JP2006231160A - 反応容器並列型自動合成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の反応容器による複数種の液相合成を並列的に行なうことが可能な反応容器並列型自動合成装置を提供する。
【解決手段】 反応容器並列型自動合成装置は、反応ユニット（１）、試薬ユニット（２）および溶媒ユニット（３）を少なくとも備え、反応ユニット（１）は、反応容器、反応容器加熱・冷却部、リフラックスコンデンサおよび反応容器内部の視認可能なガラス蓋を１セット組み合わせて収納した反応ブロックを、複数、並列に配置した反応ブロック集合体と、これら反応ブロックと試薬ユニット（２）および溶媒ユニット（３）との間に配置した送液先を切り換える多方弁および微少量の送液を制御するマイクロ定量ポンプとからなり、試薬ユニット内の複数の試薬容器および溶媒ユニット内の複数の溶媒容器から各反応容器へ送られる液について、その送液先および送液量を個々に制御可能とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液相系の有機合成化学分野において、微少量の試薬、触媒、溶媒等の供給、反応条件の設定、微少量の反応生成物の分離・回収を効率良く行なう反応容器並列型自動合成装置に関する。

アミノ酸、ペプチド、核酸等の合成に関しては色々な自動合成装置が開発されている。これらは、原料の仕込みから後処理までを全自動または任意に手作業を加えて人手を省いた合成を行なおうとするものである。

糖鎖化合物の合成については、たとえば特許文献１に示すように固定化糖転移酵素を利用した方法が知られている。そして、固定化糖転移酵素を利用した糖鎖の自動合成装置については、たとえば特許文献２に示すものが知られている。この発明は、糖ヌクレオチド溶液と糖転移酵素（あるいはプライマー）を混合させた後に、プライマー（あるいは糖転移酵素）を固定した反応槽に導入し、反応槽からの溶出液を限外ろ過カラムに導き、ここで分離された糖転移酵素あるいはプライマーを再利用しようとするものである。
特開平１１−４２０９６号公報 特開２００４−１８０６７６号公報

上述した特許文献１および２においては糖鎖合成を酵素によって行なっているため、自然界に存在する糖鎖でなければ合成することができないという問題がある。

本発明は、糖鎖合成のみでなく多種の微量液相合成に利用でき、糖鎖合成においては、酵素を利用する場合はもとより酵素を利用しない液相合成にも適用でき、特に、複数の反応容器による複数種の液相合成を並列的に行なうことが可能な反応容器並列型自動合成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の反応容器並列型自動合成装置は、合成反応用の反応ユニット（１）と、この反応ユニットに合成用原料を供給するための試薬ユニット（２）と、反応用溶媒、触媒等を供給するための溶媒ユニット（３）を備え、前記反応ユニット（１）は、反応容器、反応容器加熱・冷却部、リフラックスコンデンサおよび反応容器内部の視認可能なガラス蓋を１セット組み合わせて収納した反応ブロックを複数個並列に配置した反応ブロック集合体と、これら反応ブロックと試薬ユニット（２）および溶媒ユニット（３）との間に配置した送液先を切り換える多方弁および微少量の送液を制御するマイクロ定量ポンプとからなり、前記試薬ユニット（２）に設置した複数の試薬容器および溶媒ユニット（３）に設置された複数の溶媒容器から各反応容器へ送られる液について、その送液先および送液量を個々に制御可能な構成とした。尚、前記反応ユニット（１）は、２つの反応ブロック集合体を有していても良い。

さらに本発明の反応容器並列型自動合成装置は、下記ａ〜ｆに示すユニット（４）〜（９）のうち、少なくとも１種のユニットを備えることが可能である。
ａ．反応ユニット（１）、試薬ユニット（２）および溶媒ユニット（３）などを洗浄するための洗浄ユニット（４）、
ｂ．前記反応容器内の反応生成物から未反応の試薬、触媒、生成水等を分離するための分液ユニット（５）、
ｃ．分液ユニット（５）で分液された反応生成物を回収するための回収ユニット（６）、
ｄ．回収された反応生成物から、さらに残留する生成水等を除去するための乾燥ユニット（７）、
ｅ．反応ユニット（１）、分液ユニット（５）、回収ユニット（６）および乾燥ユニット（７）の中間に位置し、それぞれのユニットへの送液を制御、統括する移送ユニット（８）、および
ｆ．残渣を廃棄物とする廃液ユニット（９）。

