cultures were harvested (centrifugation at approx. 3000 * g for 15 min) and washed once with approx. 100 ml PBS buffer. The cell pellet was then resuspended in PBS buffer (approx. 5ml total volume) and disrupted with an ultrasound probe (BRANSON Sonifier 250, 60% power setting, constant sonication; 5 times 30s with 1 minute break for cooling) (visual check of completeness under the Microscope). The crude lysates thus obtained had a typical activity of approx. 100-250 U / ml (approx. 350-500U / ml for pMSNhasetactac7.3), analyzed with methacrylonitrile as the substrate under the conditions listed below. For preservation, the lysates were stored at -20 ° C. Storage at room temperature is associated with a rapid loss of activity.
Aktivitätsbestimmung: Rohlysate wurden unmittelbar vor der Aktivitätsbestimmung 1 :10 mit PBS-Puffer verdünnt. 1.4ml einer 40mM Methacrylonitril Lösung in PBS- Puffer wurden mit 20 μl des verdünnten Lysats versetzt und bei 28°C inkubiert (Ep- pendorf Thermomixer 5436). Zum Zeitpunkt 0, 1 , 2, 5, 10 und 15 Minuten wurden 200μl Proben entnommen und unmittelbar mit 800μl 0.17% Phosphorsäure die Enzymreaktion in diesen Proben gestoppt. Nach Zentrifugation (16000*g, 10 Minuten) wurden die Proben spektrophotometrisch ( Perkin Eimer UVΛ/IS-Spekrometer Lambda Bio) bei 224nm vermessen. Der Anstieg der Extinktion wurde mit der Zunahme der Konzentration an Methacrylamid korreliert, wobei ein ε-Wert von 0,57 l*mmo 1*crτϊ1 herangezogen wurde.Activity determination: Raw lysates were diluted 1:10 with PBS buffer immediately before the activity determination. 1.4 ml of a 40 mM methacrylonitrile solution in PBS buffer were mixed with 20 μl of the diluted lysate and incubated at 28 ° C. (Ependorf Thermomixer 5436). At the time of 0, 1, 2, 5, 10 and 15 minutes, 200 μl samples were taken and the enzyme reaction in these samples was stopped immediately with 800 μl 0.17% phosphoric acid. After centrifugation (16000 * g, 10 minutes) the samples were measured spectrophotometrically (Perkin Elmer UVΛ / IS spectrometer Lambda Bio) at 224nm. The increase in absorbance was correlated with the increase in the concentration of methacrylamide, using an ε value of 0.57 l * mmo 1 * crτϊ 1 .
Expression der AmidaseExpression of the amidase
Die mit pMS470-33/3/1/11 transformierten E. coli B BL21 Zellen wurden auf LB- Ampicillin-Platten vereinzelt und eine ONC von 100ml LB-Ampicillin Medium mit einer Einzelkolonie beimpft. Am nächsten Morgen wurde eine Hauptkultur bestehend aus 250ml SOC-Ampicillin Medium in einem 1000ml Schikanenkolben auf eine OD6oo von 0.01 bis 0.03 (Beckmann Photometer) beimpft. Die Wachstumstemperatur wurde auf 30°C eingeregelt, da die Fermentation bei 37°C ausschließlich zur Bildung von unlöslichem und inaktiven Protein führt. Nach Erreichen der Induktionsdichte (OD6oo=1 Beckmann Photometer) wurden die Kulturen durch Zusatz von IPTG zu einer Konzentration von 0.3mM induziert. Nach einer Induktionszeit von 16h wurden die Zellen geerntet (Zentrifugation 3000*g, 10min) und mit Natriumphospatpuffer (0.1 M, pH=7) gewaschen. Das gewonnene Pellett wurde auf ca. 5ml Gesamtvolumen im Waschpuffer resuspendiert und mit einer Ultraschallsonde (BRANSON Sonifier 250, 60% Leistungseinstellung, Konstantbeschallung; 5 mal 30s mit je 1 min Pause zur Kühlung) unter ständiger Kühlung bis zur Vollständigkeit aufgeschlossen (Visuelle Kontrolle der Vollständigkeit unter dem Mikroskop). Die derart gewonnenen Rohlysate wurden zur Konservierung bei -20°C eingefroren. Die Lysate besaßen eine Aktivität von ca. 75 U/ml, bestimmt mit Acetamid (40mM) als Substrat in PBS-Puffer bei 37°CThe E. coli B BL21 cells transformed with pMS470-33 / 3/1/11 were isolated on LB-ampicillin plates and an ONC of 100 ml LB-ampicillin medium was inoculated with a single colony. The next morning, a main culture consisting of 250 ml SOC ampicillin medium in a 1000 ml baffle flask was inoculated to an OD 6 oo of 0.01 to 0.03 (Beckmann photometer). The growth temperature was adjusted to 30 ° C because the fermentation at 37 ° C only leads to the formation of insoluble and inactive protein. After reaching the induction density (OD 6 oo = 1 Beckmann photometer), the cultures were induced by adding IPTG to a concentration of 0.3mM. After an induction time of 16 h, the cells were harvested (centrifugation 3000 * g, 10 min) and washed with sodium phosphate buffer (0.1 M, pH = 7). The pellet obtained was resuspended to a total volume of approx. 5 ml in the wash buffer and disrupted to completion with an ultrasound probe (BRANSON Sonifier 250, 60% power setting, constant sonication; 5 times 30 s with 1 min break for cooling) with constant cooling (visual check of completeness Under the microscope). The crude lysates obtained in this way were frozen at -20 ° C for preservation. The lysates had an activity of approx. 75 U / ml, determined with acetamide (40mM) as substrate in PBS buffer at 37 ° C
(Bestimmung von freigesetztem Ammonium nach der Indophenolblau-Methode).(Determination of released ammonium using the indophenol blue method).
