JPH0343090A - Production of n-alkanol - Google Patents

Production of n-alkanol

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JPH0343090A
JPH0343090A JP17771689A JP17771689A JPH0343090A JP H0343090 A JPH0343090 A JP H0343090A JP 17771689 A JP17771689 A JP 17771689A JP 17771689 A JP17771689 A JP 17771689A JP H0343090 A JPH0343090 A JP H0343090A
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JP
Japan
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cyclopropane
methane
reaction
enzyme
carried out
Prior art date
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Pending
Application number
JP17771689A
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Japanese (ja)
Inventor
Ichiro Okura
一郎 大倉
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Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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Publication date
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

PURPOSE:To selectively obtain 1-12C n-alkanol useful as a synthetic intermediate for various chemicals by reacting an n-alkane with an enzyme in the presence of a cell containing methane monoxygenase poisoned with cyclopropane in an aqueous medium. CONSTITUTION:In reacting an n-alkane with an enzyme in the presence of a cell containing methane monoxygenase, in an aqueous medium, methanol dehydrogenase is previously poisoned with cyclopropane. Methylosinuse trichospporium OB3b (FERM P-4981) may be cited as the enzyme.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分!予 本発明は、種々の化学品の合成中間体として有用な炭素
数1〜12のn−アルカノールを、n−アルカンの微生
物学的な酸化により選択的に製造する方法に関するもの
である。
[Detailed description of the invention] Industrial use! The present invention relates to a method for selectively producing n-alkanols having 1 to 12 carbon atoms, which are useful as synthetic intermediates for various chemical products, by microbiological oxidation of n-alkanes.

従来の技術及びその課題 アルカン類を緩和な条件下で酸化する方法として、微生
物学的な方法(発酵法)が知られているが、アルカンか
ら直接低級アルカノールを選択的に製造する方法は確立
されていない。
Conventional techniques and their problems Microbiological methods (fermentation methods) are known as methods for oxidizing alkanes under mild conditions, but a method for selectively producing lower alkanols directly from alkanes has not been established. Not yet.

発酵法により得られるアルコールの種類は極めて限られ
ており、一方、合成法によるアルコールの製造は多くの
反応工程を必要としている。
The types of alcohol that can be obtained by fermentation methods are extremely limited, while the production of alcohol by synthetic methods requires many reaction steps.

メタンオキシゲナーゼ(以下、MMOと略記する。〉最
も不活性な基質であるメタンに有効に作用し、メタノー
ルを生産することが知られている。
Methane oxygenase (hereinafter abbreviated as MMO) is known to effectively act on methane, the most inactive substrate, to produce methanol.

MMOは完全に単離する方法が複雑であり、その工業的
利用目的のためには、通常はそれを保有する菌体をその
まま用いることが行なわれる。
The method for completely isolating MMO is complicated, and for its industrial purposes, microbial cells harboring MMO are usually used as they are.

MMOを保有する菌体はアルコールデヒドロゲナーゼ等
を同時に保有しており、例えば、メタンの場合には、酸
化されて生ずるメタノールはホルムアルデヒドに変化し
、ギ酸を経て炭酸ガスにまで酸化されるのが通常である
Bacterial cells that contain MMO also contain alcohol dehydrogenase, etc. For example, in the case of methane, the methanol produced by oxidation changes to formaldehyde, which is then normally oxidized to carbon dioxide via formic acid. be.

Hethylococus capusulatus 
、 )fethylosinustricospori
um  OB 3 bなどのメタン資化菌からMMOは
分離精製されているが、単離されたMMOは非常に不安
定であり、メタンの酸化にそのまま用いることは不適当
である。
Hethylococcus capusulatus
, )fethylosinustricospori
Although MMO has been isolated and purified from methane-assimilating bacteria such as um OB 3 b, the isolated MMO is extremely unstable and is inappropriate to be used as it is for methane oxidation.

他方、MMOを保有する菌体は安定であるから、この菌
体をそのまま用いることにより長時間の使用が可能とな
る。
On the other hand, since the microbial cells containing MMO are stable, by using these microbial cells as they are, they can be used for a long time.

