KR20010069097A - Process for preparation of β-lactam antibiotics by enzymatic acylation - Google Patents

Process for preparation of β-lactam antibiotics by enzymatic acylation Download PDF

Info

Publication number
KR20010069097A
KR20010069097A KR1020000001345A KR20000001345A KR20010069097A KR 20010069097 A KR20010069097 A KR 20010069097A KR 1020000001345 A KR1020000001345 A KR 1020000001345A KR 20000001345 A KR20000001345 A KR 20000001345A KR 20010069097 A KR20010069097 A KR 20010069097A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
formula
compound
reaction
beta
enzyme
Prior art date
Application number
KR1020000001345A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박형준
최태근
Original Assignee
구광시
주식회사 코오롱
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 구광시, 주식회사 코오롱 filed Critical 구광시
Priority to KR1020000001345A priority Critical patent/KR20010069097A/en
Publication of KR20010069097A publication Critical patent/KR20010069097A/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A21BAKING; EDIBLE DOUGHS
    • A21CMACHINES OR EQUIPMENT FOR MAKING OR PROCESSING DOUGHS; HANDLING BAKED ARTICLES MADE FROM DOUGH
    • A21C15/00Apparatus for handling baked articles
    • A21C15/04Cutting or slicing machines or devices specially adapted for baked articles other than bread
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26DCUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D3/00Cutting work characterised by the nature of the cut made; Apparatus therefor
    • B26D3/24Cutting work characterised by the nature of the cut made; Apparatus therefor to obtain segments other than slices, e.g. cutting pies
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26DCUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D2210/00Machines or methods used for cutting special materials
    • B26D2210/02Machines or methods used for cutting special materials for cutting food products, e.g. food slicers

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

PURPOSE: The method for producing beta-lactam antibiotics using enzymatic acylation is provided, thereby the beta-lactam antibiotics can be simply and cheaply produced using enzymes. CONSTITUTION: The beta-lactam antibiotics represented by formula (3) is produced by acylation reacting a compound represented by formula (1) with a compound represented by formula (2) using enzyme penicillin amidase, in which, R1CO is diphenyl glycine or dipara hydroxyphenyl glycine, X is OR2 or NR3R4, wherein R2 is C1 to C7 alkyl or haloalkyl, and R3 and R4 are individually hydrogen or C1 to C3 alkyl, and the penicillin amidase is derived from E. coli, Acetobacter pasteurianum, Xanthomonas citri, Kluyveri citrophylla or Bacillus megaterium. The beta-lactam antibiotics represented by formula (5) is produced by acylation reacting a compound represented by formula (4) with a compound represented by formula (2) using enzyme penicillin amidase, in which Z is hydrogen, halogen, C1 to C3 alkyl, C2 to C4 alkenyl, nuclear philic group-substituted C1 to C3 alkyl; R1CO is diphenyl glycine or dipara hydroxyphenyl glycine; X is OR2 or NR3R4, wherein R2 is C1 to C7 alkyl or haloalkyl, and R3 and R4 are individually hydrogen or C1 to C3 alkyl.

Description

효소에 의한 아실화 반응을 이용한 베타락탐계 항생제의 제조방법{Process for preparation of β-lactam antibiotics by enzymatic acylation}Process for preparation of β-lactam antibiotics by enzymatic acylation}

본 발명은 베타락탐계 항생제의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 암피실린, 아목시실린, 세파클로, 세팔렉신, 세파드록실 등과 같은 베타락탐계 항생제 제조에 있어서 효소에 의한 아실화반응으로 종래의 화학적 아실화반응을 대체할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing beta-lactam antibiotics, and in particular, the conventional chemical acylation reaction in the production of beta-lactam antibiotics, such as ampicillin, amoxicillin, cephaclo, cephalexin, cephadroxyl, etc. It relates to a manufacturing method that can replace the misfire reaction.

베타락탐계 항생제 제조는 6-아미노페니실란산(6-APA), 7-아미노데스아세톡시세팔로스포린산(7-ADCA), 또는 7-아미노세팔로스포린산(7-ACA) 등의 베타락탐환의 아미노기와 이들과 아미드화 반응을 일으킬 수 있는 적절한 카르복실 그룹을 축합반응시켜 이루어진다. 예를 들어, 암피실린의 경우 6-아미노 페니실란산과 디-페닐글리신 유도체와의 반응을 통해 형성되며, 아목시실린의 경우 6-아미노페니실란산과 디-파라히드록시페닐글리신 유도체와의 반응으로 형성된다.Beta-lactam antibiotic preparations include beta, such as 6-aminophenicylanic acid (6-APA), 7-aminodesacetoxycephalosporinic acid (7-ADCA), or 7-aminocephalosporinic acid (7-ACA). It is made by condensation of an amino group of a lactam ring with an appropriate carboxyl group capable of causing an amidation reaction with these. For example, in the case of ampicillin, it is formed through the reaction of 6-amino peniclanic acid and di-phenylglycine derivative, and in the case of amoxicillin, it is formed by reaction of 6-aminophenicylanic acid and di-parahydroxyphenylglycine derivative.

그러나, 현재까지 상업적인 베타락탐계 항생제 제조 공정은 화학적 방법에 의한 것으로서, 이는 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 예를 들면, 보호된 작용기를 가지는 기질을 사용하여야 하는 등의 복잡한 반응에 의한 부산물 형성과 이에 따른정제 공정의 필요, 0℃ 이하의 저온 반응, 및 염화메틸렌과 같은 유기용매를 사용하는 점 등이다. 이에 이러한 화학적 공정의 단점을 해결하고자, 효소를 이용하여 베타락탐 환과 카르복실 측쇄를 아실화시킴으로써 베타락탐계 항생제를 제조하는 것에 대한 많은 연구가 이루어 지고 있다.However, to date, commercial beta-lactam antibiotic production processes are by chemical methods, which have some problems. For example, the formation of by-products by complex reactions such as the use of substrates with protected functional groups, the necessity of purification processes, the low temperature reaction below 0 ° C., and the use of organic solvents such as methylene chloride, etc. . In order to solve the drawbacks of this chemical process, a lot of research has been made on the preparation of beta-lactam antibiotics by acylating the beta-lactam ring and the carboxyl side chain using an enzyme.

