JP3754956B2 - 側鎖にブロモ基を有するユニットを分子中に含む新規なポリヒドロキシアルカノエート共重合体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規なユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体と、微生物を利用するその製造方法に関する。
【0002】
【背景技術】
これまで、多くの微生物が、ポリ-3-ヒドロキシ酪酸(PHB)あるいはその他のポリヒドロキシアルカノエート(PHA)を生産し、その菌体内に蓄積することが報告されている(非特許文献1参照)。これらポリヒドロキシアルカノエートなどの微生物が産生するポリマーは、従来のプラスチックと同様に、溶融加工等により各種製品の生産に利用することができる。さらに、微生物が産生するポリマー、例えば、ポリヒドロキシアルカノエートなどは、生分解性を有しており、自然界の微生物により完全分解されるという利点を有している。従って、例えば、微生物が産生するポリヒドロキシアルカノエートは、廃棄した際、従来の多くの合成高分子化合物のように自然環境にそのまま残留し、汚染を引き起こす要因となることがない。また、微生物が産生するポリヒドロキシアルカノエートは、一般に生体適合性にも優れており、医療用軟質部材等としての応用も期待されている。
【0003】
この微生物産生ポリヒドロキシアルカノエートは、その生産に用いる微生物の種類、ならびに、培地組成、培養条件等により、様々な組成や構造のものとなり得ることも知られている。これまで、主にポリヒドロキシアルカノエートの物性の改良という観点から、微生物産生ポリヒドロキシアルカノエートの組成や構造の制御を試みる研究がなされてきた。
【0004】
微生物産生ポリヒドロキシアルカノエートの組成や構造の制御を目的とする研究の一つとして、近年、ユニット中に芳香環を有するポリヒドロキシアルカノエートを微生物に生産させる研究が盛んになされている。
【0005】
(a)フェニル基もしくはその部分置換体を含むもの
・5-フェニル吉草酸を基質として、シュードモナス オレオボランス(Pseudomonas oleovorans)が3-ヒドロキシ-5-フェニル吉草酸をユニットとして含むポリヒドロキシアルカノエートを生産することが報告されている(非特許文献2及び3参照)。
【0006】
・5-(p-トリル)吉草酸を基質として、シュードモナス オレオボランスが3-ヒドロキシ-5-(p-トリル)吉草酸ユニットを含むポリヒドロキシアルカノエートを生産することが報告されている(非特許文献4参照)。
【0007】
・5-(2,4-ジニトロフェニル)吉草酸を基質として、シュードモナス オレオボランスが3-ヒドロキシ-5-(2,4-ジニトロフェニル)吉草酸ユニット及び3-ヒドロキシ-5-(p-ニトロフェニル)吉草酸ユニットを含むポリヒドロキシアルカノエートを生産することが報告されている(非特許文献5参照)。
【0008】
(b)フェノキシ基もしくはその部分置換体を含むもの
11-フェノキシウンデカン酸を基質として、シュードモナスオレオボランスが3-ヒドロキシ-5-フェノキシ吉草酸ユニットと3-ヒドロキシ-9-フェノキシノナン酸ユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体を生産することが報告されている(非特許文献6参照)。
【0009】
3-ヒドロキシ-5-(モノフルオロフェノキシ)ペンタノエート(3H5(MFP)P)ユニット、あるいは3-ヒドロキシ-5-(ジフルオロフェノキシ)ペンタノエート(3H5(DFP)P)ユニットからなる単独重合体;少なくとも、3H5(MFP)Pユニットあるいは3H5(DFP)Pユニットを含有する共重合体;これらのポリマーの産生能を有するシュードモナス・プチダ;シュードモナス属を用いた、前記のポリマーの製造法に関する発明が開示されている。加えて、その発明の効果として、置換基を有する長鎖脂肪酸を資化して、側鎖末端に、1から2個のフッ素原子が置換したフェノキシ基をもつポリマーを合成することができ、また、かかるポリマーは、融点が高い上、良い加工性を保持しつつ、加えて、立体規則性、撥水性を与えることができる点を記載している。(特許文献1参照)。
【0010】
このユニット中の芳香環上にフッ素置換を有するフッ素置換PHA以外に、ユニット中の芳香環上にシアノ基やニトロ基が置換したポリヒドロキシアルカノエートの研究もなされている。
【0011】
非特許文献7及び8には、シュードモナス オレオボランス ATCC 29347株及びシュードモナス プチダ(Pseudomonas putida)KT 2442株を用いて、オクタン酸と6-(p-シアノフェノキシ)ヘキサン酸あるいは6-(p-ニトロフェノキシ)ヘキサン酸を基質として、3-ヒドロキシ-6-(p-シアノフェノキシ)ヘキサン酸あるいは3-ヒドロキシ-6-(p-ニトロフェノキシ)ヘキサン酸をモノマーユニットとして含むポリヒドロキシアルカノエートの生産が報告されている。
【0012】
これら環上に置換基を持つ芳香環を有するユニットを含むポリヒドロキシアルカノエートは、ガラス転移温度が高く、加工性も良いという、芳香環に由来するポリマー性状を維持しつつ、芳香環上に存在している置換基に由来する新たな機能も付与された、多機能のポリヒドロキシアルカノエートとなる。
【0013】
また、その一方で、ユニット中にブロモ基を有するポリヒドロキシアルカノエートを基に、生産ポリマーに対して、前記ブロモ基を利用する化学変換により任意の官能基をポリマー側鎖に導入し、多機能のポリヒドロキシアルカノエートを得ることを目的とした研究も盛んに行われている。
【0014】
・シュードモナス オレオボランスを用いて、側鎖にブロモ基を有するポリヒドロキシアルカノエートを生産し、アセチル化マルトースのチオール化物を側鎖に修飾し、その溶解性や親水性の異なるポリヒドロキシアルカノエートを合成したことが報告されている(非特許文献9参照)。
【0015】
上記の報告のように、ブロモ基は、付加反応などにおける反応性が高く、様々な官能基の導入や化学的変換を施すことが可能である。また、ポリマーの架橋反応の足がかり、架橋点ともなりうる。従って、ポリヒドロキシアルカノエートを構成するユニット内にブロモ基を有することは、ポリマーの機能材料としての応用を考える上で、非常に有用であると言うことができる。
【0016】
この様な、ユニット中にブロモ基を有するポリヒドロキシアルカノエートは、これまでω-ブロモアルカン酸のみを原料として、或いは直鎖アルカン酸を共存させることにより微生物合成されてきた。
【0017】
シュードモナス オレオボランスを用いて、11-ブロモウンデカン酸、8-ブロモオクタン酸、6-ブロモヘキサン酸といったω-ブロモアルカン酸とn-ノナン酸の共存下で3-ヒドロキシ-ω-アルカン酸ユニットを含むポリヒドロキシアルカノエートが生産されることが報告されている(非特許文献10参照)。
【0018】
以上の他、本願発明には特開2001-288256号公報(特許文献2参照)の記載が引用されている。
【0019】
【特許文献1】
特許第2989175号公報
【特許文献2】
特開2001-288256号公報
【非特許文献1】
生分解性プラスチック研究会編「生分解性プラスチックハンドブック」(株)エヌ・ティー・エス、1995年、p.178-197
【非特許文献2】
Makromol.Chem.,191号、1990年、p.1957-1965
【非特許文献3】
Mac romolecules,24号、1991年、p.5256-5260
【非特許文献4】
Macromolecules,29号、1996年、p.1762-1766
【非特許文献5】
Macromolecules,32号、1999年、p.2889-2895
【非特許文献6】
Macromol.Chem.Phys.,195号、1994年、p.1665-1672
【非特許文献7】
Can.J.Microbiol.,41号、1995年、p.32-43
【非特許文献8】
Polymer International,39号、1996年、p.205-213
【非特許文献9】
Macromol.Rapid Commun.,20号、1999年、p.91-94
【非特許文献10】
Macromolecules,25号、1992年、p.1852-1857
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様にして得られるユニット中にブロモ基を有するポリヒドロキシアルカノエートは、通常直鎖3-ヒドロキシアルカン酸ユニットを含む共重合体である。この様なPHAはガラス転移温度が-20℃から-30℃程度と、ポリマーとして利用し得る応用範囲が限られたものとなる。この様なことから、ユニット中にブロモ基を有するポリヒドロキシアルカノエートであって、ポリマーとしての応用範囲を広げ得るような、熱的に安定な、更には物性を任意に制御し得るようなポリヒドロキシアルカノエートそのもの、及びその製造方法が求められていた。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究の結果、以下のような発明に至った。即ち、本発明は、
[A]化学式(1)に示す3-ヒドロキシ-ω-ブロモアルカン酸ユニットと、化学式(2)で示すユニットとを同一分子中に含むことを特徴とするポリヒドロキシアルカノエート共重合体である。
【0022】
【化29】
【0023】
(nは化学式中に示した範囲内の数値を表し、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0024】
【化30】
【0025】
