KR100971353B1

KR100971353B1 - β-시클로덱스트린 및 알데히드 디하이드로게나제를사용하는 고순도 2, 6-나프탈렌디카르복실산의 제조방법

Info

Publication number: KR100971353B1
Application number: KR1020030102142A
Authority: KR
Inventors: 김성균; 최용복; 김동성; 이종환; 김소영
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2010-07-20
Also published as: KR20050069748A

Abstract

본 발명은 β-시클로덱스트린 및 알데히드 디하이드로게나제를 사용하는 고순도 2,6-나프탈렌디카르복실산의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 2,6-디메틸나프탈렌(2,6-Dimethylnaphthalene)을 산화시켜 생산한 조 나프탈렌디카르복실산(crude Naphthalenedicarboxylic acid)을 인산 완충용액 존재하에서, 베타-니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(β-nicotinamide adenine dinucleotide, β-NAD), β-시클로덱스트린 및 알데히드 디하이드로게나제와 혼합하여 pH 6.0 내지 9.0, 및 25 내지 50℃의 반응 온도에서 반응시켜 2-포밀-6-나프토산을 제거하여 고순도의 2,6-나프탈렌디카르복실산의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 방법을 사용하면, 환경친화적이며 경제적으로 2-포밀-6-나프토산을 제거하여 고순도의 2, 6-나프탈렌디카르복실산을 제조할 수 있어 산업적 이용가치가 높은 장점이 있다.

나프탈렌디카르복실산, 2-포밀-6-나프토산, 2,6-나프탈렌 디카르복실산, β-시클로덱스트린, 알데히드 디하이드로게나제, 정제반응

Description

β-시클로덱스트린 및 알데히드 디하이드로게나제를 사용하는 고순도 2, 6-나프탈렌디카르복실산의 제조방법{Method for preparing 2,6-naphthalene dicarboxylic acid with high purity using β-cyclodextrin and aldehyde dehydrogenase}

도 1은 2,6-디메틸나프탈렌을 산화시켜 2,6-나프탈렌 디카르복실산 및 디메틸-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트를 합성하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 2는 2,6-디메틸나프탈렌의 산화시 생성물을 나타내는 도면이다.

도 3a은 시클로덱스트린의 구조를 나타내는 도면이며,

도 3b는 본 발명에서 따른 방법에 사용되는 β-시클로덱스트린의 구조를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 방법에 따른 β-시클로덱스트린과 조 나프탈렌 디카르복실산의 몰비에 따른 2-포밀-6-나프토산의 제거율을 나타내는 그래프이다.

도 5는 본 발명의 방법에 따른 초기 pH에 따른 2-포밀-6-나프토산의 제거율을 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명의 방법에 따른 반응온도에 따른 2-포밀-6-나프토산의 제거율을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 β-시클로덱스트린 및 알데히드 디하이드로게나제를 사용하여 고순도로 2,6-나프탈렌디카르복실산을 제조하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 2,6-디메틸나프탈렌(2,6-Dimethyl naphthalene; 이하 "2,6-DMN"이라 함)을 산화시켜 생산한 조 나프탈렌 디카르복실산(crude Naphthalene dicarboxylic acid; 이하 "cNDA"라 함)을 β-시클로덱스트린(β-Cyclodextrin)과 알데히드 디하이드로게나제(Aldehyde dehydrogenase)를 이용하여 2-포밀-6-나프토산(2-Formyl-6-naphthoic acid; 이하 "FNA"이라 함)을 제거시킴으로써 2,6-나프탈렌 디카르복실산 (2,6-Naphthalene dicarboxylic acid; 이하 "2,6-NDA"이라 함)의 순도를 높이는 β-시클로덱스트린 및 알데히드 디하이드로게나제를 사용하여 2,6-나프탈렌디카르복실산을 제조하는 방법에 관한 것이다.

