WO2009107821A1 - Process for production of optically active carboxylic acid using esterase derived from thermophilic archaebacterium - Google Patents
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- C12P41/003—Processes using enzymes or microorganisms to separate optical isomers from a racemic mixture by ester formation, lactone formation or the inverse reactions
- C12P41/004—Processes using enzymes or microorganisms to separate optical isomers from a racemic mixture by ester formation, lactone formation or the inverse reactions by esterification of alcohol- or thiol groups in the enantiomers or the inverse reaction
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- C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
Definitions
- the present invention relates to a method for producing an optically active carboxylic acid used as an intermediate raw material for pharmaceuticals, agricultural chemicals, and the like, and more specifically, optically in one step using a domino reaction catalyzed by a thermophilic archaeal esterase.
- the present invention relates to a method for producing an active carboxylic acid.
- hydrolysis There are many types of enzymes that catalyze hydrolysis. Among them, lipases and esterases that act on ester bonds, and proteases that act on amide bonds, such as amidases, are the most studied. Research on substance conversion using hydrolases began about 40 years ago, and studies on esterases that catalyze the hydrolysis of steroid compounds have been made. At present, hydrolytic enzymes are widely used industrially, such as detergents and food additives. Among them, enzymes with high thermal stability are highly industrially useful because they exhibit high stability under high temperature conditions and in organic solvents.
- archaea has attracted attention as a suitable screening target for such thermostable enzymes.
- Archaea, Eubacteria (Eubacteria), a third group of organisms alongside eukaryotes (eukaryote), high temperature, high pressure, can grow in good UNA under extreme conditions of low P H and a high salt concentration known It has been. In this way, archaea are becoming increasingly important from the perspective of biotechnology applications that take advantage of the feature of thermal stability.
- a prochiral compound is a compound that can be converted to a chiral compound with an asymmetric carbon by a one-step reaction ( Figure 1).
- Figure 1 an optically pure compound can be obtained with a yield of 100%, which is an efficient reaction.
- the substrate is a prochiral dicarboxylic acid ester
- one of the equivalent esters is selectively hydrolyzed to obtain an optically active substance.
- a reaction using a protic substrate is theoretically capable of obtaining an optically active form with a 100% enantiomeric excess in a yield of 100%, which is a very efficient reaction. Yes.
- stereoselective hydrolysis of disubstituted malonic esters is a useful reaction that can theoretically yield optically pure malonic half esters in 100% yield.
- PLE pig liver esterase
- optically active substances are used in a wide range of fields such as agricultural chemicals, foods and fragrances, and recently liquid crystals not related to physiological activity.
- pharmaceuticals for example, flurbiprofen, ibuprofen, ketoprofen, naproxen and the like shown in FIG. 2 are known as optically active substances.
- optically active ⁇ -arylpropionic acids are known as non-steroidal anti-inflammatory drugs and have useful physiological activities for S-enantiomers. Therefore, it is required to efficiently synthesize only one enantiomer of optically active ⁇ -arylpropionic acid.
- a domino-type reaction is a reaction in which multiple reactions occur in a single reaction solution.
- the characteristic of the domino-type reaction is that when the yield of the elementary reaction is high, the product can be obtained efficiently because it eliminates the trouble of extracting and purifying the intermediate of the reaction.
- This method is also used for the synthesis of complex compounds from simple compounds such as organic synthesis. (See Non-Patent Document 2).
- Non-Patent Document 1 C. J. Sih, J. Am. Chera. Soc., 1975, 97, 4144
- Non-Patent Document 2 D. Enders, C. Grondal, M.R.M.Huttl, Angew.Chem. Int.
- the purpose of this study is to produce a novel domino-type reaction of hydrolysis and decarboxylation using esterase ST0071 as a catalyst, and to produce optically active carboxylic acids such as ⁇ -arylalkanoic acid.
- the present inventors cloned the esterase ST0071 having high homology with a known esterase from the genome sequence of the thermoacidophilic archaeon Sulfolobus tokodai i strain 7, and revealed that the expressed enzyme has esterase activity as intended. (Y. Suzuki, K. Miyamoto, H. Ohta, FEMS Microbiol. Lett., 2004, 236, 97-102). Esterase ST0071 was found to have high thermal stability with an optimum reaction temperature of 70 ° C. and an optimum pH of 7.5 to 8.0. Furthermore, homology search confirmed that esterase ST0071 is closely related to thermostable esterase whose X-ray crystal structure has been solved.
- the present inventors designed a novel domino-type reaction represented by Chemical Formula 1 using the isolated and purified thermophilic archaeal esterase ST0071 as a catalyst.
- allylmalonic acid ethyl ester having prochiral and large steric hindrance was selected as the substrate.
- half ester was first obtained by hydrolysis reaction using esterase ST0071 as a catalyst. This half ester was found to be stable at room temperature.
- optically active aryl propionic acid can be obtained by decarboxylation within the active center of the enzyme by using a substrate that is easy to decarboxylate under high temperature conditions.
- the stereoselective hydrolysis of the disubstituted malonic acid ester can be carried out with high optical purity, and the absolute configuration of the resulting compound is opposite to that obtained with PLE. Furthermore, by carrying out the reaction at a high temperature, the present inventors have succeeded in obtaining a product in which a decarboxylation reaction has proceeded subsequent to hydrolysis, thereby completing the present invention.
- the present invention is as follows.
- [4] A method for producing an optically active carboxylic acid from a dicarboxylic acid ester as a raw material, wherein the following (a) or (b) esterase is allowed to act on the dicarboxylic acid ester and optically active by a one-step domino reaction.
- Method for producing carboxylic acid (a) an esterase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2
- the starting dicarboxylic acid ester is a compound represented by the following chemical formula I,
- R 1 and R 2 are different from each other, and are substituted or unsubstituted alkyl groups; substituted or unsubstituted aryl groups or aralkyl groups; substituted or unsubstituted cycloalkyl groups; A substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted alkynyl group, a substituted sentence represents an unsubstituted alkoxy group, and R 3 and R 4 independently represent H or an alkyl group.
- the starting dicarboxylic acid ester is a compound represented by the following chemical formula I:
- R 1 and R 2 are different from each other, substituted or unsubstituted with a phenyl group
- the starting dicarboxylic acid ester is 2-methyl-2-phenylmalonic acid diester or 2-methyl-2-benzylmalonic acid diester, and the resulting optically active rubonic acid is 2-phenylpropionic acid.
- the method for producing an optically active carboxylic acid according to [4], which is 2-benzylpropionic acid is 2-benzylpropionic acid.
- An optically active carboxylic acid is produced in one step from a dicarboxylic acid ester which is a raw material substrate by catalyzing a domino-type reaction with enantioselectivity, which contains esterase derived from Sulfolobus genus microorganisms as an active ingredient. Catalyst composition for carboxylic acid production.
- [1 2] Catalyze a domino-type reaction having the following esterase (a) or (b) as an active ingredient and having an enantioselectivity, and in one step from dicarboxylic acid ester as a raw material substrate
- Catalyst composition for producing an optically active carboxylic acid that generates an acid :
- a method for producing an optically active malonic acid half ester by stereoselective hydrolysis using a dicarboxylic acid ester as a raw material which comprises reacting a dicarboxylic acid ester with an esterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus.
- PLE porcine liver esterase
- the dicarboxylic acid ester as a raw material is a compound represented by the following chemical formula I,
- R 1 and R 2 are different from each other, and are substituted or unsubstituted alkyl groups; substituted or unsubstituted aryl groups or aralkyl groups; substituted or unsubstituted cycloalkyl groups;
- a substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted alkynyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group is represented, and R 3 and R 4 independently represent H or an alkyl group.
- RR 2 , R 3 and R 4 are the same as the compound represented by the above chemical formula I.
- [1 7] A method for producing an optically active malonic acid half ester according to any one of [1 3] to [16], wherein the reaction between a dicarboxylic acid ester and a Sulfolobus microorganism-derived esterase is carried out at room temperature.
- FIG. 1 shows an example of a prochiral compound.
- FIG. 2 shows an example of an optically active pharmaceutical product.
- FIG. 3 is a diagram showing an example of a substrate of Sulfolobus tokodaiii strain 7-derived estebuse ST0071.
- FIG. 4 is a diagram showing a half ester produced from the substrate shown in FIG. 3 by hydrolysis with Sulfolobus tokodai i strain 7-derived esterase ST0071.
- FIG. 5 is a diagram showing the procedure of the enzyme reaction.
- FIG. 6 shows the absolute configuration of the product produced by porcine liver esterase (PLE).
- FIG. 7 shows the results of HPLC analysis of 2-methyl-2-phenylmalonic acid ethyl ester.
- FIG. 8 is a graph showing the yield and enantiomeric excess of half ester produced from the substrate shown in FIG. 3 by hydrolysis with Sulfolobus tokodai i strain 7-derived esterase ST0071.
- FIG. 9 is a diagram showing a TLC analysis result of a reaction using 2-methyl-2- (p-diphenyl) maltyl ester malonate as a substrate.
- FIG. 10 is a view showing a basic skeleton of a substrate of Sulfolobus tokodai i strain 7-derived esterase ST0071.
- Figure 11 shows the electronic effects of substituents that affect the hydrolysis reaction.
- FIG. 12 is a diagram showing the structure of 2-methylol-2-phenylmalonic acid jetyl ester.
- FIG. 13 shows the structure of 2-methyl-2-benzylmalonic acid jetty / resester.
- the esterase used in the present invention is an esterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus, and includes esterase derived from Sulfolobus' tokodai i strain and esterase power S derived from Sulfolobus tokodai i strain 7. Esterase from Sulfolobus tokodai i strain 7
- ST0071 is a thermoacidophilic archaeon Sulfolobus tokodai i strain 7 from Y Suzuki et al.
- the esterase ST0071 can be purified from a culture by culturing Sulfolobus tokodai i strain 7.
- Sulfolobus tokodai i strain 7 The gene to be transferred can be isolated and manufactured by genetic engineering techniques.
- SUI IO IODUS tokodan strain is available from JCM u'apan collection of Microorgani sms (registration number JCM10545).
- the base sequence and amino acid sequence of the esterase ST0071 are registered under the registration number BAB65028.1 in DDBJ (DNA Data Bank of Japan).
- the base sequence and amino acid sequence are shown in SEQ ID NOs: 1 and 2, respectively.
- the esterase of the present invention has a deletion or substitution of at least one, preferably one or several amino acids in the amino acid sequence as long as the protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 has esterase activity. Even if a mutation such as addition occurs.
- 1 or several means 1 to 10, more preferably 1 to 5.
- amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and the basic amino acid search tool at the National Center are as amino acid sequences in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
- for Biological Information e.g., US National Biological Information Center Basic Local Alignment Search
- etc. e.g., default or default parameters
- a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is substantially the same as a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
- a DNA that can hybridize with a DNA that is complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 under the following stringent conditions and that encodes a protein having esterase activity is also included in the esterase of the present invention. That is, using a filter with DNA immobilized, hybridization was performed at 68 ° C in the presence of 0 ⁇ 7 to 1.0M NaCl, and then a 0 ⁇ 1 to 2 fold concentration of SSC solution ( A 1-fold concentration of SSC is a condition that can be identified by washing at 68 ° C using 150raM NaCl and 15raM sodium citrate).
- hybridization buffer 50% formamide, 4 X SSC, 50 mM HEPES (pH 7.0), 10 X Denhardf s solution, 100 / zg / ml salmon sperm DNA ] DNA that can form a hybrid by reaction at 42 ° C.
- Sulfolobus-derived microorganism esterases such as Sulfolobus tokodai i strain 7 derived esterase ST0071, etc., use prochiral dicarboxylic acid ester (disubstituted malonic acid ester) as a substrate and preferentially hydrolyze one of the esters.
- malonic acid half ester (monoester form). The half ester is optically pure and can be obtained in high yield. By this reaction, an optically active substance can be obtained.
- Sulfolobus microorganism-derived esterases such as Sulfolobus tokodai i strain 7-derived esterase ST0071 catalyze a domino-type reaction with enantioselectivity.
- the substrate used as a raw material for the above reaction is a dicarboxylic acid ester represented by the following chemical formula I.
- R 1 and R 2 are different from each other, and are substituted or unsubstituted alkyl groups; substituted or unsubstituted aryl groups or aralkyl groups; substituted or unsubstituted cyclohexanes; It represents an alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted alkynyl group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group.
- alkyl group examples include linear or molecular chain alkyl groups such as carbon number. ; ⁇ 20, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably a linear or molecular alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, such as methyl, ethyl, propyl, methylethyl, butyl, methylpropyl, Examples include pentyl, methylbutyl, ethylpropyl and the like.
- alkenyl group include a straight chain or branched chain alkenyl group. For example, the straight chain or branched chain having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms, and more preferably 2 to 5 carbon atoms.
- Alkenyl groups such as bulle, propenyl and the like.
- alkynyl group examples include a straight chain or branched chain alkynyl group.
- the straight chain or branched chain having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms, and more preferably 2 to 5 carbon atoms.
- Alkynyl groups such as echel and probule.
- alkoxy group examples include straight-chain or branched alkoxy groups, for example, carbon number:! To 20, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms. Examples include branched chain alkoxy groups, including methoxy, ethoxy, propoxy and the like.
- aryl group examples include aryl groups having 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 10 carbon atoms, and include phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl and the like.
- substituted alkyl group, cycloalkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxyl group, and aryl group include, for example, an aryl group, a cycloalkyl group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, and an analkoxy group. Amino group, nitro group, hydroxyl group, octalogen atom and the like. These substituents may be further substituted.
- R 1 and R 2 are different from each other, and a phenyl group, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 alkyl groups, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5 alkoxy or carboxy substituted or unsubstituted alkyl groups; 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms An alkyl group, an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, a hydroxyl group, or a halogen-substituted or unsubstituted aryl group or aralkyl group; Preferably, R 1 and R 2 are different from each other and each represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group.
- R 1 and R 2 are different from each other, and are substituted or unsubstituted alkyl groups substituted with a phenyl group, having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms.
- a It represents an aryl group substituted or unsubstituted with an alkyl group.
