JP2006197803A - 微生物を利用した光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高光学純度の光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを簡単に製造できる光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの製造方法を提供する
【解決手段】３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用して、（Ｒ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオール又は（Ｓ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させうる能力を有する少なくとも１種の微生物、又はその処理物を、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用させる第１の工程と、残存する光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを回収する第２の工程とを含む光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの製造方法。
【選択図】なし
【解決手段】３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用して、（Ｒ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオール又は（Ｓ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させうる能力を有する少なくとも１種の微生物、又はその処理物を、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用させる第１の工程と、残存する光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを回収する第２の工程とを含む光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの製造方法。
【選択図】なし
Description
本発明は、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物から、微生物を利用して３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの光学活性体を製造する方法に関する。
３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの光学活性体は、医薬品・農薬・生理活性物質などの光学活性化合物の製造において極めて重要、且つ有用な化合物である。例えば、（Ｓ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールから特許第２５６７４３０号に記載の方法により得られる第３メチルカルビノール誘導体は、ｄ−α-トコフェロール（天然ビタミンＥ）の製造中間体として有用である。また、（Ｒ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールから、特許第２５５７０６８号に記載の方法により得られるヒドロキノン誘導体は、ｄ−α-トコフェロールの製造中間体として有用である。
これらのことから、光学活性な３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを効率的に製造できる方法が望まれている。
ここで、光学活性１，２−ジオールの製法としては、
（１）ラセミ体３−ハロゲノ−１，２−プロパンジオールに微生物を作用させ、光学活性体３−ハロゲノ−１，２−プロパンジオールを得る方法（特許文献１、２）、
（２）ラセミ体１，２−プロパンジオールに微生物を作用させ、光学活性体１，２−プロパンジオールを得る方法（特許文献３）、
（３）コバルトサレーン触媒による光学活性１，２−プロパンジオール（Science, vol. 277, pp. 936-938, 1997）の製法
などが知られているが、これらの文献には、光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールについては何も記載されていない。
（１）ラセミ体３−ハロゲノ−１，２−プロパンジオールに微生物を作用させ、光学活性体３−ハロゲノ−１，２−プロパンジオールを得る方法（特許文献１、２）、
（２）ラセミ体１，２−プロパンジオールに微生物を作用させ、光学活性体１，２−プロパンジオールを得る方法（特許文献３）、
（３）コバルトサレーン触媒による光学活性１，２−プロパンジオール（Science, vol. 277, pp. 936-938, 1997）の製法
などが知られているが、これらの文献には、光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールについては何も記載されていない。
また、光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの製法としては、光学活性酒石酸エステルから化学的に合成する方法が知られている（特許第２５６７４３０号）。しかし、特許第２５６７４３０号に記載の方法は、高価な原料や低温（−１８℃）での反応が必要な上、工程も長く、実用的な方法ではない。これに対して、微生物を用いた反応であれば、高価な原料を使用せず、温和な条件で反応可能であると期待される。
光学活性アルコールを製造できる微生物として、例えば特許文献４には、シュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＤＳ−Ｋ−４３６−１株が、（Ｒ）−４−ハロゲノ−１,３−ブタンジオールを立体選択的に脱ハロゲン化する能力を有することが記載されている。また特許文献９には、シュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＯＳ−Ｋ−２９株が、（Ｒ）−２，３−ジブロモ−１−プロパノール資化能を有することが記載されている。また、特許文献５、６、及び７には、シュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＤＳ−ＳＩ−５株、シュードモナスニトロレデューセンス（Pseudomonas nitroreducens） ＤＳ−Ｓ−ＲＰ８株、及びアルカリゲネス（Alcaligenes）ｓｐ．ＤＳ−Ｓ−７Ｇ株が、（Ｒ）−３−ハロゲノ−１,２−プロパンジオールや（Ｓ）−１,２−プロパンジオール資化能を有することが記載されている。
