JP2006304667A - METHOD FOR PRODUCING OPTICALLY ACTIVE CYANOHYDRIN AND METHOD FOR PRODUCING OPTICALLY ACTIVE alpha-HYDROXYCARBOXYLIC ACID - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、医薬中間体等として有用な光学活性シアンヒドリン及び光学活性α-ヒドロキシカルボン酸を効率的に製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for efficiently producing optically active cyanohydrins and optically active α-hydroxycarboxylic acids useful as pharmaceutical intermediates and the like.
光学活性シアンヒドリンは、ピレスロイド系農薬製造や医薬合成の光学活性有機合成中間体として有用である。光学活性シアンヒドリンをHCNとカルボニル化合物から直接合成する手段の一つとして、ヒドロキシニトリルリアーゼと呼ばれる酵素を使う合成方法が種々提唱されている。
通常、当該酵素を使う光学活性シアンヒドリンの合成は、酵素と基質のHCN及びカルボニル化合物を必須要素として含む水系、水―有機溶媒二相系、有機溶媒―微水系又は有機溶媒系で実施されている。反応に用いる有機溶媒としては、水に難溶又は不溶な有機溶媒が使用されている例が多い。特にエーテル系溶媒を使う例が多く知られている。例えば、水-有機溶媒二相系において水と有機溶媒の容量比が5:1〜1:5の間で反応を行うこと(特許文献1)、水-有機溶媒二相系においてエマルジョンが生成するまで攪拌して反応を行うこと(特許文献2)が知られている。
また、カルボニル化合物の存在下、HCNを滴下しながら反応を行うこと(特許文献3)又はHCNの存在下、温度を維持しながらカルボニル化合物を滴下して反応を行うこと(特許文献4)が知られている。しかし、特許文献1〜4に記載の方法では、いずれも生成したシアンヒドリンの反応系内の蓄積濃度は、30%未満に過ぎなかった。また、カルボニル化合物1mmolあたりの酵素量も30〜300単位と多量に必要であり、工業生産に適した効率の良い方法とは言えなかった。
さらには、高化学純度及び高光学純度光学活性シアンヒドリンは、室温付近で固結する場合があり、固結した場合、光学活性シアンヒドリンの取り扱いが困難になるという問題があった。そのため、高化学純度及び高光学純度光学活性シアンヒドリンの高濃度蓄積可能な製造方法が望まれていた。
一方、光学活性α-ヒドロキシカルボン酸は、上記光学活性シアンヒドリンを加水分解することにより製造される(非特許文献1〜2、特許文献5、特許文献7〜8)。上記文献の方法は、光学活性シアンヒドリンの製造後、固液分離、溶剤抽出又は相分離により光学活性シアンヒドリンと酵素を分離後、加水分解している。上記方法を含む光学活性α-ヒドロキシカルボン酸の製造方法は、残存するHCNの存在下、光学活性シアンヒドリン溶液から酵素を分離する工程が必要なため、危険性が高く、収率も低いという問題があった。そのため、安全でかつ収率が高い光学活性α-ヒドロキシカルボン酸の製造方法が望まれていた。
Usually, the synthesis of optically active cyanohydrin using the enzyme is carried out in an aqueous system, an aqueous-organic solvent two-phase system, an organic solvent-microwater system, or an organic solvent system containing the enzyme and the substrate HCN and carbonyl compounds as essential elements. . As the organic solvent used for the reaction, there are many examples in which an organic solvent that is hardly soluble or insoluble in water is used. In particular, many examples using ether solvents are known. For example, the reaction is carried out in a water-organic solvent two-phase system in which the volume ratio of water and organic solvent is 5: 1 to 1: 5 (Patent Document 1), and an emulsion is produced in the water-organic solvent two-phase system. It is known that the reaction is carried out with stirring (Patent Document 2).
It is also known that the reaction is carried out while dropping HCN in the presence of a carbonyl compound (Patent Document 3) or the reaction is carried out by dropping a carbonyl compound while maintaining the temperature in the presence of HCN (Patent Document 4). It has been. However, in the methods described in Patent Documents 1 to 4, the accumulated concentration of the produced cyanohydrin in the reaction system was only less than 30%. Moreover, the enzyme amount per 1 mmol of carbonyl compounds is also required in a large amount of 30 to 300 units, and it cannot be said that it is an efficient method suitable for industrial production.
Furthermore, the high chemical purity and the high optical purity optically active cyanohydrin may solidify near room temperature, and when solidified, there is a problem that it becomes difficult to handle the optically active cyanohydrin. Therefore, a production method capable of accumulating a high concentration of high chemical purity and high optical purity optically active cyanohydrin has been desired.
On the other hand, optically active α-hydroxycarboxylic acid is produced by hydrolyzing the above optically active cyanohydrin (Non-patent Documents 1 and 2, Patent Documents 5, and Patent Documents 7 to 8). In the method described in the above document, after the production of optically active cyanohydrin, the optically active cyanohydrin and the enzyme are separated by solid-liquid separation, solvent extraction or phase separation and then hydrolyzed. The method for producing an optically active α-hydroxycarboxylic acid including the above method requires a step of separating the enzyme from the optically active cyanohydrin solution in the presence of the remaining HCN, so that there is a problem of high risk and low yield. there were. Therefore, a safe and high yield method for producing optically active α-hydroxycarboxylic acid has been desired.
本発明の目的は、高濃度蓄積した光学活性シアンヒドリンの効率的な製造方法及び安全かつ高収率である光学活性α-ヒドロキシカルボン酸の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an efficient method for producing optically active cyanohydrin accumulated at a high concentration and a method for producing optically active α-hydroxycarboxylic acid that is safe and has a high yield.
本発明は、以下の通りである。
(1)カルボニル化合物及びHCNを基質とし、水と実質的に混和しない有機溶媒の存在下、酵素反応により光学活性シアンヒドリンを製造する方法において、反応溶液中のカルボニル化合物のモル濃度が0.4mol/kg以下であり、且つHCNのモル濃度以下となる状態を維持することを特徴とする光学活性シアンヒドリンの製造方法。(2)最終的なカルボニル化合物の使用量の1ミリモルあたり1〜20単位のヒドロキシニトリルリアーゼを使用する(1)の方法。(3)(1)又は(2)の方法で得られた光学活性シアンヒドリンを加水分解することを含む光学活性α-ヒドロキシカルボン酸の製造方法。(4)次いで、光学活性α-ヒドロキシカルボン酸を含む溶液を活性炭と接触させた後、濃縮及び/又は冷却晶析することを含む(3)の方法。
The present invention is as follows.
(1) In a method for producing optically active cyanohydrin by an enzymatic reaction in the presence of an organic solvent that is substantially immiscible with water using carbonyl compound and HCN as a substrate, the molar concentration of carbonyl compound in the reaction solution is 0.4 mol / A method for producing an optically active cyanohydrin, characterized by maintaining a state of not more than kg and not more than the molar concentration of HCN. (2) The method according to (1), wherein 1 to 20 units of hydroxynitrile lyase are used per millimole of the final carbonyl compound used. (3) A method for producing an optically active α-hydroxycarboxylic acid comprising hydrolyzing the optically active cyanohydrin obtained by the method of (1) or (2). (4) Next, after bringing the solution containing optically active α-hydroxycarboxylic acid into contact with activated carbon, the method includes concentration and / or cooling crystallization.
本発明によれば、高濃度蓄積した光学活性シアンヒドリンを効率的に得られる。また、安全かつ高収率に光学活性α-ヒドロキシカルボン酸が得られる。 According to the present invention, optically active cyanohydrin accumulated at a high concentration can be obtained efficiently. Also, the optically active α-hydroxycarboxylic acid can be obtained safely and with high yield.
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の光学活性シアンヒドリンの製造方法を以下、単に「本シアンヒドリン製造方法」と呼ぶ。
光学活性シアンヒドリンとは、一方の鏡像異性体(例えばR体)が他方の鏡像異性体(例えばS体)より多く含まれているシアンヒドリン又はいずれか一方の鏡像異性体のみからなるシアンヒドリンをいう。なお、シアンヒドリンがいずれか一方の鏡像異性体のみからなる場合は、光学純度が100%である。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
Hereinafter, the method for producing an optically active cyanohydrin of the present invention is simply referred to as “the present cyanohydrin production method”.
The optically active cyanohydrin refers to cyanohydrin in which one enantiomer (for example, R isomer) is contained in a larger amount than the other enantiomer (for example, S isomer), or cyanohydrin consisting of only one of the enantiomers. When cyanohydrin consists of only one of the enantiomers, the optical purity is 100%.
本シアンヒドリン製造方法の基質であるカルボニル化合物とは、アルデヒド又はケトンをいい、具体的には、次式(I)で示される化合物である。 The carbonyl compound which is a substrate of the present cyanohydrin production method refers to an aldehyde or a ketone, and specifically, is a compound represented by the following formula (I).
(式中、R1及びR2は、互いに同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素原子又は炭素数22以下の1価の炭化水素基を示す。)炭化水素基中、−CH2−並びに−CH3のCH2はカルボニル基、スルホニル基、−O−又は−S−で置換されていてもよく、=CH2は=O又は=Sで置換されていて良い。また、−CH2−のC−H、−CH3のC−H、>CH−のC−H、=CH−のC−H並びに=CH2のC−Hは、N又はC−ハロゲンで置換されていても良い。さらには、R1及びR2は、共同して2価の基を示してもよい。 (In the formula, R 1 and R 2 may be the same or different from each other, and each represents a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 22 or less carbon atoms.) In the hydrocarbon group, —CH 2 — and — CH 2 of CH 3 may be substituted with a carbonyl group, a sulfonyl group, —O— or —S—, and ═CH 2 may be substituted with ═O or ═S. In addition, —CH 2 —CH, —CH 3 CH,> CH—CH, ═CH—CH, and ═CH 2 CH are N or C-halogen. It may be replaced. Furthermore, R 1 and R 2 may jointly represent a divalent group.
上記式(I)において、炭素数22以下の1価の炭化水素基とは、直鎖状又は分岐状の鎖状炭化水素基、側鎖のない又は側鎖のある単環式炭化水素基、側鎖のない又は側鎖のある多環式炭化水素基、側鎖のない又は側鎖のあるスピロ炭化水素基、側鎖のない又は側鎖のある環集合構造の炭化水素基、あるいは、前記の環式炭化水素基が置換した鎖状炭化水素基のいずれをも含む。また、飽和な炭化水素基並びに不飽和な炭化水素基のいずれをも含むが、不飽和な炭化水素基において、C=C=Cのアレン構造を含む基は除く。 In the above formula (I), the monovalent hydrocarbon group having 22 or less carbon atoms is a linear or branched chain hydrocarbon group, a monocyclic hydrocarbon group having no side chain or having a side chain, A polycyclic hydrocarbon group having no side chain or having a side chain, a spiro hydrocarbon group having no side chain or having a side chain, a hydrocarbon group having a ring assembly structure having no side chain or having a side chain, or Any of the chain hydrocarbon groups substituted by the cyclic hydrocarbon group is included. Further, it includes both a saturated hydrocarbon group and an unsaturated hydrocarbon group, but the unsaturated hydrocarbon group excludes a group containing an allene structure of C═C═C.
なお、以下においては、側鎖のない芳香族基、側鎖のある芳香族基、並びに、フェニルフェニル基又は側鎖のあるフェニルフェニル基等を併せて、アリール基といい、このアリール基で置換された直鎖状又は分岐状のアルキル基をアラルキル基という。他の環式炭化水素基に関しても、特に明記しない場合、環上に側鎖のないものとあるものを併せて指す場合には、単にシクロアルキル基等の名称を用いる。鎖状炭化水素基についても、直鎖状のものと分岐状のものを併せて指す場合には、単にアルキル基等の名称を用いる。 In the following, an aromatic group having no side chain, an aromatic group having a side chain, and a phenylphenyl group or a phenylphenyl group having a side chain are collectively referred to as an aryl group. The linear or branched alkyl group thus formed is called an aralkyl group. As for other cyclic hydrocarbon groups, unless otherwise specified, when referring to those having no side chain on the ring, names such as cycloalkyl groups are simply used. As for the chain hydrocarbon group, when referring to a straight chain and a branched chain together, a name such as an alkyl group is simply used.
上記炭化水素基中、−CH2−がカルボニル基、スルホニル基、−O−又は−S−で置換されると、それぞれケトン、スルホン、エーテル又はチオエーテルの構造が導入され、−CH3の−CH2−がカルボニル基、−O−又は−S−で置換されると、それぞれホルミル基(アルデヒド)、水酸基又はメルカプト基に変わり、あるいは、末端の=CH2が=O又は=Sに置換すると、ケトン、チオケトンの構造が導入されることを意味し、また、−CH2−のC−HがNに変わると、−NH−となり、>CH−のC−HがNに変わると、>N−となり、=CH−のC−HがNに変わると、=N−となり、末端の−CH3のC−HがNに変わると、−NH2が導入され、=CH2のC−HがNに変わると、=NHとなる。また、−CH3、−CH2−、=CH−、≡CH又は>CH−のC−HがC−ハロゲンで置換されると、当該炭素上へハロゲン原子を置換することになる。なお、炭素鎖中における−O−、−S−、Nへの置き換えは、当該炭化水素基に対する、それぞれオキサ置換、チア置換、アザ置換に当たり、例えば、炭化水素環の環の骨格炭素で起こると、炭化水素環のそれぞれ含酸素複素環、含硫黄複素環、含窒素複素環への変換となる。該炭化水素基中、CH2並びにC−Hにおける置換は、それぞれ独立に行われてよく、加えて、前記の置換を行った後、なお当該炭素上にCH2又はC−Hが残存する際には、更に置換がなされてもよい。更には、前記の置換により、−CH2−CH3の−CO−O−H;カルボン酸構造への変換等もなされる。
ハロゲン原子の例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を指すが、フッ素原子、塩素原子、臭素原子が好ましい。
In the hydrocarbon group, when —CH 2 — is substituted with a carbonyl group, a sulfonyl group, —O— or —S—, a structure of ketone, sulfone, ether or thioether is introduced, and —CH 3 —CH 3 When 2- is substituted with a carbonyl group, -O- or -S-, it is changed to a formyl group (aldehyde), a hydroxyl group or a mercapto group, respectively, or when the terminal = CH 2 is substituted with = O or = S, This means that the structure of a ketone or thioketone is introduced. When CH of —CH 2 — is changed to N, it is —NH—, and when CH of —CH— is changed to N,> N When —CH—C—H changes to N, it becomes = N—, and when —CH 3 C—H at the terminal changes to N, —NH 2 is introduced, and —CH 2 C—H Changes to N, = NH. In addition, when C—H of —CH 3 , —CH 2 —, ═CH—, ≡CH or> CH— is substituted with C-halogen, a halogen atom is substituted on the carbon. In addition, when the substitution to —O—, —S—, or N in the carbon chain corresponds to oxa substitution, thia substitution, or aza substitution for the hydrocarbon group, respectively, for example, occurs at the skeleton carbon of the ring of the hydrocarbon ring. The hydrocarbon ring is converted into an oxygen-containing heterocycle, a sulfur-containing heterocycle and a nitrogen-containing heterocycle, respectively. In the hydrocarbon group, the substitution in CH 2 and C—H may be carried out independently, and in addition, when CH 2 or C—H still remains on the carbon after the substitution described above. Further substitutions may be made. Furthermore, by the above substitution, conversion of —CH 2 —CH 3 to —CO—O—H; carboxylic acid structure, and the like is also performed.
Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom, and a fluorine atom, a chlorine atom and a bromine atom are preferable.
従って、上記炭化水素基としては、鎖状炭化水素基並びに環式炭化水素基等環構造を有する炭化水素基のいずれをも選択でき、例えば、飽和鎖状炭化水素基である直鎖状又は分岐状のアルキル基、不飽和鎖状炭化水素基である直鎖状又は分岐状のアルケニル基、直鎖状又は分岐状のアルキニル基、直鎖状又は分岐状のアルカジエニル基等、飽和な環式炭化水素基であるシクロアルキル基、不飽和な環式炭化水素基であるシクロアルケニル基、シクロアルキニル基、シクロアルカジエニル基等、芳香族炭化水素基であるアリール基、アラルキル基、アリールアルケニル基等が挙げられる。 Therefore, as the hydrocarbon group, both a chain hydrocarbon group and a hydrocarbon group having a cyclic structure such as a cyclic hydrocarbon group can be selected. For example, a straight chain or branched chain that is a saturated chain hydrocarbon group Saturated cyclic carbonization such as linear alkyl group, unsaturated chain hydrocarbon group linear or branched alkenyl group, linear or branched alkynyl group, linear or branched alkadienyl group, etc. Cycloalkenyl groups that are hydrogen groups, cycloalkenyl groups that are unsaturated cyclic hydrocarbon groups, cycloalkynyl groups, cycloalkadienyl groups, etc., aryl groups that are aromatic hydrocarbon groups, aralkyl groups, arylalkenyl groups, etc. Is mentioned.
更に詳しくいえば、直鎖状又は分岐状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、1−メチルプロピル基、ペンチル基、1−メチルブチル基、ヘキシル基、1−メチルペンチル基、ヘプチル基、1−メチルヘキシル基、1−エチルペンチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、2−メチルプロピル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、4−メチルペンチル基、メチルヘキシル基、メチルヘプチル基、メチルオクチル基、メチルノニル基、1,1−ジメチルエチル基、1,1−ジメチルプロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、2,6−ジメチルヘプチル基、3,7−ジメチルオクチル基、2−エチルヘキシル基等が挙げられる。シクロアルキルアルキル基としては、シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基等、シクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、メチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等が挙げられる。ビシクロアルキル基としては、ノルボルニル基、ビシクロ[2.2.2]オクチル基、アダマンチル基等が挙げられる。直鎖状又は分岐状のアルケニル基としては、例えばビニル基、アリル基、クロチル基(2−ブテニル基)、イソプロペニル基(1−メチルビニル基)等が挙げられる。シクロアルケニル基又はシクロアルカジエニル基としては、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基、シクロヘキサンジエニル基等が挙げられる。直鎖状又は分岐状のアルキニル基としては、例えばエチニル基、プロピニル基、ブチニル基等が挙げられる。アリール基としては、例えばフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−フェニルフェニル基、3−フェニルフェニル基、4−フェニルフェニル基、9−アントリル基、メチルフェニル基、ジメチルフェニル基、トリメチルフェニル基、エチルフェニル基、メチルエチルフェニル基、ジエチルフェニル基、プロピルフェニル基、ブチルフェニル基等が挙げられる。アラルキル基としては、例えばベンジル基、1−ナフチルメチル基、2−ナフチルメチル基、フェネチル基(2−フェニルエチル基)、1−フェニルエチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基、フェニルペンチル基、フェニルヘキシル基、メチルベンジル基、メチルフェネチル基、ジメチルベンジル基、ジメチルフェネチル基、トリメチルベンジル基、エチルベンジル基、ジエチルベンジル基等が挙げられる。アリールアルケニル基としては、例えばスチリル基、メチルスチリル基、エチルスチリル基、ジメチルスチリル基、3−フェニル−2−プロペニル基等が挙げられる。 More specifically, examples of the linear or branched alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a 1-methylpropyl group, a pentyl group, a 1-methylbutyl group, a hexyl group, 1-methylpentyl group, heptyl group, 1-methylhexyl group, 1-ethylpentyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, 2-methylpropyl group, 2- Methylbutyl group, 3-methylbutyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group, 4-methylpentyl group, methylhexyl group, methylheptyl group, methyloctyl group, methylnonyl group, 1,1-dimethylethyl group, 1 , 1-dimethylpropyl group, 2,2-dimethylpropyl group, 2,6-dimethylheptyl group, 3,7 Dimethyl octyl group, a 2-ethylhexyl group. Examples of the cycloalkylalkyl group include a cyclopentylmethyl group and a cyclohexylmethyl group, and examples of the cycloalkyl group include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a methylcyclopentyl group, a cyclohexyl group, a methylcyclohexyl group, a cycloheptyl group, and a cyclooctyl group. Etc. Examples of the bicycloalkyl group include a norbornyl group, a bicyclo [2.2.2] octyl group, an adamantyl group, and the like. Examples of the linear or branched alkenyl group include a vinyl group, an allyl group, a crotyl group (2-butenyl group), and an isopropenyl group (1-methylvinyl group). Examples of the cycloalkenyl group or cycloalkadienyl group include a cyclopentenyl group, a cyclopentadienyl group, a cyclohexenyl group, and a cyclohexanedienyl group. Examples of the linear or branched alkynyl group include an ethynyl group, a propynyl group, and a butynyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group, 1-naphthyl group, 2-naphthyl group, 2-phenylphenyl group, 3-phenylphenyl group, 4-phenylphenyl group, 9-anthryl group, methylphenyl group, dimethylphenyl group, Examples thereof include a trimethylphenyl group, an ethylphenyl group, a methylethylphenyl group, a diethylphenyl group, a propylphenyl group, and a butylphenyl group. Examples of aralkyl groups include benzyl, 1-naphthylmethyl, 2-naphthylmethyl, phenethyl (2-phenylethyl), 1-phenylethyl, phenylpropyl, phenylbutyl, phenylpentyl, phenyl Examples include hexyl group, methylbenzyl group, methylphenethyl group, dimethylbenzyl group, dimethylphenethyl group, trimethylbenzyl group, ethylbenzyl group, and diethylbenzyl group. Examples of the arylalkenyl group include a styryl group, a methylstyryl group, an ethylstyryl group, a dimethylstyryl group, and a 3-phenyl-2-propenyl group.
上記炭化水素基中のCH2がカルボニル基、スルホニル基、O又はSで、又はC−HがN又はC−ハロゲンで置換された基としては、ケトン、アルデヒド、カルボン酸、エステル、スルホン、エーテル、チオエーテル、アミン、アルコール、チオール、ハロゲン、複素環(例えば、含酸素複素環、含硫黄複素環、含窒素複素環)等の構造を一つ以上含む基が挙げられる。なお、含酸素複素環、含硫黄複素環、含窒素複素環とは、環式炭化水素基の環骨格の炭素がそれぞれ酸素、硫黄、窒素で置換するものを意味し、これらヘテロ原子置換が二種以上ある複素環であってもよい。上記の置換を有する炭化水素基としては、例えば、ケトン構造のアセチルメチル基、アセチルフェニル基;エステル構造のアセトキシ基、プロピオキシ基;スルホン構造のメタンスルホニルメチル基;エーテル構造のメトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、メトキシプロピル基、ブトキシエチル基、エトキシエトキシエチル基、メトキシフェニル基、ジメトキシフェニル基、フェノキシメチル基;チオエーテル構造のメチルチオメチル基、メチルチオフェニル基;アミン構造のアミノメチル基、2−アミノエチル基、2−アミノプロピル基、3−アミノプロピル基、2,3−ジアミノプロピル基、2−アミノブチル基、3−アミノブチル基、4−アミノブチル基、2,3−ジアミノブチル基、2,4−ジアミノブチル基、3,4−ジアミノブチル基、2,3,4−トリアミノブチル基、メチルアミノメチル基、ジメチルアミノメチル基、メチルアミノエチル基、プロピルアミノメチル基、シクロペンチルアミノメチル基、アミノフェニル基、ジアミノフェニル基、アミノメチルフェニル基;含酸素複素環のテトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、モルホリルエチル基;含酸素複素芳香環のフリル基、フルフリル基、ベンゾフリル基、ベンゾフルフリル基;含硫黄複素芳香環のチエニル基;含窒素複素芳香環のピロリル基、イミダゾリル基、オキサゾリル基、チアジアゾリル基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、ピラジニル基、テトラジニル基、キノリル基、イソキノリル基、ピリジルメチル基;アルコール構造の2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、2,3−ジヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、4−ヒドロキシブチル基、2,3−ジヒドロキシブチル基、2,4−ジヒドロキシブチル基、3,4−ジヒドロキシブチル基、2,3,4−トリヒドロキシブチル基、ヒドロキシフェニル基、ジヒドロキシフェニル基、ヒドロキシメチルフェニル基、ヒドロキシエチルフェニル基;チオール構造の2−メルカプトエチル基、2−メルカプトプロピル基、3−メルカプトプロピル基、2,3−ジメルカプトプロピル基、2−メルカプトブチル基、3−メルカプトブチル基、4−メルカプトブチル基、メルカプトフェニル基;ハロゲン化炭化水素基である2−クロロエチル基、2−クロロプロピル基、3−クロロプロピル基、2−クロロブチル基、3−クロロブチル基、4−クロロブチル基、フルオロフェニル基、クロロフェニル基、ブロモフェニル基、ジフルオロフェニル基、ジクロロフェニル基、ジブロモフェニル基、クロロフルオロフェニル基、トリフルオロフェニル基、トリクロロフェニル基、フルオロメチルフェニル基、トリフルオロメチルフェニル基;アミン構造とアルコール構造を有する2−アミノ−3−ヒドロキシプロピル基、3−アミノ−2−ヒドロキシプロピル基、2−アミノ−3−ヒドロキシブチル基、3−アミノ−2−ヒドロキシブチル基、2−アミノ−4−ヒドロキシブチル基、4−アミノ−2−ヒドロキシブチル基、3−アミノ−4−ヒドロキシブチル基、4−アミノ−3−ヒドロキシブチル基、2,4−ジアミノ−3−ヒドロキシブチル基、3−アミノ−2,4−ジヒドロキシブチル基、2,3−ジアミノ−4−ヒドロキシブチル基、4−アミノ−2,3−ジヒドロキシブチル基、3,4−ジアミノ−2−ヒドロキシブチル基、2−アミノ−3,4−ジヒドロキシブチル基、アミノヒドロキシフェニル基;ハロゲンと水酸基で置換された炭化水素基であるフルオロヒドロキシフェニル基、クロロヒドロキシフェニル基;カルボン構造のカルボキシフェニル基等が挙げられる。 R1及びR2で表される非対称の2価の基としては、特に制限はなく、例えば、ノルボルナン−2−イリデン、2−ノルボルネン−5−イリデンが挙げられる。 The hydrocarbon CH 2 carbonyl groups in the group, a sulfonyl group, O or S, or as a CH is substituted with N or C- halogen, ketone, aldehyde, carboxylic acid, ester, sulfone, ether , A thioether, an amine, an alcohol, a thiol, a halogen, a group containing at least one structure such as a heterocyclic ring (for example, an oxygen-containing heterocyclic ring, a sulfur-containing heterocyclic ring, or a nitrogen-containing heterocyclic ring). The oxygen-containing heterocycle, sulfur-containing heterocycle, and nitrogen-containing heterocycle mean those in which the carbon of the ring skeleton of the cyclic hydrocarbon group is substituted with oxygen, sulfur, or nitrogen, respectively. There may be more than one kind of heterocycle. Examples of the hydrocarbon group having the above-described substitution include an acetylmethyl group and an acetylphenyl group having a ketone structure; an acetoxy group and a propoxy group having an ester structure; a methanesulfonylmethyl group having a sulfone structure; a methoxymethyl group having an ether structure, and a methoxyethyl group. Group, ethoxyethyl group, methoxypropyl group, butoxyethyl group, ethoxyethoxyethyl group, methoxyphenyl group, dimethoxyphenyl group, phenoxymethyl group; thioether structure methylthiomethyl group, methylthiophenyl group; amine structure aminomethyl group, 2 -Aminoethyl group, 2-aminopropyl group, 3-aminopropyl group, 2,3-diaminopropyl group, 2-aminobutyl group, 3-aminobutyl group, 4-aminobutyl group, 2,3-diaminobutyl group 2,4-diaminobutyl group, 3 , 4-Diaminobutyl group, 2,3,4-triaminobutyl group, methylaminomethyl group, dimethylaminomethyl group, methylaminoethyl group, propylaminomethyl group, cyclopentylaminomethyl group, aminophenyl group, diaminophenyl group , Aminomethylphenyl group; oxygen-containing heterocyclic tetrahydrofuranyl group, tetrahydropyranyl group, morpholylethyl group; oxygen-containing heteroaromatic furyl group, furfuryl group, benzofuryl group, benzofurfuryl group; sulfur-containing heteroaromatic ring thienyl Group: pyrrolyl group, imidazolyl group, oxazolyl group, thiadiazolyl group, pyridyl group, pyrimidinyl group, pyridazinyl group, pyrazinyl group, tetrazinyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, pyridylmethyl group of nitrogen-containing heteroaromatic ring; Hydroxyethyl 2-hydroxypropyl group, 3-hydroxypropyl group, 2,3-dihydroxypropyl group, 2-hydroxybutyl group, 3-hydroxybutyl group, 4-hydroxybutyl group, 2,3-dihydroxybutyl group, 2,4 -Dihydroxybutyl group, 3,4-dihydroxybutyl group, 2,3,4-trihydroxybutyl group, hydroxyphenyl group, dihydroxyphenyl group, hydroxymethylphenyl group, hydroxyethylphenyl group; 2-mercaptoethyl group of thiol structure 2-mercaptopropyl group, 3-mercaptopropyl group, 2,3-dimercaptopropyl group, 2-mercaptobutyl group, 3-mercaptobutyl group, 4-mercaptobutyl group, mercaptophenyl group; halogenated hydrocarbon group Certain 2-chloroethyl groups, 2-chloropropiyl Group, 3-chloropropyl group, 2-chlorobutyl group, 3-chlorobutyl group, 4-chlorobutyl group, fluorophenyl group, chlorophenyl group, bromophenyl group, difluorophenyl group, dichlorophenyl group, dibromophenyl group, chlorofluorophenyl group, Trifluorophenyl group, trichlorophenyl group, fluoromethylphenyl group, trifluoromethylphenyl group; 2-amino-3-hydroxypropyl group, 3-amino-2-hydroxypropyl group, 2-amino having an amine structure and an alcohol structure -3-hydroxybutyl group, 3-amino-2-hydroxybutyl group, 2-amino-4-hydroxybutyl group, 4-amino-2-hydroxybutyl group, 3-amino-4-hydroxybutyl group, 4-amino -3-hydroxybutyl group, 2,4- Diamino-3-hydroxybutyl group, 3-amino-2,4-dihydroxybutyl group, 2,3-diamino-4-hydroxybutyl group, 4-amino-2,3-dihydroxybutyl group, 3,4-diamino- 2-hydroxybutyl group, 2-amino-3,4-dihydroxybutyl group, aminohydroxyphenyl group; fluorohydroxyphenyl group, chlorohydroxyphenyl group, which is a hydrocarbon group substituted with a halogen and a hydroxyl group; carboxyphenyl having a carboxylic structure Groups and the like. The asymmetric divalent group represented by R 1 and R 2 is not particularly limited, and examples thereof include norbornane-2-ylidene and 2-norbornene-5-ylidene.
