JPH01157374A - Organic solvent-based bioreactor system - Google Patents

Organic solvent-based bioreactor system

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JPH01157374A
JPH01157374A JP31656487A JP31656487A JPH01157374A JP H01157374 A JPH01157374 A JP H01157374A JP 31656487 A JP31656487 A JP 31656487A JP 31656487 A JP31656487 A JP 31656487A JP H01157374 A JPH01157374 A JP H01157374A
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JP
Japan
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organic solvent
alcohol
reaction
enzyme
mobile phase
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Application number
JP31656487A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Amano
天野 雅貴
Toshiyuki Koyagi
小八木 敏行
Haruhiko Toda
戸田 晴彦
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Lion Corp
Original Assignee
Lion Corp
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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To readily produce an optically active alcohol or ester, by introducing a mobile phase consisting of an a reaction substrate-containing organic solvent and a nucleophilic reagent of alcohol to a stationary phase consisting of a hydrolase and carrying out alcoholysis. CONSTITUTION:A solution of organic solvent containing at least one reactive substrate selected from an ester of a racemic alcohol, a diester of prochiral type symmetric diol and a diester of a meso type diol and a nucleophilic reagent selected from alcohols are used as a mobile phase and a water content contained in the mobile phase is adjusted to <=about 2 (w/v), especially <=about 0.5 (w/v). The reactive substrate is preferably blended with the nucleophilic reagent just before sent to a stationary phase. The prepared mobile phase is introduced to the stationary phase comprising a granular hydrolylase and alcoholysis is carried out usually at about 5-70 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、有機溶媒中に於いて粉体もしくは顆粒状酵素
を用いた酵素反応により、医薬品等の重要な合成中間体
となりうる光学活性物質を、容易に製造することが可能
なバイオリアクターシステムに関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is directed to the production of optically active substances that can be used as important synthetic intermediates for pharmaceuticals, etc., by enzymatic reactions using powdered or granular enzymes in organic solvents. This invention relates to a bioreactor system that can be easily manufactured.

〔従来技術〕[Prior art]

従来、光学活性物質を入手する方法には、■酵素微生物
によるラセミ体の光学分割法、■化学的手法によるラセ
ミ体の光学分割法、■光学活性天然物から誘導する方法
、■酵素・微生物による不斉合成法、■化学的手法によ
る不斉合成法、等が知られているが、反応条件が穏やか
で、選択性が高く、工業化に適した方法としては、酵素
、微生物等の生体触媒を使用する■及び■の方法が、最
良であるという認識が、近年一般化しつつある。
Conventionally, methods for obtaining optically active substances include: ■ optical resolution of racemates using enzyme microorganisms, ■ optical resolution of racemates using chemical methods, ■ methods of deriving optically active substances from natural products, and ■ methods using enzymes and microorganisms. Asymmetric synthesis methods, ■Asymmetric synthesis methods using chemical methods, etc. are known, but as a method with mild reaction conditions, high selectivity, and suitable for industrialization, biocatalysts such as enzymes and microorganisms are used. In recent years, it has become common to recognize that methods (1) and (2) are the best.

バイオリアクターを使用した■の工業化例としては、ア
シルアミノ酸のラセミ体を、酵素を用いた反応速度論的
光学分割法により、加水分解し、対掌体に光学分割する
方法が既に実施され、光学活性アミノ酸の生産が行われ
ている。この方法は、酵素として、DEAE−セファデ
ックスに担体結合法で固定化した酵素を用いているが、
反応系が水系である為、疎水性の基質は取扱いにくいと
いう難点を有する(千畑ら、Agr、Biol、Che
m、 、33(7) 、 1047−1052(196
9))。また、この方法は酵素活性の保持能も低く、充
填層型リアクターの酵素活性は32日で60%に低下し
た。
As an example of the industrialization of method (2) using a bioreactor, a method has already been implemented in which a racemic form of an acylamino acid is hydrolyzed into its enantiomers by a kinetic optical resolution method using an enzyme. Production of active amino acids is taking place. This method uses an enzyme immobilized on DEAE-Sephadex using a carrier binding method.
Since the reaction system is aqueous, it has the disadvantage that hydrophobic substrates are difficult to handle (Chibata et al., Agr, Biol, Che.
m, , 33(7), 1047-1052 (196
9)). Furthermore, this method had a low ability to retain enzyme activity, and the enzyme activity of the packed bed reactor decreased to 60% in 32 days.

■の方法についても、L−アスパラギン酸、L−リンゴ
酸の工業的生産が、固定化微生物を使用したバイオリア
クターにより実施されている。この場合にも反応系は水
系である(千畑ら、ApPl。
Regarding the method (2), industrial production of L-aspartic acid and L-malic acid is also carried out using a bioreactor using immobilized microorganisms. In this case as well, the reaction system is aqueous (Chibata et al., ApPl.

MicroMol−g 27@878(1974)−)
 mまた、この方法では固定化法としてポリアクリルア
ミドカッパーカラギーナン等を用いた包括固定化法を使
用しているため、固定化操作が煩雑であり、水系反応の
ため疎水性基質の反応が困難であるという問題を包含す
る。
MicroMol-g 27@878 (1974)-)
In addition, this method uses an entrapping immobilization method using polyacrylamide kappa carrageenan, etc., so the immobilization operation is complicated, and the reaction with hydrophobic substrates is difficult due to the aqueous reaction. This includes the problem of

更に水及び有機溶媒の両方を利用する■の研究例として
は、浅田ら(特開昭6O−78596)の例がある。
Further, as an example of research on method (2) using both water and an organic solvent, there is an example by Asada et al.

