JP2009000097A - Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide and its derivative - Google Patents

Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide and its derivative Download PDF

Info

Publication number
JP2009000097A
JP2009000097A JP2007322180A JP2007322180A JP2009000097A JP 2009000097 A JP2009000097 A JP 2009000097A JP 2007322180 A JP2007322180 A JP 2007322180A JP 2007322180 A JP2007322180 A JP 2007322180A JP 2009000097 A JP2009000097 A JP 2009000097A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
halo
reaction
concentration
hydroxybutyronitrile
salt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007322180A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009000097A5 (en
Inventor
Takeshi Watanabe
健 渡邉
Yasuhiro Ninomiya
康裕 二宮
Kosuke Oishi
康介 大石
Eiji Sato
栄治 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Rayon Co Ltd filed Critical Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority to JP2007322180A priority Critical patent/JP2009000097A/en
Publication of JP2009000097A publication Critical patent/JP2009000097A/en
Publication of JP2009000097A5 publication Critical patent/JP2009000097A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a 4-halo-3-hydroxybutyramide, completing reaction in a short time and not requiring a lot of nitrile hydratase. <P>SOLUTION: The method for producing the 4-halo-3-hydroxybutyramide comprises a step I of subjecting an epihalohydrin and/or a 1,3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor to enzymatic reaction to synthesize a 4-halo-3-hydroxybutyronitrile and a step II of bringing the 4-halo-3-hydroxybutyronitrile into contact with nitrile hydratase so that the product of the concentration (mass%) of the nitrile with salt concentration (total of a salt of an alkali metal salt with a buffer agent salt and salts of metals composed of nickel, zinc and cobalt) (mass%) becomes ≤160. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドの製造方法に関する。光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドは、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、(R)−体は特に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 method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide. Optically active 4-halo-3-hydroxybutyramide is a substance useful as a raw material for synthesizing various pharmaceuticals and physiologically active substances, and the (R) -form is particularly useful as a raw material for synthesizing L-carnitine.

4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドを製造する方法としては、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを水和させる方法が挙げられる。一般に、ニトリルの水和によるアミドの製造方法としては塩酸などの鉱酸やアルカリを使用する方法、アルカリと過酸化水素を併用する方法などが知られているが、これらの方法では工程が煩雑となり、対応する酸が副生し収率が低下してしまうなどの問題がある(特許文献1)。また、生物学的反応としては、ニトリルヒドラターゼの作用によりニトリル化合物を水和してアミド化合物を製造する方法が知られており、本出願人らは先に、4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドの製造法として、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルにニトリルヒドラターゼを作用させる方法(特許文献2)を提案している。 Examples of the method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide include a method for hydrating 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. In general, as a method for producing an amide by hydration of nitrile, a method using a mineral acid such as hydrochloric acid or an alkali, a method using an alkali and hydrogen peroxide in combination, and the like, the process becomes complicated. There is a problem that the corresponding acid is by-produced and the yield is reduced (Patent Document 1). In addition, as a biological reaction, a method of producing an amide compound by hydrating a nitrile compound by the action of nitrile hydratase is known, and the present applicants first described 4-halo-3-hydroxybutyl. As a method for producing amides, a method of causing nitrile hydratase to act on 4-halo-3-hydroxybutyronitrile (Patent Document 2) has been proposed.

4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法としては、エピハロヒドリンと青酸のアルカリ金属塩を反応させる方法(特許文献3)、エピハロヒドリンと青酸を反応させる方法(特許文献4)、1,3−ジハロ−2−プロパノールと青酸または青酸のアルカリ金属塩とから、酵素反応により製造する方法(特許文献5)が挙げられる。酵素反応で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、酵素反応により製造する方法は、生成する4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルが光学活性体であり、特に有用である。   As a method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, a method of reacting an epihalohydrin and an alkali metal salt of cyanic acid (Patent Document 3), a method of reacting an epihalohydrin and hydrocyanic acid (Patent Document 4), 1,3- A method (Patent Document 5) of producing by enzymatic reaction from dihalo-2-propanol and hydrocyanic acid or an alkali metal salt of hydrocyanic acid can be mentioned. As an enzyme used in the enzymatic reaction, halohydrin epoxidase can be exemplified, and the method of producing by enzymatic reaction is particularly useful because 4-halo-3-hydroxybutyronitrile to be produced is an optically active substance.

上述の製造方法によって生成した4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む反応液中には、未反応の青酸及び原料が残存する。また、1,3−ジハロ−2−プロパノールと青酸または青酸のアルカリ金属塩を原料とした場合、およびエピハロヒドリンと青酸のアルカリ金属塩を原料とした場合には、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの生成とともに理論上等モル以上の無機塩が生成し、反応液中に残存する。次いでニトリルヒドラターゼによりアミド化反応を実施する場合、残存している青酸によりニトリルヒドラターゼが失活するため、上述の製造方法によって生成した4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルは、通常、反応液から有機溶媒で抽出を行い、減圧下に溶媒を青酸とともに除去し、必要によりさらに蒸留し精製された留分を得るという公知の方法により回収され、ニトリルヒドラターゼによる4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミド製造工程に供される。   Unreacted hydrocyanic acid and raw materials remain in the reaction solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile produced by the above production method. Further, when 1,3-dihalo-2-propanol and hydrocyanic acid or alkali metal salt of hydrocyanic acid are used as raw materials, and when epihalohydrin and alkali metal salt of hydrocyanic acid are used as raw materials, 4-halo-3-hydroxybutyro Along with the formation of nitrile, theoretically an equimolar or more inorganic salt is formed and remains in the reaction solution. Subsequently, when the amidation reaction is carried out with nitrile hydratase, since the nitrile hydratase is deactivated by the remaining cyanate, 4-halo-3-hydroxybutyronitrile produced by the above-mentioned production method is usually reacted. The solution is extracted with an organic solvent, and the solvent is removed together with hydrocyanic acid under reduced pressure. If necessary, it is recovered by a known method of obtaining a purified fraction by distillation, and 4-halo-3-hydroxy with nitrile hydratase. It is used for the butyramide production process.

しかし、上述の方法では有機溶媒の使用や抽出および蒸留精製にかかるコスト面・環境面の負担が大きく、必ずしも工業的に好適であるとはいえなかった。また、ニトリルヒドラターゼによりアミド化反応を実施する場合、蒸留などの方法により青酸を例えば1ppm以下に除去しても、アミド化反応の反応速度が非常に遅く、反応速度を上昇させるためには大量のニトリルヒドラターゼを必要とする場合があった。   However, the above-mentioned method has a large cost / environmental burden for the use, extraction and distillation purification of organic solvents, and is not necessarily industrially suitable. In addition, when the amidation reaction is carried out with nitrile hydratase, the reaction rate of the amidation reaction is very slow even if the cyanic acid is removed to 1 ppm or less by a method such as distillation. Nitrile hydratase may be required.

本出願人らは先に、金属添加などの化学的手法によりニトリル化合物中に極微量に含まれる青酸を低減させる方法(特許文献6)を提案しているが、金属添加量が不十分な場合や、過剰な場合では一部のニトリルヒドラターゼ失活が起こり、アミド化反応の反応速度を十分に上昇させることが難しかった。
特許第2588930号公報 特許第3014171号公報 特公平5−69818号公報 特開2002−241357号公報 特許第3073037号公報 特許第3428404号公報
The present applicants have previously proposed a method (Patent Document 6) for reducing hydrocyanic acid contained in a very small amount in a nitrile compound by a chemical method such as metal addition, but the amount of metal addition is insufficient. In the case of excess, some nitrile hydratase was deactivated, and it was difficult to sufficiently increase the reaction rate of the amidation reaction.
Japanese Patent No. 2588930 Japanese Patent No. 3014171 Japanese Patent Publication No. 5-69818 JP 2002-241357 A Japanese Patent No. 3073037 Japanese Patent No. 3428404

本発明の目的は、生産性が高く、コスト面・環境面ともに好適な4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミド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 method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide having high productivity and suitable for both cost and environment.

本発明者らは、上記課題を解決するために、エピハロヒドリンとシアニドドナーとから得られる、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む反応液、又は1,3−ジハロ−2−プロパノールとシアニドドナーとからハロヒドリンエポキシダーゼの作用により得られる、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む反応液を、有機溶媒による抽出および蒸留により精製された4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリル留分の回収工程を経ることなく、ニトリルヒドラターゼを作用させることによる4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドの製造方法について検討を行った。   In order to solve the above problems, the present inventors have obtained a reaction solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile obtained from an epihalohydrin and a cyanide donor, or 1,3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor. A 4-halo-3-hydroxybutyronitrile fraction obtained by purifying a reaction solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile obtained by the action of halohydrin epoxidase from an organic solvent by distillation and distillation with an organic solvent The production method of 4-halo-3-hydroxybutyramide by the action of nitrile hydratase was examined without passing through the recovery step.

その過程において、高濃度の4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルとともに高濃度の無機塩が存在する条件下ではニトリルヒドラターゼが失活してしまうことがわかった。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の濃度(質量%)と無機塩の濃度(質量%)の積を160以下とし、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルにニトリルヒドラターゼを作用させることで、煩雑な精製操作や、多量のニトリルヒドラターゼを必要とせず、短時間で4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドを製造できることを見出し本発明を完成させた。   In the process, it was found that nitrile hydratase was inactivated under conditions where a high concentration of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile and a high concentration of inorganic salt existed. As a result of diligent studies to solve this problem, the product of the concentration (mass%) of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile and the concentration (mass%) of inorganic salt was 160 or less, and 4-halo- It has been found that by reacting 3-hydroxybutyronitrile with nitrile hydratase, it is possible to produce 4-halo-3-hydroxybutyramide in a short time without requiring complicated purification operations and a large amount of nitrile hydratase. Completed the invention.

すなわち、本発明は、以下の工程を含む、4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドの製造方法である。   That is, the present invention is a method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide including the following steps.

工程I:エピハロヒドリン及び/又は1,3−ジハロ−2−プロパノール、及びシアニドドナーを酵素反応に供し、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを合成する工程、
工程II:前記ニトリルの濃度(質量%)と塩濃度(アルカリ金属塩と緩衝剤の塩とニッケル、亜鉛、コバルトからなる金属の塩の合計)(質量%)の積が160以下となるように、ニトリルヒドラターゼと接触させる工程。
Step I: Step of synthesizing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile by subjecting epihalohydrin and / or 1,3-dihalo-2-propanol and cyanide donor to an enzymatic reaction,
Step II: The product of the concentration (mass%) of nitrile and the salt concentration (total of alkali metal salt and buffer salt and metal salt made of nickel, zinc, cobalt) (mass%) is 160 or less. Contacting with nitrile hydratase.

本発明によれば、煩雑な4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの抽出・蒸留精製工程を経ることなく、4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドを得られるため、生産性が高く、コスト面・環境面ともに好適な4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドの製造方法を提供することができる。   According to the present invention, 4-halo-3-hydroxybutyramide can be obtained without going through complicated 4-halo-3-hydroxybutyronitrile extraction / distillation purification steps, so that the productivity is high and the cost is reduced. A method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide suitable for both environmental aspects can be provided.

以下、本発明に関して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

工程I:4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの合成
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は特に限定されないが、以下に述べる、エピハロヒドリン及び/又は1,3−ジハロ−2−プロパノール、及びシアニドドナーを酵素反応(以後、シアノ化酵素反応と称することがある)に供する方法が光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルが得られる点で好ましい。
Step I: Synthesis of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile The method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is not particularly limited, but epihalohydrin and / or 1,3-dihalo-2 described below is used. A method in which -propanol and cyanide donor are subjected to an enzymatic reaction (hereinafter sometimes referred to as a cyanating enzyme reaction) is preferable in that optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is obtained.

シアノ化酵素反応とは、ハロヒドリンエポキシダーゼと称される酵素を利用した、エピハロヒドリン及び/又は1,3−ジハロ−2−プロパノール、及びシアニドドナーを基質とする酵素変換反応を意味する。   The cyanation enzyme reaction means an enzyme conversion reaction using epihalohydrin and / or 1,3-dihalo-2-propanol and cyanide donor as a substrate, using an enzyme called halohydrin epoxidase.

(工程I−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。

Figure 2009000097
(Step I-1) 4-halo-3-hydroxybutyronitrile 4-halo-3-hydroxybutyronitrile refers to a compound represented by the following general formula (1).
Figure 2009000097

(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、のいずれでも構わないが、(R)体が好ましい。)
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。
(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 either (R) or (S), but (R) is preferred.
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.

具体的には(R)−4−フルオロ−3−ヒドロキシブチロニトリル、(S)−4−フルオロ−3−ヒドロキシブチロニトリル、(R)−4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル、(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル、(R)−4−ブロモ−3−ヒドロキシブチロニトリル、(S)−4−ブロモ−3−ヒドロキシブチロニトリル、(R)−4−ヨード−3−ヒドロキシブチロニトリル、(S)−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(R)−4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル、(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル、(R)−4−ブロモ−3−ヒドロキシブチロニトリル、(S)−4−ブロモ−3−ヒドロキシブチロニトリルであり、特に(R)−4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリルが好ましい。   Specifically, (R) -4-fluoro-3-hydroxybutyronitrile, (S) -4-fluoro-3-hydroxybutyronitrile, (R) -4-chloro-3-hydroxybutyronitrile, S) -4-chloro-3-hydroxybutyronitrile, (R) -4-bromo-3-hydroxybutyronitrile, (S) -4-bromo-3-hydroxybutyronitrile, (R) -4- Examples include iodo-3-hydroxybutyronitrile and (S) -4-iodo-3-hydroxybutyronitrile, preferably (R) -4-chloro-3-hydroxybutyronitrile, (S) -4- Chloro-3-hydroxybutyronitrile, (R) -4-bromo-3-hydroxybutyronitrile, (S) -4-bromo-3-hydroxybutyronitrile, especially (R) -4-chloro- 3 Hydroxybutyronitrile is preferable.

(工程I−2)ハロヒドリンエポキシダーゼ
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。

Figure 2009000097
(Step I-2) A halohydrin epoxidase halohydrin epoxidase is a dehalogenated 1,3-dihalo-2-propanol represented by the following general formula (2), and the following general formula (3 ) And an enzyme (EC number: 4.5.1.-) having an activity of synthesizing an epihalohydrin and an activity of catalyzing the reverse reaction.
Figure 2009000097

(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 2009000097
(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 2009000097

(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。)
この酵素を産生する微生物としては、アグロバクテリウム属(Agrobacterium sp.)、アースロバクター属(Arthrobacter sp.)、オウレオバクテリウム属(Aureobacterium sp.)、コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)、レイフソニア属(Leifsonia sp.)、ミクロバクテリウム属(Microbacterium sp.)、マイコバクテリウム属(Mycobacterium sp.)、シュードモナス属(Pseudomonas sp.)、リゾビウム属(Rhizobium sp.)等に属する微生物が挙げられる。好ましくはオウレオバクテリウム属(Aureobacterium sp.)、コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)、レイフソニア属(Leifsonia sp.)、ミクロバクテリウム属(Microbacterium sp.)、マイコバクテリウム属(Mycobacterium sp.)であり、オウレオバクテリウム属(Aureobacterium sp.)DH095(FERM P-12360)、コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N-1074(FERM BP-2643)、レイフソニア属(Leifsonia sp.)MRC03(FERM AP-20453)、ミクロバクテリウム属(Microbacterium sp.)N-4701(FERM BP-2644)、マイコバクテリウム属(Mycobacterium sp.)GP1が(R)−体の4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルが得られる点でより好ましく、特にコリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N-1074(FERM BP-2643)が好ましい。
(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.)
The microorganisms that produce this enzyme include Agrobacterium sp., Arthrobacter sp., Aureobacterium sp., Corynebacterium sp., Examples include microorganisms belonging to the genus Leifsonia sp., Microbacterium sp., Mycobacterium sp., Pseudomonas sp., Rhizobium sp. . Preferably, Aureobacterium sp., Corynebacterium sp., Leifsonia sp., Microbacterium sp., Mycobacterium sp. Aureobacterium sp. DH095 (FERM P-12360), Corynebacterium sp. N-1074 (FERM BP-2643), Leifsonia sp. MRC03 (FERM AP-20453), Microbacterium sp. N-4701 (FERM BP-2644), Mycobacterium sp. GP1 is (R) -form 4-halo-3-hydroxybutyro Nitrile is more preferable, and Corynebacterium sp. N-1074 (FERM BP-2643) is particularly preferable.

ハロヒドリンエポキシダーゼのうち、アミノ酸配列が明らかにされているものについては、米国生物工学情報センター (NCBI; National Center for Biotechnology Information) により提供されるGenBankデータベース(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?CMD=search&DB=protein)において、以下のAccession No.により登録されている。 Among the halohydrin epoxidases whose amino acid sequences have been identified, the GenBank database (http: //www.ncbi.nlm) provided by the National Center for Biotechnology Information (NCBI) .nih.gov / entrez / query.fcgi? CMD = search & DB = protein), it is registered with the following Accession No.

