JPH01268665A

JPH01268665A - アミノ酸の合成方法

Info

Publication number: JPH01268665A
Application number: JP63098598A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kimoto; 岳志紀本
Original assignee: Kimoto Electric Co Ltd
Current assignee: Kimoto Electric Co Ltd
Priority date: 1988-04-20
Filing date: 1988-04-20
Publication date: 1989-10-26
Also published as: JPH044307B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、硫化物イオンの存在下に行うアミノ酸の合成
方法に関する。

従来の技術先行技術のアミノ酸の合成方法としては、蛋白質分解法
、酵素法、化学合成法など様々な方法が考案されている
。しかしながら蛋白質分解法では、通常２０種類程度の
アミノ酸の混合物が得られる。

したがって所望のアミノ酸を分離精製するための構成が
必要となり、所望のアミノ酸の収率は低下するという問
題があった。

また、酵素法では蛋９質である酵素を使用するので、こ
の蛋白質から生じるアミノ酸が混合しないように固定す
る構成を必要とするなど問題があり、工業的に実用化さ
れていない。

化学合成法においては、温度条件などの反応条件が厳し
く操作が複雑化してしまった。たとえばストレツ力法と
称される方法によってアルデヒドからアミノ酸を合成す
る場合には、所定の水溶液にアルデヒドを注意深く滴下
する必要がある。しかも、このような方法によってホル
ムアルデヒドからグリシンを合成するときの収率は３１
〜５０％である。　またα−ゲケトをアンモニア存在下
で、白金、パラジウム、ニッケルなどを用いて接触的に
還元するか、あるいはナトリウムとアルコールとを用い
て還元し、アミノ基を導入する方法もある。このような
方法においては、たとえばα−ケトグルタル酸からグル
タミン酸を合成する場合の収率は約２５％と低い。

発明が解決しようとする課題本件発明者は、深海底において細菌が硫化水素を化学反
応に用いることなどを研究した結果、硫化物イオンがア
ミノ酸の合成において触媒として働くという驚くべき事
実を見い出し、本発明を完成した。

本発明の目的は、上述した先行技術のアミノ酸の合成方
法の技術的課題を解決し、簡単な装置および簡単な操作
で高収率にアミノ酸を合成することができるアミノ酸の
合成方法を提供することである。

課題を解決するための手段本発明は、アセトアルデヒド、アンモニア、およびシア
ン化合物を硫化物イオンの存在下に反応させてアラニン
を合成することを特徴とするアミノ酸の合成方法である
。

また本発明は、上記アミノ酸の合成方法において、Ｌ−
システインおよびＬ−シスチンのいずれか一方を添加し
て、Ｌ−アラニンのいずれか一方を合成する方法である
。

また本発明は、上記アミノ酸の合成方法において、Ｄ−
システインおよびＤ−シスチンのいずれか一方を添加し
て、Ｄ−アラニンのいずれか一方を合成する方法である
。

また本発明は、前記アルデヒド、アンモニアおよびシア
ン化合物を硫化物イオンの存在下に反応させてアミノ酸
を合成することを特徴とするアミノ酸の合成方法である
。

また本発明は、前記アルデヒドがホルムアルデヒドおよ
びアセトアルデヒドのいずれかであることを特徴とする
前記アミノ酸の合成方法である。

また本発明は、ケト酸、アンモニアおよびシアン化合物
を硫化物イオンの存在下に反応させてアミノ酸を合成す
ることを特徴とするアミノ酸の合成方法である。

また本発明は、前記ケト酸はα−ケトグルタル酸および
ピルビン酸のうちのいずれか一方であることを特徴とす
る前記アミノ酸の合成方法である。

また本発明は、シアン化合物としてシアン化水素気流を
反応系内に導入するか、シアン化カワウムおよびシアン
化ナトリウムのいずれか少なくとも１つを添加するか、
いずれかの方法によって反応系内に供給されることを特
徴とする前記アミノ酸の合成方法である。

また本発明は、前記アンモニアはアンモニアガスを導入
するか、あるいはアンモニア化合物を添加するか少なく
ともいずれが一方によって反応系内に供給されることを
特徴とする前記アミノ酸の合成方法である。