しかし、特許文献４〜７、及び９に記載の微生物は光学活性２級アルコールを製造できるだけであり、これらの文献には、上記微生物が３級アルコールである３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを製造できることは一切記載されていない。
また、特許文献８には、シュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＤＳ−Ｋ−２Ｄ１株が、２級アルコールである（Ｓ）−３−ハロゲノ−１,２−プロパンジオール資化能を有し、（Ｒ）−３−ハロゲノ−１,２−プロパンジオールを残存させうる能力を有する微生物であることが記載されている。しかし、この菌株は、３級アルコールである３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物から高光学純度の光学活性体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させうる能力は有していない。
このように、２級アルコールを光学分割し得る微生物が必ずしも３級アルコールを光学分割する能力を有しているとは限らない。
以上述べたように、安価で大量に生産できて実用的である、微生物を用いた光学活性な３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの製法は、今まで全く知られていない。
特開昭６３−２５１０９８
特開平６−２０９７８１
特開平６−３０７９０
特開２００１−１２０２９６
特開平３−１９１７９５
特開２００１−１４９０９０
特開２００２−２５３２９５
特開平３−１９１７９４
特公平１−５１９９９
本発明は、高光学純度の光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを簡単に製造できる方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明者らは研究を重ね、以下の知見を得た。
(i) 特定微生物が、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールに対して、立体選択的な分解能を有しており、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用して、光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させうる能力を有する。
(ii) 上記微生物による立体選択的な分解反応は、好気的条件下で行うことにより一層効率よく進行する。
(iii) ３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物は、例えば、硫酸触媒の存在下で２−メチル−エピクロルヒドリンの開環加水分解により化学的に容易に合成できる。
(i) 特定微生物が、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールに対して、立体選択的な分解能を有しており、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用して、光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させうる能力を有する。
(ii) 上記微生物による立体選択的な分解反応は、好気的条件下で行うことにより一層効率よく進行する。
(iii) ３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物は、例えば、硫酸触媒の存在下で２−メチル−エピクロルヒドリンの開環加水分解により化学的に容易に合成できる。
本発明は上記知見に基づき完成されたものであり、以下の光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの製造方法を提供する。
項１． ３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用して、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのＲ体又はＳ体を残存させうる能力を有する少なくとも１種の微生物、又はその処理物を、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用させる第１の工程と、
残存する光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを分取する第２の工程と
を含む光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの製造方法。
残存する光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを分取する第２の工程と
を含む光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの製造方法。
項２． 微生物が、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用して、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのＲ体を残存させうる能力を有する少なくとも１種のシュードモナス(Pseudomonas)属に属する微生物であり、光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールがそのＲ体である項１に記載の方法。
項３． シュードモナス属に属する微生物が、シュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＤＳ−Ｋ−４３６−１株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−７０７９）、及びシュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＯＳ−Ｋ−２９株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−９９４）からなる群より選ばれる少なくとも１種の微生物である項２に記載の方法。
項４． 微生物が、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用して、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのＳ体を残存させうる能力を有する、シュードモナス(Pseudomonas)属に属する微生物及びアルカリゲネス（Alcaligenes）属に属する微生物からなる群より選ばれる少なくとも１種の微生物であり、光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールがそのＳ体である項１に記載の方法。