(化学式中R及びmは下記より選択された少なくとも一種の組み合わせを構成する;Rはフェニル構造を有する残基を含んでおりmは1〜8から選ばれた整数である;Rはチエニル構造を有する残基を含んでおりmは1〜8から選ばれた整数である;Rはシクロヘキシル構造を有する残基を含んでおりmは0〜8から選ばれた整数である。複数のユニットが存在する場合、R及びmは、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0026】
本発明のポリヒドロキシアルカノエート共重合体は、
[B]前記化学式(2)で示すユニットにおけるR、即ちフェニル構造、チエニル構造、シクロヘキシル構造を有する残基が、下記化学式(3)〜(14)で示される残基群から選ばれた少なくとも1種類であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい、前記[A]記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体である。
【0027】
【化31】
【0028】
(式中、R1は芳香環への置換基を示し、R1はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、CH3基、C2H5基、C3H7基、CH=CH2基、COOR2(ここでR2は、H原子、Na原子およびK原子のいずれかを表す)、CF3基、C2F5基またはC3F7基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0029】
【化32】
【0030】
(式中、R3は芳香環への置換基を示し、R3はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、CH3基、C2H5基、C3H7基、CF3基、C2F5基、C3F7基またはSCH3基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0031】
【化33】
【0032】
(式中、R4は芳香環への置換基を示し、R4はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、CH3基、C2H5基、C3H7基、CF3基、C2F5基またはC3F7基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0033】
【化34】
【0034】
(式中、R5は芳香環への置換基を示し、R5はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、COOR6、SO2R7(ここでR6は、H原子、Na原子、K原子、CH3基およびC2H5基のいずれかを表し、R7は、OH基、ONa基、OK基、ハロゲン原子、OCH3基およびOC2H5基のいずれかを表す)、CH3基、C2H5基、C3H7基、(CH3)2-CH基または(CH3)3-C基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0035】
【化35】
【0036】
(式中、R8は芳香環への置換基を示し、R8はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、COOR9、SO2R10(ここでR9は、H原子、Na原子、K原子、CH3基およびC2H5基のいずれかを表し、R10は、OH基、ONa基、OK基、ハロゲン原子、OCH3基およびOC2H5基のいずれかを表す)、CH3基、C2H5基、C3H7基、(CH3)2-CH基または(CH3)3-C基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0037】
【化36】
【0038】
【化37】
【0039】
(式中、R11はシクロヘキシル基への置換基を示し、R11はH原子、CN基、NO2基、ハロゲン原子、CH3基、C2H5基、C3H7基、CF3基、C2F5基またはC3F7基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0040】
【化38】
【0041】
(式中、R12は芳香環への置換基を示し、R12はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、COOR13、SO2R14(ここでR13は、H原子、Na原子、K原子、CH3基およびC2H5基のいずれかを表し、R14は、OH基、ONa基、OK基、ハロゲン原子、OCH3基およびOC2H5基のいずれかを表す)、CH3基、C2H5基、C3H7基、(CH3)2-CH基または(CH3)3-C基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0042】
【化39】
【0043】
(式中、R15は芳香環への置換基を示し、R15はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、COOR16、SO2R17(ここでR16は、H原子、Na原子、K原子、CH3基およびC2H5基のいずれかを表し、R17は、OH基、ONa基、OK基、ハロゲン原子、OCH3基およびOC2H5基のいずれかを表す)、CH3基、C2H5基、C3H7基、(CH3)2-CH基または(CH3)3-C基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0044】
【化40】
【0045】
また、本発明のポリヒドロキシアルカノエート共重合体は、
[C]前記化学式(1)に示す3-ヒドロキシ-ω-ブロモアルカン酸ユニットが、化学式(15)に示す3-ヒドロキシ-8-ブロモオクタン酸ユニットおよび化学式(16)に示す3-ヒドロキシ-6-ブロモヘキサン酸ユニットのうちの少なくとも1種であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい、前記[A]または[B]記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体である。
【0046】
【化41】
【0047】
また、本発明のポリヒドロキシアルカノエート共重合体は、
[D]前記化学式(1)に示す3-ヒドロキシ-ω-ブロモアルカン酸ユニットが、化学式(17)に示す3-ヒドロキシ-11-ブロモウンデカン酸ユニット、化学式(18)に示す3-ヒドロキシ-9-ブロモノナン酸ユニットおよび化学式(19)に示す3-ヒドロキシ-7-ブロモヘプタン酸ユニットのうちの少なくとも1種であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい、前記[A]または[B]記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体である。
【0048】
【化42】
【0050】
また本発明は、
[F]化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種及び化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種を原料として、化学式(1)で示す3-ヒドロキシ-ω-ブロモアルカン酸ユニットの少なくとも1種と、化学式(2)で示すユニットの少なくとも1種とを同一分子中に含み、数平均分子量が 2000 から 500000 の範囲であるポリヒドロキシアルカノエート共重合体を生産する能力を有する微生物により生合成せしめることを特徴とする、化学式(1)で示す3-ヒドロキシ-ω-ブロモアルカン酸ユニットの少なくとも1種と、化学式(2)で示すユニットの少なくとも1種とを同一分子中に含み、数平均分子量が 2000 から 500000 の範囲であるポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法である。
【0051】
【化43】
【0052】
(pは化学式中に示した範囲内から選ばれた整数である。)
【0053】
【化44】
【0054】
(化学式中R及びqは下記より選択された少なくとも一種の組み合わせを構成する;Rはフェニル構造を有する残基を含んでおりqは1〜8から選ばれた整数である;Rはチエニル構造を有する残基を含んでおりqは1〜8から選ばれた整数である;Rはシクロヘキシル構造を有する残基を含んでおりqは0〜8から選ばれた整数である;)
【0055】
【化45】
【0056】
(nは各ユニット毎に独立して化学式中に示した範囲内の数値を表す。)
【0057】
【化46】
【0058】
(化学式中R及びmは下記より選択された少なくとも一種の組み合わせを構成する;Rはフェニル構造を有する残基を含んでおりmは1〜8から選ばれた整数である;Rはチエニル構造を有する残基を含んでおりmは1〜8から選ばれた整数である;Rはシクロヘキシル構造を有する残基を含んでおりmは0〜8から選ばれた整数である。複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0059】
本発明のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法は、
[G]前記化学式(2)及び(21)におけるR、即ちフェニル構造、チエニル構造、シクロヘキシル構造を有する残基が、下記化学式(3)〜(14)で示される残基群から選ばれた少なくとも1種類であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい、前記[F]に記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法である。
【0060】
【化47】
【0061】