しかし、菌体をそのまま用いると菌体内に存在するメタ
ノールデヒドロゲナーゼ(MD口)の作用により、メタ
ノールはさらに酸化を受は二酸化炭素にまで酸化される
However, when the bacterial cells are used as they are, methanol is further oxidized to carbon dioxide due to the action of methanol dehydrogenase (MD) present within the bacterial cells.

メタン以外のアルカンの場合には、炭酸ガスにまでは酸
化されないが、アルデヒド、ケトン、エポキシドなど種
々の酸化生成物を生じ、アルコールの段階で反応を止め
ることは困難である。
Alkanes other than methane are not oxidized to carbon dioxide gas, but various oxidation products such as aldehydes, ketones, and epoxides are produced, and it is difficult to stop the reaction at the alcohol stage.

・題を解決するための手段 本発明者は、アルコールデヒドロゲナーゼの作用のみを
選択的に阻害し、MMOのみを有効に働かせる方法につ
いて鋭意検索した結果、菌体の培養後、あらかじめシク
ロプロパンガスで培養液を処理することにより目的を達
成することが出来ることを見いだし本発明を完成した。
・Means for solving the problem As a result of intensive search for a method to selectively inhibit only the action of alcohol dehydrogenase and make only MMO work effectively, the inventor found that after culturing the bacterial cells, they were cultured in cyclopropane gas in advance. The inventors discovered that the objective could be achieved by treating the liquid and completed the present invention.

すなわち、本発明はメタンモノオキシゲナーゼ保有菌体
の存在下n−アルカンと酸素を水性媒体中で反応させる
にあたり、メタノールデヒドロゲナーゼをあらかじめシ
クロプロパンにより被毒させておくことを特徴とするn
−アルカノールの製造方法を提供したものである。
That is, the present invention is characterized in that methanol dehydrogenase is poisoned in advance with cyclopropane when n-alkanes and oxygen are reacted in an aqueous medium in the presence of methane monooxygenase-carrying bacterial cells.
-Provides a method for producing alkanol.

艷里 シクロプロパンが、アルコールデヒドロゲナーゼを選択
的に阻害する作用メカニズムの詳細は明らかではないが
、シクロプロパンがMMOにより酸化されて生成するシ
クロプロピルアルコールがアルコールデヒドロゲナーゼ
の活性部位に吸着されて補酵素であるピロロキノンキノ
リンと反応して失活を起こすものと推測される。
The details of the mechanism by which cyclopropane selectively inhibits alcohol dehydrogenase are not clear, but the cyclopropyl alcohol produced when cyclopropane is oxidized by MMO is adsorbed to the active site of alcohol dehydrogenase and becomes a coenzyme. It is presumed that it reacts with a certain pyrroloquinone quinoline and causes deactivation.

及里り璽處 本発明の方法において使用するメタンモノオキシゲナー
ゼはメタンを炭素およびエネルギー源として利用できる
メタン資化菌[一般にメチロモナス(methylot
rophs )といわれている。]に広く存在すること
が知られている。
Methane monooxygenase used in the method of the present invention is a methane-assimilating bacterium that can utilize methane as a carbon and energy source [generally methylomonas
rophs). ] is known to exist widely.

本発明で使用する酵素源は特に限定されず、例えばメチ
ロモナス・メタニカ(HethylomOnaSmet
hanica) 、メチロコッカス・カプスラツス(バ
ス菌株)  [Hethylococcus caps
ulatus(Bath> ] 、メメチロモナストリ
コスボリウム(OB 3 b ) (Hethylos
inus trichosporium)、メチロシヌ
ス・ニス・ピー・CRL31(Hethylosinu
s Sp、 CRL 31 )などが挙げられ、例えば
メチロシヌス・トリコスポリウム0B3b(微工研奇託
番号第4981号)の場合には鳥取大学研などで保存さ
れている。
The enzyme source used in the present invention is not particularly limited, and for example, Methylomonas metanica
hanica), Methylococcus capsulatus (Bass strain) [Hethylococcus caps]
ulatus (Bath> ), Methylomonastricosborium (OB 3 b ) (Hethylos
inus trichosporium), Methylosinus nis p. CRL31 (Hethylosinu
s Sp, CRL 31), etc., and for example, Methylocinus trichosporium 0B3b (Fiber Science and Technology Research Institute No. 4981) is preserved at Tottori University Research Institute.

メタンモノオキシゲナーゼ生産菌を培養するための培地
としては、炭素源、窒素源、無機物及び必要に応じて少
量の栄養素を含むものであれば、合成培地、天然培地の
いずれも使用できる。
As a medium for culturing methane monooxygenase-producing bacteria, either a synthetic medium or a natural medium can be used as long as it contains a carbon source, a nitrogen source, an inorganic substance, and, if necessary, a small amount of nutrients.

培養はメタンの存在下で、振盪培養あるいは通気撹拌培
養などの好気的条件下で行なう。培養温度は20〜40
℃の範囲、通常は30℃程度で行なう。培養液の0口は
中性域が好ましい。
Cultivation is carried out in the presence of methane under aerobic conditions such as shaking culture or aerated agitation culture. Culture temperature is 20-40
The temperature range is usually about 30°C. The 0th mouth of the culture solution is preferably in a neutral range.

培養菌体からのメタンモノオキシゲナーゼの抽出は、公
知の方法、例えば1.J、旧ggins等。
Methane monooxygenase can be extracted from cultured bacterial cells using known methods such as 1. J, old ggins et al.

J、General Microbiology 12
5. 63−72(1981)に記載されている方法に
よって行なうことができる。
J, General Microbiology 12
5. 63-72 (1981).

しかし、本発明の方法では、メタンオキシゲナーゼは必
ずしも抽出された純粋な酵素である必要はない。
However, in the method of the present invention, methane oxygenase does not necessarily have to be an extracted pure enzyme.

すなわち、メタンモノオキシゲナーゼ生産菌の培養物、
培養物から遠心分離などの方法によって採取した生菌体
、その乾燥菌体あるいは菌体を磨砕、自己消化、超音波
処理などすることによって得られる菌体処理物、これら
の菌体からの抽出物、その抽出物より得られる酵素の粗
製物も利用できる。
That is, a culture of methane monooxygenase-producing bacteria,
Live bacterial cells collected from a culture by methods such as centrifugation, dried bacterial cells, processed bacterial cells obtained by grinding, autolysis, ultrasonication, etc., and extractions from these bacterial cells. Crude products of enzymes obtained from extracts of these products can also be used.

勿論、上記の酵素あるいは酵素含有粗製物は不溶化(固
定化1mmobillized ) L/たものでよい
Of course, the above-mentioned enzyme or enzyme-containing crude product may be insolubilized (immobilized 1 mmobillized).

本発明の方法は、反応基質のn−アルカンを無菌的に作
成したpロア、0付近の緩衝溶液中で空気と接触させて
おいて、前記の菌体あるいは酵素含有液を少量接種する
ことにより行なわれる。
The method of the present invention involves contacting n-alkane as a reaction substrate with air in a sterilely prepared buffer solution at around 0, and then inoculating a small amount of the above-mentioned bacterial cells or an enzyme-containing solution. It is done.

反応は緩和な条件、すなわち常圧下、30℃付近の温度
で行なうことができる。
The reaction can be carried out under mild conditions, ie, under normal pressure and at a temperature around 30°C.

メタンあるいはn−アルカンと空気との接触は、バッチ
式でも連続式でもよい。
The contact between methane or n-alkane and air may be carried out batchwise or continuously.

反応の経過は、ガスクロマトグラフィーで分析し、目的
とするn−アルコールの選択率が最適な値となったとこ
ろで反応を止め、常法によりn −アルコールを分離回
収する。
The progress of the reaction is analyzed by gas chromatography, and the reaction is stopped when the selectivity of the target n-alcohol reaches an optimum value, and the n-alcohol is separated and recovered by a conventional method.

