JP2006109834A - 含硫ヒドロキシカルボン酸の製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ヒドロキシニトリル化合物を原料としない、含硫ヒドロキシカルボン酸の製造法を提供すること。
【解決手段】
本発明は、一般式（１）
【化１】

（式中、Ｒ^１は水素、炭素数１−８のアルキル基、炭素数６−２０のアリール基を表す。）
で示される含硫ジヒドロキシ化合物に、当該含硫ジヒドロキシ化合物を対応するα−ヒドロキシカルボン酸化合物に変換する能力を有する微生物の菌体又は菌体処理物を作用させることを特徴とする、一般式（２）【化２】

（式中、Ｒ^１は前記と同じ意味を表す。）
で示される含硫α-ヒドロキシカルボン酸化合物の製造法、等に関する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、含硫ヒドロキシカルボン酸の製造法等に関する。

従来、含硫ヒドロキシカルボン酸を製造するには、シアンヒドリンを加水分解する方法が用いられていた。工業的には触媒として硫酸を使用する方法が知られている。また、ヒドロキシニトリル化合物を微生物の作用により加水分解して対応するヒドロキシカルボン酸に変換する方法（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）等が知られている。

特公昭５８−１５１２０号公報 特開平２−８４１９８号公報 特開平４−４０８９８号公報

しかしながら、触媒として硫酸を使用する方法では、ヒドロキシニトリル化合物と硫酸とが反応した結果、目的物であるヒドロキシカルボン酸と等モル量の硫酸アンモニウムとが副生するために当該副生物の回収工程等が必要となり、工程が煩雑になるとともに製造コストの増大を生じていた。

また、微生物を用いてヒドロキシニトリル化合物から対応するヒドロキシカルボン酸化合物を製造する方法では、ヒドロキシニトリル化合物からの分解物であるシアン等により微生物が保持する酵素活性が阻害されたり、精製するアンモニウム塩の脱塩処理等が必要となり、製造コストの増大を生じていた。

本発明者等は、ヒドロキシニトリル化合物を原料としない、含硫ヒドロキシカルボン酸の製造法を見出すべく鋭意検討した結果、一般式（１）

（式中、Ｒ^１は水素、炭素数１−８のアルキル基、炭素数６−２０のアリール基を表す。）
で示される含硫ジヒドロキシ化合物を対応するα−ヒドロキシカルボン酸化合物に変換する能力を有する微生物の菌体又は菌体処理物を用いることにより、当該ジヒドロキシ化合物の一級ヒドロキシル基を優先的に酸化できることを見出し、本発明に至った。

即ち、本発明は、
１．一般式（１）

（式中、Ｒ^１は水素、炭素数１−８のアルキル基、炭素数６−２０のアリール基を表す。）
で示される含硫ジヒドロキシ化合物に、当該含硫ジヒドロキシ化合物を対応するα−ヒドロキシカルボン酸化合物に変換する能力を有する微生物（以下、本微生物と記すこともある。）の菌体又は菌体処理物を作用させることを特徴とする、一般式（２）

（式中、Ｒ^１は前記と同じ意味を表す。）
で示される含硫α-ヒドロキシカルボン酸化合物の製造法（以下、本発明製造法と記すこともある。）；
２．前記微生物が、アルカリジェネス(Alcaligenes)属、バシラス（Bacillus）属、シュードモナス（Pseudomonas）属、ロドバクター（Rhodobacter）属及びロドコッカス（Rhodococcus）属からなる群より選ばれる１以上の微生物である前項１記載の製造法；
３．一般式（１）で示される含硫ジヒドロキシ化合物におけるＲ^１が炭素数１−８アルキル基である前項１又は２記載の製造法；等を提供するものである。

本発明により、含硫ヒドロキシカルボン酸化合物を効果的に製造することができる。

本発明の含硫α-ヒドロキシカルボン酸化合物の製造法（以下、本発明製造法と記すこともある）は、上記一般式（１）で示される含硫ジヒドロキシ化合物に、当該含硫ジヒドロキシ化合物を対応するα−ヒドロキシカルボン酸化合物に変換する能力を有する微生物（以下、本微生物と記すこともある）の菌体又は菌体処理物を作用させる工程を有するものである。