(式中、R1は芳香環への置換基を示し、R1はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、CH3基、C2H5基、C3H7基、CH=CH2基、COOR2(ここでR2は、H原子、Na原子およびK原子のいずれかを表す)、CF3基、C2F5基またはC3F7基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0062】
【化48】
【0063】
(式中、R3は芳香環への置換基を示し、R3はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、CH3基、C2H5基、C3H7基、CF3基、C2F5基、C3F7基またはSCH3基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0064】
【化49】
【0065】
(式中、R4は芳香環への置換基を示し、R4はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、CH3基、C2H5基、C3H7基、CF3基、C2F5基またはC3F7基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0066】
【化50】
【0067】
(式中、R5は芳香環への置換基を示し、R5はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、COOR6、SO2R7(ここでR6は、H原子、Na原子、K原子、CH3基およびC2H5基のいずれかを表し、R7は、OH基、ONa基、OK基、ハロゲン原子、OCH3基およびOC2H5基のいずれかを表す)、CH3基、C2H5基、C3H7基、(CH3)2-CH基または(CH3)3-C基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0068】
【化51】
【0069】
(式中、R8は芳香環への置換基を示し、R8はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、COOR9、SO2R10(ここでR9は、H原子、Na原子、K原子、CH3基およびC2H5基のいずれかを表し、R10は、OH基、ONa基、OK基、ハロゲン原子、OCH3基およびOC2H5基のいずれかを表す)、CH3基、C2H5基、C3H7基、(CH3)2-CH基または(CH3)3-C基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0070】
【化52】
【0071】
【化53】
【0072】
(式中、R11はシクロヘキシル基への置換基を示し、R11はH原子、CN基、NO2基、ハロゲン原子、CH3基、C2H5基、C3H7基、CF3基、C2F5基またはC3F7基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0073】
【化54】
【0074】
(式中、R12は芳香環への置換基を示し、R12はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、COOR13、SO2R14(ここでR13は、H原子、Na原子、K原子、CH3基およびC2H5基のいずれかを表し、R14は、OH基、ONa基、OK基、ハロゲン原子、OCH3基およびOC2H5基のいずれかを表す)、CH3基、C2H5基、C3H7基、(CH3)2-CH基または(CH3)3-C基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0075】
【化55】
【0076】
(式中、R15は芳香環への置換基を示し、R15はH原子、ハロゲン原子、CN基、NO2基、COOR16、SO2R17(ここでR16は、H原子、Na原子、K原子、CH3基およびC2H5基のいずれかを表し、R17は、OH基、ONa基、OK基、ハロゲン原子、OCH3基およびOC2H5基のいずれかを表す)、CH3基、C2H5基、C3H7基、(CH3)2-CH基または(CH3)3-C基であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい。)
【0077】
【化56】
【0078】
更に、本発明のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法は、
[H]前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種とを含む培地中で、前記微生物を培養する前記[F]または[G]に記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法とすることができる。
【0079】
更に詳細には、本発明のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法は、前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種に加えて、ペプチド類をも含む培地中で、前記微生物を培養するポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法とすることができる。この場合、培地中に含める前記ペプチド類として、ポリペプトンを用いるポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法とすることができる。
【0080】
また、本発明のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法は、前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種加えて、酵母エキスをも含む培地中で、前記微生物を培養するポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法とすることができる。
【0081】
また、本発明のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法は、前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種に加えて、有機酸或いはその塩をも含む培地中で、前記微生物を培養するポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法とすることができる。この場合、培地中に含める前記有機酸或いはその塩として、ピルビン酸、オキサロ酢酸、クエン酸、イソクエン酸、ケトグルタル酸、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸、乳酸、ならびにこれら有機酸の塩からなる群より選択される1つ以上を用いるポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法とすることができる。
【0082】
また、本発明のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法は、前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種に加えて、アミノ酸或いはその塩をも含む培地中で、前記微生物を培養するポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法とすることができる。この場合、培地中に含める前記アミノ酸或いはその塩として、グルタミン酸、アスパラギン酸、ならびにこれらアミノ酸の塩からなる群より選択される1つ以上を用いるポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法とすることができる。
【0083】
また、本発明のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法は、前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種に加えて、糖類をも含む培地中で、前記微生物を培養するポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法とすることができる。この場合、培地中に含める前記糖類として、グリセロアルデヒド、エリトロース、アラビノース、キシロース、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、グリセロール、エリトリトール、キシリトール、グルコン酸、グルクロン酸、ガラクツロン酸、マルトース、スクロース、ラクトースからなる群より選択される1つ以上の選ばれる1つ以上の糖類を用いるポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法とすることができる。
【0084】
また、本発明のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法は、前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種に加えて、炭素数4から12の直鎖アルカン酸或いはその塩をも含む培地中で、前記微生物を培養することを特徴とするポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法とすることができる。
【0085】
本発明のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法における微生物の培養条件の詳細は、以下の通りである。
【0086】
