JPH0759592A - 光学活性ジオールの製造方法 - Google Patents

光学活性ジオールの製造方法

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JPH0759592A
JPH0759592A JP5210145A JP21014593A JPH0759592A JP H0759592 A JPH0759592 A JP H0759592A JP 5210145 A JP5210145 A JP 5210145A JP 21014593 A JP21014593 A JP 21014593A JP H0759592 A JPH0759592 A JP H0759592A
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JP
Japan
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optically active
reaction
diol
enzyme
hydroxyketone
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Pending
Application number
JP5210145A
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English (en)
Inventor
Keiichiro Hiyama
圭一郎 檜山
Yoshiro Hatanaka
芳郎 畠中
Katsuji Okabashi
克二 岡橋
Osamu Kobayashi
修 小林
Masataka Higashihara
昌孝 東原
Akira Nishinaga
明 西長
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka City
Asahi Kasei Finechem Co Ltd
Original Assignee
Osaka City
Asahi Kasei Finechem Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】α−ヒドロキシケトンに、ドナリエラ(Dunali
ella)属単細胞藻類の生産するジヒドロキシアセトンレ
ダクターゼを作用させることを特徴とする光学活性ジオ
ールの製造方法。 【効果】工業的に有利な方法で、容易に且つ効率良く目
的の光学活性ジオールが収得できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酵素を用いて光学活性
ジオールを製造する新規な方法に関する。
【0002】
【従来技術とその課題】光学活性ジオールは、医薬、農
薬等に利用される生理活性物質、或いはその中間体とし
て重要な化合物である。即ち、光学異性体の混合物であ
る光学不活性ジオールは、多くの場合、十分な生理活性
を示さなかったり、活性の低い異性体による副作用を起
こしたりするからである。
【0003】かかる光学活性ジオールを得るためには、
通常の合成化学的製造法によって得られるラセミ体を光
学分割するか、不斉合成するか、又は糖類等の光学活性
な化合物から合成化学的に誘導する必要がある。
【0004】しかしながら、ラセミ体の光学分割を工業
的規模で行なうのは困難であり、特に対掌体の他ジアス
テレオアイソマーが存在する場合には非常に困難であ
る。
【0005】また、シャープレス(Sharpless )らの方
法(Pure Appl. Chem.,55,589(1983) )で合成した光学
活性エポキシアルコールを求核試薬で開環してジオール
を得ることが知られている。しかし、この場合は、求核
基が結合しているため、目的とする構造のジオールを得
られない場合が多いという欠点がある。
【0006】また、鎖状のα−ヒドロキシケトンを還元
して対応するジオールを合成する生化学的な手法とし
て、パン酵母を用いる方法が知られている(Org. Synth
esis,Coll. Vol., II,545(1950))。しかし、この方法
には、ヒドロキシアセトンを原料として1,2−プロパ
ンジオールを製造する場合に限られること、酵母のデヒ
ドロゲナーゼを利用しているため反応の平衡が酸化方向
に片寄っており変換率が低いこと等の欠点がある。
【0007】以上の点より、工業的に有利な方法で、光
学活性ジオールを製造する技術の開発が要望されている
のが、現状である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記現状に鑑
み、工業的に有利な方法で光学活性ジオールを製造する
べく、鋭意研究を重ねた結果、α−ヒドロキシケトン
に、ドナリエラ(Dunaliella)属単細胞藻類の生産する
ジヒドロキシアセトンレダクターゼを作用させることに
より、効率良く目的の光学活性ジオールが収得できるこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】即ち、本発明は、α−ヒドロキシケトン
に、ドナリエラ(Dunaliella)属単細胞藻類の生産する
ジヒドロキシアセトンレダクターゼを作用させることを
特徴とする光学活性ジオールの製造方法に係る。
【0010】本発明製造方法の原料であるα−ヒドロキ
シケトンとしては、特に限定されないが、好ましくは、
一般式
【0011】
【化1】
【0012】(式中、R1 及びR2 は、同一又は異なっ
て、水素原子又は低級アルキル基を示す。)で表わされ
る鎖状のα−ヒドロキシケトンを挙げることができる。
ここで、低級アルキル基としては、例えばメチル基、エ
チル基、プロピル基等を挙げることができる。原料のα
−ヒドロキシケトンの好ましい具体例としては、ヒドロ
キシアセトン、1−ヒドロキシブタン−2−オン、2−
ヒドロキシブタン−3−オン等を挙げることができる。
【0013】本発明製造方法においては、上記α−ヒド
ロキシケトンにドナリエラ(Dunaliella)属単細胞藻類
の生産するジヒドロキシアセトンレダクターゼを作用さ
せることにより、そのカルボニル基が還元され、対応す
る光学活性の1,2−ジオール、2,3−ジオール等の
目的物を効率良く収得できる。
【0014】本発明で用いるジヒドロキシアセトンレダ
クターゼは、細胞内にグリセロールを高濃度で蓄積する
性質を有する単細胞藻類であるドナリエラ属単細胞藻類
に由来する公知の酵素(酵素コード:EC1.1.1.