一般式（１）で示される含硫ジヒドロキシ化合物、及び、一般式（２）で示される含硫ヒドロキシカルボン酸化合物において、Ｒ^１で示される炭素数１−８のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基を挙げることができる。また、Ｒ^１で示される炭素数６−２０のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられる。

一般式（１）で示される含硫ジヒドロキシ化合物におけるＲ_１は、炭素数１−８のアルキル基であることが好ましい。

尚、本発明製造法により製造され反応液から回収される、一般式（１）で示される含硫ジヒドロキシ化合物に対応した一般式（２）で示される含硫ヒドロキシカルボン酸化合物は、塩の形であってもよい。

本発明製造法において用いられる触媒としての微生物の菌体又は菌体処理物は、含硫ヒドロキシカルボン酸化合物を対応するα−ヒドロキシカルボン酸に変換する能力を有する微生物の菌体又は菌体処理物であればよく、例えば、アルカリジェネス・ファエカリス(Alcaligenes faecalis)、アルカリジェネス・デニトリフィカンス(Alcaligenes denitrificans)、アルカリジェネス・エウトロパス(Alcaligenes eutrophus)、アルカリジェネス・エスピー(Alcaligenes sp.)、アルカリジェネス・キシロソキシダンス(Alcaligenes xylosoxydans)等のアルカリジェネス属に属する微生物、バシラス・アルベイ（Bacillus alvei）、バシラス・バディウス（Bacillus badius）、バシラス・ブレビス（Bacillus brevis）、バシラス・セレウス（Bacillus cereus）、バシラス・サーキュランス（Bacillus circulans）、バシラス・コアギュランス（Bacillus coagulans）、バシラス・ファーマス（Bacillus firmus）、バシラス・レンタス（Bacillus lentus）、バシラス・リケニフォルミス（Bacillus licheniformis）、バシラス・マセランス（Bacillus macerans）、バシラス・メガテリウム（Bacillus megaterium）、バシラス・モリタイ（Bacillus moritai）、バシラス・ミコイデス（Bacillus mycoides）、バシラス・ポリミキシア（Bacillus polymyxa）、バシラス・プミルス（Bacillus pumilus）、バシラス・スファエリカス（Bacillus sphaericus）、バシラス・サチルス（Bacillus subtilis）、バシラス・チューリンゲネシス（Bacillus thuringenesis）、バシラス・バリダス（Bacillus validus）等のバシラス属に属する微生物、シュードモナス・アウリキュラリス（Pseudomonas auricularis）、シュードモナス・アゾトフォルマンス（Pseudomonas azotoformans）、シュードモナス・キャリョフィリ（Pseudomonas caryophylli）、シュードモナス・クロロラフィス（Pseudomonas chlororaphis）、シュードモナス・デニトリカンス（Pseudomonas denitrificans）、シュードモナス・ディミヌタ（Pseudomonas diminuta）、シュードモナス・フルオレッセンス（Pseudomonas fluorescens）、シュードモナス・フラギ（Pseudomonas fragi）、シュードモナス・フルバ（Pseudomonas fulva）、シュードモナス・メンドーシナ（Pseudomonas mendocina）、シュードモナス・ムタビリス（Pseudomonas mutabilis）、シュードモナス・ニトロレヂュセンス（Pseudomonas nitroreducens）、シュードモナス・オレオボランス（Pseudomonas oleovorans）、シュードモナス・オバリス（Pseudomonas ovalis）、シュードモナス・オキサラティクス（Pseudomonas oxalaticus）、シュードモナス・プランタリイ（Pseudomonas plantarii）、シュードモナス・シュードアルカリジェネス（Pseudomonas pseudoalcaligenes）、シュードモナス・プチダ（Pseudomonas putida）、シュードモナス・プトレファシエンス（Pseudomonas putrefaciens）、シュードモナス・リボフラビナ（Pseudomonas riboflavina）、シュードモナス・エスピー（Pseudomonas sp.）、シュードモナス・ストラミネア（Pseudomonas straminea）、シュードモナス・シンクサンタ（Pseudomonas synxantha）、シュードモナス・シリンガエ（Pseudomonas syringae）、シュードモナス・タバシ（Pseudomonas tabaci）、シュードモナス・タエトロレンス（Pseudomonas taetrolens）、シュードモナス・ベシキュラリス（Pseudomonas vesicularis）等のシュードモナス属に属する微生物、ロドバクター・スファエロイデス（Rhodobacter sphaeroides）等のロドバクター属に属する微生物、及び、ロドコッカス・エリスロポリス（Rhodococcus erythropolis）、ロドコッカス・グロベルルス（Rhodococcus groberulus）、ロドコッカス・ロドクラウス（Rhodococcus rhodochrous）、ロドコッカス・エスピー（Rhodococcus sp.）等のロドコッカス属に属する微生物等の菌体又は菌体処理物を挙げることができる。

