JP5600993B2 - ポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法に関する。
ポリカーボネートジオールジアクリレート化合物は、インキ、塗料、コーティング材料、接着剤、光硬化性樹脂、架橋剤、電解質材料、その他の樹脂等の原料として有用な化合物である。例えば、特許文献１には、ポリカーボネートジオールジアクリレートを用いたフィルム状光導波路が開示されている。
ポリカーボネートジオールジアクリレート化合物を製造する方法としては、ポリカーボネートジオールとアクリル酸をｐ−トルエンスルホン酸等のプロトン酸触媒の存在下で反応させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、この方法では、得られるポリカーボネートジオールジアクリレート化合物が茶色に着色するという製品の品質に係る大きな問題があった。更に、この方法では、原料のアクリル酸を過剰に用いるため、合成後、それらを中和して水洗することにより除去しても、得られる生成物中に、酸性触媒、原料に起因する硫黄分、不純物が残存し、品質の悪化(悪臭、金属腐食)が起こりやすいという課題がある。
しかし、この方法では、得られるポリカーボネートジオールジアクリレート化合物が茶色に着色するという製品の品質に係る大きな問題があった。更に、この方法では、原料のアクリル酸を過剰に用いるため、合成後、それらを中和して水洗することにより除去しても、得られる生成物中に、酸性触媒、原料に起因する硫黄分、不純物が残存し、品質の悪化(悪臭、金属腐食)が起こりやすいという課題がある。
また、ポリカーボネートジオールとアクリル酸エステル化合物を、有機金属触媒存在下、生成するアルコールを抜き出しながら反応させることによるポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。しかし、有機金属触媒由来の金属成分の残留は、品質の悪化を起こすため、触媒成分の分解、回収工程が必要となる。
酸触媒や金属成分を用いず、比較的低温にて、遊離水酸基をアクリレート化する手法として、リパーゼを酵素触媒に用いた手法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、ポリカーボネートジオールを基質としてリパーゼを用いてアクリレート化した例は、全く知られていない。
Industrial Biotechnology 5巻,110項(２００９年)
本発明の目的は、従来技術における上記のような課題を解決することにある。具体的には、プロトン酸や金属成分を用いず、ポリカーボネートジオールとアクリル酸エステル化合物から、ポリカーボネートジオールジアクリレート化合物を製造する方法を提供することにある。ここで、ポリカーボネートジオールジアクリレート化合物は、ポリカーボネートジオールの末端水酸基がアクリル酸エステル化合物でアクリレート化された化合物をいうこととする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、リパーゼ存在下、ポリカーボネートジオールとアクリル酸エステル化合物とのエステル交換反応によりポリカーボネートジオールジアクリレート化合物を製造することからなる、新規な工業的製造プロセスを見出し、本発明に至った。
本発明は、式（Ｉ）：
（式中、
Ｒ１は、同一又は異なっており、直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキレン基の１つ以上で構成された２価基であり、該２価基は、置換基を有していてもよく、かつ／又は非末端の１つ以上の炭素原子が２価の芳香族基、２価のヘテロ環式基、酸素原子若しくは硫黄原子で置き換えられていてもよいか、あるいは、架橋炭素環の２価の基であり、
ｎは、平均重合度を表し、１〜５０の数である）
で表されるポリカーボネートジオールと、式（II)：
Ｒ１は、同一又は異なっており、直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキレン基の１つ以上で構成された２価基であり、該２価基は、置換基を有していてもよく、かつ／又は非末端の１つ以上の炭素原子が２価の芳香族基、２価のヘテロ環式基、酸素原子若しくは硫黄原子で置き換えられていてもよいか、あるいは、架橋炭素環の２価の基であり、
ｎは、平均重合度を表し、１〜５０の数である）
で表されるポリカーボネートジオールと、式（II)：
（式中、
Ｒ２は、水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であり、
Ｒ３は、炭素原子数１〜１２の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基、炭素原子数７〜１０のアラルキル基又は炭素原子数６〜１０のアリール基である）
アクリル酸エステル化合物を、リパーゼ存在下、反応させることを特徴とするポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明は、式（II）におけるＲ３が、炭素原子数１〜１０の直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基である、上記のポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明は、リパーゼが、バルクホルデリア・セパシア(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼ、シュードモナス・エスピー(Pseudomonas sp.)を起源とするリパーゼ、カンジダ・シリンドラセア (Candida cylindracea)を起源とするリパーゼ、アルカリジェネス・エスピー(Alcaligenes sp.)を起源とするリパーゼから選択される、上記のいずれかのポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明は、リパーゼが、バルクホルデリア・セパシア（シュードモナス・セパシア）(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼである、上記のポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法に関する。