156)であり、該藻類より常法に従って精製すること
ができる。
【0015】当該ジヒドロキシアセトンレダクターゼ
は、精製された酵素の状態は勿論、固定化された酵素又
は細胞内に含まれる酵素のいずれの状態でも適用するこ
とができる。
【0016】当該ジヒドロキシアセトンレダクターゼを
産生するドナリエラ属単細胞藻類としては、公知の菌株
を使用でき、例えばドナリエラ・プリモレクタ(Dunali
ellaprimorecta UTEX(米国、テキサス大学藻類カルチ
ャー・コレクション) LB1000 )、ドナリエラ・ビオク
ラータ(Dunaliella bioculata UTEX LB199 )、ドナリ
エラ・パーバ(Dunaliella parva UTEX LB1983)、ドナ
リエラ・テルチオレクタ(Dunaliella thertiolecta UT
EX LB999)等を挙げることができる。
【0017】ジヒドロキシアセトンレダクターゼの精製
は、既知の方法により行なうことができ、例えば次の方
法が挙げられる。例えば、0.5〜3モル程度の食塩を
含む高塩濃度の人工海水で培養したドナリエラ属単細胞
藻類の細胞を浸透圧ショック等で破砕し、遠心分離して
得た上澄液を透析後、ジエチルアミノエチルトヨパール
(DEAE-Toyopearl、イオン交換樹脂、東ソー株式会社
製)、スーパーロース12(Superose 12 、ゲル濾過用
樹脂、ファーマシア株式会社製)等を用いたカラムクロ
マトグラフィーによって酵素の精製を行なう。この際、
精製用溶媒としては、例えばpH9の50mMトリス−塩
酸緩衝液を用いる。
【0018】本発明で用いるジヒドロキシアセトンレダ
クターゼの性質を、次に示す。
【0019】(1) 作用:NADPH共存下に、α−ヒド
ロキシケトンを不斉還元する。
【0020】(2) 基質特異性:ジヒドロキシアセトン、
ヒドロキシアセトン、1−ヒドロキシブタン−2−オ
ン、2−ヒドロキシブタン−3−オン等のα−ヒドロキ
シケトンに作用し、β−ヒドロキシケトンやγ−ヒドロ
キシケトンには作用しない。
【0021】(3) 至適pH:pH7.5(還元反応)、
pH9.0〜9.5(酸化反応)。
【0022】(4) 熱安定性:40℃、30分の処理で活
性が約50%程度残存する。
【0023】(5) 至適温度:40〜45℃。
【0024】(6) 阻害剤:0.5mMのZn2+、0.05
mMのHg2+で97〜100%阻害され、0.3mMのPC
MB(パラクロロマーキュリベンゾエート)で97%阻
害される。
【0025】(7) 安定化:EDTA(エチレンジアミン
四酢酸)、DTT(ジチオスレイトール)の添加で安定
化される。
【0026】(8) 分子量:約43000。
【0027】(9) Km値:基質がグリセロールの場合は
410〜2800mM、基質がジヒドロキシアセトンの場
合は0.21〜4.4mM。
【0028】上記酵素の活性の測定は、還元反応の場
合、50mMの基質、0.1mMのNADPHを含む40mM
トリス−塩酸緩衝液中25℃で酵素を作用させ、339
nmの吸光度を測定して、1分間に1μmol のNADPH
をNADPに変化させる酵素活性を1単位とした。ま
た、酸化反応の場合、2500mMの基質、0.05mMの
NADPを含む20mMトリス−塩酸緩衝液中25℃で酵
素を作用させ、339nmの吸光度を測定して、1分間に
1μmol のNADPをNADPHに変化させる酵素活性
を1単位とした。
【0029】本発明製造方法におけるα−ヒドロキシケ
トンにドナリエラ属単細胞藻類の生産するジヒドロキシ
アセトンレダクターゼを作用させてジオールに還元する
反応は、還元剤である補酵素のNADPHの共存下、通
常、pH7〜8程度の緩衝液中、20〜40℃程度の温
度で行なうことができる。反応時間は、酵素量、反応条
件等により変動し、特に限定されない。また、反応の
際、α−ヒドロキシケトンからジオールへの変換率を高
