JP2018154559A - Method for isolating r-isomer of 3 hydroxy butyric acid ester - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3ヒドロキシ酪酸エステルのR体の光学純度を向上させるべく、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法に関する。 The present invention relates to a method for isolating a 3-hydroxybutyric acid ester of R form in order to improve the optical purity of the R-form of 3-hydroxybutyric acid ester.
3ヒドロキシ酪酸やその塩(以下3HBと称する、また、3HBと称する場合、特にその単量体を指すものとする)は、もともと人の体内に存在する物質であるため生体親和性が高く、糖質に代わる画期的なエネルギー源として期待されている。また、3HBは単なるエネルギー源という役割だけでなく、様々な遺伝子の発現やタンパク質の活性に影響するシグナル伝達物質としての作用があることがわかってきた。3HBは、例えば、遺伝子発現調節作用によって、ヒストン脱アセチル化酵素を阻害することによって認知機能や、長期持続記憶を改善することが知られ、アルツハイマーの予防に有効性が確認されている。例えば、ココナツオイルに多く含まれる中鎖脂肪酸の摂取および体内での代謝により生成される3HBが、脳や体内において糖質をうまく利用できないアルツハイマー病、糖尿病の患者の症状を改善させる効果を持つことが知られている。また、3HBは体内において糖質よりも速やかにエネルギーに変換されること、細胞への脂肪や糖の吸収を抑制する効果を有することから、アスリート向けのエネルギー物質、ダイエット・健康食品分野への応用が期待できる。 Since 3-hydroxybutyric acid and its salt (hereinafter referred to as 3HB, also referred to as 3HB, especially its monomer) is a substance that is originally present in the human body, it has high biocompatibility and is a sugar. Expected to be a groundbreaking energy source instead of quality. In addition, it has been found that 3HB not only serves as a mere energy source but also acts as a signal transmitter that affects the expression of various genes and the activity of proteins. 3HB is known to improve cognitive function and long-lasting memory by inhibiting histone deacetylase, for example, by regulating gene expression, and its effectiveness in preventing Alzheimer's has been confirmed. For example, 3HB produced by the intake of medium-chain fatty acids contained in coconut oil and metabolism in the body has the effect of improving the symptoms of Alzheimer's disease and diabetic patients who cannot use carbohydrates in the brain and body. It has been known. In addition, 3HB is converted to energy more rapidly than carbohydrates in the body and has the effect of suppressing the absorption of fat and sugar into cells, so it can be applied to energy substances for athletes, diet and health foods. Can be expected.
3HBは、例えば3HB生産性のハロモナス菌を添加した発酵プロセスを行い、得られた発酵液からハロモナス菌を分離除去し、精製することにより得られる。発酵プロセスは、果汁等の糖質栄養源を含有する原料液に、3HB生産性のハロモナス菌をそのまま添加し、好気発酵、嫌気発酵を順に行うプロセスとして実施することができる(特許文献1)。これにより、糖質が3HBに変換され、発酵液中に生産されることになる。 3HB is obtained, for example, by performing a fermentation process in which 3HB-producing halomonas bacteria are added, separating and removing halomonas bacteria from the obtained fermentation broth, and purifying. The fermentation process can be performed as a process in which 3HB-producing halomonas bacteria are added as they are to a raw material liquid containing a saccharide nutrient source such as fruit juice, and aerobic fermentation and anaerobic fermentation are sequentially performed (Patent Document 1). . As a result, the sugar is converted to 3HB and produced in the fermentation broth.
また、3HBは、生分解性樹脂や、3HBエステル(例えば3ヒドロキシ酪酸エチル(Ethyl 3-Hydroxybutyrate:EHB))の原料として利用可能であることが知られており、工業的用途においても利用価値が高まりつつある。3HBエステルは安全性の高い溶剤、洗浄剤として利用可能であり、医薬、農薬、食品添加物等としての応用も進められている化合物である。 3HB is known to be usable as a raw material for biodegradable resins and 3HB esters (for example, Ethyl 3-Hydroxybutyrate (EHB)), and is also useful in industrial applications. It is growing. 3HB ester is a compound that can be used as a highly safe solvent and detergent, and is also being applied as a pharmaceutical, agricultural chemical, food additive, and the like.
3HBは、R体およびS体の光学異性体が存在しており、微生物による発酵プロセスによって得られた3HBはR体が主流である。しかし、当該発酵プロセスによってR体の光学純度を向上させるのには限度があった。
また、3HBを精製する際には、3HBをエチル体であるEHB(3HBエステル)としてから蒸留することがあった。このとき、EHBにおいてもR体およびS体の光学異性体が存在しており、EHBの状態からR体の光学純度を向上させることが求められていた。
3HB has R and S optical isomers, and 3HB obtained by a fermentation process using microorganisms is mainly in R form. However, there was a limit in improving the optical purity of the R-form by the fermentation process.
Moreover, when 3HB was purified, 3HB was sometimes distilled after being converted to EHB (3HB ester) as an ethyl form. At this time, R and S optical isomers also exist in EHB, and it was required to improve the optical purity of R from the state of EHB.
従って、本発明の目的は、3ヒドロキシ酪酸エステルのR体の光学純度を向上させるべく、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for isolating the R-form 3-hydroxybutyrate ester in order to improve the optical purity of the R-form of 3-hydroxybutyrate ester.