このシステムは、ラセミ化合物を、加水分解酵素を用い
て光学分割する方法であるが、煩雑な酵素の固定化処理
を必要とする上、水と有機溶媒とを交互に使用しなけれ
ばならず、運転操作が複雑となり、工程管理が困難な為
、工業的には不利な方法であった。
This system is a method for optically resolving racemic compounds using a hydrolase, but it requires a complicated enzyme immobilization process and requires alternate use of water and an organic solvent. This method is disadvantageous from an industrial perspective because the operation is complicated and process control is difficult.

最近では、疎水性基質を可溶化することにより、反応性
を高めることの可能な、有機溶媒系バイオリアクターの
必要性が認識されつつあり、固定化酵素(イオン結合性
+架橋法)を用いる方法、(松野ら、旧0/TEC)I
NOLOG’/ 、ジ、459(1985)、微孔性薄
膜(精密濾過膜等)を使用し疎水性生成物と酵素とを分
離し、薄膜の細孔における界面で反応を行わせる方法(
山板ら、油化学、33,683(1984)、)等が研
究されている。
Recently, the need for organic solvent-based bioreactors that can increase reactivity by solubilizing hydrophobic substrates has been recognized, and methods using immobilized enzymes (ionic bonding + crosslinking method) , (Matsuno et al., former 0/TEC) I
NOLOG'/, Di, 459 (1985), A method of separating hydrophobic products and enzymes using a microporous thin membrane (such as a microfiltration membrane) and causing a reaction at the interface in the pores of the thin membrane (
Yamaita et al., Oil Chemistry, 33, 683 (1984), etc. have been studied.

松野らの方法は、固定化時、特にグルタルアルデヒドで
架橋する際に酵素が失活しゃすい上、固定化操作に非常
な時間と労力を必要とする。
In the method of Matsuno et al., the enzyme is easily deactivated during immobilization, especially during crosslinking with glutaraldehyde, and the immobilization operation requires a great deal of time and effort.

又、山板らの方法に於ける反応率は、グリセリン溶液中
の水分量により著しく変動し、3−4%の含水率の時に
最高値を示し、これより高くても低くても反応率は低下
する。また、このエステル合成反応では、常に水が生成
する為、系中の水分量を一定に保持することは、非常に
困難である上、複雑な反応器を必要とする為、工業化に
は不適であった・ 一方、酵素反応用バイオリアクターとしては、水溶液に
酵素を可溶化して使用する均相系バイオリアクターと、
酵素を固定化して使用する、二相系バイオリアクターと
の2種類が使用されて来た。
In addition, the reaction rate in Yamaita et al.'s method varies significantly depending on the water content in the glycerin solution, reaching the highest value at a water content of 3-4%, and the reaction rate remains unchanged even if the water content is higher or lower than this. descend. In addition, since water is always produced in this ester synthesis reaction, it is extremely difficult to maintain a constant amount of water in the system, and it requires a complicated reactor, making it unsuitable for industrialization. On the other hand, there are two types of bioreactors for enzyme reactions: homogeneous phase bioreactors that use enzymes solubilized in aqueous solutions;
Two types of bioreactors have been used: two-phase bioreactors that use immobilized enzymes.

このうち均相系バイオリアクターについては。Regarding homogeneous phase bioreactors.

撹拌槽型、限外濾過膜型があり、特に、限外濾過膜を使
用するもの以外は、触媒である酵素が流失してしまう為
、工業化に有利な1反応の連続化を実現することは困難
であった。
There are two types: stirred tank type and ultrafiltration membrane type.In particular, in those other than those that use ultrafiltration membrane, the enzyme which is the catalyst is washed away, so it is difficult to realize continuous one reaction which is advantageous for industrialization. It was difficult.

二相系バイオリアクターについては、一般に、固定化さ
れた酵素が使用され、種類としては、撹拌槽型、固定層
又は充填層、流動層型、模型、懸濁気泡塔型があり、こ
れらはいずれも、連続反応が可能なシステムである。
For two-phase bioreactors, immobilized enzymes are generally used, and the types include stirred tank type, fixed bed or packed bed, fluidized bed type, model, and suspended bubble column type. is also a system capable of continuous reactions.

次に、バイオリアクター用の触媒としては、最近では精
製酵素以外に以下のものが使用されている。すなわち、
単離の困難な菌体内酵素等の場合には、酵素を単離する
ことなく、菌体を熱、有機溶媒、界面活性剤などで処理
することにより、目的の反応のみを起こす性質だけを残
した「処理菌体」、又、生菌体ではあるが、増殖しない
状態におかれている「休止菌体」あるいは「静止菌体」
、リアクター内で増殖する[増殖菌体」等が使用され、
−段階だけでなく多段階の反応を行うことが可能となっ
ている。
Next, in addition to purified enzymes, the following have recently been used as catalysts for bioreactors. That is,
In the case of intracellular enzymes that are difficult to isolate, the bacterial cells can be treated with heat, organic solvents, surfactants, etc. without isolating the enzyme, leaving only the properties that cause the desired reaction. ``treated bacterial cells'', and ``dormant bacterial cells'' or ``quiescent bacterial cells'' that are viable but in a state where they do not proliferate.
, [propagated bacterial cells] etc. that proliferate in the reactor are used,
-It is now possible to perform not only step-wise reactions but also multi-step reactions.