그러나, 경제성 있는 효소 이용 베타락탐 합성 공정이 되기 위해서는 기질인 베타락탐 환 농도를 200∼400mM 정도로 높여야 하는데, 이 경우 최종 생성물인 베타락탐계 항생제가 고체로 석출되어 고점도를 보이며, 이에 따라 사용한 효소와 생성물의 분리가 어려운 문제가 발생한다.However, in order to be a beta lactam synthesis process using economic enzymes, the beta lactam ring concentration, which is a substrate, needs to be raised to about 200 to 400 mM. In this case, the beta lactam antibiotic, which is a final product, is precipitated as a solid and shows high viscosity. A problem arises that the separation of the product is difficult.

미국특허 제5,525,483호에 따르면 400mM 정도의 고농도 기질에서도 효소에 의한 아실화 반응으로 베타락탐계 항생제를 제조한 예가 있으나, 측쇄를 베타락탐 환에 대해 4당량 이상으로 사용해야 하는 단점이 있으며, 또한 최종 반응액에서 효소와의 분리방법에 대해 언급되어 있지 않아 상업적 적용 가능성이 낮다. 세계 특허 WO 9856945호에서는 과량의 효소를 사용함으로써 측쇄를 베타락탐 환에 대해 2 당량 이하로 사용하여도 90% 이상의 수율을 올릴 수 있는 것으로 보고하고 있으나, 사용되는 효소의 양이 기질에 대해 수배 이상으로서, 고가인 효소의 다량사용으로 인한 비경제성이 문제이며 또한 효소분리 공정에 대한 언급이 없었다. 세계 특허 WO 9602663A호에 의하면 최종 항생제의 분리를 위해 반응 공정을 반연속식으로 하여 고정화 효소와 고체로 석출되는 최종 반응물의 분리 효율 및 수율을 높이는 것으로 보고하고 있으나, 상업적으로 판매되는 고정화 효소의 최소 직경인 100㎛보다 큰 200㎛이상의 효소를 사용하여 체의 크기를 늘려 고점도인 생성물의 분리를 쉽게하고 원료 공급탱크를 필요로 하는 등, 배치식에 비해서 공정이 훨씬 복잡한 단점이 있다.According to U.S. Patent No. 5,525,483, there is an example in which a beta lactam antibiotic is prepared by an acylation reaction by enzyme even at a high concentration of about 400 mM, but there is a disadvantage in that the side chain is used in an amount of 4 equivalents or more with respect to the beta lactam ring. There is no mention of separation of enzymes from liquids, so commercial applicability is low. World Patent WO 9856945 reports that by using an excess of enzyme, the yield can be increased by 90% or more even when the side chain is used in an amount of 2 equivalents or less for the beta-lactam ring, but the amount of the enzyme used is several times higher than that of the substrate. As a matter of fact, there is a problem of inefficiency due to the high use of expensive enzymes and there is no mention of the enzyme separation process. According to World Patent WO 9602663A, the reaction process is semi-continuous for the separation of the final antibiotic to increase the separation efficiency and yield of the immobilized enzyme and the final reactant precipitated as a solid, but the minimum amount of commercially available immobilized enzyme is reported. The process is much more complicated than batch type, such as the use of an enzyme of 200 μm or more larger than 100 μm in diameter to increase the size of the sieve to facilitate separation of high-viscosity products and a raw material supply tank.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 상기한 공지의 제조방법과는 다른 방법으로서, 간단하고 공업적 적용이 쉬우며 고순도, 고수율로 베타락탐계 항생제를 제조하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, as a method different from the known production method, it is simple and easy to apply industrially to produce a beta lactam-based antibiotic in high purity, high yield The purpose.

상기 과제를 이루기 위하여, 다음과 같은 제조방법이 제공된다.In order to achieve the above object, the following manufacturing method is provided.

본 발명의 일면에 따르면, 화학식 1의 베타락탐계 화합물을 화학식 2의 화합물과 반응시켜 화학식 3의 베타락탐계 항생제를 제조한다.According to one aspect of the invention, the beta lactam-based compound of Formula 1 is reacted with a compound of Formula 2 to prepare a beta-lactam antibiotic of Formula 3.

(단, R1CO는 디페닐글리신 또는 디파라히드록시페닐글리신이고, X는 OR2또는 NR3R4이고, R2는 탄소수 1~7의 알킬기 또는 할로알킬기이고, R3, R4는 각각 수소 또는 탄소수 1~3의 알킬기임.)(Wherein R 1 CO is diphenylglycine or diparahydroxyphenylglycine, X is OR 2 or NR 3 R 4 , R 2 is an alkyl or haloalkyl group having 1 to 7 carbon atoms, and R 3 , R 4 is Each hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.)

본 발명의 다른 면에 따르면, 화학식 4의 베타락탐계 화합물을 화학식 2의 화합물과 반응시켜서 화학식 5의 베타락탐계 항생제를 제조한다.According to another aspect of the present invention, the beta-lactam compound of Formula 4 is reacted with the compound of Formula 2 to prepare a beta-lactam antibiotic of Formula 5.

