JP3874035B2

JP3874035B2 - Method for producing optically active secondary alcohol

Info

Publication number: JP3874035B2
Application number: JP16581396A
Authority: JP
Inventors: 猪佐夫萩原; 知之油井
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2016-06-26
Also published as: JPH104998A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はラセミ体の２級アルコールを簡便で経済的な方法にて光学分割する光学活性２級アルコールの製造法である。本発明の光学活性２級アルコールは、医農薬の原料もしくは液晶等の機能材料の原料として有用な物質である。
【０００２】
【従来の技術】
酵素を用いる光学分割は以前より研究されており公知技術である。
Klibanovらにより有機溶媒中でリパーゼ（豚膵臓由来）を用いる不斉エステル交換反応が見いだされ(A.M. Klibanov et al. J. Am. Chem. Soc. 1985, 106, 7072-7076)、２級アルコールの光学分割に利用されるようになった。
例えば、有機溶媒を添加せず、反応させるエステル（トリグリセリド）と２級アルコールとの溶液にリパーゼ(Pseudomomas菌由来）を加えて不斉エステル交換反応により２級アルコールを光学分割する方法が開示されている (特開昭62-166898 号; 以後、この方法をＡ法と略す）。
【０００３】
しかし、不斉エステル交換は、平衡反応であることから逆反応を押さえるためにトリグリセリドを理論量の数倍用いる必要があり、必ずしも経済的な方法ではなかった。また、特開昭62-166898 号の実施例の条件によれば反応時間として36日を要しており、生産性に関して問題であり更なる改良が望まれていた。
因みに、平衡反応での逆反応が無視できない条件 (反応させるエステルを過剰に用いない条件）にて光学分割を行った場合の問題点については、反応速度論に関する解析がなされており、光学純度の高い製品が得られないと言われている
(Charles J. Sih et al. J. Am. Chem. Soc. 1987, -109, 2812-2817) 。
【０００４】
上記のごとく、不斉エステル交換反応が平衡反応であることが問題であることから反応させるエステルの種類としてビニルエステルを用いる方法が開発されている(B. Mainllard et al. Tetrahedron Lett., 1987, 28, 953 および Gunter E. Jeromin et al. Tetrahedron Lett., 1991, 32, 7021)。
このビニルエステルを用いる反応では、不斉エステル交換で生成する物質が、アセトアルデヒドであることから求核性が小さく逆反応が起きないため不可逆反応となり平衡反応でなくなっている。
【０００５】
Gunter E. Jeromin et al. Tetrahedron Lett., 1991, 32, 7021（以後、この方法をＢ法と略す）の条件によれば反応させるエステル量は、２級アルコールに対して１倍モルであり、この量は理論量の２倍であることからＡ法と比較した場合は、エステルの使用量がかなり削減されている。
しかし、この反応では豚膵臓由来のリパーゼを２級アルコール 1モルに対して100g使用しており、リパーゼ使用量の削減が望まれていた。
【０００６】
リパーゼ使用量の削減のためには、より高活性なリパーゼを選択すればよいと考えられるが、一般に、リパーゼは、起源菌の種類によって反応性や基質特異性（例えば、エナンチオ選択性）が異なることが知られている（中村薫ら有機化学協会誌 53巻 668, 1995) 。
従って、活性が高くてもエナンチオ選択性が小さいリパーゼでは、本発明の目的である２級アルコールの光学分割を達成できない。２級アルコールの光学分割において、高活性でしかも高いエナンチオ選択性を示すリパーゼは、知られていなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
２級アルコールをリパーゼにより不斉エステル交換で光学分割する方法において、より経済的に生産性の高い方法で実施するためには、反応させるエステル量を削減する必要があり、これに関しては、ビニルエステルを使用するＢ法により、かなり改善されている。
ところが、このビニルエステルは、不斉エステル交換以外の反応として重合が起きることが知られており、本発明者らの知見でも反応時間が長くなると重合によりビニルエステルが減少する事が確認された。
【０００８】
このためＢ法の条件では、ビニルエステルを理論量の２倍用いている。
しかし、ビニルエステルを過剰に用いることは、液量が多くなり生産性が下がるばかりではなく、反応率を監視しなければ反応が進みすぎてしまい生成するエステルの光学純度は低下してしまう。
また、Ｂ法では、２級アルコールに対して豚肝臓由来のリパーゼを100g/mol使用して、重合反応が少ない反応時間で不斉エステル交換反応を完結させている。
【０００９】
従って、重合反応が無視できる反応時間で不斉エステル交換反応を完結させれば、ビニルエステルの使用量を削減できるはずである。しかし、リパーゼの必要量が多い事は、次に示す２つの問題がある。
(1). リパーゼを回収する際に回収率は同じであっても相対量としては、大きくなり不経済となる。
(2). リパーゼを回収再利用するに伴い活性低下した分を新たに補給して同じ活性に保つ必要があるが、この場合リパーゼの総重量は、使用回数に伴って増加する。ところが、生産性を上げるためにビニルエステル量を削減した場合、反応液量が少なく、リパーゼを分散するに十分な液量が得られなくなる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記のような問題点を鑑み、本発明者らはリパーゼによる不斉エステル交換反応により２級アルコールを光学分割する方法について鋭意検討を重ねた。
その結果、驚くべき事に、反応させるエステルとしてプロピオン酸ビニルを用た場合に、Candida antarcica 菌由来のリパーゼは、リパーゼのグラム当たりの反応活性が極めて高く、更にエナンチオ選択性に関しても優れていることを見いだした。更に、少量のヒドロキノンを添加することで不斉エステル交換反応を阻害することなく重合反応を押さえることができることを見いだし、経済的で生産性の高い２級アルコールの光学分割方法を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、下記一般式(1) で表されるラセミ体の２級アルコールをCandida antarcica 菌由来リパーゼの存在下にプロピオン酸ビニルと反応させ、Ｒ体を選択的にプロピオン酸エステルとする不斉エステル交換反応により光学分割を行う事を特徴とする光学活性２級アルコールの製造法である。
一般式(1) : CH₃CH(OH)-(CH₂)_mR
（式中、ｍは 2〜8 の整数、Ｒは水素原子または炭素数４以下のアルキルオキシ基である。）
【００１２】
本発明で使用するリパーゼは、Candida antarcica 菌由来のリパーゼである。このリパーゼとしては、アクリル樹脂に固定化された固定化酵素としてノボノルディスク社より市販されているもの（以下、このリパーゼを「固定化リパーゼ」と記す）が好適である。