項５． 微生物が、シュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＤＳ−ＳＩ−５株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−７０８０）、シュードモナスニトロレデューセンス（Pseudomonas nitroreducens） ＤＳ−Ｓ−ＲＰ８株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−７７９３）、及びアルカリゲネス（Alcaligenes）ｓｐ．ＤＳ−Ｓ−７Ｇ株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−３０９８）からなる群より選ばれる少なくとも1種の微生物である項４に記載の方法。
項６． 第１の工程を好気的条件下で行う項１〜５のいずれかに記載の方法。
項７． 第１の工程において、反応系のｐＨを４〜6.5にする項１〜６のいずれかに記載の方法。
項８． ３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物として、２−メチル−エピクロルヒドリンのエナンチオマー混合物を硫酸酸性下で開環加水分解することにより得られるものを用いる項１〜７のいずれかに記載の方法。
本発明によれば、微生物を使用することにより、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物より、高光学的純度の光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールが得られる。この方法は微生物を用いて光学分割するため、簡便であり、高価な原料や試薬を要さず、さらに温和な条件で行える。これらのことから、本発明方法は、工業的に実用性の高い方法である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの製造方法は、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物（ＣＡＳ Ｎｏ．５９７−３３−１）に作用して、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのＲ体（ＣＡＳ Ｎｏ．１１８６０９−２２−６）又は３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのＳ体（ＣＡＳ Ｎｏ．１２０２５５−２３−４）を残存させうる能力を有する少なくとも１種の微生物（以下、「本発明の微生物」ということもある）、又はその処理物を、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用させる第１の工程と、残存する光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを分取する第２の工程とを含む方法である。
原料化合物
３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物は、それには限定されないが、例えば、２−メチル−エピクロルヒドリンのエナンチオマー混合物の化学的開環反応によって得られる。３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマーが合成できればどのような開環反応でもよいが、好ましくは、硫酸酸性下での開環反応で得ればよい。
本発明の微生物
本発明に使用する微生物は、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用し、Ｒ体あるいはＳ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させる能力を有する限り、特に限定されない。
原料化合物
３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物は、それには限定されないが、例えば、２−メチル−エピクロルヒドリンのエナンチオマー混合物の化学的開環反応によって得られる。３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマーが合成できればどのような開環反応でもよいが、好ましくは、硫酸酸性下での開環反応で得ればよい。
本発明の微生物
本発明に使用する微生物は、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用し、Ｒ体あるいはＳ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させる能力を有する限り、特に限定されない。
（Ｒ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させる能力を有する微生物としてはシュードモナス属に属する微生物が挙げられる。中でも、シュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＤＳ−Ｋ−４３６−１株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−７０７９）、及びシュードモナスｓｐ．ＯＳ−Ｋ−２９株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−９９４）が好ましい。（Ｒ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させる能力を有する微生物は１種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用できる。本発明方法において、（Ｒ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させる能力を有する微生物を用いる場合は、（Ｒ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを製造することができる。
また（Ｓ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させる能力を有する微生物としては、シュードモナス属に属する微生物、及びアルカリゲネス（Alcaligenes）属に属する微生物が挙げられる。中でも、シュードモナスｓｐ．ＤＳ−ＳＩ−５株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−７０８０）、シュードモナスニトロレデューセンス（Pseudomonas nitroreducens） ＤＳ−Ｓ−ＲＰ８株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−７７９３）、及びアルカリゲネス（Alcaligenes）ｓｐ．ＤＳ−Ｓ−７Ｇ株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−３０９８）が好ましい。（Ｓ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させる能力を有する微生物は１種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用できる。本発明方法において、（Ｓ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを残存させる能力を有する微生物を用いる場合は、（Ｓ）−３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを製造することができる。