- One of R 1 and R 2 is preferably an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, more preferably a methyl group, and the other is an alkyl group substituted with a phenyl group or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
- a substituted or unsubstituted aryl group is preferably an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, more preferably a methyl group, and the other is an alkyl group substituted with a phenyl group or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
- R 3 and R 4 independently represent H or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms.
- Examples of the compound I include aryl carboxylic acid esters such as allyl malonic acid ester, and specifically, 2-methyl-2-phenylmalonic acid diester, particularly 2-methyl-2-phenylmalonic acid ester. Mention may be made of oleic acid ethyl ester or 2-methyl-2-benzylmalonic acid diester, in particular 2-methyl-2-benzylmalonic acid diethyl ester.
- the first stereoselective hydrolysis reaction produces a half ester represented by the following chemical formula II.
- R 2 COOH Chemical formula n R 2 COOH Chemical formula n
- R 2 , R 3 and R 4 are the same as the compound represented by the chemical formula I.
- the present invention also includes a method for producing a half ester represented by Formula II.
- the half ester can be used as an intermediate for producing pharmaceuticals and agricultural chemicals.
- the raw material compound I force S, aryl carboxylic acid ester such as aryl malonate,
- the resulting compound is ⁇ -arylpropyl.
- it is an ⁇ -arylalkanoic acid such as on-acid, and is a compound I force, 2-methyl-2-phenolmalonic acid diester or 2-methyl_2-benzylmalonic acid diester, -Phenylpropionic acid or 2-benzylpropionic acid.
- Examples of other ⁇ -arylpropionic acid obtained by the method of the present invention include optically active flurbiprofen, ibuprofen, ketoprofen, naproxen and the like.
- the enantiomeric excess of the half ester produced in the first hydrolysis reaction is 20ee (%) or more, preferably 80ee (%) or more, and the yield is 50% or more, preferably 90% or more.
- the optically active carboxylic acid means that one optical isomer is contained more than the other optical isomer, and the enantiomeric excess of the carboxylic acid finally obtained is 20ee ( %) Or more, preferably 80ee (%) or more, and the yield is 20% or more, preferably 50% or more.
- the reaction is performed at 0 to 100 ° C, preferably at room temperature to 80 ° C, such as 25 ° C to 80 ° C, more preferably 50 to 80 ° C.
- room temperature to 80 ° C such as 25 ° C to 80 ° C, more preferably 50 to 80 ° C.
- domino-type reactions are unlikely to occur at low temperatures below room temperature, and only reactions that produce half esters proceed. In this case, it is preferably carried out at 50 to 80 ° C.
- the esterase concentration and substrate concentration during the reaction can be determined as appropriate according to the type of substrate.
- the substrate concentration may be 10 mM
- the enzyme is 500 U
- the reaction volume is 20 mL.
- the unit of esterase U (Unit) is 1 / 3 ⁇ 41 _nitrophenylbutanoate hydrolyzed at pH 8.0 and 25 ° C, 1 // ⁇ 1 _nitrophenol for 1 minute
- the pH during the reaction is 5 to 10 and preferably 6 to 9.5.
- the reaction may be performed in a buffer solution. .
- the reaction time is:! ⁇ 300 hours.
- the absolute configuration of optically active ruponic acid obtained by reaction using esterase derived from Sulfolobus genus microorganism is the porcine liver esterase (PLE) described in CJ Sih, J. Am. Chera. Soc., 1975, 97, 4144.
- porcine liver esterase PLE
- Sulfolobus tokodaii strain 7-derived esterase ST0071 may be used by immobilizing it on an insoluble carrier.
- Sulfolobus tokodai i strain 7-derived esterase ST0071 is thermoacidophilic and stable to heat and acid. Therefore, it can be used repeatedly.
- esterase derived from Sulfolobus genus microorganisms such as Sulfolobus tokodai i strain 7 derived esterase ST0071
- the compound represented by the above chemical formula 1 is used as a raw material
- the chemical formula 2 is used as an intermediate material for drugs such as anti-inflammatory agents and agricultural chemicals.
- the optically active carboxylic acid represented can be produced in one step in a short time.
- the present invention is a one-step optical process from a dicarboxylic acid ester as a raw material substrate that catalyzes a domino-type reaction with enantioselectivity, which contains an esterase derived from a genus Sulfolobus such as esterase ST0071 derived from Sulfolobus tokodai i strain 7 as an active ingredient.
- generates active carboxylic acid is included.
- E. coli BL21 Star (DE3) was transformed with plasmid pETstEst and cultured overnight at 37 ° C in 10 ml of LB medium (containing 50 ig / ral ampicillin). It was transferred to 1000 ml of LB medium and further cultured at 30 ° C for 5 hours. To induce enzyme expression, IPTG was added to a concentration of 0.1 mM, and the cells were further cultured for 3 hours.
- JE0L JNM was used to measure the nuclear magnetic resonance spectrum.
- EX-270 (270 MHz) Fourier transform nuclear magnetic resonance spectrum measuring instrument and JEOL A JNM AL-300 (300 MHz) Fourier transform nuclear magnetic resonance spectrum measuring device was used.
- JASCO JASCO FT / IR-410 was used to measure the infrared absorption spectrum.
- Sensyu Science SSC-3461 was used for high-speed liquid chromatography.
- MERCK 1.005715 was used for analytical silica gel thin layer chromatography (TLC).
- MERCK1.05744. was used for preparative Siri-Force gel thin layer chromatography (pTLC).
- enzyme reaction and product analysis were performed by the following method.
- the substrate and the crude enzyme solution were added to a 50 mL eggplant flask so that the substrate concentration was 10 mM, and the reaction was carried out by stirring at room temperature or 60 ° C for 1 to 10 days.
- 2M hydrochloric acid was added to complete the reaction, the mixture was filtered through celite and extracted with ethyl acetate according to a conventional method.
- the product was determined by nuclear magnetic resonance spectrum and infrared absorption spectrum.
- the nuclear magnetic resonance spectrum and infrared absorption spectrum of the product were as follows.
- 2-Methyl_2_phenylmalonic acid jetyl ester (5) was synthesized by methylation of 2-phenyl-2-remalonic acid jetyl ester with methyl fluoride using sodium methoxide as the base (Formula 2) .
- 2-Ethyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (8) and 2-methyl-2-benzenolemalonic acid jetyl ester (9) use sodium hydride as a base and use 2-substituted malonic acid jetyl ester as a base. Synthesized by alkylation with alkyl (chemical formulas 3 and 4).
- 2-Methyleno-2- (p-diphenyl) malonic acid jetyl ester (10) is obtained by arylating methylmalonic acid ethyl ester with sodium hydride as base and P-nitrochlorobenzene.
- 2-Methyl-2- (P-methylphenyl) malonic acid ethyl ester (11) is obtained by esterifying 2- (p-methylphenyl) propionic acid, and using lithium diisopropylamine (LDA) as the base, And was synthesized by ethoxycarbonylation (Chemical Formula 6).
- Sodium hydride (0.575 g, 14.4 mraol) was washed 3 times with 10 mL of anhydrous hexane. Hexane was removed, 15 mL of THF was added, and a THF solution (10 mL) of benzylmalonic acid jetyl ester (3.00 g, 12.0 olol) was added while maintaining the temperature at 0 ° C. After stirring for 30 minutes, a THF solution (10 mL) of methyl iodide (2.04 g, 14.4 ol) was added, and the mixture was heated to reflux at 80 ° C. for 6 hours.
- the solution was washed three times with sodium hydride (1.12 g, 28.1 ol) in 10 mL of anhydrous hexane. Remove hexane, add DMFlO mL, and maintain the temperature at 0 ° C. A DMF solution (15 mL) of acid jetyl ester (3.00 g, 18.7 thigh ol) was added. After stirring for 30 minutes, a DMF solution (15 raL) of p-nitrochlorobenzene (4.43 g, 28.1 mraol) was added and heated to reflux at 100 ° C for 4 hours.
- 2-Ethyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (0. 500 g, 1. 89 mmol) in ethanol (3 mL) was added to potassium hydroxide (0.159 g, 2.83 mmol) in water (3 mL). And stirred at room temperature. After 6 hours, the mixture was neutralized with hydrochloric acid and aqueous sodium hydroxide solution, the solvent was distilled off under reduced pressure, and water equivalent to the residue was added. After that, the aqueous layer was extracted using JETLE TERTEL and made basic with hydrochloric acid. Furthermore, extraction was performed using jetyl ether, and the organic layer was washed with saturated brine.
- the absolute configuration was determined by comparing the product of the reaction with PLE and the product of the reaction with this enzyme using high-speed liquid chromatography.
- esterase ST0071 catalyzes a domino-type reaction
- an enzymatic reaction was first carried out using 2-methyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (5) as a substrate. At this time, the reaction temperature was examined at room temperature and 60 ° C.
- this enzyme can hydrolyze 2-methyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (5) and catalyze a domino-type reaction under high temperature conditions.
- the 2-methyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (5) used in the enzymatic reaction is prochiral and the resulting 2-methyl-2-phenylmalonic acid monoethyl ester (6) and 2-phenylpropionic acid (7) has an asymmetric carbon. Therefore, if these reactions occur within the active site of the enzyme, the product can be expected to be an optically active form.
- the absolute configuration of product 6 cannot be determined because the retention time of high performance liquid chromatography (HPLC) is not known and there is no literature value of optical rotation. Therefore, it was determined by comparing the absolute configuration of the product with porcine liver esterase (PLE).
- Table 1 shows that the product 6 at both temperatures is S-isomer with a high enantiomeric excess of 96-99% ee. Furthermore, the other product 7 in the reaction at 60 ° C was also found to be an optically active form of S form. Since two optically active products were obtained in this way, it was confirmed that enzymes were involved in this reaction.
- reaction pathway in formula 1 0 60 The first route predicted from Chemical Formula 10 is that decarboxylation occurs, 2-phenylpropionic acid ethyl ester (16) is formed, and further ester hydrolysis occurs. The second is that ester hydrolysis takes place first, 2-methyl-2-phenylmalonic acid (17) is produced, and decarboxylation takes place.
- the intermediates (16, 17) of these two predicted pathways have not been detected. However, since this enzyme does not have AMDase activity, it is presumed that it is a pathway via intermediate 16.
- These reaction pathways can be determined by conducting an enzymatic reaction using each of the intermediates 16 and 17 and examining the progress of the reaction.
- the product of the reaction to substrate 10 was carboxylic acid 14 instead of half ester.
- the following results were obtained by following the reaction with TLC (Fig. 9). From Fig. 9, when all of the substrate 10 has been reacted (144 hours later), the product was only carboxylic acid 14. However, 12 hours after the start of the reaction, TLC analysis confirmed 2 Hafster 18 I was able to do it. Therefore, the reaction route of Chemical Formula 12 could be estimated.
- Substrate 8 whose structure is shown in Fig. 12 has the methyl group of Substrate 5 substituted with an ethyl group. This suggests that the reason for the longer reaction time is that the electron donating property of the alkyl group is higher than that of the methyl group. Another possible factor is the steric hindrance of the ethyl group. The ethyl group is more sterically hindered than the methyl group, so it is presumed that it was less susceptible to hydrolysis.
- the influence of the reaction time is due to the high electron donating property and steric hindrance of the ethyl group.
- Substrate 9 whose structure is shown in Fig. 13 has the phenyl group of Substrate 5 substituted with a benzyl group.
- a methylene group was inserted between the phenyl group and the ⁇ carbon. This has an effect on the carbonyl carbon inserted more than the phenyl group.
- the electron donating property of the methylene group is larger (Fig. 13). Therefore, it is suggested that this reaction time is also caused by the electron donating property of the methylene group inserted next to the phenyl group.
- Substrate 10 is a substrate in which a nitro group is added to the p-position of the phenyl group of substrate 5. Since the nitro and phenyl groups are electron withdrawing, the electron density of the carbonyl carbon of this substrate is significantly reduced. Therefore, the reaction time should be shortened. However, the reaction time was longer than that of substrate 5. As described above, since the substrate 10 is a domino type reaction, the reactivity of hydrolysis cannot be compared based on the reaction time. Therefore, we compare it with the reaction of substrate 5 at 60 ° C.
- reaction time is the time until all of the substrate has reacted. Then, half-ester 6 was obtained in Chemical Formula 1, while half ester 18 could not be obtained in Chemical Formula 1-4. From this, it can be inferred that in the decarboxylation reaction, the reactivity of 18 was higher than that of Ifest 6 due to the electron withdrawing property of the nitro group.
- Substrate 11 is a substrate in which a methyl group is added to the p-position of the phenyl group of substrate 5. This p-position methyl group is electron donating, so the electron density of carbonyl carbon of this substrate is higher than that of substrate 5. Therefore, it was predicted that the reaction time would be longer as with substrates 8 and 9, but the reaction time was shorter (Chemical Formula 15).
- the reaction conditions for the substrate 10 are alkaline, which is a condition for promoting the decarboxylation reaction.
- esterase ST0071 showed the same stereoselectivity with respect to all the substrates used in this example, and that stereoselectivity was reversed with PLE.
- the size of the steric hindrance of the alkyl group was found to affect the enantiomeric excess.
- Esterase ST0071 was found to hydrolyze ⁇ -arylmalic acid ketyl ester, which is highly sterically hindered and hardly hydrolyzed, with high stereoselectivity to produce a half ester.
- carboxylic acid which was thought to have progressed through decarboxylation due to hydrolysis, was confirmed.
- a domino-type reaction was successfully constructed under high temperature conditions (Chemical Formula 16).
- E. coli BL21 Star a (DE3) and Development $ quality transformed with plasmid PETstEst, in 10 ml of LB medium (containing 50 ⁇ ⁇ / ⁇ 1 ampicillin), and cultured overnight at 37 ° C. It was transferred to 1000 ml of LB medium and further cultured at 30 ° C for 5 hours.
- LB medium containing 50 ⁇ ⁇ / ⁇ 1 ampicillin
- a substrate phenylmethylmalonic acid ester
- enzyme (18 U) were added to a 50 mL eggplant flask so that the substrate concentration was 2 raM, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 2 days to carry out the reaction.
- an optically active carboxylic acid serving as an intermediate for pharmaceuticals and agricultural chemicals can be produced from a dicarboxylic acid ester.