又、酵素を水に不溶化する為の固定化方法としては、担
体結合法、架橋法、包括法等の方法があるが、一般に傾
雑な処理方法を必要とし、又、その処理工程で酵素が失
活することにより活性が低下する。また、包括法等の場
合に於ては、酵素をとりまく高分子に対する基質及び生
成物の透過性が低く、反応性が低下したり、無機担体、
高分子等の表面に酵素を吸着させる担体結合法では担体
と酵素との相互作用が弱く、吸着酵素が脱離しやすい為
、水溶液中に於ける連続反応に於ては不利な方法といえ
る。
In addition, there are methods for immobilizing enzymes to make them insoluble in water, such as carrier binding, crosslinking, and entrapping methods, but they generally require complicated processing methods, and the enzymes are Activity decreases due to deactivation. In addition, in cases such as the inclusion method, the permeability of substrates and products to the polymers surrounding the enzyme is low, resulting in decreased reactivity and inorganic carriers,
In the carrier binding method, in which enzymes are adsorbed onto the surface of a polymer, etc., the interaction between the carrier and the enzyme is weak, and the adsorbed enzyme is easily desorbed, so this method is disadvantageous in continuous reactions in an aqueous solution.

更に、反応溶媒としても、従来の水溶液だけでなく有機
溶媒の使用が増加しつつあり、固定化酵素・微生物は、
これら有機溶媒中に於ても、比較的安定であることが、
認められている。
Furthermore, the use of organic solvents in addition to conventional aqueous solutions is increasing as reaction solvents, and immobilized enzymes and microorganisms are
It is relatively stable even in these organic solvents.
It recognized.

このような提案としては、グリセリンと脂肪酸からエス
テル合成反応により、ジグリセリドを生産するにあたり
、有機溶媒の存在下で、粉末状酵素を使用する方法(特
開昭62−19090)及び、回分反応により、有機溶
媒中に於て粉体状酵素を使用し。
Such proposals include a method of using a powdered enzyme in the presence of an organic solvent to produce diglyceride from glycerin and fatty acids through an ester synthesis reaction (Japanese Patent Laid-Open No. 62-19090), and a method using a batch reaction to produce diglyceride. Using powdered enzymes in organic solvents.

光学活性物質の合成を行う方法(クリバッフら(J。Method for synthesizing optically active substances (Kuribach et al. (J.

Am、Chem、Soc、 、107.7072(19
85)、)がある。
Am, Chem, Soc, , 107.7072 (19
85), ).

しかしながら、これらの方法は酵素を濾取回収し、繰返
し使用することは可能であるが、濾過操作の頬雑さ、繰
返し使用時の酵素水分散調整の困難さによる反応性の変
動等、実用化に際しては多大の問題点を包含する。
However, although these methods allow the enzyme to be collected by filtration and used repeatedly, they are difficult to put into practical use due to the complexity of the filtration operation and the difficulty in adjusting the enzyme water dispersion during repeated use. This includes many problems.

〔目   的〕〔the purpose〕

本発明は、効率良く、光学分割又は不斉合成を行うこと
ができ、煩雑な固定化処理をほどこしたり、複雑な限外
もしくは精密濾過収装fi2等を用いることなく長時間
酵素を安定な状態で触媒として使用し得る有機溶媒系バ
イオリアクターシステムを提供することを目的とする。
The present invention enables optical resolution or asymmetric synthesis to be carried out efficiently, and enzymes can be kept in a stable state for a long period of time without complicated immobilization treatment or complicated ultrafiltration or microfiltration. The purpose of the present invention is to provide an organic solvent-based bioreactor system that can be used as a catalyst in

〔構  成〕〔composition〕

本発明によれば、移動相として下記(a)〜(c)に示
される少くとも1種の反応基質を含有する有機溶媒とア
ルコールからなる親核試剤を用い、これらを加水分解酵
素からなる固定相に導入することによって加アルコール
分解を行なうことを特徴とする有機溶媒系バイオリアク
ターシステムが提供される。
According to the present invention, a nucleophilic reagent consisting of an organic solvent and alcohol containing at least one reaction substrate shown in (a) to (c) below is used as a mobile phase, and these are immobilized with a hydrolase. An organic solvent-based bioreactor system is provided, characterized in that an organic solvent-based bioreactor system performs alcoholysis by introducing the organic solvent into a phase.

(a)ラセミアルコールのエステル Cb’)プロキラル型対称ジオールのジエステル(c)
メソ型ジオールのジエステル 本発明は、前記した構成からなるので、従来その生産が
困難であった光学活性なアルコールもしくは、アルコー
ル誘導体である光学活性エステル、モノエステルの連続
生産が可能とする。
(a) Esters of racemic alcohols Cb') Diesters of prochiral symmetric diols (c)
Diester of meso-type diol Since the present invention has the above-described structure, it is possible to continuously produce optically active alcohols or optically active esters and monoesters that are alcohol derivatives, which have been difficult to produce in the past.

すなわち、本発明によれば、■ラセミアルコールのエス
テルの加アルコール分解による光学分割、及び■プロキ
ラル型対称ジオールのジエステルの加アルコール分解、
■メソ型ジオールのジエステルの加アルコール分解によ
る不斉合成等の各反応の連続化を同一のバイオリアクタ
ーシステムによって実施することが可能となる。
That is, according to the present invention, (1) optical resolution by alcoholysis of an ester of a racemic alcohol, (2) alcoholylysis of a diester of a prochiral type symmetric diol,
(2) It becomes possible to perform each reaction continuously, such as asymmetric synthesis by alcoholysis of diester of meso-type diol, using the same bioreactor system.

以下に本発明の典型的な反応例を図示する。Typical reaction examples of the present invention are illustrated below.