リン酸緩衝液及びアンモニウム塩或いは硝酸塩を基本とした無機塩培地に、以下に示すように種々の必要基質及び栄養素を加える。
【0087】
目的とするポリヒドロキシアルカノエート共重合体を生産するための基質として前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種を培地あたりそれぞれ0.0005%から1%(w/v)、更に好ましくは0.001%から0.2%の割合で含有していることが望ましい。
【0088】
微生物増殖のための炭素源及び窒素源、ポリヒドロキシアルカノエート共重合体生産のためのエネルギー供給源として加える上記の共存基質濃度は、通常培地あたり0.1%から5%(w/v)、更に好ましくは0.2%から2%の割合で含有していることが望ましい。
本発明で用いる培地としては、リン酸塩及びアンモニウム塩或いは硝酸塩等の窒素源を含む無機塩培地ならいかなる培地でも良いが、窒素源の濃度を調節することでポリヒドロキシアルカノエート共重合体の生産性を向上せしめることが可能である。
【0089】
培養温度としては上記の菌株が良好に増殖可能な温度であれば良く、15℃から37℃、更に好ましくは20℃から30℃程度が適当である。
【0090】
培養は液体培養、固体培養等該微生物が増殖し、ポリヒドロキシアルカノエート共重合体を生産する培養方法ならいかなる培養方法でも用いることができる。さらに、バッチ培養、フェドバッチ培養、半連続培養、連続培養等の種類も問わない。液体バッチ培養の形態としては、振とうフラスコによって振とうさせて酸素を供給する方法、ジャーファーメンターによる攪拌通気方式の酸素供給方法がある。
【0091】
微生物にポリヒドロキシアルカノエート共重合体を生産・蓄積せしめる方法としては、上に示した方法の他に、一旦十分に増殖させて後に、塩化アンモニウムのような窒素源を制限した培地へ菌体を移し、目的ユニットの基質となる化合物を加えた状態で更に培養すると生産性が向上する場合がある。
【0092】
更に本発明の製造方法においては、上記のような条件下で前記微生物を培養し、前記微生物が産生した前記化学式(1)で示す3-ヒドロキシ-ω-ブロモアルカン酸ユニット、及び前記化学式(2)で示すユニットを同一分子中に含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体を微生物細胞から回収する工程を有するポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法とすることができる。
【0093】
【発明の実施の形態】
(回収方法)
微生物細胞から目的のポリヒドロキシアルカノエート共重合体を回収する方法としては、通常行なわれているポリヒドロキシアルカノエートの回収方法を適用することができる。例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、アセトンなどの有機溶媒による抽出が最も簡便ではあるが、それ以外にジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトニトリルが用いられる場合もある。また、有機溶媒が使用しにくい環境中においては、SDS等の界面活性剤による処理、リゾチーム等の酵素による処理、次亜塩素酸塩、アンモニア、EDTA等の薬剤による処理、或いは超音波破砕法、ホモジナイザー法、圧力破砕法、ビーズ衝撃法、摩砕法、擂潰法、凍結融解法のいずれかの方法を用いて微生物細胞を物理的に破砕することによって、ポリヒドロキシアルカノエート共重合体以外の菌体成分を除去して、ポリヒドロキシアルカノエート共重合体を回収する方法を用いることもできる。
【0094】
(微生物)
本発明の製造方法で用いる前記微生物としては、前記条件を満たす能力を有する微生物であれば如何なる微生物でも良いが、その中でも特にシュードモナス(Pseudomonas)属に属する微生物が望ましく、更に詳しくはシュードモナス チコリアイ(Pseudomonas cichorii)、シュードモナス プチダ(Pseudomonas putida)、シュードモナス フルオレセンス(Pseudomonas fluorecense)、シュードモナス オレオボランス(Pseudomonas oleovorans)、シュードモナス アルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa)、シュードモナス スツッツェリ(Pseudomonas stutzeri)、シュードモナス ジェッセニイ(Pseudomonas jessenii)等が望ましい。更に詳しくは、さらに詳しくは、シュードモナス チコリアイ YN2株(Pseudomonas cichorii YN2;FERM BP-7375)、シュードモナス チコリアイ H45株(Pseudomonas cichorii H45;FERM BP-7374)、シュードモナス ジェッセニイ P161株(Pseudomonas jessenii P161;FERM BP-7376)、シュードモナス プチダ P91株(Pseudomonas putida P91;FERMBP-7373)が挙げられる。これら4種の微生物は独立行政法人 産業技術総合研究所(旧 通商産業省 工業技術院)特許生物寄託センターに寄託されており、特開2001-288256号公報(特許文献2)に記載されている微生物である。
【0095】
なお、本発明の微生物の培養、本発明の微生物によるポリヒドロキシアルカノエート共重合体の生産と菌体への蓄積、並びに、本発明における菌体からのポリヒドロキシアルカノエート共重合体の回収は、上記の方法に限定されるものではない。
【0096】
(培地)
本発明の一方法に用いた無機塩培地(M9培地)の組成を以下に示す。
【0097】
[M9培地]
Na2HPO4 :6.3
KH2PO4 :3.0
NH4Cl :1.0
NaCl :0.5
(g/L、pH=7.0)
【0098】
更に、良好な増殖及びポリヒドロキシアルカノエート共重合体の生産のためには、上記の無機塩培地に培地に以下に示す微量成分溶液を0.3%(v/v)程度添加する必要がある。
【0099】
[微量成分溶液]
ニトリロ 三酢酸:1.5;MgSO4:3.0;MnSO4:0.5;NaCl:1.0;FeSO4:0.1;CaCl2:0.1;
CoCl2:0.1;ZnSO4:0.1;CuSO4:0.1;AlK(SO4)2:0.1;H3BO3:0.1;Na2MoO4:0.1;NiCl2:0.1(g/L)
【0100】
【実施例】
以下に実施例を示す。なお、以下における「%」は特に標記した以外は重量基準である。
【0101】
[実施例1]
ポリペプトン(和光純薬)5.0g、5-フェニル吉草酸1.06g及び8-ブロモオクタン酸0.67gを前記M9培地1000mlに溶解し、2000ml容振とうフラスコに入れてオートクレーブにより滅菌した後室温まで冷却した。調製した培地中に、予めポリペプトン0.5%を含むM9培地で30℃、8時間振とう培養したシュードモナス ジェッセニイP161株の培養液を5ml加え、30℃、64時間培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、メタノールで洗浄した後凍結乾燥した。乾燥菌体を秤量後、クロロホルムを加え、25℃で72時間攪拌することによりポリマーを抽出した。ポリマーが抽出されたクロロホルムをろ過し、エバポレーターにより濃縮した後、冷メタノールで沈殿固化した部分を集め、減圧乾燥して、目的とするポリマーを得た。
【0102】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(22)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(A:B:C+D=2:92:6)であることが確認された。13C-NMRにより、Cのユニット即ち3-ヒドロキシ-6-ブロモヘキサン酸ユニットと、Dのユニット即ち3-ヒドロキシ-8-ブロモオクタン酸ユニットの両方が含まれていることは確認されたが、CユニットとDユニットの比率は不明であった。
【0103】
【化57】
【0104】
ポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(東ソー HLC-8220 GPC、カラム:東ソー TSK-GEL SuperHM-H、溶媒:クロロホルム、ポリスチレン換算)。
【0105】
得られたポリマーの1H-NMRスペクトルを図1に示す。また、得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表1に示す。
【0106】
【表1】
【0107】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0108】
[実施例2]
実施例1で用いたP161株をシュードモナス チコリアイ YN2株に変更した以外は実施例1と同様の方法で、目的とするポリマーを得た。
【0109】
得られたポリマーの構造決定を、実施例1と同様に1H-NMR及び13C-NMRによって行ったところ、以下の化学式(23)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(A:B:C+D=1:90:9)であることが確認された。13C-NMRより、Cのユニット即ち3-ヒドロキシ-6-ブロモヘキサン酸ユニットと、Dのユニット即ち3-ヒドロキシ-8-ブロモオクタン酸ユニットの両方が含まれていることは確認されたが、CユニットとDユニットの比率は不明であった。
【0110】
【化58】
【0111】
ポリマーの分子量は、実施例1と同様にGPCにより測定した。
【0112】