さらに具体的には例えば、アルカリジェネス・ファエカリス(Alcaligenes faecalis)IFO13111t、アルカリジェネス・デニトリフィカンス(Alcaligenes denitrificans)JCM5490、アルカリジェネス・エウトロパス(Alcaligenes eutrophus)ATCC43123、アルカリジェネス・エスピー(Alcaligenes sp.)IFO14130、アルカリジェネス・キシロソキシダンス(Alcaligenes xylosoxydans)IFO15125t、バシラス・アルベイ（Bacillus alvei）IFO3343ｔ、バシラス・バディウス（Bacillus badius）ATCC14574t、バシラス・ブレビス（Bacillus brevis）IFO12334、バシラス・セレウス（Bacillus cereus）JCM2503t、バシラス・サーキュランス（Bacillus circulans）ATCC13403、バシラス・コアギュランス（Bacillus coagulans）JCM2257t、バシラス・ファーマス（Bacillus firmus）JCM2512t、バシラス・レンタス（Bacillus lentus）JCM2511t、バシラス・リケニフォルミス（Bacillus licheniformis）IFO12195、バシラス・マセランス（Bacillus macerans）JCM2500t、バシラス・メガテリウム（Bacillus megaterium）IFO12108、バシラス・モリタイ（Bacillus moritai）ATCC21282、バシラス・ミコイデス（Bacillus mycoides）IFO3039、バシラス・ポリミキシア（Bacillus polymyxa）IFO3020、バシラス・プミルス（Bacillus pumilus）IFO12092t、バシラス・スファエリカス（Bacillus sphaericus）IFO3341、バシラス・サチルス（Bacillus subtilis）JCM1465t、バシラス・チューリンゲネシス（Bacillus thuringenesis）ATCC13366、バシラス・バリダス（Bacillus validus）IFO13635、シュードモナス・アウリキュラリス（Pseudomonas auricularis）IFO13334t、シュードモナス・アゾトフォルマンス（Pseudomonas azotoformans）JCM2777t、シュードモナス・キャリョフィリ（Pseudomonas caryophylli）IFO13591、シュードモナス・クロロラフィス（Pseudomonas chlororaphis）IFO3121t、シュードモナス・デニトリカンス（Pseudomonas denitrificans）IAM1923、シュードモナス・ディミヌタ（Pseudomonas diminuta）JCM2788ｔ、シュードモナス・フルオレッセンス（Pseudomonas fluorescens）IFO14160t、シュードモナス・フラギ（Pseudomonas fragi）IFO3458t、シュードモナス・フルバ（Pseudomonas fulva）JCM2780t、シュードモナス・メンドーシナ（Pseudomonas mendocina）IFO14162、シュードモナス・ムタビリス（Pseudomonas mutabilis）ATCC31014、シュードモナス・ニトロレヂュセンス（Pseudomonas nitroreducens）JCM2782t、シュードモナス・オレオボランス（Pseudomonas oleovorans）IFO135835、シュードモナス・オバリス（Pseudomonas ovalis）IFO12688、シュードモナス・オキサラティクス（Pseudomonas oxalaticus）IFO13593t、シュードモナス・プランタリイ（Pseudomonas plantarii）JCM5492t、シュードモナス・シュードアルカリジェネス（Pseudomonas pseudoalcaligenes）JCM5968ｔ、シュードモナス・プチダ（Pseudomonas putida）IFO3738、シュードモナス・プチダ（Pseudomonas putida）IAM1002、シュードモナス・プチダ（Pseudomonas putida）IAM1090、シュードモナス・プチダ（Pseudomonas putida）IAM1236、シュードモナス・プチダ（Pseudomonas putida）ATCC39213、シュードモナス・プトレファシエンス（Pseudomonas putrefaciens）IFO3910、シュードモナス・リボフラビナ（Pseudomonas riboflavina）IFO13584t、シュードモナス・エスピー（Pseudomonas sp.）ATCC53617、シュードモナス・ストラミネア（Pseudomonas straminea）JCM2783t、シュードモナス・シンクサンタ（Pseudomonas synxantha）IFO3913t、シュードモナス・シリンガエ（Pseudomonas syringae）IFO14055、シュードモナス・タバシ（Pseudomonas tabaci）IFO3508、シュードモナス・タエトロレンス（Pseudomonas taetrolens）IFO3460、シュードモナス・ベシキュラリス（Pseudomonas vesicularis）JCM1477t、ロドバクター・スファエロイデス（Rhodobacter sphaeroides）ATCC17023、ロドコッカス・エリスロポリス（Rhodococcus erythropolis）IFO12320、ロドコッカス・グロベルルス（Rhodococcus groberulus）ATCC15610、ロドコッカス・ロドクラウス（Rhodococcus rhodochrous）JCM3202ｔ、ロドコッカス・ロドクラウス（Rhodococcus rhodochrous）ATCC15610及びロドコッカス・エスピー（Rhodococcus sp.）ATCC19148の菌体又は菌体処理物が挙げられる。