実施例 [メタンモノオキシゲナーゼ生産菌の培養]下記の成分
を含む無機培地を調整した。
Example [Culture of methane monooxygenase producing bacteria] An inorganic medium containing the following components was prepared.

成 分        水11に溶かす量に2 HPO
40,79 に口2 PO40,54g MCJSO4・7日20       1.0gN口4
C,Q              o、5gFeSO
4−7ト120                 4
myCa(、Q   −2日20       0.2
yZnSO4−7020100μ9 MnC,!!   −4日20       30μ9
ト13 BO2300μ 9 CoCu   ・6020     200μりCuC
fJ2 ・20,0       10μ9N i (
jl 2  ・6020      20μ3Na2 
MnO4−202030μy p日7.0に調整した上記液体培地に、メチロシヌス・
トリコスポリウム0B3bを接種し、メタンガスと空気
を1:1の容量比で入れて30’Cにて20時間振掃培
養した。
Ingredients: 2 HPO to the amount dissolved in 11 water
40,79 ni mouth 2 PO40,54g MCJSO4・7 days 20 1.0gN mouth 4
C, Q o, 5gFeSO
4-7 120 4
myCa(, Q -2 days 20 0.2
yZnSO4-7020100μ9 MnC,! ! -4 days 20 30μ9
13 BO2300μ 9 CoCu ・6020 200μCuC
fJ2 ・20,0 10μ9N i (
jl 2 ・6020 20μ3Na2
MnO4-202030 μy Metylosinus
Trichosporium 0B3b was inoculated, methane gas and air were introduced at a volume ratio of 1:1, and cultured with shaking at 30'C for 20 hours.

[シクロプロパンによる菌体の被毒コ メチロトロフスの培養終了後、遠心分離して集めた菌体
を0.1M−リン酸緩衝溶液(pロア、O〉で洗浄後同
様の緩衝液に懸濁した。
[Poisoning of Bacterial Bodies with Cyclopropane After culturing Comethylotophus, the bacterial cells collected by centrifugation were washed with a 0.1M phosphate buffer solution (proa, O) and suspended in the same buffer.

次に、空気をシクロプロパンに置換し、シクロプロパン
接触下に菌体懸濁液を30℃で激しく攪拌した。その後
ヘリウムガスをバブリングすることにより系内からシク
ロプロパンを除去し、次の反応に用いた。
Next, the air was replaced with cyclopropane, and the bacterial cell suspension was vigorously stirred at 30°C while in contact with cyclopropane. Thereafter, cyclopropane was removed from the system by bubbling helium gas and used for the next reaction.

実施例1 [メタンの酸化] 10m1反応容器に0.1Mリン酸緩衝液(0日7.0
)  2.0d、菌体懸濁液を乾燥重量換算で6〜Bm
gおよびギ酸ナトリウム490μmolを入れて密栓し
た後容器内の空気を抜きシクロプロパンを1.5 rn
l注入し、30℃で5分間攪拌した。その後、ヘリウム
ガスを2分間バブリングさせてシクロプロパンを除去し
た。
Example 1 [Methane oxidation] 0.1M phosphate buffer (7.0
) 2.0d, bacterial cell suspension 6-Bm in terms of dry weight
After adding 490 μmol of sodium formate and sealing the container, remove the air from the container and add 1.5 rn of cyclopropane.
The mixture was stirred at 30° C. for 5 minutes. Thereafter, cyclopropane was removed by bubbling helium gas for 2 minutes.

次に、反応容器中にメタン1X10−4 mol、酸素
ax”to−”  molとなるように仕込み所定時間
反応を行なった。
Next, 1×10 −4 mol of methane and ax “to” mol of oxygen were charged into a reaction vessel and a reaction was carried out for a predetermined period of time.

2時間後にメタノール2X10’  molが生成して
いた。
After 2 hours, 2×10' mol of methanol had been produced.