Ｒ２は、水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であり、
Ｒ３は、炭素原子数１〜１２の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基、炭素原子数７〜１０のアラルキル基又は炭素原子数６〜１０のアリール基である）
アクリル酸エステル化合物を、リパーゼ存在下、反応させることを特徴とするポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明は、式（II）におけるＲ３が、炭素原子数１〜１０の直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基である、上記のポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明は、リパーゼが、バルクホルデリア・セパシア(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼ、シュードモナス・エスピー(Pseudomonas sp.)を起源とするリパーゼ、カンジダ・シリンドラセア (Candida cylindracea)を起源とするリパーゼ、アルカリジェネス・エスピー(Alcaligenes sp.)を起源とするリパーゼから選択される、上記のいずれかのポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明は、リパーゼが、バルクホルデリア・セパシア（シュードモナス・セパシア）(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼである、上記のポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明により、リパーゼを触媒とすることによって、プロトン酸や金属成分を用いず、ポリカーボネートジオールとアクリル酸エステル化合物から、ポリカーボネートジオールジアクリレート化合物を製造できる。
本発明の方法では、リパーゼの存在下、ポリカーボネートジオールとアクリル酸エステル化合物とを反応させることにより、ポリカーボネートジオールジアクリレート化合物が得られる。
（ポリカーボネートジオール）
本発明で使用されるポリカーボネートジオールは、式（Ｉ）：
本発明で使用されるポリカーボネートジオールは、式（Ｉ）：
（式中、
Ｒ１は、同一又は異なっており、直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキレン基の１つ以上で構成された２価基であり、該２価基は、置換基を有していてもよく、かつ／又は非末端の１つ以上の炭素原子が２価の芳香族基、２価のヘテロ環式基、酸素原子若しくは硫黄原子で置き換えられていてもよいか、あるいは、架橋炭素環の２価の基であり、
ｎは、平均重合度を表し、１〜５０の数である）で表される。
Ｒ１は、同一又は異なっており、直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキレン基の１つ以上で構成された２価基であり、該２価基は、置換基を有していてもよく、かつ／又は非末端の１つ以上の炭素原子が２価の芳香族基、２価のヘテロ環式基、酸素原子若しくは硫黄原子で置き換えられていてもよいか、あるいは、架橋炭素環の２価の基であり、
ｎは、平均重合度を表し、１〜５０の数である）で表される。
直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキレン基の１つ以上で構成された２価基としては、例えば、直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基−環状のアルキレン基からなる２価基、直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基−環状のアルキレン基−直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基からなる２価基、環状のアルキレン基−直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基−環状のアルキレンからなる２価基が挙げられる。
直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基の炭素原子数は、好ましくは１〜２５個であり、より好ましくは、３〜１２個であり、例えば、プロピレン基、ブチレン基、ペンテン基、ヘキセン基、ヘプテン基、オクテン基、デセン基等が挙げられ、好ましくはプロピレン基、ブチレン基、ペンテン基、ヘキセン基、３−メチルペンテン基である。
環状のアルキレン基の炭素原子数は、好ましくは３〜２５個であり、より好ましくは３〜１２個、さらに好ましくは５〜１０個である。環状のアルキレン基としては、炭素原子数３〜１２個のシクロアルキレンが好ましく、例えば、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロヘプチレン基、シクロオクチレン基等が挙げられ、好ましくはシクロへキシレン基である。