また本発明は、アンモニアおよび劃りまたは蟻酸アンモ
ニウムを硫化物イオンの存在下に反応させることを特徴
とするアミノ酸の合成方法である。

また本発明は、アルデヒドの存在下に反応させることを
特徴とする該アミノ酸の合成方法である。

また本発明は、アルデヒドおよびヒドロキシルアミンを
硫化物イオンの存在下に反応させてアミノ酸を合成する
ことを特徴とするアミノ酸の合成方法である。

また本発明は、不斉触媒を微量添加することな特徴とす
る前記アミノ酸の合成方法である。

また本発明は、前記不斉触媒がＬ−システインおよびＤ
−システインのいずれが一方を含むことを特徴とする前
記アミノ酸の合成方法である。

また本発明は、前記硫化物イオンが硫化水素を導入する
か、硫化ナトリウムを添加するかのいずれかの方法によ
って反応系内に供給されることを特徴とする前記アミノ
酸の合成方法である。

また本発明は、マグネシウムまたは遷移金属存在下に反
応させることを特徴とする前記アミノ酸の合成方法であ
る。

また本発明は、前記遷移金属はマンガン、鉄および銅の
うちのいずれか少なくとも１つを含んでいることを特徴
とする前記アミノ酸の合成方法である。

また本発明は、水素イオン濃度がアルカリ性の水溶液中
で反応させることを特徴とする前記アミノ酸の合成方法
である。

作　　用本発明は、硫化物イオンの存在下に必要ならばマグネシ
ウムもしくは遷移金属を添加し、■アルデヒド、アンモ
ニアおよびシアン化合物を反応させてアミノ酸を合成す
る方法。

■ケト酸、アンモニアおよびシアン化合物を反応させて
アミノ酸を合成する方法。

■蟻酸、アンモニアおよび必要ならばシアン化合物を加
えて反応させてアミノ酸を合成する方法。

■アルデヒドおよびヒドロキシルアミンを反応させてア
ミノ酸を合成する方法であって、硫化物イオンが上記ア
ミノ酸の合成を触媒するために、上記反応は常温におい
て進行する。しかも高収率でアミノ酸を生成することが
できる。したがって簡単な装置で簡単な出発物質から大
量のアミノ酸を合成することができる。

硫化物イオンとは、硫化物から遊離するＳ２−を意味し
、具体的にはｐＨ２〜ｐ　Ｈ９で硫化物（たとえば硫化
水素、硫化ナトリウムなど）から遊離するＳ？−である
。

遷移金属とは、３ｄ、４ｄ、５ｄおよび６ｄ殻において
、原子の不完全な充填が認められる原子構造上の特徴を
有する金属で、具体的にはチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃ
ｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ
）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（ＣＬＩ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、タングステン
（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等を含む。

アルデヒドとは、一般式（１）で示され、ＲＩＣＨＯ（
１）（式中、Ｒ１は水素または低級アルキル基を表わす、）
具体的には、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プ
ロピオンアルデヒドなどである。

アンモニアは、アンモニウムイオンとして反応するので
、気体アンモニアガスを反応液中に導入してもよいし、
またはアンモニウム化合物（たとえば塩化アンモニウム
、蟻酸アンモニウム等）を反応液に溶解してもよい。

シアン化合物としては、具体的にはシアン化水素、シア
ン化カリウムおよびシアン化ナトリウムなどである。

不斉触媒とは、光学活性を有する触媒であって、特に生
成物の光学収率を増大する物質である。

き酸反応は、上記■〜■の反応に必要な化合物を水に加
えて混合、溶解し、撹拌することによって行われる。各
出発物質の濃度については、シアン化合物およびアンモ
ニアのモル濃度はおよそ１０−３〜数Ｍ程度であること
が好ましい。アルデヒドもしくはケト酸のモル濃度は、
およそ１０−３〜ＩＭ程度であることが好ましい。触媒
として遷移金属または不斉触媒を添加する場合には、ア
ルデヒドまたはケト酸の１／１００程度のモル比で添加
すれば充分な効果が認められる。

反応は大気中常温で進行するが必要に応じて加熱すると
よいし、窒素ガスあるいは不活性ガス中で行ってもよい
。またｐＨの調整は必ずしも必要ではないが、高収率を
得るためには中性からアルカリ性に調整するとよい、さ
らに無機電解質（たとえば塩化ナトリウムなど）を加え
て、酸化還元反応を促進することを考慮してもよい。

反応時間は反応化合物の濃度によって異なるため、撹拌
中に生じる沈澱の量によって決定すればよい。アミノ酸
の分解反応は生じないので、反応時間を長時間にしても
収率は減少しない。

反応終了後、生じた沈澱を常法によって分取し、必要に
応じて精製する。なお、反応生成物は一般にペプチド結
きを含む重合体として生成するので、適当な加水分解処
理（たとえば塩酸酸性下の熱処理等）を施す。以下に、
発明者が推定する■〜■の反応の反応経路の一例を示す
。