本発明の微生物は、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの光学活性体を残存させる能力を有する限り、野生株、変異株、遺伝子組換え株、又は細胞融合株などのいずれであってもよい。
第１の工程
第１の工程においては、微生物又はその処理物を使用する。「微生物の処理物」には、菌体破砕物、菌体から抽出された酵素などが含まれる。微生物及びその処理物は常法に従い固定化したものであってもよい。
第１の工程
第１の工程においては、微生物又はその処理物を使用する。「微生物の処理物」には、菌体破砕物、菌体から抽出された酵素などが含まれる。微生物及びその処理物は常法に従い固定化したものであってもよい。
本発明において、「作用させ」とは、微生物又はその処理物と、基質である３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物とを、一つの反応系内に共存させることにより、酵素と基質とを接触させることをいう。ここでいう酵素は、菌体内外又は微生物処理物中に存在する、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールに対して立体選択的な分解能を有する酵素である。
具体的には、本発明の微生物を用いる場合は、この微生物を培養して得られた培養液に３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物を加え反応させればよい。
微生物を培養するための培地組成としては、通常この微生物が生育する培地であれば、特に制限されない。例えば、炭素源としてグルコース、ガラクトース、シュークロースのような炭水化物；１，２−プロパンジオール、３−クロロ−１，２−プロパンジオール、グリセロールのようなアルコール類；酢酸、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、フマル酸、グルコン酸のような有機酸またはその塩；又はそれらの混合物を含み、窒素源として硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウムのような無機窒素化合物；尿素、ペプトン、カゼイン、酵母エキス、肉エキス、コーンスチープリカーのような有機窒素化合物；又はそれらの混合物を含み、リン酸塩、マグネシウム塩、カリウム塩、マンガン塩、鉄塩、亜鉛塩、銅塩のような無機塩を含み、さらに必要に応じてビタミン類を含む培養液を使用できる。また、光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの生成能力を高める因子、例えば３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールなどを培養液に添加してもよい。
本発明に係る微生物の培養は常法によればよく、例えばｐＨ６〜９程度、好ましくは６．５〜７．５程度の培養液中で、２０〜４０℃程度、好ましくは２５〜３７℃程度の温度下で好気的に１０〜９６時間程度培養すればよい。このようにして培養することにより、通常、休止期の菌体が得られる。
微生物は増殖期にあるもの、及び休止期（定常期）にあるもののいずれを用いてもよい。立体選択的分解活性が高く、また立体特異性が高いものが好ましい。
立体選択的な分解反応は、培養液から分離した菌体を適当な溶液、例えば緩衝液に懸濁した懸濁液に３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物を加えることにより行ってもよい。
また、微生物を固定化したもの、微生物処理物、又は微生物処理物を固定化したものを用いる場合も、これらを緩衝液のような溶液中に懸濁又は溶解させたものに、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物を加えることにより、立体選択的な分解反応を行えばよい。
いずれの場合も、反応温度は１５〜５０℃程度が好ましく、２５〜３５℃程度がより好ましい。上記温度範囲であれば十分に反応が進行し、かつ十分な酵素活性が得られる。
反応ｐＨは４〜6.5程度が好ましく、５〜６程度がより好ましい。これはアルカリ性条件下では、基質が閉環してグリシドールが生成し易いため、中性ないしは酸性条件が好ましいからである。また、上記範囲であれば、十分な酵素活性が得られる。
また、通気により反応系を好気的条件にすることにより、一層効率的に分解反応が進行する。反応系内の溶存酸素濃度は高い方が好ましい。反応系を加圧することにより溶存酸素濃度を高くすることもできる。溶存酸素濃度の上限は、特に限定されないが、通常、常圧下では８ｐｐｍ程度である。
反応液中の基質濃度は０．１〜２０％(ｖ/ｖ)程度が好ましく、１〜１０％(ｖ/ｖ)程度がより好ましい。上記の濃度範囲であれば、効率的に光学活性体を得ることができ、かつ十分な酵素活性が得られる。
基質は初期に一括して加えてもよいし、分割して添加してもよい。微生物又はその処理物の使用量は、１〜１２０時間程度で反応が完了する量とすればよい。
反応は通常撹拌あるいは振盪しながら行えばよい。反応時間は基質濃度、微生物又はその処理物の量などにより異なるが、１〜１２０時間程度で終了させるのが好ましい。好ましくはガスクロマトグラフィー等の分析により、目的とする光学活性体の光学純度を測定して終点を決定するのがよい。
反応の進行に伴い、反応液のｐＨが徐々に低下あるいは上昇する場合は、適当なアルカリまたは酸を添加することにより培養液中のｐＨ を至適範囲内にコントロールすればよい。例えば、アルカリとしては炭酸カルシウム懸濁液、炭酸ナトリウム溶液、炭酸カリウム、炭酸アンモニウのような炭酸アルカリ塩水溶液；水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液のような水酸化アルカリ塩水溶液；アンモニア水溶液などの通常酸を中和させるのに使用されるものを使用できる。また酸としては、塩酸、燐酸などの通常アルカリを中和させるのに使用されるものを使用できる。
本発明の微生物又はその処理物を３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用させることにより、立体選択的又は立体特異的に３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのＲ体又はＳ体が分解される。
第２の工程