前記直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基−環状のアルキレン基−直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基からなる２価基としては、例えば、シクロペンタン−１，３−ジメチレン基、シクロヘキサン−１，４−ジメチレン基等が挙げられ、好ましくはシクロヘキサン−１，４−ジメチレン基である。
前記直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基−環状のアルキレン基−直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基からなる２価基としては、例えば、シクロペンタン−１，３−ジメチレン基、シクロヘキサン−１，４−ジメチレン基等が挙げられ、好ましくはシクロヘキサン−１，４−ジメチレン基である。
上記の２価基は、置換基を有していてもよく、かつ／又は非末端の１つ以上の炭素原子が２価の芳香族基（例えば、フェニレン基、ナフチレン基）、２価のヘテロ環式基（例えば、ピリダニル基）、酸素原子若しくは硫黄原子で置き換えられていてもよい（例えば、ベンゼン−１，４−ジメチレン基）。
置換基としては、炭素原子数１〜６の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基）、炭素原子数３〜１２のシクロアルキル基（例えば、シクロヘキシル基）、炭素原子数７〜１０のアラルキル基（例えば、ベンジル基）、炭素原子数６〜１２のアリール基（例えば、フェニル基、トリル基）、炭素原子数１〜６のアルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基）、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子）が挙げられる。
Ｒ１は、架橋炭素環の２価の基であってもよい。ここで、「架橋炭素環」とは、隣り合わない２つの炭素が架橋基又は直接結合によって架橋された炭素環を指す。架橋炭素環の２価基としては、炭素原子数６〜１０の架橋炭素環の２価基が好ましく、例えば、ビシクロ−［２．１．１］−ヘキサン−ジイル、ビシクロ−［２．２．１］−ヘプタン−ジイル、ビシクロ−［２．２．２］−オクタン−ジイル、ビシクロ−［３．３．０］−オクタン−ジイル、ビシクロ−［４．３．０］−ノナン−ジイル、ビシクロ−［４．４．０］−オクタン−ジイル、アダマンタン−ジイルが挙げられる。
Ｒ１は、好ましくは、プロピレン基、ブチレン基、ペンテン基、ヘキセン基、３−メチルペンテン基、シクロヘキサン−１，４−ジメチレン基、ベンゼン−１，４−ジメチレン基から選ばれる１種以上である。
式（Ｉ）において、ｎは、平均重合度を表し、１〜５０の数であり、好ましくは３〜２０である。平均重合度は、ＮＭＲによる末端基定量によって測定することができる。
式（Ｉ）のポリカーボネートジオールは、どのような方法で製造されたものでもあってもよい。例えば、式（Ｉ）のＲ１に相当する基を有する２価アルコール（ＨＯ−Ｒ１−ＯＨ）と炭酸エステル（例えば、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジブチル、炭酸ジフェニル）とのエステル交換反応により製造されたポリカーボネートジオールや、上記の２価アルコールとクロロギ酸エステル又はホスゲンとの反応により製造したポリカーボネートジオールを使用することができる。２価アルコールとしては、例えば、炭素原子数４〜２５（好ましくは炭素原子数４〜１５）のアルキレン基を有する脂肪族２価アルコールが挙げられる。あるいは、環状炭酸エステルの開環重合等により製造されたポリカーボネートジオールを使用することができる。環状炭酸エステルとしては、例えば、炭素原子数２〜２５（好ましくは炭素原子数２〜１５）のアルキレン基を有する環状炭酸エステルが挙げられる。
中でも、炭素原子数４〜２５（好ましくは炭素原子数４〜１５）のアルキレン基を有する脂肪族２価アルコールと炭酸エステルとのエステル交換反応によって製造されたポリカーボネートジオールが好ましい。このような脂肪族２価アルコールとしては、Ｒ１が直鎖状又は分岐鎖状の炭素原子数４〜１５のアルキレン基に相当する２価アルコールが挙げられ、具体的には、２−メチル−１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、２，４−ヘプタンジオール、２，２−ジエチル−１，３−プロパンジオール、２−メチル−２−プロピル−１，３−プロパンジオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール、２−ブチル−２−エチル−１，３−プロパンジオール等のトリメチレン部分を有するものや、１，４−ブタンジオール等のテトラメチレン部分を有するものや、１，５−ペンタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，２−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、１，５−ヘキサンジオール等のペンタメチレン部分を有するものや、１，６−ヘキサンジオール、２−エチル−１，６−ヘキサンジオール等のヘキサメチレン部分を有するものや、１，７−ヘプタンジオール等のヘプタメチレン部分を有するものや、１，８−オクタンジオール、２−メチル−１，８−オクタンジオールのオクタメチレン部分を有するものや、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、１，１１−ウンデカンジオール、１，１２−ドデカンジオール、１，２０−エイコサンジオールが挙げられる。また、Ｒ１が炭素原子数４〜１５のシクロアルキレン基に相当する２価アルコールが挙げられ、具体的には、１，３−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジオール、シクロヘキサン−１，４−ジメタノール、シクロヘキサン−１，４−ジエタノールである。また、Ｒ１がシクロアルキレン−直鎖状又は分岐鎖状アルキレン−シクロアルキレンに相当する２価アルコールである２，２−ビス（４−ヒドロキシシクロヘキシル）プロパン等も使用することができる。
