JP2008017838A - Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile - Google Patents

Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a 4-halo-3-hydroxybutyronitrile in high concentration. <P>SOLUTION: In the method for producing the 4-halo-3-hydroxybutyronitrile from a 1, 3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor by enzyme reaction, the concentration of the 1, 3-dihalo-2-propanol in a reaction system is brought to be ≤0.8 mol/kg after the concentration of the 4-halo-3-hydroxybutyronitrile in the reaction system has become 0.3 mol/kg since the reaction initiated. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、1,3−ジハロ−2−プロパノールとシアニドドナーとから、酵素反応により4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法に関する。4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルは、種々の医薬品や生理活性物質の合成原料として有用な物質であり、特にL−カルニチンの合成原料として有用である。   The present invention relates to a process for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile by enzymatic reaction from 1,3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor. 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is a substance useful as a raw material for synthesizing various pharmaceuticals and physiologically active substances, and particularly useful as a raw material for synthesizing L-carnitine.

1,3−ジハロ−2−プロパノールとシアニドドナーとから、酵素反応により4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造するに際し、使用される酵素として、ハロヒドリンエポキシダーゼが例示できる。   A halohydrin epoxidase can be exemplified as an enzyme used in producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile from 1,3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor by an enzymatic reaction.

ハロヒドリンエポキシダーゼとしては、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、ミクロバクテリウム(Microbacterium)属、アグロバクテリウム(Agrobacterium)属、オウレオバクテリウム(Aureobacterium)属に属する微生物が産生する酵素が知られている。   As halohydrin epoxidases, enzymes produced by microorganisms belonging to the genus Corynebacterium, Microbacterium, Agrobacterium, and Aureobacterium are known. ing.

本出願人らは、先にコリネバクテリウム属、ミクロバクテリウム属、オウレオバクテリウム属の脱ハロゲン化酵素の作用により、1,3−ジハロ−2−プロパノールから光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法(特許文献1、特許文献2参照)、及びエピハロヒドリンから光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法(特許文献3参照)を提案している。さらに遺伝子組換え技術を利用し、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属由来のハロヒドリンエポキシダーゼ酵素遺伝子DNAを有する組換えベクターを得、この組換えベクターを導入した形質転換体を使用し3−ヒドロキシブチロニトリルを製造することに成功している(特許文献4、特許文献5、非特許文献1参照)。   The present applicants previously described the optically active 4-halo-3-hydroxylase from 1,3-dihalo-2-propanol by the action of dehalogenating enzymes of the genus Corynebacterium, Microbacterium, and Aureobacteria. A method for producing hydroxybutyronitrile (see Patent Document 1 and Patent Document 2) and a method for producing optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile from epihalohydrin (see Patent Document 3) are proposed. Furthermore, using a gene recombination technique, a recombinant vector having a halohydrin epoxidase enzyme gene DNA derived from the genus Corynebacterium is obtained, and a transformant introduced with this recombinant vector is used to produce 3-hydroxy Butyronitrile has been successfully produced (see Patent Document 4, Patent Document 5, and Non-Patent Document 1).

また、Janssenらはアグロバクテリウム ラジオバクター(Agrobacterium radiobacter) AD1株、マイコバクテリウム(Mycobacterium)sp.GP1、アースロバクター(Arthrobacter)sp.AD2が産生するハロヒドリンエポキシダーゼを見出している。アグロバクテリウム ラジオバクター(Agrobacterium radiobacter) AD1株においては、その酵素の立体構造を明らかにしている。(非特許文献2,3)   Janssen et al., Agrobacterium radiobacter AD1 strain, Mycobacterium sp. GP1, Arthrobacter sp. A halohydrin epoxidase produced by AD2 has been found. In Agrobacterium radiobacter AD1 strain, the three-dimensional structure of the enzyme has been clarified. (Non-Patent Documents 2 and 3)

しかしながら、上述の酵素を用いた4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法においては、得られる該ニトリルの蓄積濃度は0.1mol/kg程度と生産性が低く、工業的に好適な方法ではなかった。
特許第2840722号公報 特開第2001−25397号公報 特許第2840723号公報 特許第3073037号公報 特許第3026367号公報 Biosci. Biotech. Biochem.,58(8), 1451-1457,1994 The EMBO Journal.,22(19), 4933-4944, 2003 J.Bacteriology 183(17), 5058-5066, 2001
However, in the method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile using the above-mentioned enzyme, the accumulated concentration of the obtained nitrile is as low as about 0.1 mol / kg, and the productivity is low. It wasn't.
Japanese Patent No. 2840722 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-25397 Japanese Patent No. 2840723 Japanese Patent No. 3073037 Japanese Patent No. 3026367 Biosci. Biotech. Biochem., 58 (8), 1451-1457, 1994 The EMBO Journal., 22 (19), 4933-4944, 2003 J. Bacteriology 183 (17), 5058-5066, 2001

本発明の目的は、生産性が高く、工業的に好適な4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a production method of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile having high productivity and industrially suitable.

本発明者らは、上記課題を解決するために、酵素法による4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法について検討した。その過程において、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを蓄積させようとした際、該ニトリルが反応系内に0.3mol/kg以上、蓄積した時点で反応が突然停止することが分かった。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors examined a method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile by an enzymatic method. In the process, it was found that when 4-halo-3-hydroxybutyronitrile was allowed to accumulate, the reaction suddenly stopped when the nitrile accumulated 0.3 mol / kg or more in the reaction system.

この問題を解決するために鋭意検討を行った結果、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルが0.3mol/kg生成した時点以降、1,3−ジハロ−2−プロパノールの濃度が0.8mol/kgを超えないように制御することにより、反応が停止することなく、高濃度に4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを蓄積できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve this problem, the concentration of 1,3-dihalo-2-propanol was 0.8 mol after the formation of 0.3 mol / kg of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. By controlling not to exceed / kg, it was found that 4-halo-3-hydroxybutyronitrile can be accumulated at a high concentration without stopping the reaction, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、
(1)1,3−ジハロ−2−プロパノールとシアニドドナーとから、酵素反応によって4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法において、酵素反応を開始し、反応系内の4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度が、0.3mol/kgとなった以降、反応系内の1,3−ジハロ−2−プロパノールの濃度を、0.8mol/kgを超えないようにすることを特徴とする、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法。
(2)1,3−ジハロ−2−プロパノールが0.01〜0.8mol/kgとなるよう、1,3−ジハロ−2−プロパノールを添加する、前記(1)記載の方法。
(3)酵素反応中、シアニドドナーが0.05mol/kg以上となるように維持する、前記(1)又は(2)に記載の方法。
(4)酵素反応中、シアニドドナーが0.05〜1.5mol/kgとなるように維持する、前記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の方法。
(5)1,3−ジハロ−2−プロパノールと酵素が接触する前に、シアニドドナーを反応系内に存在させておく、前記(1)〜(4)のいずれか1つに記載の方法。
(6)酵素が、ハロヒドリンエポキシダーゼである、前記(1)〜(5)のいずれか1つに記載の方法。
(7)ハロヒドリンエポキシダーゼが、コリネバクテリウム(Corynebacterium) sp.N−1074のハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子(hheB)由来するものである、前記(6)に記載の方法。である。
That is, the present invention
(1) In a method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile from 1,3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor by an enzymatic reaction, the enzymatic reaction is started, and 4-halo- After the concentration of 3-hydroxybutyronitrile reaches 0.3 mol / kg, the concentration of 1,3-dihalo-2-propanol in the reaction system should not exceed 0.8 mol / kg. A method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, which is characterized.
(2) The method according to (1) above, wherein 1,3-dihalo-2-propanol is added so that 1,3-dihalo-2-propanol is 0.01 to 0.8 mol / kg.
(3) The method according to (1) or (2), wherein the cyanide donor is maintained at 0.05 mol / kg or more during the enzyme reaction.
(4) The method according to any one of (1) to (3), wherein the cyanide donor is maintained at 0.05 to 1.5 mol / kg during the enzyme reaction.
(5) The method according to any one of (1) to (4) above, wherein a cyanide donor is allowed to be present in the reaction system before the 1,3-dihalo-2-propanol and the enzyme contact each other.
(6) The method according to any one of (1) to (5), wherein the enzyme is halohydrin epoxidase.
(7) A halohydrin epoxidase is produced from Corynebacterium sp. The method according to (6) above, which is derived from a halohydrin epoxidase gene (hheB) of N-1074. It is.

本発明によれば、反応系内に4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを高濃度で蓄積させることができるため、生産性が高く、工業的に好適な4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法を提供することができる。   According to the present invention, 4-halo-3-hydroxybutyronitrile can be accumulated at a high concentration in the reaction system. Therefore, the productivity is high and industrially suitable 4-halo-3-hydroxybutyro is obtained. A method for producing a nitrile can be provided.

以下、本発明に関して詳細に説明する。
本発明に係る4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法(以下、単に「本製造方法」と称す)とは、水及びハロヒドリンエポキシダーゼを含む反応溶媒中で、1,3−ジハロ−2−プロパノールとシアニドドナーとから、酵素反応により4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile according to the present invention (hereinafter, simply referred to as “the present production method”) refers to 1,3- In this method, 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is produced from dihalo-2-propanol and a cyanide donor by an enzymatic reaction.

(1)4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリル
4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルとは、下記一般式(1)で表される化合物のことをいう。
(1) 4-halo-3-hydroxybutyronitrile 4-halo-3-hydroxybutyronitrile refers to a compound represented by the following general formula (1).

Figure 2008017838
(式中、Xはハロゲン原子を示す。具体的にはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子であり、塩素原子、臭素原子が好ましく、塩素原子が最も好ましい。*は不斉炭素を示し、その立体配置は(R)体、(S)体、ラセミ体のいずれでも構わないが、(R)体が好ましい。)
Figure 2008017838
(In the formula, X 1 represents a halogen atom. Specifically, they are a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom, preferably a chlorine atom and a bromine atom, and most preferably a chlorine atom. * Represents an asymmetric carbon. The configuration may be any of (R), (S), and racemic, but (R) is preferred.)

具体的には4−フルオロ−3−ヒドロキシブチロニトリル、4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル、4−ブロモ−3−ヒドロキシブチロニトリル、4−ヨード−3−ヒドロキシブチロニトリルが挙げられ、好ましくは4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル、4−ブロモ−3−ヒドロキシブチロニトリルである。   Specific examples include 4-fluoro-3-hydroxybutyronitrile, 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile, 4-bromo-3-hydroxybutyronitrile, 4-iodo-3-hydroxybutyronitrile. 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile and 4-bromo-3-hydroxybutyronitrile are preferable.

また、光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルとは、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4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルのこと、または、いずれか一方の鏡像異性体のみからなる4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルのことをいう。なお、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルがいずれか一方の鏡像異性体のみからなる場合、光学純度100%という。   Moreover, optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is 4-halo-3-containing one enantiomer (for example, R form) more than the other enantiomer (for example, S form). It refers to hydroxybutyronitrile or 4-halo-3-hydroxybutyronitrile consisting of only one of the enantiomers. When 4-halo-3-hydroxybutyronitrile consists of only one of the enantiomers, the optical purity is 100%.

(2)ハロヒドリンエポキシダーゼ
本製造方法に際して使用される酵素としては、ハロヒドリンエポキシダーゼが挙げられる。ハロヒドリンエポキシダーゼとは、下記一般式(2)で表される1,3−ジハロ−2−プロパノールを脱ハロゲン化水素し、下記一般式(3)で表されるエピハロヒドリンを合成する活性、及びその逆反応を触媒する活性を有する酵素(EC number: 4.5.1.-)を意味する。
(2) Halohydrin epoxidase Examples of the enzyme used in this production method include halohydrin epoxidase. The halohydrin epoxidase is an activity of dehydrohalogenating 1,3-dihalo-2-propanol represented by the following general formula (2) to synthesize an epihalohydrin represented by the following general formula (3). And an enzyme having an activity of catalyzing the reverse reaction (EC number: 4.5.1.-).

Figure 2008017838
(式中、X、Xはハロゲン原子を示す。フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が好ましく、塩素、臭素が特に好ましい。具体的には1,3−ジフルオロ−2−プロパノール、1,3−ジクロロ−2−プロパノール、1,3−ジブロモ−2−プロパノール、1,3−ジヨード−2−プロパノール等が挙げられ、好ましくは、1,3−ジクロロ−2−プロパノール、1,3−ジブロモ−2−プロパノールである。)
Figure 2008017838
(In the formula, X 1 and X 2 represent a halogen atom. Fluorine, chlorine, bromine and iodine are preferred, and chlorine and bromine are particularly preferred. Specifically, 1,3-difluoro-2-propanol, 1,3- Examples include dichloro-2-propanol, 1,3-dibromo-2-propanol, 1,3-diiodo-2-propanol, and preferably 1,3-dichloro-2-propanol, 1,3-dibromo-2 -Propanol.)

Figure 2008017838
(式中、Xはハロゲン原子を示し、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が好ましく、塩素、臭素が特に好ましい。具体的にはエピフルオロヒドリン、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、エピヨードヒドリン等が挙げられ、特に好ましくはエピクロロヒドリン、エピブロモヒドリンである。)
Figure 2008017838
(Wherein X 1 represents a halogen atom, preferably fluorine, chlorine, bromine or iodine, particularly preferably chlorine or bromine. Specifically, epifluorohydrin, epichlorohydrin, epibromohydrin, epiiodo (Hydrin and the like can be mentioned, and epichlorohydrin and epibromohydrin are particularly preferable.)

この酵素を産生する微生物としては、コリネバクテリウム(Corynebacterium)sp.N-1074(FERM BP-2643)、ミクロバクテリウム(Microbacterium)sp.N-4701(FERM BP-2644)、アグロバクテリウム ラジオバクター(Agrobacterium radiobacter) AD1、マイコバクテリウム(Mycobacterium)sp.GP1、アースロバクター(Arthrobacter)sp.AD2等が挙げられる。   Microbes that produce this enzyme include Corynebacterium sp. N-1074 (FERM BP-2643), Microbacterium sp. N-4701 (FERM BP-2644), Agrobacterium radiobacter (Agrobacterium radiobacter) AD1, Mycobacterium sp.GP1, Arthrobacter sp.AD2, etc. are mentioned.

特に好ましい微生物は、コリネバクテリウム(Corynebacterium)sp.N-1074(FERM BP-2643)である。   A particularly preferred microorganism is Corynebacterium sp. N-1074 (FERM BP-2643).

ハロヒドリンエポキシダーゼは、例えば、GenBankに公表されており、コリネバクテリウム(Corynebacterium)sp.N-1074由来のハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子(hheB)のAccession番号はD90350である。   The halohydrin epoxidase is published, for example, in GenBank, and the Accession number of the halohydrin epoxidase gene (hheB) derived from Corynebacterium sp. N-1074 is D90350.

前記ハロヒドリンエポキシダーゼは、上記微生物からの抽出によって調製することができる。また、ハロヒドリンエポキシダーゼをコードする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微生物によっても生産することができる。さらに天然型のハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を改変し、酵素機能を改変したハロヒドリンエポキシダーゼについても、本発明に用いることができる。   The halohydrin epoxidase can be prepared by extraction from the microorganism. It can also be produced by a recombinant microorganism produced by cloning a gene encoding halohydrin epoxidase and incorporating the gene. Furthermore, a halohydrin epoxidase obtained by modifying a natural halohydrin epoxidase gene and modifying the enzyme function can also be used in the present invention.

酵素の抽出は常法によって実施すればよく、調製物にはハロヒドリンエポキシダーゼ以外の成分が含まれていても反応に悪影響を与えなければ特に精製する必要はない。ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を組み込んで作成した遺伝子組換え微生物を培養して得られるハロヒドリンエポキシダーゼが、調製が容易なことから好ましく使用される。
また、形質転換に用いる宿主微生物としては大腸菌(Escherichia coli)あるいはロドコッカス(Rhodococcus)属細菌に属する微生物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではなく、他の宿主微生物を用いることも出来る。
Extraction of the enzyme may be carried out by a conventional method, and even if the preparation contains components other than halohydrin epoxidase, it does not need to be purified if it does not adversely affect the reaction. A halohydrin epoxidase obtained by culturing a genetically modified microorganism prepared by incorporating a halohydrin epoxidase gene is preferably used because it is easy to prepare.
In addition, examples of host microorganisms used for transformation include microorganisms belonging to the genus Escherichia coli or Rhodococcus, but are not particularly limited thereto, and other host microorganisms can also be used.

前記ハロヒドリンエポキシダーゼを生産する微生物を培養するための培地としては、通常これらの微生物が生育し得るものであれば何れのものでも使用できる。炭素源としては、例えば、グルコース、シュークロース、マルトースやフルクトース等の糖類、酢酸、クエン酸やフマル酸等の有機酸あるいはその塩、またはエタノールやグリセロール等のアルコール類等を使用できる。窒素源としては、例えば、ペプトン、肉エキス、酵母エキスやアミノ酸等の一般天然窒素源の他、各種無機、有機酸アンモニウム塩等が使用できる。その他、硫酸、塩酸、燐酸やホウ酸などの無機酸あるいはその塩、用いられる微生物が利用可能なナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウムなどを含む無機塩、鉄、マンガン、亜鉛、コバルト、ニッケル微量金属塩、微生物育成促進剤としてビタミンB1、B2、C、K等のビタミン等が必要に応じて適宜添加される。本発明の微生物の培養は、通常は液体培養で行われるが、固体培養によっても行うことができる。 As a medium for culturing microorganisms producing the halohydrin epoxidase, any medium can be used as long as these microorganisms can usually grow. As the carbon source, for example, sugars such as glucose, sucrose, maltose and fructose, organic acids such as acetic acid, citric acid and fumaric acid or salts thereof, alcohols such as ethanol and glycerol can be used. As the nitrogen source, for example, various inorganic and organic acid ammonium salts can be used in addition to general natural nitrogen sources such as peptone, meat extract, yeast extract and amino acids. In addition, inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid and boric acid or salts thereof, inorganic salts containing sodium, magnesium, potassium, calcium, etc. that can be used by microorganisms used, iron, manganese, zinc, cobalt, nickel trace metal salts In addition, vitamins such as vitamins B1, B2, C, and K are appropriately added as necessary as a microorganism growth promoter. The culture of the microorganism of the present invention is usually performed by liquid culture, but can also be performed by solid culture.

培養は10〜50℃の温度で、pH 2〜11の範囲で行われる。微生物の生育を促進させるために通気攪拌を行ってもよい。培養により得られた微生物は、培養液そのまま若しくは該培養物から遠心分離等の集菌操作によって得られる微生物菌体、若しくは菌体処理物(例えば、菌体破砕物、粗酵素、精製酵素)あるいは常法により固定化した菌体または菌体処理物の形で、ハロヒドリンエポキシダーゼとして利用することができる。 The culture is performed at a temperature of 10 to 50 ° C. and in the range of pH 2 to 11. In order to promote the growth of microorganisms, aeration and agitation may be performed. Microorganisms obtained by culturing are microbial cells obtained from the culture solution as it is or by collection operations such as centrifugation from the culture, or treated cells (for example, disrupted cells, crude enzyme, purified enzyme) or It can be used as a halohydrin epoxidase in the form of a microbial cell immobilized by a conventional method or a processed microbial cell product.

(3)シアニドドナー
シアニドドナーとは、反応液中に添加した際にシアンイオン(CN)又はシアン化水素を生じる化合物を意味し、特に制限されないが、シアン化水素(HCN)、シアン化カリウム(KCN)、シアン化ナトリウム(NaCN)、アセトンシアンヒドリン(ACH)が例示される。シアン化水素、シアン化カリウム、シアン化ナトリウムが好ましく使用される。
(3) Cyanide Donor A cyanide donor means a compound that generates cyanide ion (CN ) or hydrogen cyanide when added to a reaction solution, and is not particularly limited, but hydrogen cyanide (HCN), potassium cyanide (KCN), sodium cyanide ( Examples are NaCN) and acetone cyanohydrin (ACH). Hydrogen cyanide, potassium cyanide and sodium cyanide are preferably used.

(4)酵素反応
本製造方法の酵素反応は、水または緩衝液へ、シアニドドナー、1,3−ジハロ−2−プロパノール及びハロヒドリンエポキシダーゼを反応系に添加することにより開始する。緩衝液としては、例えば、青酸、リン酸、ホウ酸、クエン酸、グルタル酸、リンゴ酸、マロン酸、o−フタル酸、コハク酸又は酢酸等の塩等によって構成される緩衝液、トリス緩衝液あるいはグッド緩衝液等が例示される。その内、青酸とその塩によって構成される緩衝液、トリス緩衝液が好ましい。緩衝剤由来の不純物が混入しない点で、青酸とその塩によってのみ構成される緩衝液が特に好ましい。
(4) Enzymatic reaction The enzymatic reaction of this production method is started by adding cyanide donor, 1,3-dihalo-2-propanol and halohydrin epoxidase to water or a buffer solution to the reaction system. As the buffer solution, for example, a buffer solution composed of a salt such as hydrocyanic acid, phosphoric acid, boric acid, citric acid, glutaric acid, malic acid, malonic acid, o-phthalic acid, succinic acid or acetic acid, Tris buffer Or good buffer solution etc. are illustrated. Among them, a buffer solution composed of hydrocyanic acid and a salt thereof, and a Tris buffer solution are preferable. A buffer solution composed only of hydrocyanic acid and a salt thereof is particularly preferable in that impurities derived from the buffer agent are not mixed.

上記緩衝液への、シアニドドナー、1,3−ジハロ−2−プロパノール、ハロヒドリンエポキシダーゼの投入順序については、特に制限されないが、1,3−ジハロ−2−プロパノールとハロヒドリンエポキシダーゼが接触する前に、反応系内にシアニドドナーを存在させておくことが、反応開始時に高い反応速度を得られる点、及びエピハロヒドリンの副生を抑えることができる点で好ましい。存在させておくシアニドドナーの濃度は、反応開始時において、0.01〜1.5mol/kgが好ましく、0.8〜1.5mol/kgがより好ましい。シアニドドナーの濃度は1.5mol/kgを超えると酵素の安定性の観点から好ましくない。 The order of introducing cyanide donor, 1,3-dihalo-2-propanol, and halohydrin epoxidase into the buffer solution is not particularly limited, but 1,3-dihalo-2-propanol and halohydrin epoxidase are not limited. Before contacting, it is preferable that a cyanide donor is present in the reaction system in that a high reaction rate can be obtained at the start of the reaction and epihalohydrin by-product can be suppressed. The concentration of the cyanide donor to be present is preferably 0.01 to 1.5 mol / kg, more preferably 0.8 to 1.5 mol / kg at the start of the reaction. If the concentration of the cyanide donor exceeds 1.5 mol / kg, it is not preferable from the viewpoint of enzyme stability.

1,3−ジハロ−2−プロパノールは、反応開始時において0.01mol/kg以上となるように予め反応系内に存在させておくことが、反応開始時に高い反応速度を得られる点で好ましい。反応開始時から4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルが0.3mol/kg蓄積するまでの間、1,3−ジハロ−2−プロパノールの濃度は特に制限されないが、酵素の安定性の観点から1mol/kg以下とするのが好ましい。   It is preferable that 1,3-dihalo-2-propanol is preliminarily present in the reaction system so as to be 0.01 mol / kg or more at the start of the reaction because a high reaction rate can be obtained at the start of the reaction. The concentration of 1,3-dihalo-2-propanol is not particularly limited from the start of the reaction until accumulation of 0.3 mol / kg of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, but from the viewpoint of enzyme stability. It is preferably 1 mol / kg or less.

ここで、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルが、反応系内に0.3mol/kg蓄積した時点で、1,3−ジハロ−2−プロパノールの濃度が0.8mol/kgを超えている場合には、水やシアニドドナーなどを添加し、1,3−ジハロ−2−プロパノールの濃度が0.8mol/kg以下となるように調整する。それ以降、反応速度向上、高生産性の観点から1,3−ジハロ−2−プロパノールを0.8mol/kgを超えないように追添加することがさらに好ましい。0.01〜0.8mol/kgとなるように追添加することがさらに好ましい。   Here, the concentration of 1,3-dihalo-2-propanol exceeds 0.8 mol / kg when 4-halo-3-hydroxybutyronitrile accumulates 0.3 mol / kg in the reaction system. In such a case, water, cyanide donor, or the like is added to adjust the concentration of 1,3-dihalo-2-propanol to 0.8 mol / kg or less. Thereafter, it is more preferable to add 1,3-dihalo-2-propanol so as not to exceed 0.8 mol / kg from the viewpoint of improving reaction rate and high productivity. It is more preferable to add additionally so as to be 0.01 to 0.8 mol / kg.

また、シアニドドナーは反応進行により消費されるため、追添加することが好ましい。その場合、反応系内に0.05mol/kg以上存在させておくよう、追添加することが好ましいが、酵素の安定性の観点から1.5mol/kgを超えないようにすることが好ましい。   Further, since cyanide donors are consumed as the reaction proceeds, it is preferable to add them. In such a case, it is preferable to add it so that 0.05 mol / kg or more exists in the reaction system, but it is preferable not to exceed 1.5 mol / kg from the viewpoint of enzyme stability.

シアニドドナーの使用量は、最終的に使用する1,3−ジハロ−2−プロパノールの1〜2当量とすることが、反応速度の向上、及びシアニドドナーの効率的な利用の観点から好ましい。   The amount of the cyanide donor used is preferably 1 to 2 equivalents of 1,3-dihalo-2-propanol to be finally used from the viewpoint of improving the reaction rate and efficiently using the cyanide donor.

ここで、最終的に使用する1,3−ジハロ−2−プロパノールの量とは、反応開始から反応終了までに使用した1,3−ジハロ−2−プロパノールの全量のことを意味する。   Here, the amount of 1,3-dihalo-2-propanol used finally means the total amount of 1,3-dihalo-2-propanol used from the start of the reaction to the end of the reaction.

酵素反応時の温度は、0〜30℃とすることが酵素の安定性が良く、円滑に反応が進行する点から好ましい。   The temperature during the enzyme reaction is preferably 0 to 30 ° C. from the viewpoint that the enzyme stability is good and the reaction proceeds smoothly.

反応が進行するに従い、反応液中にハロゲン化水素が生成するためpHが低下していく。よって、反応系内にアルカリを追添加することにより、系内のpHを酵素の活性が発揮される領域に調整、維持することが好ましい。そのpHは7.0以上とすることが反応の円滑な進行の点から好ましく、8.5以下とすることが副反応の抑制の点から好ましい。   As the reaction proceeds, hydrogen halide is generated in the reaction solution, so that the pH is lowered. Therefore, it is preferable to adjust and maintain the pH in the system in a region where the enzyme activity is exhibited by additionally adding alkali into the reaction system. The pH is preferably 7.0 or more from the viewpoint of smooth progress of the reaction, and is preferably 8.5 or less from the viewpoint of suppressing side reactions.

使用するアルカリとしては、ハロゲン化水素と塩を形成し、その塩の水溶液が酵素の活性が発揮されるpH領域にあるものであれば特に制限されず、例えば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはアンモニアの、水酸化物あるいは弱酸との塩が例示される。水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水、シアン化ナトリウム、シアン化カリウムが好ましい。アルカリの使用形態としては、特に制限されないが、取り扱いの容易さから水溶液が好ましい。   The alkali to be used is not particularly limited as long as it forms a salt with hydrogen halide and the aqueous solution of the salt is in a pH range where the activity of the enzyme is exerted. For example, an alkali metal or an alkaline earth metal or Examples thereof include salts of ammonia with hydroxides or weak acids. Sodium hydroxide, potassium hydroxide, aqueous ammonia, sodium cyanide and potassium cyanide are preferred. The form of alkali used is not particularly limited, but an aqueous solution is preferable from the viewpoint of ease of handling.

ハロヒドリンエポキシダーゼの使用量は特に制限されず、反応が円滑に進行する量を使用すればよい。例えば、反応開始時において反応液1gあたり1U〜1000U使用することができる。ここで、1U(ユニット)とは、20℃、pH8.0の緩衝液中において、1,3−ジクロロ−2−プロパノールから1分間に1μmolのエピクロロヒドリンを生成することができる酵素量のことを意味する。   The amount of halohydrin epoxidase used is not particularly limited, and an amount that allows the reaction to proceed smoothly may be used. For example, 1 U to 1000 U can be used per 1 g of the reaction liquid at the start of the reaction. Here, 1 U (unit) means an enzyme amount capable of producing 1 μmol of epichlorohydrin from 1,3-dichloro-2-propanol in 1 minute in a buffer solution at 20 ° C. and pH 8.0. Means that.

反応系内の1,3−ジハロ−2−プロパノール、及び4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度は、例えば高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によって定量することができる。また、反応系内のシアニドドナーの濃度は、例えば滴定によって定量することができる。これらの定量結果を反応進行の指標として、追添加する1,3−ジハロ−2−プロパノール及びシアニドドナーの量を決定することができるが、以下に示す方法で1,3−ジハロ−2−プロパノール及びシアニドドナーの濃度をより容易に管理できる。   The concentration of 1,3-dihalo-2-propanol and 4-halo-3-hydroxybutyronitrile in the reaction system can be quantified by, for example, high performance liquid chromatography (HPLC). The concentration of cyanide donor in the reaction system can be quantified by titration, for example. The amount of 1,3-dihalo-2-propanol and cyanide donor to be added can be determined using these quantitative results as an indicator of the progress of the reaction, but 1,3-dihalo-2-propanol and The concentration of cyanide donor can be controlled more easily.

つまり、反応開始以降、pHコントローラーを用いてpHを一定に維持すると、生成したハロゲン化水素と理論上、等モル、すなわち反応により消費された1,3−ジハロ−2−プロパノール及びシアニドドナーと理論上等モルのアルカリが投入される。このアルカリの投入量が反応進行の指標となるので、反応系に1,3−ジハロ−2−プロパノール及びシアニドドナーを追添加する際の目安とすることができる。   That is, when the pH is kept constant using a pH controller after the start of the reaction, the generated hydrogen halide is theoretically equivalent to the generated hydrogen halide, ie, 1,3-dihalo-2-propanol and cyanide donor consumed by the reaction. An equimolar amount of alkali is added. Since the amount of alkali added serves as an indicator of the progress of the reaction, it can be used as a guide when adding 1,3-dihalo-2-propanol and cyanide donor to the reaction system.

例えば、反応開始時に1,3−ジハロ−2−プロパノールを0.5mol/kg、シアニドドナーを1mol/kgとした際に、反応開始時以降、pHコントローラーを用いてpHを一定に維持することにより投入されるアルカリと等モルの1,3−ジハロ−2−プロパノール、及びシアニドドナーを追添加することで、1,3−ジハロ−2−プロパノールの濃度を0.5mol/kgを超えないよう、シアニドドナーの濃度を1mol/kgを超えないように維持できる。   For example, when 1,3-dihalo-2-propanol is 0.5 mol / kg and cyanide donor is 1 mol / kg at the start of the reaction, it is introduced by maintaining the pH constant using a pH controller after the start of the reaction. By adding an equimolar amount of 1,3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor, the concentration of 1,3-dihalo-2-propanol was adjusted so that the concentration of 1,3-dihalo-2-propanol did not exceed 0.5 mol / kg. The concentration can be maintained so as not to exceed 1 mol / kg.

反応時間は、基質等の濃度、菌体濃度、又はその他の反応条件等によって適時選択するが、1〜120時間で反応が終了するように条件を設定するのが好ましい。   The reaction time is appropriately selected depending on the concentration of the substrate, the bacterial cell concentration, or other reaction conditions, but the conditions are preferably set so that the reaction is completed in 1 to 120 hours.

上述の方法により、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを、途中で蓄積が停止することなく、反応系内に0.3mol/kgを超えて蓄積させることができる。反応液中に生成、蓄積した4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルは公知の方法を用いて採取及び精製することができる。例えば、反応液から遠心分離等の方法を用いて菌体を除いた後、酢酸エチルなどの溶媒で抽出を行い、減圧下に溶媒を除去することにより4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルのシロップを得ることができる。また、これらのシロップを減圧下に蒸留することによりさらに精製することもできる。   According to the above-described method, 4-halo-3-hydroxybutyronitrile can be accumulated in an amount exceeding 0.3 mol / kg in the reaction system without stopping accumulation on the way. The 4-halo-3-hydroxybutyronitrile produced and accumulated in the reaction solution can be collected and purified using a known method. For example, after removing bacterial cells from the reaction solution using a method such as centrifugation, extraction with a solvent such as ethyl acetate is performed, and the solvent is removed under reduced pressure to remove 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. You can get syrup. Further, these syrups can be further purified by distillation under reduced pressure.

5.基質の再利用
酵素反応終了後の反応液を蒸留することにより、未反応のシアニドドナー及び1,3−ジハロ−2−プロパノールを再度、本反応に利用することもできる。
5. Unreacted cyanide donor and 1,3-dihalo-2-propanol can be reused in this reaction by distilling the reaction solution after completion of the enzyme reaction for reusing the substrate .

具体的には下記工程(3)に示すように、未反応のシアニドドナー及び1,3−ジハロ−2−プロパノールを回収し、再利用することが好ましい。すなわち、以下の工程を含む、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法である。
(1)シアニドドナーを含む水溶液に、1,3−ジハロ−2−プロパノール及び酵素を添加し、反応系内のシアニドドナーが0.05〜1.5mol/kg、1,3-ジハロ−2−プロパノールが0.01〜1mol/kgとなるように制御しながら、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを0.3mol/kgまで蓄積させ、
(2)前記工程(1)で4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを0.3mol/kgまで蓄積した以降、反応系内の1,3-ジハロ−2−プロパノールの濃度を0.01〜0.8mol/kgとなるように管理し、
(3)前記工程(2)で得られた反応液を蒸留し、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを主成分とする水溶液と、未反応のシアニドドナー及び1,3−ジハロ−2−プロパノールを含む水溶液をそれぞれ回収する。
Specifically, as shown in the following step (3), unreacted cyanide donor and 1,3-dihalo-2-propanol are preferably recovered and reused. That is, it is a method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile including the following steps.
(1) 1,3-dihalo-2-propanol and an enzyme are added to an aqueous solution containing a cyanide donor, and the cyanide donor in the reaction system is 0.05 to 1.5 mol / kg, and 1,3-dihalo-2-propanol is While controlling to be 0.01 to 1 mol / kg, 4-halo-3-hydroxybutyronitrile was accumulated to 0.3 mol / kg,
(2) After accumulating 4-halo-3-hydroxybutyronitrile to 0.3 mol / kg in the step (1), the concentration of 1,3-dihalo-2-propanol in the reaction system is set to 0.01 to Managed to be 0.8 mol / kg,
(3) The reaction solution obtained in the step (2) is distilled, an aqueous solution mainly composed of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, an unreacted cyanide donor, and 1,3-dihalo-2-propanol. Each of the aqueous solutions containing is recovered.

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、1,3−ジクロロ−2−プロパノール、エピクロロヒドリン、及び4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの定量は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて表1に示す分析条件で行った。

Figure 2008017838
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. In addition, 1,3-dichloro-2-propanol, epichlorohydrin, and 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile were quantified using high performance liquid chromatography (HPLC) under the analysis conditions shown in Table 1. It was.
Figure 2008017838

[調製例1]
ハロヒドリンエポキシダーゼ発現形質転換微生物の培養
ハロヒドリンエポキシダーゼ活性を持つ大腸菌(Escherichia coli)JM109/pST111を、LB培地(1%バクトトリプトン、0.5%バクトイーストエキス、0.5%NaCl、1mM IPTG、50μg/mlアンピシリン)100mL×20本植菌し、37℃で20時間振盪培養した。
[Preparation Example 1]
Culture of halohydrin epoxidase expressing microorganisms Escherichia coli JM109 / pST111 having halohydrin epoxidase activity was added to LB medium (1% bactotryptone, 0.5% bacto yeast extract, 0.5% (NaCl, 1 mM IPTG, 50 μg / ml ampicillin) 100 mL × 20 cells were inoculated and cultured at 37 ° C. for 20 hours with shaking.

培養菌体を50mM トリス−硫酸緩衝液(pH 8.0)で洗浄し、50mM トリス−硫酸緩衝液(pH 8.0)を20gになるように加え、懸濁した。この菌体懸濁液0.25gを50mM トリス−硫酸緩衝液(pH 8.0)100mLに加え、さらに50mMとなるように1,3−ジクロロ−2−プロパノールを加え、20℃で10分間反応した。   The cultured cells were washed with 50 mM Tris-sulfate buffer (pH 8.0), and 50 mM Tris-sulfate buffer (pH 8.0) was added to 20 g and suspended. Add 0.25 g of this bacterial cell suspension to 100 mL of 50 mM Tris-sulfate buffer (pH 8.0), add 1,3-dichloro-2-propanol to 50 mM, and react at 20 ° C. for 10 minutes. did.

HPLCにより反応液中のエピクロロヒドリンの量を測定したところ、11mMであった。すなわち、10分当たり1100μmolのエピクロロヒドリンが生成したことになり、この菌体懸濁液の活性は菌体懸濁液1gあたり440Uであることがわかった。   The amount of epichlorohydrin in the reaction solution measured by HPLC was 11 mM. That is, 1100 μmol of epichlorohydrin was produced per 10 minutes, and it was found that the activity of this bacterial cell suspension was 440 U per 1 g of the bacterial cell suspension.

この菌体懸濁液を50mM トリス−硫酸緩衝液(pH 8.0)で菌体懸濁液1gあたり400unitになるように希釈した。   This cell suspension was diluted with 50 mM Tris-sulfate buffer (pH 8.0) to 400 units per gram of cell suspension.

なお、pST111は、コリネバクテリウム(Corynebacterium)sp.N-1074のハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子(hheB)を含むBamHI-PstI1.1Kb 断片をpUC118に結合させたプラスミドである(図1)。   PST111 is a plasmid in which a BamHI-PstI1.1 Kb fragment containing the halohydrin epoxidase gene (hheB) of Corynebacterium sp. N-1074 is linked to pUC118 (FIG. 1).

また、pST111は、特開平5−317066公報に記載されており、JM109/pST111は、FERM P-12065として、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(茨城県つくば市東1−1−1中央第6)に平成3年3月1日付け寄託されている。   PST111 is described in JP-A-5-317066, and JM109 / pST111 is FERM P-12065, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Depositary Center (1-1-1 Tsukuba City East, Ibaraki Prefecture). Deposited on March 6, 1991 in the center No. 6).

<実施例1〜4>
以下の表2に示す条件で反応を行った。反応は、pH電極及びpHコントローラーにより制御されたアルカリ投入配管を装着した300mL容4つ口フラスコに、所定量の水、HCNを投入し、30% NaOHで所定のpH(I)に調整後、1,3−ジクロロ−2−プロパノール(DCP)を加え、均一に溶解するまで攪拌した。
<Examples 1-4>
The reaction was performed under the conditions shown in Table 2 below. In the reaction, a 300 mL four-necked flask equipped with an alkali charging pipe controlled by a pH electrode and a pH controller was charged with a predetermined amount of water and HCN, adjusted to a predetermined pH (I) with 30% NaOH, 1,3-Dichloro-2-propanol (DCP) was added and stirred until evenly dissolved.

次いで、調整例1の菌体懸濁液20.00g(8.00kU)を加え、所定の温度、pH(II)で反応を開始した。反応開始後は、反応系内のpHを制御するために、pHコントローラーを設定し、30%NaOHにてpHのコントロールを行った。   Next, 20.00 g (8.00 kU) of the cell suspension of Preparation Example 1 was added, and the reaction was started at a predetermined temperature and pH (II). After starting the reaction, a pH controller was set to control the pH in the reaction system, and the pH was controlled with 30% NaOH.

pHコントロールで使用したNaOHとほぼ等モルの割合でDCP及びHCNを追添加し、DCP及びHCNの濃度を所定値の範囲内に維持した。   DCP and HCN were additionally added at an approximately equimolar ratio with NaOH used for pH control, and the concentrations of DCP and HCN were maintained within a predetermined range.

なお、収率は以下の方法により算出した。
収率(%)=DCP転化率×CHBN選択率
・DCP転化率(%)=100−{(系内全量×DCP濃度)/(DCP仕込量+DCP累計追加量)}
・CHBN選択率(%)={(系内全量×CHBN濃度)/(DCP仕込量+DCP累計追加量)}×DCP転化率
The yield was calculated by the following method.
Yield (%) = DCP conversion rate × CHBN selectivity / DCP conversion rate (%) = 100 − {(total amount in system × DCP concentration) / (DCP charge amount + DCP cumulative additional amount)}
-CHBN selectivity (%) = {(total amount in system x CHBN concentration) / (DCP charge + DCP cumulative additional amount)} x DCP conversion rate

その後、35%HClで所定のpH(III)を調整後、窒素ガスを毎分5mL吹き込みながら常圧蒸留し、2℃に冷却した冷却管を用いて留出液を得た。   Then, after adjusting a predetermined pH (III) with 35% HCl, a distillate was obtained using a cooling tube cooled to 2 ° C. by atmospheric distillation while blowing nitrogen gas at 5 mL / min.

各実施例の反応プロファイルについては、表3、表5、表7及び表9に示した。また、各実施例の留出液・釜残組成に関しては、表4、表6、表8及び表10に示した。

Figure 2008017838
Figure 2008017838
Figure 2008017838
Figure 2008017838
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Figure 2008017838
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The reaction profile of each example is shown in Table 3, Table 5, Table 7, and Table 9. The distillate / bottle composition of each example is shown in Table 4, Table 6, Table 8, and Table 10.
Figure 2008017838
Figure 2008017838
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Figure 2008017838
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上記の結果より、反応液内に残存していた1,3-ジクロロ-2-プロパノールおよびHCNを60〜80%の回収率で回収できた。生成物である4-クロロ-3-ヒドロキシブチロニトリルはほぼ全量釜残に残り、ロスは殆どないことがわかった。
<実施例5>
From the above results, 1,3-dichloro-2-propanol and HCN remaining in the reaction solution could be recovered at a recovery rate of 60 to 80%. It was found that almost all the product 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile remained in the kettle residue and there was almost no loss.
<Example 5>

実施例1で得られた留出液の100.0gを使用し、それに水31.25g、HCN3.41gを加え、30%NaOH 0.65gで、pH7.5に調整し、1,3-ジクロロ-2-プロパノール7.3gを加えて、均一に溶解するまで攪拌した。次に調整例1の菌体懸濁液20.00g(8.00kU)を加え、実施例1と同様に反応を行った。   Using 100.0 g of the distillate obtained in Example 1, 31.25 g of water and 3.41 g of HCN were added thereto, adjusted to pH 7.5 with 30% NaOH 0.65 g, and 1,3-dichloro-2- 7.3 g of propanol was added and stirred until evenly dissolved. Next, 20.00 g (8.00 kU) of the bacterial cell suspension of Preparation Example 1 was added, and the reaction was performed in the same manner as in Example 1.

反応開始23時間後、30%NaOHは、22.0g投入されており、反応液の全量は200.78gであった。
その後、35%塩酸を0.8g添加し、pHを2.0とした後、窒素ガスを毎分5mL吹き込みながら、110Torr, 50℃で減圧蒸留し、2℃に冷却した冷却管を用いて129.92gの留出液を得た。反応終了液、留出液、釜残の組成を表11に示した。

Figure 2008017838
23 hours after the start of the reaction, 22.0 g of 30% NaOH was added, and the total amount of the reaction solution was 200.78 g.
Thereafter, 0.8 g of 35% hydrochloric acid was added to adjust the pH to 2.0, and then distilled at 110 Torr and 50 ° C. under reduced pressure while blowing nitrogen gas at a rate of 5 mL per minute, and 129.92 g of distilled water was cooled to 2 ° C. A effluent was obtained. Table 11 shows the compositions of the reaction end liquid, distillate liquid and kettle residue.
Figure 2008017838

上記の結果より、蒸留した水、未反応の1,3-ジクロロ-2-プロパノールおよびHCNをリサイクル使用しても、酵素反応にはまったく悪影響がなく、新しい水、HCNおよび1,3-ジクロロ-2-プロパノールを使用した場合となんら変わらない反応結果が得られた。
また、反応液内に残存していた1,3-ジクロロ-2-プロパノールを75%の回収率で回収できた。生成物である4-クロロ-3-ヒドロキシブチロニトリルはほぼ全量釜残に残り、ロスは殆どないことがわかった。また、4-クロロ-3-ヒドロキシブチロニトリルの光学純度は蒸留の前後において94.8%eeであり、蒸留による光学純度の低下はみられなかった。
<比較例1>
From the above results, even when distilled water, unreacted 1,3-dichloro-2-propanol and HCN are recycled, there is no adverse effect on the enzyme reaction, and fresh water, HCN and 1,3-dichloro- The reaction results were the same as when 2-propanol was used.
Further, 1,3-dichloro-2-propanol remaining in the reaction solution was recovered at a recovery rate of 75%. It was found that almost all the product 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile remained in the kettle residue and there was almost no loss. The optical purity of 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile was 94.8% ee before and after distillation, and no decrease in optical purity due to distillation was observed.
<Comparative Example 1>

実施例1〜4の4つ口フラスコに、0.1mol/kgリン酸緩衝液(pH7.5)55.52gを入れ、DCP10.00g(0.0775mol)を入れ、均一に溶解するまで攪拌した。   In the four-necked flasks of Examples 1 to 4, 55.52 g of 0.1 mol / kg phosphate buffer (pH 7.5) was added, and 10.00 g (0.0775 mol) of DCP was added and stirred until evenly dissolved. .

調製例1の菌体懸濁液20.00g(8.00kU)を加え、20℃で反応を開始した。系内のpHを7.5〜7.6に維持するようpHコントローラーを設定し、30%NaOHにてpHのコントロールを行った。反応開始後、DCPを20分間隔に1.09g、HCNを10分間隔に0.55gの割合で追添加した。反応結果を表12に示す。

Figure 2008017838
20.00 g (8.00 kU) of the cell suspension of Preparation Example 1 was added, and the reaction was started at 20 ° C. A pH controller was set to maintain the pH in the system at 7.5 to 7.6, and the pH was controlled with 30% NaOH. After the reaction started, DCP was additionally added at a rate of 1.09 g at intervals of 20 minutes and HCN was added at a rate of 0.55 g at intervals of 10 minutes. The reaction results are shown in Table 12.
Figure 2008017838

上記の結果より、60分後、CHBNが0.302mol/kg蓄積した以降、DCPの濃度を0.8mol/kgを超えて添加し続けた場合、120分(2時間)後以降、反応が急に停止した。   From the above results, it can be seen that after 60 minutes after CHBN accumulated 0.302 mol / kg, when the concentration of DCP was continuously added exceeding 0.8 mol / kg, the reaction suddenly started after 120 minutes (2 hours). Stopped at.

180分後には、CHBNは0.298mol/kg、その光学純度は92.0%e.e.のR体過剰であり、収率は21.6%であった。
<比較例2>
After 180 minutes, CHBN was 0.298 mol / kg and its optical purity was 92.0% e.e. e. The R form was excessive, and the yield was 21.6%.
<Comparative example 2>

実施例1〜4の4つ口フラスコに、0.1mol/kgリン酸緩衝液(pH7.5)125.09g、DCP10.00g(0.0775mol)を入れ、均一に溶解するまで攪拌した。
調製例1の菌体懸濁液20.00g (8.00kU)を加えた後、HCNを0.20g(0.0369mol)加えて、20℃で反応を開始した。系内のpHを7.5〜7.6に維持するよう、30%NaOHを投入するようにpHコントローラーを設定し、投入されたNaOHとほぼ等モルの割合でDCP、HCNを追加していくことで、系内のDCPの濃度を0.5mol/kgを超えないようにした。また、このとき、系内のシアンイオン濃度は0.05mol/kgを超えることはなかった。反応結果を表13に示す。

Figure 2008017838
125 mol of 0.1 mol / kg phosphate buffer (pH 7.5) and 10.00 g (0.0775 mol) of DCP were put into the four-necked flasks of Examples 1 to 4 and stirred until they were uniformly dissolved.
After adding 20.00 g (8.00 kU) of the cell suspension of Preparation Example 1, 0.20 g (0.0369 mol) of HCN was added, and the reaction was started at 20 ° C. In order to maintain the pH in the system at 7.5 to 7.6, the pH controller is set so that 30% NaOH is added, and DCP and HCN are added at an approximately equimolar ratio with the added NaOH. Thus, the concentration of DCP in the system was not allowed to exceed 0.5 mol / kg. At this time, the cyanide concentration in the system did not exceed 0.05 mol / kg. The reaction results are shown in Table 13.
Figure 2008017838

上記の結果より、反応開始から180分経過しても、CHBNは0.145mol/kgしか蓄積せず、反応が円滑に進行しなかった。光学純度は92.0%e.e.のR体過剰であった。収率は28.9%であった。   From the above results, even when 180 minutes passed from the start of the reaction, CHBN accumulated only 0.145 mol / kg, and the reaction did not proceed smoothly. The optical purity is 92.0% e.e. e. The R form was excessive. The yield was 28.9%.

プラスミドpST111の構成図である。It is a block diagram of plasmid pST111.

Claims (7)

1,3−ジハロ−2−プロパノールとシアニドドナーとから、酵素反応によって4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法において、酵素反応を開始し、反応系内の4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度が、0.3mol/kgとなった以降、反応系内の1,3−ジハロ−2−プロパノールの濃度を、0.8mol/kgを超えないようにすることを特徴とする、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法。     In a method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile from 1,3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor by an enzymatic reaction, the enzymatic reaction is started and 4-halo-3-hydroxy in the reaction system is started. After the butyronitrile concentration becomes 0.3 mol / kg, the concentration of 1,3-dihalo-2-propanol in the reaction system should not exceed 0.8 mol / kg. , 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. 1,3−ジハロ−2−プロパノールが0.01〜0.8mol/kgとなるよう、1,3−ジハロ−2−プロパノールを添加する、請求項1記載の方法。   The method according to claim 1, wherein 1,3-dihalo-2-propanol is added so that 1,3-dihalo-2-propanol is 0.01 to 0.8 mol / kg. 酵素反応中、シアニドドナーが0.05mol/kg以上となるように維持する、請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the cyanide donor is maintained at 0.05 mol / kg or more during the enzymatic reaction. 酵素反応中、シアニドドナーが0.05〜1.5mol/kgとなるように維持する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the cyanide donor is maintained at 0.05 to 1.5 mol / kg during the enzyme reaction. 1,3−ジハロ−2−プロパノールと酵素が接触する前に、シアニドドナーを反応系内に存在させておく、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, wherein a cyanide donor is present in the reaction system before the contact of 1,3-dihalo-2-propanol with the enzyme. 酵素が、ハロヒドリンエポキシダーゼである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the enzyme is a halohydrin epoxidase. ハロヒドリンエポキシダーゼが、コリネバクテリウム(Corynebacterium) sp.N−1074のハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子(hheB)由来するものである、請求項6記載の方法。 A halohydrin epoxidase is used in Corynebacterium sp. The method according to claim 6, which is derived from a halohydrin epoxidase gene (hheB) of N-1074.
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