上記目的を達成するための本発明に係るR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法の第一特徴構成は、R体およびS体が混在する3ヒドロキシ酪酸エステルの3位のヒドロキシル基を化学的にアシル化するアシル化工程と、リパーゼによりR体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物を脱アシル化してR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを作製する脱アシル化工程と、前記R体の3ヒドロキシ酪酸エステルを蒸留によりS体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物と分離する蒸留工程と、を有する点にある。 In order to achieve the above object, the first characteristic configuration of the method for isolating the R-hydroxy 3-hydroxybutyrate according to the present invention is to chemistry the hydroxyl group at the 3-position of the 3-hydroxybutyric ester in which the R-form and S-form are mixed. An acylation step of acylating, a deacylation step of deacylating an acylated product of R-hydroxy 3-hydroxybutyrate by lipase to produce R-hydroxy 3-hydroxybutyrate, and R-hydroxy 3-hydroxybutyrate And a distillation step of separating the ester from the acylated product of S-hydroxy 3-hydroxybutyrate by distillation.
本構成では、まず、R体およびS体が混在する3ヒドロキシ酪酸エステルにおいて、R体およびS体の3ヒドロキシ酪酸エステルの両者における3位のヒドロキシル基を化学的にアシル基に置換するアシル化工程を行う。これにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物およびS体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物が混在する状態となる。この状態において、リパーゼによりR体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物を脱アシル化してR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを作製する脱アシル化工程を行う。当該脱アシル化工程では、リパーゼがR体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物に選択的に反応することにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物を脱アシル化してR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを作製することができる。脱アシル化工程により、脱アシル化工程において作製されたR体の3ヒドロキシ酪酸エステルと、アシル化工程において作製されたS体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物とが混在する状態となる。この状態において、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルとS体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物とを分離する蒸留工程を行うことにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離することができる。
In this configuration, first, in the 3-hydroxybutyric acid ester in which the R-form and the S-form are mixed, the acylation step in which the hydroxyl group at the 3-position in both the R-form and the S-form 3-hydroxybutyrate is chemically substituted with an acyl group I do. As a result, the acylated product of the R-
従って、本発明では、3ヒドロキシ酪酸エステルのR体の光学純度を極めて高いレベル(100%近い)まで向上せることができるR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法を供することができる。 Therefore, the present invention can provide a method for isolating the R-hydroxy 3-hydroxybutyrate capable of improving the optical purity of the R-hydroxy 3-hydroxybutyrate to an extremely high level (close to 100%).
本発明に係るR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法の第二特徴構成は、前記3ヒドロキシ酪酸エステルのエステルを炭素数1〜4のアルキルエステルとした点にある。 The second characteristic configuration of the method for isolating R-hydroxy 3-hydroxybutyrate according to the present invention is that the ester of 3-hydroxybutyrate is an alkyl ester having 1 to 4 carbon atoms.
本構成では、安全性の高い溶剤、洗浄剤として利用可能な3HBエステル、即ち、3ヒドロキシ酪酸メチル、3ヒドロキシ酪酸エチル、3ヒドロキシ酪酸プロピル、3ヒドロキシ酪酸ブチルのR体の光学純度を極めて高いレベル(100%近い)まで向上せることができる。 In this configuration, the optical purity of the R form of 3HB ester that can be used as a highly safe solvent and cleaning agent, that is, methyl 3-hydroxybutyrate, ethyl 3-hydroxybutyrate, propyl 3-hydroxybutyrate, and butyl 3-hydroxybutyrate is extremely high. (Approx. 100%).
本発明に係るR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法の第三特徴構成は、前記アルキルエステルをエチルエステルとした点にある。 The third characteristic configuration of the method for isolating the R-hydroxy 3-hydroxybutyrate according to the present invention is that the alkyl ester is an ethyl ester.
本構成では、特に3ヒドロキシ酪酸エチルのR体の光学純度を極めて高いレベル(100%近い)まで向上せることができる。 In this configuration, the optical purity of the R-form of ethyl 3-hydroxybutyrate can be improved to an extremely high level (close to 100%).
本発明に係るR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法の第四特徴構成は、前記脱アシル化工程をアルコールの存在下で行う点にある。 The fourth characteristic configuration of the method for isolating R-hydroxy 3-hydroxybutyrate according to the present invention is that the deacylation step is performed in the presence of alcohol.
本構成によれば、脱アシル化工程において例えばS体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物のエチルエステルの加水分解を防ぐことができる。 According to this configuration, it is possible to prevent hydrolysis of the ethyl ester of the acylated product of S-form ethyl 3-hydroxybutyrate in the deacylation step, for example.
本発明に係るR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法の第五特徴構成は、R体およびS体が混在する3ヒドロキシ酪酸エステルのうち、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルをリパーゼによりアシル化するアシル化工程と、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物およびS体の3ヒドロキシ酪酸エステルを蒸留により分離する蒸留工程と、分離されたR体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物を化学的に脱アシル化する脱アシル化工程と、を有する点にある。 The fifth feature of the method for isolating the R-hydroxy 3-hydroxybutyrate according to the present invention is that acylation of the R-hydroxy 3-hydroxybutyrate by lipase is performed among the 3-hydroxybutyric acid ester in which the R-form and S-form are mixed. An acylation step, an R-form 3-hydroxybutyrate ester acylate and an S-form 3-hydroxybutyrate ester are separated by distillation, and the R-form 3-hydroxybutyrate acylate is chemically separated. And a deacylation step for deacylation.