ただし、上記以外の２価アルコールも使用することができ、例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のＲ１が酸素原子で置き換えられているアルキレン基であるものや、１，４−ビス（ヒドロキシエトキシ）シクロヘキサン等のＲ１が酸素原子で置き換えられている、直鎖状又は分岐鎖状アルキレン−シクロアルキレン−直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基であるものや、２，５−テトラヒドロフランジメタノール等の、Ｒ１が直鎖状又は分岐鎖状アルキレン−酸素原子で置き換えられているシクロアルキレン−直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基であるものも使用することができる。加えて、架橋炭素環の２価アルコールである２，７−ノルボルナンジオール等も使用することができる。
更に、ｐ−キシリレンジオール、ｐ−テトラクロロキシリレンジオール、ベンゼン−１，４−ジメタノール等の、Ｒ１が非置換か又はハロゲン原子で置換されている、２価の芳香族基で置き換えられたアルキレン基であるものも使用することができる。また、１，４−ビス（ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、２，２−ビス［（４−ヒドロキシエトキシ）フェニル］プロパン等の、Ｒ１が１つ以上の酸素原子及び１つ以上の２価の芳香族基で置き換えられたアルキレン基であるものも使用することができる。Ｒ１が２価の芳香族基を有する２価アルコールは、２価アルコール全体に対して２５重量％以下であることが好ましく、好ましくは２０重量％以下、更に好ましくは１５重量％以下である。
本発明で使用されるポリカーボネートジオールにおいて、Ｒ１は同一であっても異なっていてもよい。即ち、ポリカーボネートジオールを、２価アルコールと炭酸エステルとのエステル交換反応や、２価アルコールとクロロギ酸エステル又はホスゲンとの反応で得る場合、２価アルコールは、１種を単独で、又は２種以上を併用してもよい。また、ポリカーボネートジオールを環状炭酸エステルの開環重合で得る場合、環状炭酸エステルは、１種を単独で、又は２種以上を併用してもよい。
式（Ｉ）のポリカーボネートジオールは、取り扱い性が良い点から、好ましくはＲ１がプロピレン基、ブチレン基、ペンテン基、ヘキセン基、３−メチルペンテン基、シクロヘキサン−１，４−ジメチレン基、ベンゼン−１，４−ジメチレン基から選ばれる１種以上であるポリカーボネートジオールである。式（Ｉ）のポリカーボネートジオールは、１種を単独で、又は２種以上を併用してもよい。
（アクリル酸エステル化合物)
本発明で使用されるアクリル酸エステル化合物は、式（II）：
本発明で使用されるアクリル酸エステル化合物は、式（II）：
（式中、
Ｒ２は、水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であり、
Ｒ３は、炭素原子数１〜１２の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基、炭素原子数７〜１０のアラルキル基または炭素原子数６〜１０のアリール基である)
で表されるアクリル酸エステル化合物である。
Ｒ２は、水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であり、
Ｒ３は、炭素原子数１〜１２の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基、炭素原子数７〜１０のアラルキル基または炭素原子数６〜１０のアリール基である)
で表されるアクリル酸エステル化合物である。
Ｒ２に関して、炭素原子数１〜４の直鎖状又は分岐状のアルキル基については、メチル基、エチル基が挙げられる。
Ｒ３に関して、炭素原子数１〜１２の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基については、炭素原子数１〜１０の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基が好ましい。本発明の反応により、アルコール（Ｒ３ＯＨ）が副生するが、メタノール等の低級アルコールほど、リパーゼを失活させやすいが、副生するアルコールを系外に除去することにより、この問題を回避することができる。Ｒ３としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
Ｒ３に関して、炭素原子数７〜１０のアラルキル基については、ベンジル基、フェネチル基が挙げられる。また、Ｒ３に関して、炭素原子数６〜１０のアリール基については、フェニル基、トリル基が挙げられる。
式（II）のアクリル酸アルキルエステル化合物としては、例えば、アクリル酸メチルや、メタクリル酸n−ブチル等のアクリル酸直鎖アルキルエステルや、アクリル酸イソプロピルや、メタクリル酸シクロへキシル等のアクリル酸分岐鎖状又は環式アルキルエステル等が挙げられる。この中では、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチルが好ましい。