(단, Z는 수소, 할로겐, 탄소수 1~3의 알킬기, 탄소수 2~4의 알케닐기, 친핵화기가 치환된 탄소수 1~3의 알킬기이고, R1CO는 디페닐글리신, 디파라히드록시페닐글리신이고, X는 OR2또는 NR3R4이고, R2는 탄소수 1~7의 알킬기 또는 할로알킬기이고, R3, R4는 각각 수소 또는 탄소수 1~3의 알킬기임.)(Wherein Z is hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms substituted with a nucleophilic group, and R 1 CO is diphenylglycine or diparahydroxyphenyl) Glycine, X is OR 2 or NR 3 R 4 , R 2 is an alkyl group or haloalkyl group having 1 to 7 carbon atoms, and R 3 , R 4 are each hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.)

본 발명에서는 이전의 연구결과들에서 나타난 문제점이었던, 높은 수율을 얻기 위해서 베타락탐 환에 비해 측쇄를 과량 사용해야 하는 점 및 석출된 최종 반응물들과 고가의 고정화 효소와의 분리를 통한 효소 재사용 문제 등을 해결한 효소 반응에 의한 베타락탐환 아실화 반응 공정을 고안하였다. 본 발명에 의한 공정은 1.4~4.0 당량, 특히 1.5~3.0 당량 정도의 측쇄 사용으로도 90% 이상의 반응 수율을 보이며, 최종 제품과 효소와의 분리가 쉬워 분리 공정에서의 손실을 줄일 수 있는 제조 방법이다.In the present invention, it is necessary to use the side chains in excess of the beta-lactam ring in order to obtain high yield, which is a problem of the previous studies, and the problem of enzymatic reuse through separation of precipitated final reactants and expensive immobilized enzyme. A beta-lactam ring acylation process was developed. The process according to the present invention shows a reaction yield of 90% or more even when using a side chain of 1.4 to 4.0 equivalents, in particular 1.5 to 3.0 equivalents, and is easy to separate the final product from the enzyme, thereby reducing the loss in the separation process. to be.

상기 화학식 1 또는 4의 베타락탐 환은 아미노기를 가지고 있는 주쇄로서, 본 발명에 반응에 의해 아미노기가 아실화 된다. 대표적인 베타락탐 환으로는 6-아미노 페니실린산(6-APA), 7-아미노데스아세톡시세팔로스포린산(7-ADCA), 7-아미노세팔로스포린산(7-ACA), 7-아미노-3-클로로세팔로스포린산(7-ACCA) 등이 있다. 이러한 베타람탄 환은 일반적으로 페니실린, 세팔로스포린의 발효물(예를 들어, 페니실린 V, 페니실린 G, 세팔로스포린 C) 등의 효소에 의한 선택적 가수분해 반응을 통해 얻어진다.The beta lactam ring of Formula 1 or 4 is a main chain having an amino group, and the amino group is acylated by the reaction of the present invention. Representative beta-lactam rings include 6-amino penicillic acid (6-APA), 7-aminodesacetoxycephalosporinic acid (7-ADCA), 7-aminocephalosporinic acid (7-ACA), 7-amino- 3-chlorocephalosporinic acid (7-ACCA) and the like. Such betaramtan rings are generally obtained through selective hydrolysis by enzymes such as penicillin, fermentation of cephalosporin (eg, penicillin V, penicillin G, cephalosporin C).

효소에 의한 베타락탐 환의 아실화 반응에 있어서 측쇄인 카르복실 그룹은통상적인 카르복실산으로부터 유도된 여러 형태의 에스테르 잔기 또는 아미드 잔기로 치환된 상태(화학식 2)로 반응에 사용된다. 통상적으로 사용되는 에스테르 잔기로는 낮은 탄소수의 알킬 에스테르, 아미드 잔기로는 미치환 아미드 또는 치환된 아미드 그룹이 사용된다.In the acylation reaction of the beta-lactam ring by an enzyme, the side chain carboxyl group is used for the reaction in the state substituted with various types of ester residues or amide residues derived from conventional carboxylic acids (Formula 2). Commonly used ester residues include alkyl esters of low carbon atoms, unsubstituted amides or substituted amide groups as amide residues.

본 발명에 사용되는 효소는 베타락탐 환의 아실화 반응을 촉매작용 할 수 있는 효소로서 이러한 효소들은 1961년 경부터 알려져 왔다. 페니실린 아미다제 또는 페니실린 아실라제 (E.C.3.5.1.11)계통의 효소로서 이러한 촉매활성을 보이는 효소를 생산하는 미생물로는 아세토박터, 알칼리젠, 잔토모나스, 미코플라나, 프로타미노박터, 아에로모나스 (독일 특허출원번호 2,163,792) 등이 있으며, 이중 대장균으로부터 유래된 효소의 경우, 상업적으로 판매되고 있다. 특히 효소의 재사용이 가능하도록 고정화된 형태의 효소들이 유리한데, 고정화된 대장균 유래의 효소들은 다음과 같으며, 본 발명에서도 적용되었다. 고분자에 고정화된 효소들로는 독일 로슈(Roche)사의 PGA-450(등록상표), 이태리 레코다티(Recordati)사의 수퍼엔자임(등록상표:Super Enzyme) 등이 사용가능하며, 결정 형태의 효소로서 재사용이 가능한 형태로는 미국 알터스 바이올로직(Altus Biologics)상의 Syntha CLEC-PA(등록상표)가 적용 가능하다.The enzyme used in the present invention is an enzyme capable of catalyzing the acylation reaction of the beta lactam ring, and these enzymes have been known since about 1961. Microorganisms that produce such catalytic activity as penicillin amidase or penicillin acylase (EC3.5.1.11) -based enzymes include acetobacter, alkaligen, xanthomonas, mycoplana, protaminobacter, aeromonas ( German Patent Application No. 2,163,792) and, for enzymes derived from E. coli, are commercially available. In particular, enzymes of the immobilized form are advantageous to enable the reuse of enzymes. The enzymes derived from E. coli immobilized are as follows, and have been applied to the present invention. As enzymes immobilized on the polymer, PGA-450 (registered trademark) of Roche, Germany, and Super Enzyme (registered trademark) of Recordati, Italy, can be used, and can be reused as a crystalline enzyme. The form is applicable to Syntha CLEC-PA® from Altus Biologics, USA.

