JP2696436B2 - R(−)−マンデル酸の製造法 - Google Patents

R(−)−マンデル酸の製造法

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隆一 遠藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はR(−)−マンデル酸の
製造法に関する。更に詳しくは、マンデロニトリルに対
して不斉加水分解能を有する微生物を用いて、R(−)
−マンデル酸を製造する方法に関する。R(−)−マン
デル酸は、セフェム系抗生物質の合成原料として、ま
た、多種の医農薬品の合成原料として工業的に重要であ
る。
【0002】
【従来の技術とその問題点】R(−)−マンデル酸の製
造法として公知のものに化学的に合成したR,S−マン
デル酸(ラセミ体)を、(1)分別結晶によるラセミ分
割〔特開昭58−177933号公報参照〕、(2)ク
ロマトグラフィーによるラセミ分割〔EP98707号
公報参照〕、(3)ラセミ体エステルと成し酵素的不斉
加水分解によるラセミ分割〔K.Mori et a
l.,Tetrahedron 36,91(198
0)参照〕するなどのラセミ分割法、(4)キラル試薬
を用いた化学的不斉合成法〔D.A.Evans et
al.,J.Am.Chem.Soc.107,43
46(1985)参照〕などが有る。また、生物学的方
法としては、上記のエステル不斉加水分解法のほかに、
(5)ベンゾイルギ酸の微生物的不斉還元〔特開昭57
−198096号公報参照〕、(6)D−オキシニトリ
ラーゼにより不斉合成したR(−)−マンデロニトリル
の加水分解〔特開昭63−219388号公報参照〕、
(7)アルカリゲネス属、シュウドモナス属、ロドシュ
ウドモナス属、コリネバクテリウム属、アシネトバクタ
ー属、バチルス属、マイコバクテリウム属、ロドコッカ
ス属またはキャンディダ属の微生物によるラセミ体のマ
ンデロニトリルまたはマンデルアミドの不斉加水分解に
よるR(−)−マンデル酸の製造法〔特開平2−841
98号公報参照〕などが知られている。
【0003】しかし、ラセミ分割による方法はいずれの
方法においてもプロセスの複雑化と各段階での収率の低
下を引き起こすこと、キラル試薬を触媒とした不斉合成
法ではキラル試薬が高価である上に高い光学純度の生成
物が得にくいという問題がある。生物学的方法であるベ
ンゾイルギ酸の不斉還元法においては基質の合成とNA
DH再成系の維持に難点が有り、またD−オキシニトリ
ラーゼ法は未だ充分な工業化研究が行なわれていない。
ラセミ体のマンデロニトリルまたはマンデルアミドから
のR(−)−マンデル酸の生産に関しては、ラセミ体の
原料から直接優位量の光学活性体を得るものではなく、
残存する他方の光学活性を有する未反応のニトリルもし
くはアミドは回収され、酸を用いた加水分解により他方
の光学活性な有機酸に変換されるか、アルカリ処理によ
りラセミ体となし、再び原料として使用され、R(−)
−マンデル酸の生産に利用されている。この方法におい
ても残存する他方の光学活性なマンデロニトリルまたは
マンデルアミドの分離とアルカリ処理によるラセミ化反
応のプロセスは複雑となり、収率の低下も引き起こされ
ることになる。このように従来の方法は種々の問題点を
含み、いずれも工業的に有利なR(−)−マンデル酸の
製造法とはなり難い。
【0004】
【問題点を解決するための手段】本発明者らは、R
(−)−マンデル酸の工業的に有利な製造方法の開発を
目的に検討を進めた結果、R,S−マンデロニトリル、
またはベンズアルデヒドと青酸の混合系に、中性付近な
いしは塩基性の水性媒体中で、該ニトリルに対して加水
分解能を有する微生物を作用させることにより、定量的
にR,S−マンデロニトリル、またはベンズアルデヒド
と青酸をR(−)−マンデル酸に変換し得ることを見出
し本発明を完成した。
【0005】すなわち、本発明は、シュードモナス(P
seudomonas)属またはカセオバクター(Ca
−seobacter)属に属し、R,S−マンデロニ
トリルのニトリル基を立体選択的に加水分解する能力を