当該微生物は、アルカリジェネス(Alcaligenes)属、バシラス（Bacillus）属、シュードモナス（Pseudomonas）属、ロドバクター（Rhodobacter）属及びロドコッカス（Rhodococcus）属からなる群より選ばれる少なくとも１種の微生物であることが好ましい。また、当該微生物は、バシラス（Bacillus）属、シュードモナス（Pseudomonas）属、及びロドコッカス（Rhodococcus）属からなる群より選ばれる少なくとも１種の微生物であることがより好ましく、シュードモナス（Pseudomonas）属、及びロドコッカス（Rhodococcus）属からなる群より選ばれる少なくとも１種の微生物であることがさらに好ましく、ロドコッカス（Rhodococcus）属の微生物であることが特に好ましい。

このような微生物の菌体又は菌体処理物を反応させることにより、一般式（１）で示される含硫ジヒドロキシ化合物の一級ヒドロキシル基を優先的に酸化できる。ここで「優先的に酸化できる」とは、含硫ジヒドロキシ化合物の二級ヒドロキシル基の酸化やスルフィド酸化よりも一級ヒドロキシル基の酸化が（位置）選択的に進行するという意味である。

次に、本微生物の調製方法について説明する。
本微生物は、炭素源、窒素源、有機塩、無機塩等を適宜含有する各種の微生物を培養するための培地を用いて培養すればよい。

当該培地に含まれる炭素源としては、例えば、グルコース、スクロース、グリセロール、でんぷん、有機酸及び廃糖蜜が挙げられ、窒素源としては、例えば、酵母エキス、肉エキス、ペプトン、カザミノ酸、麦芽エキス、大豆粉、コーンスティプリカー（corn steep liquor）、綿実粉、乾燥酵母、硫安及び硝酸ナトリウムが挙げられ、有機塩及び無機塩としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、炭酸ナトリウム、リン酸１カリウム、リン酸２カリウム、炭酸カルシウム、酢酸アンモニウム、硫酸マグネシウム、硫酸銅、硫酸亜鉛、硫酸第１鉄及び塩化コバルトが挙げられる。

培養方法としては、例えば、固体培養、液体培養（試験管培養、フラスコ培養、ジャーファーメンター培養等）が挙げられる。

培養温度及び培養液のｐＨは、本微生物が生育する範囲であれば特に限定されるものではないが、例えば、培養温度は約１５〜４５℃の範囲、培養液のｐＨは約４〜８の範囲を挙げることができる。培養時間は、培養条件により適宜選択することができるが、通常、約１〜７日間である。