효소에 의한 베타락탐계 항생제 합성 반응의 경우, 수용액상에서의 반응이므로 최종 생성물인 베타락탐계 항생제도 효소에 의해서 재가수분해가 되어 일정 이상의 수율을 얻을 수 없기 때문에 적정 농도 선정이 매우 중요하다. 일반적으로 기질로 사용된 베타락탐 환에 비해 최종 생성물의 용해도가 낮기 때문에 기질농도를 높여 생성물을 고체로 석출시켜 재가수분해되는 비율을 낮춤으로써 높은 수율에 도달할 수 있으나, 이에 따른 반응액 점도 상승으로 인한 물질전달의 어려움이 수반되므로 일정 농도 이상에서는 오히려 반응수율이 낮아지는 효과가 발생한다. 본 발명자들이 90% 이상의 반응수율에 도달하기 위해 효소량, 기질농도, 베타락탐환에 대한 측쇄의 당량비 등의 반응조건을 조사한 결과, 일정량의 효소에 대해 배타락탐 환과 측쇄의 농도에 따른 최종 수율의 차이가 있었으며, 베타락탐 환의 적정농도는 150∼600mM이며, 특히 200∼400mM에서 최고 수율을 보였다.In the case of beta-lactam antibiotic synthesis reaction by enzyme, since the reaction is in aqueous solution, the proper concentration selection is very important because the final product, beta-lactam antibiotic, can be rehydrolyzed by the enzyme to obtain a certain yield or more. In general, since the final product has a lower solubility than the beta lactam ring used as the substrate, a higher yield can be reached by increasing the substrate concentration to reduce the rate of rehydrolysis by precipitation of the product as a solid, but the reaction solution viscosity is increased accordingly. This is accompanied by the difficulty of material transfer due to the effect of lowering the reaction yield rather than a certain concentration. In order to reach a reaction yield of 90% or more, the present inventors examined reaction conditions such as the amount of enzyme, substrate concentration, and equivalence ratio of the side chains to beta-lactam ring. The optimal concentration of beta lactam ring was 150-600mM, especially the highest yield at 200-400mM.

베타락탐 환에 대한 측쇄의 적정 농도는 1.2∼4 당량이며, 특히 1.5∼3 당량정도에서 최고 수율이 가능하였다.The optimal concentration of the side chains for the beta lactam ring was 1.2 to 4 equivalents, especially at about 1.5 to 3 equivalents.

또한 반응에 사용된 측쇄의 순도에 따른 최종 수율에도 차이가 있어, 98% 이상 순도가 되어야 90% 이상의 수율이 가능한 것으로 확인되었다.In addition, there was a difference in the final yield according to the purity of the side chain used in the reaction, it was confirmed that more than 90% yield is possible only when the purity is at least 98%.

기질에 대한 효소의 양은 최종 수율에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으나 전체 반응 소요시간과 상관성이 있는 것으로 나타났다. 하지만 너무 많은 양의 효소를 사용할 경우, 반응액 점도 상승 효과가 있기 때문에 적정한 효소 활성도는 500~4000 U/g 6-APA, 특히 1000~2599 U/g 6-APA가 적절한 것으로 나타났다.The amount of enzyme on the substrate was found to have no significant effect on the final yield but was correlated with the overall reaction time. However, when using a large amount of enzyme, it is shown that the proper enzyme activity is 500 ~ 4000 U / g 6-APA, especially 1000 ~ 2599 U / g 6-APA, because the reaction solution has a synergistic effect.

베타락탐계 항생제의 경우, 물질에 따른 차이는 있지만 수용액상에서의 용해도는 리터당 수그램 정도로 낮은 편이다. 일반적인 반응조건에서는 위의 기질농도의 경우, 반응액은 고체가 석출된 상태를 반응 초기에서부터 유지하며, 90% 이상이 수율일 경우, 최종 반응액은 점성이 있는 고체 용액을 형성하게 된다. 세계특허 WO 9602663A호에 의하면 직경 200~500㎛의 효소를 사용하므로, 180㎛의 크기를 가지는 체를 반응기 하부에 설치하여 체의 크기보다 작은 최종 생성물은 통과시키고, 효소들은 통과시키지 않는 방법으로 생성물과 효소들을 분리하여 효소는 다음 반응에 재사용할 수 있는 공정을 적용하였다. 본 발명자들이 이러한 공정을 적용해 본 결과, 최종 반응액 점도가 높은 관계로 체를 통과하는 생성물의 양이 극히 적었으며, 이에 따라 실제 얻을 수 있는 최종 제품의 수율은 60~70% 정도였다. 또한 상업적으로 사용되는 효소들의 직경이 100㎛ 이상인 관계로 반응기에 설치해야 할 체의 크기는 80~90㎛ 정도인 것으로 판단되며, 이 경우 점도 등에 의한 분리 어려움이 더욱 가중되는 것으로 확인되었다.In the case of beta-lactam antibiotics, the solubility in aqueous solution is as low as a few grams per liter, depending on the substance. Under the general reaction conditions, in the case of the above substrate concentration, the reaction solution maintains the solid precipitated state from the beginning of the reaction, and when the yield is 90% or more, the final reaction solution forms a viscous solid solution. According to World Patent WO 9602663A, since an enzyme having a diameter of 200 to 500 µm is used, a sieve having a size of 180 µm is installed at the bottom of the reactor so that the final product smaller than the size of the sieve is passed, and the enzymes are not passed. The enzymes were separated and the enzymes were applied to the next reaction. When the present inventors applied this process, the amount of the product passing through the sieve was extremely small because the final reaction solution viscosity was high, and thus the yield of the final product actually obtained was about 60 to 70%. In addition, the size of the sieve to be installed in the reactor is about 80 ~ 90㎛ because the diameter of commercially used enzymes is 100㎛ or more, in this case it was confirmed that the separation difficulties due to the viscosity, etc. are further increased.