この固定化リパーゼは、２級アルコールの光学分割能を有する事で知られている豚膵臓リパーゼ、Pseudomomas 菌リパーゼに比べて反応活性が極めて高く、少量であっても高い反応速度が得られる。従って、ラセミアルコールと必要量のプロピオン酸ビニルからなる溶液でも分散攪拌することができ、リパーゼを分散させるために溶媒を添加する必要がなくなった。よって、液量が少なく極めて生産性の高い反応条件が設定可能となった。
【００１３】
本発明を実施するには、ヒドロキノンを含有するプロピオン酸ビニルとラセミアルコールとからなる混合液に、固定化リパーゼを加えて攪拌することにより容易に行うことができる。
固定化リパーゼの量は、反応速度と正比例関係にあることから反応時間の設定により適宜選択される。因みに、25℃において20時間で反応を完結させる条件としては、1.0g／モルが目安であり、固定化リパーゼの使用量に対応して反応完結時間が決定される。
【００１４】
通常、生産性と経済的な観点から固定化リパーゼの使用量は、２級アルコール対して 0.1〜10g/モルの範囲が好ましい。
ここで、反応完結とは、ラセミアルコール中のＲ体アルコールのほぼ全量が反応した時点であり、ラセミアルコール基準で約50％の反応率を意味する。また、プロピオン酸ビニルの使用量が、理論量よりも少ない場合（ラセミアルコールの1/2 以下の場合）には、プロピオン酸ビニルのほぼ全量が消費された時点を意味する。
なお、固定化リパーゼの使用量の単位である (g/モル) とは、ラセミアルコール 1モル当たりに使用する固定化リパーゼの重量である。
【００１５】
プロピオン酸ビニルは、不斉エステル交換反応中の重合を防止するためにヒドロキノンを添加して使用するのが好適である。
ヒドロキノンの添加量は、反応時間の設定により 1〜1,000ppmの範囲で適宜選択される。例えば、反応時間が20時間以内では 1〜10ppm の添加でも重合を十分に防止できる。しかし、 100時間以上の反応時間の場合には、1,000ppmの添加が望ましい。また、ヒドロキノンは 1,000ppm 以上添加することも可能であるが、重合を防止する能力としては、差がないので無意味である。
【００１６】
プロピオン酸ビニルの使用量は、理論量がラセミアルコールに対して 0.5倍モル（Ｒ体アルコールに対して１倍モル）である。しかし、Ｒ体アルコールのほぼ全量を反応させる場合は、反応末期での反応速度の低下を防止するためには 0.6倍モル程度まで使用する事が望ましい。因みに、 0.6倍モル以上使用しても反応速度は、向上しない。
一方、生成するＲ体のプロピオネートを高い光学純度で得る場合には、反応率が低い反応時間で反応を停止させる方法が一般的である。このような場合には、プロピオン酸ビニルを 0.3倍モル程度用いることにより、自動的に約30％の反応率（Ｒ体基準では、60％の反応率）で反応を停止させることが可能であり、反応率を常に監視することなく実施可能である。
【００１７】
反応温度は、所望の反応速度と製品の光学純度により 0〜70℃の範囲で適宜選択する。
これは、70℃までは反応温度の上昇に伴い反応速度が増加するが、逆にエナンチオ選択性が多少低下するためであり、例えば、70℃で反応を行った場合には、短時間で反応を完結させることができるが、生成するＲ体のプロピオン酸エステルの光学純度は、低温で反応した場合に比べて多少低下する。
通常、十分な反応速度でエナンチオ選択性の良好な範囲として、20〜40℃で不斉エステル交換反応を行うことが好適である。
【００１８】
次に、不斉エステル交換反応後に、各エナンチオマーを分離する方法について説明する。
不斉エステル交換反応が終了した時点で濾過により固定化リパーゼを分離し、この濾液を蒸留することによりＳ体アルコールとＲ体のプロピオン酸エステルが得られる。
このＲ体のプロピオン酸エステルは、通常のアルカリ加水分解を行うことによりＲ体アルコールにすることができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の効果としては、使用するリパーゼの活性が高いため使用量が少なくて済み、リパーゼを分散するための溶媒を添加する必要がなくなった。
また、プロピオン酸ビニルの重合による損失がないことから使用するプロピオン酸ビニルの量は、ほぼ理論量で十分となり、経済性が向上した。
更に、プロピオン酸ビニルの使用量により不斉エステル交換反応の反応率を制御することが可能となった。
これらの結果、反応液量が必要最低限となり、極めて経済的で生産性の高い方法で光学活性な２級アルコールを製造できるようになった。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明の方法を実施例と比較例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１：光学活性sec-ヘキサノールの製造
(1) 不斉エステル交換反応。
ラセミ体のsec-ヘキサノール 1,022g(10mol)に、プロピオン酸ビニル 601g(6mol) およびヒドロキノン 0.006g を加え、最後にリパーゼ(Novozym 435: ノボノルディスク社製）10g を加えて、25℃で攪拌して20時間不斉エステル交換反応を行った。
【００２１】
20時間での反応率は、50.5％であり、この時点で、濾過によりリパーゼを除去し、濾液を 100mmHgで蒸留して、沸点＝85℃にてＳ体のsec-ヘキサノール 408g （収率＝80％、純度＝99.7％、光学純度＝99.5％ee）、沸点＝106 ℃にてＲ体のsec-ヘキシルプロピオネート 593g(収率＝75％、純度＝99.8％、光学純度＝97.5％ee) をそれぞれ得た（今後、この不斉エステル交換で生成する原料アルコールに対応するプロピオン酸エステルを単にプロピオネートと略し、各エナンチオマーに対しては、それぞれＲ体、Ｓ体を付けて表す）。
【００２２】
また、蒸留の分離不十分による混合留として、Ｓ体sec-ヘキサノール／Ｒ体プロピオネート＝35％／65％からなる留分を 211g 回収した。
更に、上記のＲ体sec-ヘキシルプロピオネート 593g を、アルカリ加水分解してＲ体sec-ヘキサノール 337g(収率＝88％、純度＝99.7％、光学純度＝97.3％ee）を得た。
なお、生成物の同定は、ＮＭＲスペクトルによる構造解析により市販品と同一であることにより確認した。また、光学活性体であることは旋光度を測定する事により確認した。
光学活性アルコールの光学純度の測定は、ピリジン／無水酢酸によりアセテートに変換後、光学活性体分析用ガスクロマトグラフ（CP Cyclodex β236M) で分析して、そのピーク面積比より求めた。
【００２３】
(2) 経時変化の測定。
上記(1) で行った不斉エステル交換反応を追跡する事により、リパーゼの活性とエナンチオ選択性を測定することができる。以下に、その方法を説明する。
反応追跡は、反応液の一部（約 0.2ml(ミリリットル)) を取り、無水酢酸／ピリジンを各１ml加えて、未反応の2-ヘキサノールをアセテートに変換して、この溶液を光学活性体分析用ガスクロマトグラフ（CP Cyclodex β236M) で分析した。
この分析により、不斉エステル交換されたＲ体はプロピオネートとして、また未反応のアルコールはアセテートとして各エナンチオマーの組成が測定できた。結果を表１に示した。
【００２４】
【表１】