この様にして得られた反応液中に残存する光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを一般的な方法で回収すればよい。例えば、反応液から菌体を遠心分離等で除いた後、上清をエバポレーターにより濃縮し、酢酸エチル、エーテル等の溶媒で抽出すればよい。さらに、この抽出液を無水硫酸マグネシウム等を用いて脱水した後、減圧下で溶媒を除去することにより、光学活性体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのシロップを得ることができる。さらに、抽出、蒸留、各種クロマトグラフィーのような常法で精製してもよい。
実施例
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例中の％は特に記載のない限り％（w/v）を表す。
第２の工程
この様にして得られた反応液中に残存する光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを一般的な方法で回収すればよい。例えば、反応液から菌体を遠心分離等で除いた後、上清をエバポレーターにより濃縮し、酢酸エチル、エーテル等の溶媒で抽出すればよい。さらに、この抽出液を無水硫酸マグネシウム等を用いて脱水した後、減圧下で溶媒を除去することにより、光学活性体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのシロップを得ることができる。さらに、抽出、蒸留、各種クロマトグラフィーのような常法で精製してもよい。
実施例
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例中の％は特に記載のない限り％（w/v）を表す。
３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの合成
有機合成用３Lのフラスコに、イオン交換水１７００ｇ、濃硫酸２．７ｇを添加し、反応液の温度を６５−７０℃に保ち、攪拌しながら２−メチル−エピクロルヒドリン１０１４．５ｇ（ダイセル化学社製）を滴下し、熟成も含め５時間反応させた。反応液中の２−メチル−エピクロルヒドリン及び３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの定量は、ガスクロマトグラフィー（GLサイエンス社製のカラム担体：ＰＥＧ２０Ｍ，６０−８０メッシュ（０．３１−０．４２ｍｍ））により行った。炭酸水素ナトリウムを加えて反応液のpHを６．０に調整した後、濃縮し、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのシロップを１２００ｇ得た。
有機合成用３Lのフラスコに、イオン交換水１７００ｇ、濃硫酸２．７ｇを添加し、反応液の温度を６５−７０℃に保ち、攪拌しながら２−メチル−エピクロルヒドリン１０１４．５ｇ（ダイセル化学社製）を滴下し、熟成も含め５時間反応させた。反応液中の２−メチル−エピクロルヒドリン及び３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの定量は、ガスクロマトグラフィー（GLサイエンス社製のカラム担体：ＰＥＧ２０Ｍ，６０−８０メッシュ（０．３１−０．４２ｍｍ））により行った。炭酸水素ナトリウムを加えて反応液のpHを６．０に調整した後、濃縮し、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのシロップを１２００ｇ得た。
シュードモナスｓｐ．ＤＳ−Ｋ−４３６−１株による反応
ペプトン１０g/L、酵母エキス１０g/L、グリセリン１０g/Lからなる組成の培地１００ｍｌ(ｐＨ７.0)を、５００ｍｌ容のバッフル付き三角フラスコに入れ、１２１℃で１５分間、加圧蒸気滅菌した。次いで、あらかじめ同栄養培地プレートで生育させたシュードモナスｓｐ．ＤＳ−Ｋ−４３６−１株を１白金耳分植菌し、３０℃で２４時間好気的に培養した。得られた培養液を遠心し、菌体を回収した。
ペプトン１０g/L、酵母エキス１０g/L、グリセリン１０g/Lからなる組成の培地１００ｍｌ(ｐＨ７.0)を、５００ｍｌ容のバッフル付き三角フラスコに入れ、１２１℃で１５分間、加圧蒸気滅菌した。次いで、あらかじめ同栄養培地プレートで生育させたシュードモナスｓｐ．ＤＳ−Ｋ−４３６−１株を１白金耳分植菌し、３０℃で２４時間好気的に培養した。得られた培養液を遠心し、菌体を回収した。
上記三角フラスコ中に、菌体１００ｍｌを２０ｍＭリン酸カリウム緩衝液(ｐＨ７．０)に懸濁し、懸濁液に実施例１で合成したラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを１．０％(ｖ/ｖ)とCaCO３を１．５％とを加え、３０℃、１２０rpmで２４時間反応させた。反応液中に残存する３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールをガスクロマトグラフィー（GLサイエンス社製のカラム担体：ＰＥＧ２０Ｍ，６０−８０メッシュ（０．３１−０．４２ｍｍ）で分析した。
反応終了後、反応液を取り出し、遠心操作により菌体を除去し、上清液を得た。この上清液をエバポレーターで濃縮し、エーテルにより抽出した。続いて無水硫酸マグネシウムにより脱水後、減圧下でエーテルを除去し、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのシロップを得た。
本物質の光学純度の測定は、得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの光学異性体を水酸化ナトリウム水溶液を用いてアルカリ処理することにより、対応する２−メチルグリシドールの光学異性体に変換した後、アステック社製のキャピラリーカラムＡ−ＰＨ［（０．２５ｍｍ(ID)ｘ３０ｍ(Length)）を用いたガスクロマトグラフィーにより光学異性体の分析を行なった。光学異性体の分析条件は以下のとおりである。
カラム温度：４５℃
検出器温度：１５０℃
キャリアーガス：ヘリウム
初期流量：1.6ml/min
線速度：35cm/sec
検出器：ＦＩＤ
スプリット比：１３０／１
２−メチルグリシドールのリテンションタイムは、Ｒ体が３５分、Ｓ体が３１分であった。リテンションタイム、並びにR体、及びS体の同定は、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの旋光度を求めることにより行なった（特許第２５６７４３０号の実施例１、及び本願実施例９を参照した）。
カラム温度：４５℃
検出器温度：１５０℃
キャリアーガス：ヘリウム
初期流量：1.6ml/min
線速度：35cm/sec
検出器：ＦＩＤ
スプリット比：１３０／１
２−メチルグリシドールのリテンションタイムは、Ｒ体が３５分、Ｓ体が３１分であった。リテンションタイム、並びにR体、及びS体の同定は、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの旋光度を求めることにより行なった（特許第２５６７４３０号の実施例１、及び本願実施例９を参照した）。