得られたポリマーの1H-NMRスペクトルを図2に示す。また、得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表2に示す。
【0113】
【表2】
【0114】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0115】
[実施例3]
実施例1で用いたポリペプトンを酵母エキスに変更した以外は実施例1と同様にしてポリマーを得た。得られたポリマーの構造決定を、実施例1と同様に1H-NMR及び13C-NMRによって行ったところ、以下の化学式(24)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(A:B:C+D=1:91:8)であることが確認された。13C-NMRにより、Cのユニット即ち3-ヒドロキシ-6-ブロモヘキサン酸ユニットと、Dのユニット即ち3-ヒドロキシ-8-ブロモオクタン酸ユニットの両方が含まれていることは確認されたが、CユニットとDユニットの比率は不明であった。
【0116】
【化59】
【0117】
ポリマーの分子量は、実施例1と同様にGPCにより測定した。
【0118】
得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表3に示す。
【0119】
【表3】
【0120】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0121】
[実施例4]
実施例1で用いた菌株であるP161株をシュードモナス チコリアイH45株に変更した以外は実施例1と同様にしてポリマーを得た。得られたポリマーの構造決定を、実施例1と同様に1H-NMR及び13C-NMRによって行ったところ、以下の化学式(25)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(A:B:C+D=1:93:6)であることが確認された。13C-NMRにより、Cのユニット即ち3-ヒドロキシ-6-ブロモヘキサン酸ユニットと、Dのユニット即ち3-ヒドロキシ-8-ブロモオクタン酸ユニットの両方が含まれていることは確認されたが、CユニットとDユニットの比率は不明であった。
【0122】
【化60】
【0123】
ポリマーの分子量は、実施例1と同様にGPCにより測定した。
【0124】
得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表4に示す。
【0125】
【表4】
【0126】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0127】
[実施例5]
実施例1で用いた菌株であるP161株をシュードモナス プチダP91株に変更し、培地中のポリペプトンを酵母エキスに変更した以外は実施例1と同様にしてポリマーを得た。得られたポリマーの構造決定を、実施例1と同様に1H-NMR及び13C-NMRによって行ったところ、以下の化学式(26)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(A:B:C+D=1:91:8)であることが確認された。13C-NMRにより、Cのユニット即ち3-ヒドロキシ-6-ブロモヘキサン酸ユニットと、Dのユニット即ち3-ヒドロキシ-8-ブロモオクタン酸ユニットの両方が含まれていることは確認されたが、CユニットとDユニットの比率は不明であった。
【0128】
【化61】
【0129】
ポリマーの分子量は、実施例1と同様にGPCにより測定した。
【0130】
得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表5に示す。
【0131】
【表5】
【0132】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0133】
[実施例6]
実施例1で用いた培地中のポリペプトンをD-グルコースに変更した以外は実施例1と同様にしてポリマーを得た。得られたポリマーの構造決定を、実施例1と同様に1H-NMR及び13C-NMRによって行ったところ、以下の化学式(27)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(A:B:C+D=3:90:7)であることが確認された。13C-NMRにより、Cのユニット即ち3-ヒドロキシ-6-ブロモヘキサン酸ユニットと、Dのユニット即ち3-ヒドロキシ-8-ブロモオクタン酸ユニットの両方が含まれていることは確認されたが、CユニットとDユニットの比率は不明であった。
【0134】
【化62】
【0135】
ポリマーの分子量は、実施例1と同様にGPCにより測定した。
【0136】
得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表6に示す。
【0137】
【表6】
【0138】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0139】
[実施例7]
実施例1で用いた培地中のポリペプトンをピルビン酸ナトリウムに変更した以外は実施例1と同様にしてポリマーを得た。得られたポリマーの構造決定を、実施例1と同様に1H-NMR及び13C-NMRによって行ったところ、以下の化学式(28)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(A:B:C+D=4:89:7)であることが確認された。13C-NMRにより、Cのユニット即ち3-ヒドロキシ-6-ブロモヘキサン酸ユニットと、Dのユニット即ち3-ヒドロキシ-8-ブロモオクタン酸ユニットの両方が含まれていることは確認されたが、CユニットとDユニットの比率は不明であった。
【0140】
【化63】
【0141】
ポリマーの分子量は、実施例1と同様にGPCにより測定した。
【0142】
得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表7に示す。
【0143】
【表7】
【0144】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0145】
[実施例8]
実施例1で用いた培地中のポリペプトンをグルタミン酸ナトリウムに変更した以外は実施例1と同様にしてポリマーを得た。得られたポリマーの構造決定を、実施例1と同様に1H-NMR及び13C-NMRによって行ったところ、以下の化学式(29)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(A:B:C+D=1:91:8)であることが確認された。13C-NMRにより、Cのユニット即ち3-ヒドロキシ-6-ブロモヘキサン酸ユニットと、Dのユニット即ち3-ヒドロキシ-8-ブロモオクタン酸ユニットの両方が含まれていることは確認されたが、CユニットとDユニットの比率は不明であった。
【0146】
【化64】
【0147】
ポリマーの分子量は、実施例1と同様にGPCにより測定した。
【0148】
得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表8に示す。
【0149】
【表8】
【0150】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0151】
[実施例9]
ポリペプトン(和光純薬)125g、5-フェニル吉草酸26.7g及び11-ブロモウンデカン酸19.9gを前記M9培地25Lに溶解し、50L容ジャーファーメンターに入れて121℃で10分間滅菌した後30℃まで冷却した。調製した培地中に、予めポリペプトン0.5%を含むM9培地で30℃、8時間振とう培養したシュードモナス ジェッセニイ P161株の培養液を200ml加え、30℃、70rpm、通気量9.4L/分で16時間通気攪拌培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、メタノールで洗浄した後減圧乾燥した。乾燥菌体を秤量後、クロロホルム200mlを加え、35℃で16時間攪拌することによりポリマーを抽出した。ポリマーが抽出されたクロロホルムをろ過し、エバポレーターにより濃縮した後、冷メタノールで沈殿固化した部分を集め、減圧乾燥して、目的とするポリマーを得た。
【0152】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(30)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(A:B:C=5:85:10)であることが確認された。
【0153】
【化65】
【0154】
(化学式中aは0から10の少なくともいずれかの整数を表し、bは3,5の少なくともいずれかの整数を表し、nは4,6,8の少なくともいずれかの整数を表す。)
ポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(東ソーHLC-8220、カラム:東ソーTSK-GEL SuperHM-H、溶媒:クロロホルム、ポリスチレン換算)。
【0155】
得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表9に示す。
【0156】
【表9】
【0157】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0158】
[実施例10]