めるため、過剰のNADPHを反応液に添加すること、
NADPHの酸化防止のため反応系を窒素等の不活性ガ
スで置換しておくこと、生成するNADPのNADPH
への再生促進のため電気化学的還元をすること、メチル
ビオロゲンとジアフォラーゼを組み合わせて用いること
等を行なうこともできる。
【0030】また、ドナリエラ藻類の生きた細胞をその
ままジヒドロキシアセトンレダクターゼとして用いる場
合は、NADPをNADPHに再生する細胞中の補酵素
再生系を利用でき、又この細胞が光合成系を有すること
からグルコースのような電子供与体を添加する必要がな
く、光の照射のみによって反応を行なうことができると
いう利点がある。
【0031】また、反応を連続的に行なわせる場合に
は、酵素又は細胞を、担体、ゲル又は膜に固定化して、
出発原料のα−ヒドロキシケトン又はこれとNADPH
を含む緩衝液を流下することもできる。
【0032】反応後は、反応混合物にエタノール−エー
テル混合溶媒等の有機溶媒を加えて、反応生成物のジオ
ールと未反応原料のα−ヒドロキシケトンを抽出し、減
圧蒸留等により目的物のジオールを分離することができ
る。未反応原料は、回収して、再び出発原料として使用
することができる。
【0033】
【発明の効果】本発明方法によれば、工業的に有利な方
法で、容易に且つ効率良く目的の光学活性ジオールが収
得できる。
【0034】
【実施例】以下、実施例を挙げて、本発明を更に具体的
に説明する。
【0035】実施例1 (1) 酵素の精製 0.5M NaClを含むミッケル海水培地で培養して
得たドナリエラ・パーバ(Dunaliella parva UTEX LB19
83)の細胞(湿重量4.9g)を、120mlの50mMト
リス−塩酸緩衝液(pH9.0)に入れ、浸透圧ショッ
クによって細胞を破砕し、これを遠心分離して得た上澄
液をセロファンチューブに入れて4℃で脱イオン水に対
して透析した。透析脱塩液125mlをDEAE−トヨパール
のカラムにかけ、吸着した酵素(ジヒドロキシアセトン
レダクターゼ)を0〜0.5MのNaClの濃度勾配で
溶出させ、活性画分30mlを得た。これをセルロースト
リアセテートの限外濾過膜によって約1mlに濃縮し、ス
ーパーロース12のFPLC(低圧液体クロマトグラフ
装置)によってゲル濾過をし、分子量約43000の溶
出位置にジヒドロキシアセトンレダクターゼの活性画分
5mlを得た。かくして比活性が2.5単位/mgの部分精
製酵素80μgを活性の収率46%で得た。
【0036】(2) 還元反応 74mgのヒドロキシアセトン(1ミリモル)、744mg
のNADPH(1ミリモル)及び0.2単位のジヒドロ
キシアセトンレダクターゼを、10mlの40mMトリス−
塩酸緩衝液(pH7.5)中で25℃で反応させた。反
応中、CP−サイクロデックスβ236M(クロムパッ
ク社製)のカラムを用いたキャピラリーガスクロマトグ
ラフィーによって、生成物量と光学異性体の構造確認を
行なった。11日間反応後、30mgの(R)1,2−プ
ロピレングリコールを含む溶液を得た。変換率は40
%、収率は98%、光学収率(enantiomeric excess )
は98%であった。この反応混合物からエタノール4重
量部とエーテル1重量部の混合溶媒で抽出、濃縮、減圧
蒸留して得た1,2−プロピレングリコールの比旋光度
は、〔α〕D 25=−17°(C=0.2、CHCl3
であった。
【0037】実施例2 実施例1の還元反応において、ヒドロキシアセトンに代
えて88mgの1−ヒドロキシブタン−2−オン(1ミリ
モル)又は2−ヒドロキシブタン−3−オン(1ミリモ
ル)を用いる他は実施例1と同様にして、還元反応を行
ない、35mgの(R)1,2−ブタンジオール(変換率
40%、収率98%、光学収率96%、〔α〕D 25=+
12°(C=0.2、CHCl3 ))又は31mgの
(R,R)2,3−ブタンジオール(変換率36%、収
