JPWO2016208699A1 - 光学活性含フッ素アルキルエチレンオキシドの工業的な製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1では種々の方法で得られた、光学活性3,3,3−トリフルオロ−1,2−プロパンジオールを1−クロロ−3,3,3−トリフルオロイソプロピルアルコールに誘導し、塩基により閉環する方法が開示されているが、収率が低いという問題があった。
すなわち本発明は、以下の[発明1]−[発明17]に記載する発明を提供する。
[発明1]
式[1]:
で表される含フッ素アルキルクロロメチルケトンに、該ケトンを不斉還元する活性を有する微生物または該活性を有する酵素を作用させる工程を含む、式[2]:
で表される光学活性含フッ素アルキルクロロメチルアルコールの製造方法。
[発明2]
式[1]で表される含フッ素アルキルクロロメチルケトンにおけるRfが、トリフルオロメチル(CF3)基またはジフルオロメチル(CF2H)基である、発明1に記載の製造方法。
[発明3]
前記微生物が、クリプトコッカス・カルバタス(Cryptococcus curvatus)、ピキア・ファリノーサ(Pichia farinosa)、トルラスポーラ・デルブルエキィ (Torulaspora delbrueckii)、キャンディダ・カカオイ (Candida cacaoi)、ロドトルラ・ムシラギノサ (Rhodotorula mucilaginosa)、スポリディボラス・ジョンソニイ (Sporidibolus johnsonii)、及びトリコスポロン・キュタネウム (Trichosporon cutaneum) からなる群より選ばれる少なくとも1種である、発明1または2に記載の製造方法。
[発明4]
前記微生物が、下記に示す受託番号を有する微生物であることを特徴とする、発明3に記載の製造方法。
前記酵素がアルコール脱水素酵素またはカルボニル還元酵素であることを特徴とする、発明1に記載の製造方法。
[発明6]
アルコール脱水素酵素またはカルボニル還元酵素がシロキクラゲ科、サッカロミケス科、ロドトルラ属、スポリディボラス属、トリコスポロン科の微生物、該処理物、該培養液、及び/または、該微生物から得られる酵素であることを特徴とする発明5に記載の製造方法。
[発明7]
前記反応における温度(反応温度)が、5〜60℃であることを特徴とする、発明1乃至6の何れかに記載の製造方法。
[発明8]
前記反応におけるpH(反応時におけるpH)が、4.0〜8.0の範囲であることを特徴とする、発明1乃至7の何れかに記載の製造方法。
[発明9]
前記反応終了後に得られる光学活性含フッ素アルコールと、不純物とを含む混合液を蒸留することにより、該混合液から不純物を分離し、光学活性含フッ素アルコールを精製する工程を含む、発明1乃至8の何れかに記載の製造方法。
[発明10]
発明1乃至9の何れかの方法で式[2]で表される光学活性含フッ素アルキルクロロメチルアルコールを製造し、次いで、該アルコールに塩基を作用させることを特徴とする、式[3]:
で表される光学活性含フッ素アルキルエチレンオキシドの製造方法。
[発明11]
塩基が、アルカリ金属水素化物、アルカリ土類金属水素化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、及びアルカリ土類金属炭酸水素塩からなる群より選ばれる少なくとも一つである、発明10に記載の製造方法。
[発明12]
前記光学活性含フッ素アルキルエチレンオキシドを加水分解することにより、式[4]:
で表される含フッ素アルキル−1,2−エタンジオールに誘導する工程を更に含む、発明10または発明11に記載の製造方法。
[発明13]
加水分解が、酸または塩基を作用させることにより行う、発明12に記載の方法。
[発明14]
塩基が、アルカリ金属水素化物、アルカリ土類金属水素化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、及びアルカリ土類金属炭酸水素塩からなる群より選ばれる少なくとも一つである、発明13に記載の製造方法。
[発明15]
含フッ素アルキル−1,2−エタンジオールに誘導する工程を、前記反応で得られた光学活性含フッ素アルキルエチレンオキシドを単離することなく、そのまま加水分解することにより行う、発明12乃至14の何れかに記載の製造方法。
[発明16]
式:
で表される光学活性1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコール。
[発明17]
式:
で表される光学活性2−ジフルオロメチルエチレンオキシド。
特に、本発明での対象の1つであるRfがジフルオロメチル基を有する基質については、通常の化学的手法による含フッ素アルキルクロロメチルケトンの不斉還元が極めて困難であり、従来の技術では高い光学純度の光学活性ジフルオロクロロメチルアルコールを得ることはできなかった(参考例1参照)。
工程1について説明する。式[1]で表される含フッ素アルキルクロロメチルケトンは公知の化合物であり、従来技術を基に当業者が適宜調製してもよいし、市販されているものを用いてもよい。