Bestimmung der Amidaseaktivität :Determination of amidase activity:
Folgende Lösungen wurden verwendet:The following solutions were used:
Substratlösung: 40 mM Acetamid in PBSSubstrate solution: 40 mM acetamide in PBS
Lösung A: 10% (w/v) Phenol in Ethanol (95%)Solution A: 10% (w / v) phenol in ethanol (95%)
Lösung B: 0.5% (w/v) Nitroprussidnatrium in ddH20Solution B: 0.5% (w / v) nitroprusside sodium in ddH 2 0
Lösung C: 100g tri-Natriumcitrat and 5g of Natriumydroxid in 550 ml WasserSolution C: 100g tri-sodium citrate and 5g of sodium hydroxide in 550 ml water
Lösung D: 600ml handelsübliche Natriumhypochlorit-Lösung verdünnt auf 1000mlSolution D: 600ml commercial sodium hypochlorite solution diluted to 1000ml
Ammoniumstandards: 0, 80, 120, 200, 280, 400μg/l Ammoniumsulfat in WasserAmmonium standards: 0, 80, 120, 200, 280, 400μg / l ammonium sulfate in water
1.4ml Substratlösung wurden mit 10μl Enzymverdünnung (1 :10 in PBS) bei 30°C inkubiert (Eppendorf Thermomixer 5436). In 100μl Proben wurden nach 0, 1 , 2, 5, 10 und 15 Minuten mit20μl Lösung A die Enzymreaktion gestoppt. Nach Entnahme der letzten Probe wurden die so erhaltenen Lösungen mit 400μl Wasser verdünnt. Zur Kalibrierung wurden weiters Ammoniumstandard-Lösungen (je 500ml) mit 20μl Lösung A vesetzt. Zu Proben sowie Standards wurden darauf 20μl der Lösung B und 50μl eines Gemisches von 4 Teilen Lösung C mit 1 Teil Lösung D zupippettiert. Gute Durchmischung wurde durch Vortexen sichergestellt. Die so behandelten Proben und Standards wurden bei 37°C für 15min belassen. Die entstandene Blaufärbung wurde nach Verdünnung aller Proben und Standards 1 :10 mit Wasser im Spektrophotome- ter (Perkin Eimer UV/VIS-Spektrometer Lambda Bio) bei 640nm quantifiziert. Durch Korrelation der Zunahme der Blaufärbung über die Zeit mit den Extinktionswerten der Standards konnte auf die Aktivität (μMol freigesetztes Ammonium pro Minute) rückgerechnet werden. Beispiel 10: Hydrolyse unter Verwendung des rekombinanten Enzyms1.4ml of substrate solution were incubated with 10μl enzyme dilution (1:10 in PBS) at 30 ° C (Eppendorf Thermomixer 5436). In 100 µl samples, the enzyme reaction was stopped after 0, 1, 2, 5, 10 and 15 minutes with 20 µl solution A. After taking the last sample, the solutions thus obtained were diluted with 400 μl of water. For calibration purposes, ammonium standard solutions (500 ml each) were mixed with 20 μl solution A. 20 μl of solution B and 50 μl of a mixture of 4 parts of solution C with 1 part of solution D were then pipetted into samples and standards. Good mixing was ensured by vortexing. The samples and standards treated in this way were left at 37 ° C. for 15 minutes. The resulting blue color was quantified 1:10 with water in a spectrophotometer (Perkin Elmer UV / VIS spectrometer Lambda Bio) after dilution of all samples and standards at 640nm. By correlating the increase in blue color over time with the absorbance values of the standards, the activity (μmol of released ammonium per minute) could be calculated. Example 10: Hydrolysis using the recombinant enzyme
Bei diesen Umsetzungen wurde klonierte Nitrilhydratase von Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 als Rohlysat des E. coli Klons 7.3 (hergestellt gemäß Beispiel 9) verwendet.In these reactions, cloned Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 nitrile hydratase was used as the crude lysate of E. coli clone 7.3 (prepared according to Example 9).