得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの残存率は１７．６％であった。また、得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールは光学純度９９％ｅ．ｅ．以上のＲ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールであった。
シュードモナスｓｐ．ＯＳ−Ｋ−２９株を用いた反応
菌株をシュードモナスｓｐ．ＯＳ−Ｋ−２９株に変更した以外は、実施例２と同様の操作を行った。得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの残存率は２２．１％であった。また、得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールは光学純度９９％ｅ．ｅ．以上のＲ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールであった。
菌株をシュードモナスｓｐ．ＯＳ−Ｋ−２９株に変更した以外は、実施例２と同様の操作を行った。得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの残存率は２２．１％であった。また、得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールは光学純度９９％ｅ．ｅ．以上のＲ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールであった。
シュードモナスｓｐ．ＤＳ−ＳＩ−５株を用いた反応
菌株をシュードモナスｓｐ．ＤＳ−ＳＩ−５株に変更し、実施例１で合成したラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの使用量を２．５％(ｖ/ｖ)に変更し、CaCO３の使用量を３．６％に変更し、反応時間を４８時間に変更した以外は実施例２と同様の操作を行った。
菌株をシュードモナスｓｐ．ＤＳ−ＳＩ−５株に変更し、実施例１で合成したラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの使用量を２．５％(ｖ/ｖ)に変更し、CaCO３の使用量を３．６％に変更し、反応時間を４８時間に変更した以外は実施例２と同様の操作を行った。
得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの残存率は４０．９％であった。また、得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールは光学純度９９％ｅ．ｅ．以上のＳ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールであった。
シュードモナスニトロレデューセンスＤＳ−Ｓ−ＲＰ８株を用いた反応
菌株をシュードモナスニトロレデューセンスＤＳ−Ｓ−ＲＰ８株に変更し、反応時間を４８時間に変更した以外は実施例２と同様の操作を行った。
菌株をシュードモナスニトロレデューセンスＤＳ−Ｓ−ＲＰ８株に変更し、反応時間を４８時間に変更した以外は実施例２と同様の操作を行った。
得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの残存率は３６．０％であった。また、得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールは光学純度９９％ｅ．ｅ．以上のＳ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールであった。
アルカリゲネスｓｐ．ＤＳ−Ｓ−７Ｇ株を用いた反応
菌株をアルカリゲネス（Alcaligenes）ｓｐ．ＤＳ−Ｓ−７Ｇ株に変更し、菌体調製用の培地をペプトン１０g/L、酵母エキス１０g/L、グルコン酸ナトリウム１０g/Lからなる組成の培地（ｐＨ７．０）に変更し、実施例１で合成したラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの使用量を３．０％(ｖ/ｖ)にし、CaCO３の使用量を４．２％に変更した以外は実施例２と同様の操作を行った。
菌株をアルカリゲネス（Alcaligenes）ｓｐ．ＤＳ−Ｓ−７Ｇ株に変更し、菌体調製用の培地をペプトン１０g/L、酵母エキス１０g/L、グルコン酸ナトリウム１０g/Lからなる組成の培地（ｐＨ７．０）に変更し、実施例１で合成したラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの使用量を３．０％(ｖ/ｖ)にし、CaCO３の使用量を４．２％に変更した以外は実施例２と同様の操作を行った。
得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの残存率は２２．４％であった。また、得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールは光学純度９９％ｅ．ｅ．以上のＳ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールであった。
シュードモナスニトロレデューセンスＤＳ−Ｓ−ＲＰ８株を用いた反応
グルコン酸ナトリウム ２．０％
グリセロール １．０％
硫酸アンモニウム １．０％
リン酸第２ ナトリウム ０.０２％
リン酸第２ カリウム ０.０２％
リン酸第１ ナトリウム ０.０４％
硫酸マグネシウム ０.０５％
硫酸鉄 ０.００１％
硫酸銅 ０.０００１％
硝酸マンガン ０.０００１％
炭酸カルシウム １．０％
からなる組成の培地１００ｍｌ(ｐＨ７.0)を、５００ｍｌ容のバッフル付き三角フラスコに入れ、１２１℃で１５分間、加圧蒸気滅菌した。次いで、実施例２と同様の方法で得たシュードモナスニトロレデューセンスＤＳ−Ｓ−ＲＰ８株の培養液１ml（１％（ｖ/ｖ）量）を上記合成培地に無菌的に接種し、３０℃で２４時間培養を行った。得られた培養液に、実施例１で合成したラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを２．０％(ｖ/ｖ)とCaCO３を３.０％とを加え、３０℃、１２０rpmで７２時間反応させた。
グルコン酸ナトリウム ２．０％
グリセロール １．０％
硫酸アンモニウム １．０％
リン酸第２ ナトリウム ０.０２％
リン酸第２ カリウム ０.０２％
リン酸第１ ナトリウム ０.０４％
硫酸マグネシウム ０.０５％
硫酸鉄 ０.００１％
硫酸銅 ０.０００１％
硝酸マンガン ０.０００１％
炭酸カルシウム １．０％
