JPH05192189A - 微生物によるα−ヒドロキシアミドまたはα−ヒドロキシ 酸の製造法 - Google Patents
微生物によるα−ヒドロキシアミドまたはα−ヒドロキシ 酸の製造法Info
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Abstract
ル、またはアルデヒドと青酸の混合物から対応するα−
ヒドロキシアミドまたはα−ヒドロキシ酸を製造するに
際し、該反応系に亜硫酸イオン、酸性亜硫酸イオンまた
は亜ジチオン酸イオンを存在させることを特徴とするα
−ヒドロキシアミドまたはα−ヒドロキシ酸の製造法。 【効果】酵素阻害の原因の一つと考えられる反応中系内
のアルデヒド濃度を常に低く保ちながらニトリルの水和
ないし加水分解反応が行えるので、酵素活性を長時間安
定に持続させることができ、したがって、従来法に比べ
て生成アミドまたは酸の高濃度蓄積が可能である。
Description
ロキシアミドまたはα−ヒドロキシ酸の製造法に関す
る。α−ヒドロキシアミドおよびα−ヒドロキシ酸は種
々の医・農薬品の合成原料等として工業的に重要であ
る。
シアミドの製造に関しては、バチルス属、バクテリジウ
ム属、マイクロコカス属またはブレビバクテリウム属の
微生物によりラクトニトリル、ヒドロキシアセトニトリ
ル、α−ヒドロキシメチルチオブチロニトリルなどから
対応するアミドを製造する方法〔特公昭62-21519号公報
参照〕が知られており、また、コリネバクテリウム属の
微生物によるラクトニトリルの乳酸への加水分解におい
て中間体としてラクトアミドを蓄積するとの報告〔Gran
t, D.J. W. Antonievan Leauwenhoek, Vol. 39, 273(19
73)参照〕がある。
造に関しては、コリネバクテリウム属の微生物により対
応するα−ヒドロキシニトリルからグリコール酸、乳酸
およびα−ヒドロキシイソ酪酸などを製造する方法〔特
開昭61-56086号公報参照〕、バチルス属、バクテリジウ
ム属、ミクロコッカス属またはブレビバクテリウム属の
微生物を用いて対応するα−ヒドロキシニトリルから乳
酸、グリコール酸などを製造する方法〔特公昭58-15120
号公報参照〕、シュードモナス属、アースロバクター
属、アスペルギルス属、ペニシリウム属、コクリオボラ
ス属またはフザリウム属の微生物を用いて対応するα−
ヒドロキシニトリルから乳酸、α−ヒドロキシイソ酪
酸、マンデル酸、α−ヒドロキシ酪酸、α−ヒドロキシ
吉草酸、α−ヒドロキシ−α−フェニルプロピオン酸、
α−ヒドロキシ−α−(p-イソブチルフェニル)−プロ
ピオン酸などを製造する方法〔特開昭63-222696 号公報
参照〕およびアースロバクター属、アスペルギルス属、
バチルス属、バクテリジウム属、ブレビバクテリウム
属、コクリオボラス属、コリネバクテリウム属、ミクロ
コッカス属、ノカルディア属、ペニシリウム属、シュー
ドモナス属またはフザリウム属の微生物を用いて対応す
るα−ヒドロキシニトリルからα−ヒドロキシ−β,β
−ジメチル−γ−ブチロラクトンを製造する方法〔特開
昭64-10996号公報参照〕などが知られている。
溶媒中で化合物により程度の差は有るものの、対応する
アルデヒドと青酸に部分的に解離することが知られてお
り〔V. Okano et al., J. Am. Chem. Soc., Vol. 98, 4
201 (1976)参照〕、また、一般的にアルデヒドは蛋白質
と結合し酵素活性を失活させる性質が有るため〔Chemic
al Modification of Proteins, G. E. Means et al., H
olden-Day, 125(1971) 参照〕、α−ヒドロキシニトリ
ルを酵素的に水和ないし加水分解する場合には該酵素が
短時間で失活するという問題が有り、高濃度のα−ヒド
ロキシアミドまたはα−ヒドロキシ酸を高い生産性で得
ることが困難であった。
題点を改善すべく鋭意研究を行った結果、反応液中に亜
硫酸イオン、酸性亜硫酸イオンまたは亜ジチオン酸イオ
ンを存在させることにより、酵素の活性と安定性が飛躍
的に改善されることを見い出し、本発明に到達した。
り、下記一般式〔I〕で示されるα−ヒドロキシニトリ
ル、または下記一般式〔II〕で示されるアルデヒドと青
酸の混合物から対応する下記一般式〔III 〕で示される
α−ヒドロキシアミドまたはα−ヒドロキシ酸を製造す