上記式(I)で示されるカルボニル化合物としては、例えば、ベンズアルデヒド、m−フェノキシベンズアルデヒド、p−メチルベンズアルデヒド、o−クロロベンズアルデヒド、m−クロロベンズアルデヒド、p−クロロベンズアルデヒド、m−ニトロベンズアルデヒド、3,4−メチレンジオキシベンズアルデヒド、2,3−メチレンジオキシベンズアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、フルフラール、2-ピリジンカルボキシアルデヒド、3-ピリジンカルボキシアルデヒド、4-ピリジンカルボキシアルデヒド等の芳香族アルデヒド;アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、バレルアルデヒド、シクロヘキサンアルデヒド、4−ヒドロキシ−3,3−ジメチルブチルアルデヒド等の脂肪族アルデヒド;エチルメチルケトン、ブチルメチルケトン、メチルプロピルケトン、イソプロピルメチルケトン、メチルペンチルケトン、メチル(2−メチルプロピル)ケトン、メチル(3−メチルブチル)ケトン等の飽和脂肪族ケトン;メチル(2−プロペニル)ケトン、(3−ブテニル)メチルケトン等の不飽和脂肪族ケトン;(3−クロロプロピル)メチルケトン等のアルキル(ハロアルキル)ケトン;2−(アルコキシカルボニルアミノ)−3−シクロヘキシルプロピオンアルデヒド等の2−(保護アミノ)アルデヒド;3−メチルチオプロピオンアルデヒド等のアルキルチオ脂肪族アルデヒドが挙げられる。ベンズアルデヒド、o−クロロベンズアルデヒド、m−クロロベンズアルデヒド、p−クロロベンズアルデヒド、2-ピリジンカルボキシアルデヒド、3−ピリジンカルボキシアルデヒド、4−ピリジンカルボキシアルデヒド、4−ヒドロキシ−3,3−ジメチルブチルアルデヒドが好ましく使用されるが、特に好ましく使用されるのはベンズアルデヒドである。 Examples of the carbonyl compound represented by the above formula (I) include benzaldehyde, m-phenoxybenzaldehyde, p-methylbenzaldehyde, o-chlorobenzaldehyde, m-chlorobenzaldehyde, p-chlorobenzaldehyde, m-nitrobenzaldehyde, 3,4 -Aromatic aldehydes such as methylenedioxybenzaldehyde, 2,3-methylenedioxybenzaldehyde, phenylacetaldehyde, furfural, 2-pyridinecarboxaldehyde, 3-pyridinecarboxaldehyde, 4-pyridinecarboxaldehyde; acetaldehyde, butyraldehyde, isobutyraldehyde , Aldehydes such as valeraldehyde, cyclohexanealdehyde, 4-hydroxy-3,3-dimethylbutyraldehyde; ethyl methyl Saturated aliphatic ketones such as ketone, butyl methyl ketone, methyl propyl ketone, isopropyl methyl ketone, methyl pentyl ketone, methyl (2-methylpropyl) ketone, methyl (3-methylbutyl) ketone; methyl (2-propenyl) ketone, ( Unsaturated aliphatic ketones such as 3-butenyl) methyl ketone; alkyl (haloalkyl) ketones such as (3-chloropropyl) methyl ketone; 2- (protected amino) aldehydes such as 2- (alkoxycarbonylamino) -3-cyclohexylpropionaldehyde Alkylthioaliphatic aldehydes such as 3-methylthiopropionaldehyde. Benzaldehyde, o-chlorobenzaldehyde, m-chlorobenzaldehyde, p-chlorobenzaldehyde, 2-pyridinecarboxaldehyde, 3-pyridinecarboxaldehyde, 4-pyridinecarboxaldehyde, 4-hydroxy-3,3-dimethylbutyraldehyde are preferably used. However, benzaldehyde is particularly preferably used.
本シアンヒドリン製造方法に使用する酵素は、HCNの存在下、カルボニル化合物から光学活性シアンヒドリンを合成する活性を有する酵素を意味する。そのような酵素としては、ヒドロキシニトリルリアーゼが挙げられる。R体のシアンヒドリンを合成するヒドロキシニトリルリアーゼ((R)-ヒドロキシニトリルリアーゼ)としては、アーモンド(Prunus amygdalus)等のバラ科植物由来の(R)-ヒドロキシニトリルリアーゼ、アマ科植物由来の(R)-ヒドロキシニトリルリアーゼを例示できる。S体のシアンヒドリンを合成するヒドロキシニトリルリアーゼ((S)-ヒドロキシニトリルリアーゼ)としては、モロコシ(Sorghum bicolor)等のイネ科植物由来の(S)-ヒドロキシニトリルリアーゼ、キャッサバ(Manihot esculenta)、パラゴムノキ(Hevea brasiliensis)等のトウダイグサ科植物由来の(S)-ヒドロキシニトリルリアーゼ、キシメニア(Ximenia americana)等のボロボロノキ科植物由来の(S)-ヒドロキシニトリルリアーゼを例示できる。キャッサバ(Manihot esculenta)由来ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子の塩基配列は公知であり、文献等に公開されている(Jane Hughes et al, Arch.Biochem.Biophys.331(1994)496−502及びGenBank accession number Z29091)。該遺伝子の塩基配列を配列番号2に表す。また、該遺伝子がコードするアミノ酸配列は配列番号1に表す。 The enzyme used in the present method for producing cyanohydrin means an enzyme having an activity of synthesizing optically active cyanohydrin from a carbonyl compound in the presence of HCN. Such enzymes include hydroxynitrile lyase. Examples of hydroxynitrile lyase ((R) -hydroxynitrile lyase) for synthesizing R cyanohydrin include (R) -hydroxynitrile lyase derived from rose family plants such as almond (Prunus amygdalus), (R) derived from flaxaceae plants. -Hydroxynitrile lyase can be exemplified. Hydroxy nitrile lyase ((S) -hydroxy nitrile lyase) for synthesizing S cyanohydrin includes (S) -hydroxy nitrile lyase derived from gramineous plants such as Sorghum bicolor, cassava (Manihot esculenta), para rubber tree ( Examples include (S) -hydroxynitrile lyase derived from Euphorbiaceae plants such as Hevea brasiliensis, and (S) -hydroxynitrile lyase derived from Boroboroda plants such as Ximeria americana. The base sequence of the hydroxynitrile lyase gene derived from cassava (Manihot esculenta) is known and published in the literature (Jane Hughes et al, Arch. Biochem. Biophys. 331 (1994) 495-502 and GenBank accession number Z29091). . The base sequence of this gene is represented by SEQ ID NO: 2. The amino acid sequence encoded by the gene is represented by SEQ ID NO: 1.
前記ヒドロキシニトリルリアーゼは、生物組織からの抽出によって調製することができる。また、ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子をクローニングし、当該遺伝子を組み込んで作製した遺伝子組換え生物によっても生産し、調整することができる。さらには、ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子を改変し、酵素機能を改変したヒドロキシニトリルリアーゼも、光学活性シアンヒドリンの合成活性を有するものであれば調整することができる。
ヒドロキシニトリルリアーゼの抽出は常法によって行うことができる。抽出した調整物は、反応に悪影響を与えなければ本製造方法の酵素として使用することができる。例えば、調製が容易であることから、ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子を組み込んで作成した遺伝子組換え大腸菌(Escherichia coli)を用いて調整するヒドロキシニトリルリアーゼが好ましい。
ヒドロキシニトリルリアーゼの形態は、粉末状酵素、緩衝液等に溶解させた酵素水溶液、適当な担体に固定化してなる固定化酵素等のいずれのものでも使用することができる。調製が容易であることから、緩衝液等に溶解させた酵素水溶液とすることが好ましい。酵素水溶液は、夾雑物を含む懸濁液でも良く、例えば、遺伝子組換え大腸菌を破砕して得られる懸濁液が挙げられる。
The hydroxynitrile lyase can be prepared by extraction from biological tissue. It can also be produced and adjusted by a recombinant organism produced by cloning a hydroxynitrile lyase gene and incorporating the gene. Furthermore, the hydroxynitrile lyase modified by modifying the hydroxynitrile lyase gene and the enzyme function can be adjusted as long as it has an activity of synthesizing optically active cyanohydrin.
Hydroxynitrile lyase can be extracted by a conventional method. The extracted preparation can be used as an enzyme in this production method as long as it does not adversely affect the reaction. For example, hydroxynitrile lyase prepared using a genetically modified Escherichia coli prepared by incorporating a hydroxynitrile lyase gene is preferable because preparation is easy.
As the form of the hydroxynitrile lyase, any of powdered enzyme, an enzyme aqueous solution dissolved in a buffer solution, an immobilized enzyme immobilized on an appropriate carrier, and the like can be used. Since the preparation is easy, it is preferable to use an aqueous enzyme solution dissolved in a buffer solution or the like. The enzyme aqueous solution may be a suspension containing impurities, for example, a suspension obtained by crushing genetically modified E. coli.
本シアンヒドリンの製造方法は、生産性を高めるために、酵素反応を水と実質的に混和しない有機溶媒の存在下で行う。ここで、「水と実質的に混和しない有機溶媒」とは、有機溶媒を25℃で水と重量比1:1に混合した場合に二層に分離する有機溶媒を意味する。有機溶媒は、水と実質的に混和せず、基質及び生成物を充分に溶解し、酵素反応に悪影響を与えないものであれば特に制限されない。このような有機溶媒は、基質のアルデヒド又はケトンの物性、生成物である光学活性シアンヒドリンの物性に応じて適宜選択する。 In the present method for producing cyanohydrin, the enzymatic reaction is carried out in the presence of an organic solvent substantially immiscible with water in order to increase productivity. Here, “an organic solvent substantially immiscible with water” means an organic solvent that separates into two layers when the organic solvent is mixed with water at 25 ° C. in a weight ratio of 1: 1. The organic solvent is not particularly limited as long as it is substantially immiscible with water, sufficiently dissolves the substrate and the product, and does not adversely affect the enzyme reaction. Such an organic solvent is appropriately selected according to the physical properties of the substrate aldehyde or ketone and the physical properties of the product optically active cyanohydrin.
水と実質的に混和しない有機溶媒としては、具体的には、ハロゲン化されていても良い炭化水素系溶媒(例えば、直鎖状、分岐状又は環状の飽和又は不飽和脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素)、例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、塩化メチレン、クロロホルム等;ハロゲン化されていても良いアルコール系溶媒(例えば、直鎖状、分岐状又は環状の飽和又は不飽和脂肪族アルコール、アラルキルアルコール)、例えば、n−ブタノール、イソブタノール、t−ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、n−アミルアルコール等;ハロゲン化されていてもよいエーテル系溶媒(例えば、直鎖状、分岐状又は環状の飽和又は不飽和脂肪族エーテル、芳香族エーテル)、例えば、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジメトキシエタン等;ハロゲン化されていてもよいエステル系溶媒(例えば、直鎖状、分岐状又は環状の飽和又は不飽和脂肪族エステル、芳香族エステル)、例えば、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル等が挙げられる。これらを単独で用いてもまた2種以上を混合して用いても良い。特に、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、t−ブチルメチルエーテルを用いるのが好ましい。
有機溶媒は、水又は水性緩衝液で飽和していることが好ましい。水性緩衝液のpHは、酵素活性の最適pHとすることが好ましい。pHは、pH4.0〜7.0で緩衝能を発揮する緩衝液、例えば、リン酸、クエン酸、グルタル酸、リンゴ酸、マロン酸、o-フタル酸、コハク酸、酢酸等の塩によって構成される緩衝液等とすることが好ましい。
有機溶媒は、HCNを予め含んでいてもよく、そのHCN濃度は、特に制限されない。HCNを20質量%以下とすることが好ましく、10質量%以下とすることが特に好ましい。有機溶媒中のHCNの濃度は、有機溶媒で希釈するか又はHCNを有機溶媒に加えることにより所望の濃度に調整することが好ましい。
Specific examples of organic solvents that are substantially immiscible with water include hydrocarbon solvents that may be halogenated (for example, linear, branched or cyclic saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbons, aromatics). Group hydrocarbons), for example, pentane, hexane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, methylene chloride, chloroform, etc .; alcohol solvents that may be halogenated (for example, linear, branched or cyclic saturated or unsaturated). Saturated aliphatic alcohols, aralkyl alcohols) such as n-butanol, isobutanol, t-butanol, hexanol, cyclohexanol, n-amyl alcohol, etc .; ether solvents that may be halogenated (for example, linear, Branched or cyclic saturated or unsaturated aliphatic ethers, aromatic ethers) such as diethyl ether , Dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, t-butyl methyl ether, dimethoxyethane and the like; ester solvents which may be halogenated (for example, linear, branched or cyclic saturated or unsaturated aliphatic) Ester, aromatic ester), for example, methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl propionate and the like. These may be used alone or in admixture of two or more. In particular, it is preferable to use diisopropyl ether, dibutyl ether, or t-butyl methyl ether.