からなる組成の培地１００ｍｌ(ｐＨ７.0)を、５００ｍｌ容のバッフル付き三角フラスコに入れ、１２１℃で１５分間、加圧蒸気滅菌した。次いで、実施例２と同様の方法で得たシュードモナスニトロレデューセンスＤＳ−Ｓ−ＲＰ８株の培養液１ml（１％（ｖ/ｖ）量）を上記合成培地に無菌的に接種し、３０℃で２４時間培養を行った。得られた培養液に、実施例１で合成したラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを２．０％(ｖ/ｖ)とCaCO３を３.０％とを加え、３０℃、１２０rpmで７２時間反応させた。
実施例２と同様にして反応液中の３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの残存率と光学純度を求めたところ、残存率は47.0％であった。また、得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールは光学純度９９％ｅ．ｅ．以上のＳ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールであった。
シュードモナスｓｐ．ＤＳ−ＳＩ−５株による反応
ペプトン１０g/L、酵母エキス１０g/L、グリセリン１０g/Lからなる組成の培地３．５Ｌ（ｐＨ７．０）を入れた５Ｌ容培養器を１２１℃、１５分間加圧蒸気滅菌した。次いで実施例２と同様の方法で得たシュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＤＳ−ＳＩ−５株の培養液３．５ｍｌ（０．１％（v/v）量）を上記培地に無菌的に接種し、３０℃、４５０rpm、通気量０．１ｖｖｍで２４時間培養した。ここに、実施例１で合成したラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオール８７．５ｇ(２．５％)とを加え３０℃、４５０ｒｐｍ、０．１ｖｖｍで７２時間反応させた。反応中反応の進行によりｐＨが徐々に低下するので、25％(v/v)ＮａＯＨを滴下しｐＨを６．０に維持した。反応終了後、実施例２と同様にして、反応液中の３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの残存量、光学純度を測定した。反応終了後の３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの濃度は１．１%（残存率44.0％）であった。また、得られた３−クロロ−２− メチル−１，２−プロパンジオールは光学純度９９％ｅ．ｅ．以上のＳ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールであった。
ペプトン１０g/L、酵母エキス１０g/L、グリセリン１０g/Lからなる組成の培地３．５Ｌ（ｐＨ７．０）を入れた５Ｌ容培養器を１２１℃、１５分間加圧蒸気滅菌した。次いで実施例２と同様の方法で得たシュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＤＳ−ＳＩ−５株の培養液３．５ｍｌ（０．１％（v/v）量）を上記培地に無菌的に接種し、３０℃、４５０rpm、通気量０．１ｖｖｍで２４時間培養した。ここに、実施例１で合成したラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオール８７．５ｇ(２．５％)とを加え３０℃、４５０ｒｐｍ、０．１ｖｖｍで７２時間反応させた。反応中反応の進行によりｐＨが徐々に低下するので、25％(v/v)ＮａＯＨを滴下しｐＨを６．０に維持した。反応終了後、実施例２と同様にして、反応液中の３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの残存量、光学純度を測定した。反応終了後の３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの濃度は１．１%（残存率44.0％）であった。また、得られた３−クロロ−２− メチル−１，２−プロパンジオールは光学純度９９％ｅ．ｅ．以上のＳ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールであった。
溶存酸素濃度の影響
ペプトン１０g/L、酵母エキス１０g/L、グリセリン１０g/Lからなる組成の培地１０００Ｌ（ｐＨ７．０）を入れた１３００Ｌ容培養器を１２８℃、２０分間加圧蒸気滅菌した。次いで実施例２と同様の方法で得たシュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＤＳ−ＳＩ−５株の培養液５００ｍｌ（０．０５％（v/v）量）を上記培地に無菌的に接種し、３０℃、１２０rpm、通気量０．２ｖｖｍで２４時間培養した。ここに、実施例１と同様に合成したラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオール２５ｋｇ(２．５％)を加え３０℃、１２０ｒｐｍ、通気量０．４ｖｖｍで７２時間反応させた。反応中、反応の進行によりｐＨが低下するので、２５％（ｗ/ｗ）ＮａＯＨを滴定することにより、ｐＨ６．０に維持した。
ペプトン１０g/L、酵母エキス１０g/L、グリセリン１０g/Lからなる組成の培地１０００Ｌ（ｐＨ７．０）を入れた１３００Ｌ容培養器を１２８℃、２０分間加圧蒸気滅菌した。次いで実施例２と同様の方法で得たシュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＤＳ−ＳＩ−５株の培養液５００ｍｌ（０．０５％（v/v）量）を上記培地に無菌的に接種し、３０℃、１２０rpm、通気量０．２ｖｖｍで２４時間培養した。ここに、実施例１と同様に合成したラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオール２５ｋｇ(２．５％)を加え３０℃、１２０ｒｐｍ、通気量０．４ｖｖｍで７２時間反応させた。反応中、反応の進行によりｐＨが低下するので、２５％（ｗ/ｗ）ＮａＯＨを滴定することにより、ｐＨ６．０に維持した。
実施例２と同様にして、反応液中の３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの残存量、光学純度を測定した。反応終了後の３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの濃度は１．１%（残存率44.0％）であった。また、得られた３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールは、ナトリウムＤ線を用いた場合の２０℃における旋光度[α]＝＋5.92°、C=3％、CHCl3（特許第2567430号、実施例１参照）、光学純度９９％ｅ．ｅ．以上のＳ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールであった。
溶存酸素濃度の影響