本構成では、まず、R体およびS体が混在する3ヒドロキシ酪酸エステルにおいて、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルを反応の対象とし、当該R体の3ヒドロキシ酪酸エステルの3位のヒドロキシル基をアシル基に置換するアシル化工程を行う。当該アシル化工程では、リパーゼがR体の3ヒドロキシ酪酸エステルに選択的に反応することにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルの3位のヒドロキシル基をアシル基に置換することができる。これにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物およびS体の3ヒドロキシ酪酸エステルが混在する状態となる。この状態において、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物およびS体の3ヒドロキシ酪酸エステルを蒸留により分離する蒸留工程を行うことにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物を単離することができる。そして、蒸留工程によって分離されたR体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物を化学的に脱アシル化する脱アシル化工程を行うことにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルを作製することができる。
In this configuration, first, in the 3-hydroxybutyric acid ester in which the R-form and the S-form are mixed, the R-form 3-hydroxybutyrate is subjected to the reaction, and the hydroxyl group at the 3-position of the R-form 3-hydroxybutyrate is acyl group. An acylation step for substituting is performed. In the acylation step, the lipase selectively reacts with the 3-hydroxybutyric acid ester in the R form, whereby the hydroxyl group at the 3-position of the 3-hydroxybutyric acid ester in the R form can be substituted with an acyl group. As a result, an acylated product of R-hydroxy 3-hydroxybutyrate and S-hydroxy 3-hydroxybutyrate are mixed. In this state, the acylated product of the R-
従って、本発明では、3ヒドロキシ酪酸エステルのR体の光学純度を極めて高いレベル(100%近い)まで向上せることができるR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法を供することができる。 Therefore, the present invention can provide a method for isolating the R-hydroxy 3-hydroxybutyrate capable of improving the optical purity of the R-hydroxy 3-hydroxybutyrate to an extremely high level (close to 100%).
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に好適な実施形態を記すが、これら実施形態はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Preferred embodiments are described below, but these embodiments are described in order to more specifically illustrate the present invention, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The present invention is not limited to the following description.
本発明は、R体およびS体が混在する3ヒドロキシ酪酸エステルから、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法である。3ヒドロキシ酪酸エステルのエステルは炭素数1〜4のアルキルエステルとすることができる。即ち、炭素数1のアルキルエステルの場合は3ヒドロキシ酪酸メチルとなり、炭素数2のアルキルエステルの場合は3ヒドロキシ酪酸エチルとなり、炭素数3のアルキルエステルの場合は3ヒドロキシ酪酸プロピルとなり、炭素数4のアルキルエステルの場合は3ヒドロキシ酪酸ブチルとなる。 The present invention is a method for isolating a 3-hydroxybutyric acid ester of R form from a 3-hydroxybutyric acid ester in which R form and S form are mixed. The ester of 3-hydroxybutyric acid ester can be an alkyl ester having 1 to 4 carbon atoms. That is, in the case of an alkyl ester having 1 carbon, methyl 3-hydroxybutyrate is obtained. In the case of an alkyl ester having 2 carbons, ethyl 3-hydroxybutyrate is obtained. In the case of an alkyl ester having 3 carbons, propyl 3-hydroxybutyrate is obtained. In the case of this alkyl ester, butyl 3-hydroxybutyrate is obtained.
本実施形態では、3ヒドロキシ酪酸エステルとして、3ヒドロキシ酪酸エチル(Ethyl 3-Hydroxybutyrate:EHB)を使用した場合について説明する。 In the present embodiment, a case where ethyl 3-hydroxybutyrate (EHB) is used as the 3-hydroxybutyric acid ester will be described.
図1に本発明の概要を示す。図中におけるR−EHBは3ヒドロキシ酪酸エチルのR体、S−EHBは3ヒドロキシ酪酸エチルのS体をそれぞれ示す。 FIG. 1 shows an outline of the present invention. In the figure, R-EHB represents R-form of ethyl 3-hydroxybutyrate, and S-EHB represents S-form of ethyl 3-hydroxybutyrate.
当該方法は、R体およびS体が混在する3ヒドロキシ酪酸エチルの3位のヒドロキシル基を化学的にアシル化するアシル化工程Aと、リパーゼによりR体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物を脱アシル化してR体の3ヒドロキシ酪酸エチルを作製する脱アシル化工程Bと、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルを蒸留によりS体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物と分離する蒸留工程Cと、を有する。 The method includes an acylation step A in which the hydroxyl group at the 3-position of ethyl 3-hydroxybutyrate in which R-form and S-form are mixed, and acylation of R-form ethyl 3-hydroxybutyrate by lipase is deacylated. And a deacylation step B for producing R-form ethyl 3-hydroxybutyrate, and a distillation step C for separating R-form ethyl 3-hydroxybutyrate from an acylated product of S-form ethyl 3-hydroxybutyrate by distillation.