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Abstract
The object is to achieve a novel domino-type reaction of a hydrolysis reaction and a decarboxylation reaction using an esterase ST0071 as a catalyst to thereby produce an optically active carboxylic acid such as an optically active α-arylalkanoic acid. Disclosed is a process for producing an optically active carboxylic acid by using a dicarboxylic acid ester as a starting material, which can produce the optically active carboxylic acid through an one-step domino reaction comprising reacting the dicarboxylic acid ester with an esterase derived from Sulfolobus tokodaii strain 7.
Description
好熱性古細菌由来エステラーゼを用いた光学活性カルボン酸の製造方法 技術分野 Method for producing optically active carboxylic acid using esterase derived from thermophilic archaea
本発明は、 医薬、 農薬等の中間原料として用いられる光学活性なカルボン酸の 製造方法に関し、 詳細には、 好熱性古細菌由来エステラーゼにより触媒されるド ミノ反応を利用して、 1段階で光学活性なカルボン酸を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an optically active carboxylic acid used as an intermediate raw material for pharmaceuticals, agricultural chemicals, and the like, and more specifically, optically in one step using a domino reaction catalyzed by a thermophilic archaeal esterase. The present invention relates to a method for producing an active carboxylic acid.
明 田 Akita
背景技術 Background art
加水分解を触媒する酵素は、 多くの種類がある。 その中でもエステル結合に作 用するリパーゼとエステラーゼ、 アミ ド結合に作用するプロテアーゼゃアミダー ゼなどが最も多く研究されている。 加水分解酵素を用いた物質変換に関する研究 は、 40年ほど前から始まり、 ステロイ ド系化合物の加水分解反応を触媒するエス テラーゼの研究等がなされてきた。 また現在では、 加水分解酵素は洗剤や食品加 ェなど工業的に多く利用されている。 そのなかでも熱安定性が高い酵素は、 高温 条件下や有機溶媒中でも高い安定性を示すため、 工業的に利用されやすい。 There are many types of enzymes that catalyze hydrolysis. Among them, lipases and esterases that act on ester bonds, and proteases that act on amide bonds, such as amidases, are the most studied. Research on substance conversion using hydrolases began about 40 years ago, and studies on esterases that catalyze the hydrolysis of steroid compounds have been made. At present, hydrolytic enzymes are widely used industrially, such as detergents and food additives. Among them, enzymes with high thermal stability are highly industrially useful because they exhibit high stability under high temperature conditions and in organic solvents.
このような熱安定酵素の格好のスクリーニング対象として、 近年、 古細菌 (archaea)が注目されている。 古細菌は、 真正細菌 (eubacteria)、 真核生物 (eukaryote) と並んで第 3の生物群であり、 高温、 高圧、 低 PHや高塩濃度のよ うな極限環境下で生育することが知られている。 このように古細菌は、 熱安定性 という特徴を活かしたバイオテクノロジーへの応用等の視点から、 重要性が高ま つてきている。 In recent years, archaea has attracted attention as a suitable screening target for such thermostable enzymes. Archaea, Eubacteria (Eubacteria), a third group of organisms alongside eukaryotes (eukaryote), high temperature, high pressure, can grow in good UNA under extreme conditions of low P H and a high salt concentration known It has been. In this way, archaea are becoming increasingly important from the perspective of biotechnology applications that take advantage of the feature of thermal stability.
生体触媒を用いた研究では、 光学活性体の合成が主流となってきている。 これ は酵素自体が、 光学活性アミノ酸からなる不斉環境をもっためである。 光学活性 体の合成研究のなかでも、 基質にプロキラルな化合物を用いる場合が多い。 プロ キラルな化合物とは、 一段階の反応をさせると不斉炭素をもつキラル化合物にな ることのできる化合物のことを指す (図 1 )。 すなわち、 収率 100%で光学的に純 粋な化合物を得ることができるため、 効率の良い反応といえる。
例えば、 図 1に示す化合物 1のような化合物を用いた反応の研究は、 多く報告 されており、 例えばブタ肝臓エステラーゼ (以下 PLE) を用いたジカルボン酸ェ ステルの不斉加水分解が報告されている (非特許文献 1を参照)。 In research using biocatalysts, synthesis of optically active substances has become the mainstream. This is because the enzyme itself has an asymmetric environment composed of optically active amino acids. In the synthesis of optically active compounds, prochiral compounds are often used as substrates. A prochiral compound is a compound that can be converted to a chiral compound with an asymmetric carbon by a one-step reaction (Figure 1). In other words, an optically pure compound can be obtained with a yield of 100%, which is an efficient reaction. For example, many studies of reactions using compounds such as Compound 1 shown in Fig. 1 have been reported, for example, asymmetric hydrolysis of dicarboxylic esters using porcine liver esterase (PLE). (See Non-Patent Document 1).
基質がプロキラルなジカルボン酸エステルの場合、 等価なエステルのうち一方 が選択的に加水分解されることで光学活性体を得ることができる。 さらにプロキ ラルな基質を用いた反応は光学分割法とは異なり、 理論上では 100%の収率で 100%の鏡像体過剰率で光学活性体を得ることができるため、非常に効率の良い反 応である。 When the substrate is a prochiral dicarboxylic acid ester, one of the equivalent esters is selectively hydrolyzed to obtain an optically active substance. Furthermore, unlike the optical resolution method, a reaction using a protic substrate is theoretically capable of obtaining an optically active form with a 100% enantiomeric excess in a yield of 100%, which is a very efficient reaction. Yes.
例えば、 二置換マロン酸エステルの立体選択的加水分解は、 理論的には収率 1 0 0 %で光学的に純粋なマロン酸ハーフエステルを得ることができる有用な反応 である。 上記の PLE (豚肝臓エステラーゼ) を用いた例は、 多く報告されている がそのほかの酵素については報告例がなく、 得られる立体配置も 1種類に限定さ れていた。 また、 PLE は熱的にはあまり安定ではなく、 反応速度の向上が期待で きる高温では用いることができなかった。 For example, stereoselective hydrolysis of disubstituted malonic esters is a useful reaction that can theoretically yield optically pure malonic half esters in 100% yield. There have been many reports on the use of PLE (pig liver esterase), but there have been no reports on other enzymes, and the resulting configuration was limited to one. In addition, PLE was not thermally stable and could not be used at high temperatures where the reaction rate could be improved.
化合物によっては、 そのェナンチォマ一によつて異なる生理活性を示すことが 分かったため、 光学活性体が重要視されるようになった。 単一ェナンチォマーを 製造する技術の重要性は増すとともに、 一方のェナンチォマーのみを医薬品とす る割合は飛躍的に伸びている。 また医薬品に限らず、 農薬、 食品や香料、 最近で は生理活性とは関係ない液晶など幅広い分野で光学活性体が用いられている。 医薬品としても光学活性体として、 例えば図 2に示す、 フルルビプロフェン、 イブプロフェン、 ケトプロフェン、 ナプロキセン等が知られている。 これらの光 学活性 α -ァリールプロピオン酸は、 非ステロイ ド性抗炎症薬であり、 S体のェナ ンチォマーに有用な生理活性があることが知られている。 したがって、 光学活性 な α -ァリールプロピオン酸の一方のェナンチォマーのみを効率良く合成するこ とが求められている。 Depending on the compound, it was found that different enantiomers showed different physiological activities, so optically active substances became important. The importance of technology for producing single enantiomers has increased, and the proportion of only one enantiomer as a pharmaceutical has increased dramatically. In addition to pharmaceuticals, optically active substances are used in a wide range of fields such as agricultural chemicals, foods and fragrances, and recently liquid crystals not related to physiological activity. As pharmaceuticals, for example, flurbiprofen, ibuprofen, ketoprofen, naproxen and the like shown in FIG. 2 are known as optically active substances. These optically active α-arylpropionic acids are known as non-steroidal anti-inflammatory drugs and have useful physiological activities for S-enantiomers. Therefore, it is required to efficiently synthesize only one enantiomer of optically active α-arylpropionic acid.
ドミノ型反応とは、 1 つの反応溶液内で複数の反応が連続して起こる反応をい う。 ドミノ型反応の特徴は、 素反応の収率が高い場合には反応の中間体の抽出や 精製の手間が省けるため効率よく生成物が得られるということである。 また、 こ の手法は有機合成等でシンプルな化合物から複雑な化合物を合成する際に利用さ
れている (非特許文献 2を参照)。 A domino-type reaction is a reaction in which multiple reactions occur in a single reaction solution. The characteristic of the domino-type reaction is that when the yield of the elementary reaction is high, the product can be obtained efficiently because it eliminates the trouble of extracting and purifying the intermediate of the reaction. This method is also used for the synthesis of complex compounds from simple compounds such as organic synthesis. (See Non-Patent Document 2).
以上より、 このようなドミノ型反応を生体触媒によって行うことは、 合成方法 がより単純に効率よくなり、 かつ環境に低負荷で行える利点がある。 しかし、 現 在までに 1種類の酵素を用いたドミノ型反応は報告例がない。 From the above, performing such a domino-type reaction with a biocatalyst has the advantage that the synthesis method becomes simpler and more efficient and can be performed with a low load on the environment. However, there has been no report on a domino-type reaction using one enzyme.
非特許文献 1 C. J. Sih, J. Am. Chera. Soc. , 1975, 97, 4144 Non-Patent Document 1 C. J. Sih, J. Am. Chera. Soc., 1975, 97, 4144
非特許文献 2 D. Enders, C. Grondal, M. R. M. Huttl, Angew. Chem. Int. Non-Patent Document 2 D. Enders, C. Grondal, M.R.M.Huttl, Angew.Chem. Int.
Ed. , 2007, 46, 1570-1581 発明の開示 Ed., 2007, 46, 1570-1581 Disclosure of the Invention
本研究はエステラーゼ ST0071 を触媒として加水分解反応と脱炭酸反応の新規 ドミノ型反応を実現させ、光学活性な α -ァリールアルカン酸等のカルボン酸の生 成を目的とする。 The purpose of this study is to produce a novel domino-type reaction of hydrolysis and decarboxylation using esterase ST0071 as a catalyst, and to produce optically active carboxylic acids such as α-arylalkanoic acid.
本発明者らは、 好熱好酸性古細菌 Sulfolobus tokodai i strain 7のゲノム配列 から、既知のエステラーゼと相同性の高いエステラーゼ ST0071のクローニングを 行い、 発現した酵素が目的通りエステラーゼ活性を持つことを明らかにした (Y. Suzuki, K. Miyamoto, H. Ohta, FEMS Microbiol. Lett. , 2004, 236, 97-102)。 エステラーゼ ST0071は、 至適反応温度が 70°C及び至適 pHが 7. 5〜8. 0 という高 い熱安定性を有することが分かった。 さらに相同性検索からエステラーゼ ST0071 は、 X 線結晶構造が解かれている熱安定エステラーゼと近縁であることが確認さ れた。 しかし、 まだ本酵素の X線構造解析及び詳細な特徴は分かっていない。 そこで、本発明者らは、高い熱安定性を持ったエステラーゼ ST0071を用いるこ とで、 本酵素の詳細な特性を明らかにするとともに、 好熱性という性質を生かし た物質生産プロセスの構築を目的とし鋭意検討を行った。 The present inventors cloned the esterase ST0071 having high homology with a known esterase from the genome sequence of the thermoacidophilic archaeon Sulfolobus tokodai i strain 7, and revealed that the expressed enzyme has esterase activity as intended. (Y. Suzuki, K. Miyamoto, H. Ohta, FEMS Microbiol. Lett., 2004, 236, 97-102). Esterase ST0071 was found to have high thermal stability with an optimum reaction temperature of 70 ° C. and an optimum pH of 7.5 to 8.0. Furthermore, homology search confirmed that esterase ST0071 is closely related to thermostable esterase whose X-ray crystal structure has been solved. However, the X-ray structural analysis and detailed features of this enzyme are not yet known. Therefore, the present inventors have clarified the detailed characteristics of this enzyme by using esterase ST0071 having high thermostability, and aimed to construct a substance production process that takes advantage of the thermophilic property. We conducted an intensive study.
本発明者らは、単離精製した好熱性古細菌由来エステラーゼ ST0071を触媒とし た化学式 1に示す新規ドミノ型反応をデザィンした。 The present inventors designed a novel domino-type reaction represented by Chemical Formula 1 using the isolated and purified thermophilic archaeal esterase ST0071 as a catalyst.
本研究の目的とする新規ドミノ型反応 New domino reaction for the purpose of this study
すなわち基質には、 プロキラルであり立体障害の大きいァリールマロン酸ジェ チルエステルを選択した。 この基質からエステラーゼ ST0071を触媒として、 まず 加水分解反応によりハーフエステルを得た。 このハーフエステルは、 室温では安 定であることが分かった。 そこで、 高温条件又は脱炭酸しやすい基質を用いるこ とで、 酵素の活性中心内で脱炭酸を行い、 光学活性ァリールプロピオン酸が得ら れることを見出した。 In other words, allylmalonic acid ethyl ester having prochiral and large steric hindrance was selected as the substrate. From this substrate, half ester was first obtained by hydrolysis reaction using esterase ST0071 as a catalyst. This half ester was found to be stable at room temperature. Thus, it was found that optically active aryl propionic acid can be obtained by decarboxylation within the active center of the enzyme by using a substrate that is easy to decarboxylate under high temperature conditions.
本発明の方法により、 二置換マロン酸エステルの立体選択的加水分解を高い光 学純度で行えることができ、 さらに、 得られる化合物の絶対立体配置は、 PLE で 得られるものと逆であった。 さらに、 反応を高温で行うことにより、 加水分解に 引き続き脱炭酸反応が進行した生成物を得ることにも成功し、 本発明を完成させ るに至った。 By the method of the present invention, the stereoselective hydrolysis of the disubstituted malonic acid ester can be carried out with high optical purity, and the absolute configuration of the resulting compound is opposite to that obtained with PLE. Furthermore, by carrying out the reaction at a high temperature, the present inventors have succeeded in obtaining a product in which a decarboxylation reaction has proceeded subsequent to hydrolysis, thereby completing the present invention.
すなわち、 本発明は以下のとおりである。 That is, the present invention is as follows.