(光学分割) ラセミアルコール       光学活性   光学活
性のエステル          アルコール  アル
コールのエステル (不斉合成) X                 Xジオールのジ
エステル     モノエステルのジエステル    
        モノエステル〔式中R;R’ :置換
もしくは無置換の脂肪族炭化水素基又は置換もしくは無
置換の芳香族炭化水素基、n =0−5、m 二〇−5
、Q =O−2、*:光学活性炭素原子、X:水素、ハ
ロゲン、′?1換もしくは無置換の脂肪族炭化水素基、
置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、又は酸素、窒
素、硫黄などのへテロ原子を含む少くとも1種の置換基
である。〕本発明に於けるバイオリアクターの形式とし
ては、従来、固定化酵素・微生物及び若干の遊離微生物
のみにより実施されて来た、固・成型相系で、液体とし
て有機溶媒を使用するものであれば、撹拌槽型、固定層
又は充填層型、流動層型、模型、懸濁気泡塔型のいずれ
をも使用することが可能であるが、特に反応効率、酵素
・微生物の固定相に於ける保持能の点から、酵素・微生
物をカラム内に充填し、上昇式もしくは下降式に、基質
及びアルコールを通すことの出来る、固定層又は充填層
型リアクターが好適に使用される。
(Optical resolution) Racemic alcohol Optical activity Optically active ester Alcohol Ester of alcohol (asymmetric synthesis) X Diester of X diol Diester of monoester
Monoester [in the formula R; R': substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon group or substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, n = 0-5, m 20-5
, Q = O-2, *: optically active carbon atom, X: hydrogen, halogen, '? Monosubstituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon group,
It is a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, or at least one substituent containing a heteroatom such as oxygen, nitrogen, or sulfur. ] The format of the bioreactor in the present invention is a solid/formed phase system, which has conventionally been carried out using only immobilized enzymes, microorganisms, and some free microorganisms, and uses an organic solvent as the liquid. For example, it is possible to use any of the stirred tank type, fixed bed or packed bed type, fluidized bed type, model, and suspension bubble column type, but in particular, the reaction efficiency and the fixed phase of enzymes and microorganisms are From the viewpoint of retention capacity, a fixed bed or packed bed reactor is preferably used, in which enzymes and microorganisms are packed in a column and the substrate and alcohol can be passed through in an ascending or descending manner.

また、このようなバイオリアクターの形式において、実
際の工業的生産システムとして好適な方法としては、移
動相の一成分である反応基質を含有する有機溶媒を一方
の貯留槽から、移動相の他方の成分である親核試剤のア
ルコール、もしくはアルコール含有有機溶媒を他方の貯
留槽から各々、別々に導びき、これら両者を、固定相に
供給する直前で混合した後、該固定相内で酵素反応によ
り加アルコール分解を行うシステムである。このシステ
ムによれば、非立体選択的な加アルコール分解が抑制さ
れるため高い光学純度を有する光学活性物質の連続的な
生産が可能となる。
In addition, in this type of bioreactor, a method suitable for an actual industrial production system is to transfer the organic solvent containing the reaction substrate, which is a component of the mobile phase, from one storage tank to the other tank of the mobile phase. The component nucleophilic reagent alcohol or alcohol-containing organic solvent is introduced separately from the other storage tank, and both are mixed immediately before being supplied to the stationary phase, and then the enzyme reaction is carried out within the stationary phase. This is a system that performs alcoholysis. According to this system, since non-stereoselective alcoholysis is suppressed, it is possible to continuously produce an optically active substance having high optical purity.

以下、本発明を更に詳細に説明する。The present invention will be explained in more detail below.

本発明において移動相で用いる反応基質は、(a)ラセ
ミアルコールのエステル (b)プロキラル型対称ジオールのジエステル(C)メ
ソ型ジオールのジエステル の少くとも1種である。
In the present invention, the reaction substrate used in the mobile phase is at least one of (a) an ester of a racemic alcohol, (b) a diester of a prochiral type symmetrical diol, and (C) a diester of a meso type diol.

以下にその具体例を示す。A specific example is shown below.

すなわち、ラセミアルコールのエステルとしては、ツル
ケタノール酪酸エステル、2,3−ジクロロ−1−プロ
パツール酪酸エステル、3−クロロ−2−アセトキシ−
1−p−トルエンスルホニルオキシプロパン等の1級及
び2級アルコールのエステル、プロキラル型対称ジオー
ルのジエステルとしては、1.3−ジアセトキシ−2−
フェニルプロパン等、メン型ジオールのジエステルとし
ては、シス−1,4−ジアセトキシ−2−シクロペンテ
ン等が使用される。
That is, as racemic alcohol esters, turketanol butyrate, 2,3-dichloro-1-propatol butyrate, 3-chloro-2-acetoxy-
As esters of primary and secondary alcohols such as 1-p-toluenesulfonyloxypropane, and diesters of prochiral symmetric diols, 1,3-diacetoxy-2-
As the diester of men-type diol such as phenylpropane, cis-1,4-diacetoxy-2-cyclopentene and the like are used.

本発明の移動相で用いられるアルコール(Z−01()
は不斉炭素を有していないアルコール、不斉炭素を有し
ているラセミアルコール、又は光学活性アルコールであ
る。
Alcohol used in the mobile phase of the present invention (Z-01()
is an alcohol having no asymmetric carbon, a racemic alcohol having an asymmetric carbon, or an optically active alcohol.