式（II）のアクリル酸アルキルエステル化合物の使用量は、ポリカーボネートジオール１モルに対して０．５〜６０モル、更には２．２〜３０モルであることが好ましい。なお、ポリカーボネートジオールのモル数は、ＮＭＲ（末端水酸基価）より求めた平均分子量より計算される（例えば、高分子実験学 １８巻（高分子の磁気共鳴）２８３頁、共立出版（１９７５年刊）参照）。
（リパーゼの範囲）
本発明で使用するリパーゼとしては、特に限定されないが、好ましくは、バルクホルデリア・セパシア(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼ（例えば、Amano PS(アマノエンザイム社製)等）、シュードモナス・エスピー(Pseudomonas sp.)を起源とするリパーゼ(例えば、ＬＩＰ-301(東洋紡製))、カンジダ・シリンドラセア(Candida cylindracea)を起源とするリパーゼ（例えば、Lipase OF(名糖産業製)）、アルカリジェネス・エスピー (Alcaligenes sp.)を起源とするリパーゼ(例えば、Lipase PLG(名糖産業製))。特に好ましくはバルクホルデリア・セパシア（シュードモナス・セパシア）(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼである。これらは、アルコール−カーボネート交換活性が低く、その一方で、アルコール−エステル活性を示すリパーゼであり、本発明において有利である。前記リパーゼの中でも、ポリカーボネート鎖の重合度の低下が少ない点から、バルクホルデリア・セパシア（シュードモナス・セパシア）(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼ（例えば、Amano PS（天野エンザイム製）やAmano PS-CI（アマノPS/セラミック担体吸着、天野エンザイム製））がより好ましい。
本発明で使用するリパーゼとしては、特に限定されないが、好ましくは、バルクホルデリア・セパシア(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼ（例えば、Amano PS(アマノエンザイム社製)等）、シュードモナス・エスピー(Pseudomonas sp.)を起源とするリパーゼ(例えば、ＬＩＰ-301(東洋紡製))、カンジダ・シリンドラセア(Candida cylindracea)を起源とするリパーゼ（例えば、Lipase OF(名糖産業製)）、アルカリジェネス・エスピー (Alcaligenes sp.)を起源とするリパーゼ(例えば、Lipase PLG(名糖産業製))。特に好ましくはバルクホルデリア・セパシア（シュードモナス・セパシア）(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼである。これらは、アルコール−カーボネート交換活性が低く、その一方で、アルコール−エステル活性を示すリパーゼであり、本発明において有利である。前記リパーゼの中でも、ポリカーボネート鎖の重合度の低下が少ない点から、バルクホルデリア・セパシア（シュードモナス・セパシア）(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼ（例えば、Amano PS（天野エンザイム製）やAmano PS-CI（アマノPS/セラミック担体吸着、天野エンザイム製））がより好ましい。
カンジダ・アンタークティカ(Candida antarctica)を起源とするリパーゼ（例えば、Novozyme435（Novozyme社製））、シュードモナス・フルオレセンス(Pseudomonas fluorescens)を起源とするリパーゼ(例えば、Amano AK(アマノエンザイム社製)等も、アルコールーエステル交換活性を示し、使用することができるが、アルコールーカーボネート交換活性が高いため、アルコキシ末端が生成しやすい。そのため、副生するアルコールを、適宜、系外に除去することが好ましい。
アルコール−カーボネート交換活性は、ｎ−ブタノールとジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を、所定のリパーゼの存在下で、一定時間反応させ、転化率（ｎ−ブタノール基準）を測定することより評価することができる。アルコール−エステル交換活性は、ｎ−ブタノールとアクリル酸エチルを、所定のリパーゼの存在下で、一定時間反応させ、転化率（ｎ−ブタノール基準）を測定することより評価することができる。一定時間（例えば２４時間）反応させた際の、アルコール−カーボネート交換反応の転化率／アルコール−エステル交換反応の転化率が、０．１以下であることが好ましく、より好ましくは０．０１以下である。
上記のリパーゼは、上記のような微生物から得られたリパーゼをコードする遺伝子を、酵母や糸状菌のような適切な宿主に導入して得られた組換え体の培養物から得たものであってもよい。
リパーゼの組換え発現のために使用される組換えＤＮＡ技術は、当該分野において公知である。リパーゼのアミノ酸配列は上記のものに限定されず、例えば、これらの配列において、１個又は数個のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ加水分解活性を有するタンパク質を本発明に好適に使用することができる。あるいは、これらの配列と、例えば９０％以上、好ましくは９５％以上、より好ましくは９７％以上の配列同一性を示すアミノ酸配列からなり、かつ加水分解活性を有するタンパク質を本発明に好適に使用することができる。
これらのリパーゼの形態は、特に限定されず、天然又は固定化酵素の形態であってもよい。