本微生物の菌体は、そのまま本発明製造法に用いることができる。本微生物の菌体をそのまま用いる方法としては、（１）培養液をそのまま用いる方法、（２）培養液の遠心分離等により菌体を集め、集められた菌体（必要に応じて、緩衝液又は水で洗浄した後の湿菌体）を用いる方法等を挙げることができる。

また本発明製造法においては、本微生物の菌体処理物を用いることもできる。当該菌体処理物としては、例えば、培養して得られた菌体を有機溶媒（アセトン、エタノール等）処理したもの、凍結乾燥処理したもの若しくはアルカリ処理したもの、又は、菌体を物理的若しくは酵素的に破砕したもの、又は、これらのものから分離・抽出された粗酵素等を挙げることができる。さらに、菌体処理物には、前記処理を施した後、公知の方法により固定化処理したものも含まれる。

本発明製造法は、通常、水の存在下で行われる。この場合の水は、緩衝液の形態であってもよい。当該緩衝液に用いられる緩衝剤としては、例えば、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム等のリン酸のアルカリ金属塩、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム等の酢酸のアルカリ金属塩等が挙げられる。

また本発明製造法は、さらに疎水性有機溶媒を用いて、水と疎水性有機溶媒との存在下で行うこともできる。この場合に用いられる疎水性有機溶媒としては、例えば、ギ酸エチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル等のエステル類、ｎ−ブチルアルコール、ｎ−アミルアルコール、ｎ−オクチルアルコール等のアルコール類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、メチル−ｔ−ブチルエーテル等のエーテル類、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類及びこれらの混合物が挙げられる。

また本発明製造法は、さらに親水性有機溶媒を用いて、水と水性媒体との存在下で行うこともできる。この場合に用いられる親水性有機溶媒としては、例えば、アセトンなどのケトン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類及びこれらの混合物が挙げられる。

本発明製造法は、通常、水層のｐＨが３〜１０の範囲内で行われるが、反応が進行する範囲内で適宜変化させてもよい。

本発明製造法は、通常、約０〜６０℃の範囲内で行われるが、反応が進行する範囲内で適宜変化させてもよい。

本発明製造法は、通常、約０．５時間〜約１０日間の範囲内で行われる。反応の終点は、原料化合物である含硫ジヒドロキシ化合物の添加終了後、例えば、反応液中の当該含硫ジヒドロキシ化合物の量を、液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー等により測定することにより確認することができる。

本発明製造法における原料化合物である含硫ジヒドロキシ化合物の濃度は、通常、５０％（ｗ／ｖ）の以下であり、反応系中の当該含硫ジヒドロキシ化合物の濃度をほぼ一定に保つために、当該含硫ジヒドロキシ化合物を反応系に連続又は逐次加えてもよい。

本発明製造法では、必要に応じて反応系に、例えば、グルコース、シュークロース、フルクトース等の糖類、又は、ＴｒｉｔｏｎＸ−１００若しくはＴｗｅｅｎ６０等の界面活性剤等を加えることもできる。

反応終了後、反応液を有機溶媒抽出、濃縮等の通常の後処理を行うことにより、前記含硫ジヒドロキシ化合物に対応した含硫ヒドロキシカルボン酸化合物を反応液から回収すればよい。回収された含硫ヒドロキシカルボン酸化合物は、必要に応じて、カラムクロマトグラフィー、蒸留等によりさらに精製することもできる。

以下、本発明製造法を実施例により詳細に説明するが、本発明製造法はこれらの例に限定されるものではない。

参考例１ （原料４−（メチルチオ）ブタン−１，２−ジオールの合成）
磁気回転子を付した１００ｍＬフラスコに、３−ブテン−１，２−ジオール ８８０ｍｇとアゾビスイソブチロニトリル１０ｍｇとを加えた。当該混合物を２５℃保温下で攪拌しながら、これにメタンチオールを１時間バブリングした。さらに、当該混合物を同温度で１時間攪拌した後、これに窒素を０．５時間バブリングすることにより、残存するメタンチオールを除去し、最終的に１２４５ｍｇの無色オイルを得た。このオイルをガスクロマトグラフィ面積百分率法により分析したところ、４−（メチルチオ）ブタン−１，２−ジオールの収率は７２．５％であった。尚、未反応のまま残存した３−ブテン−１，２−ジオールの量は、仕込み量の２６．６％であった。