The organic solvent is preferably saturated with water or an aqueous buffer. The pH of the aqueous buffer is preferably the optimum pH for enzyme activity. The pH is constituted by a buffer solution that exhibits buffering ability at pH 4.0 to 7.0, for example, salts of phosphoric acid, citric acid, glutaric acid, malic acid, malonic acid, o-phthalic acid, succinic acid, acetic acid, etc. It is preferable to use a buffer solution or the like.
The organic solvent may contain HCN in advance, and the HCN concentration is not particularly limited. HCN is preferably 20% by mass or less, particularly preferably 10% by mass or less. The concentration of HCN in the organic solvent is preferably adjusted to a desired concentration by diluting with an organic solvent or adding HCN to the organic solvent.
酵素反応溶液は、有機溶媒が共存していれば、特に制限されない。酵素反応が進行する溶液、例えば、有機溶媒、有機溶媒及び微水又は水及び有機溶媒の二相溶液等いずれでも良い。水及び有機溶媒の二相溶液とすることが好ましい。 The enzyme reaction solution is not particularly limited as long as an organic solvent coexists. Any solution in which an enzymatic reaction proceeds, for example, an organic solvent, an organic solvent and fine water, or a two-phase solution of water and an organic solvent may be used. A two-phase solution of water and an organic solvent is preferred.
ヒドロキシニトリルリアーゼの使用量は、目的反応が進行する量、例えば、最終的なカルボニル化合物の使用量の1mmolあたり、1〜1000単位使用するが、ヒドロキシニトリルリアーゼの使用量が少なく経済的であること、また、有機溶剤及び/又は水を留去した後の光学活性シアンヒドリンを含む混合物を鉱酸による加水分解工程に供する場合に生じる着色が少ないことから、最終的なカルボニル化合物の使用量の1mmolあたり1〜20単位を使用することが好ましく、1〜10単位を使用することが特に好ましい。 ここで、「最終的なカルボニル化合物の使用量」とは反応開始から反応終了までに使用するカルボニル化合物の全量のことを意味する。1単位(U; unit)とは、DL−マンデロニトリルを基質として1分間にベンズアルデヒド1μmolを生成する活性と定義する。その活性は特表平11−508775 号公報に記載の方法により測定することができる。 The amount of the hydroxynitrile lyase used is 1 to 1000 units per 1 mmol of the final reaction amount of the carbonyl compound, for example, the final amount of the carbonyl compound used. In addition, since there is little coloration when the mixture containing the optically active cyanohydrin after distilling off the organic solvent and / or water is subjected to a hydrolysis step with a mineral acid, per 1 mmol of the final amount of carbonyl compound used. It is preferable to use 1 to 20 units, and it is particularly preferable to use 1 to 10 units. Here, “final amount of carbonyl compound used” means the total amount of carbonyl compound used from the start of the reaction to the end of the reaction. One unit (U; unit) is defined as the activity of producing 1 μmol of benzaldehyde per minute using DL-mandelonitrile as a substrate. The activity can be measured by the method described in JP-T-11-508775.
反応温度は、−10〜40℃とすることが好ましい。この範囲内であると反応系を冷却するためのエネルギー消費量が削減される。また、カルボニル化合物への非酵素的反応でのHCN付加による光学純度の低下が防止できる。温度は、0〜30℃とすることがより好ましく、4〜20℃とすることが特に好ましい。 The reaction temperature is preferably −10 to 40 ° C. Within this range, the energy consumption for cooling the reaction system is reduced. Further, it is possible to prevent a decrease in optical purity due to addition of HCN in a non-enzymatic reaction to a carbonyl compound. The temperature is more preferably 0 to 30 ° C, and particularly preferably 4 to 20 ° C.
酵素反応溶液は、水と混和しない有機溶媒及びヒドロキシニトリルリアーゼを含む溶液に対して、HCN及び/又はカルボニル化合物を添加して調製する。酵素反応溶液中のカルボニル化合物の濃度は、0.4mol/kg以下に維持する。0.4mol/kgを超えると酵素反応溶液中にカルボニル化合物が高濃度に存在し、ヒドロキシニトリルリアーゼの活性が著しく低下するため、酵素反応溶液中に高い光学純度、例えば90%e.e.以上で30重量%以上の光学活性シアンヒドリンを蓄積することが困難となる。また、酵素反応溶液中に滞留するカルボニル化合物の影響による、ヒドロキシニトリルリアーゼの活性低下を防止する点から、酵素反応溶液中のカルボニル化合物のモル濃度がHCNのモル濃度以下である状態を維持することが好ましく、0.2mol/kg以下とすることが特に好ましい。下限は、1μmol/kg以上に維持することが好ましく、1mmol/kg以上とすることが特に好ましい。 The enzyme reaction solution is prepared by adding HCN and / or a carbonyl compound to a solution containing an organic solvent immiscible with water and a hydroxynitrile lyase. The concentration of the carbonyl compound in the enzyme reaction solution is maintained at 0.4 mol / kg or less. If it exceeds 0.4 mol / kg, the carbonyl compound is present in a high concentration in the enzyme reaction solution, and the activity of the hydroxynitrile lyase is remarkably reduced. Therefore, the enzyme reaction solution has a high optical purity, for example, 90% e.e. or higher. Therefore, it becomes difficult to accumulate 30% by weight or more of optically active cyanohydrin. In addition, in order to prevent the activity of the hydroxynitrile lyase from being reduced due to the influence of the carbonyl compound staying in the enzyme reaction solution, the state in which the molar concentration of the carbonyl compound in the enzyme reaction solution is lower than the molar concentration of HCN is maintained. Is preferable, and is particularly preferably 0.2 mol / kg or less. The lower limit is preferably maintained at 1 μmol / kg or more, particularly preferably 1 mmol / kg or more.
酵素反応溶液中のHCN濃度は特に制限されないが、20重量%以下とすることが好ましい。酵素反応溶液中のHCN濃度は、10重量%以下に維持することがより好ましく、4.5重量%以下とすることが特に好ましい。下限は、酵素反応溶液中のカルボニル化合物のモル濃度を以上であれば良い。酵素反応溶液中のHCN濃度は、0.01重量%以上に維持することが好ましい。
例えば、水と混和しない有機溶剤及びヒドロキシニトリルリアーゼを含む溶液中に対して、好ましくはHCN濃度が10質量%を超えないように溶液中にHCNを添加する。その後、カルボニル化合物を0.4mol/kg以下かつHCNの濃度を下回る濃度に維持しながら添加する。酵素反応溶液中にHCN及びカルボニル化合物を添加すると、酵素反応によりHCN及びカルボニル化合物は光学活性シアンヒドリンに変換し、消費される。消費されるHCN及びカルボニル化合物を補うため、HCN及び/又はカルボニル化合物を逐次添加する。添加方法は、複数回に分けて添加する方法又は連続的に滴下する方法等が挙げられる。カルボニル化合物が0.4mol/kg以下かつHCNのモル濃度を下回る状態を維持する。
上述の方法により、光学活性シアンヒドリンは高い光学純度、例えば90%e.e.以上で、反応系内に30質量%以上蓄積することができる。この蓄積濃度以上であると、該光学活性シアンヒドリンに対するヒドロキシニトリルリアーゼ及び有機溶剤の使用量が相対的に抑えられ、経済的に有利となる。
The HCN concentration in the enzyme reaction solution is not particularly limited, but is preferably 20% by weight or less. The HCN concentration in the enzyme reaction solution is more preferably maintained at 10% by weight or less, and particularly preferably 4.5% by weight or less. The lower limit should just be more than the molar concentration of the carbonyl compound in an enzyme reaction solution. The HCN concentration in the enzyme reaction solution is preferably maintained at 0.01% by weight or more.
For example, HCN is preferably added to a solution containing an organic solvent immiscible with water and a hydroxynitrile lyase so that the HCN concentration does not exceed 10% by mass. Thereafter, the carbonyl compound is added while maintaining the concentration to 0.4 mol / kg or less and lower than the concentration of HCN. When HCN and a carbonyl compound are added to the enzyme reaction solution, HCN and the carbonyl compound are converted into optically active cyanohydrin by the enzyme reaction and consumed. In order to supplement the consumed HCN and carbonyl compounds, HCN and / or carbonyl compounds are added sequentially. Examples of the addition method include a method of adding in a plurality of times or a method of dropping continuously. The state in which the carbonyl compound is 0.4 mol / kg or less and lower than the molar concentration of HCN is maintained.
By the method described above, the optically active cyanohydrin has a high optical purity, for example 90% e. e. Thus, 30% by mass or more can be accumulated in the reaction system. When the concentration is higher than this accumulated concentration, the amount of hydroxynitrile lyase and organic solvent used relative to the optically active cyanohydrin is relatively suppressed, which is economically advantageous.
反応系内のカルボニル化合物のモル濃度を0.4mol/kg以下に維持するために、HPLC分析によって反応系内のカルボニル化合物のモル濃度を測定してカルボニル化合物を添加しても良く、または、反応条件におけるカルボニル化合物の消費速度を予め測定し、その消費速度以下の速度で連続的にカルボニル化合物を添加しても良い。あるいは、予めHCNが好ましくは10質量%を超えないように反応系内に添加した後、カルボニル化合物及びHCNをそのモル比が1:1又はHCNが小過剰となるよう同時に添加しても良い。あるいは、反応系内のHCN濃度を滴定し、HCN濃度が10質量%を超えないようにHCNを添加しても良い。 In order to maintain the molar concentration of the carbonyl compound in the reaction system at 0.4 mol / kg or less, the carbonyl compound may be added by measuring the molar concentration of the carbonyl compound in the reaction system by HPLC analysis, or the reaction The consumption rate of the carbonyl compound under conditions may be measured in advance, and the carbonyl compound may be continuously added at a rate lower than the consumption rate. Alternatively, HCN may be added in advance in the reaction system so that preferably HCN does not exceed 10% by mass, and then the carbonyl compound and HCN may be added simultaneously so that the molar ratio thereof is 1: 1 or HCN is slightly excessive. Alternatively, the HCN concentration in the reaction system may be titrated and HCN added so that the HCN concentration does not exceed 10% by mass.
また、HCNの使用量は、最終的なカルボニル化合物の使用量に対して、1〜4倍モル使用するが、反応後に大量のHCNが酵素反応溶液中に残留せず、安全であることから、HCNの使用量は、1〜1.5倍モルとすることが好ましい。 In addition, the amount of HCN used is 1 to 4 times the mole of the final amount of carbonyl compound used, but since a large amount of HCN does not remain in the enzyme reaction solution after the reaction, it is safe. The amount of HCN used is preferably 1 to 1.5 moles.
反応時間は、酵素反応溶液中の光学活性シアンヒドリンの濃度が30重量%以上に達するまでの時間以上であれば良い。酵素反応溶液中へのHCN及び/又はカルボニル化合物を含む溶液を添加し始めてから添加終了となるまでの時間は、反応熱による急激な温度上昇を防ぐために2時間以上とすることが好ましい。 The reaction time may be longer than the time until the concentration of the optically active cyanohydrin in the enzyme reaction solution reaches 30% by weight or more. The time from the start of the addition of the solution containing HCN and / or carbonyl compound to the end of the enzyme reaction solution until the end of the addition is preferably 2 hours or more in order to prevent a rapid temperature increase due to the heat of reaction.
本シアンヒドリン製造は、HCN及び/又はカルボニル化合物の添加の最中及び/又は添加の終了後、撹拌等により酵素が反応系内に分散するようにする。酵素反応溶液の混合を止め酵素反応を終了する。光学活性シアンヒドリンを含む有機相とヒドロキシニトリルリアーゼを常法により分離するか又はヒドロキシニトリルリアーゼを分離せずに、有機溶剤及び/又は水を留去して光学活性シアンヒドリンを回収する。ヒドロキシニトリルリアーゼを分離することなく、有機溶剤及び/又は水を留去して光学活性シアンヒドリンを回収することが好ましい。この方法で回収すると有機相と酵素との分離工程が省略でき、効率的に光学活性シアンヒドリンを回収できる。また、光学活性シアンヒドリンの固結を防ぐことができる。 In the present cyanohydrin production, the enzyme is dispersed in the reaction system by stirring or the like during and / or after the addition of HCN and / or carbonyl compound. Stop mixing the enzyme reaction solution to finish the enzyme reaction. The organic phase containing optically active cyanohydrin and the hydroxynitrile lyase are separated by a conventional method, or the organic solvent and / or water is distilled off without separating the hydroxynitrile lyase to recover the optically active cyanohydrin. It is preferable to recover the optically active cyanohydrin by distilling off the organic solvent and / or water without separating the hydroxynitrile lyase. When recovered by this method, the step of separating the organic phase and the enzyme can be omitted, and optically active cyanohydrin can be efficiently recovered. Moreover, caking of the optically active cyanohydrin can be prevented.