より具体的には、不斉炭素を有しないアルコールとして
は、炭素数1〜IOの直鎖もしくは分枝鎖脂肪族アルコ
ールであり、その中で、特に、炭素数3〜8の直鎖もし
くは分枝鎖脂肪族アルコールが望ましい。
More specifically, alcohols having no asymmetric carbon atoms include straight chain or branched aliphatic alcohols having 1 to 10 carbon atoms, and especially straight chain or branched aliphatic alcohols having 3 to 8 carbon atoms. Branched chain aliphatic alcohols are preferred.

不斉炭素を有しているラセミアルコールとしては、炭素
数1〜10の直鎖もしくは分枝鎖脂肪族アルコールや芳
香環を有するアルコールである。
Racemic alcohols having asymmetric carbon atoms include linear or branched aliphatic alcohols having 1 to 10 carbon atoms and alcohols having an aromatic ring.

光学活性アルコールとしては炭素数1〜IOの直鎖、も
しくは分枝鎖脂肪族アルコールや芳香環を有するアルコ
ールを示す。光学活性アルコールやラセミアルコールを
使用する場合、そのアルコールの化学構造が本発明特許
請求範囲中のラセミアルコールエステルのアルコール部
分と異なっていなければならない。
Optically active alcohols include linear or branched aliphatic alcohols having 1 to 10 carbon atoms and alcohols having an aromatic ring. When an optically active alcohol or racemic alcohol is used, the chemical structure of the alcohol must be different from the alcohol moiety of the racemic alcohol ester in the claims of the present invention.

本発明の移動相で用いる有機溶媒は、先に示したアルコ
ールもしくは他の非水系有機溶媒である。
The organic solvent used in the mobile phase of the present invention is the alcohol or other non-aqueous organic solvent shown above.

非水系有機溶媒を具体的に例示すると、n−ペンタン、
n−ヘキサン、n−へブタン等の直鎖型炭化水素、イソ
ブタン、イソペンタン、2−メチルペンタン等の分枝鎖
型炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環
式炭化水素、二塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭
素、ジクロロエタン、トリクロロエタン等の含ハロゲン
炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭
化水素、ジエチルエーテル、n−ジブチルエーテル等の
脂肪族エーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピ
ラン等の脂環式エーテル等を示し、その中でn−ヘキサ
ン、トルエン、ジイソプロピルベンゼン、ジエチルエー
テル、n−ジブチルエーテル、四塩化炭素がより適当で
ある。
Specific examples of non-aqueous organic solvents include n-pentane,
Linear hydrocarbons such as n-hexane and n-hebutane, branched chain hydrocarbons such as isobutane, isopentane, and 2-methylpentane, alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane and cyclohexane, methylene dichloride, and chloroform. , halogen-containing hydrocarbons such as carbon tetrachloride, dichloroethane, and trichloroethane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene, aliphatic ethers such as diethyl ether and n-dibutyl ether, and alicyclic ethers such as tetrahydrofuran and tetrahydropyran. Among them, n-hexane, toluene, diisopropylbenzene, diethyl ether, n-dibutyl ether, and carbon tetrachloride are more suitable.

本発明において固定相に用いる加水分解酵素は。The hydrolase used for the stationary phase in the present invention is:

精製品でも組成品で′も良く、その形態としては、粉末
状又は顆粒状の加水分解酵素もしくは加水分解酵素を生
成する菌体(処理菌体、休止あるいは静止菌体)の乾燥
品を使用することが出来る。
It may be a purified product or a composition, and the form used is a powdered or granular form of hydrolytic enzyme or a dried product of bacterial cells that produce the hydrolytic enzyme (treated bacterial cells, dormant or stationary bacterial cells). I can do it.

更に、固定化担体1例えばポリスチレン、ポリプロピレ
ン、デンプン、グルテン等の高分子や、活性炭、多孔性
ガラス、セライト、ゼオライト、カオリナイト、ベント
ナイト、アルミナ、シリカゲル、ヒドロキシアパタイト
、リン酸カルシウム、金属酸化物等の無機材料等に、上
記加水分解酵素を物理的吸着法により担持固定化した固
定化酵素等を乾燥させて利用することも出来る。
Furthermore, the immobilization carrier 1 may be a polymer such as polystyrene, polypropylene, starch, or gluten, or an inorganic material such as activated carbon, porous glass, celite, zeolite, kaolinite, bentonite, alumina, silica gel, hydroxyapatite, calcium phosphate, or metal oxide. It is also possible to use dried immobilized enzymes obtained by supporting and immobilizing the above-mentioned hydrolytic enzymes on materials etc. by a physical adsorption method.

この様な、固定化操作が容易で、固定化過程に於ける酵
素失活の可能性が少ない物理的吸着法(担体結合法の一
種)で固定化した酵素は、一般に酵素/担体間の結合が
、他のイオン結合法や共有結合法に比べて弱く酵素が担
体から脱離しやすいため、水系反応に於ては有効な方法
ではなかったが、有機溶媒中に於いては、溶媒の疎水性
の為、酵素の担体からの脱離がおさえられるので、好適
に使用し得る。
Enzymes immobilized by such physical adsorption methods (a type of carrier binding method), which are easy to immobilize and have little possibility of enzyme deactivation during the immobilization process, are generally However, this method was not effective in aqueous reactions because it was weaker than other ionic bonding methods or covalent bonding methods, and the enzyme easily detached from the carrier. Therefore, detachment of the enzyme from the carrier is suppressed, so it can be used preferably.