나프탈렌 디카르복실산의 디에스테르는 폴리에스테르 및 폴리아미드와 같은 여러 가지의 고분자 물질을 제조하는데 유용하다. 특히 유용한 디에스테르의 한 예로는 디메틸-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트(Demethyl-2,6-naphthalene decarboxylate; 이하 "NDC"이라 함)가 있다. NDC는 에틸렌 글리콜과 축합하여 고성능 폴리에스테르 물질인 폴리(에틸렌-2,6-나프탈렌)[Poly(ethylene-2,6- naphthalene); 이하 "PEN"이라 함]을 생성할 수 있다. PEN으로부터 제조된 섬유 및 필름은 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(이하 "PET"이라 함)에 비하여 강도가 높고 열적 성질이 우수하다. 이로 인해 PEN은 자기 녹음 테이프 및 전자 부품을 제조하 는데 사용될 수 있는 박막과 같은 상용품을 제조하는데 사용되는 매우 우수한 물질이다. 또한 기체 확산, 특히 이산화탄소, 산소 및 수증기에 대한 우수한 저항성으로 인해 PEN으로 제조된 필름은 식품 용기, 특히 고온 충전물용 식품 용기를 제조하는데 유용하다. 또한 타이어 코드 제조에 유용한 강화 섬유를 제조하는데 사용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 현재 NDC는 2,6-DMN을 산화시켜 cNDA를 생산한 다음 에스테르화하여 생산하고 있다. 현재 NDC가 PEN 합성시 주원료로 사용되고 있지만 2,6-NDA를 원료로 사용할 경우에 비해 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 첫째, NDA 축합반응시에는 물이 생산되는데 비해 NDC의 경우 메탄올이 부산물로 생성되어 폭발성의 위험이 있으며, 둘째, NDC제조 공정중 순수한 NDC를 얻기 위하여 2,6-NDA를 에스테르화하여 정제공정을 거쳐 NDC를 생산하므로 2,6-NDA에 비하여 한 단계의 공정이 더 필요하고, 셋째로 기존의 PET 생산설비를 가지고 있을 경우 기존 설비의 이용 차원에서 NDC의 사용을 적절치 못하다. 이러한 NDC의 단점에도 불구하고 PEN 제조시 2,6-NDA 대신에 NDC가 사용되는 이유는 아직까지 중합에 필요한 순도를 가진 정제된 NDA를 제조하지 못하기 때문이다. 도 2을 참조하면, DMN의 산화시 FNA, 2-나프토산(2-Naphthoic acid), 트리멜리트산(Trimellitic acid) 등 각종 불순물이 포함되는 cNDA가 생성되는데 특히 FNA가 제거하기 어렵다. 이 FNA가 존재하면 중합반응이 중간에서 멈추게 되어 중합체의 물성에 나쁜 영향을 미친다.

cNDA에 존재하는 FNA를 제거하기 위하여 또는 NDA를 정제하기 위하여 재결정법, 산화공정을 한번 더 거치는 방법, cNDA를 메탄올을 이용하여 NDC로 제조한 후 수화시켜 NDA를 제조하거나 수소화 공정에 의해 정제된 NDA를 제조하는 방법 등이 연구되었다. 또한 용매 처리, 용융 결정, 고압 결정, 초임계추출 등 여러 가지 정제방법을 사용하고 있으나 아직까지 만족할 만한 순도를 가진 NDA를 제조하지 못하고 있다. 또한 순도를 높이는 경우 수율이 매우 떨어져 실제 생산에 적용하기가 어려운 실정이다.

미국특허 제5,728,870호에는 디메틸-2,6-나프탈렌디카르복실레이트를 가수분해하고 용매 존재하에서 열을 가하여 정제된 2,6-NDA을 얻는 방법을 기재하고 있으나 만족할 만한 효과를 얻지 못하고 있다.

이에 본 발명에서는 상기 2,6-NDA 정제에 관한 문제점을 해결하기 위한 연구를 수행한 결과, β-시클로덱스트린을 촉매로 사용하여 알데히드 디하이드로게나제를 이용하면, β-시클로덱스트린이 물에 대해 용해도가 매우 낮은 FNA 및 2,6-NDA의 용해도를 증가시키고, 알데히드 디하이드로게나제의 기질 특이성이 완화되어 cNDA 내에서 특히 FNA와 선택적으로 반응하므로 cNDA 내에 포함되어 있는 FNA를 선택적으로 2,6-NDA로 전환시켜 제거할 수 있음을 확인하였고, 본 발명은 이를 기초로 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 β-시클로덱스트린 및 알데히드 디하이드로게나제를 사용하는 생물학적 방법을 통해 고순도로 2,6-NDA를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 2,6-나프탈렌디카르복실산의 제조방법은 인산 완충용액 존재하에서, 조 나프탈렌 디메틸카르복실산을 베타-니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(β-nicotinamide adenine dinucleotide, β-NAD), β-시클로덱스트린 및 알데히드 디하이드로게나제와 혼합, 반응시켜 2-포밀-6-나프토산을 제거하는 것으로 구성된다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 2,6-DMN을 산화시켜 생산한 cNDA 내에 포함되어 있는 불순물인 FNA를 β-시클로덱스트린를 촉매로 이용하여 물에 용해도가 낮은 cNDA 구성 성분들의 용해도를 높이고, 여러 종류의 알데히드 디하이드로게나제가 FNA와 효율적으로 반응시켜 고순도의 2,6-NDA를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

상기 시클로덱스트린(Cyclodextrin)은 전분에서 시클로말토덱스트린 글루카노트랜스퍼라아제(cyclomalto- dextrin glucanotransferase; 이하 CGTase)의 반응에 의해 생성된 고리형 올리고당(cyclic oligo-saccharide)의 한 종류이다. 화학적 방법에 의한 합성은 매우 복잡하고 비경제적이므로 주로 효소에 의해 생산된다. 상업적으로 생산된 주요 시클로덱스트린은 글루코오스 단위체 6∼8개의 환(ring)으로 구성되어 있으며, 도 3a에서 알 수 있는 바와 같이, 단당류의 숫자에 따라 α-시클로덱스트린(6 단위체), β-시클로덱스트린(7 단위체), γ-시클로덱스트린(8 단위체) 등으로 나누고, CGTase의 특이성에 따라 α, β, γ-시클로덱스트린을 합성할 수 있다. 시클로덱스트린의 가장 중요한 기능적인 특징은 다른 분자들을 가지고 포괄 복합물을 형성하여 격자모양의 포접 화합물로서 행동하는 능력을 가지는 것이 다.

본 발명에서는 상기 시클로덱스트린 중 특히 β-시클로덱스트린을 사용한다. β-시클로덱스트린은 도 3b에 나타낸 바와 같이, 분자의 외측 주변부에 친수성의 히드록시기가 존재하고 공동(空洞, cavity) 내부에는 소수성을 나타내는 CH-기가 존재하기 때문에 공동 내에 비극성 분자를 받아들여 포접화합물을 형성하는 성질이 있다. 따라서, 시클로덱스트린은 향신료 등 휘발성물질의 휘산 억제, 불포화지방산, 의약품, 비타민 등과 같은 불안정한 화합물의 안정화, 지용성물질의 가용화 및 유화, 조해성 및 점착성물질의 분체화 등에 많이 이용되고 있으나, 본 발명에서처럼 cNDA 내에 포함되어 있는 불순물인 FNA를 제거하기 위해 사용된 적은 아직까지 없었다.

본 발명에서 상기 β-시클로덱스트린의 사용량은 정제하고자 하는 cNDA에 대해 몰비로 0.2 내지 2.0이며, 바람직하게는 0.7에서 FNA의 제거율이 가장 높았으며, 다른 이성분이 발생하지 않았다. 상기 β-시클로덱스트린의 양이 cNDA에 대해 몰비로 0.2 미만이면 다른 이성분이 발생하고, 2.0을 초과하면 경제성이 떨어지는 경향이 있다.

상기 알데히드 디하이드로게나제는 알데히드 디하이드로게나제(시그마사 제품, 효소원 베이커 효모), 아세트알데히드 디하이드로게나제(Acetaldehyde dehydrogenase)(효소원: 대장균 K-12), 벤즈알데히드 디하이드로게나제(Benzaldehyde dehydrogenase)(효소원: 슈도모나스 푸티다(Psedomonas putida)), 카르복시벤즈알데히드 디하이드로게나제(Carboxybenzaldehyde)(효소원: 코나모나스 테스토스테로니(Comamonas testosteroni) T-2), 또는 나프타알데히드 디하이드로제나제(Naphthaldehyde dehydrogenase)(효소원: 슈도모나스 푸티다 CSV86)를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 벤즈알데히드 디하이드로게나제와 나프타알데히드 디하이드로게나제가 우수하였다. 각각의 효소들은 효소원으로 부터 분리하여 사용하였다.

상기 알데히드 디하이드로게나제의 사용량은 cNDA 3mmol에 대해 1 unit(U) 내지 50 unit(U), 바람직하게는 5 내지 20unit(U)이며, 이의 사용량이 1unit(U) 미만이면 전환율이 현저히 낮아져 전환시간이 길어지는 문제가 발생하고, 50unit(U)을 초과하면 더 이상의 효과를 기대할 수 없다.

한편, 정제하고자 하는 cNDA는 유기용매인 디메틸설폭사이드(Dimethylsulfoxide)(이하 "DMSO"라 함)와 혼합된 형태로 pH 6.0 내지 9.0, 바람직하게는 약 pH 8.0으로 조절한 인산 완충용액(KH₂PO₄-KOH)이 들어있는 알칼리 조건의 효소 반응조에서 β-시클로덱스트린과 알데히드 디하이드로게나제와 반응시킨다. 상기 반응 온도는 25 내지 50℃, 바람직하게는 약 40℃이며, 교반하면서 반응을 진행시킨다. 이때 효소 반응이 충분하게 일어나기 위해서는 반응 시간은 10분 내지 60분이 바람직하다.

상기 반응액에는 알데히드 디하이드로게나아제의 반응 보조인자(co-factor)로서 베타-니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(β-nicotinamide adenine dinucleotide, β-NAD)가 첨가될 수 있다.

이렇게 β-시클로덱스트린과 알데히드 디하이드로게나제와 반응시킨 cNDA는 FNA의 제거율이 99%이며, 99.99%이상의 순도를 나타내는 2,6-NDA를 제조할 수 있어, 산업적으로 이용가치가 높은 장점이 있다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하나, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

β-시클로덱스트린 존재하에서 다양한 알데히드에 대한 알데히드 디하이드로게나제의 반응성

β-시클로덱스트린 첨가시 효소의 반응성에 미치는 효과를 확인하기 위하여 여러 종류의 알데히드와 알데히드 디하이드로게나제를 반응시켰다. 사용한 알데히드는 아세트알데히드(Acetaldehyde), 벤즈알데히드(Benzaldehyde), 2-나프타알데히드(2-Naphthaldehyde), 4-카르복시벤즈알데히드(4-Carboxybenz-aldehyde), 1-포밀-8-나프토산(1-Formyl-8-naphthoic acid ; 이하 1,8-FNA)이었으며, 알데히드 디하이드로게나제는 알데히드 디하이드로게나제(베이커 효모), 아세트알데히드 디하이드로게나제, 벤즈알데히드 디하이드로게나제, 카르복시벤즈알데히드 디하이드로게나제, 및 나프타알데히드 디하이드로게나제를 사용하였다.

반응액은 0.1M 인산 완충용액(KH₂PO₄-KOH, pH 8.0)에 3mmol 반응기질, 3mmol β-시클로덱스트린, 1mmol β-NAD, 10U의 알데히드 디하이드로게나제를 첨가한 다음 30℃에서 10분 동안 반응시켰다. 분석은 분광광도계를 이용하여 340nm에서 효소 무첨가 대조구와 효소 첨가 실험구간의 흡광도 차를 측정하여 반응성을 결정하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

β-시클로덱스트린 미첨가시 알데히드에 대한 알데히드 디하이드로게나제의 반응성

상기 실시예 1과 동일한 반응조건에서 β-시클로덱스트린을 첨가하지 않고 각 기질과 효소를 반응시켰다. 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

하기 표 1에서 나타낸 바와 같이 사용된 모든 효소가 모든 기질과 반응을 하는 반면, 비교예 1의 결과인 하기 표 2에서는 각각의 알데히드 디하이드로게나제의 기질 특이성이 뚜렷하게 나타났다. 이는 β-시클로덱스트린이 기질과 복합체(Incusion complex)를 형성함으로써 효소의 기질 특이성을 완화시켜 각 기질들이 효소와 반응할 수 있도록 작용하는 것으로 추정된다.

β-시클로덱스트린 첨가시 반응기질별 알데히드 디하이드로게나제의 반응성

효 소	기 질	흡광도¹⁾ (340nm)
효 소	기 질	대조구²⁾	실험구
알데히드 디하이드로게나제 (베이커 효모)	아세트알데히드	0.069	0.361
	벤즈알데히드	0.072	0.322
	2-나프타알데히드	0.080	0.333
	4-카르복시벤즈알데히드	00073	0.322
	1-포밀-8-나프토산	0.075	0.318
아세트알데히드 디하이드로게나제	아세트알데히드	0.393	0.070
	벤즈알데히드	0.073	0.287
	2-나프타알데히드	0.075	0.275
	4-카르복시벤즈알데히드	0.074	0.270
	1-포밀-8-나프토산	0.068	0.270
				벤즈알데히드 디하이드로게나제	아세트알데히드	0.078	0.310
					벤즈알데히드	0.077	0.368
2-나프타알데히드	0.077	0.311
4-카르복시벤즈알데히드	0.075	0.315
1-포밀-8-나프토산	0.073	0.310
카르복시벤즈알데히드 디하이드로게나제	아세트알데히드	0.072	0.325
	벤즈알데히드	0.080	0.322
	2-나프타알데히드	0.077	0.304
	4-카르복시벤즈알데히드	0.075	0.360
	1-포밀-8-나프토산	0.076	0.297
나프타알데히드 디하이드로게나제	아세트알데히드	0.074	0.301
	벤즈알데히드	0.070	0.317
	2-나프타알데히드	0.071	0.403
	4-카르복시벤즈알데히드	0.072	0.311
	1-포밀-8-나프토산	0.072	0.320

* 1) 10분동안 반응 후 측정한 흡광도임

2) 실험구와 모든 조건이 동일하며, 효소만 첨가하지 않음.

β-시클로덱스트린 미첨가시 반응기질별 알데히드 디하이드로게나제의 반응성

효 소	기 질	흡광도 (340nm)
효 소	기 질	대조구	실험구
알데히드 디하이드로게나제 (베이커 효모)	아세트알데히드	0.069	0.342
	벤즈알데히드	0.072	0.121
	2-나프타알데히드	0.080	0.333
	4-카르복시벤즈알데히드	0.073	0.292
	1-포밀-8-나프토산	0.075	0.078
아세트알데히드 디하이드로게나제	아세트알데히드	0.070	0.405
	벤즈알데히드	0.073	0.085
	2-나프타알데히드	0.075	0.080
	4-카르복시벤즈알데히드	0.074	0.079
	1-포밀-8-나프토산	0.068	0.077
벤즈알데히드 디하이드로게나제	아세트알데히드	0.078	0.081
	벤즈알데히드	0.077	0.390
	2-나프타알데히드	0.077	0.101
	4-카르복시벤즈알데히드	0.075	0.098
	1-포밀-8-나프토산	0.073	0.080
카르복시벤즈알데히드 디하이드로게나제	아세트알데히드	0.072	0.089
	벤즈알데히드	0.080	0.099
	2-나프타알데히드	0.077	0.087
	4-카르복시벤즈알데히드	0.075	0.372
	1-포밀-8-나프토산	0.076	0.084
나프타알데히드 디하이드로게나제	아세트알데히드	0.074	0.075
	벤즈알데히드	0.070	0.086
	2-나프타알데히드	0.071	0.413
	4-카르복시벤즈알데히드	0.072	0.100
	1-포밀-8-나프토산	0.072	0.094

실시예 2

β-시클로덱스트린 첨가시 cNDA에 대한 알데히드 디하이드로게나제의 반응성

cNDA에 대한 각 알데히드 디하이드로게나제의 반응성을 확인하기 위하여 cNDA를 반응기질로 반응을 실시하였다. 반응액은 0.1M 인산 완충용액(KH₂PO₄-KOH, pH 8.0)에 3mmol cNDA, 3mmol β-시클로덱스트린, 1mmol β-NAD, 10U의 알데히드 디하이드로게나제를 첨가한 다음 30℃에서 10분 동안 반응시켰다. 분석은 실시예 1과 마찬가지로 분광광도계를 이용하여 340nm에서 흡광도를 측정하였다.

하기 표 3에서 보듯이 모든 알데히드 디하이드로게나제가 cNDA와 반응하였으며, 특히 벤즈알데히드 디하이드로게나제와 나프타알데히드 디하이드로게나제의 경우가 우수하였다.

비교예 2

β-시클로덱스트린 미첨가시 cNDA에 대한 알데히드 디하이드로게나제의 반응성

상기 실시예 2와 동일한 반응조건에서 β-시클로덱스트린을 첨가하지 않고 cNDA와 각 효소를 반응하였다. 하기 표 4에서 보듯이 벤즈알데히드 디하이드로게나제와 나프타알데히드 디하이드로게나제만이 반응이 진행되었다.

비교예 3

α- 또는 γ-시클로덱스트린 사용시 cNDA에 대한 알데히드 디하이드로게나제의 반응성

β-시클로덱스트린 대신 α-, γ-시클로덱스트린을 각각 첨가하여 실시예 2와 동일한 조건에서 반응을 실시하였다. 하기 표 5에서 보듯이 표 4의 결과와 큰 차이가 없었다.

효 소	흡광도 (340nm)
효 소	대조구	실험구
알데히드 디하이드로게나제(베이커 효모)	0.072	0.302
아세트알데히드 디하이드로게나제	0.070	0.311
벤즈알데히드 디하이드로게나제	0.077	0.368
카르복시벤즈알데히드 디하이드로게나제	0.080	0.235
나프타알데히드 디하이드로게나제	0.068	0.365

효 소	흡광도 (340nm)
효 소	대조구 흡광도	실험구 흡광도
알데히드 디하이드로게나제(베이커 효모)	0.072	0.082
아세트알데히드 디하이드로게나제	0.070	0.077
벤즈알데히드 디하이드로게나제	0.077	0.258
카르복시벤즈알데히드 디하이드로게나제	0.080	0.115
나프타알데히드 디하이드로게나제	0.068	0.275

α- 또는 γ-시클로덱스트린 사용시 반응성

		흡광도 (340nm)			효 소	흡광도 (340nm)
		대조구	실험구		효 소	대조구	실험구
α- 시클로 덱스트린	알데히드 디하이드로게나제	0.075	0.076	γ- 시클로 덱스트린	알데히드 디하이드로게나제	0.071	0.070
	아세트알데히드 디하이드로게나제	0.077	0.082		아세트알데히드 디하이드로게나제	0.081	0.086
	벤즈알데히드 디하이드로게나제	0.071	0.279		벤즈알데히드 디하이드로게나제	0.076	0.248
	카르복시벤즈알데히드 디하이드로게나제	0.065	0.101		카르복시벤즈알데히드 디하이드로게나제	0.077	0.110
	나프타알데히드 디하이드로게나제	0.080	0.272		나프타알데히드 디하이드로게나제	0.076	0.254

실시예 3

cNDA와 β-시클로덱스트린의 초기 몰비(mole ratio)에 따른 정제반응

cNDA 정제반응에서 첨가되는 최적 β-시클로덱스트린 양을 확인하기 위하여 0.1M 인산 완충용액(KH₂PO₄-KOH, pH 8.0)에 0.3㎎/㎖ β-NAD와 β-시클로덱스트린과 cNDA간의 몰비를 각각 0.2, 0.5, 0.7, 1.0, 1.5, 또는 2.0으로 달리하여 첨가하였으며, 효소로는 벤즈알데히드 디하이드로게나제와 나프타알데히드 디하이드로게나제를 사용하였다. 반응액을 30℃에서 30분 동안 교반하면서 반응한 다음 반응액을 HCl을 이용하여 중화할 때 생성되는 침전물을 DMSO에 용해시켜 하기 표 6과 같은 조건으로 고속액체크로마토그래피(HPLC)를 이용하여 cNDA 내에 포함되어 있는 FNA의 감소율을 분석하였다.

결과는 도 4의 그래프와 같으며, 도 4에서 보듯이 두 효소 모두 몰비 0.7에서 FNA 분해율이 가장 높았으며, NDA의 양이 증가하는 경향을 보였다. 이 결과로 효소반응을 통해 cNDA 내에 포함되어 있는 불순물인 FNA가 NDA로 전환된 것을 알 수 있었다.

HPLC 분석 조건

HPLC	LC 10-ADVP (시마츠)
컬럼	XTerra^TM RP18 (4.6ㅧ250 mm, Waters)
검출기	UV 240nm
컬럼 온도	40℃
유속	1㎖/분
주입 부피	20 ㎕
이동상	시간(분)	0.3% 인산	100% 아세토니트릴
	0	98	2
	5	92	8
	28	52	48
	30	20	80
	35	5	95
	36	98	2
	49	98	2

실시예 4

반응액 초기 pH가 반응에 미치는 영향

초기 pH가 반응에 미치는 영향을 확인하기 위하여 초기 pH를 6.0, 7.0, 8.0, 9.0으로 변화시켜 반응을 진행하였다. 모든 반응조건은 실시예 3과 동일하게 실시하였으며, HPLC를 이용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 분석하였다. 결과는 도 5에서 보듯이 8.0에서 가장 높은 FNA 분해율을 보였다. pH 6.0, 7.0에서는 cNDA가 완전히 용해되지 않고 현탁액 상태로 존재하였다. 이것은 cNDA가 β-시클로덱스트린과 복합체를 형성하지 못하여 완전히 용해되지 못했기 때문이며, 그로 인해 효소와 반응성이 떨어진 것으로 보인다. pH 9.0에서 분해율이 감소한 것은 높은 pH로 인해 디하이드로게나제의 활성이 감소했기 때문이다.

실시예 5

반응온도가 미치는 영향

정제반응에 적합한 반응온도를 확인하기 위하여 25, 30, 35, 40, 45, 50℃에 반응을 진행하였다. 나머지 반응조건은 실시예 3과 동일하였다. 결과는 도 6에 나타낸 바와 같이 두 효소 모두 40℃까지는 온도가 증가할수록 FNA 분해율이 증가하였다.

실시예 6

cNDA 정제반응에서 벤즈알데히드 디하이드로게나제 및 나프타벤즈알데히드 디하이드로게나제의 FNA 분해율

0.3mg/㎖ β-NAD를 포함하는 0.1M 인산 완충용액(KH₂PO₄-KOH, pH 8.0)에 β-시클로덱스트린과 cNDA간의 몰비를 0.7로 하여 첨가하였으며, 벤즈알데히드 디하이드로게나제와 나프타알데히드 디하이드로게나제를 각각 20U씩 반응액에 첨가하고 40℃에서 반응을 진행하였다. 시간 경과에 따라 반응액을 채취하여 FNA 분해율을 측정한 결과 두 효소 모두 반응 1시간만에 FNA가 검출되지 않았다.

이상의 실시예를 통해 확인된 바와 같이, cNDA 정제반응에 β-시클로덱스트린을 사용할 경우 cNDA에 포함된 성분들과 복합체를 형성하여 복합의 용해도를 증가시킬 뿐만 아니라, 각 알데히드 디하이드로게나제의 기질 특이성을 약화시켜 여러 종류의 디하이드로게나제가 정제반응에 이용될 수 있도록 한다. β-시클로덱스트린과 알데히드 디하이드로게나제를 이용하여 cNDA 정제반응을 진행시킨 결과 cNDA에 포함되어 있는 FNA를 짧은 시간동안 제거시켜 효율적인 반응을 가능하여 경제적이며 환경친화적으로 고순도의 2, 6-나프탈렌디카르복실산을 제조할 수 있어 산업적으로 이용가치가 높을 것으로 기대된다.

Claims

2,6-디메틸나프탈렌을 산화시켜 제조된 2,6-나프탈렌 디카르복실산 및 2-포밀-6-나프토산을 포함하는 조 나프탈렌 디메틸카르복실산(crude naphthalene dicarboxylic acid)을 인산 완충용액 존재하에서, 베타-니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(β-nicotinamide adenine dinucleotide, β-NAD), β-시클로덱스트린 및 알데히드 디하이드로게나제와 혼합, 반응시켜 2-포밀-6-나프토산을 제거하는 것을 특징으로 하는 고순도의 2,6-나프탈렌디카르복실산의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 반응은 pH 6.0 내지 9.0, 및 25 내지 50℃의 반응 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고순도의 2,6-나프탈렌디카르복실산의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 β-시클로덱스트린에 대한 조 나프탈렌 디메틸카르복실산의 몰비는 1: 0.2 내지 1: 2.0인 것을 특징으로 하는 고순도의 2,6-나프탈렌디카르복실산의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 알데히드 디하이드로게나제는 아세트알데히드 디하이드로게나제, 벤즈알데히드 디하이드로제나제, 카르복시벤즈알데히드 디하이드로게나제, 및 나프타알데히드 디하이드로게나제로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 고순도의 2, 6-나프탈렌디카르복실산의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 알데히드 디하이드로게나제의 사용량은 상기 조 나프탈렌 디메틸카르복실산 3mmol에 대하여 1unit(U) 내지 50unit(U)인 것을 특징으로 하는 고순도의 2, 6-나프탈렌디카르복실산의 제조방법.