反応式（Ａ）に示される反応においては、アルデヒド、
アンモニアおよびシアン化水素からアミノニトリルが生
成される。

この反応はいわゆるストレッカー合成における反応と同
様ではあるが、通常加熱などをしなければ反応は進行し
ない０本実施例においては、硫化物イオンが添加されて
いるので、この反応は常温（約２５℃）で進行する。

アミノニトリルは、反応式（Ｂ）に示されるように重合
して直鎖状の高分子となることが知られている。

この反応の生成物は反応式＜Ｃ）に示されるように、加
水分解されてポリペプチドが得られる。このポリペプチ
ドを酸加水分解してアミノ酸が生成されると考えられる
。

また■の反応では出発物質としてケト酸が用いられる。

この場合には、反応式（Ｄ）に示されるように、ケト酸
、アンモニアおよびシアン化水素からアミノニトリルが
生成される。

■ この反応においても硫化物イオンが触媒していると考え
られ、この反応は常温で進行する。以下、前述した反応
式（Ｂ）、＜Ｃ）で示される反応と同様にしてアミノ酸
が得られると考えられる。

■の反応において、蟻酸アンモニウムを用いた渇きには
、反応式（Ｅ）で示されるように脱水反応によってホル
ムアミドが得られる。

このホルムアミドは反応式（Ｆ）に示される脱水反応に
よってシアン化水素を生成する。

上記反応式（Ｆ、）、　　（Ｆ）においては、硫化物イ
オンが触媒するとともに、マグネシウムイオンが有効に
触媒として働く。

蟻酸およびアンモニアは水溶液中で解離するので蟻酸ア
ンモニウムだけを添加してもよい、この蟻酸は硫化水素
によって反応式（Ｇ）で示されるように還元され、ホル
ムアルデヒドを生成する。

ＨＣＯＯＨ＋　Ｈ２Ｓ　→Ｈｔ　ＣＯ＋　Ｓ　＋　Ｈｔ
　Ｏ（Ｇ　）これによって反応式（Ａ）に示される反応
が起こり、引続き反応式（Ｂ）〜（Ｄ）に示される反応
が起こってアミノ酸が生成されると考えられる。

ここで蟻酸およびアンモニア（もしくは蟻酸アンモニウ
ム）だけを用いても、反応式（Ｅ）、（Ｆ）によってシ
アン化水素が生成され、反応式〈Ｇ）によってホルムア
ルデヒドが生成されるので、反応式（Ａ）〜（Ｃ）が起
こりアミノ酸を自戒することができる。なお、たとえば
アルデヒドとしてホルムアルデヒドを用いた渇きには、
硫化水素によって反応式（Ｈ）に示されるようにホルム
アルデヒドはメチル化され得る。

２Ｈ２ＣＯ＋Ｈ２Ｓ４ＣＨ！−ＣＨ０＋Ｓ＋８２０ＯＨ
（Ｈ）このようにしてアルデヒドとしてホルムアルデヒドを用
いた場合もグリシンだけでなく、アラニンなどの他のア
ミノ酸も生成され得る。

上記反応は６種の遷移元素（Ｍｏ、Ｚｎ、Ｆｅ。

Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ）によって促進されると考えられる。

なお本発明に微量の光学活性を有する物質（たとえばＬ
−システイン）を添加すれば、光学収率を飛躍的に高め
ることができ、繁雑なラセミ分割操作を容易化すること
ができる。

以下、実施例により本発明の実施態様を示すが、これら
の実施例は何ら本発明を限定するものではない。

実施例１ホルムアルデヒド０．１Ｍ、シアン化カリウムＩＭ、塩
化アンモニウムＩＭを含む水溶液を塩酸でｐＨ１１に調
整し、室温で撹拌子硫化水素を１００ｍＺ／分の割合で
導入すると、白色沈澱（粒径数μ）が生じた。沈澱をＰ
出し、ＧＰＣ測定すると分子量数百程度の重合体から成
り、水に僅かに溶ける（約１ｍｇ／ｍｊりペプチド結合
を含む重合体であることが確認された。この沈澱物を５
゜７Ｎ塩酸を用いて減圧下１１０℃で２４時間加水分解
した。生成物中に含まれるアミノ酸を、（ａ）Ｍｏｏｒ
ｅ−３ｔｅ　ｉ　ｎ法によるアミノ酸自動分析計および
オルトフタルアルデヒド（ＯＰＴＡ）と、（ｂ）Ｎ−ア
セチル−し−システイン（ＡｃＣｙｓ）を反応試薬とし
た高速液体クロマトブラフイー蛍光検出方法により測定
した。その結果、ホルムアルデヒドに対する収率８０％
でグリシンが生成されていることが確認された。