본 발명에서는 최종 반응액의 pH를 변화시켜 반응액에 석출되어 있는 반응 부산물을 용해시켜 반응액의 점도를 떨어뜨리는 방법으로 반응액 중의 효소의 분리를 쉽게 하였다. 예를 들어, 아목시실린 합성에 있어서 사용되는 측쇄는 파라히드록시페닐글리신 메틸 에스테르이며, 반응 말기 반응액 중 대부분은 최종 생성물인 아목시실린과 과량 사용된 측쇄의 가수분해된 부산물인 파라히드록시페닐글리신이 된다. 아목시실린 생성 반응은 pH 6 근처에서 효과적이나, 이때의 pH에서는 아목시실린과 부산물인 파라히드록시페닐글리신의 용해도가 매우 낮기 때문에 암모니아수를 이용하여 pH를 7~8로 높일 경우, 카르복실산인 파라히드록시페닐글리신의 경우, 아목시실린에 비해 용해도가 월등히 높아지고 결과적으로 반응액의 점도가 낮아져 효소 및 생성된 고체와의 분리가 용이하게 된다. 이후 반응액은 다시 pH를 4.5~5.5로 낮추어 아목시실린의 석출이 최대가 되도록 한 후, 여과하여 최종 제품을 얻게 된다. pH를 높이기 전에 반응액의 0.5~2배 부피, 특히 0.8~1.2배 부피의순수를 가하여 반응액을 희석시킨 후 분리하면 더 효과적인 것으로 나타났다.In the present invention, it is easy to separate the enzyme in the reaction solution by changing the pH of the final reaction solution to dissolve the reaction by-products precipitated in the reaction solution to lower the viscosity of the reaction solution. For example, the side chain used in the synthesis of amoxicillin is parahydroxyphenylglycine methyl ester, and most of the reactions at the end of the reaction are parahydroxyphenylglycine, a hydrolyzed by-product of the end product amoxicillin and the excess side chain used. . The amoxicillin production reaction is effective near pH 6, but since the solubility of amoxicillin and by-product parahydroxyphenylglycine is very low at this time, when the pH is raised to 7-8 using ammonia water, parahydroxyphenyl is a carboxylic acid. In the case of glycine, the solubility is much higher than that of amoxicillin, and as a result, the viscosity of the reaction solution is lowered, thereby facilitating separation between the enzyme and the produced solid. The reaction solution is then lowered to 4.5 to 5.5 again to maximize the precipitation of amoxicillin, and then filtered to obtain the final product. Before increasing the pH, 0.5 ~ 2 times the volume of the reaction solution, especially 0.8 ~ 1.2 times the volume of pure water was added to dilute the reaction solution, and it was found to be more effective.

본 발명에 의한 공정에서 반응 온도는 0~35℃, 특히 20~30℃가 유리하다.In the process according to the invention, the reaction temperature is advantageously from 0 to 35 ° C, in particular from 20 to 30 ° C.

또한, 적정 pH는 사용 기질의 종류에 따라 다른데, 일반적으로 5~8 정도가 적당하며, 아목시실린 합성의 경우, 5.5~6.4 정도의 pH가 적절하다. pH를 일정하게 유지하는 것도 사용가능하다.In addition, an appropriate pH varies depending on the type of substrate used, and generally 5 to 8 is appropriate, and in the case of amoxicillin synthesis, a pH of 5.5 to 6.4 is appropriate. It is also possible to keep the pH constant.

적정 반응 시간의 경우, 사용된 효소양 및 활성도에 따라 차이가 있으나 반응 후 효소 분리를 위해 고점도를 피하기 위해서는 500~4000 U/g 베타락탐 환, 특히 1000~2500U/g 베타락탐환의 효소량으로 사용해야 하며, 이때 사용되는 효소 양에 의하면 적정 반응시간은 3~8시간 정도가 되며, 최고 수율 도달 이후 생성물의 재가수분해가 있을 수 있으므로 반응 진행 정도를 확인해 반응 종료시점을 파악해야한다. 최종 제품의 정제는 이미 알려진 방법인 pH 변화에 의한 재결정 방법으로 가능하다.In the case of the proper reaction time, it depends on the amount of enzyme used and the activity, but in order to avoid high viscosity for the separation of enzyme after the reaction, it should be used in the amount of enzyme of 500 ~ 4000 U / g beta lactam ring, especially 1000 ~ 2500U / g beta lactam ring. In this case, according to the amount of enzyme used, the proper reaction time is about 3 to 8 hours, and since the product may be rehydrolyzed after reaching the highest yield, the reaction progress should be checked to determine the end point of the reaction. Purification of the final product is possible with recrystallization by changing pH, a method known in the art.

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 비교예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.The following presents preferred examples and comparative examples to aid in understanding the invention. However, the following examples are provided only to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

정의 및 분석방법Definition and analysis method

효소enzyme

효소 활성의 단위 U는 1 μmol의 페니실린 G 칼륨 염을 1분 동안 가수분해하는데 필요한 효소의 양에 해당된다(반응조건, 100g·1-1 페니실린 G 칼륨염, 0.05M 인산칼륨 완충액, pH 8.0, 28℃)Unit U of enzymatic activity corresponds to the amount of enzyme required to hydrolyze 1 μmol of penicillin G potassium salt for 1 minute (reaction conditions, 100 g · 1-1 penicillin G potassium salt, 0.05 M potassium phosphate buffer, pH 8.0, 28 ℃)