るに際し、該反応系に亜硫酸イオン、酸性亜硫酸イオン
または亜ジチオン酸イオンを存在させることを特徴とす
る微生物によるα−ヒドロキシアミドまたはα−ヒドロ
キシ酸の製造法、である。
基、置換または無置換のアルケニル基、置換または無置
換のシクロアルキル基、置換または無置換のアルコキシ
基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換
のアリ−ルオキシ基、置換または無置換の飽和または不
飽和複素環基、およびXはアミド基またはカルボキシル
基を表す。〕
硫酸イオンまたは亜ジチオン酸イオンは、例えば、亜硫
酸ナトリウム、酸性亜硫酸ナトリウム、亜ジチオン酸ナ
トリウム、亜硫酸カリウム、酸性亜硫酸カリウム、亜ジ
チオン酸カリウム、亜硫酸アンモニウム、酸性亜硫酸ア
ンモニウムまたは亜ジチオン酸アンモニウム等として供
給されるが、その作用機構は次のごとく考えられる。
ンまたは亜ジチオン酸イオンはアルデヒドと複合体を形
成する性質を有し、極性溶媒中でα−ヒドロキシニトリ
ルが解離することにより遊離されるアルデヒドと速やか
に複合体を形成し反応系内の遊離アルデヒド濃度を低く
保つように働く。一方、アルデヒドと亜硫酸イオン、酸
性亜硫酸イオンまたは亜ジチオン酸イオンの複合体はプ
ロトンまたは青酸により求核反応を受け、各々アルデヒ
ドまたはα−ヒドロキシニトリルを可逆的に再遊離す
る。本発明によれば、これらの作用の組合せにより、反
応中系内のアルデヒド濃度を常に低く保ちながらニトリ
ルの水和ないし加水分解反応が行えるので、アルデヒド
による酵素阻害作用を最小限に抑え、酵素の急激な失活
を起こすことなく反応を長時間安定に持続させることが
でき、したがって、生成アミドまたは酸の高濃度蓄積が
可能になるものと考えられる。しかし、亜硫酸イオン、
酸性亜硫酸イオンまたは亜ジチオン酸イオンによる酵素
の安定化の機構が、単に反応系内の遊離アルデヒド濃度
を減少させることのみに起因しているかどうかは不明で
ある。
質と結合し酵素活性を失活させる性質が有ることからし
て、亜硫酸イオン、酸性亜硫酸イオンまたは亜ジチオン
酸イオンによる酵素阻害作用の抑制は、原則的にはアル
デヒドが関与する微生物反応全てに適用可能であると考
えられる。すなわち、本発明のα−ヒドロキシニトリル
からのアミドまたは酸の製法において、使用する微生物
はそれが該アミドまたは酸を生成する能力を有する限り
特に限定されず、また、基質α−ヒドロキシニトリルも
反応系でアルデヒドと解離平衡するものである限り特に
限定されない。
水分解する能力を有する微生物としては、シュードモナ
ス(Pseudomonas) 属、アルカリゲネス(Alcaligenes)
属、アシネトバクター(Acinetobacter) 属、カセオバク
ター(Caseobacter) 属、コリネバクテリウム属(Coryneb
acterium) 属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)
属、ノカルディア(Nocardia)属、ロドコッカス(Rhodoco
ccus) 属、アースロバクター(Arthrobacter)属、バチル
ス(Bacillus)属、オーレオバクテリウム(Aureobac-teri
um) 属、エンテロバクター(Enterobacter)属、エシェリ
シア(Escherichia)属、ミクロコッカス(Micrococcus)
属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属、フラボバク
テリウム(Flavobacterium)属、アエロモナス(Aeromona
s) 属、マイコプラナ(Mycoplana) 属、セルロモナス(Ce
llulomonas)属、エルビニア(Erwinia)属、キャンディダ
(Candida) 属、バクテリジウム(Bacteridium) 属、アス
ペルギルス(Aspergillus) 属、ペニシリウム(Penicilli
um) 属、コクリオボラス(Coch-liobolus) 属、フザリウ
ム(Fusarium)属およびロドシュードモナス(Rhodopseud-
omonas) 属等の微生物がある。
ることができる。シュードモナス sp. BC13-2 (微工研
条寄第3319号)、同 BC15-2 (微工研条寄第3320号)、