ポリペプトン(和光純薬)125g、5-フェノキシ吉草酸29.1g及び8-ブロモオクタン酸5.6gを前記M9培地25Lに溶解し、50L容ジャーファーメンターに入れて121℃で10分間滅菌した後30℃まで冷却した。調製した培地中に、予めポリペプトン0.5%を含むM9培地で30℃、8時間振とう培養したシュードモナス チコリアイ YN2株の培養液を200ml加え、30℃、70rpm、通気量9.4L/分で15時間通気攪拌培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、メタノールで洗浄した後減圧乾燥した。乾燥菌体を秤量後、クロロホルム250mlを加え、35℃で42時間攪拌することによりポリマーを抽出した。ポリマーが抽出されたクロロホルムをろ過し、エバポレーターにより濃縮した後、冷メタノールで沈殿固化した部分を集め、減圧乾燥して、目的とするポリマーを得た。
【0159】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(31)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(E:F:G=6:87:7)であることが確認された。
【0160】
【化66】
【0161】
(化学式中aは1から10の少なくともいずれかの整数を表し、bは3,5の少なくともいずれかの整数を表し、nは3,5の少なくともいずれかの整数を表す。)
ポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(東ソーHLC-8220、カラム:東ソーTSK-GEL SuperHM-H、溶媒:クロロホルム、ポリスチレン換算)。
【0162】
得られたポリマーの1H-NMRスペクトルを図3に示す。また、得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表10に示す。
【0163】
【表10】
【0164】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0165】
[実施例11]
ポリペプトン(和光純薬)1.0g、5-フェノキシ吉草酸0.23g及び8-ブロモオクタン酸0.004gを前記M9培地200mlに溶解し、500ml容振とうフラスコに入れてオートクレーブにより滅菌した後室温まで冷却した。調製した培地中に、予めポリペプトン0.5%を含むM9培地で30℃、8時間振とう培養したシュードモナス チコリアイ YN2株の培養液を2.0ml加え、30℃、65時間振とう培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、メタノールで洗浄した後減圧乾燥した。乾燥菌体を秤量後、クロロホルム20mlを加え、35℃で63時間攪拌することによりポリマーを抽出した。ポリマーが抽出されたクロロホルムをろ過し、エバポレーターにより濃縮した後、冷メタノールで沈殿固化した部分を集め、減圧乾燥して、目的とするポリマーを得た。
【0166】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(32)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(E:F:G=6:91:3)であることが確認された。
【0167】
【化67】
【0168】
(化学式中aは1から10の少なくともいずれかの整数を表し、bは3,5の少なくともいずれかの整数を表し、nは3,5の少なくともいずれかの整数を表す。)
ポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(東ソーHLC-8220、カラム:東ソーTSK-GEL SuperHM-H、溶媒:クロロホルム、ポリスチレン換算)。
【0169】
得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表11に示す。
【0170】
【表11】
【0171】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0172】
[実施例12]
D-グルコース1.0g、5-フェノキシ吉草酸0.23g及び8-ブロモオクタン酸0.13gを前記M9培地200mlに溶解し、500ml容振とうフラスコに入れてオートクレーブにより滅菌した後室温まで冷却した(培地1)。次に、D-グルコース1.0g、5-フェノキシ吉草酸0.23g及び8-ブロモオクタン酸0.13gを前記M9培地組成から窒素源(NH4Cl)のみを除いた培地200mlに溶解し、500ml容振とうフラスコに入れてオートクレーブにより滅菌した後室温まで冷却した(培地2)。培地1中に、予めポリペプトン0.5%を含むM9培地で30℃、8時間振とう培養したシュードモナス チコリアイ YN2株の培養液を2.0ml加え、30℃、40時間振とう培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、培地2中に、前記の収穫した菌体を懸濁し、30℃、98時間振とう培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、メタノールで洗浄した後減圧乾燥した。乾燥菌体を秤量後、クロロホルム20mlを加え、35℃で63時間攪拌することによりポリマーを抽出した。ポリマーが抽出されたクロロホルムをろ過し、エバポレーターにより濃縮した後、冷メタノールで沈殿固化した部分を集め、減圧乾燥して、目的とするポリマーを得た。
【0173】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(33)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(E:F:G=22:58:20)であることが確認された。
【0174】
【化68】
【0175】
(化学式中aは1から10の少なくともいずれかの整数を表し、bは3,5の少なくともいずれかの整数を表し、nは3,5の少なくともいずれかの整数を表す。)
ポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(東ソーHLC-8220、カラム:東ソーTSK-GEL SuperHM-H、溶媒:クロロホルム、ポリスチレン換算)。
【0176】
得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表12に示す。
【0177】
【表12】
【0178】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0179】
[実施例13]
ポリペプトン(和光純薬)5.0g、5-フェノキシ吉草酸1.2g及び11-ブロモウンデカン酸0.3gを前記M9培地1,000mlに溶解し、2,000ml容振とうフラスコに入れてオートクレーブにより滅菌した後室温まで冷却した。調製した培地中に、予めポリペプトン0.5%を含むM9培地で30℃、8時間振とう培養したシュードモナス チコリアイ YN2株の培養液を10ml加え、30℃、17時間振とう培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、メタノールで洗浄した後減圧乾燥した。乾燥菌体を秤量後、クロロホルム50mlを加え、35℃で45時間攪拌することによりポリマーを抽出した。ポリマーが抽出されたクロロホルムをろ過し、エバポレーターにより濃縮した後、冷メタノールで沈殿固化した部分を集め、減圧乾燥して、目的とするポリマーを得た。
【0180】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(34)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(E:F:G=14:79:7)であることが確認された。
【0181】
【化69】
【0182】
(化学式中aは1から10の少なくともいずれかの整数を表し、bは3,5の少なくともいずれかの整数を表し、nは4,6,8の少なくともいずれかの整数を表す。)
ポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(東ソーHLC-8220、カラム:東ソーTSK-GEL SuperHM-H、溶媒:クロロホルム、ポリスチレン換算)。
【0183】
得られたポリマーの1H-NMRスペクトルを図4に示す。また、得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表13に示す。
【0184】
【表13】
【0185】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0186】
[実施例14]
ポリペプトン(和光純薬)1.0g、5-フェノキシ吉草酸0.23g及び11-ブロモウンデカン酸0.05gを前記M9培地200mlに溶解し、500ml容振とうフラスコに入れてオートクレーブにより滅菌した後室温まで冷却した。調製した培地中に、予めポリペプトン0.5%を含むM9培地で30℃、8時間振とう培養したシュードモナス チコリアイ YN2株の培養液を2.0ml加え、30℃、67時間振とう培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、メタノールで洗浄した後減圧乾燥した。乾燥菌体を秤量後、クロロホルム20mlを加え、35℃で64時間攪拌することによりポリマーを抽出した。ポリマーが抽出されたクロロホルムをろ過し、エバポレーターにより濃縮した後、冷メタノールで沈殿固化した部分を集め、減圧乾燥して、目的とするポリマーを得た。
【0187】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(35)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(E:F:G=5:86:9)であることが確認された。