固定化酵素は、固定化担体にリパーゼを吸着等により担持させたものをいう。固定化担体としては、セライト、ケイソウ土、カオリナイト、シリカゲル、モレキュラーシーブス、多孔質ガラス、活性炭、炭酸カルシウム、セラミックス等の無機担体、セラミックスパウダー、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、キトサン、イオン交換樹脂、疎水吸着樹脂、キレート樹脂、合成吸着樹脂等の有機高分子等が挙げられるが、特にリパーゼの吸着力が高い点から疎水吸着樹脂が好ましい。また、疎水吸着樹脂の中でも、大きな表面積を有することにより酵素の吸着量を高くできるという点から、多孔質であることが好ましい。
リパーゼは、１種を単独で、又は２種以上を併用してもよい。
リパーゼの使用量は、式（Ｉ）のポリカーボネートジオール１ｇに対して、好ましくは０．００１〜１０ｇ、より好ましくは、０．００１〜１ｇ、特に好ましくは０．００５〜０．１ｇである。
本発明において、反応方式は、特に限定されず、バッチ方式又は酵素を固定化したカラムを通過させる流通連続式をはじめとする、いかなる方式でも行なうことができる。
（溶媒の範囲）
本発明の反応は、有機溶媒を使用して、又は無溶媒で行なうことができる。有機溶媒としては、基質を溶解でき、かつ、リパーゼを失活させない溶媒であれば特に限定されない。
本発明の反応は、有機溶媒を使用して、又は無溶媒で行なうことができる。有機溶媒としては、基質を溶解でき、かつ、リパーゼを失活させない溶媒であれば特に限定されない。
有機溶媒としては、例えば、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、シクロペンタン、シクロヘキサン及びシクロヘプタン等の脂肪族炭化水素類；ベンゼン、トルエン及びキシレン等の芳香族炭化水素類；ジエチルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン及び１，４−ジオキサン等のエーテル類；アセトン及びメチルエチルケトン等のケトン類；アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類から選ばれる少なくとも１種が挙げられるが、好ましくはｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、トルエン、ジイソプロピルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル又はテトラヒドロフラン、より好ましくは、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、ジイソプロピルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、及びアセトニトリル、特に好ましくはシクロヘキサン、トルエン、ｔ−ブチルメチルエーテルである。これらの有機溶媒は、１種を単独で、又は２種以上を併用してもよい。
有機溶媒の使用量は、式（Ｉ）のポリカーボネートジオール１ｇに対して、好ましくは０．１〜１００ｍＬ、より好ましくは、０．５〜５０ｍＬ、特に好ましくは１〜１０ｍＬである。
本発明の反応は、アクリレート部位の重合を防ぐため、重合禁止剤を共存させて行うことが好ましい。重合禁止剤は通常に使用されるものであれば特に限定されず、例えば、フェノール、クレゾール、ヒドロキノン、ｔ−ブチルヒドロキノン、ｐ−メトキシフェノール（メトキノン）、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、フェノチアジンなどが使用できる。重合禁止剤の使用量は、ポリカーボネートジオール１モルに対して０．０００００１〜０．０５モル、更には０．０００００２〜０．０３モルであることが好ましい。
（反応温度、圧力範囲）
本発明の方法は、可逆反応であり、化学平衡を生成物側へ移動させることで、反応が速やかに進行する。それゆえ、副生するアルコールを除去する操作を行いながら反応を行なうことが好ましい。
本発明の方法は、可逆反応であり、化学平衡を生成物側へ移動させることで、反応が速やかに進行する。それゆえ、副生するアルコールを除去する操作を行いながら反応を行なうことが好ましい。
例えば、式（II）のアクリル酸エステル化合物において、Ｒ３がメチル基又はエチル基の化合物は、副生するアルコールの沸点は、原料の式（II）のアクリル酸エステル化合物の沸点よりも低くなる。反応の際には、反応温度及び／又は減圧度を適宜調整することにより、副生するアルコールを選択的に反応系外に除去することが好ましい。その結果、反応の平衡が生成系へと移動することで、反応が速やかに進行することが可能となり、より短い反応時間で、より高い末端修飾率のポリカーボネートジオールジアクリレート化合物を得ることができる。このような蒸留によるアルコールの除去法以外に、ゼオライト膜のような分子ふるいを反応物と接触させ、副生するアルコールのみを選択的に除去することでも、反応が速やかに進行することが可能となる。副生するアルコール（特にメタノール）は、リパーゼを失活する原因にもなりうるため、この点からも、系外に除去することが好ましい。
（反応温度、圧力範囲）
本発明において、反応温度は、０〜１００℃とすることができ、好ましくは１０〜９０℃であり、より好ましくは４０〜８０℃である。
本発明において、反応温度は、０〜１００℃とすることができ、好ましくは１０〜９０℃であり、より好ましくは４０〜８０℃である。
本発明において、反応圧力は、特に限定されず、常圧下又は減圧下のいずれの条件でも行なうことができる。