実施例２アセトアルデヒド０．１Ｍ、塩化アンモニウムＩＭ、シ
アン化カリウムＩ　Ｍ　、　硫化ナトリウム０゜１Ｍを
含む水溶液をＩＮ塩酸でＰＨＩＩに調整し、約１００時
間常温（約２５℃）で撹拌し、沈澱物を得た。同沈澱物
を前述した分析法により分析した結果、アセトアルデヒ
ドに対する収率７２％でアラニンが生成されていること
が確認された。

実施例３ α−ケトグルタル酸０．１Ｍ、塩化アンモニウムＩＭ、
シアン化カリウムＬＭ、ｌｉｔ化ナトリウム０．１Ｍを
含む水溶液を塩酸でｐＨ１１に調整し、室温で１００時
間撹拌して沈澱物を得た。同沈澱物を前述した分析法に
より分析した結果、α−ケトグルタル酸に対する収率７
４％でグルタミン酸が生成されていることが確認された
。

実施例４ピルビン酸０．１Ｍ、塩化アンモニウムＩＭ、シアン化
カリウムＬＭ、硫化ナトリウム０．ＩＭを含む水溶液を
塩酸でｐＨ１１に調整し、大気中１００時間撹拌して沈
澱物を得た。同沈澱物を高速液体クロマトブラフイーに
よって分析した結果、ピルビン酸に対する収率６５％で
アラニンが生成されていることが確認された。

実施例５実施例４と同一条件で実験を行った。ただし、触媒とし
てＤ−システインおよびＦｅ”を各１０−３Ｍだけ添加
した。得られた沈澱物を前述した分析法により分析した
。この結果は第１図（１）に余されている。第１図（２
）は各アミノ酸のスタンダードを同一条件で分析したも
のである。実施例４においては、生成されたアラニンは
ラセミ体であり、次式で示される光学収率ｅｅはほぼ０
％であった。

実施例５においては、光学活性を有する不斉触媒として
Ｄ−システインを微量添加するだけで光学収率を約３０
％にまで向上することができた。

実施例６実施例４と同一条件において実験を行った。ただし、塩
酸および水酸化ナトリウムによってｐＨをそれぞれ５，
６，７，８，９，１０，１１．１３に調整した試料で、
各試料におけるｐＨ依存性を調べた。第２図はこのとき
のｐＨ依存性を表わすグラフである。なお、縦軸のアラ
ニンの収率は対数で目盛っである。第２図から解るよう
にアルカリ性でアミノ酸の収率が高くなる。

実施例７〜１６水の４００ｍｊ！の入ったパイレックス性反応容器（５
００ｍｆｆｉ　）にホルムアルデヒド０．２Ｍ、シアン
化カリウムＯ，ＬＭ、塩化アンモニウム０゜１Ｍ、塩化
ナトリウム０．５Ｍ、塩化マグネシウム０．５Ｍを加え
ｐａｌｓ、５に調整した。

この反応混合液を０．２μｍヌクレオボアフィルタで濾
過し、５００ｍ１の円形フラスコに移して、テフロン性
スターラで撹拌しながら１％硫化水素／窒素ガスを５０
ｍ１／分の流速で通気し反応させた０反応は室温（２０
℃付近）で行った。該反応時間はいずれも２４時間とし
たく硫化水素の挿通量として約０．０３ｍｏ＋）、終了
後、生成した白色沈澱（６５２ｍｇ）を−過して元素分
析を行った結果得られた窒素元素／炭素元素比（Ｎ／Ｃ
比）は第１表に示されている。また沈澱２ｇを５．７Ｎ
塩酸１ｍｌを加えて、真空脱気後１１０℃で２４時間加
水分解し、前述した分析法によって分析した結果、グリ
シンが検出され、沈澱１ｍｇ中のグリシンの含有量は１
６．８μｇであった。

この結果は、実施例７として第１表に示されている。

その他、第１表に示される各成分濃度の水溶液を各ＰＨ
に調整して上述した操作と同様にして実験を行った。各
実施例７〜１６における分析結果は第１表に示されると
おりである。なお実施ｒＩＡ７および実施例１．６にお
いては、アミノ酸収量はグリシンの収量を表し、その他
の実施例においては、各種アミノ酸の総収量を表す。

硫化水素ガス通気に代えて、０，０１〜０．１Ｍの硫化
ナトリウム（９水和物）を結晶のまま反応液に加え、１
５分間窒素ガスにより脱気した後に反応させた場合には
、硫化水素濃度が反応開始時に高濃度であるため、上述
したガス通気の場合よりも反応は促進され、反応時間約
１時間でガス通気の場合と同様の結果が得られる。