Durchführung:Execution:
50μL Rohlysat wurden mit 425μL Puffer (K/Na-P04-Puffer, pH 7, 50mM) verdünnt und mit 25μL einer ca. 200mM Substratlösung in DMSO versetzt (5mg Protein/mL S.-Konz. ca. 10mM, 5% DMSO). Die Umsetzung wurde im Thermomixer bei 30°C und 1000rpm durchgeführt. Nach 0, 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 30, 60 und 120 Minuten wurde jeweils ein Eppendorfer mit 0.5mL 1 N HCI versetzt. Nach Zentrifugation (5min, 13.000rpm) und entsprechender Verdünnung wurden die Konzentrationen von Cyanhydrin und Hydroxyamid mittels HPLC bestimmt. Die Aktivität der Nitrilhydratase wurde anhand der Geschwindigkeit der Bildung des Hydroxyamides ermittelt (Steigung im Anfangsbereich). Als Standardsubstrat (100% Aktivität) wurde 2-Hydroxy-4- phenyl-butyronitril verwendet. Die Aktivität bei der Hydrolyse der anderen Substrate wurde mit der Aktivität an 2-Hydroxy-4-phenyl-butyronitril verglichen (Tab. 5).50μL crude lysate were diluted with 425μL buffer (K / Na-P0 4 buffer, pH 7, 50mM) and 25μL of an approx. 200mM substrate solution in DMSO (5mg protein / mL S. conc. Approx. 10mM, 5% DMSO ). The reaction was carried out in a thermomixer at 30 ° C and 1000rpm. After 0, 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 30, 60 and 120 minutes an Eppendorfer was mixed with 0.5 ml 1N HCl. After centrifugation (5min, 13,000rpm) and appropriate dilution, the concentrations of cyanohydrin and hydroxyamide were determined by HPLC. The activity of the nitrile hydratase was determined on the basis of the rate of formation of the hydroxyamide (slope in the initial region). 2-Hydroxy-4-phenyl-butyronitrile was used as the standard substrate (100% activity). The activity in the hydrolysis of the other substrates was compared with the activity on 2-hydroxy-4-phenyl-butyronitrile (Table 5).
Ergebnisse:Results:
Die Aktivität der Nitrilhydratase im Rohlysat des E. coli Klons 7.3 bei der Hydrolyse von 2-Hydroxy-4-phenyl-butyronitril betrug ca. 0.3umol*mg"1*min"1. In Tabelle 5 ist ein Aktivitätsvergleich an den verschiedenen Substraten dargestellt. Tabelle 5: Vergleich der Aktivität der Nitrilhydratase aus dem E. coli Klon 7.3 an den verschiedenen Substraten.The activity of the nitrile hydratase in the crude lysate of the E. coli clone 7.3 during the hydrolysis of 2-hydroxy-4-phenylbutyronitrile was approximately 0.3 μmol * mg "1 * min " 1 . Table 5 shows an activity comparison on the different substrates. Table 5: Comparison of the activity of nitrile hydratase from E. coli clone 7.3 on the various substrates.