[ 1 ] ジカルボン酸エステルを原料にして光学活性カルボン酸を製造する方法で あって、ジカルボン酸エステルに Sulfolobus属微生物由来エステラーゼを作用さ せ、 1段階のドミノ反応により、 光学活性カルボン酸を製造する方法。 [1] A method for producing an optically active carboxylic acid using a dicarboxylic acid ester as a raw material, wherein an esterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus is allowed to act on the dicarboxylic acid ester, and an optically active carboxylic acid is produced by a one-step domino reaction Method.
[ 2 ] Sulfolobus属微生物由来エステラーゼが Sulfolobus tokodai i由来エステ ラーゼである、 [ 1 ]の光学活性カルボン酸を製造する方法。 [2] The method for producing an optically active carboxylic acid according to [1], wherein the esterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus is an esterase derived from Sulfolobus tokodai i.
[ 4 ] ジカルボン酸エステルを原料にして光学活性カルボン酸を製造する方法で あって、 ジカルボン酸エステルに以下の(a)又は(b)のエステラーゼを作用させ、 1段階のドミノ反応により、 光学活性カルボン酸を製造する方法:
(a) 配列番号 2で表わされるアミノ酸配列からなるエステラーゼ [4] A method for producing an optically active carboxylic acid from a dicarboxylic acid ester as a raw material, wherein the following (a) or (b) esterase is allowed to act on the dicarboxylic acid ester and optically active by a one-step domino reaction. Method for producing carboxylic acid: (a) an esterase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2
(b) 配列番号 2で表わされるアミノ酸配列において 1若しくは数個のアミノ酸が 欠失、 置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなるエステラーゼ。 (b) An esterase consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
[ 4 ] 原料となるジカルボン酸エステルが下記化学式 Iで示される化合物であり、 化 1 [4] The starting dicarboxylic acid ester is a compound represented by the following chemical formula I,
[式中、 R1及び R2はそれぞれ相互に異なり、置換された又は無置換のアルキル基; 置換された又は無置換のァリール基若しくはァラルキル基;置換された又は無置 換のシクロアルキル基、 置換された又は無置換のアルケニル基、 置換された又は 無置換のアルキニル基、 置換された文は無置換のアルコキシ基を表し、 R3及び R4 は独立に H又はアルキル基を表す。 ] [Wherein R 1 and R 2 are different from each other, and are substituted or unsubstituted alkyl groups; substituted or unsubstituted aryl groups or aralkyl groups; substituted or unsubstituted cycloalkyl groups; A substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted alkynyl group, a substituted sentence represents an unsubstituted alkoxy group, and R 3 and R 4 independently represent H or an alkyl group. ]
得られる光学活性カルボン酸が下記化学式 IIIで示される化合物である、 [ 1 ]〜 [ 3 ]のいずれかの光学活性カルボン酸を製造する方法。 The method for producing the optically active carboxylic acid according to any one of [1] to [3], wherein the obtained optically active carboxylic acid is a compound represented by the following chemical formula III.
化 2 2
R2 ,COOH 化学式 in R 2 , COOH chemical formula in
[式中 R1及び R2は、 上記化学式 Iで表される化合物と同じである。 ] [Wherein R 1 and R 2 are the same as the compound represented by Formula I above. ]
[ 5 ] 原料となるジカルボン酸エステルが下記化学式 Iで示される化合物であり、 [5] The starting dicarboxylic acid ester is a compound represented by the following chemical formula I:
[式中、 R1及び R2はそれぞれ相互に異なり、 フエニル基で置換された又は無置換
のアルキル基、 炭素数 1〜 5のアルキル基で置換された又は無置換のァリール基 を表し、 R3及び R4は独立に H又は炭素数 1〜5のアルキル基を表す。 ] 得られる光学活性カルボン酸が下記化学式 IIIで示される化合物である、 [5]の 光学活性カルボン酸を製造する方法。 [Wherein R 1 and R 2 are different from each other, substituted or unsubstituted with a phenyl group An alkyl group substituted or unsubstituted by an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, R 3 and R 4 independently represent H or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. The method for producing an optically active carboxylic acid according to [5], wherein the obtained optically active carboxylic acid is a compound represented by the following chemical formula III:
化 4 4
R2 COOH 化学式 in R 2 COOH chemical formula in
[式中 R1及び R2は、 上記化学式 Iで表される化合物と同じである。 ] [Wherein R 1 and R 2 are the same as the compound represented by Formula I above. ]
[6] 原料となるジカルボン酸エステルがァリ一ルカルボン酸エステルであり、 得られる光学活性カルボン酸が、 α-ァリールアルカン酸である、 [4]の光学活性 カルボン酸を製造する方法。 [6] The method for producing an optically active carboxylic acid according to [4], wherein the starting dicarboxylic acid ester is an arylcarboxylic acid ester, and the obtained optically active carboxylic acid is α-arylalkanoic acid.
[7] 原料となるジカルボン酸エステルがァリールマロン酸エステルであり、 得 られる光学活性カルボン酸が、 α -ァリールプロピオン酸である、 [4]の光学活性 カルボン酸を製造する方法。 [7] The method for producing an optically active carboxylic acid according to [4], wherein the dicarboxylic acid ester used as a raw material is an allylic malonic acid ester, and the obtained optically active carboxylic acid is α-aryl propionic acid.
[8 ] 原料となるジカルボン酸エステルが、 2-メチル -2-フエニルマロン酸ジエス テル又は 2-メチル -2-ベンジルマロン酸ジエステルであり、 得られる光学活性力 ルボン酸が、 2-フエニルプロピオン酸又は 2-ベンジルプロピオン酸である、 [4] の光学活性カルボン酸を製造する方法。 [8] The starting dicarboxylic acid ester is 2-methyl-2-phenylmalonic acid diester or 2-methyl-2-benzylmalonic acid diester, and the resulting optically active rubonic acid is 2-phenylpropionic acid. Or the method for producing an optically active carboxylic acid according to [4], which is 2-benzylpropionic acid.
[9] ジカルボン酸エステルと Sulfolobus 属微生物由来エステラーゼの反応が 室温〜 80°Cで行われる、 [1 ]〜[ 8]のいずれかの光学活性カルボン酸を製造する 方法。 [9] The method for producing an optically active carboxylic acid according to any one of [1] to [8], wherein the reaction between the dicarboxylic acid ester and the esterase derived from the genus Sulfolobus is performed at room temperature to 80 ° C.
[1 0] Sulfolobus属微生物由来エステラーゼを有効成分として含む、ェナンチ ォ選択性をもったドミノ型反応を触媒し、 原料基質であるジカルボン酸エステル から 1段階で光学活性カルボン酸を生成する、 光学活性カルボン酸製造用触媒組 成物。 [1 0] An optically active carboxylic acid is produced in one step from a dicarboxylic acid ester which is a raw material substrate by catalyzing a domino-type reaction with enantioselectivity, which contains esterase derived from Sulfolobus genus microorganisms as an active ingredient. Catalyst composition for carboxylic acid production.
[1 1] Sulfolobus属微生物由来エステラーゼが Sulfolobus tokodaii由来エス テラーゼである、 [1 0]の光学活性カルボン酸製造用組成物。
[ 1 2 ] 以下の(a)又は(b)のエステラーゼを有効成分として含む、 ェナンチォ選 択性をもったドミノ型反応を触媒し、 原料基質であるジカルボン酸エステルから 1段階で光学活性力ルポン酸を生成する、光学活性カルボン酸製造用触媒組成物:[1 1] The composition for producing an optically active carboxylic acid according to [10], wherein the esterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus is an esterase derived from Sulfolobus tokodaii. [1 2] Catalyze a domino-type reaction having the following esterase (a) or (b) as an active ingredient and having an enantioselectivity, and in one step from dicarboxylic acid ester as a raw material substrate Catalyst composition for producing an optically active carboxylic acid that generates an acid:
(a) 配列番号 2で表わされるアミノ酸配列からなるエステラーゼ (a) an esterase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2
(b) 配列番号 2で表わされるアミノ酸配列において 1若しくは数個のアミノ酸が 欠失、 置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなるエステラーゼ。 (b) An esterase consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
[ 1 3 ] ジカルボン酸エステルに Sulfolobus 属微生物由来エステラーゼを作用 させることを含む、 ジカルボン酸エステルを原料にして立体選択性加水分解によ り、 光学活性なマロン酸ハーフエステルを製造する方法であって、 得られるマロ ン酸ハーフエステの絶対立体配置がブタ肝臓エステラーゼ(PLE) を用いて得られ るマロン酸ハーフエステルと逆である、 光学活性なマロン酸ハーフエステルを製 造する方法。 [1 3] A method for producing an optically active malonic acid half ester by stereoselective hydrolysis using a dicarboxylic acid ester as a raw material, which comprises reacting a dicarboxylic acid ester with an esterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus. A method for producing an optically active malonic acid half ester, wherein the absolute configuration of the resulting malonic acid half ester is opposite to that of a malonic acid half ester obtained using porcine liver esterase (PLE).
[ 1 4 ] Sulfolobus属微生物由来エステラーゼが Sulfolobus tokodai i由来エス テラーゼである、 [ 1 3 ]の光学活性なマロン酸ハーフエステルを製造する方法。 [1 4] The method for producing an optically active malonic acid half ester according to [1 3], wherein the esterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus is an esterase derived from Sulfolobus tokodai i.
[ 1 5 ] ジカルボン酸エステルに以下の(a)又は(b)のエステラーゼを作用させる ことを含む、 ジカルボン酸エステルを原料にして立体選択性加水分解により、 光 学活性なマロン酸ハーフエステルを製造する方法であって、 得られるマロン酸ハ ーフエステの絶対立体配置がブタ肝臓エステラーゼ (PLE) を用いて得られるマロ ン酸ハーフエステルと逆である、 光学活性なマロン酸ハーフエステルを製造する 方法: [15] Manufacture photoactive malonic acid half ester by stereoselective hydrolysis using dicarboxylic acid ester as a raw material, including the action of esterase (a) or (b) below on dicarboxylic acid ester A method for producing an optically active malonic acid half ester in which the absolute configuration of the resulting malonic acid half ester is opposite to that obtained using porcine liver esterase (PLE):
(a) 配列番号 2で表わされるアミノ酸配列からなるエステラーゼ (a) an esterase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2
(b) 配列番号 2で表わされるアミノ酸配列において 1若しくは数個のアミノ酸が 欠失、 置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなるエステラーゼ。 (b) An esterase consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
[ 1 6 ] 原料となるジカルボン酸エステルが下記化学式 Iで示される化合物であ り、 [16] The dicarboxylic acid ester as a raw material is a compound represented by the following chemical formula I,
化 5
R1 ノ COOR3 5 R 1 NO COOR 3
\。ヽ \.ヽ
R2 COOR4 化学式 I R 2 COOR 4 Chemical formula I
[式中、 R1及び R2はそれぞれ相互に異なり、置換された又は無置換のアルキル基; 置換された又は無置換のァリール基若しくはァラルキル基;置換された又は無置 換のシクロアルキル基、 置換された又は無置換のアルケニル基、 置換された又は 無置換のアルキニル基、 置換された又は無置換のアルコキシ基を表し、 R3及び R4 は独立に H又はアルキル基を表す。 ] [Wherein R 1 and R 2 are different from each other, and are substituted or unsubstituted alkyl groups; substituted or unsubstituted aryl groups or aralkyl groups; substituted or unsubstituted cycloalkyl groups; A substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted alkynyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group is represented, and R 3 and R 4 independently represent H or an alkyl group. ]
得られる光学的に純粋なマロン酸ハーフエステルが下記化学式 II で示される化 合物である、 [ 1 3:!〜 [ 1 5 ]のいずれかの光学活性なマロン酸ハーフエステルを 製造する方法。 The method for producing an optically active malonic acid half ester according to any one of [13 :! to [15], wherein the obtained optically pure malonic acid half ester is a compound represented by the following chemical formula II:
化 6 Chemical 6
R1 COOR3 R1 \ 、ヽ COOR4 R 1 COOR 3 R 1 \, ヽ COOR 4
; cゝ ; cゝ C ゝ; cゝ
R2 COOH 又は COOH 化学式 Π R 2 COOH or COOH Formula Π
[式中 R R2、 R3及び R4は、 上記化学式 Iで表される化合物と同じである。 ] [ 1 7 ] ジカルボン酸エステルと Sulfolobus 属微生物由来エステラーゼの反応 が室温で行われる、 [ 1 3 ]〜[ 1 6 ]のいずれかの光学活性なマロン酸ハーフエス テルを製造する方法。 [Wherein, RR 2 , R 3 and R 4 are the same as the compound represented by the above chemical formula I. [1 7] A method for producing an optically active malonic acid half ester according to any one of [1 3] to [16], wherein the reaction between a dicarboxylic acid ester and a Sulfolobus microorganism-derived esterase is carried out at room temperature.
本明細書は本願の優先権の基礎である日本国特許出願 2008-045055号の明細書 および Zまたは図面に記載される内容を包含する。 図面の簡単な説明 This specification includes the contents described in the specification and Z or drawings of Japanese Patent Application No. 2008-045055, which is the basis of the priority of the present application. Brief Description of Drawings
図 1は、 プロキラルな化合物の例を示す図である。 FIG. 1 shows an example of a prochiral compound.
図 2は、 光学活性な医薬品の例を示す図である。 FIG. 2 shows an example of an optically active pharmaceutical product.
図 3は、 Sulfolobus tokodai i strain 7由来エステブーゼ ST0071の基質の例 を示す図である。
図 4は、 図 3に示す基質より Sulfolobus tokodai i strain 7由来エステラーゼ ST0071による加水分解により生成するハーフエステルを示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a substrate of Sulfolobus tokodaiii strain 7-derived estebuse ST0071. FIG. 4 is a diagram showing a half ester produced from the substrate shown in FIG. 3 by hydrolysis with Sulfolobus tokodai i strain 7-derived esterase ST0071.
図 5は、 酵素反応の手順を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the procedure of the enzyme reaction.
図 6は、 ブタ肝臓エステラーゼ (PLE)による生成物の絶対立体配置を示す図で ある。 FIG. 6 shows the absolute configuration of the product produced by porcine liver esterase (PLE).