また、本発明の反応は、流通連続式で行うこともできる。流通連続式にて反応を行う場合、反応溶液中のポリカーボネートジオール化合物の濃度は、反応系の全質量に対して、１０〜５０質量％とすることが好ましく、アクリル酸エステル化合物の濃度は反応系の全重量に対して５〜３０質量％とすることが好ましい。また、反応液の通液線速度は、好ましくは０．５〜４００ｍｍ／分、更に１〜２００ｍｍ／分であるのが好ましい。この通液線速度（ｍｍ／分）は、１分間当りの送液量（ｍｍ3／分）（又は送液速度（１０-3ｍＬ／分）ともいう）を充填層断面積（ｍｍ2）で除した商で表わされる値をいう。通液線速度を上げることによる充填塔内圧力の増大に伴い、通液が困難となり、耐圧性の高い酵素充填塔が必要となる他に、固定化酵素が塔内圧力増加により破砕される場合が生じることもあるため、通液線速度は４００ｍｍ／分以下とすることが好ましい。また、生産性の点から通液線速度は１ｍｍ／分以上とすることが好ましい。固定化酵素の発現活性は、通液線速度により変化するため、最適な通液線速度を選定して反応条件を決定することで、所望の生産能力、製造コストに見合った反応を行うことができる。反応容器中の反応溶液の流通時間は、３０秒〜６時間の範囲とすることができる。
次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
参考例：リパーゼのアルコール−カーボネート交換活性及びアルコール−エステル交換活性の評価
種々リパーゼを用いて、アルコール−カーボネート交換活性及びアルコール−エステル交換活性を評価した。
カーボネート交換活性評価の基質として、ｎ−ブタノールとジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エステル交換活性評価の基質としては、ｎ−ブタノールとアクリル酸エチルを用いた。交換活性は、一定時間後の転化率（ｎ−ブタノール基準）にて評価した。具体的には、以下のとおりである。
ｎ−ブタノール２５ｍｇに６当量のＤＭＣ（３８０ｍｇ）又はアクリル酸エチル（４０４ｍｇ)を加え、トルエンにて２ｍｌに定容したものを反応液とした。試験管に反応液２ｍｌと(固定化)リパーゼ２０ｍｇを加え、７０℃で反応した。規定時間ごとに反応液を０．１ｍｌ分取し、ガスクロマトグラフィーにて、ｎ−ブタノール量を定量し、テトラデカンを内標物質とした内部標準法にて転化率を算出した。表１に結果を示す。また、アルコール−カーボネート交換反応の転化率／アルコール−エステル交換反応の転化率（２４時間）を表２に示す。
種々リパーゼを用いて、アルコール−カーボネート交換活性及びアルコール−エステル交換活性を評価した。
カーボネート交換活性評価の基質として、ｎ−ブタノールとジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エステル交換活性評価の基質としては、ｎ−ブタノールとアクリル酸エチルを用いた。交換活性は、一定時間後の転化率（ｎ−ブタノール基準）にて評価した。具体的には、以下のとおりである。
ｎ−ブタノール２５ｍｇに６当量のＤＭＣ（３８０ｍｇ）又はアクリル酸エチル（４０４ｍｇ)を加え、トルエンにて２ｍｌに定容したものを反応液とした。試験管に反応液２ｍｌと(固定化)リパーゼ２０ｍｇを加え、７０℃で反応した。規定時間ごとに反応液を０．１ｍｌ分取し、ガスクロマトグラフィーにて、ｎ−ブタノール量を定量し、テトラデカンを内標物質とした内部標準法にて転化率を算出した。表１に結果を示す。また、アルコール−カーボネート交換反応の転化率／アルコール−エステル交換反応の転化率（２４時間）を表２に示す。
ガスクロマトグラフィーの測定条件
装置：島津ＧＣ−１７００（昇温型）
カラム：ＤＢ−５（３０ｍ、０．２５ｍｍＩＤ）
カラム温度：６０℃（２分間）、１５０℃から２００℃に昇温（１０℃／分）及び２００℃（２分間）
Ｉｎｊ（注入部）：２００
Ｄｅｔ．（検出部）：２８０、ＦＩＤ（検出器）
スプリット比： １：１０
装置：島津ＧＣ−１７００（昇温型）
カラム：ＤＢ−５（３０ｍ、０．２５ｍｍＩＤ）
カラム温度：６０℃（２分間）、１５０℃から２００℃に昇温（１０℃／分）及び２００℃（２分間）
Ｉｎｊ（注入部）：２００
Ｄｅｔ．（検出部）：２８０、ＦＩＤ（検出器）
スプリット比： １：１０
評価リパーゼ
名称 由来
Novozyme 435 (Candida antarctica由来リパーゼ)Novozyme社製
Lipozyme RM IM (Rhizomucor miehei由来リパーゼ)Novozyme社製
LIP-301 (Pseudomonas sp.由来リパーゼ)東洋紡製
Amano PS (Burkhoderia cepacia由来リパーゼ)天野エンザイム製
Amano PS-CI アマノPS/セラミック担体吸着、天野エンザイム製
Amano AK (Pseudomonas fluorescens由来リパーゼ)天野エンザイム製
Lipase OF (Candida cylindracea由来リパーゼ)名糖産業製
Lipase SL (Burkholderia cepacia由来リパーゼ)名糖産業製
Lipase PLG (Alcaligenes sp. 由来リパーゼ)名糖産業製
名称 由来
Novozyme 435 (Candida antarctica由来リパーゼ)Novozyme社製
Lipozyme RM IM (Rhizomucor miehei由来リパーゼ)Novozyme社製
LIP-301 (Pseudomonas sp.由来リパーゼ)東洋紡製
Amano PS (Burkhoderia cepacia由来リパーゼ)天野エンザイム製
Amano PS-CI アマノPS/セラミック担体吸着、天野エンザイム製
Amano AK (Pseudomonas fluorescens由来リパーゼ)天野エンザイム製
Lipase OF (Candida cylindracea由来リパーゼ)名糖産業製
Lipase SL (Burkholderia cepacia由来リパーゼ)名糖産業製
Lipase PLG (Alcaligenes sp. 由来リパーゼ)名糖産業製