【0188】
【化70】
【0189】
(化学式中aは1から10の少なくともいずれかの整数を表し、bは3,5の少なくともいずれかの整数を表し、nは4,6,8の少なくともいずれかの整数を表す。)
ポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(東ソーHLC-8220、カラム:東ソーTSK-GEL SuperHM-H、溶媒:クロロホルム、ポリスチレン換算)。
【0190】
得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表14に示す。
【0191】
【表14】
【0192】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0193】
[実施例15]
ポリペプトン(和光純薬)1.0g、5-フェノキシ吉草酸0.12g及び11-ブロモウンデカン酸0.05gを前記M9培地200mlに溶解し、500ml容振とうフラスコに入れてオートクレーブにより滅菌した後室温まで冷却した。調製した培地中に、予めポリペプトン0.5%を含むM9培地で30℃、8時間振とう培養したシュードモナス チコリアイ YN2株の培養液を2.0ml加え、30℃、67時間振とう培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、メタノールで洗浄した後減圧乾燥した。乾燥菌体を秤量後、クロロホルム20mlを加え、35℃で64時間攪拌することによりポリマーを抽出した。ポリマーが抽出されたクロロホルムをろ過し、エバポレーターにより濃縮した後、冷メタノールで沈殿固化した部分を集め、減圧乾燥して、目的とするポリマーを得た。
【0194】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(36)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(E:F:G=13:76:11)であることが確認された。
【0195】
【化71】
【0196】
(化学式中aは1から10の少なくともいずれかの整数を表し、bは3,5の少なくともいずれかの整数を表し、nは4,6,8の少なくともいずれかの整数を表す。)
ポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(東ソーHLC-8220、カラム:東ソーTSK-GEL SuperHM-H、溶媒:クロロホルム、ポリスチレン換算)。
【0197】
得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表15に示す。
【0198】
【表15】
【0199】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0200】
[実施例16]
ポリペプトン(和光純薬)1.0g、5-ベンゾイル吉草酸0.25g及び11-ブロモウンデカン酸0.05gを前記M9培地200mlに溶解し、500ml容振とうフラスコに入れてオートクレーブにより滅菌した後室温まで冷却した。調製した培地中に、予めポリペプトン0.5%を含むM9培地で30℃、8時間振とう培養したシュードモナス チコリアイ YN2株の培養液を2.0ml加え、30℃、64時間振とう培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、メタノールで洗浄した後減圧乾燥した。乾燥菌体を秤量後、クロロホルム20mlを加え、35℃で48時間攪拌することによりポリマーを抽出した。ポリマーが抽出されたクロロホルムをろ過し、エバポレーターにより濃縮した後、冷メタノールで沈殿固化した部分を集め、減圧乾燥して、目的とするポリマーを得た。
【0201】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(37)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(H:I:J=11:80:9)であることが確認された。
【0202】
【化72】
【0203】
(化学式中aは1から10の少なくともいずれかの整数を表し、bは3,5の少なくともいずれかの整数を表し、nは4,6,8の少なくともいずれかの整数を表す。)
ポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(東ソーHLC-8220、カラム:東ソーTSK-GEL SuperHM-H、溶媒:クロロホルム、ポリスチレン換算)。
【0204】
得られたポリマーの1H-NMRスペクトルを図5に示す。また、得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表16に示す。
【0205】
【表16】
【0206】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0207】
[実施例17]
ポリペプトン(和光純薬)1.0g、4-シクロヘキシル酪酸0.20g及び8-ブロモオクタン酸0.13gを前記M9培地200mlに溶解し、500ml容振とうフラスコに入れてオートクレーブにより滅菌した後室温まで冷却した。調製した培地中に、予めポリペプトン0.5%を含むM9培地で30℃、8時間振とう培養したシュードモナス チコリアイ YN2株の培養液を2.0ml加え、30℃、40時間振とう培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、メタノールで洗浄した後減圧乾燥した。乾燥菌体を秤量後、クロロホルム20mlを加え、35℃で17時間攪拌することによりポリマーを抽出した。ポリマーが抽出されたクロロホルムをろ過し、エバポレーターにより濃縮した後、冷メタノールで沈殿固化した部分を集め、減圧乾燥して、目的とするポリマーを得た。
【0208】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(38)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(K:L=88:12)であることが確認された。
【0209】
【化73】
【0210】
(化学式中aは1から10の少なくともいずれかの整数を表し、bは3,5の少なくともいずれかの整数を表し、nは3,5の少なくともいずれかの整数を表す。)
ポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(東ソーHLC-8220、カラム:東ソーTSK-GEL SuperHM-H、溶媒:クロロホルム、ポリスチレン換算)。
【0211】
得られたポリマーの1H-NMRスペクトルを図6に示す。また、得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表17に示す。
【0212】
【表17】
【0213】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0214】
[実施例18]
ポリペプトン(和光純薬)1.0g、5-(フェニルスルファニル)吉草酸1.28g及び11-ブロモウンデカン酸0.80gを前記M9培地1.0Lに溶解し、2.0L容振とうフラスコに入れてオートクレーブにより滅菌した後室温まで冷却した。調製した培地中に、予めポリペプトン0.5%を含むM9培地で30℃、8時間振とう培養したシュードモナス チコリアイ YN2株の培養液を10.0ml加え、30℃、16時間振とう培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、メタノールで洗浄した後減圧乾燥した。乾燥菌体を秤量後、クロロホルム100mlを加え、35℃で18時間攪拌することによりポリマーを抽出した。ポリマーが抽出されたクロロホルムをろ過し、エバポレーターにより濃縮した後、冷メタノールで沈殿固化した部分を集め、減圧乾燥して、目的とするポリマーを得た。
【0215】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(39)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(M:N:O=4:86:10)であることが確認された。
【0216】
【化74】
【0217】
(化学式中aは1から10の少なくともいずれかの整数を表し、bは3,5の少なくともいずれかの整数を表し、nは4,6,8の少なくともいずれかの整数を表す。)
得られたポリマーの1H-NMRスペクトルを図7に示す。また、得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比を表17に示す。
【0218】
【表18】
【0219】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量。
【0220】
[実施例19]
ポリペプトン(和光純薬)125g、5-(フェニルスルファニル)吉草酸32.1g及び11-ブロモウンデカン酸19.9gを前記M9培地25Lに溶解し、50L容ジャーファーメンターに入れて121℃で10分間滅菌した後30℃まで冷却した。調製した培地中に、予めポリペプトン0.5%を含むM9培地で30℃、8時間振とう培養したシュードモナス チコリアイ YN2株の培養液を200ml加え、30℃、70rpm、通気量9.4L/分で16時間通気攪拌培養した。培養後、遠心分離により菌体を収穫し、メタノールで洗浄した後減圧乾燥した。乾燥菌体を秤量後、クロロホルム150mlを加え、35℃で13時間攪拌することによりポリマーを抽出した。ポリマーが抽出されたクロロホルムをろ過し、エバポレーターにより濃縮した後、冷メタノールで沈殿固化した部分を集め、減圧乾燥して、目的とするポリマーを得た。