有する微生物または該処理物を、中性付近ないし塩基性
の水性媒体中で、R,S−マンデロニトリルまたはベン
ズアルデヒドと青酸の混合物に作用させることにより、
原料のR,S−マンデロニトリルまたはベンズアルデヒ
ドと青酸から直接優位量のR(−)−マンデル酸を生成
せしめることを特徴とするR(−)−マンデル酸の製造
法、である。
【0006】上記したところを要旨とする本発明は、
R,S−マンデロニトリルが、中性付近ないしは塩基性
の水性媒体中で、ベンズアルデヒドと青酸との間で解離
平衡することによりマンデロニトリルが容易にラセミ化
するという性質を利用し、このラセミ化反応の系とマン
デロニトリルの不斉加水分解活性を有する微生物とを共
役させることにより、R,S−マンデロニトリルを直接
R−体優位にR(−)−マンデル酸に変換し得るとの本
発明者らにより見出された知見に基づくものである。
【0007】本発明に用いられる微生物は、シュードモ
ナス(Pseudomonas)属またはカセオバクタ
ー(Caseobacter)属に属するR(−)−マ
ンデル酸生産菌であり、具体的には、シュードモナスs
p.BC13−2(微工研条寄第3319号)、シュー
ドモナスsp.BC15−2(微工研条寄第3320
号)、カセオバクターsp.BC4(微工研条寄第33
16号)およびカセオバクターsp.BC23(微工研
菌寄第11261号)の菌株を挙げることができる。こ
れらの微生物は、いずれも本発明者により見出され工業
技術院微生物工業技術研究所(微工研)に上記番号にて
寄託されており、それぞれの菌学的性質は以下に示すと
おりである。
【表1】
【表2】
【0008】以上の菌学的性質をバージェーズ マニュ
アルオブ システマティック バクテリオロジー(Be
rgey’s Manual of Systemat
icBacteriology,1986)に従って分
類すると、BC13−2およびBC15−2菌株はシュ
ードモナス(Pseudomonas)属、BC4およ
びBC23菌株はカセオバクター(Caseobact
er)属に属する細菌と同定された。
【0009】次に本発明の実施態様について説明する。
本発明に使用される微生物の培養は、資化し得る炭素源
(グリセロール、グルコース、サッカロース、カザミノ
酸、肉エキス、酵母エキス、麦芽エキス、ラクトース、
フルクトースなど)、窒素源(酵母エキスなど)、各微
生物に必須の無機塩(塩化マグネシウム、硫酸ナトリウ
ム、塩化カルシウム、硫酸マンガン、塩化鉄、硫酸亜鉛
など)等を含有した通常の培地を用いて行われる。
【0010】培養初期または中期に生育を大きく阻害し
ない濃度のニトリル類(ケイ皮酸ニトリル、ベンジルシ
アニド、イソブチロニトリル、β−フェニルプロピオニ
トリル、ベンゾニトリル、2−シアノピリジン、3−シ
アノピリジン、4−シアノピリジン、フェニルスルフォ
ニルアセトニトリル、ε−カプロラクタム、γ−ブチロ
ニトリル、N(2−シアノエチル)モルホリン、アミド
類(イソブチルアミド、4−ピリジンカルボン酸アミ
ド、フェニルアセトアミドなど)の添加は、高い酵素活
性が得られるので好ましい。培養液のpHは4〜10の
範囲で、培養は温度20〜50℃で、1〜7日程度好気
的に行われる。
【0011】マンデロニトリルの不斉加水分解は、上記
の様にして培養した微生物の培養液から分離した菌体ま
たは菌体処理物(増殖後の菌体の破砕物、乾燥菌体ある
いは分離精製されたマンデロニトリル不斉加水分解酵素
など)等を水または緩衝液に懸濁し、これにマンデロニ
トリルまたはベンズアルデヒドと青酸を共存させればよ
い。本発明においては、前述のようにマンデロニトリル
をラセミ化するために、反応中、系を中性付近ないしは
塩基性に保つことが必須であり、pHを4〜11、好ま
しくは6〜10に調整する。その他、本発明における反
応条件は、ベンズアルデヒドや青酸に対する酵素の感受
性により一概に特定し得ないが、通常、反応液中のマン
デロニトリルは0.1〜2.0重量%、好ましくは0.
5〜1.0重量%、ベンズアルデヒドは0.1〜1.0
重量%、好ましくは0.1〜0.5重量%、青酸は0.