本発明における加水分解酵素の種類を具体的に例示する
と、豚すい臓リパーゼ、キャンディダ属由来の酵母リパ
ーゼ、アスペルギルス属、ムコール属、シュードモナス
属由来の菌体リパーゼ等のリパーゼ類、又は豚肝臓由来
のエステラーゼ、又はトリプシン、キモトリプシン、サ
ブチリシン等のタンパク分解酵素が挙げられる。
Specific examples of the hydrolase used in the present invention include lipases such as porcine pancreatic lipase, yeast lipase derived from the genus Candida, bacterial lipase derived from the genus Aspergillus, Mucor, and Pseudomonas, and lipases derived from porcine liver. Examples include esterase, or proteolytic enzymes such as trypsin, chymotrypsin, and subtilisin.

本発明においては、反応系の水分含量を極めて低くし、
実質的に非水系で反応を行なうことが必要であるが、酵
素中には微量の水分の存在が必要であるため、移動相で
ある反応基質、アルコール、有機溶媒中に含まれる水分
含量は2%(It/V)以下であり、更に、0.5%(
W/V)以下が望ましい。又、固定相である粉体状もし
くは顆粒状酵素の水分含量は0.1〜10%(す/V)
であり、0.5〜錦(W/V)が望ましい。
In the present invention, the water content of the reaction system is extremely low,
Although it is necessary to carry out the reaction in a substantially nonaqueous system, the presence of a trace amount of water in the enzyme is necessary, so the water content in the reaction substrate, alcohol, and organic solvent that is the mobile phase is 2. % (It/V) or less, and furthermore, 0.5% (
W/V) or less is desirable. In addition, the water content of the powdered or granular enzyme that is the stationary phase is 0.1 to 10% (S/V).
and 0.5 to brocade (W/V) is desirable.

上記、各物質の水分含量は、種々の乾燥方法、例えば、
液体に対しては適当な乾燥剤を使用する方法、固体の場
合には真空デシケータ−中で乾燥する方法等により調整
される。
The moisture content of each substance mentioned above can be determined by various drying methods, e.g.
For liquids, it is adjusted by using a suitable desiccant, and for solids, it is dried in a vacuum desiccator.

本発明の一つの特徴は、この様に、反応系の水分含量を
極めて低くおさえることにより、エステル加水分解によ
って生成するカルボン酸による光学純度低下の原因にな
る非立体選択的な反応基質の非酵素的分解反応を抑制し
、同時に、水・有機溶媒共存系に於いては、不安定な酵
素を、連続反応システム中に於て、長時間、高活性な状
態のまま使用しうる点にある。
One of the features of the present invention is that, by keeping the water content of the reaction system extremely low, non-stereoselective reaction substrates can be used without enzymes, which can cause a decrease in optical purity due to carboxylic acids produced by ester hydrolysis. At the same time, in a water/organic solvent coexistence system, an unstable enzyme can be used in a continuous reaction system in a highly active state for a long time.

本発明において使用される反応基質と親核試剤であるア
ルコールのモル比は、光学分割の場合には、基質:アル
コール=l:0.5以上、不斉合成の場合には、基質:
アルコール1:1以上であれば、特に制限はない。
In the case of optical resolution, the molar ratio of the reaction substrate and the alcohol as a nucleophilic reagent used in the present invention is 0.5 or more: substrate:alcohol=l:0.5 or more in the case of asymmetric synthesis.
There is no particular restriction as long as the ratio of alcohol is 1:1 or more.

また、本発明においては、反応基質及びアルコールの溶
液は、好ましくは固定相である酵素カラムの直前で混合
され、カラム内部に供給されるが、この際の流速及びカ
ラムに充填される酵素量は、各々の反応基質の反応性に
より、その最適速度及び最適量が決定される。更に、反
応温度については、反応基質、アルコール、有機溶媒の
うち、もっとも低い沸点を有する物質の沸点よりも低い
温度であれば、特に制限はないが、通常は5〜70℃程
度が使用される。
In addition, in the present invention, the solution of the reaction substrate and alcohol is preferably mixed just before the enzyme column, which is the stationary phase, and supplied into the column, but the flow rate and the amount of enzyme packed in the column are , the reactivity of each reaction substrate determines its optimal rate and amount. Furthermore, there is no particular restriction on the reaction temperature as long as it is lower than the boiling point of the substance with the lowest boiling point among the reaction substrate, alcohol, and organic solvent, but a temperature of about 5 to 70°C is usually used. .

〔効  果〕〔effect〕

本発明は前記構成からなるので、複雑な限外濾過膜や精
密濾過膜装置を用いることなく不安定な酵素を連続反応
システム中において長時間高活性な状態で安定に存在さ
せることができるので極めて生産効率の高いバイオリア
クターシステムといえる。
Since the present invention has the above-mentioned configuration, an unstable enzyme can be stably present in a highly active state for a long period of time in a continuous reaction system without using a complicated ultrafiltration membrane or microfiltration membrane device. It can be said to be a bioreactor system with high production efficiency.

また、光学純度低下の原因となる非立体選択的な反応基
質の非酵素的分解反応を抑制できるため効率よく高い光
学純度を有する光学活性物質を得ることが可能となる。
Furthermore, since it is possible to suppress the non-enzymatic decomposition reaction of the non-stereoselective reaction substrate, which causes a decrease in optical purity, it becomes possible to efficiently obtain an optically active substance having high optical purity.

