JP4547470B2 - Optically active glycerol diricinoleate and process for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、ヒマシ油をリパーゼにより加水分解して光学活性なジアシルグリセロール(ジリシノール酸グリセロールを意味するものとし、以下同様とする)を製造する方法及びそれによって得られるジアシルグリセロールの光学異性体に関わる。 The present invention relates to a method for producing optically active diacylglycerol (which means glycerol diricinoleate, hereinafter the same) by hydrolyzing castor oil with lipase , and an optical isomer of diacylglycerol obtained thereby. .
ヒマシ油は植物油の一種であり他の植物油と同様にトリグリセロールの構造を有しており、また市場に安定的に供給されている安価な油であるが、トリグリセロールを構成する脂肪酸が一般の植物油と違い主成分がリシノール酸であるため他の植物油にない特徴を有している。そのためヒマし油は食用油として認められていないものの、医薬品、化粧品、工業製品分野で幅広く利用されている。例えば、ヒマシ油脂肪酸であるリシノール酸は、潤滑剤、界面活性剤、塗料用樹脂、化粧品の原料として、ヒマシ油エステルは可塑剤、潤滑剤、顔料分散剤、香粧品の原料として、又、ヒマシ油系ポリオール類はウレタン用途としてエラストマー、塗料、接着剤、電気絶縁材などに用いられる。 Castor oil is a kind of vegetable oil and has the structure of triglycerol like other vegetable oils, and is an inexpensive oil that is stably supplied to the market. Unlike vegetable oil, the main component is ricinoleic acid, so it has characteristics not found in other vegetable oils. Therefore, although castor oil is not recognized as an edible oil, it is widely used in the fields of pharmaceuticals, cosmetics and industrial products. For example, castor oil fatty acid ricinoleic acid is used as a raw material for lubricants, surfactants, coating resins, and cosmetics, and castor oil ester is used as a raw material for plasticizers, lubricants, pigment dispersants, and cosmetics. Oil-based polyols are used for elastomers, paints, adhesives, electrical insulating materials and the like for urethane applications.
上述のリシノール酸およびエステルはヒマシ油を加水分解して得られるが、加水分解の方法として、アルカリ化触媒等を用いる化学的合成方法とリパーゼを触媒とする生物学的合成方法がある。一般的に、化学的合成法は大量生産に適しているが高温高圧反応であり、品質的にも改良が必要とされている。そこで、常温常圧下で固定化リパーゼを用いて行う反応(非特許文献1, 及び、特許文献1参照)、及びリパーゼを用いてヒマシ油から直接リシノール酸縮合物を生産する方法(特許文献2参照)、4種類の細菌由来のリパーゼ(Candida antarctica, Rhizomucor miehei, Pseudomonas cepacia, Penicillium roquefortii)を用いて、ヒマシ油に含まれる毒素リシン(Ricin)を含まないリシノール酸を製造する方法等が報告されている(非特許文献2参照)。
The above-mentioned ricinoleic acid and ester can be obtained by hydrolyzing castor oil. As the hydrolysis method, there are a chemical synthesis method using an alkalizing catalyst and a biological synthesis method using lipase as a catalyst. In general, the chemical synthesis method is suitable for mass production, but is a high-temperature and high-pressure reaction, and improvement in quality is required. Therefore, a reaction performed using immobilized lipase under normal temperature and normal pressure (see Non-Patent
ところで、植物油または魚油等から得られる脂肪酸とグリセリンのエステルであるジアシルグリセロール(DAG)は、食品、医薬品および化粧品の乳化剤として有用なことが知られている。食用としてのDAGは、人体に吸収されやすく且つ吸収されても中性脂肪とならない健康的な食用油としてトリアシルグリセロール(TAG)の代替品となっている。ここで、DAGを食品、医薬品等に使用する場合、光学異性体としての検討が必要であり、例えば非特許文献3は、ヤシ油に存在するDAGの鏡像異性体について報告している。