反応に用いたラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの量が１３．７ｋｇ(1．３７％)であること、反応中の通気量を反応０−６時間は０．１ｖｖｍ、６−４８時間は０．２ｖｖｍ、４８−７２時間は０．４ｖｖｍで行なった以外は、実施例９と同様にして行った。その結果、通気量が少なく（０．１−０．２ｖｖｍ）、溶存酸素濃度が低いときの３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの光学純度の上昇は小さかった（反応０−３６時間）。通気量を上げる（０．４ｖｖｍ）と溶存酸素濃度が上昇し、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの光学純度の上昇も大きくなった（反応３６−７２時間）。
反応に用いたラセミ体３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの量が１３．７ｋｇ(1．３７％)であること、反応中の通気量を反応０−６時間は０．１ｖｖｍ、６−４８時間は０．２ｖｖｍ、４８−７２時間は０．４ｖｖｍで行なった以外は、実施例９と同様にして行った。その結果、通気量が少なく（０．１−０．２ｖｖｍ）、溶存酸素濃度が低いときの３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの光学純度の上昇は小さかった（反応０−３６時間）。通気量を上げる（０．４ｖｖｍ）と溶存酸素濃度が上昇し、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの光学純度の上昇も大きくなった（反応３６−７２時間）。
実施例９、及び１０について、反応中の溶存酸素濃度及び光学純度の推移を以下の表１に示す。溶存酸素濃度を高くすると、光学純度が著しく向上することが分かる。
以上より、本発明の微生物を用いた反応により、９９％ｅ．ｅ．以上という高い光学純度の光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを、簡単に大量生産できることが分かる。
Claims (8)
- ３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用して、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのＲ体又はＳ体を残存させうる能力を有する少なくとも１種の微生物、又はその処理物を、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用させる第１の工程と、
残存する光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールを分取する第２の工程と
を含む光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールの製造方法。 - 微生物が、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用して、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのＲ体を残存させうる能力を有する少なくとも１種のシュードモナス(Pseudomonas)属に属する微生物であり、光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールがそのＲ体である請求項１に記載の方法。
- シュードモナス属に属する微生物が、シュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＤＳ−Ｋ−４３６−１株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−７０７９）、及びシュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＯＳ−Ｋ−２９株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−９９４）からなる群より選ばれる少なくとも１種の微生物である請求項２に記載の方法。
- 微生物が、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物に作用して、３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのＳ体を残存させうる能力を有する、シュードモナス(Pseudomonas)属に属する微生物及びアルカリゲネス（Alcaligenes）属に属する微生物からなる群より選ばれる少なくとも１種の微生物であり、光学活性３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールがそのＳ体である請求項１に記載の方法。
- 微生物が、シュードモナス(Pseudomonas)ｓｐ．ＤＳ−ＳＩ−５株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−７０８０）、シュードモナスニトロレデューセンス（Pseudomonas nitroreducens） ＤＳ−Ｓ−ＲＰ８株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−７７９３）、及びアルカリゲネス（Alcaligenes）ｓｐ．ＤＳ−Ｓ−７Ｇ株（国際寄託番号：ＦＥＲＭ ＢＰ−３０９８）からなる群より選ばれる少なくとも1種の微生物である請求項４に記載の方法。
- 第１の工程を好気的条件下で行う請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
- 第１の工程において、反応系のｐＨを４〜6.5にする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
- ３−クロロ−２−メチル−１，２−プロパンジオールのエナンチオマー混合物として、２−メチル−エピクロルヒドリンのエナンチオマー混合物を硫酸酸性下で開環加水分解することにより得られるものを用いる請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
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|---|---|---|---|---|
| WO2008146888A1 (ja) * | 2007-05-29 | 2008-12-04 | Daiso Co., Ltd. | 光学活性１，２－ジオール類の製造に用いられる不斉酸化酵素 |
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-
2005
- 2005-01-04 JP JP2005000116A patent/JP4475407B2/ja active Active
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