本発明の反応容器並列型自動合成装置は、反応ユニット（１）の反応ブロック集合体に含まれる反応ブロックの数と、回収ユニット（６）内の回収容器および／または乾燥ユニット（７）内の乾燥容器の数を同数とする。

前記反応容器内部には、取外し可能なフィルターを取付ける。また、前記反応容器下部にはバブリング用配管を取付けることも好ましい。

前記反応容器加熱・冷却部を、反応ブロック集合体に温度制御用マニホールドとして設置すれば、各反応ブロック内への配管を通じて、任意の数の反応容器を異なる温度で制御することができる。

前記反応ブロックの数は、反応ブロック単位に分割された試薬、触媒、溶媒等の供給管および窒素シール管等から構成される上部マニホールドと、反応液抜液用の送液管、前記バブリング用配管等から構成される下部マニホールドとを反応容器を介して相互接続すれば任意に増減可能となる。

本発明の反応容器並列型自動合成装置は、少量多品種の化学合成を行なう目的に有効であり、例えばワンポット・グリコシル化による糖鎖合成を好適に行なうことができる。

本発明の反応容器並列型自動合成装置は、試薬ユニット（２）に設置した複数の試薬容器および溶媒ユニット（３）に設置された複数の溶媒容器から各反応容器へ送られる液について、その送液先および送液量を個々に制御するため、少量多品種の生成物を効率的に得ることができる。

反応容器の蓋はガラス製のため反応容器の内部を覗くことができる。そのため反応液の液量や液色、窒素あるいは水素等によるバブリング状態、その他を観察することが可能である。

また、固体脱水剤を使用しても配管が詰まる恐れがない。また反応容器下部からバブリングできるように配管を設けることによりガスを必要とする合成反応も行なうことができる。

反応ブロック集合体に、温度制御用マニホールドとして反応容器加熱・冷却用配管を接続し、任意の数の反応容器を異なる温度で制御することにより、複数の異なる条件の合成反応を並行させることが可能となる。

本発明の反応容器並列型自動合成装置は、一つの反応ブロックに対して、上部マニホールドと下部マニホールドとが一つずつ接続されて一つの反応系とすることができ、この場合には、必要に応じて反応系を増減することができる。

既存の自動合成装置（少なくとも試薬ユニットおよび溶媒ユニットを有する装置）の反応ユニットを、本発明に係る反応ユニット（１）に置き換えることにより、容易に本発明の反応容器並列型自動合成装置を形成することができる。

本発明の反応容器並列型自動合成装置を、ワンポット・グリコシル化による糖鎖合成に使用すれば、グリコシル化反応によって生成する水を固体脱水剤によって系外に除去できるため有利である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の反応容器並列型自動合成装置の一例を示す概念図である。本図に示すように、自動合成装置は複数のユニットからなる。すなわち、反応ユニット（１）、試薬ユニット（２）、溶媒ユニット（３）、洗浄ユニット（４）、分液ユニット（５）、回収ユニット（６）、乾燥ユニット（７）、移送ユニット（８）、および廃液ユニット（９）である。

このうち、分液ユニット（５）、回収ユニット（６）、乾燥ユニット（７）、移送ユニット（８）、および廃液ユニット（９）は必須であるが、その他のユニットについては必要に応じて適宜組み込むことができ、また、既存の自動合成装置（少なくとも試薬ユニットおよび溶媒ユニットを有する装置）の反応ユニットを、本発明に係る反応ユニット（１）と交換して取り付けることにより、本発明の反応容器並列型自動合成装置を形成することも可能である。

上記反応ユニット（１）は合成反応に使用するためのものであり、複数の反応ブロックを組合わせた反応ブロック集合体１０と、マイクロ定量ポンプ１１および複数の多方弁１２ａ〜１２ｄによって構成されている。なお、反応ブロック体１０は、図内に別の反応ブロックと記載してあるように、さらに一つを並列的に追加接続することが可能である。

試薬ユニット（２）は上記反応ユニット（１）に合成用原料を供給するためのものである。試薬ユニット（２）は複数の試薬容器２０（ここでは６個）、これら各試薬容器に配設された窒素シール配管２１、試薬受入管２２および抜液管２３、さらに各抜液管２３からの試薬を反応ユニット（１）に送るための試薬送液管２４と、この管系上に設けられた多方弁２５ａおよび２５ｂ（後述の洗浄ユニットへの切替用）から構成されている。