で表されるアルコール付加体も同様に用いることができる。従って、これらの水和体及びアルコール付加体も本願請求項1に包合するものとして扱う。
式[7]中のRは炭素数1〜6の直鎖または分岐鎖のアルキル基を表す。具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、1−ブチル基、2−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、1−ペンチル基、2−ペンチル基、3−ペンチル基、2−メチル−1−ブチル基、2−メチル−2−ブチル基、3−メチル−1−ブチル基、3−メチル−2−ブチル基、ネオペンチル基、1−ヘキシル基、2−ヘキシル基、3−ヘキシル基、2−メチル−1−ペンチル基、3−メチル−1−ペンチル基、4−メチル−1−ペンチル基、2−メチル−2−ペンチル基、3−メチル−2−ペンチル基、4−メチル−2−ペンチル基、2−メチル−3−ペンチル基、3−メチル−3−ペンチル基、2,2−ジメチル−1−ブチル基、2,3−ジメチル−1−ブチル基、3,3−ジメチル−1−ブチル基、2,3−ジメチル−2−ブチル基、3,3−ジメチル−2−ブチル基、2−エチル−1−ブチル基、1−シクロプロピル基、1−シクロペンチル基、1−シクロヘキシル基が挙げられ、その中でもメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、1−ブチル基、2−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、1−ペンチル基、1−ヘキシル基、1−シクロヘキシル基を表し、その中でもメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、1−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、1−シクロヘキシル基が特に好ましい。
粗生成物を精製する方法としては、特に有機溶媒による抽出とそれに続く分別蒸留が好ましい。有機溶媒としては、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、ハロゲン系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒などが採用できる。具体的にはジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸t−ブチル、塩化メチレン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、n−ヘプタン、n−ノナン、n−オクタン、トルエン、キシレン等が挙げられ、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、塩化メチレン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、n−ヘプタン、トルエンが好ましく、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、2−メチルテトラヒドロフラン、酢酸エチル、塩化メチレン、クロロホルム、n−ヘキサン、トルエンが特に好ましい。これらの溶媒を単独若しくは組み合わせて使用しても良い。
また、反応終了液から菌体を取り除いた後の濾液を直接、上記で示した有機溶媒を用いることにより抽出し、それに対し濃縮を行うことにより光学活性含フッ素アルキルクロロメチルアルコールを回収することも出来る。
[工程2]
次に、工程2について説明する。工程2は、前記工程で製造した式[2]で表される光学活性含フッ素アルキルクロロメチルアルコールを原料とし、該アルコールに塩基を作用させることで、式[3]で表される光学活性含フッ素アルキルエチレンオキシドを得る工程である。ここで塩基を作用させ、閉環することにより、光学純度を低下させることなく、光学活性含フッ素アルキルエチレンオキシドに誘導することが可能である。
中でも、アルカリ金属水素化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩又はアルカリ土類金属炭酸水素塩が好ましく、アルカリ金属水素化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩またはアルカリ金属炭酸水素塩が特に好ましい。
具体的には水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化ルビジウム、水素化セシウム、水素化マグネシウム、水素化カルシウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素カルシウム、ナトリウムアミド、カリウムアミド、ナトリウム、カリウムが挙げられ、中でも水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、炭酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素カルシウムが好ましく、水素化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素セシウムが特に好ましい。これらは、1種類を単独で、または2種類以上を組み合わせて使用することもできる。
[工程3]
次に、工程3について説明する。本発明では、工程1〜工程2を経ることにより、目的化合物である光学活性含フッ素アルキルエチレンオキシドを得ることができるが、本工程では、該エチレンオキシドを加水分解することで開環し、光学活性化合物である下記式[4]:
で表される光学活性含フッ素アルキル−1,2−エタンジオールに簡便に誘導できる。
中でも、アルカリ金属水素化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩またはアルカリ土類金属炭酸水素塩が好ましく、アルカリ金属水素化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩またはアルカリ金属炭酸水素塩が特に好ましい。
具体的には水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化ルビジウム、水素化セシウム、水素化マグネシウム、水素化カルシウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素カルシウム、ナトリウムアミド、カリウムアミド、ナトリウム、カリウムが挙げられ、中でも水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、炭酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素カルシウムが好ましく、水素化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素セシウムが特に好ましい。
これらは、1種類を単独で、または2種類以上を組み合わせて使用することもできる。
有機塩基としては、ピリジン類、トリアルキルアミン類、N,N−ジアルキルアニリン類等が挙げられるが、中でもピリジン類、トリアルキルアミン類が好ましい。具体的には、ピリジン、メチルピリジン、エチルピリジン、ジメチルピリジン(ルチジン)、メチルエチルピリジン、ジエチルピリジン、トリメチルピリジン(コリジン)、ジメチルアミノピリジン、2,2'−ビピリジル、4−ジメチルアミノピリジン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、及びトリブチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、N,N−ジメチルアニリン、またはN,N−ジエチルアニリン等が挙げられる。中でもピリジン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミンが好ましい。これらは、1種類を単独で、または2種類以上を組み合わせて使用することもできる。また、これらの有機塩基と無機塩基の2種類以上を組み合わせて使用することもできる。
酸は、無機酸として、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、ホウ酸等が挙げられる。有機酸として、酢酸、クエン酸、ギ酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸、メタンスルホン酸等が挙げられる。中でも入手の容易さやコストの面、取り扱いやすさの点で、塩酸、硫酸が好ましく、これらは、1種類を単独で、または2種類以上を組み合わせて使用することもできる。
含フッ素アルキルクロロメチルアルコールから直接、光学活性含フッ素アルキル−1,2−エタンジオールを得るための最も好ましい形態としては、水存在下で工程2と工程3で共通する有機塩基や無機塩基の試剤を一度に使用することであり、特に無機塩基を使用することにより効率的に光学活性含フッ素アルキル−1,2−エタンジオールに誘導することが出来る。 後処理についても、工程3で記載した処理を同様に行うことにより高純度の光学活性含フッ素アルキル−1,2−エタンジオールを製造することが出来る。
[実施例]
次に実施例を示すが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
蒸留水1000ml、ポリペプトン10g、酵母エキス5g、塩化ナトリウム10gの組成からなる液体培地を調製し、試験管(φ1.6cm×15cm)に5mlずつ分注し、下記表3に示す各微生物を接種し、28℃、160spmで48〜72時間の培養を行った。培養終了後、90wt%の3−クロロメ−1,1−ジフルオロ−2−プロパノン水和体を1.0%wt/v、グルコースを0.1mol/Lとなるように添加し、28℃、160rpmで還元反応を48時間行った。反応後の変換率の測定は、19F−NMRの内部標準法により行い(以下、すべての化合物で同じ)、1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコールの光学純度の測定は、反応液に酢酸エチルを加えて混合し、該アルコールを有機層に抽出し、後述するキラルカラムを用いたガスクロマトグラフィー法により分析した(以下、同じ)。用いた微生物ごとの変換率及び光学純度の測定結果を下記表3に示した。
[光学活性1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコールの光学純度の分析条件]
1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコールに対して、無水酢酸1.2当量、ピリジン1.2当量を反応させ、アセトキシ体に誘導し、分析試料とした。ガスクロマトグラフィーのカラムにはアジレント・テクノロジー社製のCyclosil−B(0.25mm×30m×0.25μm)を用い、キャリアガスは窒素、圧力は163kPa、カラム温度は60〜90℃(1℃/min)〜150℃(10℃/min)、気化室・検出器(FID)温度は230℃の分析条件で得られるピークの面積により光学純度を算出した。それぞれのエナンチオマーの保持時間は、R体が15.7min、S体が16.4minであった。立体配置は、光学活性1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコールに48%NaOHを作用させ光学活性2,2−ジフルオロエチレンオキシドに誘導した後に、20%H2SO4を作用させ、公知の化合物の光学活性3,3−ジフルオロ−1,2−プロパンジオールに誘導して決定した(後述するが、光学純度は維持される)。
[比較例1]
[3−ブロモ−1,1,1−トリフルオロ−2−プロパノン水和体に対する微生物の反応性調査(スクリーニング)]
実施例1と同様の方法で、微生物による3−ブロモ−1,1,1−トリフルオロ−2−プロパノン水和体の還元反応を実施し、表4に結果を記した。目的とする光学活性1−ブロモ−3,3,3−トリフルオロイソプロピルアルコールは生成しておらず、反応後の化合物を同定したところ、1,1,1−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−2−プロパノン及び3,3,3−トリフルオロ−1,2−プロパンジオールであった。本化合物の臭素原子が水中で脱離することから、生体触媒による基質としては採用できないことが分かった。
なお、化学的に調製した光学活性体を用いた光学純度の測定方法を後述する。
1−ブロモ−3,3,3−トリフルオロイソプロピルアルコールに対して、無水トリフルオロ酢酸1.2当量、ピリジン1.2当量を反応させ、トリフルオロアセトキシ体に誘導し、分析試料とした。ガスクロマトグラフィーのカラムにはBGB Analytik AG社製のBGB−174(0.25mm×30m×0.25μm)を用い、キャリアガスは窒素、圧力は163kPa、カラム温度は60〜90℃(1℃/min)〜150℃(10℃/min)、気化室・検出器(FID)温度は230℃の分析条件で得られるピークの面積により光学純度を算出した。それぞれのエナンチオマーの保持時間は、R体が12.9min、S体が13.2minであった。
Pichia farinosa NBRC 0462菌株を、蒸留水1000ml、ポリペプトン10g、酵母エキス5g、塩化ナトリウム10gの組成からなる試験管(φ1.6cm×15cm)に調製された5mlの液体培地で前培養を行った。この培養液を、容量5Lの培養槽((株)丸菱バイオエンジ製、MDN型5L(S))に調製された蒸留水2500ml、グルコース25g、ペプトン12.5g、酵母エキス7.5g、麦芽エキス7.5g、リン酸二水素カリウム7.5g、リン酸水素二カリウム5.0gの組成からなる高圧蒸気滅菌後の液体培地に投入した。温度30℃、通気1.25L/min、攪拌翼回転数400 rpmで培養を行い、培養中のpHは42.5%リン酸と14%アンモニア水を用いてpH6.5に調整した。培養後の培養液を回収し、500ml容の遠沈管を用いて、遠心分離により菌体を回収した。回収した湿菌体に0.2MのpH7.0のリン酸緩衝液を100ml加え、懸濁液を調製した。ビーズ式細胞破砕装置(BioSpec社製、ビードビーター)を用いて、懸濁液中の細胞を破砕し、ガラスビースを除去後、20,000×g、30分間の遠心分離を行い、無細胞抽出液を調製した。この無細胞抽出液1mlに3−クロロ−1,1−ジフルオロ−2−プロパノン水和体を1%wt/v、2Mグルコースを250μL添加し、30℃で還元反応を24時間行った。反応後の変換率は100%、光学純度は62.0%ee(R)であった。
1mlの200mM リン酸カリウム緩衝液(pH6.5、206mM ギ酸ナトリウム、222mM グルコース、5mM NAD+、(NAD+:ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド酸化型、以下同じ)5mM NADP+(NAD+:ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸酸化型、以下同じ)に3−クロロ−1,1,1−トリフルオロ−2−プロパノン水和体または3−クロロ−1,1−ジフルオロ−2−プロパノン水和体を1重量%になるように添加し、下記表5と表6の「酵素名」に示す株式会社ダイセルのChiralscreen(登録商標) OH(アルコール脱水素酵素)を、それぞれ5mg加えてマグネチックスターラーで攪拌しながら25℃で2日間反応させた。1−クロロ−3,3,3−トリフルオロイソプロピルアルコールの光学純度は酢酸エチルで抽出し、後述するキラルカラムを用いたガスクロマトグラフィー法により測定した。それぞれ反応後の変換率と光学純度を測定し、下記表5と表6にそれぞれ示した。光学活性1−クロロ−3,3,3−トリフルオロイソプロピルアルコールの光学純度は、光学活性2−トリフルオロメチルエチレンオキシドに誘導し、後述の分析条件で分析した。
[光学活性1−クロロ−3,3,3−トリフルオロイソプロピルアルコールの光学純度の分析条件]
1−クロロ−3,3,3−トリフルオロイソプロピルアルコールに対して、無水トリフルオロ酢酸1.2当量、ピリジン1.2当量を反応させ、トリフルオロアセトキシ体に誘導し、分析試料とした。ガスクロマトグラフィーのカラムにはBGB Analytik AG社製のBGB−174(0.25mm×30m×0.25μm)を用い、キャリアガスは窒素、圧力は163kPa、カラム温度は60〜90℃(1℃/min)〜150℃(10℃/min)、気化室・検出器(FID)温度は230℃の分析条件で得られるピークの面積により光学純度を算出した。それぞれのエナンチオマーの保持時間は、R体が13.4min、S体が13.7minであった。
[比較例2]
実施例3と同様の方法で、下記表7と表8の「酵素名」に示す株式会社ダイセルのChiralscreen(登録商標) OH(アルコール脱水素酵素)の、3−クロロ−1,1,1−トリフルオロ−2−プロパノン水和体または3−クロロ−1,1−ジフルオロ−2−プロパノン水和体に対する反応性を評価し、下記表7と表8にそれぞれの結果を示した。
前培養の培地として、蒸留水1000ml、ポリペプトン10g、酵母エキス5g、塩化ナトリウム10gの組成からなる液体培地を調製し、試験管(φ1.6cm×15cm)に5mlずつ分注し、121℃で15分間の蒸気滅菌を行った。この液体培地に、株式会社ダイセルのChiralscreen (登録商標) OH E039のアルコール脱水素酵素を大量発現する遺伝子組換え大腸菌を白金時で無菌的に接種し、30℃、160spmで一晩培養を行い、波長600nmでの光学濃度(OD600)8.2の前培養液を得た。
実施例4で回収した(R)−1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコール水溶液から該アルコールの含量が30g(230mmol)となるように水溶液を一部取り出し(166g)、氷冷しながら、48%水酸化ナトリウム水溶液1.0当量を滴下した。滴下は内部の温度を確認しながら、0〜3℃を維持するように行った。滴下後、1℃で120分間攪拌し、閉環反応を実施した。反応後、蒸留により蒸気温度50〜70℃(大気圧)で抜き出しを行い、(S)−2−ジフルオロメチルエチレンオキシドを17g(182mmol)回収し、後述の分析条件で光学純度を分析したところ83.1%eeであった。収率は79%となった。
[光学活性2−ジフルオロメチルエチレンオキシドの光学純度の分析条件]
2−ジフルオロメチルエチレンオキシドに対して、2−ナフタレンチオールを1.1当量、トリエチルアミンを1.1当量添加し、スルフィドに誘導し、分析試料とした。高速液体クロマトグラフィーのカラムにはダイセル社製のCHIRALCEL OD−H(4.6mm×25cm、粒子径5μm)を用い、移動相はヘキサン/IPA=95/5、流速0.7ml、カラム温度15℃、検出波長230nmで得られるピークの面積により光学純度を算出した。それぞれのエナンチオマーの保持時間は、R体が24.2min、S体が27.4minであった。
実施例5で得た(S)−2−ジフルオロメチルエチレンオキシド17g(182mmol)に20%硫酸水溶液を0.2当量添加し、50℃で8時間攪拌を行った。反応後は、水酸化ナトリウムで溶液のpHを5に調整を行い、ろ過により無機塩を取り除いた後に、減圧蒸留(内圧1.5kPa、蒸気温度80〜81℃)で抜き出しを行い、得られたフラクションの水分を測定したところ、4.2%であった。ここにトルエン20mlを加えて、ディーンスターク装置を用いて還流脱水を5時間行った。釜残は生成物とトルエンが二層分離しているため、トルエンを分離させることにより、17g(152mmol)の(S)−3,3−ジフルオロ−1,2−プロパンジオールを得た。また、後述の分析条件で光学純度を分析したところ83.1%eeであった。水分値は0.3%であり、収率は84%となった。
[光学活性3,3−ジフルオロ−1,2−プロパンジオールの光学純度の分析条件]
3,3−ジフルオロ−1,2−プロパンジオールに対して、無水酢酸2.5当量、ピリジン2.5当量を反応させ、ジアセトキシ体に誘導し、分析試料とした。ガスクロマトグラフィーのカラムにはアジレント・テクノロジー社製のCyclosil−B(0.25mm×30m×0.25μm)を用い、キャリアガスは窒素、圧力は163kPa、カラム温度は50℃(5min)、50〜150℃(5℃/min)、150℃(15min)、気化室・検出器(FID)温度は230℃の分析条件で得られるピークの面積により光学純度を算出した。それぞれのエナンチオマーの保持時間は、R体が16.3min、S体が17.2minであった。立体配置は公知の情報を元に決定した。
実施例4で調製した(R)−1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコールが含まれる水溶液から該アルコールの含量が25g(192mmol)となるように水溶液を一部取り出し(139g)、氷冷しながら、48%水酸化ナトリウム水溶液1.0当量を滴下した。滴下は内部の温度を確認しながら、0〜3℃を維持するように行った。滴下後、1℃で120分間攪拌し、その後、30mLの2−メチルテトラヒドロフランで3回抽出を行うことで、(S)−2−ジフルオロメチルエチレンオキシドを14g含む2−メチルテトラヒドロフラン溶液を得た。この溶液に20%硫酸水溶液を0.2当量添加し、60℃で7時間攪拌を行った。
反応後は、水酸化ナトリウムで溶液のpHを5に調整を行い、ろ過により無機塩を取り除いた後に、減圧蒸留(内圧1.5kPa、蒸気温度80〜81℃)を行うことにより、14g(125mmol)の(S)−3,3−ジフルオロ−1,2−プロパンジオールを得た。また、前述の分析条件で光学純度を分析したところ83.2%eeであった。収率は65%となった。
実施例4で調製した13g(100mmol)の(R)−1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコールが含まれる水溶液(72g)を氷冷しながら、48%水酸化ナトリウム水溶液1.5当量を滴下した。滴下は内部の温度を確認しながら、0〜3℃を維持するように行った。滴下後、1℃で12時間攪拌することにより、生成物の(S)−2−ジフルオロメチルエチレンオキシドと(S)−3,3−ジフルオロ−1,2−プロパンジオールの比率は21:79となった。反応後は、生成物をメチルtert−ブチルエーテルで抽出を行い、減圧蒸留することにより4g(36mmol)の(S)−3,3−ジフルオロ−1,2−プロパンジオールを得た。収率は36%となった。
また、前述の分析条件で光学純度を分析したところ83.0%eeであった。
前述のスクリーニング条件で3−クロロ−1,1,1−トリフルオロ−2−プロパノン水和体にTrichosporon cutaneum NBRC 1198菌株を作用させ、61.0%eeの(R)−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロイソプロピルアルコールを与えることを確認した。
[キラルカラムを用いた高速液体クロマトグラフィー法による光学活性2−トリフルオロメチルエチレンオキシドの光学純度の分析条件]
2−トリフルオロメチルエチレンオキシドに対して、2−ナフタレンチオールを1.1当量、トリエチルアミンを1.1当量添加し、スルフィドに誘導し、分析試料とした。高速液体クロマトグラフィーのカラムにはダイセル社製のCHIRALCEL OD-H(4.6mm×25cm、粒子径5μm)を用い、移動相はヘキサン/IPA = 95/5、流速0.7ml、カラム温度15℃、検出波長230nmで得られるピークの面積により光学純度を算出した。それぞれのエナンチオマーの保持時間は、R体が16.1min、S体が18.2minであった。
実施例9で調製した(S)−2−トリフルオロメチルエチレンオキシド溶液から該エチレンオキシドの含量が10g(89mmol)となるように溶液を一部取り出し、20%硫酸水溶液を0.2当量添加し、(S)−3,3,3−トリフルオロ−1,2−プロパンジオールに誘導した。生成した(S)−3,3,3−トリフルオロ−1,2−プロパンジオールを後述の分析条件で光学純度を分析したところ61.0%eeであった。
[光学活性3,3,3−トリフルオロ−1,2−プロパンジオールの光学純度の分析条件]
3,3,3−トリフルオロ−1,2−プロパンジオールに対して、無水酢酸2.5当量、ピリジン2.5当量を反応させ、ジアセトキシ体に誘導し、分析試料とした。ガスクロマトグラフィーのカラムにはアジレント・テクノロジー社製のCyclosil−B(0.25mm×30m×0.25μm)を用い、キャリアガスは窒素、圧力は163kPa、カラム温度は50℃(5min)、50〜150℃(5℃/min)、150℃(15min)、気化室・検出器(FID)温度は230℃の分析条件で得られるピークの面積により光学純度を算出した。それぞれのエナンチオマーの保持時間は、R体が11.3min、S体が12.2minであった。
前培養の培地として、蒸留水1000ml、ポリペプトン10g、酵母エキス5g、塩化ナトリウム10gの組成からなる液体培地を調製し、試験管(φ1.6cm×15cm)に5mlずつ分注し、121℃で15分間の蒸気滅菌を行った。この液体培地に、株式会社ダイセルのChiralscreen (登録商標) OH E094のアルコール脱水素酵素を大量発現する遺伝子組換え大腸菌を白金時で無菌的に接種し、30℃、160spmで一晩培養を行い、波長600nmでの光学濃度(OD600)6.4の前培養液を得た。
実施例11で回収した85gの(S)−1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコール水溶液(含量として14g、105mmol)を氷冷しながら、48%水酸化ナトリウム水溶液1.0当量を滴下した。滴下は内部の温度を確認しながら、0〜3℃を維持するように行った。滴下後、1℃で120分間攪拌し、閉環反応を実施した。反応後、蒸留により蒸気温度50〜70℃(大気圧)で、生成した(R)−2−ジフルオロメチルエチレンオキシドを49g回収した。19F−NMRの内部標準法により生成物の含量は8g(85mmol)であり、収率は81%となった。前述の分析条件で光学純度を分析したところ89.1%eeであった。
実施例12で調製した49gの(R)−2−ジフルオロメチルエチレンオキシド水溶液(含量として8g、85mmol)に20%硫酸水溶液を0.2当量添加し、60℃で7時間攪拌を行った。反応後は、水酸化ナトリウムで溶液のpHを5に調整を行い、ろ過により無機塩を取り除いた後に、減圧蒸留(内圧1.5kPa、蒸気温度80〜81℃)を行うことにより、46gの(R)−3,3−ジフルオロ−1,2−プロパンジオール溶液を回収し、19F−NMRの内部標準法により生成物の含量は7g(66mmol)であり、収率は78%となった。また、前述の分析条件で光学純度を分析したところ89.2%eeであった。
前培養の培地として、蒸留水1000ml、ポリペプトン10g、酵母エキス5g、塩化ナトリウム10gの組成からなる液体培地を調製し、試験管(φ1.6cm×15cm)に5mlずつ分注し、121℃で15分間の蒸気滅菌を行った。この液体培地に、株式会社ダイセルのChiralscreen (登録商標) OH E094のアルコール脱水素酵素を大量発現する遺伝子組換え大腸菌を白金時で無菌的に接種し、30℃、160spmで一晩培養を行い、波長600nmでの光学濃度(OD600)7.2の前培養液を得た。
本培養の培地として、蒸留水2500mlに酵母エキス、グルタミン酸ナトリウム、グルコース、ラクトース、無機塩類、消泡剤からなる液体培地を調製し、容量5Lの培養槽((株)丸菱バイオエンジ製、MDN型5L(S))に張り込み、121℃で30分間の蒸気滅菌を行った。この培養槽に前培養液を無菌的に5ml接種し、30℃、通気0.5vvm、攪拌しながら40時間培養し、光学濃度(OD600)23の懸濁液を調製した。培養時のpHは20%炭酸ナトリウム水溶液、42.5%リン酸水溶液を用いてpH7.0付近に調整した。培養終了後、通気を0vvmに変更し、培養液に対して93%wt/wtの3−クロロ−1,1−ジフルオロ−2−プロパノン水和体を6.25%wt/v(151.2g、含量として140.6g、960mmol)添加し、グルコース脱水素酵素により補酵素の再生を行いながら30℃、pH6.0で還元反応を24時間行った。反応後の変換率99%光学純度は90.7%ee(S)であった。
反応後の培養液に対して塩化カルシウム二水和物(36g)を加えてから減圧蒸留(内圧19.2kPa、蒸気温度57〜61℃)により(S)−1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコールを含む水溶液を467g回収した。回収した水溶液にメチルtert−ブチルエーテル450mlを加えて撹拌することにより抽出を行った。二層分離を行い、水層に再びメチルtert−ブチルエーテル450mlを加えて抽出し、合わせた有機層の濃縮を行いメチルtert−ブチルエーテルを留去した(内圧23kPa)。残渣は、(S)−1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコール(74g、563mmol、90.6%ee)を含む、73.5wt%メチルtert−ブチルエーテル溶液100gとなり、収率は59%であった。
実施例14で得た9.0gの(S)−1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコールの73.5wt%メチルtert−ブチルエーテル溶液(含量として6.6g、0.050mmol)を、炭酸カリウム(8.3g、0.060mmol)とジグリム(25ml)の溶液に室温で滴下した。滴下後、内温を40℃に保ち21時間攪拌した。反応後は吸引ろ過により無機塩の除去を行い、濾液を減圧蒸留(内圧43kPa、蒸気温度47℃)により(R)−2−ジフルオロメチルエチレンオキシドが7.1g(51.4wt%、0.039mol)、収率78%で得られた。前述の分析条件で光学純度を分析したところ90.6%eeであった。
実施例14で得た17.7gの(S)−1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコールの73.5wt%メチルtert−ブチルエーテル溶液(含量として13.0g、0.10mmol)を、48wt%の炭酸カリウム水溶液(37.5g、0.13mmol)に室温で滴下した。そのまま60℃のバス中で5時間反応を行うことにより変換率は99%となった。反応後は氷冷下で冷却を行ったのちに吸引ろ過を行い、無機塩の除去を行った。濾液をTHF20mlで抽出を行い、分離した水層はさらにTHF20mlで抽出した。合計で3回抽出を行い、合わせた有機層を減圧蒸留(内圧3.0kPa、蒸気温度87℃)により(R)−3,3−ジフルオロ−1,2−プロパンジオールが9.9g、0.088mol、収率88%で得られた。純度をガスクロマトグラフィーで測定すると、99.3%であった。前述の分析条件で光学純度を分析したところ90.6%eeであった。
[参考例1]
[化学触媒を用いた3−クロロ−1,1−ジフルオロ−2−プロパノン水和体の還元反応]
アルゴンガス雰囲気下、20mLのオートクレーブにルテニウム錯体(0.008mmol、基質/触媒比 700)、ギ酸カリウム(0.967g、11.5mmol)、臭化テトラブチルアンモニウム(TBAB)(0.181g、0.56mmol)、水(0.56mL)、ギ酸(0.63mL、16.7mmol、使用ケトンに対し0.3当量)及び3−クロロ−1,1−ジフルオロ−2−プロパノン水和体(5.6mmol)を仕込んだ。容器を密閉して30℃で21時間攪拌した。用いたルテニウム錯体ごとの変換率及び光学純度の測定結果を下記の表9に示した。
このように、化学触媒を用いた不斉還元反応では、1−クロロ−3,3−ジフルオロイソプロピルアルコールの光学純度は低い結果となった。
Claims (17)
- 式[1]で表される含フッ素アルキルクロロメチルケトンにおけるRfが、トリフルオロメチル(CF3)基またはジフルオロメチル(CF2H)基である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記微生物が、クリプトコッカス・カルバタス(Cryptococcus curvatus)、ピキア・ファリノーサ(Pichia farinosa)、トルラスポーラ・デルブルエキィ (Torulaspora delbrueckii)、キャンディダ・カカオイ (Candida cacaoi)、ロドトルラ・ムシラギノサ (Rhodotorula mucilaginosa)、スポリディボラス・ジョンソニイ (Sporidibolus johnsonii)、及びトリコスポロン・キュタネウム (Trichosporon cutaneum) からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記酵素がアルコール脱水素酵素またはカルボニル還元酵素であることを特徴とする、請求項1または2に記載の製造方法。
- アルコール脱水素酵素またはカルボニル還元酵素がシロキクラゲ科、サッカロミケス科、ロドトルラ属、スポリディボラス属、トリコスポロン科の微生物、該処理物、該培養液、及び/または、該微生物から得られる酵素であることを特徴とする、請求項5に記載の製造方法。
- 前記反応における温度(反応温度)が、5〜60℃であることを特徴とする、請求項1乃至6の何れかに記載の製造方法。
- 前記反応におけるpH(反応時におけるpH)が、4.0〜8.0の範囲であることを特徴とする、請求項1乃至7の何れかに記載の製造方法。
- 前記反応終了後に得られる光学活性含フッ素アルコールと、不純物とを含む混合液を蒸留することにより、該混合液から不純物を分離し、光学活性含フッ素アルコールを精製する工程を含む、請求項1乃至8の何れかに記載の製造方法。
- 塩基がアルカリ金属水素化物、アルカリ土類金属水素化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、及びアルカリ土類金属炭酸水素塩からなる群より選ばれる少なくとも一つである、請求項10に記載の製造方法。
- 加水分解が、酸または塩基を作用させることにより行う、請求項12に記載の方法。
- 含フッ素アルキル−1,2−エタンジオールに誘導する工程において、用いる塩基がアルカリ金属水素化物、アルカリ土類金属水素化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、及びアルカリ土類金属炭酸水素塩からなる群より選ばれる少なくとも一つの塩基性化合物の存在下で行う、請求項13に記載の製造方法。
- 含フッ素アルキル−1,2−エタンジオールに誘導する工程を、前記反応で得られた光学活性含フッ素アルキルエチレンオキシドを単離することなく、そのまま加水分解することにより行う、請求項12乃至14の何れかに記載の製造方法。
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