比較例1 シクロプロパン処理を行なわなかったこと以外は実施例
1と同様にして反応を行ない比較したところ、メタノー
ルの生成は1時間後に0.4x10’molのみであり
、2時間後には検出出来なかった。
Comparative Example 1 The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the cyclopropane treatment was not carried out. Comparative results showed that only 0.4 x 10'mol of methanol was produced after 1 hour, and could not be detected after 2 hours. Ta.

実施例2 [エタンの酸化1 メタンの代りにエタンを1x10’  1Ilot仕込
んで実施例1と同様に所定時間反応を行なったところ、
50分間で15x10’molのエタノールが生成して
いた。アセトアルデヒドの副生はごく僅かであった。
Example 2 [Oxidation of ethane 1] 1 x 10' 1 lot of ethane was charged instead of methane and the reaction was carried out for a predetermined period of time in the same manner as in Example 1.
15 x 10'mol of ethanol was produced in 50 minutes. There was very little acetaldehyde by-product.

比較例2 シクロプロパン処理を行なわなかったこと以外は実施例
2と同様にして反応を行ない比較したところ、50分間
でエタノールとアセトアルデヒドは共ニア、5 X 1
Q’″6mol生成LTcf’jす、75分間ではエタ
ノールは消失し、アセトアルデヒドが12X10’mo
l生成シテイタ。
Comparative Example 2 A reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that the cyclopropane treatment was not carried out, and a comparison was made. In 50 minutes, ethanol and acetaldehyde were co-concentrated, 5 x 1
Q'''6mol producedLTcf'j, ethanol disappears in 75 minutes and acetaldehyde becomes 12X10'mol.
l generation site.

実施例3 [プロパンの酸化] メタンの代りにプロパンをix’to−4mof仕込ん
で実施例1と同様に反応を行させた。
Example 3 [Oxidation of Propane] A reaction was carried out in the same manner as in Example 1, using ix'to-4mof propane instead of methane.

100分後1X10’  molの1−プロパツールが
生成し、プロピオンアルデヒドは検出されなかった。
After 100 minutes, 1×10' mol of 1-propanol was produced, and no propionaldehyde was detected.

比較例3 シクロプロパン処理を行なわなかったこと以外は実施例
3と同様に反応を行ない比較したところ、100分後に
2−プロパツール5x 10’ molとアセトン2x
10’  molが生成していた。
Comparative Example 3 A reaction was carried out in the same manner as in Example 3 except that the cyclopropane treatment was not performed. After 100 minutes, 5x 10' mol of 2-propatool and 2x acetone
10' mol was produced.

実施例4 [ブタンの酸化] メタンの代りにブタンを1xlO−4mol仕込んで実
施例1と同様に反応を行なった。
Example 4 [Oxidation of Butane] A reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 1×lO−4 mol of butane was charged in place of methane.

2時間後0.I X1Q’  mo +の1−ブタノー
ルの生成が検出され、1−ブチルアルデヒドは全く検出
されなかった。
0 after 2 hours. The formation of 1-butanol of I X1Q' mo + was detected, and no 1-butyraldehyde was detected.

比較例4 シクロプロパン処理を行なわなかったこと以外は実施例
4と同様にして反応を行なった。2時間後に2−ブタノ
ールと2−ブタノンが同量5X10’ mol生威生成
いた。
Comparative Example 4 A reaction was carried out in the same manner as in Example 4 except that the cyclopropane treatment was not performed. After 2 hours, 2-butanol and 2-butanone were produced in an equal amount of 5×10' mol.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] シクロプロパンにより被毒させたメタンモノオキシゲナ
ーゼ保有菌体の存在下にn−アルカンと酸素を水性媒体
中で反応させることを特徴とするn−アルカノールの製
造方法。
1. A method for producing n-alkanol, which comprises reacting n-alkane and oxygen in an aqueous medium in the presence of methane monooxygenase-carrying microbial cells poisoned with cyclopropane.
JP17771689A 1989-07-10 1989-07-10 Production of n-alkanol Pending JPH0343090A (en)

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