従って、本発明によれば、従来、天然光学活性物質より
、長い合成経路を経て、製造されて来た(R)−ツルケ
タール、(R) 、 (S)−エピクロルヒドリン等の
医薬品合成中間体を効率的に製造することができる。
Therefore, according to the present invention, pharmaceutical synthesis intermediates such as (R)-turketal, (R), (S)-epichlorohydrin, etc., which have conventionally been produced from natural optically active substances through a long synthetic route, can be efficiently synthesized. It can be manufactured as follows.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

実施例1 内径40mm、長さ300 mmのテーパー式ガラスカ
ラムに市販リパーゼ「アマノPJ(人好製薬製)を詰め
る(a素置220g)。このカラムをポンプに配管した
後、35℃の湯浴中に浸し、カラム温度を一定にする。
Example 1 A tapered glass column with an inner diameter of 40 mm and a length of 300 mm was packed with commercially available lipase ``Amano PJ'' (manufactured by Jinko Pharmaceutical Co., Ltd., 220 g). After piping this column to a pump, it was placed in a 35°C hot water bath. to keep the column temperature constant.

ラセミのツルケタール酪酸エステルを50+++M濃度
で溶解した二塩化メチレン溶液(タンクA)とn−ブチ
ルアルコールを50mM濃度で溶解した二塩化メチレン
溶液(タンクB)を各々、毎分0.5−の流速でカラム
に注入する。タンクAと8の溶液は、ポンプを経由して
、カラムに入る直前になって、初めて混合される。カラ
ムより出てきた二塩化メチレン溶液より未分解の(S)
−ツルケタール酪酸エステルを光学純度85%で得た。
A methylene dichloride solution containing racemic turketal butyrate at a concentration of 50+++M (Tank A) and a methylene dichloride solution containing n-butyl alcohol at a concentration of 50mM (Tank B) were prepared at a flow rate of 0.5-min. Inject into column. The solutions in tanks A and 8 are only mixed via the pump just before entering the column. Undecomposed (S) was extracted from the methylene dichloride solution coming out of the column.
-Tulketal butyrate was obtained with an optical purity of 85%.

また、このときの加アルコール分解率は60%であった
0本光学純度及び分解率は、30日間連続運転後もその
まま維持された。
Further, the alcoholysis rate at this time was 60%, and the optical purity and decomposition rate were maintained as they were even after 30 days of continuous operation.

実施例2 内径23mm、長さ250mmのフランジ式ガラスカラ
ムに市販リパーゼ「アマノPJ(大野製薬製)を詰める
(酵素量toog)。このカラムをポンプに配管した後
、22℃の恒温槽中でカラム温度を一定にする。
Example 2 A flange-type glass column with an inner diameter of 23 mm and a length of 250 mm was packed with commercially available lipase "Amano PJ (manufactured by Ohno Pharmaceutical) (enzyme amount: too much). After piping this column to a pump, the column was placed in a constant temperature bath at 22 ° C. Keep the temperature constant.

ラセミの3−クロロ−2−アセトキシ−1−p−トルエ
ンスルホニルオキシプロパンを20mM濃度で溶解した
トルエン溶液(タンクA)と2−プロパツールを25m
Mの濃度で溶解したトルエン溶液(タンクB)を各々毎
分0.25−の流速でカラムに注入する。タンクAとR
の溶液は、ポンプを経由して、カラムに入る直前になっ
て、初めて混合される。カラムより出てきたトルエン溶
液より未分解の(R)−3−クロロ−2−アセトキシ−
1−p−トルエンスルホニルオキシプロパンと(S)−
3−クロロ−1−p−トルエンスルホニルオキシ−2−
プロパツールを各々光学純度99%以上、収率50%で
得た。本光学純度及び分解率は、30日間連続運転後も
そのまま維持された。
25 m
Toluene solutions (tank B) dissolved at a concentration of M are each injected into the column at a flow rate of 0.25-min. Tanks A and R
The solutions are mixed only just before entering the column via the pump. Undecomposed (R)-3-chloro-2-acetoxy- was extracted from the toluene solution coming out of the column.
1-p-Toluenesulfonyloxypropane and (S)-
3-chloro-1-p-toluenesulfonyloxy-2-
Each propatool was obtained with an optical purity of 99% or more and a yield of 50%. The optical purity and decomposition rate were maintained even after 30 days of continuous operation.

実施例3 内径23++n+、長さ250nmのフランジ式ガラス
カラムに市販リパーゼ[アマノCESJ (大野製薬i
)を詰める(酵素fik100g)、この方ラムをポン
プに配管した後、22℃の恒温槽中でカラム温度を一定
にする。
Example 3 Commercially available lipase [Amano CESJ (Ohno Pharmaceutical i
) (100 g of enzyme fik), and after piping the column to a pump, the column temperature is kept constant in a constant temperature bath at 22°C.

ラセミの3−クロロ−2−アセトキシ−1−p−トルエ
ンスルホニルオキシプロパンを20mM濃度で溶解した
ベンゼン溶液(タンクA)と2−プロパツールを25m
Mの濃度で溶解したベンゼン溶液(タンクB)を各々毎
−分0.25−の流速でカラムに注入する。タンクAと
8の溶液は、ポンプを経由して、カラムに入る直前にな
って、初めて混合される。カラムより出てきたベンゼン
溶液より未分解の(R)−3−クロロ−2−アセトキシ
−1−p−トルエンスルホニルオキシプロパンと(S)
−3−クロロ−1−p−トルエンスルホニルオキシ−2
−プロパツールを各々光学純度99%以上、収率50%
で得た0本光学純度及び分解率は、30日間連続運転後
もそのまま維持された。
A benzene solution (tank A) containing racemic 3-chloro-2-acetoxy-1-p-toluenesulfonyloxypropane dissolved at a concentration of 20mM (tank A) and 25m
Benzene solutions (tank B) dissolved at a concentration of M are each injected into the column at a flow rate of 0.25-min. The solutions in tanks A and 8 are only mixed via the pump just before entering the column. Undecomposed (R)-3-chloro-2-acetoxy-1-p-toluenesulfonyloxypropane and (S) are extracted from the benzene solution coming out of the column.
-3-chloro-1-p-toluenesulfonyloxy-2
- Optical purity of each propatool is 99% or more, yield 50%
The optical purity and decomposition rate obtained in 1 were maintained as they were even after 30 days of continuous operation.