By the way, it is known that diacylglycerol (DAG) which is an ester of fatty acid and glycerin obtained from vegetable oil or fish oil is useful as an emulsifier for foods, pharmaceuticals and cosmetics. Edible DAG is an alternative to triacylglycerol (TAG) as a healthy edible oil that is easily absorbed by the human body and does not become neutral fat when absorbed. Here, when using DAG for a foodstuff, a pharmaceutical, etc., examination as an optical isomer is required, for example,
さて、加水分解酵素であるリパーゼは、一般に安価で耐熱性、耐溶媒性に優れ、多種類にわたって入手しやすく、且つ、a.立体選択性を有する、b.穏和な条件で合成反応が可能である、c.位置選択的反応/官能基選択的反応が可能である、等の特長がある。例えば、非特許文献4では、22種類の細菌由来のリパーゼを使用して、TAGから1,2(2,3)-DAGを合成する検討が行われている。
The lipase, which is a hydrolase, is generally inexpensive, excellent in heat resistance and solvent resistance, easily available in many types, and a. Having stereoselectivity, b. A synthetic reaction is possible under mild conditions, c. Features such as regioselective reaction / functional group selective reaction are possible. For example, in Non-Patent
上述の様に、ヒマシ油をリパーゼにより加水分解して、リシノール酸およびエステルを合成する反応検討、植物油又は魚油等から得られるトリアシルグリセロール(TAG)を細菌由来のリパーゼによりジアシルグリセロール(DAG)に加水分解する反応検討、および植物油や魚油等に含まれるDAGのキラリティーに関する検討は既にある。又、ジアシルグリセロール(DAG)は、グリセロール骨格のC−2がキラル中心となり、光学異性体が存在することも公知である。しかしながら、ヒマシ油を原料として得られるTAGを、細菌由来のリパーゼにより加水分解して、光学活性なジアシルグリセロール(DAG)を効率的に合成する検討、および該DAGの光学異性体に関する検討は未だ詳細に行われていない。従って、本発明の課題は、ヒマシ油を原料として、細菌由来のリパーゼにより光学分割して、光学活性なジアシルグリセロールを合成する方法、及び光学異性体が解明されたジアシルグリセロールを提供することにある。 As described above, a reaction study in which castor oil is hydrolyzed with lipase to synthesize ricinoleic acid and ester, triacylglycerol (TAG) obtained from vegetable oil or fish oil or the like is converted to diacylglycerol (DAG) by lipase derived from bacteria. There are already studies on the hydrolysis reaction, and on the chirality of DAG contained in vegetable oil, fish oil, and the like. It is also known that diacylglycerol (DAG) has an optical isomer with C-2 of the glycerol skeleton being a chiral center. However, studies on efficiently synthesizing optically active diacylglycerol (DAG) by hydrolyzing TAG obtained from castor oil as a raw material with a lipase derived from bacteria, and studies on optical isomers of the DAG are still in detail. Not done. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for synthesizing optically active diacylglycerol by using optically resolved lipase derived from castor oil as a raw material, and diacylglycerol whose optical isomer has been elucidated. .
本発明者らは上記の課題を解決するため、ヒマシ油を精製して得られるトリグリセリドを、細菌由来の3種類のリパーゼを用いて、種々の温度及び時間下で加水分解した。結果として得られるジリシノール酸グリセロールは光学異性体を含んでいるため、速度論的光学分割が可能である。ここで、速度論的光学分割とは、異性体が存在する場合に各異性体の反応速度が異なることから異性体を分離することができる現象を利用したものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors hydrolyzed triglyceride obtained by purifying castor oil at various temperatures and times using three kinds of lipases derived from bacteria. The resulting glycerol diricinoleate contains optical isomers, so kinetic optical resolution is possible. Here, kinetic optical resolution utilizes a phenomenon in which isomers can be separated from each other because the reaction rates of the isomers are different when isomers exist.