・Accession No. BAA14361(コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N-1074株由来のHheAのアミノ酸配列)
・Accession No. AAK92100(アースロバクター属(Arthrobacter sp.)AD2株由来のHheAAD2のアミノ酸配列)
・Accession No. BAA14362(コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N-1074株由来のHheBのアミノ酸配列)
・Accession No. AAK73175(マイコバクテリウム属(Mycobacterium sp.)GP1株由来のHheBGP1のアミノ酸配列)
・Accession No. AAK92099(アグロバクテリウム ラジオバクター(Agrobacterium radiobacter) AD1株由来のHheCのアミノ酸配列)
Accession No. AAD34609(アグロバクテリウム チュメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens) 由来のHalBのアミノ酸配列)
コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N-1074株由来のHheB、マイコバクテリウム属(Mycobacterium sp.)GP1株由来のHheBGP1が(R)−体の4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルが得られる点で好ましく、特に好ましくはコリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N-1074株由来のHheBである。
・ Accession No. BAA14361 (amino acid sequence of HheA derived from Corynebacterium sp. N-1074)
・ Accession No. AAK92100 (amino acid sequence of HheA AD2 derived from Arthrobacter sp. AD2 strain)
・ Accession No. BAA14362 (amino acid sequence of HheB derived from Corynebacterium sp. N-1074)
・ Accession No. AAK73175 (amino acid sequence of HheB GP1 derived from Mycobacterium sp. GP1 strain)
・ Accession No. AAK92099 (amino acid sequence of HheC derived from Agrobacterium radiobacter AD1 strain)
Accession No. AAD34609 (Amino acid sequence of HalB derived from Agrobacterium tumefaciens)
HheB derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain, HheB GP1 derived from Mycobacterium sp. GP1 strain is (R) -form 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. HheB derived from the Corynebacterium sp. N-1074 strain is particularly preferable in terms of the obtained point.

ハロヒドリンエポキシダーゼは、上記微生物を培養することにより生産することができる。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。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、目的のハロヒドリンエポキシダーゼを大量に得ることができることから好ましく使用される。   The halohydrin epoxidase can be produced by culturing the microorganism. It can also be produced by a recombinant microorganism produced by cloning a gene encoding halohydrin epoxidase and incorporating the gene. A halohydrin epoxidase obtained by culturing a genetically modified microorganism prepared by incorporating a halohydrin epoxidase gene is preferably used because a desired halohydrin epoxidase can be obtained in a large amount.

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。   Further, examples of the host microorganism used for transformation include microorganisms belonging to the genus Escherichia coli or Rhodococcus. However, the present invention is not particularly limited thereto, and other host microorganisms can also be used.

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。   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.

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、pH2〜11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、菌体破砕液、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, microbial cell disruption solution, 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.

(工程I−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(以下、青酸またはHCNと称することがある)、シアン化カリウム(以下、KCNと称することがある)、シアン化ナトリウム(以下、NaCNと称することがある)、アセトンシアンヒドリン(以下、ACHと称することがある)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。特に、シアン化水素が酵素反応時のpHに調整する際、副生する塩が少ないことから好ましい。
(Step I-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 may be referred to as hydrogen cyanide (hereinafter referred to as cyanide or HCN). ), Potassium cyanide (hereinafter sometimes referred to as KCN), sodium cyanide (hereinafter sometimes referred to as NaCN), and acetone cyanohydrin (hereinafter sometimes referred to as ACH). Hydrogen cyanide, potassium cyanide and sodium cyanide are preferably used. In particular, hydrogen cyanide is preferable because the amount of by-produced salt is small when adjusting the pH to the enzymatic reaction.

(工程I−4)シアノ化酵素反応
シアノ化酵素反応は、水または緩衝液へ、シアニドドナー、エピハロヒドリン又は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使用できる。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。
(Step I-4) Cyanation enzyme reaction The cyanation enzyme reaction is carried out by using cyanide donor, epihalohydrin or 1,3-dihalo-2-propanol, and halohydrin epoxidase in water or a buffer solution. Start by adding. 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 etc. can be illustrated and used. 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.

上記ハロヒドリンエポキシダーゼを利用した酵素反応において、反応液中のエピハロヒドリン又は1,3−ジハロ−2−プロパノールの濃度は、0.1〜10wt%が好ましい。また、シアニドドナーの使用量は、エピハロヒドリン又は1,3−ジハロ−2−プロパノールに対して、通常1〜3倍モルである。エピハロヒドリン又は1,3−ジハロ−2−プロパノール及びシアニドドナーは反応液に一括して加えるかあるいは分割添加することができる。   In the enzyme reaction using the halohydrin epoxidase, the concentration of epihalohydrin or 1,3-dihalo-2-propanol in the reaction solution is preferably 0.1 to 10 wt%. Moreover, the usage-amount of a cyanide donor is usually 1-3 times mole with respect to epihalohydrin or 1,3-dihalo-2-propanol. Epihalohydrin or 1,3-dihalo-2-propanol and cyanide donor can be added to the reaction solution all at once or in divided portions.

反応温度は0〜40℃、pHは4〜10の範囲で行うことが好ましい。また、1,3−ジハロ−2−プロパノールを原料とした場合、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が低下していくため、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。   The reaction temperature is preferably 0 to 40 ° C. and the pH is preferably 4 to 10. In addition, when 1,3-dihalo-2-propanol is used as the raw material, as the reaction proceeds, hydrogen halide is generated in the reaction solution and the pH is lowered, so an alkali is additionally added to the reaction system. Thus, it is preferable to adjust and maintain the pH in the system in a region where the enzyme activity is exhibited.

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、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, 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.

反応時間は基質等の濃度、ハロヒドリンエポキシダーゼの量や反応条件によって変わるが、通常1〜120時間で終了するように条件を設定することが好ましい。   The reaction time varies depending on the concentration of the substrate, the amount of halohydrin epoxidase, and the reaction conditions, but it is preferable to set the conditions so that the reaction time is usually completed in 1 to 120 hours.

(工程I−5)4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルと未反応のシアニドドナーの分離
4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの合成に際しては、ハロヒドリンエポキシダーゼを利用した酵素反応で製造するしないに係らず、1,3−ジハロ−2−プロパノールと青酸または青酸のアルカリ金属塩を原料とした場合、およびエピハロヒドリンと青酸のアルカリ金属塩を原料とした場合には、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの生成とともに理論上、等モル以上の塩が生成する。また、エピハロヒドリンと青酸を原料とした場合においても、反応液のpH調整等により塩が生成する。また、反応液中に未反応のシアニドドナー及び1,3−ジハロ−2−プロパノールまたはエピハロヒドリンが残存する。
(Step I-5) Separation of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile and unreacted cyanide donor In the synthesis of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, it is produced by an enzymatic reaction using halohydrin epoxidase. Regardless of whether or not 1,3-dihalo-2-propanol and hydrocyanic acid or alkali metal salt of hydrocyanic acid are used as raw materials, and when epihalohydrin and alkali metal salt of hydrocyanic acid are used as raw materials, 4-halo-3 -In theory, an equimolar or more salt is formed with the formation of hydroxybutyronitrile. Even when epihalohydrin and hydrocyanic acid are used as raw materials, a salt is produced by adjusting the pH of the reaction solution. Further, unreacted cyanide donor and 1,3-dihalo-2-propanol or epihalohydrin remain in the reaction solution.

上記のような理由から、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、例えば、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、また、これらのシロップを減圧下に蒸留することにより、さらに精製した留分として回収してニトリルヒドラターゼによる水和反応(以後、アミド化酵素反応を称することがある)に供することもできるが、有機溶媒の使用や抽出および蒸留精製にかかるコスト面・環境面の観点から、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリル合成反応終了後の反応液を蒸留することにより濃縮し、未反応のシアニドドナー及び、エピハロヒドリンまたは1,3−ジハロ−2−プロパノールを含む留分を分離してから、アミド化酵素反応に供することが好ましい。   For the above reasons, 4-halo-3-hydroxybutyronitrile generated and accumulated in the reaction solution is extracted with a solvent such as ethyl acetate, and the solvent is removed under reduced pressure to remove 4- Syrups of halo-3-hydroxybutyronitrile can be obtained, and these syrups are distilled under reduced pressure, recovered as a further purified fraction, and hydrated with nitrile hydratase (hereinafter referred to as amide). From the viewpoint of cost and environment for the use of organic solvents, extraction and distillation purification, after the completion of the 4-halo-3-hydroxybutyronitrile synthesis reaction. The reaction solution was concentrated by distillation, and a fraction containing an unreacted cyanide donor and epihalohydrin or 1,3-dihalo-2-propanol was obtained. And release, it is advantageous to subject the amidation enzymatic reaction.

濃縮の際、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリル合成反応液から、未反応のシアニドドナーの反応液からの分離効率を上げ、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの分解を防ぐために、蒸留ボトムを中性または酸性に維持することが好ましい。蒸留ボトムのpHについては、7以下が好ましく、5以下がより好ましい。pHの下限については特に制限されないが、濃縮中に生成する青酸やハロゲン化水素等の蒸気による装置の腐食を防いだり、後の工程I’および工程IIにおいて、pHを中性付近に調整する際生じる塩の生成量を少なくする観点から、pHは0以上とすることが好ましく、2以上とすることがより好ましい。   In the concentration, the 4-halo-3-hydroxybutyronitrile synthesis reaction solution is distilled in order to increase the separation efficiency of the unreacted cyanide donor from the reaction solution and prevent the decomposition of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. It is preferred to keep the bottom neutral or acidic. The pH of the distillation bottom is preferably 7 or less, and more preferably 5 or less. The lower limit of the pH is not particularly limited, but it prevents corrosion of the apparatus due to vapors such as cyanic acid and hydrogen halide generated during concentration, or when adjusting the pH to near neutral in the subsequent Step I 'and Step II. From the viewpoint of reducing the amount of salt produced, the pH is preferably 0 or more, and more preferably 2 or more.

4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリル合成反応液のpHが7を超えている場合、反応液に青酸より強い酸を添加することや、反応液を30℃以上沸点以下に加熱することでpHを7以下に下げることができる。また、アルカリの投入によりシアノ化酵素反応液のpHを制御している場合にはアルカリの投入を遮断して反応を継続することによってもpHを7以下に下げることができる。   When the pH of the 4-halo-3-hydroxybutyronitrile synthesis reaction solution exceeds 7, the pH can be increased by adding an acid stronger than hydrocyanic acid to the reaction solution or heating the reaction solution to 30 ° C. or higher and below the boiling point. Can be reduced to 7 or less. In addition, when the pH of the cyanation enzyme reaction solution is controlled by adding an alkali, the pH can be lowered to 7 or less by blocking the alkali and continuing the reaction.

反応液を30℃以上沸点以下に加熱する場合は、反応液に青酸より強い酸を添加したり、アルカリの投入によりシアノ化酵素反応液のpHを制御している場合にはアルカリの投入を遮断して反応を継続することによりpHを7以下に下げた後に加熱を行い所望のpHとすることが好ましい。   When the reaction liquid is heated to 30 ° C or more and below the boiling point, the addition of an alkali is blocked if an acid stronger than hydrocyanic acid is added to the reaction liquid or the pH of the cyanation enzyme reaction liquid is controlled by the addition of an alkali. Then, by continuing the reaction and lowering the pH to 7 or less, heating is preferably performed to obtain a desired pH.

酸としては、青酸より強い酸、すなわち、青酸と強塩基からなる塩の水溶液と混合することにより青酸ガスが発生するものであれば、特に制限されないが、p−トルエンスルホン酸、酢酸といった有機酸や、塩酸、硫酸、硝酸、りん酸といった無機酸が例示される。   The acid is not particularly limited as long as it generates a hydrocyanic acid gas by mixing with an acid stronger than hydrocyanic acid, that is, an aqueous solution of a salt composed of hydrocyanic acid and a strong base, but organic acids such as p-toluenesulfonic acid and acetic acid. And inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid.

pH調整の際、所望のpHより低い値に下げすぎた際にはアルカリを添加することにより所望のpHに調整することができる。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、水酸化カリウムが好ましい。シアン化ナトリウム、シアン化カリウム等の金属シアン化物塩は、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリル合成反応液のシアンイオン濃度が上昇するため好ましくない。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。反応液の温度を30℃以上とした場合、アルカリを添加することによるpH調整は光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの分解を誘発するため好ましくない。   When the pH is adjusted to a value lower than the desired pH, it can be adjusted to the desired pH by adding an alkali. 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 and potassium hydroxide are preferred. Metal cyanide salts such as sodium cyanide and potassium cyanide are not preferred because the cyan ion concentration of the 4-halo-3-hydroxybutyronitrile synthesis reaction solution increases. The form of alkali used is not particularly limited, but an aqueous solution is preferable from the viewpoint of ease of handling. When the temperature of the reaction solution is 30 ° C. or higher, pH adjustment by adding alkali induces decomposition of optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, which is not preferable.

また、酵素反応に使用したハロヒドリンエポキシダーゼ由来の固形物がある場合には、濃縮前に取り除いても取り除かなくても構わない。上記固形物を除去する場合には、常法によって行えば良く、例えばろ過や遠心分離といった方法が例示される。   Further, when there is a solid derived from the halohydrin epoxidase used in the enzyme reaction, it may be removed before concentration or not. In the case of removing the solid matter, it may be carried out by a conventional method, and examples thereof include methods such as filtration and centrifugation.

圧力及び温度は、用いる装置の種類および蒸留の目的に応じて適宜決定することができる。通常、蒸留温度を0〜110℃、好ましくは40〜110℃にし、圧力は1〜760Torr、好ましくは50〜760Torrとする。濃縮速度を高めたい場合には、蒸留温度を40〜80℃、より好ましくは40〜60℃とし、圧力を1〜300Torr、より好ましくは50〜150Torrとすることで、濃縮速度を高めることができる。   The pressure and temperature can be appropriately determined according to the type of apparatus used and the purpose of distillation. Usually, the distillation temperature is 0 to 110 ° C., preferably 40 to 110 ° C., and the pressure is 1 to 760 Torr, preferably 50 to 760 Torr. When it is desired to increase the concentration rate, the concentration rate can be increased by setting the distillation temperature to 40 to 80 ° C., more preferably 40 to 60 ° C., and the pressure to 1 to 300 Torr, more preferably 50 to 150 Torr. .

蒸留ボトム中に残留するシアニドドナーは、後の工程IIにおいて、ニトリルヒドラターゼの活性を著しく阻害するため、極力低減することが好ましい。その濃度は100ppm以下とすることが好ましく、より好ましくは10ppm以下であり、1ppm以下とすることが特に好ましい。   It is preferable to reduce the cyanide donor remaining in the distillation bottom as much as possible because it significantly inhibits the activity of nitrile hydratase in the subsequent Step II. The concentration is preferably 100 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less.

蒸留は、未反応のシアニドドナー及び、エピハロヒドリン又は1,3−ジハロ−2−プロパノールの反応液からの分離効率を上げるために、空気または不活性気体を吹き込みながら実施することもできる。シアニドドナーの濃度を100ppm以下に低減させる際には、空気または不活性気体を吹き込みながら蒸留することが好ましい。   Distillation can also be carried out while blowing air or inert gas in order to increase the separation efficiency of unreacted cyanide donor and epihalohydrin or 1,3-dihalo-2-propanol from the reaction solution. When reducing the concentration of the cyanide donor to 100 ppm or less, it is preferable to distill while blowing air or an inert gas.

不活性気体としては、蒸留の際に生成物である4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルや、未反応のシアニドドナー及び、エピハロヒドリン又は1,3−ジハロ−2−プロパノールと実質的に反応しない気体であれば特に制限されず、水蒸気、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴンが例示される。これらの気体は単独で用いても2種類以上混合されていても、蒸留の間において組成が一定であっても変化しても良い。空気としては、特に制限されないが、蒸留を行う系内に過剰の酸素が導入されないよう、上記の不活性気体により希釈して使用することが好ましい。上記気体の流量については、特に制限されないが、1~120時間で反応容器内の気相部が置換されるように設定することが好ましい。   As an inert gas, a gas that does not substantially react with 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, an unreacted cyanide donor, and epihalohydrin or 1,3-dihalo-2-propanol, which are products during distillation. If it is, it will not restrict | limit in particular, Water vapor | steam, nitrogen, a carbon dioxide, helium, and argon are illustrated. These gases may be used alone, or two or more kinds thereof may be mixed, or the composition may be constant or change during distillation. Although it does not restrict | limit especially as air, It is preferable to use by diluting with said inert gas so that excess oxygen may not be introduce | transduced in the system which performs distillation. The gas flow rate is not particularly limited, but is preferably set so that the gas phase in the reaction vessel is replaced in 1 to 120 hours.

留出したシアニドドナー及び、エピハロヒドリン又は1,3−ジハロ−2−プロパノールを含む留分は、必要に応じ、これらを捕集するのに十分な温度、例えば、−10℃〜10℃に冷却された冷却管を使い捕集することができる。   The distilled cyanide donor and the fraction containing epihalohydrin or 1,3-dihalo-2-propanol were optionally cooled to a temperature sufficient to collect them, for example, -10 ° C to 10 ° C. Can be collected using a cooling tube.

濃縮の時間については特に制限されないが、1〜120時間で蒸留ボトムの4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルが所望の濃度となるように実施することが好ましい。蒸留ボトムの4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度については、特に制限されないが30重量%を超えると、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリル合成反応条件によっては、ハロゲン化水素の塩などが析出して取り扱いが困難となる場合があるため、30重量%を超えないことが好ましい。
4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度を30重量%以上に濃縮しても、シアニドドナーおよび1,3−ジハロ−2−プロパノールの回収率や蒸留ボトム内の濃度が所望の値とならない場合には、蒸留ボトムに水を加えてさらに濃縮することもできる。
The concentration time is not particularly limited, but it is preferable to carry out the concentration so that the distillation bottom 4-halo-3-hydroxybutyronitrile has a desired concentration in 1 to 120 hours. The concentration of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile in the distillation bottom is not particularly limited, but when it exceeds 30% by weight, depending on the 4-halo-3-hydroxybutyronitrile synthesis reaction conditions, a salt of hydrogen halide In some cases, it may be difficult to handle due to precipitation, and therefore it is preferable not to exceed 30% by weight.
Even if the concentration of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is concentrated to 30% by weight or more, the recovery rate of cyanide donor and 1,3-dihalo-2-propanol and the concentration in the distillation bottom do not reach the desired values. In addition, water can be added to the distillation bottom to further concentrate.