PGA-450 (독일 로슈(Roche)사): 380 U/gPGA-450 (Roche, Germany): 380 U / g

수퍼 엔자임(이태리 레코타티(Recordari)사) : 500 U/gSuper Enzyme (Recordari, Italy): 500 U / g

Syntha CLEC-PA (미국 알터스 바이올로직(Altus Biologic)사) : 2100 U/gSyntha CLEC-PA (Altus Biologic, USA): 2100 U / g

HPLC 분석 조건HPLC analysis conditions

컬럼: Waters μBondapak C18 ColumnColumn: Waters μBondapak C18 Column

이동상: 0.7%(v/v) 아세토니트릴, 0.25M 인산칼륨 완충액, pH5.0Mobile phase: 0.7% (v / v) acetonitrile, 0.25M potassium phosphate buffer, pH5.0

유속: 1 ml/분, 측정파장: 230nmFlow rate: 1 ml / min, wavelength: 230 nm

실시예 1Example 1

디파라히드록시페닐글리신 메틸 에스테르 당량별 최종 수율Final yield by diparahydroxyphenylglycine methyl ester equivalents

교반기, pH 전극이 설치되어 있으며, 바닥에는 100㎛의 체가 설치된 1.5M, 20℃, 1.5ℓ 항온반응기에 6-아미노페니실란산(6-APA) 43.2g(200mM), 각 당량별 디파라히드록시페닐글리신 메틸 에스테르(PHPGM), 순수 1ℓ를 가하고, 이어서 고정화된 페니실린 아미다제 수퍼 엔자임 53600 U (이태리 레코다티(Recordati)사)를 가한다. 반응 4시간 후 HPLC 분석결과는 다음 표 1과 같다.Agitator and pH electrode are installed at the bottom, and 100M sieve is installed at the bottom of 1.5M, 20 ℃, 1.5L incubator and 6.aminophenic acid (6-APA) 43.2g (200mM) 1 L of oxyphenylglycine methyl ester (PHPGM), pure water, is added followed by immobilized penicillin amidase superenzyme 53600 U (Recordati, Italy). After 4 hours of reaction, the HPLC analysis results are shown in Table 1 below.

디파라히드록시페닐글리신 메틸 에스테르 당량별 아목시실린 반응 수율Amoxicillin Reaction Yield by Diparahydroxyphenylglycine Methyl Ester Equivalent PHPGM 당량PHPGM equivalent 1.51.5 2.02.0 3.03.0 4.04.0 최종수율(HPLC)Final yield (HPLC) 80%80% 93%93% 93%93% 90%90%

실시예 2Example 2

효소에 의한 아목시실린 생산Amoxicillin Production by Enzyme

교반기, pH 전극이 설치되어 있으며, 바닥에는 100㎛의 체가 설치된 1.5M, 20℃ 항온반응기에 6-아미노페니실란산(6-APA) 43.2g (200mM), 디파라히드록시페닐글리신 메틸 에스테르(PHPGM) 72.4g (6-APA에 대해 2당량), 순수 1ℓ를 가하고, 이어서 고정화된 페니실린 아미다제 수퍼 엔자임 53600 U (이태리 레코다티(Recordati) 사)를 가하였다. 초기 pH는 6.0이었으며, 반응 진행에 따라 6.8 정도까지 증가했다가 5.5까지 다시 떨어지는 양상을 보였다. 반응 4시간 후, HPLC 분석 결과 아목시실린 수율은 92.6%이었다. 10% 암모니아수를 이용하여 pH를 8.0까지 높이는 것으로 반응을 중지시켰다. 반응기 밸브를 열어 반응액을 효소로부터 분리, 회수하고 회수된 반응액은 필터링하여 고체 생성물을 얻었다. 필터링 후 생긴 여액은 다시 반응기에 넣어 반응기 내부에 남아 있는 고체들을 씻어 내린다. 이와 같이 3회 정도 반복하여 반응기 내에는 고정화된 효소만 남아 있게 되며, 필터링한 고체 생성물을 최종 여액에 재용해시킨 후, pH를 2M 황산용액으로 낮추어 4.8을 맞추었다. 이 반응액을 다시 여과하여 아목시실린 삼수화물 75g을 얻었다(수율 90%).Agitator and pH electrode were installed, and 43.2 g (200 mM) of 6-aminophenic silane acid (6-APA) in a 1.5 M, 20 ° C. incubator equipped with a 100 μm sieve at the bottom, and diparahydroxyphenylglycine methyl ester ( PHPGM) 72.4 g (2 equivalents to 6-APA), 1 L of pure water, followed by immobilized penicillin amidase superenzyme 53600 U (Recordati, Italy). The initial pH was 6.0 and it increased to about 6.8 as the reaction progressed and then dropped to 5.5 again. After 4 hours of reaction, the HPLC analysis showed that the amoxicillin yield was 92.6%. The reaction was stopped by raising the pH to 8.0 using 10% ammonia water. The reactor was opened to separate and recover the reaction solution from the enzyme, and the recovered reaction solution was filtered to obtain a solid product. The filtrate after filtering is put back into the reactor to wash off the solids remaining inside the reactor. Repeated three times, only the immobilized enzyme remained in the reactor, and the filtered solid product was re-dissolved in the final filtrate, and then the pH was adjusted to 24.8 sulfuric acid solution to 4.8. The reaction solution was filtered again to obtain 75 g of amoxicillin trihydrate (yield 90%).

실시예 3Example 3

효소에 의한 아목시실린 생산Amoxicillin Production by Enzyme

실시예 1과 같은 반응조건에서 고정화된 효소로 PGA-450 40700U (독일 로슈(Roche) 사)를 사용하고, 이외의 반응 조건은 실시예 1과 동일하였다.PGA-450 40700U (Roche, Germany) was used as the enzyme immobilized under the same reaction conditions as in Example 1, and the other reaction conditions were the same as in Example 1.

5시간 반응하여 아목시실린 삼수화물 74g을 얻을 수 있었다(수율 80%).After 5 hours of reaction, 74 g of amoxicillin trihydrate was obtained (yield 80%).