また溶媒ユニット（３）は上記反応ユニット（１）に反応用溶媒、共通原料等を供給するためのものである。この溶媒ユニット（３）は複数の溶媒容器３０（ここでは５個）、これら各溶媒容器に配設された窒素シール配管３１、図示しない溶媒受入管および抜液管３２、さらに各抜液管３２からの溶媒を反応ユニット（１）に送るための溶媒送液管３３と、この管系上に設けられた多方弁３４ａおよび３４ｂ（後述の洗浄ユニットへの切替用）から構成されている。

洗浄ユニット（４）は反応ユニット（１）、試薬ユニット（２）、溶媒ユニット（３）、分液ユニット５、回収ユニット６、乾燥ユニット７及び移送ユニット８などを洗浄するためのものである。これは複数の洗浄液容器４０（ここでは２個）、これら各洗浄液容器に配設されたエアシール配管４１および抜液管４２、さらに各抜液管４２からの洗浄液を反応ユニット（１）、試薬ユニット（２）または溶媒ユニット（３）へ送るための洗浄液送液管４３と、この管系上に設けられた多方弁４４とから構成されている。

また分液ユニット（５）は反応容器内の反応生成物から未反応の試薬、触媒、生成水等を分離するためのものである。分液ユニット（５）は、反応ユニット（１）で生成した化合物の受入配管５０、反応液のエマルジョン化を解消するための遠心分離器５１、分離された有機相および水相を受ける貯留容器５２（ここでは２個）、これら貯留容器５２に配設された窒素シール配管５３、貯留受入管５４および抜液管５５、さらに各抜液管５５から目的物を回収ユニット（６）に送るための送液管５６と、この管系上に設けられた多方弁５７から構成されている。

回収ユニット（６）は分液ユニット（５）で分液された反応生成物を回収するためのものであり、分液ユニット（５）から送られた反応生成物の含まれる液を複数の回収容器６０（ここでは８個）に分配するための多方弁６１、分配管６２、各回収容器６０に設けられた窒素シール配管６３から構成されている。

また乾燥ユニット（７）においては、反応後に分液ユニット（５）で水相と分離された有機相を多方弁７１ａを介して乾燥管７０（ここでは８個）に通して脱水して、多方弁７１ｂを介して回収ユニットで回収する。

移送ユニット（８）は、反応ユニット（１）、分液ユニット（５）、回収ユニット（６）および乾燥ユニット（７）の中間に介在し、それぞれのユニットへの送液を制御、統括するための多方弁８０ａ〜８０ｄにより構成されている。

更に廃液ユニット（９）は残渣を廃棄物として送液する廃棄管９０を備えている。

なお、本発明に係る自動合成装置においては、マイクロ定量ポンプ１１を利用する場合を除いて、溶媒、試薬、反応生成物などは全て減圧ポンプ（図中では「Ｖ．Ｐ．」および「Ｖ．Ｐ．２」と表示）によって送液されるシステムとしている。本発明の自動合成装置は、以上説明した構成からなるため、前記試薬ユニット（２）に設置した複数の試薬容器２０および溶媒ユニット（３）に設置された複数の溶媒容器３０から各反応容器へ送られる液について、その送液先および送液量を個々に制御することができる。

本発明の反応容器並列型自動合成装置は、全工程または所望の部分工程をコンピュータによって自動制御することが好ましい。例えば、前記多方弁やマイクロ定量ポンプ１１などを動作させて試薬、触媒および溶媒の反応容器への仕込み量や仕込み先を制御する送液プログラム、反応時の条件（圧力、温度、時間）等に関する合成反応制御プログラムを組み込んだコンピュータを使用し、オペレータは所望の操作条件をインプットして自動合成装置を運転することができる。

図２は本発明に係る反応ユニット（１）を構成する反応ブロック集合体の一例を示す配管図である。本図に示す例では、反応ユニット（１）は８個の反応容器１００ａ〜１００ｈからなる反応ブロック集合体を収容している。そして、個々の反応ブロック１００ａ〜１００ｈには、試薬、触媒、溶媒等の供給管１０１ａ〜１０１ｈおよび洗浄液送液管を兼ねた窒素シール管１０２ａ〜１０２ｈ等から構成される上部マニホールド１０４ａ〜１０４ｈと、反応容器バブリング配管を兼ねた反応生成物抜液用の送液管１０５ａ〜１０５ｈ等から構成される下部マニホールド１０６ａ〜１０６ｈとが接続されている。