(アシル化工程A)
アシル化工程Aでは、3ヒドロキシ酪酸エチルのR体およびS体における3位のヒドロキシル基(−OH)を化学的にアシル基(RCO−)に置換するアシル化を行う。本明細書における「化学的にアシル化する」とは、酵素を使用せず、アシル化剤等の試薬によってアシル化することをいう。本実施形態ではアシル化するための試薬として、アシル化剤である無水酢酸、および、塩基であるトリエチルアミンを使用する場合について説明するが、これらに限定されるものではない。
(Acylation step A)
In the acylation step A, acylation is performed by chemically substituting the hydroxyl group (—OH) at the 3-position in the R-form and S-form of ethyl 3-hydroxybutyrate with an acyl group (RCO—). As used herein, “chemically acylating” refers to acylating with a reagent such as an acylating agent without using an enzyme. In the present embodiment, the case where acetic anhydride as an acylating agent and triethylamine as a base are used as reagents for acylation will be described, but the present invention is not limited thereto.
R−EHBまたはS−EHBに対して、例えば無水酢酸は約1〜3当量、好ましくは2等量となるように添加し、トリエチルアミンは約0.05〜0.5当量となるように添加すればよく、好ましくは0.1〜0.2等量となるように添加すればよい。
アシル化工程Aは、40〜60℃、好ましくは55℃で反応させるのがよく、反応時間は5〜18時間程度とするのがよい。
For example, acetic anhydride is added to R-EHB or S-EHB in an amount of about 1-3 equivalents, preferably 2 equivalents, and triethylamine is added in an amount of about 0.05-0.5 equivalents. What is necessary is just to add so that it may become 0.1-0.2 equivalent preferably.
In the acylation step A, the reaction is preferably carried out at 40 to 60 ° C., preferably 55 ° C., and the reaction time is preferably about 5 to 18 hours.
アシル化工程を行うことにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物およびS体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物が混在する状態となる。 By performing the acylation step, an R-form ethyl 3-hydroxybutyrate acylate and an S-form ethyl 3-hydroxybutyrate acylate are mixed.
(脱アシル化工程B)
脱アシル化工程Bでは、リパーゼによりR体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物を脱アシル化してR体の3ヒドロキシ酪酸エチルを作製する。当該脱アシル化工程は、アルコールの存在下で行うのがよい。本工程で使用できるアルコールは、メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノール等が使用できるがこれらに限定されるものではない。本実施形態ではエタノールを使用する場合について説明する。
(Deacylation step B)
In the deacylation step B, R-form ethyl 3-hydroxybutyrate is deacylated with lipase to produce R-form ethyl 3-hydroxybutyrate. The deacylation step is preferably performed in the presence of an alcohol. Alcohols that can be used in this step include, but are not limited to, methanol, ethanol, propanol and butanol. In this embodiment, a case where ethanol is used will be described.
また、本工程で使用できるリパーゼは、微生物、動物および植物起源のリパーゼを使用することができる。例えば微生物起源のリパーゼは、真菌もしくは酵母などの真核生物または細菌などの原核生物から単離され得るリパーゼを利用するのがよい。具体的には、バシラス(Bacillus)属もしくはシュードモナス(Pseudomonas)属由来の細菌リパーゼ、アスペルギルス(Aspergillus)などの真菌由来のリパーゼ、またはキャンディダ(Candida)もしくはヤロウィア(Yerrowia)などの酵母由来のリパーゼが特に好適である。 Moreover, the lipase which can be used at this process can use the lipase of microorganisms, an animal, and a plant origin. For example, lipases of microbial origin may utilize lipases that can be isolated from eukaryotic organisms such as fungi or yeast or prokaryotic organisms such as bacteria. Specifically, bacterial lipases derived from the genus Bacillus or Pseudomonas, lipases derived from fungi such as Aspergillus, or lipases derived from yeasts such as Candida or Yerrowia. Particularly preferred.
リパーゼの中には市販されているものがあり、例えば、リパーゼPSアマノSD,リパーゼASアマノ,リパーゼAYSアマノ,リパーゼAKアマノ(天野エンザイム株式会社製)、或いは、Novozyme435(ノボザイム社製)等であれば、容易に入手することができるが、これらに限定されるものではない。リパーゼは、液体状のものを使用してもよく、固形状のものを使用してもよい。 Some lipases are commercially available, such as lipase PS Amano SD, lipase AS Amano, lipase AYS Amano, lipase AK Amano (manufactured by Amano Enzyme), or Novozyme 435 (manufactured by Novozyme). However, it is not limited to these. The lipase may be in a liquid form or a solid form.
本工程では、上記のリパーゼがR体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物に選択的に反応することにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物を脱アシル化してR体の3ヒドロキシ酪酸エチルを作製することができる。 In this step, the above lipase selectively reacts with an acylated product of R-form ethyl 3-hydroxybutyrate, thereby deacylating the acylated product of R-form ethyl 3-hydroxybutyrate to obtain R-form ethyl 3-hydroxybutyrate. Can be produced.
脱アシル化工程Bは、20〜40℃、好ましくは30℃で反応させるのがよく、反応時間は1〜18時間程度とするのがよい。 In the deacylation step B, the reaction is preferably carried out at 20 to 40 ° C., preferably 30 ° C., and the reaction time is preferably about 1 to 18 hours.