【００２５】
この経時変化を一次反応式に従ってプロットすると直線関係となり、反応速度は各エナンチオマーの濃度に対して１次であることが判った。
一次反応式： ln(C/Co)＝−kt
C:時間ｔにおける濃度、Co: 初期濃度、k:反応速度定数、t:反応時間
そして、傾きよりＲ体の反応速度定数＝0.30 hr^-1
Ｓ体の反応速度定数＝0.0006 hr^-1
が求まり、Ｒ体／Ｓ体の反応速度差で表されるエナンチオ選択性（Ｅ値）は、Ｅ＝494 であった。この経時変化の測定結果と１次反応速度式に従ったプロットの結果を図１および図２に示した。
【００２６】
実施例２：プロピオン酸ビニル量による反応速度の影響。
ラセミ体のsec-ヘキサノール 10.2g(0.1mol)とプロピオン酸ビニル（ヒドロキノンを1,000ppm含有）3g(0.03mol) の混合液にNovozym 435 を 0.1g 加えて25℃において不斉エステル交換反応を行った。
実施例１と同様にして反応の経時変化を測定した結果、Ｒ体の反応速度定数＝0.31hr^-1であった。
【００２７】
又、３時間反応後の反応率は、ラセミ体のsec-ヘキサノールに対して26％（Ｒ体基準で52％）であり、プロピオネートの光学純度は、99.5％eeであった。
そして、24時間反応後の反応率は、29％であり、プロピオネートの光学純度は、99.3％eeであった。
一般に、生成するプロピオネートを極めて高い光学純度で得る場合には、反応率を随時監視して光学純度が下がる前に反応を停止する必要がある。
しかし、本発明の方法では、プロピオン酸ビニルの量で反応率を制御することが可能であり、反応率を随時監視する必要がなく実施可能であった。
【００２８】
参考例１：プロピオン酸ビニル量が大過剰の場合。
実施例２のプロピオン酸ビニルの量を10g(0.1mol)(ラセミ体のsec-ヘキサノールに対して 1倍モルであり、理論量の 2倍モル）用いた以外は、実施例２と全く同様に不斉エステル交換反応を行い、実施例１と同様にして反応の経時変化を測定した。
Ｒ体の反応速度定数は、0.3 hr^-1であり、実施例１と変化なく、プロピオン酸ビニルを過剰に用いても反応速度の上昇は見られなかった。
従って、Ｒ体アルコールのほぼ全量を反応させるに必要なプロピオン酸ビニル量は、実施例１で使用した様に、ラセミアルコール基準の 0.6倍モル（Ｒ体アルコール基準で 1.2倍モル）で十分であり、これ以上の使用量は無意味であった。
【００２９】
実施例３、４：リパーゼ使用量と反応速度の関係。
ラセミ体のsec-ヘキサノール 10.2g(0.1mol)とプロピオン酸ビニル（ヒドロキノンを1,000ppm含有）6g(0.06mol) の混合液に Novozym 435を表２に示す量を添加して、25℃において不斉エステル交換反応を行った。
実施例１と同様にして反応の経時変化を測定し、反応速度を測定した。
結果を表２に示した。表２から反応速度は、Novozyme 435の使用量にほぼ正比例の関係にあり、Novozyme 435の使用量により任意の反応完結時間が設定可能であることが分かる。
【００３０】
【表２】