本工程における、反応系内のエピハロヒドリンまたは1,3−ジハロ−2−プロパノールの濃度、及び光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度ならびに光学純度は、例えばガスクロマトグラフィー(GLC)や高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によって測定・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。   In this step, the concentration of epihalohydrin or 1,3-dihalo-2-propanol in the reaction system, the concentration of optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, and the optical purity are determined by, for example, gas chromatography (GLC) or It can be measured and quantified by high performance liquid chromatography (HPLC). The concentration of cyanide donor in the reaction system can be quantified by titration, for example.

上記のようにして得られた4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む溶液は、下記に述べる工程I’に供される。   The solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile obtained as described above is subjected to Step I ′ described below.

工程I’:アミド化酵素反応前処理
工程I’とは、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む溶液を加熱処理及び/又はニッケル、亜鉛、コバルトからなる群から選ばれる金属の塩を1種類以上添加する工程である。本工程を実施することにより、後の工程IIにおける4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルからニトリルヒドラターゼの作用により4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドを得る工程を円滑に進行させることができる。
Step I ′: Amidation enzyme reaction pretreatment step I ′ is a heat treatment of a solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile and / or a metal salt selected from the group consisting of nickel, zinc and cobalt. It is a step of adding one or more types. By carrying out this step, the step of obtaining 4-halo-3-hydroxybutyramide by the action of nitrile hydratase from 4-halo-3-hydroxybutyronitrile in the subsequent Step II can be smoothly advanced. .

4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む溶液の調製方法については特に制限されないが、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリル合成工程でのコスト面、環境面の負荷が低い観点から、上記工程Iで得られる、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む溶液が好ましい。   Although it does not restrict | limit especially about the preparation method of the solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, From a viewpoint with a low cost side in the 4-halo-3-hydroxybutyronitrile synthesis | combination process, and an environmental load, it is the above-mentioned. A solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile obtained in Step I is preferred.

(工程I’−1)4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミド
4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドとは、下記一般式(4)で表される化合物のことをいう。

Figure 2009000097
(Step I′-1) 4-halo-3-hydroxybutyramide 4-halo-3-hydroxybutyramide refers to a compound represented by the following general formula (4).
Figure 2009000097

(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、のいずれでも構わないが、(R)体が好ましい。)
また、光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドとは、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−ヒドロキシブチルアミドのこと、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−ヒドロキシブチルアミドのことをいう。
(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 either (R) or (S), but (R) is preferred.
Optically active 4-halo-3-hydroxybutyramide is 4-halo-3-hydroxy in which one enantiomer (for example, R-form) is contained more than the other enantiomer (for example, S-form). It refers to butyramide or 4-halo-3-hydroxybutyramide consisting of only one of the enantiomers.

具体的には(R)−4−フルオロ−3−ヒドロキシブチブチルアミド、(S)−4−フルオロ−3−ヒドロキシブチルアミド、(R)−4−クロロ−3−ヒドロキシブチルアミド、(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシブチルアミド、(R)−4−ブロモ−3−ヒドロキシブチルアミド、(S)−4−ブロモ−3−ヒドロキシブチルアミド、(R)−4−ヨード−3−ヒドロキシブチルアミド、(S)−4−ヨード−3−ヒドロキシブチルアミドが挙げられ、好ましくは(R)−4−クロロ−3−ヒドロキシブチルアミド、(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシブチルアミド、(R)−4−ブロモ−3−ヒドロキシブチルアミド、(S)−4−ブロモ−3−ヒドロキシブチルアミドであり、特に(R)−4−クロロ−3−ヒドロキシブチルアミドが好ましい。   Specifically, (R) -4-fluoro-3-hydroxybutybutyramide, (S) -4-fluoro-3-hydroxybutyramide, (R) -4-chloro-3-hydroxybutyramide, (S) -4-chloro-3-hydroxybutyramide, (R) -4-bromo-3-hydroxybutyramide, (S) -4-bromo-3-hydroxybutyramide, (R) -4-iodo-3-hydroxy Butyramide, (S) -4-iodo-3-hydroxybutyramide, and (R) -4-chloro-3-hydroxybutyramide, (S) -4-chloro-3-hydroxybutyramide, (R) -4-bromo-3-hydroxybutyramide, (S) -4-bromo-3-hydroxybutyramide, especially (R) -4-chloro-3-hydroxybutyramide Soil is preferred.

(工程I’−2)加熱処理
4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの加熱処理とは、光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む溶液を加熱することをいう。加熱方法は、本発明の目的が達成されれば特に制限はなく、加圧、減圧、常圧条件下のいずれも選択できる。また上記工程Iで得られる4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む溶液を、その沸点以上に加熱し、還流又は留去する方法などが挙げられる。
(Step I′-2) Heat treatment The heat treatment of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile refers to heating a solution containing optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. The heating method is not particularly limited as long as the object of the present invention is achieved, and any of pressurized, reduced pressure, and normal pressure conditions can be selected. Moreover, the method etc. which heat the solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile obtained by the said process I above the boiling point, and recirculate | reflux or distill off are mentioned.

加熱時における4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む溶液の濃度は特に制限されないが、シアンイオンはニトリルヒドラターゼの活性を著しく阻害するため、極力低減することが好ましい。その濃度は100ppm以下とすることが好ましく、より好ましくは10ppm以下であり、1ppm以下とすることが特に好ましい。   The concentration of the solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile at the time of heating is not particularly limited, but it is preferable to reduce it as much as possible because cyan ions significantly inhibit the activity of nitrile hydratase. The concentration is preferably 100 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less.

加熱時間は、0.1〜100時間程度で、0.5〜50時間が好ましく、さらに好ましくは1〜10時間である。加熱温度は、40℃程度から4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルが分解しない温度までの範囲で処理することが可能であり、60〜150℃が好ましく、80〜100℃がより好ましい。   The heating time is about 0.1 to 100 hours, preferably 0.5 to 50 hours, and more preferably 1 to 10 hours. The heating temperature can be processed in a range from about 40 ° C. to a temperature at which 4-halo-3-hydroxybutyronitrile does not decompose, preferably 60 to 150 ° C., more preferably 80 to 100 ° C.

また、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの分解を防ぐため、pHは7以下とすることが好ましく、pH5以下がより好ましい。pHの下限については特に制限されないが、加熱時におけるハロゲン化水素等の蒸気による装置の腐食を防いだり、後の金属塩添加の工程および工程IIにおいて、pHを中性付近に調整する際生じる塩の生成量を少なくする観点から、pHは0以上とすることが好ましく、2以上とすることがより好ましい。   In order to prevent the decomposition of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, the pH is preferably 7 or less, more preferably 5 or less. The lower limit of the pH is not particularly limited, but it prevents corrosion of the apparatus due to steam such as hydrogen halide during heating, or a salt generated when adjusting the pH to near neutral in the subsequent step of adding metal salt and Step II. From the viewpoint of reducing the production amount of, the pH is preferably 0 or more, and more preferably 2 or more.

また加熱処理後にはニトリルヒドラターゼが高活性を示す至適pHに再度調節してから、工程IIのアミド化酵素反応に移ることが好ましい。   In addition, after the heat treatment, it is preferable that the nitrile hydratase is adjusted again to an optimum pH at which high activity is exhibited, and then the process proceeds to the amidating enzyme reaction in Step II.

pHの調整方法については青酸及び/又は金属シアン化物を使用しない限り特に制限されないが、アルカリを添加することによるpH調整は4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの分解を防ぐ観点から0〜30℃で実施することが好ましい。   The method for adjusting the pH is not particularly limited unless cyanic acid and / or metal cyanide is used, but pH adjustment by adding an alkali is 0 to 30 from the viewpoint of preventing decomposition of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. It is preferable to carry out at ° C.

(工程I’−3)金属塩の添加
4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む溶液に、微量の金属塩を添加することで、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリル中に極微量含まれるシアンイオンを金属錯体とすることで低減させることができる。これにより、工程IIのアミド化酵素反応を円滑に進行させることができる。
(Step I'-3) Addition of metal salt A trace amount of metal salt is added to a solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile to add a trace amount of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. It can reduce by making the cyanide contained into a metal complex. Thereby, the amidation enzyme reaction of the process II can be advanced smoothly.

金属としては、コバルト、ニッケル、亜鉛が好ましく、塩の形態としては、特に制限されないが、硝酸塩、ハロゲン化物塩、硫酸塩、カルボン酸塩が例示できる。   As the metal, cobalt, nickel, and zinc are preferable, and the form of the salt is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, halide salts, sulfates, and carboxylates.

上記金属塩を添加する量は特に制限されないが、シアンイオンの影響を十分に低減し、工程IIにおけるニトリルヒドラターゼの失活を防ぐ観点から、通常、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む溶液に含まれるシアンイオン濃度に応じた量を添加することができる。   The amount of the metal salt to be added is not particularly limited, but 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is usually used from the viewpoint of sufficiently reducing the influence of cyanide ions and preventing the deactivation of nitrile hydratase in Step II. An amount corresponding to the concentration of cyanide ions contained in the solution to be contained can be added.

4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む水溶液に金属塩を添加する前の、シアンイオン濃度は、100ppm以下とすることが好ましく、より好ましくは10ppm以下であり、1ppm以下とすることが特に好ましい。また、添加する金属塩の濃度は、ニトリルヒドラターゼの安定性の面から、工程IIにおける反応液中において10,000ppm以下とすることが好ましい。1,000ppm以下とすることがより好ましく、10ppm以下とすることが特に好ましい。上記金属塩濃度の下限については、シアンイオンの影響を低減可能な濃度であるという観点から、工程IIにおける反応液中において0.1ppm以上とすることが好ましい。   The cyanide concentration before adding the metal salt to the aqueous solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is preferably 100 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less. preferable. The concentration of the metal salt to be added is preferably 10,000 ppm or less in the reaction solution in Step II from the viewpoint of the stability of nitrile hydratase. It is more preferably 1,000 ppm or less, and particularly preferably 10 ppm or less. About the minimum of the said metal salt density | concentration, it is preferable to set it as 0.1 ppm or more in the reaction liquid in process II from a viewpoint that it is a density | concentration which can reduce the influence of a cyanide ion.

添加する金属塩の濃度が反応液中において10,000ppmより高くなると、ニトリルヒドラターゼの一部失活が起こる場合がある。工程IIにおいて、ニトリルヒドラターゼと4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルおよび上記金属塩を含む溶液を接触させる前に、この溶液を希釈するか、金属塩および金属シアノ錯体を例えば吸着剤等により除去するなどの方法により、金属塩の濃度を10,000ppm以下とすることが好ましい。吸着剤としては、例えば、活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、シリカゲルやイオン交換樹脂等を使用することができる。   When the concentration of the metal salt to be added is higher than 10,000 ppm in the reaction solution, partial deactivation of nitrile hydratase may occur. In Step II, before contacting the nitrile hydratase with the solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile and the metal salt, the solution is diluted, or the metal salt and the metal cyano complex are mixed with an adsorbent or the like. The concentration of the metal salt is preferably 10,000 ppm or less by a method such as removal. As the adsorbent, for example, activated carbon, activated alumina, zeolite, silica gel, ion exchange resin, or the like can be used.

金属塩を添加した後のpHは、金属シアノ錯体の形成を円滑に行う観点から、6以上とすることが好ましく、7以上がより好ましい。また、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの分解を防ぐ観点から、pH9以下とすることが好ましく、pH8.5以下とすることがより好ましい。pH調整の時期は、上記金属塩の添加の前後で特に制限されない。   The pH after adding the metal salt is preferably 6 or more, more preferably 7 or more, from the viewpoint of smoothly forming the metal cyano complex. Moreover, it is preferable to set it as pH 9 or less from a viewpoint of preventing decomposition | disassembly of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, and it is more preferable to set it as pH 8.5 or less. The timing of pH adjustment is not particularly limited before and after the addition of the metal salt.

pHの調整方法については青酸及び/又は金属シアン化物を使用しない限り特に制限されないが、アルカリを添加することによるpH調整は4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの分解を防ぐ観点から0〜30℃で実施することが好ましい。   The method for adjusting the pH is not particularly limited unless cyanic acid and / or metal cyanide is used, but pH adjustment by adding an alkali is 0 to 30 from the viewpoint of preventing decomposition of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. It is preferable to carry out at ° C.

金属塩を添加する際、および添加した後の温度は特に限定されないが、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの安定性の観点から0〜40℃とすることが好ましい。   Although the temperature at the time of adding a metal salt and after adding is not specifically limited, it is preferable to set it as 0-40 degreeC from a stability viewpoint of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile.

また、金属塩を添加した後、工程IIのアミド化酵素反応に供するまでの処理時間については、金属シアノ錯体を十分に形成させ、ニトリルヒドラターゼの失活を防ぐ観点から、金属塩を添加してから5分以上が好ましく、さらに好ましくは10分以上経過してから工程IIのアミド化酵素反応に供することが好ましい。また、金属塩を添加した後、pHを6〜8.5に調整した後、pHをこの範囲に維持したまま工程IIのアミド化酵素反応に供することが好ましい。金属塩を添加した後、pHが6以下に低下した場合はアルカリを添加することによりpHを6〜8.5に調整し、1秒以上、さらに好ましくは5分以上この範囲に維持したまま工程IIのアミド化酵素反応に供することが好ましい。pHが6未満の状態でニトリルヒドラターゼを添加し工程IIのアミド化酵素反応を開始することも可能であるが、その場合は、反応開始後1時間以内にpHを6〜8.5に調整することが好ましく、30分以内に調整することがより好ましく、特に好ましくは15分以内にpHを6〜8.5に調整する。処理時間の上限は特に限定されないが、1時間〜1年間とすることができる。また、処理中に攪拌することも可能であるが、特に制限されない。   In addition, with respect to the treatment time from the addition of the metal salt to the time of being subjected to the amidating enzyme reaction in Step II, the metal salt is added from the viewpoint of sufficiently forming the metal cyano complex and preventing the deactivation of the nitrile hydratase. It is preferable that the reaction time is 5 minutes or more, more preferably 10 minutes or more, and then the amidation enzyme reaction in Step II is used. Moreover, after adding a metal salt, after adjusting pH to 6-8.5, it is preferable to use for the amidating enzyme reaction of the process II, maintaining pH in this range. After the metal salt is added, if the pH drops to 6 or less, the pH is adjusted to 6 to 8.5 by adding an alkali, and the process is maintained for 1 second or longer, more preferably 5 minutes or longer. It is preferable to use for II amidation enzyme reaction. It is possible to add nitrile hydratase in the state where the pH is less than 6 to start the amidating enzyme reaction in Step II. In that case, the pH is adjusted to 6 to 8.5 within 1 hour after the start of the reaction. The pH is preferably adjusted within 30 minutes, more preferably within 15 minutes, and the pH is adjusted to 6 to 8.5 within 15 minutes. Although the upper limit of processing time is not specifically limited, It can be set as 1 hour-1 year. Further, stirring is possible during the treatment, but there is no particular limitation.

なお、本工程における、金属塩の添加による処理と、上記の加熱処理は必要に応じて組み合わせて使用することもできる。組み合わせる場合には、上記の加熱処理を行った後、金属塩の添加処理を行い、下記工程IIのアミド化酵素反応に供することが好ましい。   In addition, the process by addition of a metal salt in this process and said heat processing can also be used in combination as needed. In the case of combination, it is preferable that after the above heat treatment, a metal salt addition treatment is performed and used for the amidating enzyme reaction in the following Step II.

工程II:アミド化酵素反応
工程IIとは、上記工程Iで得られる処理液と、ニトリルヒドラターゼを接触させ、酵素反応により4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドを得る工程である。
Step II: The amidating enzyme reaction step II is a step in which the treatment liquid obtained in the above step I is brought into contact with nitrile hydratase to obtain 4-halo-3-hydroxybutyramide by an enzymatic reaction.

(工程II−1)ニトリルヒドラターゼ
本工程において使用される酵素としては、ニトリルヒドラターゼが挙げられる。ニトリルヒドラターゼとは、ニトリル化合物の水和反応によりアミド化合物の生成を触媒する酵素をいい、国際的な酵素分類によればリアーゼに属する酵素である。本発明において使用するニトリルヒドラターゼは4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルのニトリルをアミドへ変換する反応を触媒する酵素であれば良い。
(Step II-1) Nitrile hydratase Examples of the enzyme used in this step include nitrile hydratase. Nitrile hydratase refers to an enzyme that catalyzes the formation of an amide compound by a hydration reaction of a nitrile compound, and is an enzyme belonging to lyase according to international enzyme classification. The nitrile hydratase used in the present invention may be any enzyme that catalyzes the reaction of converting 4-halo-3-hydroxybutyronitrile nitrile into amide.

例えば、アクロモバクター(Achromobacter)属、アシドボラックス(Acidovorax)属、アグロバクテリウム(Agrobacterium)属、アースロバクター(Arthrobacter)属、バチルス(Bacillus)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、バークホルデリア(Burkholderia)属、キャンディダ(Candida)属、カセオバクター(Caseobacter) 属、コマモナス(Comamonas)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、ディーツィア(Dietzia)属、エンテロバクター(Enterobacter)属、エルビニア(Erwinia)属、ジオバチルス(Geobacillus)属、ゴルドナ(Gordona)属、クレブシエラ(Klebsiela)属、ミクロアスカス(Microascus)モルガネラ(Morganella)属、パントエア(Pantoea)属、プロテウス(Proteus)属、シュードモナス(Pseudomonas) 属、シュードノカルディナ(Pseudonocardia)属、ロドコッカス(Rhodococcus) 属、リゾビウム(Rhizobium)属、セラチア(Serratia)属、シクタリジウム(Syctalidium)属、ツカムレラ(Tukamurella)属、に属する微生物が産生するニトリルヒドラターゼである。   For example, the genus Achromobacter, Acidoborax, Agrobacterium, Arthrobacter, Bacillus, Brevibacterium, Burkhol Burkholderia genus, Candida genus, Caseobacter genus, Comamonas genus, Corynebacterium genus, Dietzia genus, Enterobacter genus, Erwinia (Erwinia) ) Genus, Geobacillus genus, Gordona genus, Klebsiela genus, Microascus Morganella genus, Pantoea genus, Proteus genus, Pseudomonas genus , Pseudonocardia, Rhodococca A nitrile hydratase produced by microorganisms belonging to the genera Rhodococcus, Rhizobium, Serratia, Syctalidium, and Tukamurella.

具体的には、アースロバクター グロビフォルミス(Arthrobacter globiformis)IFO 12138、ブレビバクテリウム ヘルボラム(Brevibacterium helvolum)ATCC11822 、コリネバクテリウム フラベシエンス(Corynebacterium flavescens)IAM 1642 、ロドコッカス エリスロポリス(Rhodococcus erythropolis)IFO 12540 およびIFO 12539 、ストレプトマイセスアルボグリセルス(Streptomyces aLBogriseolus)HUT 6045、ストレプトマイセス クリゾマルス(Streptomyces chrysomallus)HUT 6141、ストレプトマイセス シネレオルバー(Streptomyces cinereouruber)HUT6142、ストレプトマイセス ヂアスタチカス(Streptomyces diastaticus)HUT 6116、ストレプトマイセス オリバセウス(Streptomyces olivaceus)HUT 6061、ストレプトマイセス ルブロシアノヂアスタチカス(Streptomyces rubrocyanodiastaticus)HUT 6117、クレブシエラ ニュウモニアエ(Klebsiella pneumoniae)IFO 12019、IFO 3319、IFO12059、IAM 1063、クレブシエラ ニュウモニアエ サブスピーシズ ニュウモニアエ(Klebsiella pneumoniae subsp. pneumoniae) NH-36T2株、セラチア ピリムシカ(Serratia plymuthica)IFO 3055、セラチア マルセッセンス(Serratia marcescens)IAM 1105、エルビニア キャロトボラ(Erwinia carotovora)IFO 3057、ツカムレラ ポーロメタボラム(Tukamurella paurometabolum)JCM 3226、ゴルドナ ルブロペルチンクタス(Gordona rubropertinctus)JCM 3227、モルガネラ モルガニ(Morganella morganii)IFO 3848、プロテウス ブルガリス(Proteus vulgaris)IFO 3167、エンテロバクター エアロジェネス(Enterobacter aerogenes)IFO 12010、ミクロアスカス デスモスポラス(Microascus desmosporus)IFO6761、キャンディダ グイリエモンディー(Candida guilliermondii)NH-2株(FERM P-11350 号)、パントエア アグロメランス(Pantoea agglomerans)NH-3株(FERM P-11349 号)などが産生するニトリルヒドラターゼである。   Specifically, Arthrobacter globiformis IFO 12138, Brevibacterium helvolum ATCC11822, Corynebacterium flavescens IAM 1642, Rhodococcus O12 539, Rhodococcus Oery 12 Streptomyces alboglycelus (Streptomyces aLBogriseolus) HUT 6045, Streptomyces chrysomallus HUT 6141, Streptomyces cinereouruber (Streptomyces cinereouruber) HUT6142 Streptomyces olivaceus) HUT 6061, Streptomyces rubrocyanodiastaticus HUT 6117, Klebsiella nuumonia Klebsiella pneumoniae IFO 12019, IFO 3319, IFO12059, IAM 1063, Klebsiella pneumoniae subsp. Pneumoniae NH-36T2 strain, Serratia plymus Erwinia carotovora IFO 3057, Tukamurella paurometabolum JCM 3226, Gordona rubropertinctus JCM 3227, Morganella morganii IFO 3848, Prote vulis I 3167, Enterobacter aerogenes IFO 12010, Microascus desmosporus IFO6761, Candida guilliermondii NH-2 (FERM P-11350), Pantoe A nitrile hydratase produced by Pantoea agglomerans NH-3 strain (FERM P-11349).

なお、ATCC番号が付与された微生物菌株は、アメリカンタイプカルチャーコレクション(ATCC)から容易に入手することができる。IFO番号の付された微生物は、(財)醗酵研究所(IFO)発行の「List of Cultures、第8版、第1巻(1988)」に記載されており、現在は独立行政法人製品評価技術基盤機構バイオテクノロジー本部生物遺伝資源部門遺伝資源保存課から入手できる。IAM番号の付された微生物は東京大学応用微生物学研究所から入手できる。JCM番号の付された微生物は、理化学研究所 系統微生物保存機関発行の「Catalogue of strains 第4版(1989)」に記載されており、理化学研究所 系統微生物保存機関より入手できる。HUT番号の付された微生物は、日本微生物保存連盟(JFCC)発行の「Catalogue of Cultures、第4版(1987)」に記載されており、広島大学工学部から入手できる。FERM番号の付された微生物は、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から入手できる。   In addition, the microorganism strain provided with the ATCC number can be easily obtained from the American Type Culture Collection (ATCC). Microorganisms with IFO numbers are described in "List of Cultures, 8th Edition, Volume 1 (1988)" published by the Fermentation Research Institute (IFO), and are currently independent administrative corporation product evaluation technology. It can be obtained from Bioresources Division, Biotechnology Headquarters, Biotechnology Headquarters. Microorganisms with IAM numbers can be obtained from the Institute for Applied Microbiology, the University of Tokyo. Microorganisms with JCM numbers are described in “Catalogue of strains 4th edition (1989)” issued by the Institute of Physical and Chemical Research, RIKEN, and can be obtained from the Institute of Microorganisms of RIKEN. Microorganisms with HUT numbers are described in “Catalogue of Cultures, Fourth Edition (1987)” issued by the Japan Microbial Conservation Federation (JFCC), and can be obtained from the Faculty of Engineering, Hiroshima University. Microorganisms with FERM numbers can be obtained from the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology.

さらに山田らが土壌より分離したロドコッカス ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous) J-1〔FERM BP-1478号〕、及び本出願人らの一部が土壌より分離したアースロバクター(Arthrobacter)sp. SK103〔FERM P-11300号〕、カセオバクター(Caseobacter)sp. BC23〔FERM P-11261号〕、シュードモナス(Pseudomonas)sp. BC15-2 〔FERM BP-3320号〕、シュードモナス(Pseudomonas)sp. SK31〔FERM P-11310号〕、シュードモナス(Pseudomonas)sp. SK87〔FERM P-11311号〕、シュードモナス(Pseudomonas)sp. SK13 〔FERM BP-3325号〕、ロドコッカス(Rhodococcus)sp. SK70 〔FERM P-11304号〕、ロドコッカス(Rhodococcus)sp. HR11〔FERM P-11306号〕およびロドコッカス(Rhodococcus) sp. SK49〔FERM P-11303号〕などが産生するニトリルヒドラターゼも挙げられる。これらの微生物は、それぞれ上記寄託番号にて独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センターに寄託されている。   Furthermore, Rhodococcus rhodochrous J-1 [FERM BP-1478] isolated from soil by Yamada et al., And Arthrobacter sp. SK103 [FERM P], which some of the present applicants isolated from soil. -11300], Caseobacter sp. BC23 [FERM P-11261], Pseudomonas sp. BC15-2 [FERM BP-3320], Pseudomonas sp. SK31 [FERM P-11310] ], Pseudomonas sp. SK87 [FERM P-11311], Pseudomonas sp. SK13 [FERM BP-3325], Rhodococcus sp. SK70 [FERM P-11304], Rhodococcus ) Nitrile hydratase produced by sp. HR11 [FERM P-11306] and Rhodococcus sp. SK49 [FERM P-11303]. These microorganisms are deposited at the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, using the above deposit numbers.

また、上記微生物のニトリルヒドラターゼ遺伝子をクローニングし、形質転換(導入)した微生物も、上記のニトリルヒドラターゼを産生する微生物として含まれる。例えば、米国特許第5807730号に記載のシュードノカルディア(Pseudonocardia)属のニトリルヒドラターゼ遺伝子で形質転換した大腸菌 MT-10822株(FERM BP-5785)、特許3531997号公報記載のアクロモバクター(Achromobacter)属のニトリルヒドラターゼで形質転換した大腸菌 MT-10770株(FERM P-14756)、特許3162091号公報記載のロドコッカス・ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous)種のニトリルヒドラターゼで形質転換した微生物などが挙げられる。   In addition, a microorganism obtained by cloning and transforming (introducing) a nitrile hydratase gene of the above microorganism is also included as a microorganism that produces the above nitrile hydratase. For example, E. coli strain MT-10822 (FERM BP-5785) transformed with a nitrile hydratase gene belonging to the genus Pseudonocardia described in US Pat. No. 5,807,730, Achromobacter described in Japanese Patent No. 3531997 Examples include Escherichia coli MT-10770 strain (FERM P-14756) transformed with a nitrile hydratase belonging to the genus and microorganisms transformed with a nitrile hydratase of Rhodococcus rhodochrous species described in Japanese Patent No. 3162091.

中でも、ロドコッカス(Rhodococcus) 属に属する微生物に由来するニトリルヒドラターゼが好ましく、より好ましくはロドコッカス・ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous)種由来のものであり、特に好ましくはロドコッカス ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous)J-1株由来のものである。   Among them, a nitrile hydratase derived from a microorganism belonging to the genus Rhodococcus is preferable, more preferably a Rhodococcus rhodochrous species, and particularly preferably a Rhodococcus rhodochrous J-1 strain. belongs to.

ニトリルヒドラターゼを産生する微生物を培養するための培地組成としては、微生物が生育でき、所望の酵素を産生するのであれば特に限定はない。例えば、炭素源としてグルコース、フラクトース、シュークロース、マルトースなどの糖類、酢酸、クエン酸などの有機酸類、エタノール、グリセロールなどのアルコール類など、窒素源としてペプトン、肉エキス、酵母エキス、タンパク質加水分解物、アミノ酸類などの天然窒素源の他に各種無機、有機酸アンモニウム塩などが使用でき、このほか、無機塩、微量金属、ビタミンなどが必要に応じて適宜使用される。また場合により、酵素活性を誘導させるために、4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル、プロピオニトリル、イソブチロニトリル、ベンジルシアニドなどの各種ニトリル化合物、4−クロロ−3−ヒドロキシブチルアミド、プロピオンアミド、イソブチルアミドなどの各種アミド化合物などを培地に添加しても良い。上記微生物の培養は常法によればよく、例えば pH4〜10、温度10〜45℃の範囲にて好気的に10〜180時間培養する。培養は液体培養、固体培養のいずれでも行うことができる。   The composition of the medium for culturing a microorganism that produces nitrile hydratase is not particularly limited as long as the microorganism can grow and produce a desired enzyme. For example, sugars such as glucose, fructose, sucrose and maltose as carbon sources, organic acids such as acetic acid and citric acid, alcohols such as ethanol and glycerol, peptone, meat extract, yeast extract and protein hydrolyzate as nitrogen sources In addition to natural nitrogen sources such as amino acids, various inorganic and organic acid ammonium salts can be used. In addition, inorganic salts, trace metals, vitamins, and the like are used as needed. In some cases, in order to induce enzyme activity, various nitrile compounds such as 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile, propionitrile, isobutyronitrile, benzylcyanide, 4-chloro-3-hydroxybutyramide Various amide compounds such as propionamide and isobutyramide may be added to the medium. The microorganism may be cultured by a conventional method, for example, aerobically cultured for 10 to 180 hours at a pH of 4 to 10 and a temperature of 10 to 45 ° C. Culturing can be performed by either liquid culture or solid culture.

上記のようにして得た微生物菌体は、培養液そのまま、遠心分離などにより得た菌体の懸濁液、菌体処理物(例えば菌体破砕物、菌体抽出物など)、常法により固定化した菌体または菌体処理物、粗精製した酵素、精製酵素として、ニトリルヒドラターゼとしてアミド化酵素反応に使用することができる。   The microbial cells obtained as described above can be obtained by subjecting the culture solution as it is, a suspension of the microbial cells obtained by centrifugation or the like, a processed microbial cell product (for example, crushed microbial cell extract, microbial cell extract, etc.) As immobilized microbial cells or treated cells, roughly purified enzymes, and purified enzymes, nitrile hydratase can be used for amidating enzyme reactions.

(工程II−2)アミド化酵素反応
上記工程I’で得られる処理液には、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの他、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する工程によっては、ハロゲン化水素の塩等の無機塩が含まれている。この塩は、本工程におけるアミド化反応液中の4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度に応じてニトリルヒドラターゼの活性を一部阻害するため、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度(質量%)と塩濃度(質量%)の積が160以下、好ましくは120以下となるように濃度を調整し、ニトリルヒドラターゼと接触させることが好ましい。また、上記工程I’で添加する金属塩の濃度も上記の塩濃度に加えて濃度を調整すればよい。
(Step II-2) Amidating enzyme reaction The treatment liquid obtained in the above step I ′ includes 4-halo-3-hydroxybutyronitrile as well as 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. Includes inorganic salts such as hydrogen halide salts. Since this salt partially inhibits the activity of nitrile hydratase depending on the concentration of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile in the amidation reaction solution in this step, 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is used. It is preferable to adjust the concentration so that the product of the concentration (mass%) and the salt concentration (mass%) is 160 or less, preferably 120 or less, and contact with nitrile hydratase. Further, the concentration of the metal salt added in the step I ′ may be adjusted in addition to the salt concentration.

上記濃度の調整(4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度(質量%)と塩濃度(質量%)の積が160以下となるように濃度を調整)の方法については特に制限されず、上記工程I’で得られる処理液の希釈や、脱塩操作等により実施することができる。脱塩操作としては、例えば、濃縮を行うことで析出した塩をろ過等により除去する方法、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む水溶液や、上記工程I’で得られる処理液を電気透析処理やイオン交換樹脂等による処理により塩を除去する方法等によって行われる。   The method for adjusting the concentration (the concentration is adjusted so that the product of the concentration of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile (mass%) and the salt concentration (mass%) is 160 or less) is not particularly limited, It can be carried out by dilution of the treatment liquid obtained in the above step I ′, desalting operation or the like. Examples of the desalting operation include, for example, a method of removing a salt deposited by concentration by filtration, an aqueous solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, and the treatment liquid obtained in the above step I ′. It is performed by a method of removing salt by dialysis treatment or treatment with an ion exchange resin or the like.

上記の方法により濃度を調整した、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの溶液は、上述のごとく調製したニトリルヒドラターゼと接触させる前にpHをニトリルヒドラターゼの活性が十分に発揮できる範囲に調整しておくことが酵素の安定性の面から好ましい。   The solution of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, the concentration of which has been adjusted by the above method, is adjusted so that the nitrile hydratase activity can be sufficiently exerted before bringing the solution into contact with the nitrile hydratase prepared as described above. It is preferable from the standpoint of enzyme stability.

本工程においては、pHの調整を容易にするために緩衝液を使用することもできる。緩衝液としては、例えば、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使用できる。ただし、青酸とその塩によってのみ構成される緩衝液は、ニトリルヒドラターゼの活性を著しく阻害するため、本工程においては使用してはならない。4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する工程で緩衝液を使用した場合及び本工程において緩衝液を使用する場合、その濃度についても上記の塩濃度に加えて、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度(質量%)との積を算出し濃度を調整することが好ましい。   In this step, a buffer solution can also be used to facilitate pH adjustment. Examples of the buffer solution include a buffer solution composed of phosphoric acid, boric acid, citric acid, glutaric acid, malic acid, malonic acid, o-phthalic acid, succinic acid, acetic acid, or the like, Tris buffer, or Good. Buffers and the like can be exemplified and used. However, a buffer composed only of hydrocyanic acid and its salt remarkably inhibits the activity of nitrile hydratase, and must not be used in this step. When a buffer solution is used in the step of producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile and when a buffer solution is used in this step, the concentration of 4-halo-3- It is preferable to adjust the concentration by calculating the product with the concentration (% by mass) of hydroxybutyronitrile.

該ニトリルの水溶液とニトリルヒドラターゼとの接触の方法については特に制限されず、例えば、該ニトリルの水溶液にニトリルヒドラターゼを一括添加する方法や、該ニトリルの水溶液にニトリルヒドラターゼを分割添加する方法、ニトリルヒドラターゼを含む水溶液に該ニトリルの水溶液を分割添加する方法が挙げられる。アミド化反応が発熱反応であることから、ニトリルヒドラターゼを該ニトリルの水溶液に分割添加する方法、およびニトリルヒドラターゼを含む水溶液に該ニトリルの水溶液を分割添加する方法が好ましい。   The method for contacting the nitrile aqueous solution with the nitrile hydratase is not particularly limited. For example, a method of batch-adding nitrile hydratase to the aqueous solution of nitrile, or a method of dividingly adding nitrile hydratase to the aqueous solution of nitrile And an aqueous solution containing nitrile hydratase in a divided manner. Since the amidation reaction is an exothermic reaction, a method in which nitrile hydratase is added in portions to the aqueous solution of nitrile and a method in which the aqueous solution of nitrile is added in portions to an aqueous solution containing nitrile hydratase are preferred.

反応温度は、使用するニトリルヒドラターゼにより適宜選択されるが、酵素の安定性と反応の円滑な進行、および副反応の抑制の面から0〜30℃程度に維持することが好ましく、より好ましくは0〜20℃である。   The reaction temperature is appropriately selected depending on the nitrile hydratase to be used, but is preferably maintained at about 0 to 30 ° C., more preferably from the viewpoint of enzyme stability, smooth progress of the reaction, and suppression of side reactions. 0-20 ° C.

反応液のpHも使用する微生物により適宜選択され、pH4〜10の範囲で行うことができるが、酵素の安定性と反応の円滑な進行、および副反応の抑制の面からpH6〜8.5が好ましく、pH7〜8.5が特に好ましい。   The pH of the reaction solution is also appropriately selected depending on the microorganism to be used, and can be carried out in the range of pH 4 to 10. However, the pH is 6 to 8.5 in terms of enzyme stability, smooth progress of reaction, and suppression of side reactions. The pH is preferably 7 to 8.5.

反応時間は該ニトリル濃度、酵素量又はその他の反応条件によって変わるが、通常0.5〜120 時間で終了するように条件を設定することが好ましく、副反応の進行を抑制するためにも、0.5〜24時間程度で終了するように設定することがより好ましい。   Although the reaction time varies depending on the nitrile concentration, the amount of enzyme, or other reaction conditions, it is preferable to set the conditions so that the reaction is usually completed in 0.5 to 120 hours. More preferably, the setting is made so that the process is completed in about 5 to 24 hours.

なお、反応系内の光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルおよび光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドの濃度ならびに光学純度は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によって測定・定量することができる。また、反応系内の塩の濃度は、例えば滴定や、イオンクロマトグラフィー、ICP発光分光分析法や原子吸光分析法によって測定・定量することができる。   The concentration and optical purity of optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile and optically active 4-halo-3-hydroxybutyramide in the reaction system should be measured and quantified by high performance liquid chromatography (HPLC). Can do. The concentration of the salt in the reaction system can be measured and quantified by, for example, titration, ion chromatography, ICP emission spectroscopy, or atomic absorption analysis.

工程III:4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドの利用
以上のようにして合成した4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドは、ろ過や遠心分離による菌体等に由来する固形分の除去、抽出、カラム分離、再結晶等の定法に従い、単離精製することができる。
Step III: Utilization of 4-halo-3-hydroxybutyramide 4-halo-3-hydroxybutyramide synthesized as described above is a method of removing, extracting, and extracting solid contents derived from bacterial cells and the like by filtration and centrifugation. Isolation and purification can be performed according to conventional methods such as column separation and recrystallization.

また、本工程で得られた4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドを含む水溶液と、トリメチルアミンと接触することにより、カルニチンアミドとすることができる。この接触は常法にしたがって行えばよく、本工程で得られた4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドを含む水溶液にトリメチルアミンの水溶液を滴下する方法や、気体のトリメチルアミンを吹き込む方法、トリメチルアミンの水溶液に本工程で得られた4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドを含む水溶液を滴下する方法などが挙げられる。   Carnitine amide can be obtained by contacting trimethylamine with an aqueous solution containing 4-halo-3-hydroxybutyramide obtained in this step. This contact may be carried out according to a conventional method. A method of dropping an aqueous solution of trimethylamine into an aqueous solution containing 4-halo-3-hydroxybutyramide obtained in this step, a method of blowing gaseous trimethylamine, an aqueous solution of trimethylamine Examples include a method of dropping an aqueous solution containing 4-halo-3-hydroxybutyramide obtained in this step.

4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドと、トリメチルアミンとの反応は、0〜100℃で行うことができるが、反応の円滑な進行と副反応の抑制の面から、0〜50℃で行うことが好ましく、0〜40℃が特に好ましい。トリメチルアミンの使用量は、4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドに対して1〜3当量が好ましく、1.1〜1.5当量が特に好ましい。   The reaction between 4-halo-3-hydroxybutyramide and trimethylamine can be carried out at 0 to 100 ° C., but it can be carried out at 0 to 50 ° C. from the viewpoint of smooth progress of the reaction and suppression of side reactions. 0-40 degreeC is preferable and especially preferable. The amount of trimethylamine used is preferably 1 to 3 equivalents, particularly preferably 1.1 to 1.5 equivalents, based on 4-halo-3-hydroxybutyramide.

反応時間は温度やトリメチルアミンの使用量またはその他の反応条件によって変わるが、通常0.5〜120 時間で終了するように条件を設定することが好ましい。   While the reaction time varies depending on the temperature, the amount of trimethylamine used, and other reaction conditions, it is usually preferable to set the conditions so that the reaction is completed in 0.5 to 120 hours.

以上のようにして合成したカルニチンアミドはろ過や遠心分離による菌体等に由来する固形分の除去や、イオン交換樹脂による脱塩、再結晶などの常法に従い、単離精製することができる。また、塩基性条件下で加水分解することにより、カルニチンとすることもできる。   Carnitine amide synthesized as described above can be isolated and purified in accordance with conventional methods such as removal of solids derived from bacterial cells and the like by filtration and centrifugation, desalting with ion exchange resin, and recrystallization. Carnitine can also be obtained by hydrolysis under basic conditions.

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.

[分析方法]
HPLC分析:化学純度分析
本発明の工程Iのシアノ化反応における、1,3−ジクロロ−2−プロパノール(以下DCPと称することがある)、及び4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル(以下CHBNと称することがある)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 2009000097
[Analysis method]
HPLC analysis: chemical purity analysis 1,3-dichloro-2-propanol (hereinafter sometimes referred to as DCP) and 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile (hereinafter referred to as CHBN) in the cyanation reaction of Step I of the present invention. Quantification was carried out under the analysis conditions shown in Table 1 using high performance liquid chromatography (HPLC).
Figure 2009000097

また、本発明の工程IIのアミド化反応における、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、4−クロロ−3−ヒドロキシブチルアミド(以下CHBAと称することがある)の定量は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて表2に示す分析条件で行った。

Figure 2009000097
In the amidation reaction of Step II of the present invention, 1,3-dichloro-2-propanol, epichlorohydrin, 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile, 4-chloro-3-hydroxybutyramide ( The quantitative determination of CHBA (hereinafter sometimes referred to as CHBA) was performed under the analysis conditions shown in Table 2 using high performance liquid chromatography (HPLC).
Figure 2009000097

上記のHPLC定量分析においては、予め、濃度既知のDCP、ECH、CHBNおよびCHBAの溶液を用いて検量線を作成し、該検量線を用いて反応液中のDCP、ECH、CHBNおよびCHBA濃度を求めた。なお、DCP、ECHの標品については和光純薬工業(株)等から購入して入手することができる。CHBNの標品については、(R)−CHBNはアヅマックス(株)等から購入して入手することができる。ラセミ体のCHBNについては、特公平5−69818号公報の記載にしたがって製造することなどにより入手できる。CHBAの標品については、上記CHBNを原料として特公昭53−13611号公報の記載にしたがって製造することなどにより入手できる。   In the above HPLC quantitative analysis, a calibration curve is prepared in advance using a solution of DCP, ECH, CHBN and CHBA of known concentrations, and the concentration of DCP, ECH, CHBN and CHBA in the reaction solution is determined using the calibration curve. Asked. The DCP and ECH preparations can be purchased and obtained from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Regarding the CHBN standard, (R) -CHBN can be purchased from AMAX Co., Ltd. Racemic CHBN can be obtained by manufacturing according to the description of JP-B-5-69818. The CHBA preparation can be obtained by using the above CHBN as a raw material according to the description in JP-B-53-13611.

なお、上述の工程IIIにおける、カルニチンアミド、およびカルニチンの定量は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて表3に示す分析条件で行った。

Figure 2009000097
In addition, the quantification of carnitine amide and carnitine in the above-mentioned step III was performed under the analysis conditions shown in Table 3 using high performance liquid chromatography (HPLC).
Figure 2009000097

上記のHPLC定量分析においては、予め、濃度既知のカルニチンアミドおよびカルニチンの溶液を用いて検量線を作成し、該検量線を用いて反応液中のカルニチンアミドおよびカルニチン濃度を求めた。なお、カルニチンアミドの標品については和光純薬工業(株)等から購入して入手することができる4−クロロアセト酢酸エチル等を原料として、特開昭57−140749号公報に記載の方法に従って製造することなどにより入手できる。カルニチンの標品については、和光純薬工業(株)等から購入して入手することができる。   In the above HPLC quantitative analysis, a calibration curve was prepared in advance using a solution of carnitine amide and carnitine with known concentrations, and the concentration of carnitine amide and carnitine in the reaction solution was determined using the calibration curve. The preparation of carnitine amide was produced according to the method described in JP-A-57-140749, using ethyl 4-chloroacetoacetate, etc., which can be purchased and obtained from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. as a raw material. It can be obtained by doing. Carnitine preparations can be purchased and obtained from Wako Pure Chemical Industries, Ltd.

HPLC分析:光学純度分析
(R)−CHBNおよび(R)−CHBAの光学純度は、以下のようにして測定した。(R)−CHBNおよび/又は(R)−CHBAを含む水溶液を約3mL採取し、等量の酢酸エチル加えて抽出を行った。酢酸エチル層を分取し、少量の無水硫酸ナトリウムを加えて撹拌した後、上清をエバポレーター(バス温度40℃、30Torr)にて濃縮し酢酸エチルを留去し、(R)−CHBNおよび/又は(R)−CHBAを主成分とするオイルを回収した。1.5mLのマイクロチューブに上記のオイルを2μL採取し、ジクロロメタン20μL、ピリジン20μLを加えた後、(R)−α−メトキシ−α−(トリフルオロメチル)フェニルアセチルクロライド(以下、(R)−MTPAと称することがある)2μLを添加し、約10秒程度振り混ぜた後そのまま室温で5時間〜24時間静置しエステル化反応を行った。反応終了液にジイソプロピルエーテル(以下、IPEと称することがある)約300μLを添加し、続いて1N塩酸水溶液約300μLを用いて洗浄、IPE層を回収した。さらにIPE層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液約300μLで洗浄し、回収したIPE層をアスピレーターにより減圧濃縮、残渣をn−ヘキサン:2−プロパノール=4:1の混合液に溶解させ、これをHPLCを用いて表4に示す分析条件で分析を行った。

Figure 2009000097
HPLC analysis: optical purity analysis The optical purity of (R) -CHBN and (R) -CHBA was measured as follows. About 3 mL of an aqueous solution containing (R) -CHBN and / or (R) -CHBA was collected and extracted by adding an equal amount of ethyl acetate. The ethyl acetate layer was separated, a small amount of anhydrous sodium sulfate was added and stirred, and then the supernatant was concentrated with an evaporator (bath temperature 40 ° C., 30 Torr) to distill off the ethyl acetate, and (R) -CHBN and / or Or the oil which has (R) -CHBA as a main component was collect | recovered. Collect 2 μL of the above oil in a 1.5 mL microtube, add 20 μL of dichloromethane and 20 μL of pyridine, and then add (R) -α-methoxy-α- (trifluoromethyl) phenylacetyl chloride (hereinafter referred to as (R)- 2 μL (which may be referred to as MTPA) was added, and the mixture was shaken for about 10 seconds and allowed to stand at room temperature for 5 to 24 hours to carry out an esterification reaction. About 300 μL of diisopropyl ether (hereinafter sometimes referred to as “IPE”) was added to the reaction-terminated liquid, followed by washing with about 300 μL of 1N aqueous hydrochloric acid, and the IPE layer was collected. Further, the IPE layer was washed with about 300 μL of a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution, and the collected IPE layer was concentrated under reduced pressure by an aspirator. The residue was dissolved in a mixed solution of n-hexane: 2-propanol = 4: 1, and this was used by HPLC. The analysis was performed under the analysis conditions shown in Table 4.
Figure 2009000097

(R)−CHBN(またはCHBA)−(R)−MTPAエステルおよび(S)−CHBN(またはCHBA)−(R)−MTPAエステルのエリア面積比から、(R)−CHBN(またはCHBA)の光学純度を下記のごとく算出した。なお、上記エリア面積については、事前にラセミ体のCHBN(またはCHBA)の(R)−MTPAエステルについて上記表2の分析条件にて分析してしておき、得た(R)−CHBN(またはCHBA)−(R)−MTPAエステルおよび(S)−CHBN(またはCHBA)−(R)−MTPAエステルのエリア面積の比により補正を行った。   From the area ratio of (R) -CHBN (or CHBA)-(R) -MTPA ester and (S) -CHBN (or CHBA)-(R) -MTPA ester, the optical properties of (R) -CHBN (or CHBA) The purity was calculated as follows. In addition, about the said area, it analyzed on the analysis conditions of the said Table 2 about the (R) -MTPA ester of racemic CHBN (or CHBA) beforehand, and obtained (R) -CHBN (or Correction was made by the area area ratio of CHBA)-(R) -MTPA ester and (S) -CHBN (or CHBA)-(R) -MTPA ester.

<式1>

Figure 2009000097
ここで [R]は被測定試料における(R)−CHBN(またはCHBA)−(R)−MTPAエステルの、[S]は被測定試料における(S)−CHBN(またはCHBA)−(R)−MTPAエステルのエリア面積を示す。 <Formula 1>
Figure 2009000097
Here, [R] is (R) -CHBN (or CHBA)-(R) -MTPA ester in the sample to be measured, and [S] is (S) -CHBN (or CHBA)-(R)-in the sample to be measured. The area area of MTPA ester is shown.

rはr=[R]rac/[S]racで定義し、算出される補正係数であり、[R]racはラセミ体のCHBN(またはCHBA)における(R)−CHBN(またはCHBA)−(R)−MTPAエステルのエリア面積を、[S]racはラセミ体のCHBN(またはCHBA)における(S)−CHBN(またはCHBA)−(R)−MTPAエステルのエリア面積を示す。   r is defined as r = [R] rac / [S] rac, and is a calculated correction coefficient. [R] rac is (R) -CHBN (or CHBA)-(in racemic CHBN (or CHBA). R) -MTPA ester area area, [S] rac indicates (S) -CHBN (or CHBA)-(R) -MTPA ester area area in racemic CHBN (or CHBA).

滴定による分析:シアンイオン分析
反応液中におけるシアンイオン濃度については、「毒物又は劇物を含有する物の定量方法を定める省令」(昭和四十一年一月八日厚生省令第一号)の「別表第一 シアンイオン標準溶液に係る吸光度の測定」の項に記載の、p−ジメチルアミノベンジリデンロダニンを指示薬とした硝酸銀試液による滴定の方法を参考に、下記のように滴定によって測定した。
Analysis by titration: Cyanide analysis For the concentration of cyanide in the reaction solution, refer to “Ministerial Ordinance for Determination of Substances Containing Toxic Substances or Deleterious Substances” It was measured by titration as described below with reference to the titration method using a silver nitrate test solution using p-dimethylaminobenzylidene rhodanine as an indicator described in the section “Measurement of Absorbance of Cyanide Ion Standard Solution”.

200mL三角フラスコに、測定に係る液を正確に秤取し、必要に応じてイオン交換水または蒸留水を加え約100mLとした後(測定に係る液が100mLあれば加える必要はない)、苛性アンモニア水(4%水酸化ナトリウムを含む5%アンモニア水)を10mL加えて(測定に係る液が強酸性の場合、pH>9となるまで増量する)、p−ジメチルアミノベンジリデンロダニン0.02gにアセトンを加えて溶かし100mLとした溶液0.5mLを加え、硝酸銀水溶液(0.1N、または必要に応じ0.01N)で、液が赤色に変わるまで滴定し、滴定に要した硝酸銀水溶液の量(mL)から次の式により算出する。   Weigh accurately the liquid to be measured in a 200 mL Erlenmeyer flask and add ion-exchanged water or distilled water as necessary to make about 100 mL (no need to add if 100 mL of measurement liquid), then caustic ammonia Add 10 mL of water (5% aqueous ammonia containing 4% sodium hydroxide) (increase until pH> 9 if the solution to be measured is strongly acidic) to 0.02 g of p-dimethylaminobenzylidene rhodanine. 0.5 mL of a solution made up to 100 mL by adding acetone is added, titrated with an aqueous silver nitrate solution (0.1 N, or 0.01 N if necessary) until the liquid turns red, and the amount of aqueous silver nitrate solution required for titration ( mL) from the following formula.

<式2>

Figure 2009000097
滴定による分析:塩化物イオン分析
反応液中における塩化ナトリウム濃度については、ホルハルト法における滴定結果から、上記により測定したシアンイオンの濃度を差し引いて塩化物イオンの濃度を算出し、塩化ナトリウム濃度に換算することにより求めた。具体的には下記のようにして行った。 <Formula 2>
Figure 2009000097
Analysis by titration: Chloride ion analysis The sodium chloride concentration in the reaction solution is calculated by subtracting the cyan ion concentration measured above from the titration result in the Forhardt method, and converted to the sodium chloride concentration. Was determined by Specifically, it was performed as follows.

200mL三角フラスコに、0.1N硝酸銀水溶液を正確に20mL取り、測定に係る液を正確に秤取し加える。イオン交換水または蒸留水50mL、15%硝酸水溶液10mLを加えて、硫酸鉄(III)アンモニウム溶液(硫酸鉄(III)アンモニウム・12水和物10gに20%硝酸水溶液10mLとイオン交換水または蒸留水80mLを加えて溶解したもの)5mLと、ニトロベンゼン5mLを加え、0.1Nチオシアン酸アンモニウム水溶液で、液が赤褐色を呈するまで滴定し、滴定に要したチオシアン酸アンモニウム水溶液の量(mL)から、(シアンイオン+塩化物イオン)の重量モル濃度(mmol/mg)を次の式により算出する。   Into a 200 mL Erlenmeyer flask, accurately take 20 mL of 0.1N silver nitrate aqueous solution and accurately weigh and add the liquid for measurement. Add 50 mL of ion exchange water or distilled water and 10 mL of 15% nitric acid aqueous solution, and then add 10 mL of 20% nitric acid aqueous solution and ion exchange water or distilled water to 10 g of iron (III) ammonium sulfate solution (iron (III) ammonium sulfate dodecahydrate). 80 mL was added and dissolved) 5 mL and nitrobenzene 5 mL were added, and titrated with 0.1 N ammonium thiocyanate aqueous solution until the solution became reddish brown. From the amount (mL) of ammonium thiocyanate aqueous solution required for titration, ( The weight molar concentration (mmol / mg) of cyan ion + chloride ion is calculated by the following formula.

<式3>

Figure 2009000097
ここで、ブランクとは、0.1N硝酸銀水溶液20mLを上記方法にて滴定(つまり、測定に係る液を加えないで滴定)した際の、滴定に要したチオシアン酸アンモニウム水溶液の量(mL)である。 <Formula 3>
Figure 2009000097
Here, the blank is the amount (mL) of ammonium thiocyanate aqueous solution required for titration when titrating 20 mL of a 0.1N silver nitrate aqueous solution by the above method (that is, titrating without adding the liquid for measurement). is there.

塩化ナトリウムの濃度は、上記式3で算出した(シアンイオン+塩化物イオン)の重量モル濃度(mmol/mg)から、上記の「滴定による分析」で求めたシアンイオン濃度を重量モル濃度(mmol/mg)に換算した値を差し引き、塩化物イオンの重量モル濃度(mmol/mg)を求め、これに塩化ナトリウムの分子量(58.44)を掛けることにより求められる。具体的には、次の式により示される。   The concentration of sodium chloride was calculated based on the cyanide ion concentration calculated in the above-described “analysis by titration” from the molality (mmol / mg) of (cyan ion + chloride ion) calculated by the above formula 3. / Mg) is subtracted to obtain the molar weight concentration (mmol / mg) of chloride ions, and this is multiplied by the molecular weight of sodium chloride (58.44). Specifically, it is expressed by the following equation.

<式4>

Figure 2009000097
[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JM109/pST111の培養
ハロヒドリンエポキシダーゼ活性を持つ大腸菌形質転換体JM109/pST111(FERM BP-10922)の培養を以下のように行った。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Bam H I - Pst I 1.1kbp断片をpUC118に結合させたプラスミドであり、pST111は、特許第3026367号公報に記載されている。 <Formula 4>
Figure 2009000097
[Preparation Example 1]
Cultivation of halohydrin epoxidase-expressing transformed microorganism JM109 / pST111 The E. coli transformant JM109 / pST111 (FERM BP-10922) having halohydrin epoxidase activity was cultured as follows. PST111 is a plasmid obtained by binding a Bam HI-Pst I 1.1 kbp fragment containing a halohydrin epoxidase gene (HheB) of Corynebacterium sp. N-1074 to pUC118. This is described in Japanese Patent No. 3026367.

JM109/pST111のコロニーを、500mL三角フラスコ中に調製した100mL の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アンピシリンナトリウム) 20本に植菌し、37℃で20時間振盪培養した。LB培地は、アンピシリンナトリウムおよびIPTG以外の各成分必要量を水に溶解して100mLにメスアップした後に加熱滅菌(121℃、20分間)を行い、室温に冷却後、予め0.45μmのフィルターでろ過除菌しておいたアンピシリンナトリウム水溶液(100g/L)を50μL、および予め0.45μmのフィルターでろ過除菌しておいたIPTG水溶液(240g/L)を100μLをそれぞれ無菌条件下にて添加して調製した。   20 colonies of JM109 / pST111 were prepared in 100 mL of LB medium (1% bactotryptone, 0.5% bactoeast extract, 0.5% NaCl, 1 mM IPTG, 50 μg / mL ampicillin sodium) prepared in a 500 mL Erlenmeyer flask. And incubating at 37 ° C. for 20 hours with shaking. The LB medium is prepared by dissolving the necessary amounts of ingredients other than ampicillin sodium and IPTG in water and making up to 100 mL, followed by heat sterilization (121 ° C., 20 minutes), cooling to room temperature, and using a 0.45 μm filter in advance. 50 μL of ampicillin sodium aqueous solution (100 g / L) that had been sterilized by filtration and 100 μL of IPTG aqueous solution (240 g / L) that had been previously sterilized by filtration with a 0.45 μm filter were added under aseptic conditions. Prepared.

培養菌体を50mMトリス−硫酸緩衝液(pH8)で洗浄し、50mMトリス−硫酸緩衝液(pH8)を20gになるように加え、懸濁した。この菌体懸濁液の活性は1gあたり440Uであった。この菌体懸濁液を50mMトリス−硫酸緩衝液(pH8)で菌体懸濁液1gあたり400Uになるように希釈した。   The cultured cells were washed with 50 mM Tris-sulfate buffer (pH 8), and 50 mM Tris-sulfate buffer (pH 8) was added to 20 g and suspended. The activity of this cell suspension was 440 U / g. This bacterial cell suspension was diluted with 50 mM Tris-sulfate buffer (pH 8) to 400 U per 1 g of the bacterial cell suspension.

上記で得られた菌体懸濁液の活性は、下記のようにDCPからの塩化物イオン脱離量を測定することにより算出した。   The activity of the cell suspension obtained above was calculated by measuring the amount of chloride ion desorption from DCP as described below.

100mLの活性測定用反応液(50mM DCP、50mM トリス−硫酸(pH8))を調製し、温度を20℃に調整した。該反応液に、希釈した菌体懸濁液を添加し、反応を開始した。ハロヒドリンエポキシダーゼ活性による塩化物イオンの遊離に伴うpHの低下を、pH自動コントローラーを用い、0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液を用いて、pHを8に保つよう連続的に調整した。10分間の反応の間に、pHを8に保つために投入された0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液の量から、塩化物イオン生成量を算出し、ハロヒドリンエポキシダーゼ活性(脱クロル活性)(U)を算出した。1Uは上記条件下でDCPから1分間あたり1μmolの塩化物イオンが脱離する酵素量に相当するものと定義した。   100 mL of a reaction solution for activity measurement (50 mM DCP, 50 mM Tris-sulfuric acid (pH 8)) was prepared, and the temperature was adjusted to 20 ° C. A diluted cell suspension was added to the reaction solution to start the reaction. The decrease in pH accompanying the release of chloride ions due to the halohydrin epoxidase activity was continuously adjusted using a pH automatic controller to maintain the pH at 8 using a 0.01N aqueous sodium hydroxide solution. From the amount of 0.01N aqueous sodium hydroxide solution added to keep the pH at 8 during the 10-minute reaction, the amount of chloride ion produced is calculated, and the halohydrin epoxidase activity (dechlorination activity) is calculated. (U) was calculated. 1 U was defined to correspond to the amount of enzyme from which 1 μmol of chloride ion was eliminated per minute from DCP under the above conditions.

[調製例2]
ハロヒドリンエポキシダーゼ発現形質転換微生物JM109/pST111の培養
JM109/pST111のコロニーを、500mLフラスコ中に調製した100mLの前培養培地(ポリペプトンN 20g/L、酵母エキス 5g/L、リン酸二水素カリウム 1.5g/L、アンピシリンナトリウム0.1g/L;pH7.2)に植菌し、温度37℃、回転数210rpmにて、6時間振盪培養を行った。
[Preparation Example 2]
Culture of halohydrin epoxidase-expressing transformed microorganism JM109 / pST111
A colony of JM109 / pST111 was prepared in 100 mL of a preculture medium prepared in a 500 mL flask (polypeptone N 20 g / L, yeast extract 5 g / L, potassium dihydrogen phosphate 1.5 g / L, ampicillin sodium 0.1 g / L; pH 7.2) was inoculated, and shaking culture was performed at a temperature of 37 ° C. and a rotation speed of 210 rpm for 6 hours.

前培養培地は、アンピシリンナトリウム以外の各成分必要量を水に溶解して100mLにメスアップした後に加熱滅菌(121℃、20分間)を行い、室温に冷却後、予め0.45μmのフィルターでろ過除菌しておいたアンピシリンナトリウム水溶液(100g/L)を無菌条件下にて100μL添加して調製した。   The pre-culture medium is prepared by dissolving the necessary amounts of ingredients other than ampicillin sodium in water and making up to 100 mL, followed by heat sterilization (121 ° C., 20 minutes), cooling to room temperature, and filtering through a 0.45 μm filter in advance. An ampicillin sodium aqueous solution (100 g / L) that had been sterilized was added by adding 100 μL under aseptic conditions.

得られた前培養液20mLを、3Lジャーファーメンター中に調製した1.8Lの本培養培地(フルクトース 40g/L、ポリペプトンN 20g/L、酵母エキス 5g/L、リン酸水素二カリウム 1.5g/L、硫酸マグネシウム七水和物 2.375g/L、硫酸マンガン五水和物 0.2g/L、塩化カルシウム二水和物 0.02g/L、硫酸亜鉛七水和物 0.02g/L、アンピシリンナトリウム 0.1g/L、IPTG 0.24g/L、プルロニックL−61(株式会社ADEKA、日本) 0.5g/L) 2本に植菌し、温度37℃、回転数750rpm、通気量2L/min、常圧、pH6.8−7.2制御(水酸化ナトリウム25%水溶液および硫酸24%水溶液を使用)で24時間培養を行った。   20 mL of the obtained preculture solution was prepared in 1.8 L of main culture medium (fructose 40 g / L, polypeptone N 20 g / L, yeast extract 5 g / L, dipotassium hydrogen phosphate 1.5 g prepared in a 3 L jar fermenter. / L, magnesium sulfate heptahydrate 2.375 g / L, manganese sulfate pentahydrate 0.2 g / L, calcium chloride dihydrate 0.02 g / L, zinc sulfate heptahydrate 0.02 g / L , Ampicillin sodium 0.1 g / L, IPTG 0.24 g / L, Pluronic L-61 (ADEKA, Japan) 0.5 g / L) Inoculated into two, temperature 37 ° C., rotation speed 750 rpm, aeration rate Culturing was performed for 24 hours under 2 L / min, normal pressure, pH 6.8-7.2 control (using 25% aqueous sodium hydroxide and 24% aqueous sulfuric acid).

本培養培地は、必要量のフルクトースを水に溶解して500mLにメスアップした後に加熱滅菌(121℃、20分間)したものと、フルクトースおよびアンピシリンナトリウム以外の各成分必要量を水に溶解して1.3Lにメスアップした後に加熱滅菌(121℃、20分間)したものとを無菌条件下で混合し、室温に冷却後、予め0.45μmのフィルターでろ過除菌しておいたアンピシリンナトリウム水溶液(100g/L)を1.8mL、および予め0.45μmのフィルターでろ過除菌しておいたIPTG水溶液(240g/L)を1.8mL添加して調製した。   The main culture medium is prepared by dissolving the required amount of fructose in water and making up to 500 mL and then heat sterilizing (121 ° C., 20 minutes), and dissolving each component required amount other than fructose and ampicillin sodium in water. Ampicillin sodium aqueous solution that has been sterilized by heating after being sterilized by heating (121 ° C, 20 minutes) to 1.3 L, cooled to room temperature, and filtered and sterilized with a 0.45 µm filter in advance. (100 g / L) was prepared by adding 1.8 mL, and 1.8 mL of an IPTG aqueous solution (240 g / L) that had been previously sterilized by filtration with a 0.45 μm filter.

培養終了後、菌体の集菌、洗浄を行った。2本のジャーファーメンター培養液を混合したものから3565g(OD630=35)を採り、12,000rpm(14,100G)で10分間遠心分離を行い、湿菌体142gを得た。該湿菌体に水278gを加え、均一になるよう再懸濁して菌体懸濁液420g(OD630=300)を得た。菌体懸濁液の活性は1gあたり2000Uであった。 After completion of the culture, the cells were collected and washed. 3565 g (OD 630 = 35) was taken from the mixture of the two jar fermenter cultures and centrifuged at 12,000 rpm (14,100 G) for 10 minutes to obtain 142 g of wet cells. 278 g of water was added to the wet cells and resuspended uniformly to obtain 420 g (OD 630 = 300) of the cell suspension. The activity of the cell suspension was 2000 U / g.

得られた菌体懸濁液のうち220gを約10℃に冷却した後、高圧ホモジナイザーPA2K(NiroSoavi社、イタリア)を用いて約100MPaで破砕処理を行った。再び約10℃まで冷却した後、再度約100MPaで破砕処理を行い、菌体破砕液170gを得た。これに10%塩酸アルキルジアミノエチルグリシン水溶液を17mL添加し(終濃度0.91%となる)、約10分間撹拌した後、17.0gのセライトHyflo Super Cel(ワールドミネラルズ社、米国)を加え、さらに約5分間撹拌した。予め9gのセライトHyflo Super Celをプリコートしておいたろ過面積約163cmのNo.5Aろ紙(アドバンテック(株)、日本)および加圧ろ過器(アドバンテック(株)、日本)を用い、圧力0.2MPaで加圧ろ過を行い、粗酵素液を得た。粗酵素液の活性は1gあたり1750Uであった。 220 g of the obtained cell suspension was cooled to about 10 ° C., and then crushed at about 100 MPa using a high-pressure homogenizer PA2K (NiroSoavi, Italy). After cooling to about 10 ° C. again, crushing was performed again at about 100 MPa to obtain 170 g of a microbial cell disruption solution. To this was added 17 mL of 10% alkyldiaminoethylglycine hydrochloride aqueous solution (final concentration 0.91%), and after stirring for about 10 minutes, 17.0 g of Celite Hyflo Super Cel (World Minerals, USA) was added. The mixture was further stirred for about 5 minutes. No. No. with a filtration area of about 163 cm 2 pre-coated with 9 g of Celite Hyflo Super Cel. Using a 5A filter paper (Advantech Co., Ltd., Japan) and a pressure filter (Advantech Co., Ltd., Japan), pressure filtration was performed at a pressure of 0.2 MPa to obtain a crude enzyme solution. The activity of the crude enzyme solution was 1750 U / g.

[調製例3]
ニトリルヒドラターゼ発現微生物Rhodococcus rhodochrous J-1株の培養
ニトリルヒドラターゼ活性を有するロドコッカス ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous)J-1株(FERM BP-1478)を、30L容ジャーファーメンターにて、グルコース2%、尿素1%、ペプトン0.5%、酵母エキス0.3%、塩化コバルト0.05%を含む培地(pH7.0)により温度30℃で好気的に60時間培養し、これを50mMリン酸緩衝液(pH7.7)にて洗浄し、菌体懸濁液500g(乾燥菌体換算20%)を得た。
[Preparation Example 3]
A nitrile hydratase-expressing microorganism Rhodococcus rhodochrous J-1 strain Rhodococcus rhodochrous J-1 strain (FERM BP-1478) having nitrile hydratase activity was prepared using a 30 L jar fermenter with 2% glucose and urea. Cultured aerobically for 60 hours at 30 ° C. in a medium (pH 7.0) containing 1%, 0.5% peptone, 0.3% yeast extract, 0.05% cobalt chloride, and this was incubated with 50 mM phosphate buffer The solution was washed with a liquid (pH 7.7) to obtain 500 g of a cell suspension (20% in terms of dry cells).

<実施例1〜6、比較例1〜4>
工程I-A:シアノ化酵素反応
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300mL4つ口フラスコに、水127.55g、HCN4.41g(0.1632mol)を入れ、30%NaOH 0.65g(0.0049mol)で、pH7.5に調整した。1,3-ジクロロ-2-プロパノール10.00g(0.0775mol)を入れ、均一に溶解するまで攪拌した。
<Examples 1-6, Comparative Examples 1-4>
Step IA: Cyanation enzyme reaction A 300 mL four-necked flask equipped with an alkaline charging pipe controlled by a pH electrode and a pH controller was charged with 127.55 g of water and 4.41 g (0.1632 mol) of HCN and 0.65 g of 30% NaOH. (0.0049 mol) and adjusted to pH 7.5. 1,3-Dichloro-2-propanol (10.00 g, 0.0775 mol) was added and stirred until it was uniformly dissolved.

調製例1のJM109/pST111菌体懸濁液20.00g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、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1,3-ジクロロ-2-プロパノール, HCNを追加していくことで、系内の1,3-ジクロロ-2-プロパノールの濃度を0.5mol/kgを超えないよう、また、系内のシアンイオン濃度を1.1mol/kgを超えないようにした。このときの反応プロファイルを表5に示す。

Figure 2009000097
20.00 g of the JM109 / pST111 cell suspension of Preparation Example 1 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 was set so as to add 30% NaOH, and 1,3-dichloro-2- By adding propanol and HCN, the concentration of 1,3-dichloro-2-propanol in the system should not exceed 0.5 mol / kg, and the cyanide concentration in the system should be 1.1 mol / kg. Not to exceed. The reaction profile at this time is shown in Table 5.
Figure 2009000097

23時間後、4-クロロ-3-ヒドロキシブチロニトリルを0.753mol/kg(9.0%)蓄積することができ、その光学純度は94.8%e.e.の(R)−体過剰であった。反応により消費された1,3-ジクロロ-2-プロパノールからの収率は96.3%であった。   After 23 hours, 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile was able to accumulate 0.753 mol / kg (9.0%) with an optical purity of 94.8% e.e. e. The (R) -form was excessive. The yield based on 1,3-dichloro-2-propanol consumed by the reaction was 96.3%.

この反応液を塩酸でpH5.0に調節し、60℃、140torrで4時間減圧してHCNの除去を行い、滴定により、反応系内のHCNが1ppm以下であることを確認した。   The reaction solution was adjusted to pH 5.0 with hydrochloric acid, and reduced in pressure at 60 ° C. and 140 torr for 4 hours to remove HCN. By titration, it was confirmed that the HCN in the reaction system was 1 ppm or less.

工程I-B:アミド化酵素反応前処理
上記シアノ化反応工程で得られた(R)−CHBN水溶液を140torrで減圧し、60℃、11時間加熱処理を行った。この(R)−CHBN水溶液を20%まで濃縮し、水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH7.5の水溶液とした。
Step IB: Pretreatment of amidating enzyme reaction The (R) -CHBN aqueous solution obtained in the above cyanation reaction step was decompressed at 140 torr and heat-treated at 60 ° C. for 11 hours. This (R) -CHBN aqueous solution was concentrated to 20%, and the aqueous solution was adjusted to pH 7.5 using an aqueous sodium hydroxide solution.

工程I-C:アミド化酵素反応
上記処理を行った、(R)−CHBN20%水溶液の、(R)−CHBN濃度、食塩濃度、CHBN濃度と食塩濃度の積を、表6に記載の所定値に調整後5g採取し、調整例3のRhodococcus rhodochrous J-1株菌体懸濁液を表6に記載の所定量滴下し、2℃で反応を開始した。結果は表6に示す。
Step IC: Amidating enzyme reaction The (R) -CHBN concentration, salt concentration, and the product of the CHBN concentration and the salt concentration of the (R) -CHBN 20% aqueous solution subjected to the above treatment are adjusted to the predetermined values shown in Table 6. Thereafter, 5 g was collected, and a predetermined amount of Rhodococcus rhodochrous J-1 strain suspension of Preparation Example 3 was added dropwise as shown in Table 6 and the reaction was started at 2 ° C. The results are shown in Table 6.

<実施例7>
実施例1の工程I-Aで得られた(R)−CHBN水溶液を、加熱処理を行わずにそのまま濃縮し、水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH7.5とした後、(R)−CHBNの濃度が14.0%、食塩濃度が7.7%、つまりCHBN濃度と食塩濃度の積が108の水溶液を調製した。この水溶液に酢酸コバルトを120ppmとなるように添加し、5分間室温で攪拌した。それ以外は実施例1と同様に反応を行った。結果は表6に示す。
<Example 7>
The (R) -CHBN aqueous solution obtained in Step IA of Example 1 was concentrated as it was without heat treatment, and adjusted to pH 7.5 using an aqueous sodium hydroxide solution. An aqueous solution having 14.0% and a salt concentration of 7.7%, ie, a product of CHBN concentration and salt concentration of 108 was prepared. Cobalt acetate was added to this aqueous solution so that it might become 120 ppm, and it stirred at room temperature for 5 minutes. Otherwise, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 6.

<実施例8>
実施例1の工程I-Aで得られた(R)−CHBN水溶液を、加熱処理を行わずにそのまま濃縮し、水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH7.5とした後、(R)−CHBNの濃度が14.0%、食塩濃度が8.1%、つまりCHBN濃度と食塩濃度の積が114の水溶液を調製した。この水溶液に硝酸ニッケルを190ppmとなるように添加し、1時間室温で攪拌した。それ以外は実施例1と同様に反応を行った。結果は表6に示す。

Figure 2009000097
<Example 8>
The (R) -CHBN aqueous solution obtained in Step IA of Example 1 was concentrated as it was without heat treatment, and adjusted to pH 7.5 using an aqueous sodium hydroxide solution. An aqueous solution having 14.0% and a salt concentration of 8.1%, that is, a product of the CHBN concentration and the salt concentration of 114 was prepared. Nickel nitrate was added to this aqueous solution so that it might become 190 ppm, and it stirred at room temperature for 1 hour. Otherwise, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 6.
Figure 2009000097

比較例1〜4では十分な時間が経過しても転化率100%には未到達であったのに対して、実施例1〜8では反応開始後2時間で転化率100%であった。   In Comparative Examples 1 to 4, the conversion rate of 100% was not reached even after a sufficient time had elapsed, whereas in Examples 1 to 8, the conversion rate was 100% 2 hours after the start of the reaction.

<実施例9>
実施例1の工程I-Aで得られた(R)−CHBN水溶液を、加熱処理を行わずにそのまま濃縮し、水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH7.5とした後、(R)−CHBNの濃度が13.5%、食塩濃度が6.9%、つまりCHBN濃度と食塩濃度の積が93の水溶液を調製した。この水溶液に塩化コバルトを8.1ppmとなるように添加し、5分間室温で攪拌した。それ以外は実施例1と同様に反応を行った。結果は表7に示す。
<Example 9>
The (R) -CHBN aqueous solution obtained in Step IA of Example 1 was concentrated as it was without heat treatment, and adjusted to pH 7.5 using an aqueous sodium hydroxide solution. An aqueous solution having 13.5% and a salt concentration of 6.9%, that is, a product of CHBN concentration and salt concentration of 93 was prepared. Cobalt chloride was added to this aqueous solution so that it might become 8.1 ppm, and it stirred at room temperature for 5 minutes. Otherwise, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 7.

<実施例10>
実施例1の工程I-Aで得られた(R)−CHBN水溶液を、加熱処理を行わずにそのまま濃縮し、水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH7.5とした後、(R)−CHBNの濃度が13.5%、食塩濃度が6.9%、つまりCHBN濃度と食塩濃度の積が93の水溶液を調製した。この水溶液に塩化コバルトを8.1ppmとなるように添加し、30分間室温で攪拌した。それ以外は実施例1と同様に反応を行った。結果は表7に示す。
<Example 10>
The (R) -CHBN aqueous solution obtained in Step IA of Example 1 was concentrated as it was without heat treatment, and adjusted to pH 7.5 using an aqueous sodium hydroxide solution. An aqueous solution having 13.5% and a salt concentration of 6.9%, that is, a product of CHBN concentration and salt concentration of 93 was prepared. Cobalt chloride was added to this aqueous solution so that it might be 8.1 ppm, and it stirred at room temperature for 30 minutes. Otherwise, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 7.

<実施例11>
実施例1の工程I-Aで得られた(R)−CHBN水溶液を、加熱処理を行わずにそのまま濃縮し、水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH7.5とした後、(R)−CHBNの濃度が13.5%、食塩濃度が6.9%、つまりCHBN濃度と食塩濃度の積が93の水溶液を調製した。この水溶液に塩化コバルトを8.1ppmとなるように添加し、2時間室温で攪拌した。それ以外は実施例1と同様に反応を行った。結果は表7に示す。
<Example 11>
The (R) -CHBN aqueous solution obtained in Step IA of Example 1 was concentrated as it was without heat treatment, and adjusted to pH 7.5 using an aqueous sodium hydroxide solution. An aqueous solution having 13.5% and a salt concentration of 6.9%, that is, a product of CHBN concentration and salt concentration of 93 was prepared. Cobalt chloride was added to this aqueous solution so that it might be 8.1 ppm, and it stirred at room temperature for 2 hours. Otherwise, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 7.

<実施例12>
実施例1の工程I-Aで得られた(R)−CHBN水溶液を、加熱処理を行わずにそのまま濃縮し、水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH7.5とした後、(R)−CHBNの濃度が13.5%、食塩濃度が6.9%、つまりCHBN濃度と食塩濃度の積が93の水溶液を調製した。この水溶液に塩化コバルトをpH4で8.1ppmとなるように添加し、5分間室温で攪拌し、pH4のまま反応を開始した。それ以外は実施例1と同様に反応を行った。結果は表7に示す。

Figure 2009000097
<Example 12>
The (R) -CHBN aqueous solution obtained in Step IA of Example 1 was concentrated as it was without heat treatment, and adjusted to pH 7.5 using an aqueous sodium hydroxide solution. An aqueous solution having 13.5% and a salt concentration of 6.9%, that is, a product of CHBN concentration and salt concentration of 93 was prepared. Cobalt chloride was added to this aqueous solution so that it might be 8.1 ppm at pH 4, and it stirred at room temperature for 5 minutes, and reaction was started with pH 4. Otherwise, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 7.
Figure 2009000097

<実施例13>
工程II-A:シアノ化酵素反応
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10L容セパラブルフラスコに、水5452g、HCN169gを投入し攪拌後、30%NaOH29gでpH7.8に調整した。その後、DCP400gを加え、均一に溶解するまで攪拌した。次いで、調製例2の粗酵素液183g(320kU)を加え、18℃、pH7.8〜7.9で反応を開始した。
<Example 13>
Step II-A: Cyanide enzyme reaction pH 45 and 10L separable flask equipped with an alkali charging pipe controlled by a pH controller were charged with 5542 g of water and 169 g of HCN, and then adjusted to pH 7.8 with 29 g of 30% NaOH. did. Thereafter, 400 g of DCP was added and stirred until evenly dissolved. Next, 183 g (320 kU) of the crude enzyme solution of Preparation Example 2 was added, and the reaction was started at 18 ° C. and pH 7.8 to 7.9.

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pH7.8〜7.9の制御を行った。反応開始直後はpHが7.0まで低下したが、その後はpH7.8〜7.9の間に維持した。並行して、投入された30%NaOHとほぼ等モルの割合でDCP400gおよびHCN99gを追添加した。   After starting the reaction, in order to control the pH in the reaction system, a pH controller was set, and the pH was controlled from 7.8 to 7.9 with 30% NaOH. Immediately after the start of the reaction, the pH dropped to 7.0, but after that, the pH was maintained between 7.8 and 7.9. In parallel, 400 g of DCP and 99 g of HCN were additionally added at a ratio of approximately equimolar to the charged 30% NaOH.

反応開始から23時間後、30%NaOH820g追加された時点で、pH制御を終了し、シアノ化酵素反応終了液7552g(a)を得た。CHBNのDCPからの収率は86.8%であった。   At the time when 820 g of 30% NaOH was added 23 hours after the start of the reaction, the pH control was terminated to obtain 7552 g (a) of a cyanation enzyme reaction end solution. The yield of CHBN from DCP was 86.8%.

上記のシアノ化酵素反応終了液(a)のうち、7500gに、35%塩酸を24g添加し、pH2.0に調整した。釜内温80℃、400〜500Torrで減圧濃縮を行い、−10℃で冷却した冷却管を用いて、144gの留出液(b)を得た。続いて、窒素ガスを毎分20mL吹き込みながら、釜内温50〜60℃、80〜100Torrで減圧濃縮を行い、−2℃で冷却した冷却管を用いて、3267gの留出液(c)を得た。このとき、釜内の残渣(d)は3981gであった。留出液(b)および(c)で得られた、シアノ化酵素反応終了液(a)中の未反応DCPおよびHCN、CHBNの回収率はそれぞれ69.0%、53.1%、0.3%であった。   24 g of 35% hydrochloric acid was added to 7500 g of the above-mentioned cyanation enzyme reaction completion liquid (a), and the pH was adjusted to 2.0. Concentration under reduced pressure was carried out at a temperature in the kettle of 80 ° C. and 400 to 500 Torr, and 144 g of distillate (b) was obtained using a cooling tube cooled at −10 ° C. Subsequently, while nitrogen gas was blown at 20 mL / min, the pressure in the kettle was reduced to 50 to 60 ° C. and 80 to 100 Torr, and 3267 g of distillate (c) was added using a cooling tube cooled at −2 ° C. Obtained. At this time, the residue (d) in the kettle was 3981 g. The recovery rates of unreacted DCP, HCN, and CHBN in the cyanation enzyme reaction-terminated liquid (a) obtained in the distillates (b) and (c) were 69.0%, 53.1%, and 0.3%, respectively. 3%.

工程II-B:アミド化酵素反応前処理
上記工程II-Aで得られた残渣(d)のうち、2000gを3L容セパラブルフラスコに仕込み、0.1%塩化コバルト(II)水溶液20gを入れ攪拌したのち、30%NaOH2.7gにてpH8.2に調整し、水を257g添加して反応液を希釈した後20℃で1時間攪拌した。攪拌中、pHは8.2のままであった。
Step II-B: Pretreatment of amidating enzyme reaction Of the residue (d) obtained in Step II-A above, 2000 g was charged into a 3 L separable flask, and 20 g of 0.1% cobalt chloride (II) aqueous solution was added. After stirring, the pH was adjusted to 8.2 with 2.7 g of 30% NaOH, and 257 g of water was added to dilute the reaction solution, followed by stirring at 20 ° C. for 1 hour. During stirring, the pH remained 8.2.

工程II-C:アミド化酵素反応
上記工程II-Bで得られた処理液を2℃に冷却し、調製例3のRhodococcus rhodochrous J-1株菌体懸濁液を6g加え、反応開始液の組成(e)にて反応を開始した。反応中、4%NaOHを随時添加し、pHを7.8〜8.2の間に維持した。反応開始から4時間後、HPLCにてCHBNの消失と、CHBAの生成を確認した。このとき、4%NaOHの添加量は2gで、反応液の組成は(f)であり、CHBAのCHBNからの収率は99.9%であった。
Step II-C: amidating enzyme reaction The treatment solution obtained in the above Step II-B was cooled to 2 ° C., and 6 g of Rhodococcus rhodochrous J-1 cell suspension of Preparation Example 3 was added. The reaction was started at composition (e). During the reaction, 4% NaOH was added from time to time to maintain the pH between 7.8 and 8.2. Four hours after the start of the reaction, disappearance of CHBN and production of CHBA were confirmed by HPLC. At this time, the amount of 4% NaOH added was 2 g, the composition of the reaction solution was (f), and the yield of CHBA from CHBN was 99.9%.

なお、上記工程II-A〜II-Cにおける、各液の組成を表8に示す。

Figure 2009000097
In addition, Table 8 shows the composition of each solution in the above Steps II-A to II-C.
Figure 2009000097

表8により、本工程Bにおいて、CHBNの濃度(重量%)と塩濃度(重量%)の積は、
14(%)×(8.04(%)+0.0008(%))=112.57であった。
According to Table 8, in this step B, the product of CHBN concentration (% by weight) and salt concentration (% by weight) is
It was 14 (%) x (8.04 (%) + 0.0008 (%)) = 112.57.

工程II-D:カルニチンアミドの合成
上記工程II-Cで得られた反応液に、30%トリメチルアミン水溶液633gを加え、30℃で攪拌しながら反応を行った。反応開始から5時間後、HPLCにて、CHBAの消失と、カルニチンアミドの生成を確認した。このとき、カルニチンアミドのCHBAからの収率は95%であった。
Step II-D: Synthesis of carnitine amide 633 g of a 30% trimethylamine aqueous solution was added to the reaction solution obtained in the above Step II-C, and the reaction was performed while stirring at 30 ° C. Five hours after the start of the reaction, disappearance of CHBA and formation of carnitine amide were confirmed by HPLC. At this time, the yield of carnitine amide from CHBA was 95%.

<実施例14>
工程III-B:アミド化酵素反応前処理
実施例13の工程II-Aにおいて得た残渣(d)のうち、1000gを2L容セパラブルフラスコに仕込み、常圧下、100℃で12時間加熱還流させた後、30%NaOH1.3gにてpH8.2に調整した。
<Example 14>
Step III-B: Pretreatment of amidating enzyme reaction Of the residue (d) obtained in Step II-A of Example 13, 1000 g was charged into a 2 L separable flask and heated to reflux at 100 ° C. for 12 hours under normal pressure. Thereafter, the pH was adjusted to 8.2 with 1.3 g of 30% NaOH.

工程III-C:アミド化酵素反応
上記工程III-Bで得られた処理液を2℃に冷却し、調製例7のRhodococcus rhodochrous J-1株菌体懸濁液を3g加え、反応を開始した。反応中、4%NaOHを随時添加し、pHを7.8〜8.2の間に維持した。反応開始から10時間後、HPLCにてCHBNの消失と、CHBAの生成を確認した。このとき、4%NaOHの添加量は1gで、CHBAのCHBNからの収率は99.5%(光学純度91.9%ee)であった。本工程IIにおいて、CHBNの濃度(重量%)と塩濃度(重量%)の積は、15.93(%)×9.15(%)=145.76であった。
Step III-C: amidating enzyme reaction The treatment solution obtained in Step III-B above was cooled to 2 ° C., and 3 g of Rhodococcus rhodochrous J-1 cell suspension in Preparation Example 7 was added to initiate the reaction. . During the reaction, 4% NaOH was added from time to time to maintain the pH between 7.8 and 8.2. Ten hours after the start of the reaction, disappearance of CHBN and generation of CHBA were confirmed by HPLC. At this time, the amount of 4% NaOH added was 1 g, and the yield of CHBA from CHBN was 99.5% (optical purity 91.9% ee). In Step II, the product of the CHBN concentration (wt%) and the salt concentration (wt%) was 15.93 (%) × 9.15 (%) = 145.76.