次いで、得られた無色オイルに、４−（メチルチオ）ブタン−１，２―ジオールの濃度が１０％（w/v）となるように水を加えた後、当該混合物から不溶分（即ち、アゾビスイソブチロニトリル）をろ過操作によって除去することにより、実施例２で用いられる原料（１０％（w/v）の４−（メチルチオ）ブタン−１，２―ジオール水溶液）を得た。

実施例２ （本発明製造法による、含硫ジヒドロキシ化合物からの含硫ヒドロキシカルボン酸化合物の製造例）
試験管に滅菌済み培地（１Ｌの水に、グルコース２０ｇ、ポリペプトン５ｇ、酵母エキス３ｇ、肉エキス３ｇ、硫酸アンモニウム０．２ｇ、リン酸２水素カリウム１ｇ及び硫酸マグネシウム７水和物０．５ｇを加えた後、ｐＨを７．０に調整したもの）５ｍｌを入れ、これに表１で示された各種の菌体を植菌した。これを３０℃で好気条件下、振盪培養した。培養終了後、遠心分離により菌体を分離することにより、生菌体を得た。ねじ口試験管に０．１Ｍリン酸カリウムバッファー（ｐＨ７）を２ｍｌ入れ、これに上記の生菌体を加えた後、懸濁した。当該懸濁液に、参考例１で得られた原料（１０％（w/v）の４−（メチルチオ）ブタン−１，２―ジオール水溶液）を０．２ｍｌ（即ち、４−（メチルチオ）ブタン−１，２―ジオールが最終濃度として１％（w/v）となるように）を添加した後、得られた混合物を３０℃で２〜３日間振盪させた。

反応終了後、反応液を１ｍｌサンプリングした。当該サンプリング液から菌体を除去した後、生成した２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸の量を液体クロマトグラフィーにより分析した。得られた結果を表１〜４に示す。
（含量分析条件）
カラム：Ｃａｄｅｎｚａ ＣＤ−Ｃ１８（４．６ｍｍφ×１５ｃｍ、３μｍ）（Ｉｍｔａｋｔ社製）
移動相：Ａ液 ０．１％トリフルオロ酢酸水溶液、Ｂ液 メタノール
時間(分) Ａ液（％）：Ｂ液（％）
０ ８０：２０
１０ ８０：２０
２０ ５０：５０
３０ ５０：５０
３０.１ ８０：２０
流量：０．５ｍｌ／分
カラム温度：４０℃
検出：２２０ｎｍ

本発明により、含硫ヒドロキシカルボン酸化合物を効率的に製造することができる。

Claims (3)

1. 一般式（１）
   

   

   （式中、Ｒ^１は水素、炭素数１−８のアルキル基、炭素数６−２０のアリール基を表す。）
   で示される含硫ジヒドロキシ化合物に、当該含硫ジヒドロキシ化合物を対応するα−ヒドロキシカルボン酸化合物に変換する能力を有する微生物の菌体又は菌体処理物を作用させることを特徴とする、一般式（２）
   

   

   （式中、Ｒ^１は前記と同じ意味を表す。）
   で示される含硫α-ヒドロキシカルボン酸化合物の製造法。
2. 前記微生物が、アルカリジェネス(Alcaligenes)属、バシラス（Bacillus）属、シュードモナス（Pseudomonas）属、ロドバクター（Rhodobacter）属及びロドコッカス（Rhodococcus）属からなる群より選ばれる１以上の微生物である請求項１記載の製造法。
3. 一般式（１）で示される含硫ジヒドロキシ化合物におけるＲ^１が炭素数の１−８アルキル基である請求項１又は２記載の製造法。