以上から、アルコール-カーボネート交換活性が非常に低く、アルコール-カーボネート交換反応を触媒できるリパーゼとして、Amano PS、Amano PS-CI、LIP-301、Lipase OF、Lipase SL、Lipase PLGが好ましいことがわかる。
実施例１〜６ ポリカーボネートジオール(ＵＨ２００)のアクリレート化
ポリカーボネートジオール(ＵＨ２００(ポリ（ヘキサメチレンカーボネート）)ジオール：平均分子量２０００：宇部興産製１．０ｇ（０．５mmol）にアクリル酸エステル５mmolと、重合禁止剤としてｐ−メトキシフェノール１mgを加え、そこにトルエンを加えて１０mlにメスアップしたものを反応液とした。
ポリカーボネートジオール(ＵＨ２００(ポリ（ヘキサメチレンカーボネート）)ジオール：平均分子量２０００：宇部興産製１．０ｇ（０．５mmol）にアクリル酸エステル５mmolと、重合禁止剤としてｐ−メトキシフェノール１mgを加え、そこにトルエンを加えて１０mlにメスアップしたものを反応液とした。
ガラス試験管に反応液２mlと、表３に示すリパーゼ２０mgを加え、攪拌下(１０００ｒｐｍ)、７０℃にて、規定時間反応させた。
反応終了後、反応液を０．２μmフィルターでろ過し、ろ液をロータリーエバポレーターにて、溶媒を減圧留去した後、残渣を６０℃デシケーター中、２時間、減圧下で乾燥させ、ＮＭＲ分析に供した。結果を表３に示す。
反応終了後、反応液を０．２μmフィルターでろ過し、ろ液をロータリーエバポレーターにて、溶媒を減圧留去した後、残渣を６０℃デシケーター中、２時間、減圧下で乾燥させ、ＮＭＲ分析に供した。結果を表３に示す。
リパーゼには、カンジダ・アンタークティカ(Candida antarctica)を起源とするリパーゼを樹脂多孔体に固定化したNovozym 435(ノボザイム社製)及びバルクホルデリア・セパシア(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼを多孔性セラミック担体に吸着したAmano PS-CI（アマノエンザイム社製）を用いた。
ポリカーボネートジオール及びポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の平均分子量は、ＮＭＲ測定により算出した。更に平均分子量から重合度を算出した。また、ＮＭＲ測定により、ポリカーボネートジオールの末端水酸基がアクリレート化された割合を算出した。
実施例６のいずれについてもポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の生成が認められたが、アルコール−カーボネート交換活性の高いNovozyme435を用いた場合、重合度の低下と、副生したアルコールが主鎖カーボネートと交換したアルコキシ末端（メトキシ末端又はイソプロポキシ末端等）が認められた。
一方、アルコール−カーボネート交換活性の低いAmanoPS-CIをを用いた場合、重合度が低下せず、アルコキシ末端も認められなかった。
一方、アルコール−カーボネート交換活性の低いAmanoPS-CIをを用いた場合、重合度が低下せず、アルコキシ末端も認められなかった。
本発明により、プロトン酸や金属成分を用いず、リパーゼを用いて、ポリカーボネートジオールとアクリル酸エステル化合物から、ポリカーボネートジオールジアクリレート化合物を製造できる。即ち、本発明により、入手しやすい原料を使用して、高品質のポリカーボネートジオールジアクリレート化合物を容易に製造することができる。
Claims (3)
- 式（Ｉ）：
（式中、
Ｒ１は、同一又は異なっており、直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキレン基の１つ以上で構成された２価基であり、該２価基は、置換基を有していてもよく、かつ／又は非末端の１つ以上の炭素原子が２価の芳香族基、２価のヘテロ環式基、酸素原子若しくは硫黄原子で置き換えられていてもよいか、あるいは、架橋炭素環の２価の基であり、
ｎは、平均重合度を表し、１〜５０の数である）
で表されるポリカーボネートジオールと、式（II)：
（式中、
Ｒ２は、水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であり、
Ｒ３は、炭素原子数１〜１２の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基、炭素原子数７〜１０のアラルキル基又は炭素原子数６〜１０のアリール基である）
で表されるアクリル酸エステル化合物を、バルクホルデリア・セパシア(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼ、シュードモナス・エスピー(Pseudomonas sp.)を起源とするリパーゼ、カンジダ・シリンドラセア(Candida cylindracea)を起源とするリパーゼ、アルカリジェネス・エスピー (Alcaligenes sp.)を起源とするリパーゼから選択されるリパーゼの存在下、反応させることを特徴とするポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法。 - 式（II）におけるＲ３が、炭素原子数１〜１０の直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基である、請求項１記載のポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法。
- リパーゼが、バルクホルデリア・セパシア（シュードモナス・セパシア）(Burkholderia cepacia)を起源とするリパーゼである、請求項１又は２記載のポリカーボネートジオールジアクリレート化合物の製造方法。
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