また、反応ブロック集合体には温度制御用マニホールドとして反応容器加熱・冷却用配管１０７が接続され、任意の数の反応容器を異なる温度で制御することができる。本図の例では反応ブロック２つに一つの割合で反応容器冷却用配管１０７を接続している。

ここで、反応ブロック１０１ａに対しては、上部マニホールド１０４ａと下部マニホールド１０６ａとが一つずつ接続されて一つの反応系を完成している。これら反応系の集合体が上記反応ブロック集合体である。すなわち一つ一つの反応系が独立しているため、この反応系の増減を任意に行なうことが可能となっている。

次に、上記反応ブロックの内部について説明する。図３は本発明に係る反応ブロックの構成の一例を示す分解斜視図である。円筒形の反応容器１０８の底部には、図示しない取外し可能なフィルターを設置している。このため固体脱水剤を使用しても配管が詰まる恐れがない。フィルターは反応容器１０８の上部から引張り出し、新しいフィルターと交換することができるため反応器の再使用が可能である。

また反応容器１０８の外周部については、底部周辺に冷却用配管１０７と接続する加熱・冷却用熱交換器１０９、頂部周辺に反応容器１０８加熱時に溶媒の蒸発を防止するためのリフラックスコンデンサ１１０、また、熱交換器１０９とコンデンサ１１０の間に、コンデンサ１１０と熱交換器１０９とを隔てるための断熱材からなるスペーサ―１１１を配置している。

上記反応容器１０８、熱交換器１０９、リフラックスコンデンサ１１０、およびスペーサ―１１１は一体に組み立てられて反応ブロック１０１に収納される。そして、反応容器１０８の頂部には、反応ブロックに蓋をする形のガラス蓋１１２が置かれている。このガラス蓋１１２から反応容器１０８の内部を覗くことができるため、反応液の液量や液色、窒素あるいは水素等によるバブリング状態、その他を観察することが可能である。

本発明の自動合成装置は、糖鎖化合物、アミノ酸、ペプチド、核酸等、少量かつ多種類の化合物の製造が要請される分野において好適に使用することができる。中でも糖鎖合成については、ワンポット・グリコシル化による方法を実施することができる。

ワンポット・グリコシル化とは、糖供与体または糖受容体の反応性の違いを利用して糖鎖を合成する方法である。例えば、原料となる脱離基を持った単糖（糖供与体）を試薬ユニット（２）の試薬容器２０のうちの１つに準備して反応容器１０８に仕込む。供給する単糖の数は２個もしくは３個とする。また別途、単糖から脱離基を脱離させるための活性剤を試薬容器２０の他の１つ、または溶媒容器３０の１つにセットし、これも上記反応容器１０８に送る。そして温度をコントロールしながら1度目のグリコシル化反応を行なうことで単糖同士が結合して２糖を合成することができる。また単糖の数を上記３個とした場合には、２糖と３個目の単糖とから脱離基を脱離させる別種の活性剤を別途試薬容器２０等から供給して２度目のグリコシル化を行い３糖を合成することができる。上記脱離反応によって生成した水は、上記固体脱水剤によって系外に除去される。

本発明の反応容器並列型自動合成装置は、多種の微量液相合成を同時並行的に自動で実施できるため、糖鎖化合物、アミノ酸、ペプチド、核酸等の合成分野において有用である。

本発明の反応容器並列型自動合成装置の一例を示す概念図。 本発明に係る反応ユニット（１）を構成する反応ブロック集合体の一例を示す配管図。 本発明に係る反応ブロックの構成の一例を示す分解斜視図。

符号の説明

１０…反応ブロック集合体、１１…マイクロ定量ポンプ、１２ａ〜１２ｄ、２５ａ、２５ｂ、３４ａ、３４ｂ、４４、５７、６１、７１ａ、７１ｂ、８０ａ〜８０ｄ…多方弁、２０…試薬容器、２１、３１、５３、６３、１０２ａ〜１０２ｈ…窒素シール配管、２２…試薬受入管、２３、３２、４２、５５…抜液管、２４…試薬送液管、３０…溶媒容器、３３…溶媒送液管、４０…洗浄液容器、４１…エアシール配管、４３…洗浄液送液管、５０…受入配管、５１…遠心分離器、５２…貯留容器、５４…貯留受入管、５６、１０５ａ〜１０５ｈ…送液管、６０…回収容器、６２…分配管、７０…乾燥管、９０…廃棄管、１００ａ〜１００ｈ…反応ブロック、１０１ａ〜１０１ｈ…供給管、１０４ａ〜１０４ｈ…上部マニホールド、１０６ａ〜１０６ｈ…下部マニホールド、１０７…反応容器加熱・冷却用配管、１０８…反応容器、１０９…加熱・冷却用熱交換器、１１０…リフラックスコンデンサ、１１１…スペーサ―、１１２…ガラス蓋、Ｖ．Ｐ．、Ｖ．Ｐ．２…減圧ポンプ。