【００３１】
比較例２：ヒドロキノンを添加しない反応。
実施例３におけるヒドロキノン 1,000ppm 含有のプロピオン酸ビニルの代わりにヒドロキノンを含まないプロピオン酸ビニルを 6g 用いて、実施例３と同様にして不斉エステル交換反応を行い、同様に反応の経時変化を測定した。
20時間後の反応率＝18％であり、この時点での反応速度定数は、0.023 hr^-1であった。しかし、 120時間反応させた時点での反応率は、27％と実施例３に比べて反応率が低いものであった。
また、この時点でのプロピオン酸ビニルの存在量をガスクロマトグラフで分析したところ、初期添加の11％しか含まれておらず、不斉エステル交換以外に消費されていることが判った。更に、この反応液をヘキサンに加えたところポリ酢酸ビニルが析出した。従って、プロピオン酸ビニルは、重合により減少していたことが判った。
【００３２】
実施例５：反応温度による反応速度とエナンチオ選択性の違い。
ラセミ体のsec-ヘキサノール 10.2g(0.1mol)とプロピオン酸ビニル（ヒドロキノンを1,000ppm含有）6g(0.06mol) の混合液に Novozym 435を 0.1g 加えて、表３に示す反応温度にて不斉エステル交換反応を行った。
そして、実施例１と同様にして反応の経時変化を測定し、反応速度とエナンチオ選択性を求めた。各温度における結果を表３に示した。
70℃までは、反応温度が高いほど反応速度が速くなるが、Ｒ体／Ｓ体の反応速度差で表されるエナンチオ選択性は低下した。70℃で４時間反応させた時に、反応率＝50％であり、光学純度は、Ｓ体＝97％ee、Ｒ体＝94％eeとなった。これに対して、10℃で35時間反応させた時の反応率は、50％と同じであるが、光学純度は、Ｓ体＝98.7％ee、Ｒ体＝98.5％eeであった。
【００３３】
【表３】

【００３４】
実施例６〜１２
実施例１のラセミ体のsec-ヘキサノールの代わりに、表４に示す各ラセミアルコールを用いた以外は、実施例１と同様にプロピオン酸ビニル及び Novozym 435を使用して不斉エステル交換反応を行った。
実施例１と同様に経時変化を測定して反応速度定数およびエナンチオ選択性を求めた。得られた結果を表４にまとめて示した。
また、反応終了後、Novozym 435 を濾別し、濾液を蒸留することにより対応するＳ体アルコールおよびＲ体プロピオネートを得た。
但し、実施例６および実施例11は、反応スケールを実施例１の1/100(0.1molスケール）で行い、経時変化の測定のみを行った。
各実施例における結果を表４、５にまとめて示した。また、実施例12における(+)-R-7-エトキシ−2-ヘプタノールのＮＭＲスペクトルを表６に示した。
【００３５】
【表４】