同 SK 13(微工研条寄第3325号)、同 SK31(微工研菌寄
第11310号)、同 SK87(微工研菌寄第11311 号)、シュ
ードモナス シンキサンタ(synx-anta) IAM 12356 、ア
ルカリゲネス sp. BC12-2 (微工研菌寄第11263 号)、
同BC20(微工研菌寄第11264 号)、同 BC35-2 (微工研
条寄第3318号)、アシネトバククター sp. BC9-2(微工
研条寄第3317号)、カセオバクターsp. BC4 (微工研条
寄第3316号)、同BC23(微工研菌寄第11261 号)、コリ
ネバクテリウム ニトリロフィラス(nitrilophilus) AT
CC 21419、ブレビバクテリウム アセチリカム(acetyli
cum) IAM 1790 、ブレビバクテリウム ヘルボラム(hel
volum) ATCC11822 、ノカルディア sp. N-775(微工研
菌寄第4447号)、ノカルディア アステロイデス(aster
oides) IFO 3384 、ノカルディア カルカレア(calcare
a) KCCA0191 、ノカルディア ポリクロモゲネス(polyc
hromogenes) IFM 19、ロドコッカス sp. SK70 (微工研
菌寄第11304 号)、同 SK92 (微工研条寄第3324号)、
同 HR11 (微工研菌寄第11306 号)、ロドコッカス ロ
ドクロウス(rhodochrous) ATCC 12674、同 ATCC 19140
、同 ATCC 33258 、ロドコッカス エリスロポリス(er
ythropolis) IFM 155、同 IFO 12320、同 IFO 12538、
同 IFO 12540、アースロバクター sp. SK103(微工研菌
寄第11300 号)、同 HR1 (微工研菌条第3323号)、同 H
R4(微工研菌寄第11302 号)、アースロバクター オキ
シダンス(ox-ydans) IFO 12138、バチルス サブチリス
(subtilis) ATCC 21697 、バチルスリケニフォルミス(l
icheniformis) IFO 12197 、バチルス メガテリウム(m
ega-terium) ATCC 25833、オーレオバクテリウム テス
タセウム(testaceum) IAM 1561、エンテロバクター sp.
SK12 (微工研条寄第3322号)、エシェリシア コリ(c
oli)IFO 3301、ミクロコッカス ルテウス(luteus) ATC
C 383 、ミクロコッカス バリアンス(varians) IAM 10
99、ミクロコッカス ロゼウス(roseus) IFO 3768 、ス
トレプトマイセス グリセウス(griseus) IFO 3355、フ
ラボバクテリウム sp. SK150(微工研菌寄第11645
号)、フラボバクテリウム フラベッセンス(flavescen
s) ATCC 8315、アエロモナス パンクタタ(punctata) I
FO 13288、マイコプラナ ジモルファ(dimorpha) ATCC
4297、セルロモナス フィミ(fimi)IAM 12107 、エルビ
ニア ヘルビコラ(herbicola) IFO 12686 およびキャン
ディダ ギリヤーモンディー(guilliermondii) IFO 056
6 〔以上、特願平2-80694 号、同2-148723号、同2-1487
25号、同2-214914号、同2-214915号または同2-214916号
各明細書参照〕。
号、同63-222696 号、同64-10996号および特開平2-8419
8 号各公報記載の微生物。
アミドに水和する能力を有するものとしては、ロドコッ
カス属、コリネバクテリウム属、シュードモナス属、ア
ースロバクター属、アルカリゲネス属、バチルス属、バ
クテリジウム属、ミクロコッカス属、ブレビバクテリウ
ム属およびノカルディア属の微生物がある。
ることができる。ロドコッカス ロドクロウス ATCC 33
278 、ロドコッカス エリスロポリスIFO 12320 、コリ
ネバクテリウム ニトリロフィラス ATCC 21419 、シュ
ードモナス sp. SK87 (微工研菌寄第11311 号)、アー
スロバクター sp. HR1(微工研条寄第3323号)およびア
ルカリゲネス sp. BC16-2 (微工研条寄第3321号)〔以
上、特願平2-148724号明細書参照〕。ロドコッカス sp.
HT40-6 (微工研菌寄第11774 号)。
物。
p. BC13-2 、同 BC15-2 、同 SK 13、同 SK31 、同 SK
87、アルカリゲネス sp. BC12-2 、同 BC20 、同 BC35-
2 、同 BC16-2 、アシネトバククター sp. BC9-2、カセ
オバクター sp. BC4、同 BC23 、ロドコッカス sp. SK7
0 、同 SK92 、同 HR11 、同 HT40-6 、アースロバクタ
ー sp. SK103、同 HR1、同 HR4、エンテロバクター sp.
SK12 およびフラボバクテリウム sp. SK150は、本発明
者らにより自然界より新たに分離されたものであり、そ
れぞれ上記寄託番号にて工業技術院 微生物工業技術研
究所に寄託されており、その菌学的性質は後記のとおり
である。
アメリカン タイプカルチャー コレクション(ATCC)、
東京大学応用微生物研究所(IAM) 、工業技術院 微生物
工業技術研究所(FRI) 、科研製薬株式会社(KCC) 、財団
法人 醗酵研究所(IFO) および千葉大学真核微生物研究
センター(IFM) から容易に入手することができる。
ルは一般式〔I〕で示され、Rが、置換または無置換の
アルキル基、置換または無置換のアルケニル基、置換ま
たは無置換のシクロアルキル基、置換または無置換のア
ルコキシ基、置換または無置換のアリール基、置換また
は無置換のアリールオキシ基、置換または無置換の飽和
または不飽和の複素環基で表されるものであり、水、緩
衝液などの極性溶媒中でアルデヒドと青酸を遊離し、そ
のアルデヒドが亜硫酸イオン、酸性亜硫酸イオンまたは
亜ジチオン酸と複合体を形成するものである。
酸素、硫黄の少なくとも一種を含むものが挙げられる。
また、置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキ
シ基、アシル基、アリール基、アリールオキシ基、塩
素、臭素等のハロゲン、ヒドロキシ基、アミノ基、ニト
ロ基、チオール基などが挙げられる。
−ヒドロキシ−n−プロピオニトリル、α−ヒドロキシ
−n−ブチロニトリル、α−ヒドロキシ−イソブチロニ
トリル、α−ヒドロキシ−n−ヘキシロニトリル、α−
ヒドロキシ−n−ヘプチロニトリル、α−ヒドロキシ−
n−オクチロニトリル、α,γ−ジヒドロキシ−β,β
−ジメチルブチロニトリル、アクロレインシアンヒドリ
ン、メタアクリルアルデヒドシアンヒドリン、3−クロ
ロラクトニトリル、4−メチルチオ−α−ヒドロキシブ
チロニトリル、α−ヒドロキシ−α−フェニルプロピオ
ニル、またはこれらの置換体などを、また芳香族や複素
環を持つものとしては、マンデロニトリル、2−チオフ
ェンカルボキシアルデヒドシアンヒドリン、2−ピリジ
ンカルボキシアルデヒドシアンヒドリン、2−ピロール
カルボキシアルデヒドシアンヒドリン、2−フルアルデ
ヒドシアンヒドリン、2−ナフチルアルデヒドシアンヒ
ドリン、またはこれらの置換体などを挙げることができ
る。
または加水分解酵素を有する微生物を使用すると、生成
するα−ヒドロキシアミドまたはα−ヒドロキシ酸の全
てを一方の光学活性体に容易に変換することができるの
で、光学分割および/またはラセミ化工程を経て製造す
る従来の方法に比し極めて有利に立体特異的なα−ヒド
ロキシアミドまたはα−ヒドロキシ酸を得ることができ
る。
リウムまたは亜ジチオン酸を用いる実施態様について述
べる。
分解反応は水または緩衝液などの水性媒体中で、一般式
〔I〕で表わされるα−ヒドロキシニトリル、または一
般式〔II〕で表わされるアルデヒドと青酸の混合物に微
生物の菌体または菌体処理物(菌体の破砕物、粗・精製
酵素、固定化菌体・酵素など)を接触させることによっ
て行なわれるが、通常、この反応液中に約1〜約1000mM
の範囲内で亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウムま
たは亜ジチオン酸ナトリウムを共存させればよい。
ロキシニトリルの濃度 0.1〜10重量%、好ましくは 0.2
〜5.0 重量%相当量であり、基質に対する微生物の使用
量は乾燥菌体として0.01〜5.0 重量%相当量である。反
応は、通常、氷点〜50℃、好ましくは10〜30℃で 0.1〜
100 時間行えばよい。また、これらのα−ヒドロキシニ
トリルの水性媒体に対する溶解度が著しく小さい場合に
は、反応液中に 0.1〜5.0 重量%のTriton X-100, Twee
n 60などの適当な界面活性剤、または混合溶媒としてメ
タノール、エタノール、ジメチルスルホキシドなどを添
加することにより反応を効率よく行うことができる。
物の水和ないし加水分解作用により対応するアミド、ま
たは酸に変換され蓄積される。生成物の単離は菌体など
の不溶物を除去した反応液につき、濃縮、イオン交換、
電気透析、抽出、晶析などの公知の方法を利用して行う
ことができる。
と考えられる反応中系内のアルデヒド濃度を常に低く保
ちながらニトリルの水和ないし加水分解反応が行えるの
で、酵素活性を長時間安定に持続させることができ、し
たがって、生成アミドまたは酸の高濃度蓄積が可能とな
る。
明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
ない。
をOD630 =9となるように、14mMマンデロニトリルおよ
び所定量の亜硫酸ナトリウムを含む0.8ml の50mMりん酸
緩衝液(pH 7.5)に懸濁し、30℃で4分間インキュベート
後、遠心により菌体を除去し反応を止めた。尚、比較の
ため、亜硫酸ナトリウムを含まない場合についても同様
の操作を行った。上清について、液体クロマトグラフィ
ーによりマンデル酸の定量(SHODEX ODSF511A カラム使
用)および光学純度の測定(CHIRALPAC WH カラム使用)
を行い、表−1に示す結果を得た。
酸ナトリウムを用いた以外は実施例1と同様の操作を行
い、表−2に示す結果を得た。
シュードモナス sp.BC13-2(微工研条寄第3319号)、カ
セオバクター sp. BC4(微工研条寄第3316号)、アシネ
トバクター sp. BC9-2(微工研条寄第3317号)、ノカル
ディア アステロイデス IFO 3384 、バチルス サブチ
リス ATCC 21697 、ブレビバクテリウムアセチリカム I
AM 1790 、オーレオバクテリウム テスタセウム IAM 1
561 およびアルカリゲネス フェカリス ATCC 8750をOD
630 =5〜25となるように、表−3および表−4に示す
14mMマンデロニトリルまたはその誘導体、および100mM
亜硫酸ナトリウムを含む 0.8mlの50mMりん酸緩衝液(pH
7.5)に懸濁し、30℃で4〜20分間インキュベート後、遠
心により菌体を除去し反応を止め、上清に含まれるマン
デル酸およびその誘導体の量を実施例1と同様の方法で
測定した。 尚、比較のため、亜硫酸ナトリウムを含ま
ない場合についても同様の操作を行った。結果を表−3
および表−4に示した。
OD630 =25となるように 200mlの50mMりん酸緩衝液に懸
濁した。この懸濁液を 100mlづつに分け、一方に 100mM
の亜硫酸ナトリウムを添加した。次いで、15℃攪拌しな
がら 0.48gのマンデロニトリルを添加し、マンデロニト
リルが消費されマンデル酸に変換されたことを確認した
後、再び 0.48gのマンデロニトリルを添加する操作を加
水分解反応が停止するまで継続した。表−5には加水分
解反応が停止した段階での生成したマンデル酸量を示し
た。
菌体を 100mM亜硫酸ナトリウム、酸性亜硫酸ナトリウム
の存在下、または非存在下でOD630 =15となるように 1
4mM マンデロニトリルを含む 1.5mlの20mMりん酸緩衝液
(pH 7.5)に懸濁し、30℃で6時間振盪しながら反応を行
った。反応終了後、遠心分離により菌体を除去し、上清
中のマンデルアミド含量を液体クロマトグラフィー(カ
ラム;SHODEX ODS F511A, キャリア;0.2M H3 PO4 :ア
セトニトリル=4:1,モニター;208nm )で分析し
た。また、マンデルアミドの光学純度は光学分割用カラ
ム(CHIRALCEL CA-1 ダイセル化学工業,キャリア; 100
%エタノール)を用いて測定した。結果を表−6に示し
た。
ース 10g/l、ポリペプトン 5g/l 、マルトエキス 3g/l
、pH 7の培地 10ml を含む 22mmk径試験管で、30℃で2
4時間前培養し、これを終濃度1%となるように下記培
地 100mlを含む500ml 容三角フラスコに植菌後、30℃で
72時間本培養した。次に、得られた培養液から遠心分離
にて菌体を集め 5mMのりん酸緩衝液(pH 7)で2回洗浄し
た。このようにして培養液当たり 0.3g の菌体を得た。
M と亜硫酸ナトリウム、酸性亜硫酸ナトリウムまたは亜
ジチオン酸ナトリウムを所定量含む 10ml の50mMりん酸
緩衝液(pH 7)に 0.15mg/mlとなるように添加し、30℃で
15分間反応させた。反応終了後反応液を冷却遠心分離し
て菌体を除去した後、上清液を高速液体クロマトグラフ
ィー(ODSカラム) で分析した。結果を表−7に示した。
を、インデューサーとしてジクロルパントイロニトリル
の代わりにベンゾニトリルを用いた以外は実施例6と同
様にして、培養、集菌、洗浄を行い菌体を得た。得られ
た菌をOD630 =30となるように50mMりん酸緩衝液(pH 7)
に懸濁し、その20mlに15mM青酸、15mMベンヅアルデヒド
および 100mM亜硫酸ナトリウムを添加し30℃で6時間反
応を行った。反応終了後、実施例1と同様にして分析を
行い、生成マンデル酸 13mM および R(-) 体の光学純度
98%eeの結果を得た。
Claims (2)
- 【請求項1】 微生物の作用により、下記一般式〔I〕
で示されるα−ヒドロキシニトリル、または下記一般式
〔II〕で示されるアルデヒドと青酸の混合物から対応す
る下記一般式〔III 〕で示されるα−ヒドロキシアミド
またはα−ヒドロキシ酸を製造するに際し、該反応系に
亜硫酸イオン、酸性亜硫酸イオンまたは亜ジチオン酸イ
オンを存在させることを特徴とする微生物によるα−ヒ
ドロキシアミドまたはα−ヒドロキシ酸の製造法。 〔式中、Rは置換または無置換のアルキル基、置換また
は無置換のアルケニル基、置換または無置換のシクロア
ルキル基、置換または無置換のアルコキシ基、置換また
は無置換のアリール基、置換または無置換のアリールオ
キシ基、置換または無置換の飽和または不飽和複素環
基、およびXはアミド基またはカルボキシル基を表
す。〕 - 【請求項2】 一般式〔III 〕で示されるα−ヒドロキ
シアミドまたはα−ヒドロキシ酸が光学活性体である請
求項1記載の製造法。
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