ここで、反応溶液から有機溶剤及び/又は水を留去する工程は、光学活性シアンヒドリンが高温で不安定であるため、常圧高温下で実施するよりも、減圧下に比較的低い温度で実施することが好ましい。また、留去工程で、シアンヒドリンの公知の安定化剤を添加しても良い。安定化剤としては濃縮残渣を酸性に維持できるものであれば良い。濃縮残渣とは、有機溶剤、水、酵素及び光学活性シアンヒドリンからなる反応溶液から、有機溶剤及び/又は水を留去した光学活性シアンヒドリン及び酵素の残骸を主成分としたものである。
安定化剤は、p-トルエンスルホン酸、酢酸等の有機酸、硫酸等の無機酸等が挙げられる。光学活性シアンヒドリンに対して安定化剤を1/200〜1/10モル添加することが好ましい。
上述の留去工程により、光学活性シアンヒドリンを含む溶液中の光学活性シアンヒドリンの含有率が50質量%以上とすることが好ましい。含有率が80重量%以上とすることがより好ましく、90重量%以上とすることが特に好ましい。
留去工程の減圧度及び温度は、有機溶媒の種類に応じて適宜選択する。通常、t-ブチルメチルエーテルやジイソプロピルエーテル等の沸点が約30〜100℃付近の溶媒を用いる場合には、蒸留温度を0〜100℃とすることが好ましい。蒸留温度は、20〜70℃とすることがより好ましく、20〜60℃とすることが特に好ましい。減圧度は、1〜600Torrとすることが好ましく、5〜400Torrとすることが特に好ましい。また、留出した溶媒は、溶媒を捕集するのに十分な温度、例えば、10℃以下に冷却した冷却管を使い捕集する。この方法で行うと効率が良い。
Here, the step of distilling off the organic solvent and / or water from the reaction solution is performed at a relatively low temperature under reduced pressure rather than under normal pressure and high temperature because optically active cyanohydrin is unstable at high temperature. It is preferable to do. Further, a known stabilizer for cyanohydrin may be added in the distillation step. Any stabilizer can be used as long as it can maintain the concentrated residue acidic. The concentrated residue is mainly composed of optically active cyanohydrin and enzyme debris obtained by distilling off the organic solvent and / or water from a reaction solution composed of an organic solvent, water, an enzyme and optically active cyanohydrin.
Examples of the stabilizer include organic acids such as p-toluenesulfonic acid and acetic acid, and inorganic acids such as sulfuric acid. It is preferable to add 1/200 to 1/10 mol of a stabilizer with respect to the optically active cyanohydrin.
It is preferable that the content of the optically active cyanohydrin in the solution containing the optically active cyanohydrin is 50% by mass or more by the above-described distillation step. The content is more preferably 80% by weight or more, and particularly preferably 90% by weight or more.
The degree of vacuum and temperature in the distillation step are appropriately selected according to the type of organic solvent. Usually, when a solvent having a boiling point of about 30 to 100 ° C., such as t-butyl methyl ether or diisopropyl ether, the distillation temperature is preferably 0 to 100 ° C. The distillation temperature is more preferably 20 to 70 ° C, and particularly preferably 20 to 60 ° C. The degree of vacuum is preferably 1 to 600 Torr, and particularly preferably 5 to 400 Torr. The distilled solvent is collected using a cooling tube cooled to a temperature sufficient to collect the solvent, for example, 10 ° C. or lower. This is efficient.
次に、第二の発明について説明する。本カルボン酸製造方法は、有機溶剤及び/又は水を留去した光学活性シアンヒドリンを加水分解することにより行う。加水分解の方法は、例えば、鉱酸を使用する加水分解等が挙げられる。ここで使用する鉱酸としては、例えば塩酸、硫酸、硝酸、ホウ酸、リン酸又は過塩素酸等が挙げられる。塩酸を使用することが好ましい。鉱酸の使用量は、光学活性シアンヒドリンに対して0.5〜20当量とすることが好ましい。使用量は、0.9〜10当量とすることがより好ましく、1〜5当量とすることが特に好ましい。 Next, the second invention will be described. This carboxylic acid production method is carried out by hydrolyzing an optically active cyanohydrin obtained by distilling off an organic solvent and / or water. Examples of the hydrolysis method include hydrolysis using a mineral acid. Examples of the mineral acid used here include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, boric acid, phosphoric acid, and perchloric acid. It is preferred to use hydrochloric acid. The amount of mineral acid used is preferably 0.5 to 20 equivalents relative to the optically active cyanohydrin. The amount used is more preferably 0.9 to 10 equivalents, and particularly preferably 1 to 5 equivalents.
加水分解は、反応溶媒を必要に応じて使用しても良い。反応溶媒を使用する場合は、水が好ましい。ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の極性溶媒、トルエン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素系溶媒又はジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒等が共存しても良い。これらの溶媒は混合して用いても良い。 For the hydrolysis, a reaction solvent may be used as necessary. Water is preferred when a reaction solvent is used. Polar solvents such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide and dimethylacetamide, hydrocarbon solvents such as toluene, hexane and heptane, or ether solvents such as diethyl ether, diisopropyl ether, t-butyl methyl ether and tetrahydrofuran may coexist. . These solvents may be used as a mixture.
光学活性シアンヒドリンの濃度は、1〜70質量%とすることが好ましい。この範囲内であると反応速度が速い。濃度は、5〜60質量%とすることがより好ましく、10〜50質量%とすることが特に好ましい。 The concentration of the optically active cyanohydrin is preferably 1 to 70% by mass. Within this range, the reaction rate is fast. The concentration is more preferably 5 to 60% by mass, and particularly preferably 10 to 50% by mass.
光学活性シアンヒドリン溶液、鉱酸又は溶媒の添加方法は特に制限されない。光学活性シアンヒドリン溶液を鉱酸中に添加した後、次いで該反応液に溶媒を添加する方法が反応効率が高い点で好ましい。加水分解の反応温度は−5℃〜溶媒の沸点温度とすることが好ましく、10〜90℃とすることがより好ましい。この範囲内であると反応速度が速く、不純物を低減できる。また、光学活性シアンヒドリン溶液を鉱酸中に添加する時の温度と、次いで該反応液に溶媒を添加する時の温度が異なっていても良い。例えば、酵素反応によりシアンヒドリン類を製造し、溶媒を留去した濃縮残渣を含む光学活性シアンヒドリン溶液を、鉱酸中に添加する時の温度は−5℃〜溶媒の沸点温度とすることが好ましく、10〜40℃とすることが特に好ましい。次いで、該反応液に溶媒を添加する時の反応温度は10℃〜溶媒の沸点温度とすることが好ましく、30〜90℃とすることが特に好ましい。 The method for adding the optically active cyanohydrin solution, mineral acid or solvent is not particularly limited. A method in which an optically active cyanohydrin solution is added to mineral acid and then a solvent is added to the reaction solution is preferable in terms of high reaction efficiency. The reaction temperature for the hydrolysis is preferably -5 ° C to the boiling point of the solvent, more preferably 10 to 90 ° C. Within this range, the reaction rate is fast and impurities can be reduced. Further, the temperature at which the optically active cyanohydrin solution is added to the mineral acid may be different from the temperature at which the solvent is added to the reaction solution. For example, it is preferable that the temperature at the time of adding an optically active cyanohydrin solution containing a concentrated residue obtained by producing cyanohydrins by an enzymatic reaction and distilling off the solvent into the mineral acid is −5 ° C. to the boiling point of the solvent, It is especially preferable to set it as 10-40 degreeC. Next, the reaction temperature when the solvent is added to the reaction solution is preferably 10 ° C. to the boiling point of the solvent, particularly preferably 30 to 90 ° C.
加水分解により、加水分解の対象である光学活性シアンヒドリン及び中間体であるα-ヒドロキシアミドが高速液体クロマトグラフィーの測定において分析ピークの割合で光学活性α-ヒドロキシカルボン酸に対して10%以下の状態になった後、反応溶液から光学活性α-ヒドロキシカルボン酸を単離する。この時の反応溶液は、結晶が析出し、不均一な状態、いわゆるスラリーとなっている場合もある。
次いで、有機溶媒によって光学活性α-ヒドロキシカルボン酸を抽出し、必要に応じて水洗する。その後、溶媒を蒸発・乾固するか、あるいは反応溶液を必要に応じて濃縮及び/又は冷却して光学活性α-ヒドロキシカルボン酸の結晶を析出させる。析出した結晶を濾別回収する。加水分解終了後は、反応溶液内にHCNが実質的に残存しないため、光学活性α-ヒドロキシカルボン酸結晶の回収は安全に実施できる。
By hydrolysis, the optically active cyanohydrin to be hydrolyzed and the intermediate α-hydroxyamide are in a state of 10% or less with respect to the optically active α-hydroxycarboxylic acid in the ratio of the analytical peak in high performance liquid chromatography measurement After that, the optically active α-hydroxycarboxylic acid is isolated from the reaction solution. In this case, the reaction solution may be crystallized to form a non-uniform state, that is, a so-called slurry.
Next, the optically active α-hydroxycarboxylic acid is extracted with an organic solvent, and washed with water as necessary. Thereafter, the solvent is evaporated and dried, or the reaction solution is concentrated and / or cooled as required to precipitate crystals of optically active α-hydroxycarboxylic acid. The precipitated crystals are collected by filtration. After the hydrolysis is completed, since HCN substantially does not remain in the reaction solution, the recovery of the optically active α-hydroxycarboxylic acid crystal can be performed safely.
本カルボン酸製造方法は、光学活性α-ヒドロキシカルボン酸結晶が着色している場合に、光学活性α-ヒドロキシカルボン酸結晶を溶剤で再溶解した後、活性炭と接触処理して脱色する。また、加水分解溶液を活性炭と接触処理した後、光学活性α-ヒドロキシカルボン酸結晶を単離することで、光学活性α-ヒドロキシカルボン酸結晶の着色を防ぐこともできる。接触処理の方法としては、特に制限されない。例えば、回分式で実施する場合は、光学活性α-ヒドロキシカルボン酸溶液に活性炭を加えて攪拌することにより接触処理する。連続式で実施する場合は、活性炭を充填したカラム内に光学活性α-ヒドロキシカルボン酸溶液を通して接触処理する。
着色の度合いは、比色管によりAPHA標準色と比較することで数値化(ハーゼン色数)する。接触処理に使用する活性炭の量、処理温度及び処理時間は着色の度合いによって適宜選択する。
In the present carboxylic acid production method, when the optically active α-hydroxycarboxylic acid crystal is colored, the optically active α-hydroxycarboxylic acid crystal is redissolved with a solvent and then contacted with activated carbon to remove the color. Further, after the hydrolysis solution is contact-treated with activated carbon, the optically active α-hydroxycarboxylic acid crystal can be prevented from being colored by isolating the optically active α-hydroxycarboxylic acid crystal. The method for the contact treatment is not particularly limited. For example, when carrying out batchwise, the contact treatment is performed by adding activated carbon to the optically active α-hydroxycarboxylic acid solution and stirring. In the case of continuous operation, the optically active α-hydroxycarboxylic acid solution is contacted through a column filled with activated carbon.
The degree of coloring is digitized (Hazen color number) by comparing with the APHA standard color using a colorimeter tube. The amount of activated carbon used for the contact treatment, the treatment temperature, and the treatment time are appropriately selected depending on the degree of coloring.
接触処理を回分式で実施する場合は、接触処理後、活性炭を濾別する。濾別後、濾液を蒸発・乾固又は濃縮し、冷却晶析することにより光学活性α-ヒドロキシカルボン酸結晶を回収する。連続式で実施する場合は、活性炭を濾別する必要がないので、接触処理後の光学活性α-ヒドロキシカルボン酸溶液を上述のように回収する。 When the contact treatment is carried out batchwise, the activated carbon is filtered off after the contact treatment. After separation by filtration, the filtrate is evaporated, dried or concentrated, and cooled to crystallize to recover optically active α-hydroxycarboxylic acid crystals. When it is carried out continuously, the activated carbon does not need to be filtered off, so the optically active α-hydroxycarboxylic acid solution after the contact treatment is recovered as described above.
本カルボン酸製造方法によれば、得られた光学活性シアンヒドリンから煩雑で危険な酵素分離工程を経ずに、光学活性α-ヒドロキシカルボン酸結晶を回収できる。 According to the present carboxylic acid production method, optically active α-hydroxycarboxylic acid crystals can be recovered from the obtained optically active cyanohydrin without going through a complicated and dangerous enzyme separation step.
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに詳しく説明する。
なお、マンデロニトリル、マンデルアミド、マンデル酸の化学純度及び光学純度は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用い、下記の分析条件で決定した。
<化学純度>
試料調製方法: 試料20mgをキャリヤー25mLに溶解
装置: カラムオーブン 日本分光社製 865−CO
UV 日本分光社製 870−UV
ポンプ 日本分光社製 880−PU
インテグレーター 島津製作所社製 C−R3A
カラム: ODS−2 GLサイエンス社製
キャリヤー: アセトニトリル:水=3/7(リン酸にてpH3.0に調整)
カラム温度: 40℃
流速: 1.0mL/min
波長: 220nm
<光学純度>
試料調製方法: 試料20mgをキャリヤー25mLに溶解
装置: カラムオーブン 日本分光社製 865−CO
UV 日本分光社製 870−UV
ポンプ 日本分光社製 880−PU
インテグレーター 島津製作所社製 C−R3A
カラム: CHIRALCEL OJ-H ダイセル化学工業社製
キャリヤー:n-ヘキサン:2-プロパノール:トリフルオロ酢酸 = 90:10:0.1
カラム温度: 35℃
流速: 1.0mL/min
波長: 220nm
検出限界値: 99.9%ee
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
In addition, the chemical purity and optical purity of mandelonitrile, mandelamide, and mandelic acid were determined under the following analysis conditions using high performance liquid chromatography (HPLC).