【００３６】
【表５】

【００３７】
【表６】

【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の不斉エステル交換反応における各反応時間での各成分の組成比を示した経時変化のグラフである。
【図２】実施例１の不斉エステル交換反応における組成変化を一次反応式に従ってプロットしたグラフであり、直線関係にあることから反応が一次反応であることを示している。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention is a process for producing optically active secondary alcohols in which racemic secondary alcohols are optically resolved by a simple and economical method. The optically active secondary alcohol of the present invention is a substance useful as a raw material for medical and agricultural chemicals or a functional material such as liquid crystal.
[0002]
[Prior art]
Optical resolution using enzymes has been studied for a long time and is a known technique.
Klibanov et al. Found an asymmetric transesterification reaction using lipase (derived from porcine pancreas) in an organic solvent (AM Klibanov et al. J. Am. Chem. Soc. 1985, 106, 7072-7076). Now used for optical resolution.
For example, a method is disclosed in which lipase (derived from Pseudomomas bacterium) is added to a solution of an ester (triglyceride) and a secondary alcohol to be reacted without adding an organic solvent, and the secondary alcohol is optically resolved by asymmetric transesterification. (Japanese Patent Laid-Open No. 62-166898; hereinafter, this method is abbreviated as Method A).
[0003]
However, since asymmetric transesterification is an equilibrium reaction, it is necessary to use triglyceride several times the theoretical amount in order to suppress the reverse reaction, and this is not always an economical method. Further, according to the conditions of the examples of JP-A-62-166898, the reaction time takes 36 days, which is a problem with respect to productivity and further improvement has been desired.
By the way, regarding the problem when optical resolution is performed under conditions where the reverse reaction in the equilibrium reaction cannot be ignored (the condition in which the ester to be reacted is not excessively used), the analysis of the reaction kinetics has been conducted, and the optical purity of It is said that high products cannot be obtained
(Charles J. Sih et al. J. Am. Chem. Soc. 1987, -109, 2812-2817).
[0004]
As described above, since the problem is that the asymmetric transesterification reaction is an equilibrium reaction, a method using vinyl ester as a kind of ester to be reacted has been developed (B. Mainllard et al. Tetrahedron Lett., 1987, 28, 953 and Gunter E. Jeromin et al. Tetrahedron Lett., 1991, 32, 7021).
In the reaction using this vinyl ester, since the substance produced by asymmetric transesterification is acetaldehyde, the nucleophilicity is small and the reverse reaction does not occur.
[0005]
According to the conditions of Gunter E. Jeromin et al. Tetrahedron Lett., 1991, 32, 7021 (hereinafter, this method is abbreviated as Method B), the amount of ester reacted is 1-fold mol with respect to the secondary alcohol, Since this amount is twice the theoretical amount, the amount of ester used is considerably reduced when compared with Method A.
However, in this reaction, 100 g of lipase derived from porcine pancreas was used per 1 mol of secondary alcohol, and it was desired to reduce the amount of lipase used.
[0006]
In order to reduce the amount of lipase used, it may be necessary to select a lipase with a higher activity, but in general, the lipase has different reactivity and substrate specificity (for example, enantioselectivity) depending on the type of the bacterium. (Nakamura, et al., Journal of Organic Chemistry, Vol. 53, 668, 1995).
Therefore, a lipase having high activity but low enantioselectivity cannot achieve the optical resolution of the secondary alcohol which is the object of the present invention. A lipase that exhibits high activity and high enantioselectivity in the optical resolution of secondary alcohols has not been known.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the method of optically resolving secondary alcohol by asymmetric transesterification with lipase, it is necessary to reduce the amount of ester to be reacted in order to carry out in a more economical and highly productive manner. It is considerably improved by the B method using
However, it is known that this vinyl ester undergoes polymerization as a reaction other than asymmetric transesterification. According to the knowledge of the present inventors, it has been confirmed that the vinyl ester is reduced by polymerization when the reaction time is long.
[0008]
For this reason, vinyl ester is used twice the theoretical amount under the conditions of Method B.
However, excessive use of vinyl ester not only increases the amount of liquid and decreases the productivity, but also the reaction proceeds too much unless the reaction rate is monitored, and the optical purity of the resulting ester decreases.
In the method B, 100 g / mol of lipase derived from pig liver is used for secondary alcohol, and the asymmetric transesterification reaction is completed in a reaction time with a short polymerization reaction.
[0009]
Therefore, if the asymmetric transesterification reaction is completed in a reaction time in which the polymerization reaction can be ignored, the amount of vinyl ester used should be reduced. However, a large amount of lipase has the following two problems.
(1). Even if the recovery rate is the same when recovering lipase, the relative amount becomes large and uneconomical.
(2). It is necessary to replenish the amount of reduced activity as lipase is recovered and reused to maintain the same activity. In this case, the total weight of lipase increases with the number of uses. However, when the amount of vinyl ester is reduced to increase productivity, the amount of the reaction solution is small, and a sufficient amount of solution for dispersing the lipase cannot be obtained.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above problems, the present inventors have intensively studied a method for optically resolving secondary alcohols by asymmetric transesterification with lipase.
As a result, surprisingly, when vinyl propionate is used as the ester to be reacted, the lipase derived from Candida antarcica has extremely high reaction activity per gram of lipase, and also has excellent enantioselectivity. I found. Furthermore, it has been found that the addition of a small amount of hydroquinone can suppress the polymerization reaction without inhibiting the asymmetric transesterification reaction, and has led to the completion of an economical and highly productive optical resolution method for secondary alcohols. .
[0011]
That is, in the present invention, a racemic secondary alcohol represented by the following general formula (1) is reacted with vinyl propionate in the presence of lipase derived from Candida antarcica, and the R form is selectively converted to a propionate. An optically active secondary alcohol production method characterized in that optical resolution is carried out by asymmetric transesterification.
General formula (1): CH ₃ CH (OH)-(CH ₂ ) _m R
(In the formula, m is an integer of 2 to 8, and R is a hydrogen atom or an alkyloxy group having 4 or less carbon atoms.)
[0012]
The lipase used in the present invention is a lipase derived from Candida antarcica. As this lipase, those commercially available from Novo Nordisk as an immobilized enzyme immobilized on an acrylic resin (hereinafter referred to as “immobilized lipase”) are suitable.