（以下余白）実施例１７実施ｒｆ４１２において、塩化マグネシウムを添加しな
い条件にて実験を行った。実施例１２および実施例１７
における各アミノ酸の収量は第２表に示される。第２表
からも解るように、マグネシウムイオンがこの反応を効
果的に促進している。

このように上述した実施例において、簡単な操作でアミ
ノ酸を合成することができる。特にアルデヒド、アンモ
ニア、およびシアン化合物からアミノ酸を合成する場合
には高収率でアミノ酸が生成される。なおＦ　ｅ　”、
　Ｃｕ　”、　Ｍ　ｎ　２°などの遷移金属を添加すれ
ば、反応速度を向上することができ、迅速にアミノ酸を
合成することができる。

発明の詳細な説明したように本発明によれば、単純な原料および反
応条件で高収率にアミノ酸が生成される。したがって経
済的であり、なおかつ簡易な反応装置でアミノ酸を合成
することができる。

しかも微量の光学活性物質を添加すれば、所望の光学活
性を有するアミノ酸を高収率で得ることができ、複雑な
ラセミ分割操作を簡易化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は液体クロマトブラフイー結果を示すグラフ、第
２図は実施例６における反応のｐＨ依存性を示すグラフ
である。代理人　　弁理士　画数　圭一部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アセトアルデヒド、アンモニア、およびシアン化
合物を硫化物イオンの存在下に反応させてアラニンを合
成することを特徴とするアミノ酸の合成方法。
（２）Ｌ−システインおよびＬ−シスチンのいずれか少
なくとも一方を添加して、Ｌ−アラニンを合成すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のアミノ酸の合
成方法。
（３）Ｄ−システインおよびＤ−シスチンのいずれか少
なくとも一方を添加して、Ｄ−アラニンを合成すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のアミノ酸の合
成方法。
（４）アルデヒド、アンモニアおよびシアン化合物を硫
化物イオンの存在下に反応させてアミノ酸を合成するこ
とを特徴とするアミノ酸の合成方法。
（５）アルデヒドがホルムアルデヒドおよびアセトアル
デヒドのいずれかであることを特徴とする特許請求の範
囲第４項記載のアミノ酸の合成方法。
（６）ケト酸、アンモニアおよびシアン化合物を硫化物
イオンの存在下に反応させてアミノ酸を合成することを
特徴とするアミノ酸の合成方法。
（７）ケト酸はα−ケトグルタル酸およびピルビン酸の
うちのいずれか一方であることを特徴とする特許請求の
範囲第６項記載のアミノ酸の合成方法。
（８）シアン化合物はシアン化水素気流を反応系内に導
入するか、シアン化カリウムおよびシアン化ナトリウム
のいずれか少なくとも１つを添加するか、いずれかの方
法によつて反応系内に供給されることを特徴とする特許
請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のアミノ酸
の合成方法。
（９）アンモニアはアンモニアガスを導入するか、ある
いはアンモニア化合物を添加するか少なくともいずれか
一方によつて反応系内に供給されることを特徴とする特
許請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記載のアミノ
酸の合成方法。
（１０）アンモニアおよび蟻酸、または蟻酸アンモニウ
ムを硫化物イオンの存在下に反応させることを特徴とす
るアミノ酸の合成方法。
（１１）アルデヒドの存在下に反応させることを特徴と
する特許請求の範囲第１０項記載のアミノ酸の合成方法
。
（１２）アルデヒドおよびヒドロキシルアミンを硫化物
イオンの存在下に反応させてアミノ酸を合成することを
特徴とするアミノ酸の合成方法。
（１３）不斉触媒を微量添加することを特徴とする特許
請求の範囲第４項〜第１２項のいずれかに記載のアミノ
酸の合成方法。
（１４）不斉触媒がＬ−システインおよびＤ−システイ
ンのいずれか一方を含むことを特徴とする特許請求の範
囲第１３項記載のアミノ酸の合成方法。
（１５）硫化物イオンが硫化水素を導入するか、硫化ナ
トリウムを添加するかのいずれかの方法によつて反応系
内に供給されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
〜第１４項のいずれかに記載のアミノ酸の合成方法。
（１６）マグネシウムまたは遷移金属存在下に反応させ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第１５項の
いずれかに記載のアミノ酸の合成方法。
（１７）遷移金属はマンガン、鉄および銅のうちのいず
れか少なくとも１つを含んでいることを特徴とする特許
請求の範囲第１６項記載のアミノ酸の合成方法。
（１８）水素イオン濃度がアルカリ性の水溶液中で反応
させることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第１７
項のいずれかに記載のアミノ酸の合成方法。