次に、上記の様にして得られたジリシノールグリセロールをベンゾイル化した後、高速液体クロマトグラフィ(HPLC)によってジアステレオ選択性を決定し、本発明に至った。ここで、ジアステレオ選択性(diastereo-selection)とは、キラルな部分とプロキラルな部分、あるいはもう一つのキラルな部分を持つ分子の、キラル中心とプロキラル中心、あるいはもう一つのキラル中心を含む分子平面の表裏を識別することを意味する。 Next, after diricinol glycerol obtained as described above was benzoylated, diastereoselectivity was determined by high performance liquid chromatography (HPLC), and the present invention was achieved. Here, diastereo-selection is a molecule that contains a chiral center and a prochiral part, or another chiral part, a chiral center and a prochiral center, or another chiral center. This means identifying the front and back of the plane.
具体的に本発明は、ヒマシ油を精製して得られる高純度トリリシノール酸グリセロールを、シュードモナス・セパシア菌(Pseudomonascepacia)由来のリパーゼPS、又は、シュードモナス・フルオレッセンス菌(Pseudomonas fluorescens)由来のリパーゼAKにより、テトラヒドロフラン(THF)とリン酸緩衝液等の有機溶媒中で加水分解して、光学活性な2,3−ジリシノール酸グリセロールおよび1,2−ジリシノール酸グリセロールを得るための製造方法に関わる。ここで、ジリシノールグリセロールの光学異性体に関わる表記法は、sn表示(stereospecific numbering system)に従った。 Specifically, the present invention relates to a highly purified glycerol triricinoleate obtained by purifying castor oil, a lipase PS derived from Pseudomonas cepacia, or a lipase AK derived from Pseudomonas fluorescens. To a production method for obtaining optically active 2,3-diricinoleic acid glycerol and 1,2-diricinoleic acid glycerol by hydrolysis in an organic solvent such as tetrahydrofuran (THF) and a phosphate buffer. Here, the notation relating to the optical isomers of diricinol glycerol followed the sn-specific (stereospecific numbering system).
更に、次の発明は、前記の製造方法により得られる1,2(2,3)−ジリシノール−sn−グリセロールにおいて、2,3−ジリシノール−sn−グリセロールの1,2−ジリシノール−sn−グリセロールに対するジアステレオマー過剰率が90%de以上であることを特徴とする1,2(2,3)−ジリシノール−sn−グリセロールに関わる。ここで、2,3−ジリシノール−sn−グリセロールは、光学異性体における2R配置を、1,2−ジリシノール−sn−グリセロールは光学異性体における2S配置を示し、又、ジアステレオマー過剰率%deは、ジアステレオマーどうしの混合割合を示す尺度を意味する。ここで90%de以上としたのは、高濃度の2,3−ジリシノール−sn−グリセロールを得るためである。
なお、ジリシノールグリセロールの光学異性体に関わる表記法は、sn表示(stereospecific numbering system)に従った。
In addition, the following invention is 1,2 obtained by the production method of (2,3) - in Jirishinoru -sn- glycerol, 2,3 Jirishinoru -sn- glycerol for 1,2 Jirishinoru -sn- glycerol It relates to 1,2 (2,3) -diricinol- sn-glycerol, characterized in that the diastereomeric excess is 90% de or more. Here, 2,3- dilicinol- sn-glycerol shows the 2R configuration in the optical isomer, 1,2- diricinol- sn-glycerol shows the 2S configuration in the optical isomer, and the diastereomeric excess% de Means a scale indicating the mixing ratio of diastereomers. Here, 90% de or more is used in order to obtain a high concentration of 2,3- diricinol- sn-glycerol.
In addition, the notation concerning the optical isomer of diricinol glycerol followed the sn display (stereospecific numbering system) .
本発明によるヒマシ油由来の光学活性な1,2(2,3)−ジアシル−sn−グリセロール及び90%de以上のジアステレオマー過剰率を有する2,3−ジアシル−sn−グリセロールの提供により、液晶材料等の電子材料または医薬品前躯体または食品添加剤または化粧品添加剤等の工業製品に、好適に利用できる。 By providing optically active 1,2 (2,3) -diacyl-sn-glycerol derived from castor oil according to the invention and 2,3-diacyl-sn-glycerol having a diastereomeric excess of 90% de or more, It can be suitably used for electronic materials such as liquid crystal materials, pharmaceutical precursors, industrial products such as food additives or cosmetic additives.