Umsetzung von (/?)-2-Chlormandelonitril im halb-präparativen MaßstabImplementation of (/?) - 2-chloromandelonitrile on a semi-preparative scale
50mL eines Rohlysates der klonierten Nitrilhydratase von Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 (E. coli Klon 7.3, hergestellt gemäß Beispiel 9) wurden mit 100mL Puffer (K/Na-P04-Puffer, 50mM, pH 6.5) verdünnt. Nach Zusatz von 1.0g (R)-2- Chlormandelonitril (ee>99%) in 1.5mL DMSO wurde die Suspension bei 150rpm und 30°C geschüttelt. Nach vollständigem Umsatz wurden die Zelltrümmer abzentrifugiert und das Produkt wurde 4 Tage mit CH2CI2 kontinuierlich extrahiert, ee des Rohproduktes: >99% Ausbeute nach Reinigung: 0.91g (82%) 50 ml of a crude lysate of the cloned nitrile hydratase from Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 (E. coli clone 7.3, produced according to Example 9) were diluted with 100 ml buffer (K / Na-P0 4 buffer, 50 mm, pH 6.5). After adding 1.0 g of (R) -2-chloromandelonitrile (ee> 99%) in 1.5 ml DMSO, the suspension was shaken at 150 rpm and 30 ° C. After complete conversion, the cell debris was centrifuged off and the product was extracted continuously with CH 2 CI 2 for 4 days, ee of the crude product:> 99% yield after purification: 0.91 g (82%)

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verfahren zur Herstellung von chiralen α-Hydroxycarbonsäuren, dadurch gekennzeichnet, dass (R)- oder (S)-Cyanhydrine in Gegenwart von Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 durch enzymatische Hydrolyse in die korrespondierenden (R)- oder (S)- α-Hydroxycarbonsäuren überführt werden.1. A process for the preparation of chiral α-hydroxycarboxylic acids, characterized in that (R) - or (S) -cyanohydrins in the presence of Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 by enzymatic hydrolysis in the corresponding (R) - or (S) - α-hydroxycarboxylic acids be transferred.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass (R)- oder (S)- Cyanhydrine als Edukte eingesetzt werden, die durch enzymatische oder chemisch katalysierte Addition einer Cyanidgruppe and die entsprechenden aliphatischen, aromatischen oder heteroaromatischen Aldehyde oder Ketone erhalten werden.2. The method according to claim 1, characterized in that (R) - or (S) - cyanohydrins are used as starting materials which are obtained by enzymatic or chemically catalyzed addition of a cyanide group and the corresponding aliphatic, aromatic or heteroaromatic aldehydes or ketones.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass (R)- oder (S)- Cyanhydrine der Formel3. The method according to claim 1, characterized in that (R) - or (S) - cyanohydrins of the formula
HO CNHO CN
R1 X R2 /,) in der R1und R2 unabhängig voneinander H, einen gegebenenfalls ein- oder mehrfach mit unter den Reaktionsbedingungen inerten Substituenten substituierten Cι-C6-Alkyl- oder -Alkenylrest oder einen gegebenenfalls ein- oder mehrfach mit unter den Reaktionsbedingungen inerten Substituenten substituierten Phenyl- rest bedeuten, mit der Maßgabe, dass R1 und R2 nicht beide H sind, eingesetzt werden.R1 X R2 /,) in which R1 and R2 independently of one another are H, a C 1 -C 6 -alkyl or alkenyl radical which is optionally substituted one or more times with substituents which are inert under the reaction conditions or an optionally one or more times with substituents which are inert under the reaction conditions substituted phenyl radical, with the proviso that R1 and R2 are not both H, are used.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroorganismus Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 in Form von gemahlenen Zellen, rohen oder gereinigten Enzymen, rekombinanten Enzymen, immobilisierten Zellen oder Enzymen, lyophilisierten Zellen oder von „resting cells" eingesetzt wird. 4. The method according to claim 1, characterized in that the microorganism Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 is used in the form of ground cells, crude or purified enzymes, recombinant enzymes, immobilized cells or enzymes, lyophilized cells or "resting cells".
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroorganismus Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 in einem wässrigen Medium suspendiert wird und die so erhaltene Suspension mit dem entsprechenden chiralen Cyanhydrin in Gegenwart eines Lösungsvermittlers als Cosolvens versetzt wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the microorganism Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 is suspended in an aqueous medium and the suspension thus obtained is mixed with the corresponding chiral cyanohydrin in the presence of a solubilizer as a cosolvent.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsvermittler organische Lösungsmittel, Tenside oder Phasentransferkatalysatoren eingesetzt werden.6. The method according to claim 5, characterized in that organic solvents, surfactants or phase transfer catalysts are used as solubilizers.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Lösungsmittel DMSO, DMF, Cι-C6-Alkohole, TMBE oder Gemische derselben eingesetzt werden.7. The method according to claim 6, characterized in that DMSO, DMF, -CC 6 alcohols, TMBE or mixtures thereof are used as the organic solvent.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Cosolvensanteil zwischen 0,5 und 20Vol% bezogen auf das Gesamtvolumen der Reaktionslösung liegt.8. The method according to claim 5, characterized in that the cosolvent fraction is between 0.5 and 20 vol% based on the total volume of the reaction solution.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des Reaktionsgemisches zwischen 4.5 und 11 liegt.9. The method according to claim 1, characterized in that the pH of the reaction mixture is between 4.5 and 11.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrolyse bei einer Temperatur zwischen 10 und 60°C durchgeführt wird.10. The method according to claim 1, characterized in that the hydrolysis is carried out at a temperature between 10 and 60 ° C.
11. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als rekombinantes Enzym ein durch Expression des pMS470-Plasmidsystems in einer geeigneten Wirtszelle erhaltenes Enzym eingesetzt wird. 11. The method according to claim 4, characterized in that an enzyme obtained by expression of the pMS470 plasmid system in a suitable host cell is used as the recombinant enzyme.
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