This immobilized lipase has extremely high reaction activity as compared with porcine pancreatic lipase and Pseudomomas lipase known to have optical resolution ability of secondary alcohol, and a high reaction rate can be obtained even in a small amount. Therefore, even a solution composed of racemic alcohol and a required amount of vinyl propionate can be dispersed and stirred, and it is not necessary to add a solvent to disperse the lipase. Therefore, it is possible to set reaction conditions with a small amount of liquid and extremely high productivity.
[0013]
The present invention can be easily carried out by adding an immobilized lipase to a mixed solution composed of vinyl propionate containing hydroquinone and racemic alcohol and stirring the mixture.
The amount of immobilized lipase is appropriately selected depending on the setting of the reaction time because it is directly proportional to the reaction rate. Incidentally, as a condition for completing the reaction in 25 hours at 25 ° C., 1.0 g / mol is a standard, and the reaction completion time is determined according to the amount of immobilized lipase used.
[0014]
Usually, the amount of the immobilized lipase used is preferably in the range of 0.1 to 10 g / mol with respect to the secondary alcohol from the viewpoint of productivity and economy.
Here, the reaction completion is the time when almost all of the R-form alcohol in the racemic alcohol has reacted, and means a reaction rate of about 50% based on the racemic alcohol. In addition, when the amount of vinyl propionate used is less than the theoretical amount (less than half of the racemic alcohol), it means the point at which almost the entire amount of vinyl propionate is consumed.
The unit (g / mol) of the immobilized lipase used is the weight of the immobilized lipase used per mole of racemic alcohol.
[0015]
Vinyl propionate is preferably used with hydroquinone added to prevent polymerization during the asymmetric transesterification reaction.
The amount of hydroquinone added is appropriately selected within the range of 1 to 1,000 ppm depending on the reaction time. For example, if the reaction time is within 20 hours, the addition of 1 to 10 ppm can sufficiently prevent polymerization. However, if the reaction time is 100 hours or longer, the addition of 1,000 ppm is desirable. Hydroquinone can be added in an amount of 1,000 ppm or more, but the ability to prevent polymerization is meaningless because there is no difference.
[0016]
The amount of vinyl propionate used is 0.5 times the theoretical amount of racemic alcohol (1 times the mole of R-form alcohol). However, when almost the entire amount of the R-form alcohol is reacted, it is desirable to use up to about 0.6 times mole in order to prevent the reaction rate from decreasing at the end of the reaction. Incidentally, the reaction rate does not improve even when 0.6 mol or more is used.
On the other hand, when the produced R-form propionate is obtained with high optical purity, a method of stopping the reaction in a reaction time with a low reaction rate is common. In such a case, by using about 0.3 times mole of vinyl propionate, it is possible to automatically stop the reaction at a reaction rate of about 30% (reaction rate of 60% on the R-form basis). It can be carried out without constantly monitoring the reaction rate.
[0017]
The reaction temperature is appropriately selected in the range of 0 to 70 ° C. depending on the desired reaction rate and the optical purity of the product.
This is because the reaction rate increases with an increase in the reaction temperature up to 70 ° C, but conversely, the enantioselectivity is somewhat lowered. For example, when the reaction is performed at 70 ° C, the reaction takes a short time. However, the optical purity of the produced R-form propionate is somewhat lower than that when the reaction is carried out at a low temperature.
Usually, it is preferable to carry out an asymmetric transesterification reaction at 20 to 40 ° C. as a satisfactory range of enantioselectivity at a sufficient reaction rate.
[0018]
Next, a method for separating each enantiomer after the asymmetric transesterification reaction will be described.
When the asymmetric transesterification reaction is completed, the immobilized lipase is separated by filtration, and the filtrate is distilled to obtain S-form alcohol and R-form propionate.
This R-form propionate can be converted to an R-form alcohol by carrying out normal alkaline hydrolysis.
[0019]
【The invention's effect】
As an effect of the present invention, since the activity of the lipase used is high, the amount used is small, and it is not necessary to add a solvent for dispersing the lipase.
Further, since there is no loss due to the polymerization of vinyl propionate, the amount of vinyl propionate used is almost the theoretical amount, and the economy is improved.
Furthermore, the reaction rate of the asymmetric transesterification can be controlled by the amount of vinyl propionate used.
As a result, the amount of the reaction solution is minimized, and an optically active secondary alcohol can be produced by an extremely economical and highly productive method.
[0020]
【Example】
Next, the method of the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
Example 1: Production of optically active sec-hexanol
(1) Asymmetric transesterification.
Add 601 g (6 mol) vinyl propionate and 0.006 g hydroquinone to 1,022 g (10 mol) racemic sec-hexanol, and finally add 10 g lipase (Novozym 435: Novo Nordisk) and stir at 25 ° C. For 20 hours.
[0021]
The reaction rate in 20 hours was 50.5%. At this point, lipase was removed by filtration, the filtrate was distilled at 100 mmHg, and 408 g of S-hexanol in the S form at a boiling point = 85 ° C. (yield = 80 %, Purity = 99.7%, optical purity = 99.5% ee), boiling point = 593 g of R-sec-hexylpropionate at 106 ° C (yield = 75%, purity = 99.8%, optical purity = 97.5% ee) (Propionate corresponding to the raw material alcohol produced by this asymmetric transesterification is simply abbreviated as propionate in the future, and each enantiomer is indicated with an R-form and an S-form, respectively).
[0022]
Further, 211 g of a fraction comprising S-form sec-hexanol / R-form propionate = 35% / 65% was recovered as a mixed fraction due to insufficient separation of distillation.
Further, 593 g of the above R-form sec-hexylpropionate was alkali-hydrolyzed to obtain 337 g of R-form sec-hexanol (yield = 88%, purity = 99.7%, optical purity = 97.3% ee).
The identity of the product was confirmed by the fact that it was the same as a commercial product by structural analysis by NMR spectrum. The optically active substance was confirmed by measuring the optical rotation.
The optical purity of the optically active alcohol was determined from the peak area ratio after being converted into acetate with pyridine / acetic anhydride and then analyzed with an optically active gas chromatograph (CP Cyclodex β236M).
[0023]
(2) Measurement of changes over time.
By tracking the asymmetric transesterification performed in (1) above, the activity and enantioselectivity of the lipase can be measured. The method will be described below.
For reaction tracking, take a part of the reaction solution (about 0.2 ml (milliliter)), add 1 ml each of acetic anhydride / pyridine, convert unreacted 2-hexanol into acetate, and analyze this solution with optically active substance analysis. Was analyzed with a conventional gas chromatograph (CP Cyclodex β236M).
As a result of this analysis, the composition of each enantiomer could be measured as the asymmetric transesterified R form as propionate and the unreacted alcohol as acetate. The results are shown in Table 1.
[0024]
[Table 1]