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1의 1.5ℓ항온 반응기에 6-아미노페니실란산 (6-APA) 21.6g (100mM), 디파라히드록시페닐글리신 메틸 에스테르(PHPGM) 36.4g(6-APA에 대해 2당량), 순수 1ℓ를 가하고, 이어서 고정화된 페니실린 아미다제 수퍼 엔자임 53600 U (이태리 레코다티(Recordati)사)를 가한다. 초기 pH는 6.0이었으며, 반응 진행에 따라 6.8 정도까지 증가했다가 5.5까지 다시 떨어지는 양상을 보인다. 반응 2시간 후, 최고 수율을 나타내며, 이후에는 수율이 감소하는 경향을 보인다. HPLC 분석결과 아목시실린 최고 수율은 62%이었다. 실시예 1의 효소 및 반응생성물 분리 방법으로 아목시실린 삼수화물 21g을 얻는다(최종 수율 50%).21.6 g (100 mM) of 6-aminophenicsilane acid (6-APA), 36.4 g of diparahydroxyphenylglycine methyl ester (PHPGM) (2 equivalents to 6-APA), pure water 1 L is added followed by immobilized penicillin amidase superenzyme 53600 U (Recordati, Italy). The initial pH was 6.0, and it increased to about 6.8 as the reaction progressed and then dropped to 5.5 again. After 2 hours of reaction, the highest yield was shown, after which the yield tended to decrease. HPLC analysis showed the highest amoxicillin yield of 62%. 21 g of amoxicillin trihydrate was obtained by the enzyme and reaction product separation method of Example 1 (final yield 50%).

비교예 2Comparative Example 2

실시예 2와 동일한 반응을 진행한 후, 10% 암모니아수로 pH를 높이지 않고 반응 종료 후, 그대로 반응액과 효소를 분리한다. 효소가 분리된 반응액을 여과하여 고체 생성물을 얻고, 여액은 다시 반응기에 가하여 남아 있는 고체 생성물들을 씻어 내린다. 실시예 1과 동일하게 3회 반복하였으나 반응기 내부에 고체가 다량 존재하며, 아목시실린 삼수화물 53g을 얻는다(수율 63%).After the same reaction as in Example 2, after completion of the reaction without raising the pH with 10% ammonia water, the reaction solution and the enzyme are separated as it is. The reaction solution from which the enzyme has been separated is filtered to obtain a solid product, and the filtrate is added back to the reactor to wash off the remaining solid products. The same procedure as in Example 1 was repeated three times, but a large amount of solids were present in the reactor, and 53 g of amoxicillin trihydrate was obtained (yield 63%).

본 발명의 베타락탐계 항생제의 제조방법에 따르면, 고농도의 기질을 사용하므로 측쇄 사용량을 낮추어도 90% 이상의 반응수율을 올릴 수 있어 상업 생산성과 반응 수율을 동시에 만족시키고, 또한 고농도 기질사용으로 인한 문제점인 고농도의 고체 생성물과 효소와의 분리를 용이하게 함으로써 분리공정에서의 손실을 최소화할 수 있다.According to the method for producing beta-lactam antibiotics of the present invention, since a high concentration of the substrate is used, the reaction yield can be increased by 90% or more even when the side chain consumption is lowered, thereby satisfying the commercial productivity and the reaction yield at the same time, and also using the high concentration of the substrate. By facilitating the separation of high concentrations of solid products and enzymes, losses in the separation process can be minimized.

Claims (9)