【0221】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(40)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(M:N:O=17:63:20)であることが確認された。
【0222】
【化75】
【0223】
(化学式中aは0から10の少なくともいずれかの整数を表し、bは3,5の少なくともいずれかの整数を表し、nは4,6,8の少なくともいずれかの整数を表す。)
ポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(東ソーHLC-8220、カラム:東ソーTSK-GEL SuperHM-H、溶媒:クロロホルム、ポリスチレン換算)。
【0224】
得られた菌体及びポリマーの重量、菌体あたりのポリマー重量比、得られたポリマーの分子量及び分子量分布を表19に示す。
【0225】
【表19】
【0226】
CDW:菌体乾燥重量;PDW:ポリマー乾燥重量;P/C:菌体乾燥重量/ポリマー乾燥重量;Mn:数平均分子量;Mw:重量平均分子量;Mw/Mn:分子量分布。
【0227】
[実施例20]
実施例18で得られたポリマー300mgを300ml容ナスフラスコ中に加え、ジクロロメタン30mlを加えて溶解した。これを氷浴下に置き、酢酸6ml、18-クラウン-6-エーテル1001mgを加えて攪拌した。次に氷浴下で過マンガン酸カリウム798mgをゆっくり加えて、室温で21時間攪拌した。反応終了後、水50ml及び亜硫酸水素ナトリウム1000mgを加えた。その後、1.0mol/L(1.0N)塩酸により液性をpH1にした。混合溶液中のジクロロメタンをエバポレーターにより留去した後、溶液中のポリマーを回収した。これをメタノール200mlで洗浄し、更に純水200mlで3回洗浄した後、減圧乾燥することでポリマー313mgを得た。
【0228】
得られたポリマーの構造決定を、1H-NMR(FT-NMR:Bruker DPX400;1H共鳴周波数:400MHz;測定核種:1H;使用溶媒:CDCl3;reference:キャピラリ封入TMS/CDCl3;測定温度:室温)によって行ったところ、以下の化学式(41)に示すユニットを含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体(P:Q:R=11:81:8)であることが確認された。得られたポリマーの1H-NMRスペクトルを図8に示す。
【0229】
【化76】
【0230】
(化学式中aは0から10の少なくともいずれかの整数を表し、bは3,5の少なくともいずれかの整数を表し、nは4,6,8の少なくともいずれかの整数を表す。)
ポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(東ソーHLC-8220、カラム:東ソーTSK-GEL SuperHM-H、溶媒:クロロホルム、ポリスチレン換算)。その結果、数平均分子量Mn=13300であった。
【0231】
【発明の効果】
本発明の方法により、新規ポリヒドロキシアルカノエート共重合体である、側鎖にブロモ基とを有するユニットと、側鎖にフェニル構造、チオフェン構造、シクロヘキシル構造を有する残基を含むユニットを同一分子中に含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体及びその製造方法が提供された。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で取得されたポリエステルの1H-NMRスペクトルを示す。
【図2】実施例2で取得されたポリエステルの1H-NMRスペクトルを示す。
【図3】実施例10で取得されたポリエステルの1H-NMRスペクトルを示す。
【図4】実施例13で取得されたポリエステルの1H-NMRスペクトルを示す。
【図5】実施例16で取得されたポリエステルの1H-NMRスペクトルを示す。
【図6】実施例17で取得されたポリエステルの1H-NMRスペクトルを示す。
【図7】実施例18で取得されたポリエステルの1H-NMRスペクトルを示す。
【図8】実施例20で取得されたポリエステルの1H-NMRスペクトルを示す。
Claims (15)
- 化学式(1)に示す3-ヒドロキシ-ω-ブロモアルカン酸ユニットと、化学式(2)で示すユニットとを同一分子中に含み、数平均分子量が 2000 から 500000 の範囲であることを特徴とするポリヒドロキシアルカノエート共重合体。
- 化学式(2)におけるR、即ちフェニル構造、チエニル構造、シクロヘキシル構造を有する残基が、下記化学式(3)〜(14)で示される残基群から選ばれた少なくとも1種類であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい、請求項1に記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体。
- 化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種及び化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種を原料として、化学式(1)で示す3-ヒドロキシ-ω-ブロモアルカン酸ユニットの少なくとも1種と、化学式(2)で示すユニットの少なくとも1種とを同一分子中に含み、数平均分子量が 2000 から 500000 の範囲であるポリヒドロキシアルカノエート共重合体を生産する能力を有する微生物により生合成せしめることを特徴とする、化学式(1)で示す3-ヒドロキシ-ω-ブロモアルカン酸ユニットの少なくとも1種と、化学式(2)で示すユニットの少なくとも1種とを同一分子中に含み、数平均分子量が 2000 から 500000 の範囲であるポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法。
- 化学式(2)及び(21)におけるR、即ちフェニル構造、チエニル構造、シクロヘキシル構造を有する残基が、下記化学式(3)〜(14)で示される残基群から選ばれた少なくとも1種類であり、複数のユニットが存在する場合、ユニット毎に異なっていてもよい、請求項5に記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法。
- 前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種とを含む培地中で、前記微生物を培養する請求項5または6に記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法。
- 前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種に加えて、ペプチド類をも含む培地中で、前記微生物を培養する請求項7に記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法。
- 培地中に含める前記ペプチド類として、ポリペプトンを用いる請求項8に記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法。
- 前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種に加えて、酵母エキスをも含む培地中で、前記微生物を培養する請求項7に記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法。
- 前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種に加えて、有機酸或いはその塩をも含む培地中で、前記微生物を培養する請求項7に記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法。
- 前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種に加えて、アミノ酸或いはその塩をも含む培地中で、前記微生物を培養する請求項7に記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法。
- 前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種に加えて、糖類をも含む培地中で、前記微生物を培養する請求項7に記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法。
- 前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種に加えて、炭素数4から12の直鎖アルカン酸或いはその塩をも含む培地中で、前記微生物を培養する請求項7に記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法。
- 前記化学式(20)で示すω-ブロモアルカン酸の少なくとも1種、及び前記化学式(21)で示す化合物の少なくとも1種を含む培地中で、前記微生物を培養し、前記微生物が産生した前記化学式(1)で示す3-ヒドロキシ-ω-ブロモアルカン酸ユニット、及び前記化学式(2)で示すユニットを同時に分子中に含むポリヒドロキシアルカノエート共重合体を微生物細胞から回収する工程を有する請求項7〜14のいずれかに記載のポリヒドロキシアルカノエート共重合体の製造方法。
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