尚、本工程においてエタノールを使用することにより、S体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物のエチルエステルの加水分解を防ぐことができる。また、本工程は、一般的には大気圧下で、適宜窒素またはアルゴンなどの不活性ガスの下で行われるが、これらの条件に限定されるものではない。 In addition, by using ethanol in this step, hydrolysis of the ethyl ester of the acylated product of S-form ethyl 3-hydroxybutyrate can be prevented. In addition, this step is generally performed under atmospheric pressure and appropriately under an inert gas such as nitrogen or argon, but is not limited to these conditions.
脱アシル化工程Bを行うことにより、脱アシル化工程Bにおいて作製されたR体の3ヒドロキシ酪酸エチルと、アシル化工程Aにおいて作製されたS体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物とが混在する状態となる。 By performing the deacylation step B, the R-form 3-hydroxybutyrate prepared in the deacylation step B and the S-form ethyl 3-hydroxybutyrate prepared in the acylation step A coexist. It becomes a state.
(蒸留工程C)
蒸留工程Cでは、脱アシル化工程Bにおいて作製されたR体の3ヒドロキシ酪酸エチルと、アシル化工程Aにおいて作製されたS体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物と、を蒸留によって分離する。
(Distillation process C)
In the distillation step C, the R-form ethyl 3-hydroxybutyrate prepared in the deacylation step B and the S-form ethyl 3-hydroxybutyrate prepared in the acylation step A are separated by distillation.
本工程により、S体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物の他、反応残渣のリパーゼ、無水酢酸、トリエチルアミン、エタノール、酢酸エチルを分離して、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルを単離することができる。 By this step, R-form ethyl 3-hydroxybutyrate can be isolated by separating reaction product lipase, acetic anhydride, triethylamine, ethanol, and ethyl acetate in addition to acylated product of S-form ethyl 3-hydroxybutyrate. .
本工程における蒸留は、少なくともR体の3ヒドロキシ酪酸エチルおよびS体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物を分離できる通常の条件の蒸留であれば、その条件は特に限定されるものではない。具体的には、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルの沸点と、S体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物や反応残渣物の沸点とが異なるため、公知の蒸留であれば容易にこれらを分離することができる。 The distillation in this step is not particularly limited as long as it is a distillation under normal conditions that can separate at least R-form ethyl 3-hydroxybutyrate and S-form ethyl 3-hydroxybutyrate. Specifically, since the boiling point of the R-form ethyl 3-hydroxybutyrate is different from the boiling point of the acylated product and reaction residue of the S-form ethyl 3-hydroxybutyrate, these can be easily separated by known distillation. Can do.
上述したように、アシル化工程A、脱アシル化工程Bおよび蒸留工程Cを行うことにより、3ヒドロキシ酪酸エチル(EHB)のR体の光学純度を極めて高いレベル(100%近い)まで向上せることができるR体の3ヒドロキシ酪酸エチルを単離する方法を供することができる。 As described above, the optical purity of the R form of ethyl 3-hydroxybutyrate (EHB) can be improved to an extremely high level (close to 100%) by performing acylation step A, deacylation step B, and distillation step C. A method for isolating R-form ethyl 3-hydroxybutyrate can be provided.
〔別実施の形態〕
R体およびS体が混在する3ヒドロキシ酪酸エチルから、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルを単離する方法は、上述した方法に限定されず、以下の方法によっても行うことができる。
[Another embodiment]
The method for isolating R-form ethyl 3-hydroxybutyrate from R-form and S-form ethyl 3-hydroxybutyrate is not limited to the method described above, and can also be performed by the following method.
即ち、上述した方法の別実施の方法は、R体およびS体が混在する3ヒドロキシ酪酸エチルのうち、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルをリパーゼによりアシル化するアシル化工程aと、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物およびS体の3ヒドロキシ酪酸エチルを蒸留により分離する蒸留工程bと、分離されたR体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物を化学的に脱アシル化する脱アシル化工程cと、を有する(図2)。また、本別実施の方法では、脱アシル化工程cの後に、再度、蒸留工程dを行って、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルを精製してもよい。
That is, another method of the above-described method is an acylation step a in which R-form ethyl 3-hydroxybutyrate is acylated with lipase among 3-hydroxybutyrate in which R-form and S-form are mixed, and R-
尚、本実施形態の場合も、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルは炭素数1〜4のアルキルエステルとすることができる。 In this embodiment as well, the R-form 3-hydroxybutyric acid ester can be an alkyl ester having 1 to 4 carbon atoms.
(アシル化工程a)
本別実施の方法では、まず、R体およびS体が混在する3ヒドロキシ酪酸エチルを、リパーゼによりR体の3ヒドロキシ酪酸エチルをアシル化するアシル化工程aを行う。
(Acylation step a)
In this separate implementation method, first, acylation step a is performed in which ethyl 3-hydroxybutyrate in which R-form and S-form are mixed is acylated with R-form ethyl 3-hydroxybutyrate by lipase.
上述したアシル化工程AではR体およびS体の3ヒドロキシ酪酸エチルにおける3位のヒドロキシル基を化学的にアシル基に置換したのに対して、本アシル化工程aは、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルを反応の対象とし、当該R体の3ヒドロキシ酪酸エチルの3位のヒドロキシル基をアシル基に置換する点で異なる。 In the acylation step A described above, the hydroxyl group at the 3-position in the R-form and S-form ethyl 3-hydroxybutyrate is chemically substituted with an acyl group, whereas the acylation step a is performed in the R-form 3-hydroxybutyrate. The difference is that ethyl is the target of the reaction and the hydroxyl group at the 3-position of ethyl 3-hydroxybutyrate in the R form is substituted with an acyl group.
本工程で使用するリパーゼは、上述した脱アシル化工程Bで使用したリパーゼと同様のリパーゼを使用することができる。当該リパーゼがR体の3ヒドロキシ酪酸エチルに選択的に反応することにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルの3位のヒドロキシル基をアシル基に置換することができる。尚、本工程では、リパーゼと共に酢酸を使用するが、これに限定されるものではない。 As the lipase used in this step, the same lipase as the lipase used in the deacylation step B described above can be used. The lipase selectively reacts with R-form ethyl 3-hydroxybutyrate, whereby the hydroxyl group at the 3-position of R-form ethyl 3-hydroxybutyrate can be substituted with an acyl group. In this step, acetic acid is used together with lipase, but is not limited thereto.
アシル化工程aを行うことにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物およびS体の3ヒドロキシ酪酸エチルが混在する状態となる。 By performing the acylation step a, an acylated product of R-form ethyl 3-hydroxybutyrate and S-form ethyl 3-hydroxybutyrate are mixed.
(蒸留工程b)
蒸留工程bでは、アシル化工程aで作製されたR体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物およびS体の3ヒドロキシ酪酸エチルを蒸留により分離する。本工程により、S体の3ヒドロキシ酪酸エチルの他、反応残渣のリパーゼ、酢酸を分離して、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物を単離することができる。
(Distillation step b)
In the distillation step b, the R-form ethyl 3-hydroxybutyrate and the S-form ethyl 3-hydroxybutyrate prepared in the acylation step a are separated by distillation. According to this step, in addition to S-form ethyl 3-hydroxybutyrate, the reaction residue lipase and acetic acid can be separated to isolate the R-form ethyl 3-hydroxybutyrate acylate.
本工程における蒸留は、少なくともR体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物およびS体の3ヒドロキシ酪酸エチルを分離できる通常の条件の蒸留であれば、その条件は特に限定されるものではない。具体的には、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物の沸点と、S体の3ヒドロキシ酪酸エチルや反応残渣物の沸点とが異なるため、公知の蒸留であれば容易にこれらを分離することができる。 The distillation in this step is not particularly limited as long as it is a distillation under normal conditions capable of separating at least an acylated product of R-form ethyl 3-hydroxybutyrate and S-form ethyl 3-hydroxybutyrate. Specifically, since the boiling point of the acylated product of R-form ethyl 3-hydroxybutyrate is different from the boiling point of S-form ethyl 3-hydroxybutyrate and reaction residue, these can be easily separated by known distillation. Can do.
(脱アシル化工程c)
脱アシル化工程cでは、蒸留工程bによって分離されたR体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物を化学的に脱アシル化する。本明細書における「化学的に脱アシル化する」とは、酵素を使用せず、脱アシル化剤等の試薬によって脱アシル化することをいう。本工程では、アルコールを添加することにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物を化学的に脱アシル化してR体の3ヒドロキシ酪酸エチルを作製することができる。当該アルコールは、メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノール等が使用できるがこれらに限定されるものではない。
(Deacylation step c)
In the deacylation step c, the acylated product of R-form 3-hydroxybutyrate separated in the distillation step b is chemically deacylated. In the present specification, “chemically deacylate” means deacylation with a reagent such as a deacylating agent without using an enzyme. In this step, by adding alcohol, the R-form ethyl 3-hydroxybutyrate can be chemically deacylated to produce R-form ethyl 3-hydroxybutyrate. As the alcohol, methanol, ethanol, propanol, butanol and the like can be used, but the alcohol is not limited thereto.
上述したように、アシル化工程a、蒸留工程bおよび脱アシル化工程cを行うことにより、3ヒドロキシ酪酸エチル(EHB)のR体の光学純度を極めて高いレベル(100%近い)まで向上せることができるR体の3ヒドロキシ酪酸エチルを単離する方法を供することができる。 As described above, the optical purity of the R-form of ethyl 3-hydroxybutyrate (EHB) can be improved to an extremely high level (close to 100%) by performing acylation step a, distillation step b, and deacylation step c. A method for isolating R-form ethyl 3-hydroxybutyrate can be provided.
(蒸留工程d)
脱アシル化工程cの後に蒸留工程dを行うことで、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルを精製する。本蒸留工程dでは、反応残渣のエタノール、酢酸、酢酸エチルを分離して、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルを精製することができる。
(Distillation step d)
By performing the distillation step d after the deacylation step c, the R-form ethyl 3-hydroxybutyrate is purified. In this distillation step d, the reaction residue ethanol, acetic acid, and ethyl acetate can be separated to purify R-form ethyl 3-hydroxybutyrate.
本工程における蒸留は、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルおよび反応残渣を分離できる通常の条件の蒸留であれば、その条件は特に限定されるものではない。具体的には、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルの沸点と反応残渣物の沸点とが異なるため、公知の蒸留であれば容易にこれらを分離することができる。 The distillation in this step is not particularly limited as long as the R-form ethyl 3-hydroxybutyrate and the reaction residue can be separated under normal conditions. Specifically, since the boiling point of the R-form ethyl 3-hydroxybutyrate and the boiling point of the reaction residue are different, they can be easily separated by known distillation.
以下に、R体およびS体が混在する3ヒドロキシ酪酸エチルの3位のヒドロキシル基を化学的にアシル化するアシル化工程Aと、リパーゼによりR体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物を脱アシル化してR体の3ヒドロキシ酪酸エチルを作製する脱アシル化工程Bと、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルを蒸留によりS体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物と分離する蒸留工程Cと、を行うことにより、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルを単離する方法の実施例について説明する。 An acylation step A for chemically acylating the hydroxyl group at the 3-position of ethyl 3-hydroxybutyrate in which R-form and S-form are mixed, and acylation of R-form ethyl 3-hydroxybutyrate by lipase are deacylated below. A deacylation step B for producing R-form ethyl 3-hydroxybutyrate, and a distillation step C for separating R-form ethyl 3-hydroxybutyrate from an acylated form of S-form ethyl 3-hydroxybutyrate by distillation. Examples of methods for isolating R-form ethyl 3-hydroxybutyrate will be described.
標準品としてR−EHB(シグマアルドリッチ社製)、S−EHB(シグマアルドリッチ社製)、アセチル化剤(アシル化剤)の無水酢酸(和光純薬社製)、塩基としてトリエチルアミン(和光純薬社製)を以下の表1に示した反応組成でバイアル瓶内で混合し、55℃で一晩反応させた(アシル化工程A)。R−EHB或いはS−EHBに対して、無水酢酸は約2当量添加して反応させ、反応前および反応後の溶液をガスクロマトグラフで分析し、更にNMRにより構造解析を実施した。NMRは公知の手法により行った。 R-EHB (manufactured by Sigma-Aldrich), S-EHB (manufactured by Sigma-Aldrich) as a standard product, acetic anhydride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) of acetylating agent (acylating agent), and triethylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a base Were prepared in a vial with the reaction composition shown in Table 1 below, and reacted at 55 ° C. overnight (acylation step A). About 2 equivalents of acetic anhydride was added to and reacted with R-EHB or S-EHB, and the solution before and after the reaction was analyzed with a gas chromatograph, and further structural analysis was performed by NMR. NMR was performed by a known method.
ガスクロマトグラフによる分析条件は以下の通り行った。
パックドカラム:Reoplex 400 2% Chromosorb G 60−80 Aw G−1130
インジェクション温度:180℃
カラム温度:160℃
検出器FID温度:200℃
キャリアガス:N2
注入量:1μL
Analysis conditions by gas chromatograph were as follows.
Packed column: Reoplex 400 2% Chromosorb G 60-80 Aw G-1130
Injection temperature: 180 ° C
Column temperature: 160 ° C
Detector FID temperature: 200 ° C
Carrier gas: N2
Injection volume: 1 μL
ガスクロマトグラフによる分析の結果、標準品であるR−EHBの保持時間(retention time:Rt)は2.863(図3)であり、S−EHBの保持時間は2.865(図4)であった。 As a result of analysis by gas chromatograph, the retention time (Rt) of the standard R-EHB was 2.863 (FIG. 3), and the retention time of S-EHB was 2.865 (FIG. 4). It was.
アセチル化後の反応物のガスクロマトグラフによる分析の結果、R−EHBでは、Rt2.863のピークが消失してRt3.475にピークが確認された(図5)。また、S−EHBではRt2.865のピークが消失してRt3.476にピークが確認された(図6)。これらの反応物をNMRで構造解析すると3位のヒドロキシル基がアセチル化されていることが判明した(結果は示さない)。 As a result of gas chromatographic analysis of the reaction product after acetylation, in R-EHB, the peak at Rt 2.863 disappeared and a peak was confirmed at Rt 3.475 (FIG. 5). In S-EHB, the peak at Rt 2.865 disappeared and a peak was confirmed at Rt 3.476 (FIG. 6). Structural analysis of these reactants by NMR revealed that the hydroxyl group at the 3-position was acetylated (results not shown).
アセチル化された上記R−EHB、S−EHBの反応物に対して、リパーゼPSアマノSD(天野エンザイム株式会社製)150mgを固形状態でそれぞれに添加し、更に、エチル基が脱エチル化をしないようエタノール1.4mLをそれぞれに添加し、30℃で一晩反応させた(脱アシル化工程B)。 150 mg of lipase PS Amano SD (manufactured by Amano Enzyme Co., Ltd.) is added to each of the acetylated reactants of R-EHB and S-EHB in the solid state, and the ethyl group does not deethylate. Ethanol (1.4 mL) was added to each and reacted at 30 ° C. overnight (deacylation step B).
ガスクロマトグラフによる分析条件は上記と同様で実施した。分析の前処理として、溶解しなかった固形のリパーゼを除去するため、遠心分離(15000rpm×5分)を実施し、その上清を1mL採取し、クロロホルム1mLを添加して、フィルター濾過(0.45μm)を実施した。その溶液をガスクロマトグラフで分析した。 Analysis conditions by gas chromatography were the same as described above. As a pretreatment for analysis, in order to remove the solid lipase that did not dissolve, centrifugation (15000 rpm × 5 minutes) was performed, 1 mL of the supernatant was collected, 1 mL of chloroform was added, and filtration (0. 45 μm). The solution was analyzed by gas chromatography.
ガスクロマトグラフによる分析の結果、アセチル化−R−EHBのリパーゼ反応後の溶液では、リパーゼ反応前のRt.3.475(図7におけるRt.3.663に対応)のピークが残っていたが、Rt.2.999のピークが検出された。このピークは、NMRの結果、アセチル化−R−EHBが脱アセチル化されたR−EHB(変換率:39.5%)であることが判明した(結果は示さない)。
一方、アセチル化−S−EHBのリパーゼ反応後の溶液では、リパーゼ反応前のRt.3.476(図8におけるRt.3.668に対応)のピークが残り、新たなピークは検出されなかった。
この結果、R体のR−EHBがリパーゼで脱アセチル化されたと認められた。
As a result of analysis by gas chromatograph, in the solution after the lipase reaction of acetylated-R-EHB, Rt. A peak of 3.475 (corresponding to Rt.3.663 in FIG. 7) remained, but Rt. 2.999 peaks were detected. As a result of NMR, this peak was found to be R-EHB (conversion rate: 39.5%) in which acetylated-R-EHB was deacetylated (results not shown).
On the other hand, in the solution after the lipase reaction of acetylated-S-EHB, Rt. A peak of 3.476 (corresponding to Rt.3.668 in FIG. 8) remained, and no new peak was detected.
As a result, it was recognized that R-EHB in the R form was deacetylated by lipase.
R体およびS体が混在する3ヒドロキシ酪酸エチルにおいて、上記のアシル化工程Aおよび脱アシル化工程Bを行った後の反応物は、以下のような組成を示すと考えられる。 In ethyl 3-hydroxybutyrate in which R-form and S-form are mixed, it is considered that the reaction product after performing the acylation step A and deacylation step B shows the following composition.
即ち、表2に示される組成物を単蒸留(EHBはバス温100℃、圧力10mmHg以下の条件で単離され、塔頂温度は60〜65℃であった)することにより(蒸留工程C)、表2におけるEHB(R体の3ヒドロキシ酪酸エチル)、および、Ethyl-3-Acetoxybutyrate(S体の3ヒドロキシ酪酸エチルのアシル化物)や無水酢酸等の反応残渣を分離することができるため、R体の3ヒドロキシ酪酸エチルを単離することができた。 That is, by subjecting the composition shown in Table 2 to simple distillation (EHB was isolated under conditions of a bath temperature of 100 ° C. and a pressure of 10 mmHg or less, and the tower top temperature was 60 to 65 ° C.) (distillation step C). In Table 2, reaction residues such as EHB (R-form ethyl 3-hydroxybutyrate) and Ethyl-3-Acetoxybutyrate (S-form ethyl 3-hydroxybutyrate) and acetic anhydride can be separated. The body's ethyl 3-hydroxybutyrate could be isolated.
本発明は、3ヒドロキシ酪酸エステルのR体の光学純度を向上させるべく、R体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a method for isolating an R-form 3-hydroxybutyrate in order to improve the optical purity of the R-form of 3-hydroxybutyrate.
A アシル化工程
B 脱アシル化工程
C 蒸留工程
A Acylation step B Deacylation step C Distillation step
Claims (5)
リパーゼによりR体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物を脱アシル化してR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを作製する脱アシル化工程と、
前記R体の3ヒドロキシ酪酸エステルを蒸留によりS体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物と分離する蒸留工程と、を有するR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法。 An acylation step of chemically acylating the hydroxyl group at the 3-position of a 3-hydroxybutyric acid ester in which R-form and S-form are mixed;
A deacylation step of deacylating an acylated product of R-hydroxy 3-hydroxybutyrate by lipase to produce R-hydroxy 3-hydroxybutyrate;
And a distillation step of separating the R-form 3-hydroxybutyrate ester from the acylated product of the S-form 3-hydroxybutyrate by distillation.
R体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物およびS体の3ヒドロキシ酪酸エステルを蒸留により分離する蒸留工程と、
分離されたR体の3ヒドロキシ酪酸エステルのアシル化物を化学的に脱アシル化する脱アシル化工程と、を有するR体の3ヒドロキシ酪酸エステルを単離する方法。 Of the 3-hydroxybutyric acid ester in which R-form and S-form are mixed, an acylation step of acylating R-form 3-hydroxybutyric acid ester with lipase;
A distillation step of separating the acylated product of R-form 3-hydroxybutyrate and S-form 3-hydroxybutyrate by distillation;
A method for isolating the R-hydroxy 3-hydroxybutyrate ester, which comprises chemically deacylating the acylated product of the R-hydroxy 3-hydroxybutyrate ester that has been separated.
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