화학식 1의 화합물을 화학식 2의 화합물과 아실화 반응시킴으로써 화학식 3의 베타락탐계 항생제를 제조하는 방법.A method for preparing a beta-lactam antibiotic of Formula 3 by acylating a compound of Formula 1 with a compound of Formula 2. (단, R1CO는 디페닐글리신 또는 디파라히드록시페닐글리신이고, X는 OR2또는 NR3R4이고, R2는 탄소수 1~7의 알킬기 또는 할로알킬기이고, R3,R4는 각각 수소 또는 탄소수 1~3의 알킬기임.)(Wherein R 1 CO is diphenylglycine or diparahydroxyphenylglycine, X is OR 2 or NR 3 R 4 , R 2 is an alkyl or haloalkyl group having 1 to 7 carbon atoms, and R 3, R 4 are Each hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.) 제1항에 있어서, 화학식 1의 화합물의 초기 농도가 150~600mM이며, 화학식 2의 화합물의 당량비는 화학식 1의 화합물에 대해 1.2~4배인 방법.The method of claim 1, wherein the initial concentration of the compound of formula 1 is 150-600 mM, and the equivalent ratio of the compound of formula 2 is 1.2-4 times that of the compound of formula 1. 제2항에 있어서, 화학식 1의 화합물의 초기 농도가 200~400mM이며, 화학식 2의 화합물의 당량비는 화학식 1의 화합물에 대해 1.5~3배인 방법.The method of claim 2, wherein the initial concentration of the compound of formula 1 is 200-400 mM and the equivalent ratio of the compound of formula 2 is 1.5-3 times that of the compound of formula 1. 제1항에 있어서, 아실화 반응 종료 후 반응액의 pH를 7.0 내지 9.0으로 올린 후, 90 내지 200㎛ 크기의 체를 이용하여 화학식 3의 화합물을 분리하는 단계를 더 포함하는 방법.The method of claim 1, further comprising, after completion of the acylation reaction, raising the pH of the reaction solution to 7.0 to 9.0, and then separating the compound of Formula 3 using a sieve having a size of 90 to 200 μm. 화학식 4의 화합물을 화학식 2의 화합물과 아실화 반응시킴으로써 화학식 5의 베타락탐계 항생제를 제조하는 방법.A method for preparing a betalactam antibiotic of formula 5 by acylating a compound of formula 4 with a compound of formula 2. (단, Z는 수소, 할로겐, 탄소수 1~3의 알킬기, 탄소수 2~4의 알케닐기, 친핵화기가 치환된 탄소수 1~3의 알킬기이고, R1CO는 디페닐글리신, 디파라히드록시페닐글리신이고, X는 OR2또는 NR3R4이고, R2는 탄소수 1~7의 알킬기 또는 할로알킬기이고, R3, R4는 각각 수소 또는 탄소수 1~3의 알킬기임.)(Wherein Z is hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms substituted with a nucleophilic group, and R 1 CO is diphenylglycine or diparahydroxyphenyl) Glycine, X is OR 2 or NR 3 R 4 , R 2 is an alkyl group or haloalkyl group having 1 to 7 carbon atoms, and R 3 , R 4 are each hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.) 제5항에 있어서, 화학식 4의 화합물의 초기 농도가 150~600mM이며, 화학식 2의 화합물의 당량비는 화학식 4의 화합물에 대해 1.2~4배인 방법.The method of claim 5, wherein the initial concentration of the compound of formula 4 is 150-600 mM, and the equivalent ratio of the compound of formula 2 is 1.2-4 times that of the compound of formula 4. 제5항에 있어서, 아실화 반응 종료 후 반응액의 pH를 7.0 내지 9.0으로 올린 후, 90 내지 200㎛ 크기의 체를 이용하여 화학식 5의 화합물을 분리하는 단계를 더 포함하는 방법.The method of claim 5, further comprising, after completion of the acylation reaction, raising the pH of the reaction solution to 7.0 to 9.0, and then separating the compound of Formula 5 using a sieve having a size of 90 to 200 μm. 제1항 또는 제5항에 있어서, 반응 온도가 0 내지 35℃인 방법.The process according to claim 1 or 5, wherein the reaction temperature is 0 to 35 ° C. 제1항 또는 5항에 있어서, 효소가 대장균, 아세토박터 파스테리아눔, 잔토모나스 시트리, 클루이베리 시트로필라 또는 바실러스 메가테리움 유래의 페니실린 아미다제인 방법.The method according to claim 1 or 5, wherein the enzyme is penicillin amidase derived from Escherichia coli, Acetobacter pasterianum, Xanthomonas citri, Clueberry citrophila or Bacillus megaterium.
KR1020000001345A 2000-01-12 2000-01-12 Process for preparation of β-lactam antibiotics by enzymatic acylation KR20010069097A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020000001345A KR20010069097A (en) 2000-01-12 2000-01-12 Process for preparation of β-lactam antibiotics by enzymatic acylation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020000001345A KR20010069097A (en) 2000-01-12 2000-01-12 Process for preparation of β-lactam antibiotics by enzymatic acylation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20010069097A true KR20010069097A (en) 2001-07-23

Family

ID=19638065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020000001345A KR20010069097A (en) 2000-01-12 2000-01-12 Process for preparation of β-lactam antibiotics by enzymatic acylation

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20010069097A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0537255B1 (en) Process for preparation of beta-lactams
US5470717A (en) Method for the preparation of certain β-lactam antibiotics
EP0771357B1 (en) PROCESS FOR PREPARATION OF $g(b)-LACTAMS AT CONSTANTLY HIGH CONCENTRATION OF REACTANTS
EP2513327B1 (en) Production process for cephradine
EP0920527B1 (en) SYNTHESIS OF beta-LACTAM ANTIBACTERIALS USING SOLUBLE SIDE CHAIN ESTERS AND ENZYME ACYLASE
WO1999055710A1 (en) A METHOD FOR CRYSTALLIZING A β-LACTAM ANTIBIOTIC
EP0730036B1 (en) Process for the enzymatic synthesis of beta-lactam antibiotics in the presence of an enzyme inhibitor
KR20010069097A (en) Process for preparation of β-lactam antibiotics by enzymatic acylation
EP1416054B1 (en) Simple enzymatic process for preparing cefazolin
EP0638649B1 (en) New use of alcaligenes faecalis penicillin G acylase
US7588913B2 (en) Process for the preparation of cephradine
JP2000512860A (en) How to prepare β-lactam antibiotics
US20030044884A1 (en) Synthesis of beta-lactam antibacterials using soluble side chain esters and enzyme acylase
WO1999031109A1 (en) COMPLEXES OF ss-LACTAM ANTIBIOTICS AND 1-NAPHTHOL
EP1186668A1 (en) An enzymatic process for preparing Beta-lactam compounds
WO1998056945A1 (en) PROCESS FOR ENZYMATICALLY PREPARING A β-LACTAM ANTIBIOTIC AND THIS ANTIBIOTIC
JPH08242884A (en) Enzyme preparation of penicillin and cephalosporin
EP0734452A1 (en) Improved acylation method for penicillins and cephalosporins
WO2022195603A1 (en) A ONE STEP PROCESS FOR THE ENZYMATIC SYNTHESIS OF SEMISYNTHETIC β-LACTAM ANTIBIOTICS
WO2012175587A2 (en) Novel crystalline cefoperazone intermediate
KR970010133B1 (en) PROCESS FOR PREPARING D-Ñß-AMINO ACIDS
WO1998048037A1 (en) A METHOD FOR CONTROLLING THE SOLUBILITY OF A β-LACTAM NUCLEUS
WO1998056944A1 (en) APPLICATION OF REDUCING SULPHUR COMPOUNDS DURING ENZYMATIC PREPARATION OF β-LACTAM COMPOUNDS
ITMI960033A1 (en) PROCEDURE FOR THE ENZYMATIC SYNTHESIS OF B-LACTAM ANTIBIOTICS IN THE PRESENCE OF AN ENZYME INHIBITOR
MXPA00010537A (en) A METHOD FOR CRYSTALLIZING A&bgr;-LACTAM ANTIBIOTIC

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination