JP2016537411A - 15−ヒドロキシ脂肪酸誘導体の作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2013年10月29日出願の米国仮特許出願第61/896,901号の優先権を主張し、その内容全体は、本明細書内に組み込まれ、依拠される。
他の実施形態において、脂肪酸はEPAであり、15(S)−ヒドロペルオキシ脂肪酸中間体は15(S)−HPEPEであり、15(S)−ヒドロキシ脂肪酸誘導体は15(S)−HEPEである。
いくつかの実施形態において、例えば、酸化工程は、約0〜5℃で起こり得る。
リノールヒドロペルオキシド、3−メチル−2−ベンゾチアゾリン(MBTH)、及び3−(ジメチルアミノ)安息香酸(DMAB)は、ヘモグロビンの存在下で反応して、590nmで吸収する紫インダミン色素を生み出すことで知られる。この波長での吸収度は、リノールヒドロペルオキシドの濃度と最大35uMまで線形である。
アッセイ感度を試験するため、希釈系列は、元来の充填値(供給業者による分析証明書に基づいて0.42Mユニット(4.11mg)/mL)で凍結乾燥酵素を使用し、それ以上比色検出が観察されなくなるまで半分希釈して、設定した。また、これをメチレンブルー漂白法(Suda et al.,J.Agric.Food Chem.43,3,1995,p.742,EP no.2118126 A1)を用いて分析し、それによって、100μMのメチレンブルー溶液の吸収度の減少を、リノール酸の存在下で酵素溶液とともにインキュベートしたときに徐々に、680nmで分析した。メチレンブルー漂白アッセイを、2.1mLの0.2M トリス−HCl緩衝液、pH9.0、0.3mLの100μMメチレンブルー溶液、0.3mLの10mMリネオレートナトリウム基質、及び0.3mLの大豆粉抽出物(全体積3mL)を使用して実施した。
凍結乾燥酵素の代替供給品が供給された。最初の試験は、酵素充填量を最大半分まで減少可能であることを示した。代替還元剤(システイン)と組み合わせることで、酵素充填量は、最初のDGLA基質1グラム当り13.7Mユニット(液状酵素調製)から1グラム当り1.8Mユニット(凍結乾燥酵素)に減少された。DGLA1グラム当り£11.37から、DGLA1グラム当り£0.75(約15倍の削減、図2)への、リポキシゲナーゼ酵素の費用削減を実現した。これは、減少された酵素充填量及びより安価な供給(凍結乾燥酵素では£0.42/Mユニットに対して液状酵素調製では£0.83/Mユニット)という2つの要因によるものであった。
先の生体内酸化反応を、DGLA基質1グラム当り約13.7Mユニットの活性(1ユニットは、全体積1.0mLにおいて、pH9.0の0.1Mホウ酸緩衝液中、25℃で0.02%リネオレートとともにインキュベートしたときに、234nmで毎分0.001AUの増加を引き起こす酵素と定義される)の酵素充填量で液状酵素調製を使用して実施した。凍結乾燥粉であるリポキシゲナーゼの代替供給品も試験した。DGLA基質1グラム当り約13.7Mユニットの活性を使用して、生体内酸化反応を、凍結乾燥酵素を用いて繰り返し、1H NMR分光法による同様の反応完了プロファイルを得た。この反応を、さらに3回、各回で酵素充填量を半分に減らして繰り返した。結果を表5にまとめる。
先の反応は、リポキシゲナーゼの液状調製を使用して実施され、DGLA1グラム当り13.7Mユニットの充填量で反応完了を得た。凍結乾燥純酵素の代替供給品が得られ、DGLA1グラム当りわずか6.87Mユニットの酵素充填量を使用して、反応完了に達した。
緩衝液の代わりに純水を使用して実験を実施した。DGLAを水に添加して、2つの非混合層を得た。2M水酸化ナトリウムでpHを9.8に調整し、撹拌して乳濁液を得た。凍結乾燥酵素(DGLA1グラム当り6.87Mユニット)を添加し、前と同じように反応を実施した。1時間後、反応混合物は依然として、不完全な変換を示す、濁った乳濁液であった。1H NMR分光法は、およそ45%の未反応DGLA、及び過酸化不純物の一部を示した。これは、必要pH(約9)を維持し、かつ基質の可溶化を助けるためには、緩衝液が必要とされることを示唆する。15−(S)−HPETrEもまた、DGLA基質の可溶化を助けると考えられる。
中間体ヒドロペルオキシドを、前もって、1.1当量の水素化ホウ素ナトリウムを使用して、ワンポットシーケンスで、きれいに還元した。しかしながら、これは、特に後処理中に水素ガスの生成を導き、pH調整のために大量の10%クエン酸溶液を必要とした。スケールアップにおいて、水素化ホウ素ナトリウムは、水素問題、充電モード、及び工場での予測される長い反応停止時間(約17時間)が理由で、好まれない。
基質(40g)及び酵素(1.8Mユニット/g DGLA)をそれぞれ一定速度(1.6mL/分及び2mL/分)でpH9.5の0.1Mホウ酸ナトリウム緩衝液(850mL)に添加する、1Lの最終体積反応を3L発酵装置内で実行した。緩衝溶液に酸素を吹き込んで、500rpmで撹拌した。酵素をpH4.5の0.1M酢酸ナトリウム溶液(150mL)内に溶液として添加し、反応のpHを3M NaOH(水溶液)の添加により約9.5に維持した。DGLAの添加時、著しい発泡が発生し、一部の材料が槽から放出された(約10%)。ポリプロピレングリコール2000(20mLホウ酸緩衝液と1:1v/v)を抗発泡剤として添加したが、効果はあまりなかった。さらなる20mLが、発泡を著しく減少させることはなかった。酸素流を可能な限り最も低い設定まで減少させることが、次第に気泡を減少させた。1.5時間後、アリコートを1H NMRにより分析したところ、残渣DGLA(6.25重量%)を示した。この反応をさらに5時間継続した。次いで、懸濁液を、セライトを介して濾過してシスチンを除去し、固形クエン酸でpH3まで酸性化した。結果として生じる懸濁液を、4℃で週末にかけて保存した。沈殿生成物及びさらなるシスチン残渣は、水溶液から沈降していた。これらを濾過によって収集し、白色クリームを得た。TLCは、水性濾液内に生成物がないことを示した。収集された「クリーム」を、MTBE内でスラリー化し、濾過すると粒状の白色固体が残った。濾液をロータリーエバポレータ上で濃縮すると、44gの黄色油が残った。1H NMR分析は、HPETrEが無いこと、及び残渣DGLAが1重量%未満であることを示した。しかしながら、本生成物は、PPG2000も含有していた。この油を、20%MTBE:ヘキサン(100mL)内でスラリー化し、シリカパッド(400g)に塗布した。このパッドを、ヘキサン(1.2L)、20%MTBE:ヘキサン(2L)、及び40%MTBE:ヘキサン(4L)で溶出した。本生成物含有画分をTLCで識別した。初期生成物含有画分は、TLCにより、DGLAのかすかな痕跡を含有しており、これらを組み合わせ、かつ別々に濃縮して、透き通った淡黄色油である生成物を13g得た。1H NMR(CDCl3)約0.5%DGLA、HETrE。残留生成物含有画分を組み合わせて、生成物を14g得た。1H NMR(CDCl3)−HETrE。HPLC面積%純度(252nm)−96.92%。カラムクロマトグラフィ後の生成物の総回収率は62%であった。しかしながら、反応器内の発泡問題が原因で著しい損失が発生した。これは、十分な酸素が撹拌を介して混合物内に移送される場合には、反応を圧力下で実施する必要がないこと、及び延長された反応時間が副生成物の増加をもたらさなかったことを示している。理論に拘束されることを望むものではないが、これは、より少ない酵素充填量、より低い酸素可用性、及び反応混合物中の不安定なヒドロペルオキシド量の減少など多数の理由によるものであると考えられる。しかしながら、わずかな酸素圧下での反応は、反応発泡の問題を制御するのに役立つであろう。
10gの大豆粉からの十分なリポキシゲナーゼ活性を抽出して、3gのDGLAをHETrE(1:10w/v 0.1M酢酸ナトリウム緩衝液、pH4.5、3時間、180rpm)にきれいに変換するための条件を開発した。
脱脂大豆粉からの酵素活性の抽出のための最適条件の系統的測定(緩衝液媒体、pH、時間、温度)。
10gの7B大豆粉を、pH4.5の0.1M酢酸ナトリウム緩衝液100mLを用いて、3時間、32℃、180rpmで抽出した後、セライトを介して濾過して85mLの透き通った黄色濾液(pH5.2)を産出した。30μL分をメチレンブルー漂白試験により分析すると、活性は、およそ2mg/mL(0.2Mユニット/mL)の精製された凍結乾燥酵素(図4)に匹敵した。
システイン還元剤の使用は、反応のための酵素活性充填量を7.6分の1減少(13.7Mユニットから1.8Mユニット/g DGLA)させることを可能にし、それにもかかわらず許容範囲の不純物プロファイルを得た。反応完了は、数時間以内に得られ得る。10%クエン酸溶液で酸性化する代わりに、反応を固体クエン酸で酸性化し、ひいては総容量を約30%減少させた。HETrE生成物は、シスチン残渣とともに反応混合物から沈殿し、それは濾過によって収集され得る。収集した沈殿物のMtBEでのスラリー化、及び濾過に続く、溶媒の除去が、>100重量%の未加工のHETrEの単離を可能にした。対照的に、先の後処理は、乳濁液形成を軽減するために、比較的高価な50/50ヘキサン/MtBE混合物(×3回)での抽出を伴った。乳濁液を分割するためにセライトを介した濾過と、及び生成物を回復するためにMtBEでの洗浄とを必要とする、ラグ層もまた収集した。未加工のHETrE(430g)を約72Lの溶媒から回復した。しかしながら、この方法により、320gの未加工のHETrEを9LのMtBEからのみ回復した。
10Lスケールアップ反応を2回実施して(それぞれ300gのDGLA)、カラムクロマトグラフィ精製、溶媒除去、及び高真空乾燥の後、UPLCで純度97.2%を有する15(S)−HETrEを合計469g(74%)産出した。本材料は、比較用毒性バッチの約90mEq/kgと比較して、12.5mEq/kgの過酸化物値を有することが分かった。
表13は、毒性バッチの調製のために以前に利用された条件を、試験バッチの調製のために使用される条件と大まかに比較する。
プロセス説明(PD)は、この全研究中に実施される反応の結果に基づいて生成された。安定性研究プロジェクトのために十分なHETrEを提供するための2×300gのDGLAの処理において、プロセス説明案に従った。PDは、以下の例示的工程を含む:
1.ホウ酸(61.8g、1mol)及びNaOH(120.0g;3mol)を10Lの水に装入し、溶解するまで撹拌することによって、ホウ酸ナトリウム緩衝液0.1Mを調製する。
2.10.0Lの0.1Mホウ酸ナトリウム緩衝液を水素化槽に装入する。
3.システイン(237.2g;1.958mol;2.0当量)を装入し、溶解するまで撹拌する。
4.DGLA(300.0g;9.79mol;1.0当量/重量/体積)を緩衝液溶液に装入し、0〜5℃に冷却する。
5.目盛付きpHプローブを使用してpHが約9.3〜9.6であることを確認する。
6.必要に応じて、4M NaOH溶液でpHを調製する。
7.LPX1酵素パウダー(5.30g、17.7mg/g DGLA;1.8Mユニット/g DGLA、1.77重量%)を冷えた反応溶液に装入する。
8.反応槽を最低2バールの純酸素で加圧する。
9.反応を2バール酸素圧下で、0〜5℃で1時間撹拌する。
10.発泡を防ぐために酸素をゆっくりと放出する。
11.化学者チェック:アリコートを除去する;固体クエン酸を使用して抽出物をpH3に酸性化し、MTBEで抽出する。Na2SO4上で乾燥させ、濾過し、ロータリーエバポレータ上で溶媒を除去し、1H NMRにより残渣を分析して、DGLAのHPETrE/HETrEへの変換を確認する。
12.さらなるLPX1酵素パウダー(1.06g、3.5mg/g DGLA、0.36Mユニット/g DGLA、0.35重量%)及び1当量のシステイン(119.0g;0.979mol)を添加し、酸素下でさらに1.5時間撹拌する。
13.酸化完了について分析する−反応混合物のアリコートを除去し、等体積のMeOHで反応を停止させ、開始材料の消費を示すためにCAD検出により分析する。残渣DGLAが<10g/kg(HPLC/CADによる)の場合は合格。IPCが不合格の場合、酸素圧下でさらに1時間撹拌を継続し、分析を繰り返す。
14.還元完了について分析する−アリコートを除去する;固体クエン酸を使用して抽出物をpH3に酸性化し、MTBEで抽出する。Na2SO4上で乾燥させ、濾過し、ロータリーエバポレータ上で溶媒を除去し、1H NMR及び/またはUPLC/UVにより残渣を分析して、残渣HPETrEが無いことを確認する。試験段階中、試料を酸素から保護し、遅滞なく過酸化物試験を実施する。NMR及び/またはUPLC/UVにより15−HPETrEが検出不可能な場合は合格。過酸化物値はFIOである。IPCが不合格の場合、システイン(59.5g、0.489mol、0.5当量)を添加し、窒素ブランケット下でさらに4〜8時間撹拌を継続し、分析を繰り返す。
15.反応混合物を窒素でパージする(×3回)。
16.反応器内容物を、窒素流出下で25Lドラム缶に移す。
17.反応混合物を窒素ブランケットされた約15L槽に装入する。
18.目盛付きpH測定器でpHをチェックしながら、固体クエン酸(必要に応じ、装入表(表16、付録1)を参考)を、撹拌された、窒素ブランケットされた反応混合物に少量に分けて装入する。pH≦3.5に調整する。毎回次の分量を添加する前にpHが安定するのを待つ。添加回数、pH傾向、観察を記録する。
19.撹拌を止め、沈殿した固体を焼結漏斗上で濾過する。濾過中、外部窒素ブランケットを適用する。
20.水性濾液層を10Lドラム缶内に移す。
21.湿潤ケークを抽出槽内に戻す。MtBE(3L)を抽出槽に装入する。
22.10分間撹拌し、沈降させる。
23.撹拌を止め、沈殿した固体を焼結漏斗上で濾過する。濾過中、外部窒素ブランケットを適用する。
24.有機濾液をきれいな10Lドラム缶に移す。
25.工程21〜24を2回繰り返す。
26.250mバール/摂氏40℃浴で蒸留物収集が緩徐になるまで未加工の生成物溶液を蒸発させる。ロータリーエバポレータを窒素でベントする。蒸発が終わる前に、溶液を風袋軽量済1Lフラスコに移す。可能な限り空気から保護する。
27.未加工の重量を決定し、15−HETrE:MtBEモル比(FIO)のためにNMR試料を採取する。過酸化物試験のために、FIO試料を、新鮮なときに採取し、遅滞なく分析する。UPLC/UVでの未加工の純度のためにFIO試料を採取する。
28.窒素下で摂氏−80℃で未加工の生成物を保存する。
29.未加工のHETrEを1体積のシクロヘキサン内に80gずつに分けて溶解し、シクロヘキサンで事前溶出されたBiotage 75Lシリカカートリッジに適用する。10%MtBE:シクロヘキサンで開始して最大50%MtBE:シクロヘキサンまでのカラムから生成物を溶出する。
30.TLCに基づいて生成物画分を事前に組み合わせる。
31.カラム画分純度を分析する−事前に組み合わされた生成物画分のアリコートを除去し、UPLCにより分析する。%面積純度が>95%の場合は合格。IPCが不合格の場合、再精製のために画分を取っておく。
32.純粋な生成物を含有する画分を好適に組み合わせる。
33.40℃でロータリーエバポレータ上で溶媒を除去する。窒素でベントする。
34.材料を、撹拌しながら、高真空下で一定重量まで乾燥させる。
35.窒素下で真空を解放する。
36.残渣溶媒を分析する−乾燥させた生成物のアリコートを除去し、GCヘッドスペースにより分析する。残渣溶媒がICH限界未満(<5000ppm MtBE、3880ppmシクロヘキサン)の場合は合格。IPCが不合格の場合、バルク材料を高真空ポンプに戻し、24時間乾燥を継続し、分析を繰り返す。
37.窒素ブランケット下で、風袋計量済アンバーボトルに移し、80℃で保存する。
DGLA及びHETrE残渣は、エタノール及びメタノール、またはアセトンなどのアルコール中に容易に溶解できる。システインは、水(280g/L@25℃)、及びエタノール(1.5g/100gのエタノール@19℃)中に溶解でき、シスチンは、加熱しながら1M HCl(50g/L)、及び塩基性溶液中に溶解できる。
Advanced Reactive System Screening Tool(ARSST)は、プロセス産業における化学的危険性の可能性を迅速かつ安全に特定することができる効果的な熱量計である。
修正されたプロセスを使用すると、O2下での延長された反応時間(最大4時間)は、生成物の品質へのいかなる悪影響も示さなかった。
スケールアップバッチ1891−051(1.8Mユニット/g DGLA)を、O2圧下で2.5〜3.75時間維持したが、1H NMR分析により判定した際に、純度に対する重大な影響はなかった。
500mL40%MtBE:シクロヘキサン中HETrE(約9.1g)溶液を、75℃(外部油浴温度)で400mバール真空(コンデンサ冷却液温度−0℃)で加熱する、熱安定性試験を実施した。これが、穏やかな還流を確立した。溶液を光から保護した。試料を、窒素雰囲気下で、様々な時点で取り出し、UPLC(252nm)により分析した(図15)。
w/w DGLA標準に対する化学エアロゾル検出(CAD)法を使用して、反応混合物内の残渣DGLAを決定した。先の反応を、反応混合物からのアリコートの除去及び小型後処理に続く1H NMR分析を基に、反応完了について評価した。しかしながら、残渣DGLAとHETrE生成物信号との間にいくらかのオーバーラップがあったため、この方法は理想的ではなかった(図16)。
精製された15(S)−HETrE、ならびにPRD開発の経過中に調製された不純物が豊富な前部及び後部画分を、LC−MS及びMS−MSにより分析した。DGLAに関して供給された規格、及び入手したデータに基づき、観察された不純物に関して暫定的構造を示唆した。DGLA開始材料の規格に基づき、存在する3つの主な不純物(図20)は、それぞれ1.1、1.6、及び0.4%のGC分析により、FAME面積%を有する、20:2ω6(イコサジエン酸(EDA)、C20H36O2、RMM308.48)、20:3ω3(エイコサトリエン酸(ETE)C20H34O2、RMM306.48)、及び20:4ω3(エイコサテトラエン酸(ETA)、C20H32O2、RMM304.48)であった。0.2%面積(FAME)面積でそれぞれさらに2種類の未確認の不純物もまた存在し、FAME GC分析により3.5面積%の総不純物を示した。
反応を、DI水中に(5L)完全に溶解したホウ砂(194g、0.508mol)によって実行した。L−システイン(40g、0.33mol)、及び25〜30℃で30分間撹拌した。PPG−2000(抗発泡剤、2mL)を添加し、4M NaOHを使用して反応質量pHを9.55〜9.65に調整した。EPA(50g、0.165mol)を添加し、25〜30℃で30分間撹拌した。反応質量を0〜5℃に冷却し、LPX1酵素(1.25g、2.49%)を添加した。反応混合物を酸素(業務グレード、99.5%)(1Kg*2)でパージし、酸素ガス(2.2Kg)で反応槽を加圧した。反応混合物を、0〜5℃で、酸素圧(2.2Kg)下で1時間撹拌した。EPAの変換完了後、質量を窒素ガス(グレードI、1Kg*2)で脱気した。L−システイン(20g、0.165mol)を添加し、反応槽を窒素ガス(グレードI、2.2Kg)で加圧した。本質量を0〜5℃で1時間撹拌した。ペルオキシ中間体の変換完了後、窒素圧を解放し、本質量を反応器から取り外し、DM水(150mL*2)で洗い流した。未加工のpHを40% w/w クエン酸溶液を使用して3.0〜4.0に調整し、続いてMTBE(1L)を添加した。この二相層を30分間撹拌し、濾過した。主な濾液を、層分離のために採取し、残渣をMTBE(500mL*2)で洗浄した。MTBEで洗浄した残渣を、分離した水性層の抽出のために採取した。有機層を組み合わせ、無水硫酸ナトリウム(15g)上で乾燥させ、濾過した。濾液を、30〜35℃で真空下で濃縮し、95.00%HPLC純度を有する淡黄色の液体(48g)としてステージ−Iを得た。
DGLAの新規ワンポット生体内酸化/還元は、ほんのわずかの酵素充填量、ならびにかなり少ない抽出及びクロマトグラフィ溶媒のみを使用しながら、同様の純度の15(S)−HETrE材料を著しく増加した収率(二工程法の53%に対して76%)で生み出す。
Claims (6)
- システインが還元剤として使用される、脂肪酸の15−ヒドロキシ誘導体の生産のためのプロセス。
- 脂肪酸1グラム当り400Mユニット未満が反応で使用される、請求項1に記載の前記プロセス。
- 収率が、少なくとも約50%である、請求項1または請求項2に記載の前記プロセス。
- 前記15−ヒドロキシ誘導体が、15(S)−HETrEである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の前記プロセス。
- 前記脂肪酸を酸化して、15−ヒドロペルオキシ脂肪酸中間体を形成することと、前記中間体を還元して、前記15−ヒドロキシ誘導体を形成することとを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の前記プロセス。
- 前記15−ヒドロキシ誘導体が、15(S)−ヒドロキシエイコサペンタエン酸である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の前記プロセス。
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