1〜0.5重量%、好ましくは0.1〜0.2重量%で
あり、マンデロニトリルに対する微生物の使用量は、乾
燥菌体として0.01〜5.0重量%、反応温度は0〜
50℃、好ましくは10〜30℃で0.1〜24時間反
応させればよい。
【0012】加水分解反応で生成したR(−)−マンデ
ル酸は公知の方法、例えば遠心分離により微生物を除
き、さらに必要であれば限外ろ過などにより顆粒成分と
蛋白、多糖成分の除去を行ない、また必要であれば活性
炭処理を施した後、減圧濃縮、または酸性下での有機溶
媒による抽出を行ない、酢酸エチルエステルなどを用い
て再結晶をくり返すことにより高純度結晶を得ることが
できる。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、光学純度がほぼ100
%eeでR(−)−マンデル酸への選択性がほぼ定量的
であり、ラセミ体のR,S−マンデロニトリルまたはベ
ンズアルデヒドと青酸から光学分割することなく直接優
位量(50〜100%)のR(−)−マンデル酸が製造
でき、化学量論的に全ての原料をR(−)−マンデル酸
に変換することも可能であり、極めて効率のよいR
(−)−マンデル酸の製造法を提供し得る。
【0014】
【実施例】次に、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明の範囲は実施例に限定されるものではな
い。
【0015】実施例1 (1)培養 表1に示す菌株を下記の条件で培養した。 i)培地 グリセロール 2.0 %(W/V) 酵母エキス 0.30%(W/V) リン酸一カリウム 0.68%(W/V) リン酸二ナトリウム 0.71%(W/V) 硫酸ナトリウム 0.28%(W/V) 塩化マグネシウム 0.04%(W/V) 塩化カルシウム 0.004%(W/V) 硫酸マンガン 4×10−4%(W/V) 塩化鉄 6×10−5%(W/V) 硫酸亜鉛 3×10−5%(W/V) 寒天 1.80%(W/V) ベンジルシアニド 0.02%(W/V) pH 7.5 ii)培養条件 上記平板培地にて30℃、72時間培養した。
【0016】(2)マンデロニトリルの不斉加水分解 平板培地から菌体を採集し50mMリン酸緩衝液(pH
7.5)で洗浄し、同リン酸緩衝液10mlに懸濁し、
OD630=1〜50となる様な菌体濃度の休止菌体反
応液を調整した。この液にマンデロニトリルを0.2%
(W/V)となる様に添加し、30℃で16〜24時間
反応を行った。反応終了液を液体クロマトグラフィー
(Shiseido ODScolumn)により分析
を行ったところ、マンデル酸とアンモニアが生成してい
た。また、光学分割用キラルセル(CHIRALPAK
WH column)により光学純度を分析したとこ
ろ、高い光学純度のR(−)−マンデル酸を生成してい
た。結果を表1に示す。
【表3】
【0017】実施例2 (1)培養 シュードモナスsp.BC13−2株を下記の条件で培
養した。i)培地 (A培地) グリセロール 2.0 %(W/V) 酵母エキス 0.30%(W/V) リン酸一カリウム 0.68%(W/V) リン酸二ナトリウム 0.71%(W/V) 硫酸ナトリウム 0.28%(W/V) 塩化マグネシウム 0.04%(W/V) 塩化カルシウム 0.004%(W/V) 硫酸マンガン 4×10 −4 %(W/V) 塩化鉄 6×10 −5 %(W/V) 硫酸亜鉛 3×10 −5 %(W/V) pH 7.5 (B培地) A培地に0.02%(W/V)のベンジルシアニドを添
加したものをB培地とする ii)培養条件 A培地にて30℃、72時間培養後、得られた菌体を更
にB培地にて30℃、48時間培養した。
【0018】(2)ベンズアルデヒドと青酸からのR
(−)−マンデル酸の生産 得られた培養液から、実施例1と同様の方法で菌体を取
得し、50mMリン酸緩衝液(pH7.5)100ml
に懸濁し、休止菌体反応液を調整した(OD630=5
0.5)。この液にベンズアルデヒドと青酸を各々につ
いて終濃度15mMとなる様な濃度に添加し、30℃で
反応を開始した。反応開始後1時間で解離平衡により生
成したマンデロニトリルおよびベンズアルデヒドが完全
に消失しR(−)−マンデル酸とアンモニアが定量的に
生成していた。さらにベンズアルデヒドと青酸各15m
Mを1時間毎に逐次添加したところ反応開始後14時間
で2.6%(W/V)のR(−)−マンデル酸アンモニ
ウムが蓄積した(転換収率;84.7%)。また、反応
終了液は遠心除菌後、酸処理によりpH2とし酢酸エチ
ルエステルにてマンデル酸を抽出した。得られたマンデ
ル酸溶液は無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、有機溶媒
を溜去することにより粗結晶を得た。得られた結晶は酢
酸エチルエステルにより再結晶を行い白色粉末結晶を得
た。尚、得られた結晶と標準のマンデル酸は6Nアンモ
ニア水に溶解後、1.0%(W/V)の濃度となる様に
蒸留水でメスアップしてマンデル酸アンモニウムとなし
ところ、光学純度は100%eeであった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12R 1:01) (C12P 41/00 C12R 1:38) (C12P 41/00 C12R 1:01)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シュードモナス(Pseudomona
    s)属またはカセオバクター(Caseobacte
    r)属に属し、R,S−マンデロニトリルのニトリル基
    を立体選択的に加水分解する能力を有する微生物または
    該処理物を、中性付近ないし塩基性の水性媒体中で、
    R,S−マンデロニトリルに作用させることにより、原
    料のR,S−マンデロニトリルから直接優位量のR
    (−)−マンデル酸を生成せしめることを特徴とするR
    (−)−マンデル酸の製造法。
  2. 【請求項2】 シュードモナス(Pseudomona
    s)属またはカセオバクター(Caseobacte
    r)属に属し、R,S−マンデロニトリルのニトリル基
    を立体選択的に加水分解する能力を有する微生物または
    該処理物を、中性付近ないし塩基性の水性媒体中で、ベ
    ンズアルデヒドと青酸の混合物に作用させることによ
    り、原料のベンズアルデヒドと青酸から直接優位量のR
    (−)−マンデル酸を生成せしめることを特徴とするR
    (−)−マンデル酸の製造法。
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