実施例4 リパーゼとして豚すい臓リパーゼ(シグマ社製)を使用
し、基質としてラセミの2,3−ジクロロ−1−プロパ
ツール酪酸エステルを用い、実施例1と同様の条件で、
加アルコール分解反応を行い、未分解の(S)−2,3
−ジクロロ−1−プロパツール酪酸エステルと、(R)
−2,3−ジクロロプロパツールを得た。
Example 4 Using porcine pancreatic lipase (manufactured by Sigma) as the lipase and racemic 2,3-dichloro-1-propatur butyrate as the substrate, under the same conditions as in Example 1,
An alcoholysis reaction is carried out to produce undecomposed (S)-2,3
-dichloro-1-propatur butyrate and (R)
-2,3-dichloropropatool was obtained.

実施例5 リパーゼとしてアマノP(大野製薬製)を使用し、基質
として1,3−ジアセトキシ−2−フェニルプロパンを
用いて、実施例2と同様に加アルコール分解を行い、光
学活性な3−アセトキシ−2−フェニル−プロパツール
を得た。
Example 5 Alcoholysis was carried out in the same manner as in Example 2 using Amano P (manufactured by Ohno Pharmaceutical Co., Ltd.) as the lipase and 1,3-diacetoxy-2-phenylpropane as the substrate to produce optically active 3-acetoxy -2-phenyl-propatool was obtained.

実施例6 リパーゼとしてアマノP(大野製薬製)を使用し、基質
としてシス−1,4−ジアセトキシ−2−シクロペンテ
ンを用いて、実施例2と同様に加アルコール分解を行い
、光学活性な4−アセトキシ−2−シクロベンテノール
を得た。
Example 6 Alcoholysis was carried out in the same manner as in Example 2 using Amano P (manufactured by Ohno Pharmaceutical Co., Ltd.) as the lipase and cis-1,4-diacetoxy-2-cyclopentene as the substrate to obtain optically active 4- Acetoxy-2-cyclobentenol was obtained.

比較例1 100威の0.1Mリン酸緩衝液(pH7,0)に、基
質(R,5)−3−クロロ−2−アセトキシ−1−ρ−
トルエンスルホニ分解反応を行った。この反応液200
−を塩化メチレンで抽出し、乾燥減圧濃縮後、シリカゲ
ルカラムクロマトグラフィーで分離し、(R)−3−ク
ロロ−2−アセトキシ−1−ρ−トルエンスルホニルオ
キシプロパン8.5g、(S)−3−クロロ−1−p−
トルエンスルホニルオキシ−2−プロパツール7.4g
を得た。各々の比族光度を測定したところ(a ID”
−9,2°(C=5.0、Meoll)、(a )o”
−2,2’ (C:5.0. Meoll)であった。
Comparative Example 1 Substrate (R,5)-3-chloro-2-acetoxy-1-ρ- was added to 100% 0.1M phosphate buffer (pH 7,0).
A toluenesulfonylysis reaction was performed. This reaction solution 200
- was extracted with methylene chloride, dried and concentrated under reduced pressure, and separated by silica gel column chromatography, (R)-3-chloro-2-acetoxy-1-ρ-toluenesulfonyloxypropane 8.5 g, (S)- -chloro-1-p-
Toluenesulfonyloxy-2-propatol 7.4g
I got it. When the relative luminosity of each group was measured (a ID”
-9,2° (C=5.0, Meoll), (a)o”
-2,2' (C: 5.0. Meoll).

又。or.

+1 P L Cで光学純度を測定したところ、いずれ
も99%以上の値を示した。
When the optical purity was measured by +1 PLC, all showed values of 99% or more.

しかしながら水沫は、酵素が水に溶解している為、反応
の連続化が不可能である上、生成する遊離のカルボン酸
を中和しながら反応を行わなければならないという欠点
を有している・
However, water droplets have the disadvantage that the enzyme is dissolved in water, making it impossible to carry out the reaction continuously, and the reaction must be carried out while neutralizing the free carboxylic acid produced.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)移動相として下記(a)〜(c)に示される少く
とも1種の反応基質を含有する有機溶媒とアルコールか
らなる親核試剤を用い、これらを加水分解酵素からなる
固定相に導入することによって加アルコール分解を行な
うことを特徴とする有機溶媒系バイオリアクターシステ
ム。 (a)ラセミアルコールのエステル (b)プロキラル型対称ジオールのジエステル(c)メ
ソ型ジオールのジエステル
(1) Using a nucleophilic reagent consisting of an organic solvent and alcohol containing at least one reaction substrate shown in (a) to (c) below as a mobile phase, these are introduced into a stationary phase consisting of a hydrolase. An organic solvent-based bioreactor system characterized by performing alcoholysis by. (a) Esters of racemic alcohols (b) Diesters of prochiral symmetrical diols (c) Diesters of meso diols
(2)反応基質を含有する有機溶媒とアルコールからな
る親核試剤とが固定相に供給される直前で混合される特
許請求の範囲第1項記載の有機溶媒系バイオリアクター
システム。
(2) The organic solvent-based bioreactor system according to claim 1, wherein the organic solvent containing the reaction substrate and the nucleophilic reagent consisting of alcohol are mixed immediately before being supplied to the stationary phase.
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