<Chemical purity>
Sample preparation method: Dissolve 20 mg of sample in 25 mL of carrier Device: Column oven 865-CO manufactured by JASCO Corporation
UV 870-UV manufactured by JASCO
Pump 880-PU manufactured by JASCO Corporation
Integrator Shimadzu Corporation C-R3A
Column: ODS-2 manufactured by GL Sciences Inc. Carrier: acetonitrile: water = 3/7 (adjusted to pH 3.0 with phosphoric acid)
Column temperature: 40 ° C
Flow rate: 1.0 mL / min
Wavelength: 220nm
<Optical purity>
Sample preparation method: Dissolve 20 mg of sample in 25 mL of carrier Device: Column oven 865-CO manufactured by JASCO Corporation
UV 870-UV manufactured by JASCO
Pump 880-PU manufactured by JASCO Corporation
Integrator Shimadzu Corporation C-R3A
Column: CHIRALCEL OJ-H manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd. Carrier: n-hexane: 2-propanol: trifluoroacetic acid = 90: 10: 0.1
Column temperature: 35 ° C
Flow rate: 1.0 mL / min
Wavelength: 220nm
Detection limit value: 99.9% ee
[調整例1]
[ヒドロキシニトリルリア−ゼ発現形質転換(導入)体の調製]
(1)PCRによるヒドロキシニトリルリア−ゼ遺伝子の作製
Jane Hughes et al, Arch.Biochem.Biophys.331(1994)496-502及びGenBank accession number Z29091記載の塩基配列を元に、配列番号2によって表されるキャッサバ(Manihot esculenta)由来のヒドロキシニトリルリア−ゼ遺伝子をPCR法により合成した。具体的には、20種のオリゴヌクレオチドF01〜F10及びR01〜R10(配列番号3〜22)を設計及び合成した。オリゴヌクレオチドに相補的に設定された20種のオリゴヌクレオチドは、それぞれ約20塩基ずつ重なるように設計した。図1に20種のオリゴヌクレオチドF01〜F10及びR01〜R10(配列番号3〜22)の位置関係を模式的に表した。凍結乾燥されたオリゴヌクレオチドを蒸留水で再懸濁し、100 pmol/μlとした。20種のオリゴヌクレオチド溶液のそれぞれから1μlずつ集めてミックスオリゴを作製した。この混合液をPCR-mix(Pwo 10×緩衝液、dNTP mix、Pwo DNAポリメラ-ゼ)(Boehringer Mannheim社製)に加えた。表1にPCR反応液の組成を示した。
[Adjustment Example 1]
[Preparation of transformed (introduced) hydroxynitrile lyase expression]
(1) Preparation of hydroxynitrile lyase gene by PCR Jane Hughes et al, Arch. Biochem. Biophys. Based on the nucleotide sequences described in 331 (1994) 496-502 and GenBank accession number Z29091, a hydroxynitrile lyase gene derived from cassava (Manihot esculenta) represented by SEQ ID NO: 2 was synthesized by PCR. Specifically, 20 types of oligonucleotides F01 to F10 and R01 to R10 (SEQ ID NOs: 3 to 22) were designed and synthesized. Twenty kinds of oligonucleotides set to be complementary to the oligonucleotides were designed to overlap each other by about 20 bases. FIG. 1 schematically shows the positional relationship of 20 kinds of oligonucleotides F01 to F10 and R01 to R10 (SEQ ID NOs: 3 to 22). The lyophilized oligonucleotide was resuspended in distilled water to 100 pmol / μl. 1 μl of each of the 20 oligonucleotide solutions was collected to prepare a mixed oligo. This mixed solution was added to PCR-mix (Pwo 10 × buffer, dNTP mix, Pwo DNA polymerase) (manufactured by Boehringer Mannheim). Table 1 shows the composition of the PCR reaction solution.
PCRは、94℃で30秒、52℃で30秒、72℃で30秒のセットを55サイクル行い、オリゴヌクレオチドを伸長させて、遺伝子をPCR合成した。この操作を1st PCRとした。
次に、上述の方法で作製した合成遺伝子のPCR増幅を行った。この操作を2nd PCRとした。上記のA、B、Cの反応産物1.3μlに、5μlのPwo 10×緩衝液、5μlのdNTP mix、0.5μlのPwo DNAポリメラ−ゼ、36.2μlの蒸留水及び1μlの外側プライマ−を添加した。外側プライマ−として、F01(配列番号3)及びR01(配列番号13)のプライマ−を用いた。2nd PCRは、94度で30秒、50℃で30秒、72℃で60秒のセットを23サイクル行い、遺伝子を増幅した。1.5%アガロ−スゲル電気泳動に該増幅産物を供し、約1kbの増幅産物を確認した。
PCR was carried out by setting 55 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 52 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds, extending the oligonucleotide, and PCR synthesis of the gene. This operation was designated as 1st PCR.
Next, PCR amplification of the synthetic gene produced by the above method was performed. This operation was designated as 2nd PCR. To 1.3 μl of the above A, B, C reaction products, add 5 μl Pwo 10 × buffer, 5 μl dNTP mix, 0.5 μl Pwo DNA polymerase, 36.2 μl distilled water and 1 μl outer primer. Was added. F01 (SEQ ID NO: 3) and R01 (SEQ ID NO: 13) primers were used as outer primers. In 2nd PCR, a gene was amplified by performing 23 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 60 seconds. The amplified product was subjected to 1.5% agarose gel electrophoresis, and an amplified product of about 1 kb was confirmed.
(2)ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子のベクターへの連結
工程(1)で得られた2nd PCRの増幅産物のバンド(約1kb)をQIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN社製)で精製した。精製したDNA(5μl)を制限酵素BamHI(1μl)(オリゴヌクレオチドF01中に消化認識部位が含まれる)及びKpnI(1μl)(オリゴヌクレオチドR01中に消化認識部位が含まれる)で37℃、1時間消化し、フェノ−ル抽出・クロロホルム抽出・エタノ−ル沈殿[Molecular Cloning, A Laboratory Manual 2nd ed.(Cold Spring Harbor Press (1989))]により精製した。精製したDNA(5μl)、BamHI及びKpnIで予め消化しておいたベクタ−pUC19(タカラバイオ社製)(1μl)、蒸留水(4μl)及びsolution I(DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ社製))(10μl)を混合してライゲ−ション混合物を作った。該混合物を12時間、16℃でインキュベ−トすることで増幅産物とベクタ−を結合した。
(2) Ligation of hydroxynitrile lyase gene to vector The band (about 1 kb) of the amplification product of 2nd PCR obtained in step (1) was purified with QIAquick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN). Purified DNA (5 μl) was digested with restriction enzymes BamHI (1 μl) (contains a digestion recognition site in oligonucleotide F01) and KpnI (1 μl) (contains a digestion recognition site in oligonucleotide R01) at 37 ° C. for 1 hour. Digestion, phenol extraction, chloroform extraction, ethanol precipitation [Molecular Cloning, A Laboratory Manual 2nd ed. (Cold Spring Harbor Press (1989))]. Vector-pUC19 (manufactured by Takara Bio Inc.) (1 μl), distilled water (4 μl) and solution I (DNA Ligation Kit ver. 2 (manufactured by Takara Bio Inc.) previously digested with purified DNA (5 μl), BamHI and KpnI )) (10 μl) was mixed to make a ligation mixture. The mixture was incubated for 12 hours at 16 ° C. to bind the amplified product to the vector.
(3)大腸菌 JM109株のコンピテントセルの作製
大腸菌 JM109株をLB培地(1% バクトトリプトン、0.5%バクトイ−ストエキス、0.5% NaCl) 1mlに接種し37℃、5時間好気的に前培養した。該前培養液 0.4mlを SOB培地 40ml(2%バクトトリプトン、0.5%バクトイ−ストエキス、10mM NaCl 、2.5mM KCl 、1mM MgSO4 、1mM MgCl2 ) に加え、18℃で20時間培養した。該培養物を遠心分離により集菌(3,700×g、10分間、4℃)した後、冷TF溶液(20mM PIPES-KOH(pH 6.0) 、200mM KCl 、10mM CaCl2 、40mM MnCl2 ) を13ml加え、0℃で10分間放置した。その後、再度遠心分離(3,700×g、10分間、4℃)し、上澄を除いた。沈殿した大腸菌を冷TF溶液 3.2mlに懸濁し、0.22mlのジメチルスルフォキシドを加え0℃で10分間放置した。
(3) Preparation of competent cells of E. coli JM109 strain Inoculated 1 ml of E. coli JM109 strain in LB medium (1% bactotryptone, 0.5% bactoeast extract, 0.5% NaCl) at 37 ° C. for 5 hours aerobic Was pre-cultured. 0.4 ml of the preculture solution is added to 40 ml of SOB medium (2% bactotryptone, 0.5% bactoeast extract, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 1 mM MgSO 4 , 1 mM MgCl 2 ) for 20 hours at 18 ° C. Cultured. The culture was collected by centrifugation (3,700 × g, 10 minutes, 4 ° C.), and then cooled TF solution (20 mM PIPES-KOH (pH 6.0), 200 mM KCl, 10 mM CaCl 2 , 40 mM MnCl 2). ) Was added and left at 0 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the mixture was centrifuged again (3,700 × g, 10 minutes, 4 ° C.), and the supernatant was removed. The precipitated Escherichia coli was suspended in 3.2 ml of a cold TF solution, 0.22 ml of dimethyl sulfoxide was added, and the mixture was allowed to stand at 0 ° C. for 10 minutes.
(4)ヒドロキシニトリルリア−ゼ遺伝子のクロ−ニング
作製したコンピテントセル 200μl を工程(2)で作製した該ライゲーション産物10μlに加え、0℃で30分放置した。該コンピテントセルに42℃で30秒間ヒ−トショックを与え、0℃で2分間冷却した。その後、該コンピテントセルにSOC 培地(20mM グルコ−ス、2%バクトトリプトン、0.5%バクトイ−ストエキス、10mM NaCl 、2.5mM KCl 、1mM MgSO4 、1mM MgCl2 )1ml を添加し、37℃にて1時間振盪培養した。該培養液を 200μl ずつLBAmp寒天培地(アンピシリン 100mg/L 、1.5%寒天を含有するLB培地)にまき、37℃で培養した。寒天培地上に生育した形質転換体コロニ−複数個を 1.5mlのLBAmp培地(アンピシリン 100mg/Lを含有するLB培地)にて37℃で一晩培養した。該培養液を各々集菌後、Flexi Prep(アマシャムバイオサイエンス社製)を用いて組換えベクターを回収した。得られた組換えベクターの塩基配列をCEQ DTCS Quick Start Kit及び蛍光シ−ケンサCEQ 2000XL DNA Analysis system(いずれもBECKMAN COULTER、米国)を用いて解析した。プライマ−は、オリゴヌクレオチドF01〜F10及びR01〜R10を用いた。
配列番号2で表されるキャッサバ(Manihot esculenta)由来ヒドロキシニトリルリア−ゼ遺伝子の塩基配列と同一の配列を有する組換えベクターのひとつをpUMEと命名した。
(4) Cloning of
One of the recombinant vectors having the same sequence as the base sequence of the hydroxynitrile lyase gene derived from cassava (Manihot esculenta) represented by SEQ ID NO: 2 was named pUME.
(5)発現ベクター組み込み用ヒドロキシニトリルリア−ゼ遺伝子の作製
キャッサバ(Manihot esculenta) 由来ヒドロキシニトリルリア−ゼ発現プラスミドを、以下の方法で作製した。まず、ヒドロキシニトリルリア−ゼをコ−ドするDNA断片が、発現ベクタ−に容易に導入可能な制限酵素認識部位を両端に有する形となるよう、PCR法により作製した。PCR用の反応混合物は、5μlのPwo 10×バッファ-、5μlのdNTP mix、0.5μlのPwo DNAポリメラ−ゼ、36.2μlの蒸留水、1μlのセンスプライマー(配列番号23、29ヌクレオチドからなり、その配列中にNcoI認識部位及びヒドロキシニトリルリア−ゼ遺伝子のATG開始コドン以降を有する)及びアンチセンスプライマ−(配列番号24、33ヌクレオチドからなり、その配列中にSse8387I認識部位及びヒドロキシニトリルリア−ゼ遺伝子の終止コドンを含む)、並びに鋳型としてプラスミドpUMEを1μl添加したものを用いた。PCRは、95℃で2分の変性を行った後、94℃で30秒、50℃で30秒、72℃で2分を30サイクルいった。
(5) Preparation of hydroxynitrile lyase gene for expression vector incorporation A cassava (Manihot esculenta) -derived hydroxynitrile lyase expression plasmid was prepared by the following method. First, a DNA fragment encoding hydroxynitrile lyase was prepared by PCR so that it had a restriction enzyme recognition site at both ends that could be easily introduced into an expression vector. The reaction mixture for PCR consisted of 5 μl Pwo 10 × buffer, 5 μl dNTP mix, 0.5 μl Pwo DNA polymerase, 36.2 μl distilled water, 1 μl sense primer (SEQ ID NO: 23, 29 nucleotides). , Having an NcoI recognition site and an ATG start codon after the hydroxynitrile lyase gene in the sequence, and an antisense primer (SEQ ID NO: 24, 33 nucleotides). The Sse8387I recognition site and the hydroxynitrile rearion in the sequence And 1 μl of plasmid pUME was used as a template. PCR was performed by denaturing at 95 ° C. for 2 minutes, followed by 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 2 minutes.
センスプライマ−:
CCACCATGGTAACTGCACATTTTGTTCTG(配列番号23;下線部は制限酵素NcoI認識部位を示す)
アンチセンスプライマ−:
GGCCTGCAGGTTAACTTAATAGGAGCTAAAAGC(配列番号24;下線部は制限酵素Sse8387I認識部位を示す)
Sense primer:
CCA CCATGG TAACTGCACATTTTGTTCTG (SEQ ID NO: 23; underlined indicates restriction enzyme NcoI recognition site)
Antisense primer:
GG CCTGCAGG TTAACTTAATAGGAGCTAAAAGC (SEQ ID NO: 24; underlined portion indicates restriction enzyme Sse8387I recognition site)
PCRにより得られた増幅PCR産物は、Sse8387Iで消化後、NcoIによって部分消化した。アガロ−スゲル電気泳動で分離し、ヒドロキシニトリルリア−ゼ全長を含むバンド(約0.8kb)のゲルを切り出した。該ゲル中の増幅産物をQIAquick Gel Extraction Kitで精製した。 The amplified PCR product obtained by PCR was digested with Sse8387I and then partially digested with NcoI. After separation by agarose gel electrophoresis, a gel (about 0.8 kb) containing the full length of hydroxynitrile lyase was cut out. The amplification product in the gel was purified with the QIAquick Gel Extraction Kit.