工程III-D:カルニチンアミドの合成
上記工程III-Cで得られた反応液に、30%トリメチルアミン水溶液316.5gを加え、30℃で攪拌しながら反応を行った。反応開始から5時間後、HPLCにて、CHBAの消失と、カルニチンアミドの生成を確認した。このとき、カルニチンアミドのCHBAからの収率は95%であった。
Step III-D: Synthesis of carnitine amide 316.5 g of 30% trimethylamine aqueous solution was added to the reaction solution obtained in the above Step III-C, and the reaction was carried out with stirring at 30 ° C. Five hours after the start of the reaction, disappearance of CHBA and formation of carnitine amide were confirmed by HPLC. At this time, the yield of carnitine amide from CHBA was 95%.

<実施例15>
工程IV-A:4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの合成
攪拌機、温度計、ジムロート冷却菅を備えた3Lセパラブルフラスコに、エピクロロヒドリン274.93g(2.97mol)、水1271.3g、硫酸ナトリウム191.75g(1.35mol)を仕込み、温水浴中で攪拌しながら内温50〜60℃でHCN72.3g(2.70mol)を1時間かけて反応液中に直接供給した。その後、内温50〜60℃で熟成を6時間行った。窒素ガスを毎分10mL吹き込みながら、釜内温50〜60℃、80〜100Torrで減圧濃縮を行い、−2℃で冷却した冷却管を用いて、550gの留出液を得た。このとき、釜内の残渣は1260gであり、釜内の残渣における、CHBNの濃度は16%、硫酸ナトリウムの濃度は15.21%、HCNの濃度は1ppmであった。
<Example 15>
Step IV-A: Synthesis of 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile In a 3 L separable flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a Dimroth cooling tank, 274.93 g (2.97 mol) of epichlorohydrin, 1271. 3 g and 191.75 g (1.35 mol) of sodium sulfate were charged, and 72.3 g (2.70 mol) of HCN was directly fed into the reaction solution over one hour at an internal temperature of 50 to 60 ° C. while stirring in a warm water bath. Thereafter, aging was performed at an internal temperature of 50 to 60 ° C. for 6 hours. While blowing nitrogen gas at a rate of 10 mL / min, vacuum concentration was performed at an internal temperature of 50 to 60 ° C. and 80 to 100 Torr, and 550 g of a distillate was obtained using a cooling tube cooled at −2 ° C. At this time, the residue in the kettle was 1260 g, and in the residue in the kettle, the concentration of CHBN was 16%, the concentration of sodium sulfate was 15.21%, and the concentration of HCN was 1 ppm.

工程IV-B:アミド化酵素反応前処理
上記工程IV-Aで得られた残渣のうち、500gを1L容セパラブルフラスコに仕込み、0.1%塩化コバルト(II)水溶液5gを入れ攪拌したのち、30%NaOH0.5gにてpH8.2に調整し、水を293g添加して反応液を希釈した後20℃で1時間攪拌した。攪拌中、pHは8.2のままであった。
Step IV-B: Pretreatment of amidating enzyme reaction Among the residues obtained in the above step IV-A, 500 g was charged into a 1 L separable flask, and 5 g of 0.1% cobalt chloride (II) aqueous solution was added and stirred. The pH was adjusted to 8.2 with 0.5 g of 30% NaOH, and 293 g of water was added to dilute the reaction solution, followed by stirring at 20 ° C. for 1 hour. During stirring, the pH remained 8.2.

工程IV-C:アミド化酵素反応
上記工程IV-Bで得られた処理液を2℃に冷却し、調製例3のRhodococcus rhodochrous J-1株菌体懸濁液を1.5g加え、反応を開始した。反応中、4%NaOHを随時添加し、pHを7.8〜8.2の間に維持した。反応開始から4時間後、HPLCにてCHBNの消失と、CHBAの生成を確認した。このとき、4%NaOHの添加量は0.5gで、CHBAのCHBNからの収率は99.9%であった。本工程において、反応開始時のCHBNの濃度(重量%)と塩濃度(重量%)の積は、10(%)×(9.5(%)+0.0006(%))=95であった。
Step IV-C: amidating enzyme reaction The treatment solution obtained in the above step IV-B is cooled to 2 ° C., 1.5 g of Rhodococcus rhodochrous J-1 cell suspension of Preparation Example 3 is added, and the reaction is carried out. Started. During the reaction, 4% NaOH was added from time to time to maintain the pH between 7.8 and 8.2. Four hours after the start of the reaction, disappearance of CHBN and production of CHBA were confirmed by HPLC. At this time, the amount of 4% NaOH added was 0.5 g, and the yield of CHBA from CHBN was 99.9%. In this step, the product of CHBN concentration (% by weight) and salt concentration (% by weight) at the start of the reaction was 10 (%) × (9.5 (%) + 0.0006 (%)) = 95. .

<実施例16>
工程V-B:アミド化酵素反応前処理
実施例15の工程IV-Aにおいて得た残渣のうち、500gを1L容セパラブルフラスコに仕込み、常圧下、100℃で12時間加熱還流させた後、30%NaOH0.5gにてpH8.2に調整し、水を加えてCHBNの濃度を10.05%とした。
<Example 16>
Step VB: Pretreatment of amidating enzyme reaction Of the residue obtained in Step IV-A of Example 15, 500 g was charged into a 1 L separable flask, heated to reflux at 100 ° C. for 12 hours under normal pressure, and then 30% The pH was adjusted to 8.2 with 0.5 g of NaOH, and water was added to make the concentration of CHBN 10.05%.

工程V-C:アミド化酵素反応
上記工程V-Bで得られた処理液を2℃に冷却し、調製例3のRhodococcus rhodochrous J-1株菌体懸濁液を4g加え、反応を開始した。反応中、4%NaOHを随時添加し、pHを7.8〜8.2の間に維持した。反応開始から10時間後、HPLCにてCHBNの消失と、CHBAの生成を確認した。このとき、4%NaOHの添加量は1gで、CHBAのCHBNからの収率は99.5%であった。本工程において、CHBNの濃度(重量%)と塩濃度(重量%)の積は、10(%)×9.5(%)=95であった。
Step VC: Amidating enzyme reaction The treatment solution obtained in the above step VB was cooled to 2 ° C., 4 g of Rhodococcus rhodochrous J-1 cell suspension in Preparation Example 3 was added, and the reaction was started. During the reaction, 4% NaOH was added from time to time to maintain the pH between 7.8 and 8.2. Ten hours after the start of the reaction, disappearance of CHBN and generation of CHBA were confirmed by HPLC. At this time, the amount of 4% NaOH added was 1 g, and the yield of CHBA from CHBN was 99.5%. In this step, the product of the CHBN concentration (% by weight) and the salt concentration (% by weight) was 10 (%) × 9.5 (%) = 95.

Claims (14)

以下の工程を含む、4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドの製造方法。
工程I:エピハロヒドリン及び/又は1,3−ジハロ−2−プロパノール、及びシアニドドナーを酵素反応に供し、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを合成する工程、
工程II:前記ニトリルの濃度(質量%)と塩濃度(アルカリ金属塩と緩衝剤の塩とニッケル、亜鉛、コバルトからなる金属の塩の合計)(質量%)の積が160以下となるように、ニトリルヒドラターゼと接触させる工程。
The manufacturing method of 4-halo-3-hydroxybutyramide including the following processes.
Step I: Step of synthesizing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile by subjecting epihalohydrin and / or 1,3-dihalo-2-propanol and cyanide donor to an enzymatic reaction,
Step II: The product of the concentration (mass%) of nitrile and the salt concentration (total of alkali metal salt and buffer salt and metal salt made of nickel, zinc, cobalt) (mass%) is 160 or less. Contacting with nitrile hydratase.
工程IIにおいて、ニトリルが、工程Iにより製造された後、溶媒を全部または一部留去したものである、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein, in Step II, the nitrile is produced by Step I, and then the solvent is completely or partially distilled off. 工程IIにおいて、ニトリルをニトリルヒドラターゼと接触させる前に、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む溶液を加熱処理及び/又はニッケル、亜鉛、コバルトからなる金属の塩を1種類以上添加する工程(工程I’)を含む、請求項1又は2に記載の方法。   In Step II, before bringing the nitrile into contact with the nitrile hydratase, the solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is heat-treated and / or one or more metal salts composed of nickel, zinc, and cobalt are added. The method according to claim 1, comprising a step (step I ′). 下記工程I’及び IIを含む、4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドの製造方法。
工程I’:4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む溶液を加熱処理及び/又はニッケル、亜鉛、コバルトからなる金属の塩を1種類以上添加する工程、
工程II:上記工程I’で得られる溶液を、その4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度(質量%)と塩濃度(アルカリ金属塩と緩衝剤の塩とニッケル、亜鉛、コバルトからなる金属の塩の合計)(質量%)の積が160以下となる条件において、ニトリルヒドラターゼと接触させ、酵素反応により4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドを得る工程。
A method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide, comprising the following steps I ′ and II.
Step I ′: a step of heat-treating a solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile and / or adding one or more kinds of metal salts composed of nickel, zinc and cobalt,
Step II: The solution obtained in the above step I ′ is composed of the 4-halo-3-hydroxybutyronitrile concentration (mass%) and salt concentration (alkaline metal salt and buffer salt, nickel, zinc and cobalt). A step of obtaining 4-halo-3-hydroxybutyramide by an enzymatic reaction by contacting with nitrile hydratase under the condition that the product of (total of metal salts) (% by mass) is 160 or less.
工程IIにおいて、反応液のpHを6〜8.5に維持する、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 in step II, the pH of the reaction solution is maintained at 6 to 8.5. 工程IIにおいて、反応液の温度を0〜30℃に維持する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。   The process according to any one of claims 1 to 5, wherein in step II, the temperature of the reaction solution is maintained at 0 to 30 ° C. 工程IIにおいて、ニトリルヒドラターゼが、ロドコッカス(Rhodococcus)属微生物由来のニトリルヒドラターゼである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 6, wherein in Step II, the nitrile hydratase is a nitrile hydratase derived from a Rhodococcus microorganism. 工程I’において、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを含む溶液中のシアンイオン濃度が、100ppm以下である、請求項3〜7のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 3 to 7, wherein in Step I ', the concentration of cyanide ion in the solution containing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is 100 ppm or less. 工程I’において添加された、ニッケル、亜鉛、コバルトからなる群から選ばれる金属の塩の濃度の合計が、工程IIの反応液中において0.1〜10,000ppmである、請求項3〜8のいずれか1項に記載の方法。   The total concentration of the salt of the metal selected from the group consisting of nickel, zinc and cobalt added in step I 'is 0.1 to 10,000 ppm in the reaction solution of step II. The method of any one of these. 工程I’において、ニッケル、亜鉛、コバルトからなる金属の塩を1種類以上添加した後の液をpH6〜8.5で5分以上接触させた後、工程IIの酵素反応に供する、請求項3〜9のいずれか1項に記載の方法。   The liquid after adding one or more kinds of metal salts composed of nickel, zinc and cobalt in Step I 'is brought into contact at pH 6 to 8.5 for 5 minutes or more, and then subjected to the enzyme reaction in Step II. The method of any one of -9. 工程IIにおいて、4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル及び塩化ナトリウムを含む溶液において、4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度(質量%)と塩濃度(アルカリ金属塩と緩衝剤の塩とニッケル、亜鉛、コバルトからなる金属の塩の合計)(質量%)の積が120以下となる条件下で、ニトリルヒドラターゼと接触させ、酵素反応により4−クロロ−3−ヒドロキシブチルアミドを得る、請求項3〜10のいずれか1項に記載の方法。   In step II, in a solution containing 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile and sodium chloride, the concentration (mass%) and salt concentration (alkali metal salt and buffer salt of 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile) And the sum of the metal salts of nickel, zinc and cobalt) (mass%) is brought into contact with nitrile hydratase under the condition that the product is 120 or less, and 4-chloro-3-hydroxybutyramide is obtained by the enzymatic reaction. The method according to any one of claims 3 to 10. 工程I’において添加された、ニッケル、亜鉛、コバルトからなる群から選ばれる金属の塩の濃度の合計が、工程IIの反応液中において0.1〜1,000ppmである、請求項3〜11のいずれか1項に記載の方法。   The total concentration of salts of metals selected from the group consisting of nickel, zinc, and cobalt added in step I 'is 0.1 to 1,000 ppm in the reaction solution of step II. The method of any one of these. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法で得られる4−ハロ−3−ヒドロキシブチルアミドを含む水溶液を、トリメチルアミンを接触させる、カルニチンアミドの製造方法。   The manufacturing method of a carnitine amide which makes trimethylamine contact the aqueous solution containing 4-halo-3-hydroxybutyramide obtained by the method of any one of Claims 1-12. トリメチルアミンと接触させる際の温度が0〜50℃である、請求項13記載の方法。   The method of Claim 13 whose temperature at the time of making it contact with a trimethylamine is 0-50 degreeC.
JP2007322180A 2007-05-23 2007-12-13 Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide and its derivative Pending JP2009000097A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007322180A JP2009000097A (en) 2007-05-23 2007-12-13 Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide and its derivative

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007137077 2007-05-23
JP2007322180A JP2009000097A (en) 2007-05-23 2007-12-13 Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide and its derivative

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009000097A true JP2009000097A (en) 2009-01-08
JP2009000097A5 JP2009000097A5 (en) 2010-08-26

Family

ID=40317202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007322180A Pending JP2009000097A (en) 2007-05-23 2007-12-13 Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide and its derivative

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009000097A (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05219965A (en) * 1992-02-10 1993-08-31 Nitto Chem Ind Co Ltd Production of optically active halohydrin
JP3014171B2 (en) * 1991-06-06 2000-02-28 三菱レイヨン株式会社 Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide
JP3073037B2 (en) * 1991-03-04 2000-08-07 三菱レイヨン株式会社 Recombinant plasmid having halohydrin epoxidase gene and microorganism transformed with the plasmid
JP2001288156A (en) * 2000-04-04 2001-10-16 Mitsubishi Rayon Co Ltd Purification of nitrile
JP3428404B2 (en) * 1997-10-23 2003-07-22 三菱レイヨン株式会社 Method for producing amide compound

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3073037B2 (en) * 1991-03-04 2000-08-07 三菱レイヨン株式会社 Recombinant plasmid having halohydrin epoxidase gene and microorganism transformed with the plasmid
JP3014171B2 (en) * 1991-06-06 2000-02-28 三菱レイヨン株式会社 Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide
JPH05219965A (en) * 1992-02-10 1993-08-31 Nitto Chem Ind Co Ltd Production of optically active halohydrin
JP3428404B2 (en) * 1997-10-23 2003-07-22 三菱レイヨン株式会社 Method for producing amide compound
JP2001288156A (en) * 2000-04-04 2001-10-16 Mitsubishi Rayon Co Ltd Purification of nitrile

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4235450B2 (en) Method for producing alpha-hydroxy acid, glycolic acid, 2-hydroxyisobutyric acid from corresponding alpha-hydroxynitrile using nitrilase
WO2005030973A1 (en) Method of purifying succinic acid from fermentation liquid
Liu et al. A new route to L-threo-3-[4-(methylthio) phenylserine], a key intermediate for the synthesis of antibiotics: recombinant low-specificity D-threonine aldolase-catalyzed stereospecific resolution
US9382560B2 (en) Method for producing amide compound
JP5118132B2 (en) Method for producing glucuronic acid by glucuronic acid fermentation
JP5214249B2 (en) Method for producing betaine
JPH0614786A (en) Production of amide compound and microorganism used therefor
AU2003225548A1 (en) Method for producing 2-hydroxyisobutyric acid and methacrylic acid from acetone cyanohydrin
JP5001725B2 (en) Process for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile
JP2011205979A (en) Method for producing recombinant protein
WO2001070936A1 (en) Method of culturing microorganism
JP2009000097A (en) Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide and its derivative
EP1201647A2 (en) Process for producing 4-cyano-4oxobutanoate and 4-cyano-3-hydroxybutanoate
JPWO2008108466A1 (en) Improved halohydrin epoxidase
JP5001631B2 (en) Industrial production method of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile
JP2009142199A (en) Method of preparation of optically-active 4-halo-3-hydroxybutylamide and optically-active 4-halo-3-hydroxy butyronitrile as well as optically active carnitine amide
JP2008067626A (en) Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide
JP2010119357A (en) Method for producing optically active 4-halo-3-hydroxybutyramide and optically active carnitine amide
JP2011501969A (en) Improving immobilized microbial nitrilase to produce glycolic acid
JP2008133198A (en) Method for producing l-carnitine
JP2008148637A (en) Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide
JP2011250720A (en) Method for manufacturing 4-halo-3-hydroxy butyl amide
JP2011072303A (en) Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide
JP2011045361A (en) Method for producing 4-halo-3-hydroxybutylamide
JPWO2005054462A1 (en) Heat-resistant 2,6-dihydroxybenzoate decarboxylase and method for producing 2,6-dihydroxybenzoic acid

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100709

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100709

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110603

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120719

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120906

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120927