以下に、本発明の実施形態について、実施例を用いて詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は、下記の実施形態によって限定されるものではなく、その要旨を変更することなく、様々に改変して実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail using examples. However, the technical scope of the present invention is not limited by the following embodiments, and various modifications can be made without changing the gist thereof. It can be carried out with modification. Further, the technical scope of the present invention extends to an equivalent range.
<基質トリリシノール酸グリセロール及び各種試薬の準備>
基質のトリリシノール酸グリセロールは、(株)伊藤製油から提供されたヒマシ油を展開溶媒(ヘキサン:酢酸エチル=4:1)でシリカゲルカラムクロマトグラフィーを用い精製し、高純度トリグリセリド(トリリシノール酸グリセリド)を得た(図1)。テトラヒドロフラン(THF),ジエチルエーテルは、ナトリウムベンゾフェノンケチルから使用直前に蒸留したものを使用した。その他の試薬類は、市販品を蒸留するかもしくはそのまま使用した。
<Preparation of substrate triglycinyl glycerol and various reagents>
The substrate glycerol triricinoleate was prepared by purifying castor oil provided by Ito Oil Co., Ltd. using silica gel column chromatography with a developing solvent (hexane: ethyl acetate = 4: 1) to obtain high-purity triglyceride (triricinoleic acid glyceride). ) Was obtained (FIG. 1). Tetrahydrofuran (THF) and diethyl ether were distilled from sodium benzophenone ketyl immediately before use. For other reagents, commercially available products were distilled or used as they were.
<リパーゼPSによるトリリシノール酸グリセロールの室温での加水分解>
このようにして得た純粋なトリリシノール酸グリセロールを基質として、シュードモナス・セパシア菌(Pseudomonas cepacia)由来のリパーゼPSにより速度論的光学分割を行った。その方法は、ヒマシ油由来のグリセロール(トリ−12−ヒドロキシ−cis−9−オクタデケノイルグリセロール)93.3mgに、THF0.5mLとリン酸緩衝溶液1.5mLを加え数分間攪拌したあと、リパーゼPS5.0mgを加え、室温(20〜23℃)で10分間攪拌し、セライトろ過により酵素を除去することにより反応を停止させた。この反応について時間検討を行った結果を図2に示す。
なお、このとき得られると考えられる生成物は、原料であるトリアシルグリセロール(TAG)と、1−位もしくは3−位が加水分解されたジアシルグリセロール(1,2- or 2,3-DAG)、2−位が加水分解されたジアシルグリセロール(1,3-DAG)、1−位と2−位もしくは2−位と3−位が加水分解されたモノアシルグリセロール(1- ,3-MAG)、1−位と3−位が加水分解された(2-MAG)、すべてのアシル基が加水分解されたグリセロール、ヒマシ油の脂肪酸であるリシノール酸(FA)がある。
<Hydrolysis of glycerol triricinoleate with lipase PS at room temperature>
Kinetic optical resolution was performed with lipase PS derived from Pseudomonas cepacia using the pure glycerol triricinoleate thus obtained as a substrate. The method is as follows. To 93.3 mg of glycerol derived from castor oil (tri-12-hydroxy-cis-9-octadekenoylglycerol), 0.5 mL of THF and 1.5 mL of a phosphate buffer solution are added and stirred for several minutes, and then lipase. PS 5.0mg was added, it stirred at room temperature (20-23 degreeC) for 10 minutes, and reaction was stopped by removing an enzyme by cerite filtration. The results of a time study on this reaction are shown in FIG.
The product considered to be obtained at this time is triacylglycerol (TAG) as a raw material and diacylglycerol (1,2- or 2,3-DAG) hydrolyzed at the 1-position or 3-position. Diacylglycerol hydrolyzed at 2-position (1,3-DAG), monoacylglycerol hydrolyzed at 1-position and 2-position or 2-position and 3-position (1-, 3-MAG) 1-position and 3-position hydrolyzed (2-MAG), glycerol with all acyl groups hydrolyzed, and ricinoleic acid (FA) which is a fatty acid of castor oil.
図2に示すように、30分反応させたとき最も良い収率で1,2(2,3)−ジアシル−sn−グリセロールを得ることができた。一方、1,3−DAGは得られなかった。同様にモノアシルグリセロールは2−MAGのみ得られた。リパーゼによる加水分解は、一般に一級のエステルと二級のエステルでは、一級のエステルに対し反応が非常に速く進行するためこのような結果になったと考えられる。 As shown in FIG. 2, 1,2 (2,3) -diacyl-sn-glycerol was obtained with the best yield when reacted for 30 minutes. On the other hand, 1,3-DAG was not obtained. Similarly, only 2-MAG was obtained as monoacylglycerol. Hydrolysis by lipase is considered to have such a result because the reaction of the primary ester and the secondary ester generally proceeds very quickly with respect to the primary ester.
<ジアステレオマー過剰率の測定>
次に、このジアシルグリセロールをベンゾイル化させた後、キラルカラムCHIRALCEL OD(ヘキサン:2−プロパノール=50:1)を用いた高速液体クロマトグラフィーによってジアステレオ選択性を決定した。結果を図3及び図4に示す。
<Measurement of diastereomeric excess>
Next, this diacylglycerol was benzoylated and then diastereoselectivity was determined by high performance liquid chromatography using a chiral column CHIRALCEL OD (hexane: 2-propanol = 50: 1). The results are shown in FIGS.
図3、4に示すように、30分のとき最も良いジアステレオ選択性92.2%deを得ることができた。しかし、その後反応の進行とともにジアステレオ選択性は低下した。これは、リパーゼによる加水分解が可逆反応であり、一度、2−モノアシルグリセロールとなったものが、エステル化されるためにこのような結果になったと考えられる。また、絶対構造の決定はジベンゾエート法を用いた。この方法は、ジアシルグリセロールの二つのアシル基が、Grignard試薬により除去されるため脂肪酸の種類を選ばない利点がある。まずジアシルグリセロールのヒドロキシ基を、tert−ブチルジメチルシリル基で保護した後、ジエチルエーテル中エチルマグネシウムブロミドを用いアシル基を除去し、生じたヒドロキシ基をベンゾイル基で保護することにより、1−O−tert−ブチルジメチルシリル−2,3−O−ベンゾイル−sn−グリセロールを得た(図5)。図5に示すように、今回リパーゼPSによる加水分解により得られたジアシルグリセロールは、「α」D 23.7 −16.4°(c 0.227、methanol)であったため、加水分解された2,3−ジアシル−sn−グリセロールはR−体と決定した。 As shown in FIGS. 3 and 4, the best diastereoselectivity of 92.2% de was obtained at 30 minutes. However, diastereoselectivity decreased with the progress of the reaction thereafter. This is probably because hydrolysis by lipase is a reversible reaction, and once 2-monoacylglycerol was esterified, such a result was obtained. The absolute structure was determined using the dibenzoate method. This method has an advantage that the type of fatty acid is not limited because the two acyl groups of diacylglycerol are removed by the Grignard reagent. First, after protecting the hydroxy group of diacylglycerol with a tert-butyldimethylsilyl group, the acyl group is removed using ethylmagnesium bromide in diethyl ether, and the resulting hydroxy group is protected with a benzoyl group to give 1-O—. tert-Butyldimethylsilyl-2,3-O-benzoyl-sn-glycerol was obtained (FIG. 5). As shown in FIG. 5, diacylglycerol obtained by hydrolysis with this lipase PS is "α" D 23.7 -16.4 ° (c 0.227, methanol) because it was, was hydrolyzed 2 , 3-diacyl-sn-glycerol was determined as R-form.