[0025]
When the change with time was plotted according to the first-order reaction equation, a linear relationship was obtained, and it was found that the reaction rate was first-order with respect to the concentration of each enantiomer.
Primary reaction formula: ln (C / Co) =-kt
C: concentration at time t, Co: initial concentration, k: reaction rate constant, t: reaction time and slope, reaction rate constant of R form = 0.30 hr ⁻¹
Reaction rate constant of S form = 0.0006 hr ^-1
The enantioselectivity (E value) represented by the difference in the reaction rate of R-form / S-form was E = 494. The measurement result of the change with time and the result of plotting according to the first-order reaction rate equation are shown in FIGS.
[0026]
Example 2: Effect of reaction rate on the amount of vinyl propionate.
0.1g of Novozym 435 was added to a mixture of racemic sec-hexanol 10.2g (0.1mol) and vinyl propionate (containing 1,000ppm of hydroquinone) 3g (0.03mol), and asymmetric transesterification was performed at 25 ° C. .
As a result of measuring the change over time of the reaction in the same manner as in Example 1, the reaction rate constant of R-form was 0.31 hr ⁻¹ .
[0027]
The reaction rate after the reaction for 3 hours was 26% (52% on the basis of R isomer) with respect to racemic sec-hexanol, and the optical purity of propionate was 99.5% ee.
The reaction rate after 24 hours reaction was 29%, and the optical purity of propionate was 99.3% ee.
In general, when the produced propionate is obtained with extremely high optical purity, it is necessary to monitor the reaction rate as needed to stop the reaction before the optical purity is lowered.
However, in the method of the present invention, the reaction rate can be controlled by the amount of vinyl propionate, and it is not necessary to monitor the reaction rate as needed.
[0028]
Reference Example 1: When the amount of vinyl propionate is excessive.
Except for using the amount of vinyl propionate of Example 2 of 10 g (0.1 mol) (1 mol per 1 mol of racemic sec-hexanol, 2 mol of the theoretical amount), it was exactly the same as Example 2. Asymmetric transesterification was carried out, and the change with time of the reaction was measured in the same manner as in Example 1.
The reaction rate constant of the R form was 0.3 hr ⁻¹ , which was the same as in Example 1, and no increase in the reaction rate was observed even when vinyl propionate was used in excess.
Therefore, the amount of vinyl propionate required to react almost the entire amount of R-form alcohol is sufficient to be 0.6 times mole of racemic alcohol (1.2 times mole of R-form alcohol) as used in Example 1. Any further usage was meaningless.
[0029]
Examples 3 and 4: Relationship between lipase usage and reaction rate.
The amount of Novozym 435 shown in Table 2 was added to a mixture of racemic sec-hexanol 10.2 g (0.1 mol) and vinyl propionate (containing 1,000 ppm of hydroquinone) 6 g (0.06 mol) and asymmetric at 25 ° C. A transesterification reaction was performed.
In the same manner as in Example 1, the reaction change with time was measured, and the reaction rate was measured.
The results are shown in Table 2. It can be seen from Table 2 that the reaction rate is almost directly proportional to the amount of Novozyme 435 used, and that any reaction completion time can be set depending on the amount of Novozyme 435 used.
[0030]
[Table 2]