率96%、光学収率98%、〔α〕D 25=−13°(C
=0.2、CHCl3 ))を得た。
【0038】実施例3 湿重量5gのドナリエラ・パーバ(Dunaliella parva U
TEX LB1983)の細胞と5gのヒドロキシアセトンを人工
海水1lに入れ、これをドラフトチューブのついたエア
ーリフト型培養装置に入れ、周囲より昼光色の蛍光灯を
当てて、下から滅菌フィルターを通過した空気を吹き込
みながら1週間反応させた。細胞を遠心分離により除去
し、上澄液からエタノール4重量部とエーテル1重量部
の混合溶媒で抽出、濃縮、減圧蒸留し、4.5gの
(R)1,2−プロピレングリコールを得た。変換率は
90%、収率は97%、光学収率は97%、比旋光度は
〔α〕D 25=−16.8°(C=0.5、CHCl3
であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 (C12N 9/04 E C12R 1:89) (72)発明者 小林 修 大阪府大阪市淀川区三国本町1−16−27− 916 (72)発明者 東原 昌孝 大阪府河内長野市荘園町24−27 (72)発明者 西長 明 大阪府大阪市平野区平野本町4−5−14

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】α−ヒドロキシケトンに、ドナリエラ(Du
    naliella)属単細胞藻類の生産するジヒドロキシアセト
    ンレダクターゼを作用させることを特徴とする光学活性
    ジオールの製造方法。
JP5210145A 1993-08-25 1993-08-25 光学活性ジオールの製造方法 Pending JPH0759592A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6156941A (en) * 1997-05-19 2000-12-05 Daiso Co., Ltd. Process for producing 1,2-propanediol
US8404461B2 (en) 2009-10-15 2013-03-26 SK Biopharmaceutical Co. Ltd. Method for preparation of carbamic acid (R)-1-aryl-2-tetrazolyl-ethyl ester
US8501436B2 (en) 2009-06-22 2013-08-06 Sk Biopharmaceuticals Co. Ltd. Method for preparation of carbamic acid (R)-1-aryl-2-tetrazolyl-ethyl ester
JP2015186450A (ja) * 2014-03-26 2015-10-29 三菱化学株式会社 微生物を用いた有機化合物の製造方法
JP2015227298A (ja) * 2014-05-30 2015-12-17 三菱化学株式会社 2,3−ブタンジオールの製造方法

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US9068207B2 (en) 2009-10-15 2015-06-30 Sk Biopharmaceuticals Co. Ltd. Method for preparation of carbamic acid (R)-1-aryl-2-tetrazolyl-ethyl ester
US9434970B2 (en) 2009-10-15 2016-09-06 Sk Biopharmaceuticals Co., Ltd. Method for preparation of carbamic acid (R)-1-aryl-2-tetrazolyl-ethyl ester
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