Claims (10)

1. 合成反応用の反応ユニット（１）と、この反応ユニット（１）に合成用原料を供給するための試薬ユニット（２）と、前記反応ユニット（１）に溶媒や触媒等を供給するための溶媒ユニット（３）を備え、前記反応ユニット（１）は、反応容器、反応容器加熱・冷却部、リフラックスコンデンサおよび反応容器内部の視認可能なガラス蓋を組み合わせて収納した反応ブロックを複数個並列に配置した反応ブロック集合体と、前記反応ブロックと試薬ユニット（２）および溶媒ユニット（３）との間に配置され送液先を切り換える多方弁および微少量の送液を制御するマイクロ定量ポンプとからなり、前記試薬ユニット（２）に設置した複数の試薬容器および溶媒ユニットに設置された複数の溶媒容器から各反応容器へ送られる液について、その送液先および送液量を個々に制御可能としたことを特徴とする反応容器並列型自動合成装置。
2. 請求項１記載の反応容器並列型自動合成装置において、前記反応ユニットが、２つの反応ブロック集合体を有することを特徴とする反応容器並列型自動合成装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の反応容器並列型自動合成装置において、下記ａ〜ｆに示すユニット（４）〜（９）のうち、少なくとも１種のユニットを備えることを特徴とする反応容器並列型自動合成装置。
   ａ．反応ユニット（１）、試薬ユニット（２）および溶媒ユニット（３）などを洗浄するための洗浄ユニット（４）
   ｂ．前記反応容器内の反応生成物から未反応の試薬、触媒、生成水等を分離するための分液ユニット（５）
   ｃ．分液ユニット（５）で分液された反応生成物を回収するための回収ユニット（６）
   ｄ．回収された反応生成物から、さらに残留する水を除去するための乾燥ユニット（７）
   ｅ．反応ユニット（１）、分液ユニット（５）、回収ユニット（６）および乾燥ユニット（７）の中間に位置し、それぞれのユニットへの送液を制御、統括する移送ユニット（８）
   ｆ．残渣を廃棄物とする廃液ユニット（９）
4. 請求項３に記載の反応容器並列型自動合成装置において、前記反応ユニット（１）の反応ブロック集合体に含まれる反応ブロックの数と、前記回収ユニット（６）内の回収容器および／または乾燥ユニット（７）内の乾燥容器の数を同数としたことを特徴とする反応容器並列型自動合成装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の反応容器並列型自動合成装置において、前記反応容器内部には、取外し可能なフィルターを取付けたことを特徴とする反応容器並列型自動合成装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載の反応容器並列型自動合成装置において、前記反応容器下部にバブリング用配管を取付けたことを特徴とする反応容器並列型自動合成装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の反応容器並列型自動合成装置において、前記反応容器加熱・冷却部を、反応ブロック集合体に温度制御用マニホールドとして設置し、各反応ブロック内への配管を通じて、任意の数の反応容器を異なる温度で制御することを特徴とする反応容器並列型自動合成装置。
8. 請求項１乃至請求項７の何れかに記載の反応容器並列型自動合成装置において、前記反応ブロックの数は、反応ブロック単位に分割された試薬、触媒、溶媒等の供給管および窒素シール管等から構成される上部マニホールドと、反応液抜液用の送液管、前記バブリング用配管等から構成される下部マニホールドとを反応容器を介して相互接続することにより、任意に増減可能としたことを特徴とする反応容器並列型自動合成装置。
9. 請求項１乃至請求項８の何れかに記載の反応容器並列型自動合成装置において、この反応容器並列型自動合成装置は少量多品種の化学合成を行なうためのものであることを特徴とする反応容器並列型自動合成装置。
10. 請求項１乃至請求項８の何れかに記載の反応容器並列型自動合成装置において、この反応容器並列型自動合成装置はワンポット・グリコシル化による糖鎖合成を行なうためのものであることを特徴とする反応容器並列型自動合成装置。