(6) 発現ベクターの調製
次いで、ヒドロキシニトリルリア−ゼ発現用ベクタ−を以下のように調製した。発現用ベクタ−としては、pKK233-2(Centraalbureau voor Schimmelcultures (CBS)、オランダ;http://www.cbs.knaw.nl/)を用いた。pKK233-2(5μl)をHindIII(1μl)で消化後、フェノ−ル抽出・クロロホルム抽出・エタノ−ル沈殿により精製した。DNA Blunting Kit(タカラバイオ(株))を用いて末端を平滑処理を行った。該処理液を再度フェノ−ル抽出・クロロホルム抽出・エタノ−ル沈殿により精製した。精製した発現ベクタ−(5μl)をShrimp Alkaline Phosphatase(タカラバイオ社製)を用いて脱リン酸化処理を行った。該処理液を再度エタノ−ル沈殿により精製した。精製したベクタ−DNA(5μl)、アニ−リング済みSse8387Iリン酸化リンカ-pSse8387I(タカラバイオ社製)(5μl)及びsolution I(DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ社製))(10μl)を混合してライゲ−ション混合物を作った。該混合物を12時間、16℃でインキュベ−トすることでリンカ−とベクタ−を結合した。工程(4)と同様の操作により、大腸菌JM109株の形質転換を行った。生育したコロニ−より組換えベクターを回収した。回収した組換えベクターに対してSse8387I消化反応を行い、直鎖状に消化されることが確認されたものをpKK233-2(+Sse)とした。pKK233-2(+Sse)を制限酵素NcoIとSse8387Iで消化後、フェノ−ル抽出・クロロホルム抽出・エタノ−ル沈殿により精製した。
(6) Preparation of Expression Vector Next, a hydroxynitrile lyase expression vector was prepared as follows. As a vector for expression, pKK233-2 (Centralbureau room Schmelculures (CBS), Netherlands; http://www.cbs.knaw.nl/) was used. pKK233-2 (5 μl) was digested with HindIII (1 μl) and then purified by phenol extraction, chloroform extraction and ethanol precipitation. The ends were subjected to a blunting treatment using DNA Blunting Kit (Takara Bio Inc.). The treatment solution was purified again by phenol extraction, chloroform extraction and ethanol precipitation. The purified expression vector (5 μl) was dephosphorylated using Shrimp Alkaline Phosphatase (Takara Bio Inc.). The treatment solution was purified again by ethanol precipitation. Purified vector-DNA (5 μl), annealed Sse8387I phosphorylated linker-pSse8387I (Takara Bio) (5 μl) and solution I (DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio)) (10 μl) are mixed. To make a ligation mixture. The mixture was incubated at 16 ° C. for 12 hours to combine the linker and vector. E. coli JM109 strain was transformed by the same operation as in step (4). The recombinant vector was recovered from the grown colonies. The recovered recombinant vector was subjected to Sse8387I digestion reaction, and pKK233-2 (+ Sse) was confirmed to be digested linearly. pKK233-2 (+ Sse) was digested with restriction enzymes NcoI and Sse8387I, and then purified by phenol extraction, chloroform extraction and ethanol precipitation.
(7)ヒドロキシニトリルリア−ゼ発現プラスミド、及び該プラスミドを含むヒドロキシニトリルリア−ゼ発現形質転換(導入)体の作製
工程(5)の方法で得られたヒドロキシニトリルリア−ゼ遺伝子DNA断片(5μl)と工程(6)の方法で作成した発現ベクタ−pKK233-2(+Sse) (5μl)を混合した。該混合液にsolution I(DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ(株)))(10μl)を添加してライゲ−ション混合物を作った。この混合物を12時間、16℃でインキュベ−トすることでリンカ−とベクタ−を結合した。工程(4)と同様の操作により、大腸菌JM109株の形質転換を行い、生育コロニ−より組換えベクターを回収した。ヒドロキシニトリルリア−ゼ遺伝子DNA断片が正しく発現ベクタ−に連結された組換えベクターを確認し、ヒドロキシニトリルリア−ゼ発現組換えベクターpOXN103と命名した。同時に、ヒドロキシニトリルリア−ゼ発現形質転換(導入)体、JM109/pOXN103を得た。
(7) Preparation of hydroxynitrile lyase expression plasmid and hydroxynitrile lyase expression transformed (introduced) body containing the plasmid Hydroxynitrile lyase gene DNA fragment (5 μl) obtained by the method of step (5) ) And the expression vector-pKK233-2 (+ Sse) (5 μl) prepared by the method of step (6). Solution I (DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio Inc.)) (10 μl) was added to the mixture to prepare a ligation mixture. This mixture was incubated at 16 ° C. for 12 hours to combine the linker and the vector. E. coli strain JM109 was transformed by the same operation as in step (4), and the recombinant vector was recovered from the growth colony. A recombinant vector in which the hydroxynitrile lyase gene DNA fragment was correctly ligated to the expression vector was confirmed, and designated as the hydroxynitrile lyase expression recombinant vector pOXN103. At the same time, a hydroxynitrile lyase expression transformed (introduced) body, JM109 / pOXN103 was obtained.
[調整例2]
[(S)-ヒドロキシニトリルリアーゼ水溶液の調製]
培地(2% 日本製薬社製ポリペプトンN、0.5% オリエンタル酵母社製酵母エキス、0.15% リン酸水素2カリウム、0.1g/L アンピシリンナトリウム、1mM IPTG)を100ml入れた三角フラスコを20本準備した。調整例1で得られた形質転換(導入)体JM109/pOXN103を接種し、37℃で一晩培養した。培養液の酵素活性は、特表平11-508775 号公報に記載の方法により測定し、4.77unit/mLであった。この培養液2Lを遠心分離(3,700×g、10分間、4℃)して菌体を回収し、20mMクエン酸及び70mMリン酸水素2ナトリウムを含むpH6.0の緩衝液を加えて80mLの菌体懸濁液を得た。この菌体懸濁液をフレンチプレス(大岳製作所社製 フレンチ・プレス 5502 5615L、1000kg/cm2)で2回処理して菌体を破砕した。その後、遠心分離(10,000×g、10分間、4℃)により上清を回収し、130unit/mLの酵素活性を持つ(S)-ヒドロキシニトリルリアーゼ水溶液60mLを得た。
[Adjustment Example 2]
[Preparation of aqueous solution of (S) -hydroxynitrile lyase]
An Erlenmeyer flask containing 100 ml of a medium (2% Polypeptone N manufactured by Nippon Pharmaceutical Co., Ltd., 0.5% yeast extract manufactured by Oriental Yeast Co., Ltd., 0.15% dipotassium hydrogen phosphate, 0.1 g / L ampicillin sodium, 1 mM IPTG) 20 were prepared. The transformed (introduced) body JM109 / pOXN103 obtained in Preparation Example 1 was inoculated and cultured at 37 ° C. overnight. The enzyme activity of the culture solution was measured by the method described in JP-T-11-508775 and found to be 4.77 units / mL. Centrifugation (3,700 × g, 10 minutes, 4 ° C.) of 2 L of this culture broth collects the bacterial cells, and 80 mL of a pH 6.0 buffer solution containing 20 mM citric acid and 70 mM disodium hydrogen phosphate is added. A cell suspension of was obtained. This cell suspension was treated twice with a French press (French Press 5502 5615L, 1000 kg / cm 2 , manufactured by Otake Seisakusho Co., Ltd.) to crush the cells. Thereafter, the supernatant was collected by centrifugation (10,000 × g, 10 minutes, 4 ° C.) to obtain 60 mL of an (S) -hydroxynitrile lyase aqueous solution having an enzyme activity of 130 units / mL.
[実施例1]
(1)(S)-マンデロニトリルの合成
調製例2で得られた(S)-ヒドロキシニトリルリアーゼ水溶液25.4mL(3302単位)とt-ブチルメチルエーテル120.8mLを混合し、HCN3.5g(0.1295mol)を添加した。次いで、この混合物を16〜18℃で充分攪拌しながら、ベンズアルデヒド4g(0.0377mol)を添加した。添加して10分後、HPLCによって反応系内のベンズアルデヒド濃度を測定したところ、0.063mol/kg(10分あたり3.18gのベンズアルデヒドを消費)であった。さらに、反応系内を16〜18℃に維持して充分攪拌しながら、10分あたりHCN0.8g(0.0296mol) 及びベンズアルデヒド3g(0.0283mol)の比率でHCN及びベンズアルデヒドを3時間20分間かけて連続的に滴下した。滴下終了後、1時間、反応系内を16〜18℃に維持して充分攪拌した。反応系内のベンズアルデヒド濃度(HPLCで測定)及びHCN濃度(滴定により測定)をモニタリングした結果を表2に示した。
[Example 1]
(1) Synthesis of (S) -Mandelonitrile Mixing 25.4 mL (3302 units) of the (S) -hydroxynitrile lyase aqueous solution obtained in Preparation Example 2 and 120.8 mL of t-butyl methyl ether, 3.5 g of HCN (0.1295 mol) was added. Next, 4 g (0.0377 mol) of benzaldehyde was added while sufficiently stirring the mixture at 16 to 18 ° C. Ten minutes after the addition, the concentration of benzaldehyde in the reaction system was measured by HPLC. As a result, it was 0.063 mol / kg (consuming 3.18 g of benzaldehyde per 10 minutes). Furthermore, while maintaining the inside of the reaction system at 16 to 18 ° C., HCN and benzaldehyde were added for 3 hours and 20 minutes at a ratio of 0.8 g of HCN (0.0296 mol) and 3 g of benzaldehyde (0.0283 mol) per 10 minutes. And continuously dripped. After completion of the dropwise addition, the reaction system was maintained at 16-18 ° C. for 1 hour and sufficiently stirred. Table 2 shows the results of monitoring the benzaldehyde concentration (measured by HPLC) and HCN concentration (measured by titration) in the reaction system.
反応終了後、HPLCにより反応溶液を分析した結果、マンデロニトリルの濃度は39.5重量%、その光学純度は98.5%e.e.のS体過剰であった。 After completion of the reaction, the reaction solution was analyzed by HPLC. As a result, the concentration of mandelonitrile was 39.5% by weight, and its optical purity was an excess of S form of 98.5% ee.
[実施例2]
(1)(S)-マンデロニトリルの合成
調製例2で得られた(S)-ヒドロキシニトリルリアーゼ水溶液44.6mL(5798単位)とt-ブチルメチルエーテル120.8mLを混合し、HCN5.0g(0.185mol)を添加した。次いで、この混合物を6〜8℃で充分攪拌しながら、HCN1.45g(0.0537mol) 及びベンズアルデヒド5.55g(0.0523mol)を添加した。添加して10分後、HPLCによって反応系内のベンズアルデヒド濃度を測定したところ、0.060mol/kg(10分あたり4.65gのベンズアルデヒドが消費)であった。さらに、反応系内を6〜8℃に維持して充分攪拌しながら、10分あたりHCN1.5g(0.0556mol) 及びベンズアルデヒド4.5g(0.0424mol)の比率でHCN及びベンズアルデヒドを3時間20分間かけて連続的に滴下した。滴下終了後、1時間、反応系内を6〜8℃に維持して充分攪拌した。反応系内のベンズアルデヒド濃度(HPLCで測定)及びHCN濃度(滴定により測定)をモニタリングした結果を表3に示した。
[Example 2]
(1) Synthesis of (S) -Mandelonitrile 44.6 mL (5798 units) of the (S) -hydroxynitrile lyase aqueous solution obtained in Preparation Example 2 and 120.8 mL of t-butyl methyl ether were mixed to obtain 5.0 g of HCN. (0.185 mol) was added. Then, 1.45 g (0.0537 mol) of HCN and 5.55 g (0.0523 mol) of benzaldehyde were added while sufficiently stirring the mixture at 6-8 ° C. Ten minutes after the addition, the benzaldehyde concentration in the reaction system was measured by HPLC. As a result, it was 0.060 mol / kg (4.65 g of benzaldehyde consumed per 10 minutes). Further, while maintaining the inside of the reaction system at 6-8 ° C. and sufficiently stirring, HCN and benzaldehyde were added at a ratio of 1.5 g (0.0556 mol) of HCN and 4.5 g (0.0424 mol) of benzaldehyde per 10 minutes for 20 hours. It was dripped continuously over a period of minutes. After completion of the dropwise addition, the reaction system was maintained at 6-8 ° C. for 1 hour and sufficiently stirred. Table 3 shows the results of monitoring the benzaldehyde concentration (measured by HPLC) and HCN concentration (measured by titration) in the reaction system.
反応終了後、HPLCにより 反応溶液を分析した結果、マンデロニトリルの濃度は45.0重量%、その光学純度は98.0%e.e. のS体過剰であった。 After completion of the reaction, the reaction solution was analyzed by HPLC. As a result, the concentration of mandelonitrile was 45.0% by weight, and its optical purity was an excess of S form of 98.0% ee.
(2)(S)-マンデロニトリルの濃縮
実施例2の(1)で得られた反応溶液261gに、98%硫酸を0.4g添加した後、エバポレーターで濃縮を行った。90重量%のマンデロニトリルを含む溶液130.5g(ベンズアルデヒドからの収率98%)が得られた。濃縮後のマンデロニトリル溶液は、水及び有機溶剤に不溶な沈澱を含んでいた。
(2) Concentration of (S) -mandelonitrile 0.4 g of 98% sulfuric acid was added to 261 g of the reaction solution obtained in (1) of Example 2, and then concentrated with an evaporator. 130.5 g of a solution containing 90% by weight of mandelonitrile (yield 98% from benzaldehyde) was obtained. The concentrated mandelonitrile solution contained a precipitate insoluble in water and organic solvents.
[実施例3]
(1) (S)-マンデロニトリルの合成
調製例2で得られた(S)-ヒドロキシニトリルリアーゼ水溶液25.4mL(3302単位)とt-ブチルメチルエーテル120.8mLを混合し、HCN24.3g(0.9mol)を添加した。次いで、この混合物を16〜18℃で充分攪拌しながら、ベンズアルデヒド64g(0.603mol)を3時間30分間かけて滴下した。滴下終了後、1時間、反応系内を16〜18℃に維持して充分攪拌した。反応系内のベンズアルデヒド濃度(HPLCで測定)及びHCN濃度(滴定により測定)をモニタリングした結果を表4に示した。
[Example 3]
(1) Synthesis of (S) -mandelonitrile 25.4 mL (3302 units) of the (S) -hydroxynitrile lyase aqueous solution obtained in Preparation Example 2 and 120.8 mL of t-butyl methyl ether were mixed to obtain 24.3 g of HCN. (0.9 mol) was added. Next, 64 g (0.603 mol) of benzaldehyde was added dropwise over 3 hours and 30 minutes while sufficiently stirring the mixture at 16 to 18 ° C. After completion of the dropwise addition, the reaction system was maintained at 16-18 ° C. for 1 hour and sufficiently stirred. The results of monitoring the benzaldehyde concentration (measured by HPLC) and HCN concentration (measured by titration) in the reaction system are shown in Table 4.
反応終了後、HPLCにより反応溶液を分析した結果、マンデロニトリルの濃度は37.5重量%、その光学純度は97.7%e.e.のS体過剰であった。 After completion of the reaction, the reaction solution was analyzed by HPLC. As a result, the concentration of mandelonitrile was 37.5% by weight, and its optical purity was an excess of S form of 97.7% ee.
[実施例4]
(1)(R)-2-クロロマンデロニトリルの合成
アーモンド(Prunus amygdalus)由来の(R)-ヒドロキシニトリルリアーゼ(シグマ社製MO646(登録商標))24.3mg(13200単位) を50mMクエン酸緩衝液(pH5.0)25mLに溶解させた。次いで、これにt-ブチルメチルエーテル140mLを混合し、HCN3g(0.111mol)を添加した。この混合物を26〜28℃で充分攪拌しながら、HCN1.3g(0.048mol) 及び2-クロロベンズアルデヒド5.3g(0.0377mol)を添加した。添加して10分後、HPLCによって反応系内の2-クロロベンズアルデヒド濃度を測定したところ、0.057mol/kg(10分あたり4.2gの2-クロロベンズアルデヒドが消費された)であった。さらに、反応系内を26〜28℃に維持して充分攪拌しながら、10分あたりHCN1g(0.037mol) 及び2-クロロベンズアルデヒド4g(0.0284mol)の比率でHCN及び2-クロロベンズアルデヒドを3時間20分間かけて連続的に滴下した。滴下終了後、1時間、反応系内を26〜28℃に維持して充分攪拌した。反応系内の2-クロロベンズアルデヒド濃度(HPLCで測定)及びHCN濃度(滴定により測定)をモニタリングした結果を表5に示した。
[Example 4]
(1) Synthesis of (R) -2-chloromandelonitrile 24.3 mg (13200 units) of (R) -hydroxynitrile lyase (Sigma, MO646 (registered trademark)) derived from Almond (Prunus amygdalus) was added to 50 mM citric acid. It was dissolved in 25 mL of buffer solution (pH 5.0). Next, 140 mL of t-butyl methyl ether was mixed with this, and 3 g (0.111 mol) of HCN was added. While this mixture was sufficiently stirred at 26 to 28 ° C., 1.3 g (0.048 mol) of HCN and 5.3 g (0.0377 mol) of 2-chlorobenzaldehyde were added. Ten minutes after the addition, the concentration of 2-chlorobenzaldehyde in the reaction system was measured by HPLC, which was 0.057 mol / kg (4.2 g of 2-chlorobenzaldehyde was consumed per 10 minutes). Further, while maintaining the inside of the reaction system at 26 to 28 ° C., 3% of HCN and 2-chlorobenzaldehyde were mixed at a ratio of 1 g (0.037 mol) of HCN and 4 g (0.0284 mol) of 2-chlorobenzaldehyde per 10 minutes. It was dripped continuously over 20 minutes. After completion of the dropwise addition, the reaction system was maintained at 26 to 28 ° C. for 1 hour and sufficiently stirred. The results of monitoring 2-chlorobenzaldehyde concentration (measured by HPLC) and HCN concentration (measured by titration) in the reaction system are shown in Table 5.
反応終了後、HPLCにより 反応溶液を分析した結果、2-クロロマンデロニトリルの濃度は41.4重量%、その光学純度は91.5%e.e. のR体過剰であった。 After completion of the reaction, the reaction solution was analyzed by HPLC. As a result, the concentration of 2-chloromandelonitrile was 41.4% by weight, and the optical purity was an excess of R form of 91.5% ee.
(2)(R)-2-クロロマンデロニトリルの加水分解
実施例4の(1)で得られた反応溶液238gに、98%硫酸を0.4g添加した後、エバポレーターで濃縮を行った。90重量%の2-クロロマンデロニトリルを含む溶液109.5g(2-クロロベンズアルデヒドからの収率87%)が得られた。濃縮後の2-クロロマンデロニトリル溶液は水及び有機溶剤に不溶な沈澱を含んでいた。次いで、30〜35℃で17時間攪拌しながら35%塩酸97gに濃縮後の2-クロロマンデロニトリル溶液109.5gを滴下した。この反応溶液はスラリーであった。17時間攪拌後の反応溶液をHPLCで分析したところ、2-クロロマンデロニトリルは検出されず、2-クロロマンデルアミドと2-クロロマンデル酸が混在していた。17時間攪拌後の反応溶液の全量に、水を213g添加し、75℃で2時間攪拌して加水分解した。この反応溶液は均一であった。75℃で2時間攪拌した後の反応溶液をHPLCで分析したところ、2-クロロマンデロニトリル、及び2-クロロマンデルアミドは検出されなかった。2-クロロマンデル酸の濃度は26.8%(2-クロロマンデロニトリルからの収率93%)、光学純度は91.5%e.e.のR体過剰であった。この反応溶液はわずかに褐色に着色しており、ハーゼン色数は250〜300番であった。
(2) Hydrolysis of (R) -2-chloromandelonitrile 0.4 g of 98% sulfuric acid was added to 238 g of the reaction solution obtained in (1) of Example 4, followed by concentration with an evaporator. 109.5 g of a solution containing 90% by weight of 2-chloromandelonitrile (87% yield from 2-chlorobenzaldehyde) was obtained. The concentrated 2-chloromandelonitrile solution contained a precipitate insoluble in water and organic solvents. Then, 109.5 g of the concentrated 2-chloromandelonitrile solution was added dropwise to 97 g of 35% hydrochloric acid while stirring at 30 to 35 ° C. for 17 hours. This reaction solution was a slurry. When the reaction solution after stirring for 17 hours was analyzed by HPLC, 2-chloromandelonitrile was not detected and 2-chloromandelamide and 2-chloromandelic acid were mixed. 213 g of water was added to the total amount of the reaction solution after stirring for 17 hours, and hydrolysis was carried out by stirring at 75 ° C. for 2 hours. This reaction solution was homogeneous. When the reaction solution after stirring at 75 ° C. for 2 hours was analyzed by HPLC, 2-chloromandelonitrile and 2-chloromandelamide were not detected. The concentration of 2-chloromandelic acid was 26.8% (93% yield from 2-chloromandelonitrile), and the optical purity was 91.5% ee excess of R form. This reaction solution was slightly brown and Hazen color number was 250-300.
(3)加水分解反応溶液の活性炭による脱色
実施例4の(2)で得られた419.5gの加水分解反応溶液に、活性炭8g(クラレ製P-60W5; 含水率50%)を加え、60℃で2時間攪拌した。その後、活性炭を濾別し、その着色度を比色管で測定した。ハーゼン色数は150〜200番であった。
(3) Decolorization of the hydrolysis reaction solution with activated carbon To the 419.5 g hydrolysis reaction solution obtained in (2) of Example 4, 8 g of activated carbon (Kuraray P-60W5; moisture content 50%) was added. Stir for 2 hours at ° C. Thereafter, the activated carbon was filtered off, and the degree of coloration was measured with a colorimetric tube. The Hazen color number was 150-200.
[実施例5]
(S)-マンデロニトリルの加水分解
30〜35℃で17時間攪拌しながら、実施例2の(1)で得られたマンデロニトリル溶液130.5gを35%塩酸146gに滴下した。この反応溶液はスラリーであった。17時間攪拌後の反応溶液をHPLCで分析したところ、マンデロニトリルは検出されず、マンデルアミドとマンデル酸が混在していた。17時間攪拌後の反応溶液の全量に、水を319g添加し、75℃で2時間攪拌し加水分解した。この反応溶液は均一であった。75℃で2時間攪拌した後の反応溶液をHPLCで分析したところ、マンデロニトリル、及びマンデルアミドは検出されず、マンデル酸の濃度は21.3%(マンデロニトリルからの収率94.5%)、光学純度は98.0%e.e.のS体過剰であった。この反応溶液はわずかに褐色に着色しており、その着色度を比色管で測定した。ハーゼン色数は200〜250番であった。
[Example 5]
Hydrolysis of (S) -mandelonitrile While stirring at 30 to 35 ° C. for 17 hours, 130.5 g of the mandelonitrile solution obtained in (1) of Example 2 was added dropwise to 146 g of 35% hydrochloric acid. This reaction solution was a slurry. When the reaction solution after stirring for 17 hours was analyzed by HPLC, mandelonitrile was not detected and mandelamide and mandelic acid were mixed. 319 g of water was added to the total amount of the reaction solution after stirring for 17 hours, followed by hydrolysis at 75 ° C. for 2 hours. This reaction solution was homogeneous. When the reaction solution after stirring at 75 ° C. for 2 hours was analyzed by HPLC, mandelonitrile and mandelamide were not detected, and the concentration of mandelic acid was 21.3% (yield from mandelonitrile 94.5%). %), And the optical purity was an excess of the S form of 98.0% ee. The reaction solution was slightly brown, and the degree of coloration was measured with a colorimetric tube. The Hazen color number was 200-250.
[実施例6] 加水分解反応溶液の活性炭による脱色
加水分解反応溶液を実施例5で得られたマンデル酸を含む加水分解反応溶液595g、活性炭を12gに変えた以外は実施例4の(3)と同様に行った。ハーゼン色数は80〜100番であった。
[Example 6] Decolorization of the hydrolysis reaction solution with activated carbon (3) of Example 4 except that the hydrolysis reaction solution was changed to 595 g of the hydrolysis reaction solution containing mandelic acid obtained in Example 5 and 12 g of activated carbon. As well as. The Hazen color number was 80-100.
[実施例7] 加水分解反応溶液から(S)-マンデル酸結晶の回収
実施例6で得られた脱色後の加水分解反応溶液のうち590gを、60℃から5℃/時間の冷却速度で15℃まで冷却し、結晶を析出させた。この結晶を濾別し、10℃の水で洗浄した後、乾燥した。白色のマンデル酸結晶114.5gが得られ、その化学純度は97.0%(R体を含む)、光学純度は99.5% e.e.のS体過剰であった。
[Example 7] Recovery of (S) -mandelic acid crystals from hydrolysis reaction solution Of the hydrolysis reaction solution after decolorization obtained in Example 6, 590 g was obtained at a cooling rate of 60 ° C to 5 ° C / hour. The solution was cooled to 0 ° C. to precipitate crystals. The crystals were separated by filtration, washed with 10 ° C. water, and dried. As a result, 114.5 g of white mandelic acid crystals were obtained. The chemical purity was 97.0% (including R-form), and the optical purity was 99.5% ee.
[比較例1]
(S)-マンデロニトリルの合成
調製例2で得られた(S)-ヒドロキシニトリルリアーゼ水溶液25.4mL(3302単位)とt-ブチルメチルエーテル120.8mLを混合したものに、ベンズアルデヒド64g(0.603mol)を添加した。次いで、この混合物を16〜18℃で充分攪拌しながら、HCN24.3g (0.9mol)を3時間30分間かけて滴下した。滴下終了後、1時間、反応系内を16〜18℃に維持して充分攪拌した。反応系内のベンズアルデヒド濃度(HPLCで測定) 及びHCN濃度(滴定により測定)をモニタリングした結果を表6に示した。
[Comparative Example 1]
Synthesis of (S) -mandelonitrile A mixture of 25.4 mL (3302 units) of the (S) -hydroxynitrile lyase aqueous solution obtained in Preparation Example 2 and 120.8 mL of t-butyl methyl ether was mixed with 64 g of benzaldehyde (0 .603 mol) was added. Next, 24.3 g (0.9 mol) of HCN was added dropwise over 3 hours and 30 minutes while sufficiently stirring the mixture at 16 to 18 ° C. After completion of the dropwise addition, the reaction system was maintained at 16-18 ° C. for 1 hour and sufficiently stirred. The results of monitoring the benzaldehyde concentration (measured by HPLC) and HCN concentration (measured by titration) in the reaction system are shown in Table 6.
反応終了後、HPLCにより 反応溶液を分析した結果、マンデロニトリルの濃度は27.7重量%、その光学純度は77.5%e.e.のS体過剰であった。 After completion of the reaction, the reaction solution was analyzed by HPLC. As a result, the concentration of mandelonitrile was 27.7% by weight, and its optical purity was an excess of S form of 77.5% ee.
[比較例2]
(S)-マンデロニトリルの合成
10分あたりHCN2g(0.074mol) 及びベンズアルデヒド6g(0.0565mol)の比率でHCN及びベンズアルデヒドを1時間45分間かけて連続的に滴下した以外は実施例1と同様に行った。HCN及びベンズアルデヒドの滴下終了後、2時間45分間充分攪拌した。反応系内のベンズアルデヒド濃度(HPLCで測定) 及びHCN濃度(滴定により測定)をモニタリングした結果を表7に示した。
[Comparative Example 2]
Synthesis of (S) -mandelonitrile Example 1 except that HCN and benzaldehyde were continuously added dropwise over a period of 1 hour and 45 minutes at a ratio of 2 g HCN (0.074 mol) and 6 g (0.0565 mol) benzaldehyde per 10 minutes. The same was done. After completion of the dropwise addition of HCN and benzaldehyde, the mixture was sufficiently stirred for 2 hours and 45 minutes. Table 7 shows the results of monitoring the benzaldehyde concentration (measured by HPLC) and HCN concentration (measured by titration) in the reaction system.
反応終了後、HPLCにより 反応溶液を分析した結果、マンデロニトリルの濃度は29.6重量%、その光学純度は83.1%e.e.のS体過剰であった。 After completion of the reaction, the reaction solution was analyzed by HPLC. As a result, the concentration of mandelonitrile was 29.6% by weight, and its optical purity was an excess of S form of 83.1% ee.
[比較例3]
(R)-2-クロロマンデロニトリルの合成
10分あたりHCN2g(0.074mol) 及び2-クロロベンズアルデヒド8g(0.0569mol)の比率でHCN及びベンズアルデヒドを1時間45分間かけて連続的に滴下した以外は実施例4の(1)と同様に行った。HCN及び2-クロロベンズアルデヒドの滴下終了後、2時間45分間充分攪拌した。反応系内の2-クロロベンズアルデヒド濃度(HPLCで測定) 及びHCN濃度(滴定により測定)をモニタリングした結果を表8に示した。
[Comparative Example 3]
Synthesis of (R) -2-chloromandelonitrile HCN and benzaldehyde were continuously added dropwise over a period of 1 hour and 45 minutes at a ratio of 2 g (0.074 mol) of HCN and 8 g (0.0569 mol) of 2-chlorobenzaldehyde per 10 minutes. Except for this, the same procedure as in Example 4 (1) was performed. After completion of the dropwise addition of HCN and 2-chlorobenzaldehyde, the mixture was sufficiently stirred for 2 hours and 45 minutes. Table 8 shows the results of monitoring the 2-chlorobenzaldehyde concentration (measured by HPLC) and HCN concentration (measured by titration) in the reaction system.
反応終了後、HPLCにより 反応溶液を分析した結果、2-クロロマンデロニトリルの濃度は27.9重量%、その光学純度は81.4%e.e. のR体過剰であった。 After completion of the reaction, the reaction solution was analyzed by HPLC. As a result, the concentration of 2-chloromandelonitrile was 27.9% by weight, and its optical purity was 81.4% ee excess of R form.
配列番号3〜24:Synthetic DNA Sequence number 3-24: Synthetic DNA
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