<リパーゼPSによるトリリシノール酸グリセロールの0℃での加水分解>
上記と同じ方法により、純粋なトリリシノール酸グリセロールを0℃において、リパーゼPS5.0mgを用いて加水分解した。その結果を図6に示す。図6に示すように、反応温度が0℃の場合、反応時間が90分の時、最も良い収率28%でジアシルグリセロールを得た。また、室温で反応を行ったときと同様に、ジアシルグリセロールをベンゾイル化させることでジアステレオ選択性を決定した(図7及び図8)。図7,8に示すように、120分の場合にジアステレオ選択性76.2%deでジアシルグリセロールを得ることができたが、最高でも20分の場合にジアステレオ選択性89.2%de であった。これは、反応温度を下げたため、酵素の活性が低下したためと考えられる。
<Hydrolysis of glycerol triricinoleate at 0 ° C. with lipase PS>
By the same method as described above, pure glycerol triricinoleate was hydrolyzed at 0 ° C. with 5.0 mg of lipase PS. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 6, when the reaction temperature was 0 ° C., diacylglycerol was obtained with the best yield of 28% when the reaction time was 90 minutes. In addition, diastereoselectivity was determined by benzoylating diacylglycerol as in the case of performing the reaction at room temperature (FIGS. 7 and 8). As shown in FIGS. 7 and 8, diacylglycerol could be obtained with diastereoselectivity 76.2% de at 120 minutes, but diastereoselectivity 89.2% de at maximum 20 minutes. Met. This is thought to be because the enzyme activity decreased because the reaction temperature was lowered.
<リパーゼPPLによるトリリシノール酸グリセロールの室温での加水分解>
次に、同様の方法により、リパーゼによる選択性の違いを見るために、ブタ膵臓リパーゼPPL10.0mgを用いて、純粋なトリグリセリドの加水分解を行った。結果を図9に示す。図9に示すように、リパーゼPPLを用いたとき反応はリパーゼPSに比べ、反応は非常にゆっくり進行し60時間のとき最も収率が良く27%であった。
更にジアステレオ選択性を決定した結果を図10及び図11に示す。図10,11に示すように、光学純度は時間の経過とともに低下し、最高でも20時間の時の31%deであった。また得られたジアシルグリセロールの立体配置は、HPLCにより検出されたピークの時間からリパーゼPSと同様にR−体であった。
<Hydrolysis of glycerol triricinoleate with lipase PPL at room temperature>
Next, by the same method, pure triglyceride was hydrolyzed using 10.0 mg of porcine pancreatic lipase PPL in order to see the difference in selectivity due to lipase. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 9, when lipase PPL was used, the reaction proceeded very slowly as compared to lipase PS, and the yield was the best at 27% at 60 hours.
Furthermore, the result of having determined diastereoselectivity is shown in FIG.10 and FIG.11. As shown in FIGS. 10 and 11, the optical purity decreased with time, and was 31% de at the maximum of 20 hours. Further, the configuration of the obtained diacylglycerol was R-form in the same manner as lipase PS from the time of the peak detected by HPLC.
<リパーゼAKによるトリリシノール酸グリセロールの室温での加水分解>
次に、同様の方法により、リパーゼPSと同じシュードモナス属の細菌であるシュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens)由来のリパーゼAK5.0mgを用い、純粋なトリグリセリドの加水分解を行った。結果を図12に示す。図12に示すように、加水分解時間が2時間の時、上述の3種類のリパーゼのうち最も良い46%の収率でジアシルグリセロールが得られた。また、図13及び図14に示すように、ジアステレオ選択性においても90%de以上の良好なジアステレオ選択性で、R−体のジアシルグリセロールが得られた。
<Hydrolysis of glycerol triricinoleate at room temperature with lipase AK>
Next, pure triglyceride was hydrolyzed by the same method using 5.0 mg of lipase AK derived from Pseudomonas fluorescens, which is the same genus of Pseudomonas as lipase PS. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 12, when the hydrolysis time was 2 hours, diacylglycerol was obtained in the best yield of 46% among the above-mentioned three kinds of lipases. Further, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, R-form diacylglycerol was obtained with good diastereoselectivity of 90% de or more in diastereoselectivity.
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