[0031]
Comparative Example 2: Reaction without adding hydroquinone.
Using 6 g of vinyl propionate not containing hydroquinone instead of vinyl propionate containing 1,000 ppm of hydroquinone in Example 3, an asymmetric transesterification reaction was carried out in the same manner as in Example 3, and the change over time of the reaction was measured in the same manner. did.
The reaction rate after 20 hours was 18%, and the reaction rate constant at this point was 0.023 hr ⁻¹ . However, the reaction rate at the time of reaction for 120 hours was 27%, which was lower than that in Example 3.
Further, when the abundance of vinyl propionate at this time was analyzed by gas chromatography, it was found that it contained only 11% of the initial addition and was consumed in addition to asymmetric transesterification. Furthermore, when this reaction liquid was added to hexane, polyvinyl acetate precipitated. Therefore, it was found that vinyl propionate was decreased by polymerization.
[0032]
Example 5: Difference in reaction rate and enantioselectivity depending on reaction temperature.
Add 0.1g of Novozym 435 to a mixture of racemic sec-hexanol 10.2g (0.1mol) and vinyl propionate (containing 1,000ppm of hydroquinone) 6g (0.06mol) and asymmetric at the reaction temperature shown in Table 3 A transesterification reaction was performed.
And the time-dependent change of reaction was measured like Example 1, and reaction rate and enantioselectivity were calculated | required. The results at each temperature are shown in Table 3.
Up to 70 ° C., the higher the reaction temperature, the faster the reaction rate, but the enantioselectivity represented by the difference in the reaction rate between R and S isomers decreased. When reacted at 70 ° C. for 4 hours, the reaction rate was 50%, and the optical purity was S-form = 97% ee and R-form = 94% ee. In contrast, the reaction rate when reacted at 10 ° C. for 35 hours was the same as 50%, but the optical purity was S-form = 98.7% ee and R-form = 98.5% ee.
[0033]
[Table 3]

[0034]
Examples 6-12
An asymmetric transesterification reaction was carried out using vinyl propionate and Novozym 435 in the same manner as in Example 1 except that each racemic alcohol shown in Table 4 was used instead of the racemic sec-hexanol of Example 1. It was.
The change with time was measured in the same manner as in Example 1 to determine the reaction rate constant and enantioselectivity. The results obtained are summarized in Table 4.
After completion of the reaction, Novozym 435 was filtered off, and the filtrate was distilled to obtain the corresponding S-form alcohol and R-form propionate.
However, in Example 6 and Example 11, the reaction scale was 1/100 (0.1 mol scale) of Example 1, and only the change with time was measured.
The results in each Example are summarized in Tables 4 and 5. The NMR spectrum of (+)-R-7-ethoxy-2-heptanol in Example 12 is shown in Table 6.
[0035]
[Table 4]

[0036]
[Table 5]

[0037]
[Table 6]

[Brief description of the drawings]
1 is a graph of change over time showing the composition ratio of each component at each reaction time in the asymmetric transesterification reaction of Example 1. FIG.
FIG. 2 is a graph in which the composition change in the asymmetric transesterification reaction of Example 1 is plotted according to the primary reaction equation, and shows that the reaction is a primary reaction because of the linear relationship.

Claims

A racemic secondary alcohol represented by the following general formula (1): vinyl propionate containing 1 to 1,000 ppm of hydroquinone in the presence of an immobilized enzyme in which a lipase derived from Candida antarcica is immobilized on a porous acrylic resin ; A method for producing an optically active secondary alcohol, characterized in that an optical resolution is carried out by asymmetric transesterification reaction by reacting and selectively making R form a propionic acid ester.
General formula (1): CH ₃ CH (OH)-(CH ₂ ) _m R (wherein m is an integer of 2 to 8, R is a hydrogen atom or an alkyloxy group having 4 or less carbon atoms)

The method for producing an optically active secondary alcohol according to claim 1, wherein the amount of the lipase used is 0.1 to 10 g / mol with respect to 1 mol of the racemic secondary alcohol of the general formula (1).

2. The optical activity according to claim 1, wherein the amount of the vinyl propionate used is 0.3 to 0.6 times mol (0.6 to 1.2 times mol of the enantiomer to be reacted) with respect to the racemic secondary alcohol of the general formula (1). A method for producing secondary alcohol.

The method for producing an optically active secondary alcohol according to claim 1, wherein the reaction temperature of the asymmetric transesterification is 20 to 40 ° C.