図 7は、 2-メチル- 2 -フエニルマロン酸物ェチルエステルの HPLCの分析結果を 示す図である。 FIG. 7 shows the results of HPLC analysis of 2-methyl-2-phenylmalonic acid ethyl ester.
図 8は、 図 3に示す基質より Sulfolobus tokodai i strain 7由来エステラーゼ ST0071による加水分解により生成したハーフエステルの収率、鏡像体過剰率を示 す図である。 FIG. 8 is a graph showing the yield and enantiomeric excess of half ester produced from the substrate shown in FIG. 3 by hydrolysis with Sulfolobus tokodai i strain 7-derived esterase ST0071.
図 9は、 基質として 2-メチル -2- (p-二ト口フエニル) マロン酸ジェチルエステ ルを用いた反応の TLC分析結果を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a TLC analysis result of a reaction using 2-methyl-2- (p-diphenyl) maltyl ester malonate as a substrate.
図 1 0は、 Sulfolobus tokodai i strain 7由来エステラーゼ ST0071の基質の 基本骨格を示す図である。 FIG. 10 is a view showing a basic skeleton of a substrate of Sulfolobus tokodai i strain 7-derived esterase ST0071.
図 1 1は、 加水分解反応に影響する置換基の電子効果.を示す図である。 Figure 11 shows the electronic effects of substituents that affect the hydrolysis reaction.
図 1 2は、 2-メチノレ- 2-フエニルマロン酸ジェチルエステルの構造を示す図であ る。 FIG. 12 is a diagram showing the structure of 2-methylol-2-phenylmalonic acid jetyl ester.
図 1 3は、 2-メチル- 2-ベンジルマロン酸ジェチ /レエステルの構造を示す図であ る。 発明を実施するための最良の形態 FIG. 13 shows the structure of 2-methyl-2-benzylmalonic acid jetty / resester. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明に用いられるエステラーゼは、 Sulfolobus属微生物由来エステラーゼで あり、 Sulfolobus 'tokodai i 由来エステラーセ、 Sulfolobus tokodai i strain 7 由来エステラーゼ力 S含まれる。 Sulfolobus tokodai i strain 7由来エステラーゼ The esterase used in the present invention is an esterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus, and includes esterase derived from Sulfolobus' tokodai i strain and esterase power S derived from Sulfolobus tokodai i strain 7. Esterase from Sulfolobus tokodai i strain 7
ST0071は、 好熱好酸性古細菌 Sulfolobus tokodai i strain 7から Y Suzuki et al.ST0071 is a thermoacidophilic archaeon Sulfolobus tokodai i strain 7 from Y Suzuki et al.
FEMS Microbiology Letters 236 (2004) 97-102の記載に従って得ることができる。 該エステラーゼ ST0071は Sulfolobus tokodai i strain 7を培養し、 培養物から 精製することができる。 また、 Sulfolobus tokodai i strain 7より該酵素をコー
ドする遺伝子を単離し、 遺伝子工学的手法により製造することができる。FEMS Microbiology Letters 236 (2004) 97-102. The esterase ST0071 can be purified from a culture by culturing Sulfolobus tokodai i strain 7. In addition, Sulfolobus tokodai i strain 7 The gene to be transferred can be isolated and manufactured by genetic engineering techniques.
SUI IO IODUS tokodan strain は JCM u'apan col lection of Microorgani smsノ より入手することができる (登録番号 JCM10545)。 該エステラーゼ ST0071の塩基 配列及びアミノ酸配列は DDBJ (DNA Data Bank of Japan)に登録番号 BAB65028. 1 で登録されている。 その塩基配列及びアミノ酸配列をそれぞれ配列番号 1及び 2 に示す。 SUI IO IODUS tokodan strain is available from JCM u'apan collection of Microorgani sms (registration number JCM10545). The base sequence and amino acid sequence of the esterase ST0071 are registered under the registration number BAB65028.1 in DDBJ (DNA Data Bank of Japan). The base sequence and amino acid sequence are shown in SEQ ID NOs: 1 and 2, respectively.
本発明のエステラーゼは、 配列番号 2に表されるァミノ酸配列からなるタンパ ク質がエステラーゼ活性を有する限り、 当該アミノ酸配列において少なく とも 1 個、 好ましくは 1若しくは数個のアミノ酸に欠失、 置換、 付加等の変異が生じて もよレ、。 ここで、 1若しくは数個とは、 1〜10個、 さらに好ましくは 1〜5個を いう。 The esterase of the present invention has a deletion or substitution of at least one, preferably one or several amino acids in the amino acid sequence as long as the protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 has esterase activity. Even if a mutation such as addition occurs. Here, 1 or several means 1 to 10, more preferably 1 to 5.
このような配列番号 2のアミノ酸配列において 1若しくは数個のアミノ酸が欠 失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列として、配列番号 2のアミノ酸配列と、 BLAs i (Basic Local Al ignment Search Tool at the National Center for Biological Information (米国国立生物学情報センターの基本ローカルァラインメント検索ッ 一ル)) 等 (例えば、 デフォルトすなわち初期設定のパラメータ) を用いて計算し たときに、 少なくとも 85%以上、 好ましくは 90%以上、 さらに好ましくは 95% 以上、 特に好ましくは 97%以上の同一性を有しているものが挙げられる。 The amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and the basic amino acid search tool at the National Center are as amino acid sequences in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. for Biological Information (e.g., US National Biological Information Center Basic Local Alignment Search)) etc. (e.g., default or default parameters) at least 85%, preferably 90 % Or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 97% or more.
このような配列番号 2のアミノ酸配列において 1若しくは数個のアミノ酸が欠 失、 置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質は配列番号 2のァ ミノ酸配列を有するタンパク質と実質的に同一である。 A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is substantially the same as a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
また、配列番号 1に表される塩基配列からなる DNAと相補的な配列からなる DNA と下記のストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができる DNAであ つてエステラーゼ活性を有するタンパク質をコードする DNAにコードされるエス テラーゼも本発明のエステラーゼに含まれる。 すなわち、 DNA を固定したフィル ターを用いて、 0· 7〜1. 0Mの NaCl存在下、 68°Cでハイブリダィゼーシヨンを行つ た後、 0· 1〜2倍濃度の SSC溶液 (1倍濃度の SSC とは 150raM NaCl、 15raM クェン 酸ナトリウムからなる) を用い、 68°Cで洗浄することにより同定することができ る条件をいう。 あるいは、 サザンブロッテイング法によりニトロセルロース膜上
に DNAを転写、 固定後、 ハイブリダィゼーシヨン緩衝液 〔50% フオルムアミ ド、 4 X SSC、 50mM HEPES (pH7. 0)、 10 Xデンハルツ (Denhardf s) 溶液、 100 /z g/ml サケ精子 DNA〕 中で 42°Cでー晚反応させることによりハイブリッドを形成するこ とができる DNAである。 Sulfolobus tokodai i strain 7由来エステラーゼ ST0071 等の Sulfolobus属微生物由来エステラーゼは、プロキラルなジカルボン酸エステ ル (二置換マロン酸エステル) を基質とし、 ジエステル部分のうちの一方のエス テルを優先的に加水分解し、 マロン酸ハーフエステル (モノエステル体) を生成 する。 該ハーフエステルは光学的に純粋で、 高い収率で得ることができる。 この 反応により、 光学活性体を得ることができる。 In addition, a DNA that can hybridize with a DNA that is complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 under the following stringent conditions and that encodes a protein having esterase activity: The esterase encoded by is also included in the esterase of the present invention. That is, using a filter with DNA immobilized, hybridization was performed at 68 ° C in the presence of 0 · 7 to 1.0M NaCl, and then a 0 · 1 to 2 fold concentration of SSC solution ( A 1-fold concentration of SSC is a condition that can be identified by washing at 68 ° C using 150raM NaCl and 15raM sodium citrate). Alternatively, on the nitrocellulose membrane by Southern blotting After transcription and fixation of DNA, hybridization buffer (50% formamide, 4 X SSC, 50 mM HEPES (pH 7.0), 10 X Denhardf s solution, 100 / zg / ml salmon sperm DNA ] DNA that can form a hybrid by reaction at 42 ° C. Sulfolobus-derived microorganism esterases such as Sulfolobus tokodai i strain 7 derived esterase ST0071, etc., use prochiral dicarboxylic acid ester (disubstituted malonic acid ester) as a substrate and preferentially hydrolyze one of the esters. And malonic acid half ester (monoester form). The half ester is optically pure and can be obtained in high yield. By this reaction, an optically active substance can be obtained.
生成した光学活性なハーフエステルにさらに Sulfolobus tokodaii strain 7 由来エステラーゼ ST0071等の Sulfolobus属微生物由来エステラーゼを作用させ ると、 加水分解反応及び脱炭酸反応が生じ、 光学活性であり、 不斉炭素原子を有 するキラルなモノカルボン酸が生成する。 When the resulting optically active half ester is further reacted with an esterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus such as esterase ST0071 from Sulfolobus tokodaii strain 7, a hydrolysis reaction and a decarboxylation reaction occur, which is optically active and has an asymmetric carbon atom. To produce a chiral monocarboxylic acid.
すなわち、 Sulfolobus tokodai i strain 7 由来エステラーゼ ST0071 等の Sulfolobus属微生物由来エステラーゼは、ェナンチォ選択性をもったドミノ型反 応を触媒する。 That is, Sulfolobus microorganism-derived esterases such as Sulfolobus tokodai i strain 7-derived esterase ST0071 catalyze a domino-type reaction with enantioselectivity.
上記反応の原料となる基質は以下の化学式 Iで表されるジカルボン酸エステル である。 The substrate used as a raw material for the above reaction is a dicarboxylic acid ester represented by the following chemical formula I.
化 8 8
式中、 R1及ぴ R2はそれぞれ相互に異なり、置換された又は無置換のアルキル基; 置換された又は無置換のァリ一ル基若しくはァラルキル基;置換された又は無置 換のシクロアルキル基、 置換された又は無置換のアルケニル基、 置換された又は 無置換のアルキニル基、 置換された又は無置換のアルコキシ基を表す。 In the formula, R 1 and R 2 are different from each other, and are substituted or unsubstituted alkyl groups; substituted or unsubstituted aryl groups or aralkyl groups; substituted or unsubstituted cyclohexanes; It represents an alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted alkynyl group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group.
アルキル基としては、 直鎖又は分子鎖のアルキル基が挙げられ、 例えば炭素数
;!〜 2 0、 好ましくは炭素数 1〜 1 0、 さらに好ましくは炭素数 1〜 5の直鎖又 は分子鎖のアルキル基が挙げられ、 メチル、 ェチル、 プロピル、 メチルェチル、 ブチル、 メチルプロピル、 ペンチル、 メチルブチル、 ェチルプロピル等が含まれ る。 アルケニル基としては、 直鎖又は分枝鎖のアルケニル基が挙げられ、 例えば 炭素数 2〜2 0、 好ましくは炭素数 2〜 1 0、 さらに好ましくは炭素数 2〜 5の 直鎖又は分枝鎖のアルケニル基が挙げられ、 ビュル、 プロぺニル等が含まれる。 アルキニル基としては、 直鎖又は分枝鎖のアルキニル基が挙げられ、 例えば炭素 数 2〜 2 0、 好ましくは炭素数 2〜 1 0、 さらに好ましくは炭素数 2〜 5の直鎖 又は分枝鎖のアルキニル基が挙げられ、 ェチェル、 プロビュル等が含まれる。 ァ ルコキシ基としては、 直鎖又は分枝鎖のアルコキシ基が挙げられ、 例えば炭素数 :!〜 2 0、 好ましくは炭素数 1〜 1 0、 さらに好ましくは炭素数 1〜 6の直鎖又 は分枝鎖のアルコキシ基が挙げられ、 メ トキシ、 エトキシ、 プロポキシ等が含ま れる。 ァリール基としては、 例えば炭素数 6〜 2 0、 好ましくは炭素数 6〜 1 0 のァリール基が挙げられ、 フエニル、 1-ナフチル、 2-ナフチル等が含まれる。 置 換されたアルキル基、 シクロアルキル基、 アルケニル基、 アルキニル基、 アルコ キシ基、 ァリール基の置換基には、 例えば、 ァリール基、 シクロアルキル基、 ァ ルキル基、 ァノレケニル基、 アルキニル基、 ァノレコキシ基、 アミノ基、 ニトロ基、 水酸基、 八ロゲン原子等が挙げられる。 これらの置換基は、 さらに置換されてい てもよい。 Examples of the alkyl group include linear or molecular chain alkyl groups such as carbon number. ; ~ 20, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably a linear or molecular alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, such as methyl, ethyl, propyl, methylethyl, butyl, methylpropyl, Examples include pentyl, methylbutyl, ethylpropyl and the like. Examples of the alkenyl group include a straight chain or branched chain alkenyl group. For example, the straight chain or branched chain having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms, and more preferably 2 to 5 carbon atoms. Alkenyl groups such as bulle, propenyl and the like. Examples of the alkynyl group include a straight chain or branched chain alkynyl group. For example, the straight chain or branched chain having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms, and more preferably 2 to 5 carbon atoms. Alkynyl groups such as echel and probule. Examples of the alkoxy group include straight-chain or branched alkoxy groups, for example, carbon number:! To 20, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms. Examples include branched chain alkoxy groups, including methoxy, ethoxy, propoxy and the like. Examples of the aryl group include aryl groups having 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 10 carbon atoms, and include phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl and the like. Examples of the substituted alkyl group, cycloalkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxyl group, and aryl group include, for example, an aryl group, a cycloalkyl group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, and an analkoxy group. Amino group, nitro group, hydroxyl group, octalogen atom and the like. These substituents may be further substituted.
好ましくは、 R1及び R2はそれぞれ相互に異なり、フヱニル基、炭素数 1〜2 0、 好ましくは 1〜 1 0、 さらに好ましくは 1〜5のアルキル基、 炭素数 1〜2 0、 好ましくは 1〜1 0、 さらに好ましくは 1〜 5のアルコキシ基若しくはカルボキ シル基で置換された又は無置換のアルキル基;炭素数 1〜2 0、 好ましくは 1〜 1 0、 さらに好ましくは 1〜 5のアルキル基、 炭素数 1〜 5のアルコキシ基、 ヒ ドロキシル基若しぐはハロゲンで置換された又は無置換のァリール基又はァラル キル基を表す。 好ましくは、 R1及び R2はそれぞれ相互に異なり、 置換された又は 無置換のアルキル基、 置換された又は無置換のァリール基を表す。 特に好ましく は、 R1及び R2はそれぞれ相互に異なり、 フエニル基で置換された又は無置換のァ ルキル基、 炭素数 1〜2 0、 好ましくは 1〜 1 0、 さらに好ましくは 1〜5のァ
ルキル基で置換された又は無置換のァリール基を表す。 R1及び R2の一方は、 好ま しくは炭素数 1〜 2のアルキル基、 さらに好ましくはメチル基であり、 もう一方 が、 フエニル基で置換されたアルキル基又は炭素数 1〜 5のアルキル基で置換さ れた又は無置換のァリール基である。 R3及び R4は独立に H又は炭素数 1〜 2 0、 好ましぐは 1〜1 0、 さらに好ましくは 1〜 5のアルキル基を表す。 ィ匕合物 I と しては、 例えば、 ァリールマロン酸エステル等のァリールカルボン酸エステルが 挙げられ、 具体的には、 2-メチル -2-フエニルマロン酸ジエステル、 特に 2-メチ ル- 2-フエニルマ口ン酸ジェチルエステル又は 2-メチル- 2-ベンジルマ口ン酸ジ エステル、 特に 2-メチル -2-ベンジルマロン酸ジェチルエステルが挙げられる。 最初の立体選択的加水分解反応により、以下の化学式 IIで表されるハーフエス テルが生成する。 Preferably, R 1 and R 2 are different from each other, and a phenyl group, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 alkyl groups, 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5 alkoxy or carboxy substituted or unsubstituted alkyl groups; 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms An alkyl group, an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, a hydroxyl group, or a halogen-substituted or unsubstituted aryl group or aralkyl group; Preferably, R 1 and R 2 are different from each other and each represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group. Particularly preferably, R 1 and R 2 are different from each other, and are substituted or unsubstituted alkyl groups substituted with a phenyl group, having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms. A It represents an aryl group substituted or unsubstituted with an alkyl group. One of R 1 and R 2 is preferably an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, more preferably a methyl group, and the other is an alkyl group substituted with a phenyl group or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. A substituted or unsubstituted aryl group. R 3 and R 4 independently represent H or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms. Examples of the compound I include aryl carboxylic acid esters such as allyl malonic acid ester, and specifically, 2-methyl-2-phenylmalonic acid diester, particularly 2-methyl-2-phenylmalonic acid ester. Mention may be made of oleic acid ethyl ester or 2-methyl-2-benzylmalonic acid diester, in particular 2-methyl-2-benzylmalonic acid diethyl ester. The first stereoselective hydrolysis reaction produces a half ester represented by the following chemical formula II.
化 9 R1 、 COOFT 9 R 1 , COOFT
ノ 、 No
又は R2 COOH 化学式 n 式中、 、 R2、 R3及び R4は上記化学式 Iで表される化合物と同じである。 Or R 2 COOH Chemical formula n In the formula, R 2 , R 3 and R 4 are the same as the compound represented by the chemical formula I.
本発明は、 化学式 IIで表されるハーフエステルを製造する方法をも包含する。 該ハーフエステルは、 医薬品や農薬の製造のための中間体として利用することが できる。 The present invention also includes a method for producing a half ester represented by Formula II. The half ester can be used as an intermediate for producing pharmaceuticals and agricultural chemicals.
上記反応により、 以下の化学式 IIIで表される光学活性なカルボン酸が生成す る。 By the above reaction, an optically active carboxylic acid represented by the following chemical formula III is generated.
化 1 0 1 0
/Cゝ / Cゝ
R2 COOH 化学式 in 式中 R1及び R2は、 上記化学式 Iで表される化合物と同じである。 原料である化 合物 I力 S、ァリールマロン酸エステル等ァリ一ルカルボン酸エステルである場合、
得られる化合物は α -ァリールプロヒ。オン酸等の α -ァリールアルカン酸であり、 化合物 I力 、 2 -メチル- 2-フエ-ルマロン酸ジエステル又は 2 -メチル _2 -べンジル マロン酸ジエステルである場合、 得られる化合物はそれぞれ、 2 -フエニルプロピ オン酸又は 2-ベンジルプロピオン酸である。 また、 本発明の方法で得られるその 他の α -ァリ一ルプロピオン酸の例として、光学活性なフルルビプロフェン、 イブ プロフェン、 ケトプロフェン、 ナプロキセン等が挙げられる。 R 2 COOH chemical formula in formula wherein R 1 and R 2 are the same as the compound represented by the chemical formula I above. The raw material compound I force S, aryl carboxylic acid ester such as aryl malonate, The resulting compound is α-arylpropyl. When it is an α-arylalkanoic acid such as on-acid, and is a compound I force, 2-methyl-2-phenolmalonic acid diester or 2-methyl_2-benzylmalonic acid diester, -Phenylpropionic acid or 2-benzylpropionic acid. Examples of other α-arylpropionic acid obtained by the method of the present invention include optically active flurbiprofen, ibuprofen, ketoprofen, naproxen and the like.
最初の加水分解反応で生成するハーフエステルの鏡像体過剰率は、 20ee (%) 以上、 好ましくは 80ee (%) 以上であり、 収率は、 50%以上、 好ましくは 90%以 上である。 The enantiomeric excess of the half ester produced in the first hydrolysis reaction is 20ee (%) or more, preferably 80ee (%) or more, and the yield is 50% or more, preferably 90% or more.
' 本発明において、 光学活性なカルボン酸とは、 一方の光学異性体が他方の光学 異性体より多く含有されることをいい、 最終的に得られるカルボン酸の鏡像体過 剰率は、 20ee (%) 以上、 好ましくは 80ee (%) 以上であり、 収率は、 20%以上、 好ましくは 50%以上である。 'In the present invention, the optically active carboxylic acid means that one optical isomer is contained more than the other optical isomer, and the enantiomeric excess of the carboxylic acid finally obtained is 20ee ( %) Or more, preferably 80ee (%) or more, and the yield is 20% or more, preferably 50% or more.
反応は、 0〜100°C、 好ましくは室温〜 80°C、 例えば、 25°C〜80°C、 さらに好ま しくは 50〜80°Cで行う。 上記化学式 Iの R1又は R2の種類によっては、 室温以下 の低い温度では、 ドミノ型反応が起こりにく く、 ハーフエステルを生成する反応 のみが進行する。 この場合、 好ましくは 50〜80°Cで行う。 The reaction is performed at 0 to 100 ° C, preferably at room temperature to 80 ° C, such as 25 ° C to 80 ° C, more preferably 50 to 80 ° C. Depending on the type of R 1 or R 2 in Formula I above, domino-type reactions are unlikely to occur at low temperatures below room temperature, and only reactions that produce half esters proceed. In this case, it is preferably carried out at 50 to 80 ° C.
反応時のエステラーゼ濃度、 基質濃度は基質の種類に応じて適宜決定すること ができるが、 例えば、 基質濃度 10mM、 酵素 500U、 反応液量 20mLの条件で行なえ ばよい。 ここで、 エステラーゼの単位の U (Unit)は、 pH8. 0、 25°Cにおいて、 1 / ¾1の _ニトロフエニルブタン酸エステルを加水分解し 1 // \1の _ニトロフエノ ールを 1分間に生成する酵素活性をいう。 反応時の pHは、 5 - 1 0 , 好ましくは 6〜9. 5である。 反応は、 緩衝液中で行なえばよい。. The esterase concentration and substrate concentration during the reaction can be determined as appropriate according to the type of substrate. For example, the substrate concentration may be 10 mM, the enzyme is 500 U, and the reaction volume is 20 mL. Here, the unit of esterase U (Unit) is 1 / ¾1 _nitrophenylbutanoate hydrolyzed at pH 8.0 and 25 ° C, 1 // \ 1 _nitrophenol for 1 minute Refers to the enzyme activity produced. The pH during the reaction is 5 to 10 and preferably 6 to 9.5. The reaction may be performed in a buffer solution. .
反応時間は、 :!〜 300時間である。 The reaction time is:! ~ 300 hours.
' 本発明の Sulfolobus tokodai i strain 7 由来エステラーゼ ST0071 等の 'Sulfolobus tokodai i strain 7-derived esterase ST0071 etc. of the present invention
Sulfolobus 属微生物由来エステラーゼを用いた反応で得られる光学活性力ルポ ン酸の絶対立体配置は、 C. J. Sih, J. Am. Chera. Soc. , 1975, 97, 4144に記載 のブタ肝臓エステラーゼ (PLE) とは逆になる。 従来は、 酵素反応により、 ブタ肝 臓エステラーゼ (PLE) とは逆の絶対立体配置を有するものは得られなかった。
また、 Sulfolobus tokodai i strain 7由来エステラーゼ ST0071 を、 不溶性担 体に固定化して用いてもよい。 Sulfolobus tokodai i strain 7由来エステラーゼ ST0071は、 好熱好酸性であり、 熱や酸に対して安定である。 従って、 繰り返し利 用することができる。 The absolute configuration of optically active ruponic acid obtained by reaction using esterase derived from Sulfolobus genus microorganism is the porcine liver esterase (PLE) described in CJ Sih, J. Am. Chera. Soc., 1975, 97, 4144. The opposite is true. Conventionally, no enzyme having an absolute configuration opposite to that of porcine liver esterase (PLE) has been obtained by enzymatic reaction. Further, Sulfolobus tokodaii strain 7-derived esterase ST0071 may be used by immobilizing it on an insoluble carrier. Sulfolobus tokodai i strain 7-derived esterase ST0071 is thermoacidophilic and stable to heat and acid. Therefore, it can be used repeatedly.
Sulfolobus tokodai i strain 7由来エステラーゼ ST0071等の Sulfolobus属微 生物由来エステラーゼを用いることにより、 上記化学式 1で表される化合物を原 料として、 抗炎症剤等の医薬品や農薬の中間原料となる化学式 2で表される光学 活性なカルボン酸を 1段階で短時間で生成することができる。 By using esterase derived from Sulfolobus genus microorganisms such as Sulfolobus tokodai i strain 7 derived esterase ST0071, the compound represented by the above chemical formula 1 is used as a raw material, and the chemical formula 2 is used as an intermediate material for drugs such as anti-inflammatory agents and agricultural chemicals. The optically active carboxylic acid represented can be produced in one step in a short time.
本発明は、 Sulfolobus tokodai i strain 7 由来エステラーゼ ST0071 等の Sulfolobus属微生物由来エステラーゼを有効成分として含む、ェナンチォ選択性 をもったドミノ型反応を触媒する、 原料基質であるジカルボン酸エステルから 1 段階で光学活性カルボン酸を生成する、 光学活性カルボン酸製造用触媒組成物を 包含する。 The present invention is a one-step optical process from a dicarboxylic acid ester as a raw material substrate that catalyzes a domino-type reaction with enantioselectivity, which contains an esterase derived from a genus Sulfolobus such as esterase ST0071 derived from Sulfolobus tokodai i strain 7 as an active ingredient. The catalyst composition for optically active carboxylic acid production which produces | generates active carboxylic acid is included.
本発明を以下の実施例によって具体的に説明するが、 本発明はこれらの実施例 によって限定されるものではない。 The present invention will be specifically described by the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
実施例 1 エステラーゼ ST0071の粗酵素液を用いた光学活性カルボン酸の製造 本実施例で用いたエステラーゼ ST0071は以下の方法で簡易精製し、粗酵素液と して用いた。 Example 1 Production of Optically Active Carboxylic Acid Using Esterase ST0071 Crude Enzyme Solution Esterase ST0071 used in this example was simply purified by the following method and used as a crude enzyme solution.
(a) E. col i BL21 Star (DE3)をプラスミ ド pETstEstで形質転換し、 10 ml の LB 培地 (50 i g/ral アンピシリンを含む) 中、 37°Cで一昼夜培養した。 それを 1000 mlの LB培地に植え継ぎ、 さらに 30°Cで 5時間培養した。 酵素の発現誘導のため 0. 1 mMとなるように IPTGを加え、 さらに 3時間培養した。 (a) E. coli BL21 Star (DE3) was transformed with plasmid pETstEst and cultured overnight at 37 ° C in 10 ml of LB medium (containing 50 ig / ral ampicillin). It was transferred to 1000 ml of LB medium and further cultured at 30 ° C for 5 hours. To induce enzyme expression, IPTG was added to a concentration of 0.1 mM, and the cells were further cultured for 3 hours.
(b) 培養液を遠心した(8500 rpm, 10 rain, 4°C)。 (b) The culture solution was centrifuged (8500 rpm, 10 rain, 4 ° C).
(c) 菌体を 100 mM Glycine- NaOH buffer (pH 9. 2) 50 mlに懸濁した。 (c) The cells were suspended in 50 ml of 100 mM Glycine-NaOH buffer (pH 9.2).
(d) 菌体を超音波破砕し(15 min, 0°C)、 遠心した(12000 rpm, 20 rain, 4°C)。 (d) The cells were sonicated (15 min, 0 ° C) and centrifuged (12000 rpm, 20 rain, 4 ° C).
(e) 上清を 60°Cで 25分間インキュベートし、遠心した(12000 rpm, 20 min, 4°C)。(e) The supernatant was incubated at 60 ° C for 25 minutes and centrifuged (12000 rpm, 20 min, 4 ° C).
(f) 上清を回収し、 粗酵素液を得た。 (f) The supernatant was collected to obtain a crude enzyme solution.
また、 本実施例において、 核磁気共鳴スペク トルの測定には日本電子 JE0L JNM In this example, JE0L JNM was used to measure the nuclear magnetic resonance spectrum.
EX-270 (270 MHz)フーリエ変換核磁気共鳴スぺク トル測定装置と日本電子 JE0L
JNM AL-300 (300 MHz) フーリエ変換核磁気共鳴スペク トル測定装置を用いた。 赤 外線吸収スぺク トルの測定には日本分光 JASCO FT/IR-410を用いた。 高速液体ク 口マトグラフィ一は、センシユー科学 SSC-3461を用いた。分析用シリカゲル薄層 クロマトグラフィ一(TLC)には MERCK1. 05715.を用いた。分取用シリ力ゲル薄層ク ロマトグラフィー(pTLC)には MERCK1. 05744.を用いた。 EX-270 (270 MHz) Fourier transform nuclear magnetic resonance spectrum measuring instrument and JEOL A JNM AL-300 (300 MHz) Fourier transform nuclear magnetic resonance spectrum measuring device was used. JASCO JASCO FT / IR-410 was used to measure the infrared absorption spectrum. Sensyu Science SSC-3461 was used for high-speed liquid chromatography. MERCK 1.005715 was used for analytical silica gel thin layer chromatography (TLC). MERCK1.05744. Was used for preparative Siri-Force gel thin layer chromatography (pTLC).
また、 本実施例において、 以下の方法で酵素反応と生成物の分析を行った。 50 mLナスフラスコに基質濃度が 10 mM となるよう基質と粗酵素液を加え、 室 温または 60°Cで 1〜10 日間撹拌させ、反応を行った。 2M塩酸を加え反応を終了さ せた後、 セライ ト濾過をし、 定法により酢酸ェチルで抽出をした。 減圧下溶媒を 留去し、 残留物を分取用薄層カラムクロマトグラフィー(へキサン / 酢酸ェチル I 酢酸 =2 / 1 / 0. 1)により精製し、 生成物を得た。 In this example, enzyme reaction and product analysis were performed by the following method. The substrate and the crude enzyme solution were added to a 50 mL eggplant flask so that the substrate concentration was 10 mM, and the reaction was carried out by stirring at room temperature or 60 ° C for 1 to 10 days. After 2M hydrochloric acid was added to complete the reaction, the mixture was filtered through celite and extracted with ethyl acetate according to a conventional method. The solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified by preparative thin-layer column chromatography (hexane / ethyl acetate I acetic acid = 2/1 / 0.1) to obtain the product.
生成物は核磁気共鳴スぺク トル及び赤外線吸収スぺク トルによって決定した。 生成物の核磁気共鳴スぺク トル及び赤外線吸収スぺク トルは以下のとおりであ つた。 The product was determined by nuclear magnetic resonance spectrum and infrared absorption spectrum. The nuclear magnetic resonance spectrum and infrared absorption spectrum of the product were as follows.
(S) -Monoethyl 2- methyl_2- phenyl- malonate (o) (S) -Monoethyl 2-methyl_2-phenyl-malonate (o)
NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 1. 26 (3H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 90 (3H, s) , 4. 26 (2H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 24-7. 38 (5H, m) NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 1.26 (3H, t, J = 6.0 Hz), 1.90 (3H, s), 4.26 (2H, q, J = 6. 0 Hz), 7. 24-7. 38 (5H, m)
IR (NaCl) vmax: 3063, 2989, 2641, 1955, 1711, 1600, 1585, 1498, 1447, 1379, 1251, 1117, 1074, 1029, 1017, 930, 857, 727, 698 cnf1 IR (NaCl) v max : 3063, 2989, 2641, 1955, 1711, 1600, 1585, 1498, 1447, 1379, 1251, 1117, 1074, 1029, 1017, 930, 857, 727, 698 cnf 1
(S) -2-Phenyl-propionate (7) (S) -2-Phenyl-propionate (7)
'H-NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 1. 52 (3H, d, J=6. 0 Hz) , 3. 75 (1H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 24-7. 38 (5H, ra) 'H-NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 1.52 (3H, d, J = 6.0 Hz), 3.75 (1H, q, J = 6.0 Hz), 7. 24-7. 38 (5H, ra)
IR (NaCl) vmax : 3030, 2982, 2938, 2728, 2634, 1949, 1877, 1706, 1601, 1585, 1497, 1454, 1413, 1378, 1262, 1232, 1185, 1064, 1030, 937, 861, 727, 698 cm—1 (S) -Monoethyl 2 - ethyl - 2 - phenyl-mlonate (12) IR (NaCl) v max : 3030, 2982, 2938, 2728, 2634, 1949, 1877, 1706, 1601, 1585, 1497, 1454, 1413, 1378, 1262, 1232, 1185, 1064, 1030, 937, 861, 727 , 698 cm— 1 (S) -Monoethyl 2-ethyl-2-phenyl-mlonate (12)
'H-NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 0. 98 (3H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 25 (3H, t, J=6. 0'H-NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 0.98 (3H, t, J = 6.0 Hz), 1.25 (3H, t, J = 6.0
Hz) , 2. 45 (2H, qq, J=6. 0 Hz) , 4. 28 (2H, qq, J=6. 0 Hz) , 7. 24—7. 38 (5H, ra)Hz), 2.45 (2H, qq, J = 6.0 Hz), 4.28 (2H, qq, J = 6.0 Hz), 7.24—7.38 (5H, ra)
IR (NaCl) vmax: 3063, 3030, 2981, 2939, 2645, 1953, 1710, 1601, 1498, 1447,IR (NaCl) v max : 3063, 3030, 2981, 2939, 2645, 1953, 1710, 1601, 1498, 1447,
1408, 1234, 1128, 1095, 1024, 935, 857, 723, 698 cm—1
(R) -Monoethyl 2 - methyl 2_benzyl- malonate (13) 1408, 1234, 1128, 1095, 1024, 935, 857, 723, 698 cm— 1 (R) -Monoethyl 2-methyl 2_benzyl-malonate (13)
'H-NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 1. 28 (3H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 47 (3H, s) , 3. 25 (2H, s) , 4. 23 (2H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 12-7. 27 (5H, ra) 'H-NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 1. 28 (3H, t, J = 6.0 Hz), 1. 47 (3H, s), 3. 25 (2H, s), 4. 23 (2H, q, J = 6.0 Hz), 7. 12-7. 27 (5H, ra)
IR (KBr) voax : 3031, 2986, 2939, 1712, 1605, 1496, 1455, 1379, 1215, 1113, 1020,IR (KBr) v oax : 3031, 2986, 2939, 1712, 1605, 1496, 1455, 1379, 1215, 1113, 1020,
936, 861, 738, 701, 666 cm—1 936, 861, 738, 701, 666 cm— 1
2- (p-Nitro- phenyl) -propionate (14) 2- (p-Nitro-phenyl) -propionate (14)
:H-NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 1. 58 (3H, d, J=6. 0 Hz) , 3. 89 (1H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 49-8. 22 (4H, m) : H-NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 1. 58 (3H, d, J = 6.0 Hz), 3. 89 (1H, q, J = 6.0 Hz), 7. 49-8. 22 (4H, m)
Monoethyl 2 - (p - methyl- phenyl) -malonate (15) Monoethyl 2-(p-methyl-phenyl) -malonate (15)
'H-NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 1. 28 (3H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 89 (3H, s), 2. 34 (3H, s), 4. 28 (2H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 15-7. 27 (4H, m) 'H-NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 1.28 (3H, t, J = 6.0 Hz), 1.89 (3H, s), 2.34 (3H, s), 4. 28 (2H, q, J = 6.0 Hz), 7. 15-7. 27 (4H, m)
IR (NaCl) vmax: 2987, 2639, 1712, 1557, 1514, 1459, 1377, 1249, 1098, 1069, 1020, 857, 744, 722, 666 cm—1 IR (NaCl) v max : 2987, 2639, 1712, 1557, 1514, 1459, 1377, 1249, 1098, 1069, 1020, 857, 744, 722, 666 cm— 1
さらに、 鏡像体過剰率は高速液体クロマトグラフィーによって決定した。 ここ に、 各化合物の R体と S体のリテンションタイムとその時の条件を示す。 検出は Monoethyl 2- ethyト 2- phenyト mlonate (12)のみ 214 nm、 他はすべて 254 nraで行 つた。 Furthermore, the enantiomeric excess was determined by high performance liquid chromatography. Here, the retention times and the conditions of each compound for the R-form and S-form are shown. Detection was carried out at 214 nm only for monoethyl 2-ethyto 2-phenyto mlonate (12) and 254 nra for all others.
高速液体クロマトグラフィ一における分離データは以下のとおりであった。 Monoethyl 2 - methyl- 2- phenyl- malonate (6) Separation data in the high performance liquid chromatography was as follows. Monoethyl 2-methyl- 2-phenyl- malonate (6)
カラム : CHIRALCEL 0D- H (ダイセル化学) Column: CHIRALCEL 0D-H (Daicel Chemical)
展開系 :へキサン/ィソプロパノール/トリフルォロ酢酸 =98 / 2 / 0. 5% 流速: 0. 5 ml/min R体: 34. 7 min, S体: 30. 8 min Development system: hexane / isopropanol / trifluoroacetic acid = 98/2 / 0.5% flow rate: 0.5 ml / min R form: 34.7 min, S form: 30.8 min
2-Phenyl-propionate w) 2-Phenyl-propionate w)
カラム : CHIRALCEL 0D- H (ダイセル化学) Column: CHIRALCEL 0D-H (Daicel Chemical)
展開系 :へキサン/ィソプロパノール/トリフルォロ酢酸 =93 I 7 I 1. 5% 流速: 0. 3 ml/rain R体: 19. 1 rain, S体: 20. 6 min Development system: hexane / isopropanol / trifluoroacetic acid = 93 I 7 I 1.5% Flow rate: 0.3 ml / rain R-form: 19.1 rain, S-form: 20. 6 min
Monoethyl 2 - ethyl-2_phenyl-mlonate (12) Monoethyl 2-ethyl-2_phenyl-mlonate (12)
カラム : CHIRALCEL 0D (ダイセル化学) Column: CHIRALCEL 0D (Daicel Chemical)
展開系 :へキサン/ィソプロパノール/トリフルォロ酢酸 =99 / 1 / 0. 1%
流速: 0. 4 ml/min R体: 109 min, S体: 92. 6 min Development system: hexane / isopropanol / trifluoroacetic acid = 99/1 / 0.1% Flow rate: 0.4 ml / min R body: 109 min, S body: 92.6 min
Monoethyl 2 - methyl_2- benzyl-malonate (13) Monoethyl 2-methyl_2- benzyl-malonate (13)
カラム : CHIRALCEL OJ-H (ダイセル化学) Column: CHIRALCEL OJ-H (Daicel Chemical)
展開系 :へキサン/ィソプロパノール/トリフルォロ酢酸 =98 / 2 / 1. 0% 流速: 1. 0 ml/min R体: 18. 2 min, S体: 13. 0 rain Development system: hexane / isopropanol / trifluoroacetic acid = 98/2 / 1.0% Flow rate: 1.0 ml / min R-form: 18.2 min, S-form: 13. 0 rain
2- -Nitro-phenyl) -propionate (14) 2- -Nitro-phenyl) -propionate (14)
カラム : CHIRALCEL AD-RH (ダイセル化学) Column: CHIRALCEL AD-RH (Daicel Chemical)
展開系 :水/ァセトニトリノレ/リン酸 = 5 / 1 / 0. 1% Deployment system: water / acetonitrinole / phosphoric acid = 5/1 / 0.1%
流速: 0. 5 ml/min 70. 6 min, 83. 5 min Flow rate: 0.5 ml / min 70. 6 min, 83.5 min
プロキラルかつ立体障害が大きく加水分解されにくい化合物として 2-メチル 2-Methyl as a prochiral and highly sterically hindered compound that is difficult to hydrolyze
-2-フエ二ノレマロン酸ジェチルエステル(以下の化学式中の 5の化合物)を選択し、 本酵素がドミノ型反応を触媒するかどうか検討した。 そして、 種々な温度にて加 水分解生成物(以下の化学式中の 6の化合物)やドミノ型反応による生成物(以下 の化学式中の 7の化合物)が得られるかどうか検討した。 -2-Phenenolemalonic acid jetyl ester (5 compounds in the following chemical formula) was selected to examine whether this enzyme catalyzes a domino-type reaction. Then, we examined whether hydrolysis products (6 compounds in the following chemical formula) and products by domino-type reaction (7 compounds in the following chemical formula) can be obtained at various temperatures.
化 1 1 1 1
化学式 1 また本酵素の基質特異性の検討に用いた化合物は、 図 3に示す通りである。 1 . 化合物の合成 The compounds used to examine the substrate specificity of this enzyme are shown in Figure 3. 1. Synthesis of compounds
( 1 ) 基質の合成 (1) Substrate synthesis
酵素反応の基質として用いた 2-メチル -2-フエニルマロン酸ジェチルエステル (5)、 2-ェチル -2-フエニルマロン酸ジェチルエステル(8)、 2-メチル -2-ベンジル マロン酸ジェチルエステル(9)、 2 -メチル- 2 -(ρ-二ト口フエ二ノレ)マロン酸ジェチ ルエステル(10)および 2-メチル- 2- (ρ -メチルフエ二ノレ)マロン酸ジェチルエステ ル(11)は、 化学式 2〜 6に示す方法で合成した。
化 1 2
2-Methyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (5), 2-ethyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (8), 2-methyl-2-benzylmalonic acid jetyl ester (8) 9), 2-Methyl-2- (ρ-Nittofenenole) malonic acid ethyl ester (10) and 2-methyl-2- (ρ-methylphenyleno) malonic acid jetyl ester (11) It was synthesized by the method shown in 2-6. 1 2
化学式 2 メチル -2-フエニルマロン酸ジェチルエステルの合成 Chemical formula 2 Synthesis of methyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester
化学式 3 ェチル -2-フエニルマロン酸ジェチルエステルの合成 化 1 4
Chemical formula 3 Synthesis of ethyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester 1 4
化学式 4 2-メチル -2·ベンジルマロン酸ジェチルエステルの合成 化 1 5
Chemical formula 4 Synthesis of 2-methyl-2 · benzylmalonic acid jetyl ester 1 5
化学式 5 2-メチル ·2-(ρ-二トロフエニル)マロン酸ジェチルエステルの合成 化 1 6
Chemical formula 5 Synthesis of 2-methyl-2- (ρ-nitrophenyl) malonic acid jetyl ester 1 6
化学式 6 2-メチル -2-(p-メチルフェュル)マ口ン酸ジェチルエステルの合成 Chemical formula 6 Synthesis of 2-methyl-2- (p-methylfur) maciatic acid ethyl ester
2-メチル _2_フエニルマロン酸ジェチルエステル(5)はナトリゥムェトキシドを 塩基として用い、 2-フエ二/レマロン酸ジェチルエステルをよぅ化メチルによって メチル化することにより合成した(化学式 2 )。2-ェチル -2-フエニルマロン酸ジェ チルエステル(8)および 2-メチル -2-ベンジノレマロン酸ジェチルエステル(9)は、 水素化ナトリゥムを塩基として用い、 2-置換マロン酸ジェチルエステルをよう化 アルキルによってアルキル化することにより合成した(化学式 3及び 4 )。 2-メチ ノレ- 2- (p-二ト口フエニル)マロン酸ジェチルエステル(10)は、メチルマロン酸ジェ チルエステルを、水素化ナトリゥムを塩基とし P-二トロクロロベンゼンを用いて ァリール化することにより合成した(化学式 5 )。 2-メチル -2- (P-メチルフヱニル) マロン酸ジェチルエステル(11)は、 2- (p-メチルフエニル)プロピオン酸をエステ ル化し、 リチウムジイソプロピルァミン (LDA) を塩基としてクロ口ギ酸ェチルを 用いてェトキシカルボニル化することにより合成した(化学式 6 )。 2-Methyl_2_phenylmalonic acid jetyl ester (5) was synthesized by methylation of 2-phenyl-2-remalonic acid jetyl ester with methyl fluoride using sodium methoxide as the base (Formula 2) . 2-Ethyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (8) and 2-methyl-2-benzenolemalonic acid jetyl ester (9) use sodium hydride as a base and use 2-substituted malonic acid jetyl ester as a base. Synthesized by alkylation with alkyl (chemical formulas 3 and 4). 2-Methyleno-2- (p-diphenyl) malonic acid jetyl ester (10) is obtained by arylating methylmalonic acid ethyl ester with sodium hydride as base and P-nitrochlorobenzene. (Chemical formula 5). 2-Methyl-2- (P-methylphenyl) malonic acid ethyl ester (11) is obtained by esterifying 2- (p-methylphenyl) propionic acid, and using lithium diisopropylamine (LDA) as the base, And was synthesized by ethoxycarbonylation (Chemical Formula 6).
具体的な合成方法は以下のとおりであった。 The specific synthesis method was as follows.
(i) Diethyl 2- methyト 2-phenyト malonate (5)の合成 (i) Synthesis of Diethyl 2-methy-to 2-pheny-to malonate (5)
ナトリゥムェトキシド(0. 817 g, 12 讓 ol) I 無水エタノール(8 ml)にフエニル マロン酸ジェチルエステル(2. 36 g, 10 mraol) / 無水エタノール(10 ml)を滴下し た。 滴下終了後、 0°Cで 30分間攪拌した。 次に、 よう化メチル(0. 934 mL、 15讓 ol) を加え、 温度を室温(約 22°C)へと自然昇温させ、 さらに 3時間撹拌した。 2 M塩 酸を加えて酸性にした後、 定法により抽出し、 シリカゲルカラムクロマトグラフ ィー(へキサン I 酢酸ェチル =7 I 1)で精製して目的物(1. 89 g, 76%)を無色液体 として得た。
]H-NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 1. 25 (6H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 86 (3H, s), 4. 22 (4H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 25-7. 38 (5H, m) Sodium methoxide (0.817 g, 12 讓 ol) I Phenylmalonic acid jetyl ester (2.36 g, 10 mraol) / absolute ethanol (10 ml) was added dropwise to absolute ethanol (8 ml). After completion of dropping, the mixture was stirred at 0 ° C for 30 minutes. Next, methyl iodide (0.934 mL, 15 ol) was added, the temperature was allowed to rise naturally to room temperature (about 22 ° C), and the mixture was further stirred for 3 hours. 2 M Hydrochloric acid was added to make it acidic, followed by extraction using a conventional method, and purification by silica gel column chromatography (hexane I ethyl acetate = 7 I 1) to obtain the desired product (1.89 g, 76%). Obtained as a colorless liquid. ] H-NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 1.25 (6H, t, J = 6.0 Hz), 1.86 (3H, s), 4.22 (4H, q, J = 6.0 Hz), 7. 25-7. 38 (5H, m)
(i i) Diethyl 2_ethyト 2 - phenyト malonate (8)の合成 (i i) Synthesis of Diethyl 2_ethy and 2-pheny malonate (8)
水素化ナトリゥム(0. 365 g、 15. 2 mmol)に無水へキサン 10 mLにて計 3回洗浄 した。 へキサンを取り除き無水エタノール 10 mLを加え、 温度を 0°Cに保ちなが ら、 フヱニルマロン酸ジェチルエステル(3. 02 g、 12. 7 mmol)の無水エタノール溶 液(5 mL)を加えた。 30 分間攪拌した後、 よう化工チル(3. 10 g、 19. 1 匪 ol)の無 水エタノール溶液(5 mL)を加え室温で一昼夜攪拌した。 2 M 塩酸を加えて酸性に した後、定法により抽出し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン / 酢 酸ェチル =30 I 1)で精製して目的物(1. 22 g、 19%)を無色液体として得た。 Sodium hydride (0.365 g, 15.2 mmol) was washed 3 times with 10 mL of anhydrous hexane. Hexane was removed and 10 mL of absolute ethanol was added. While maintaining the temperature at 0 ° C, a solution of phenylmalonic acid jetyl ester (3.02 g, 12.7 mmol) in absolute ethanol (5 mL) was added. . After stirring for 30 minutes, an aqueous ethanol solution (5 mL) of Yohka chill (3.10 g, 19.1 olol) was added and stirred overnight at room temperature. Add 2 M hydrochloric acid to acidify, extract by a conventional method, and purify by silica gel column chromatography (hexane / ethyl acetate = 30 I 1) to obtain the desired product (1.22 g, 19%) as a colorless liquid. Got as.
Ή-NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 0. 88 (3H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 24 (6H, t, J=6. 0 Hz) , 2. 35 (2H, q, J=6. 0 Hz) , 4. 17 (4H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 25-7. 41 (5H, ra) IR (NaCl) vmax : 3062, 3030, 2981, 2939, 1732, 1602, 1497, 1447, 1239, 1027, 859, 744, 727, 698, 666 cm—1 Ή-NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 0.88 (3H, t, J = 6.0 Hz), 1. 24 (6H, t, J = 6.0 Hz), 2. 35 (2H, q, J = 6.0 Hz), 4. 17 (4H, q, J = 6.0 Hz), 7. 25-7. 41 (5H, ra) IR (NaCl) v max : 3062, 3030, 2981, 2939, 1732, 1602, 1497, 1447, 1239, 1027, 859, 744, 727, 698, 666 cm— 1
(i i i) Diethyl 2_methyl_2_benzyl_malonate (9)の合成 (i i i) Synthesis of Diethyl 2_methyl_2_benzyl_malonate (9)
水素化ナトリゥム(0. 575 g、 14. 4 mraol)に無水へキサン 10 mLにて計 3回洗浄 した。 へキサンを取り除き THF15 mLを加え、 温度を 0 °Cに保ちながら、 ベンジ ルマロン酸ジェチルエステル(3. 00 g、 12. 0 匪 ol)の THF溶液(10 mL)を加えた。 30分間攪拌した後、 よう化メチル(2. 04 g、 14. 4 匪 ol)の THF溶液(10 mL)を加え 80°Cで 6時間加熱還流した。 2 M塩酸を加えて酸性にした後、定法により抽出し、 シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン I 酢酸ェチル =5 / 1)で精製して 目的物(2. 54 g、 80%)を無色液体として得た。 Sodium hydride (0.575 g, 14.4 mraol) was washed 3 times with 10 mL of anhydrous hexane. Hexane was removed, 15 mL of THF was added, and a THF solution (10 mL) of benzylmalonic acid jetyl ester (3.00 g, 12.0 olol) was added while maintaining the temperature at 0 ° C. After stirring for 30 minutes, a THF solution (10 mL) of methyl iodide (2.04 g, 14.4 ol) was added, and the mixture was heated to reflux at 80 ° C. for 6 hours. Add 2 M hydrochloric acid to acidify, extract by a conventional method, and purify by silica gel column chromatography (hexane I ethyl acetate = 5/1) to obtain the desired product (2.54 g, 80%) as a colorless liquid. Obtained.
!H-NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 1. 25 (6H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 33 (3H, s) , 3. 22 (2H, s), 4. 19 (4H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 11—7. 26 (5H, m) ! H-NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 1.25 (6H, t, J = 6.0 Hz), 1.33 (3H, s), 3.22 (2H, s), 4. 19 (4H, q, J = 6.0 Hz), 7.11—7.26 (5H, m)
IR (NaCl) vmax : 3086, 3063, 3030, 2983, 2938, 1956, 1882, 1733, 1605, 1496, 1454, 1241, 1108, 1023, 862, 787, 743, 702, 666 cm—1 IR (NaCl) v max : 3086, 3063, 3030, 2983, 2938, 1956, 1882, 1733, 1605, 1496, 1454, 1241, 1108, 1023, 862, 787, 743, 702, 666 cm— 1
(iv) Diethyl 2- methyl_2- (p - nitro- phenyl) - malonate (lO)の合成 (iv) Synthesis of Diethyl 2-methyl_2- (p-nitro-phenyl)-malonate (lO)
水素化ナトリゥム(1. 12 g、 28. 1 瞧 ol)に無水へキサン 10 mLにて計 3回洗浄し た。 へキサンを取り除き DMFlO mLを加え、 温度を 0°Cに保ちながら、 メチルマロ
ン酸ジェチルエステル(3. 00 g、 18. 7 腿 ol)の DMF溶液(15 mL)を加えた。 30分間 攪拌した後、 p-ニトロクロ口ベンゼン(4. 43 g、 28. 1 mraol)の DMF溶液(15 raL)を 加え 100°Cで 4時間加熱還流した。 2 M塩酸を加えて酸性にした後、定法により抽 出し、 シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン I 酢酸ェチル =5 / 1)で精 製して目的物(2. 42 g、 44%)を無色液体として得た。 The solution was washed three times with sodium hydride (1.12 g, 28.1 ol) in 10 mL of anhydrous hexane. Remove hexane, add DMFlO mL, and maintain the temperature at 0 ° C. A DMF solution (15 mL) of acid jetyl ester (3.00 g, 18.7 thigh ol) was added. After stirring for 30 minutes, a DMF solution (15 raL) of p-nitrochlorobenzene (4.43 g, 28.1 mraol) was added and heated to reflux at 100 ° C for 4 hours. Add 2 M hydrochloric acid to acidify, extract by a conventional method, and purify by silica gel column chromatography (hexane I ethyl acetate = 5/1) to obtain the desired product (2.42 g, 44%) as a colorless liquid. Got as.
'H-NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 1. 26 (6H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 91 (3H, s) , 4. 25 (4H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 55—8. 21 (4H, m) 'H-NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 1.26 (6H, t, J = 6.0 Hz), 1.91 (3H, s), 4.25 (4H, q, J = 6.0 Hz), 7.55—8.21 (4H, m)
IR (NaCl) vmax : 3084, 2985, 2941, 2907, 2874, 1930, 1736, 1606, 1524, 1497, 1350, 1258, 1107, 925, 857, 752, 736, 665 cm—1 IR (NaCl) v max : 3084, 2985, 2941, 2907, 2874, 1930, 1736, 1606, 1524, 1497, 1350, 1258, 1107, 925, 857, 752, 736, 665 cm— 1
(v) Ethyl 2 - (p - methyl- phenyl) propionateの合成 (v) Synthesis of Ethyl 2-(p-methyl-phenyl) propionate
2 -(p-メチルフエニル)プロピオン酸(5. 00 g、 30. 5 mmol)に p-トルエンスルホ ン酸一水和物(90 mg)とエタノール(50 mL)を加え、 90°Cで一昼夜加熱還流した。 減圧下エタノールを留去し、 飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加えて、 定法によ り抽出した。 残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン / 酢酸ェ チル =2 I 1)で精製し、 目的物(5. 60 g、 96%)を無色液体として得た。 Add 2- (p-methylphenyl) propionic acid (5.00 g, 30.5 mmol) to p-toluenesulfonic acid monohydrate (90 mg) and ethanol (50 mL) and heat at 90 ° C overnight. Refluxed. Ethanol was distilled off under reduced pressure, saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution was added, and the mixture was extracted by a conventional method. The residue was purified by silica gel column chromatography (hexane / ethyl acetate = 2I1) to obtain the desired product (5.60 g, 96%) as a colorless liquid.
-腿 (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 1. 20 (3H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 47 (3H, d, J=6. 0 Hz) , 2. 33 (3H, s) , 3. 67 (1H, q, J=6. 0 Hz) , 4. 19 (2H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 11—7. 26 (5H, m) -Thigh (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 1. 20 (3H, t, J = 6.0 Hz), 1. 47 (3H, d, J = 6.0 Hz), 2. 33 ( 3H, s), 3.67 (1H, q, J = 6.0 Hz), 4.19 (2H, q, J = 6.0 Hz), 7.11-7.26 (5H, m)
IR (NaCl) vmax : 3094, 2980, 2936, 2875, 1901, 1732, 1617, 1514, 1453, 1374, 1330 1202, 1173, 1071, 1025, 860, 821, 783, 726, 665 cm"1 IR (NaCl) v max : 3094, 2980, 2936, 2875, 1901, 1732, 1617, 1514, 1453, 1374, 1330 1202, 1173, 1071, 1025, 860, 821, 783, 726, 665 cm " 1
(vi) Diethyl 2- methyl_2_ (p- methyl- phenyl) malonate (l l)の合成 (vi) Synthesis of Diethyl 2-methyl_2_ (p-methyl-phenyl) malonate (l l)
ジイソプロピルァミン (0. 795 g、 7. 80 mmol) の THF溶液(5 ml) に 1. 58M n-BuLi へキサン溶液 (4. 61 ml、 7. 28 mmol) を加えて 0°Cで 30分間攪拌した。 温度を 0°C に保ちながら 2- (p-メチルフエニル)プロピオン酸ェチルエステル(1. 0 g、 5. 20 mmol)の THF溶液(10 mL)を加えて 30分攪拌した。 その後、 反応系の温度を 0°Cか ら- 78°Cに冷却し、 クロロギ酸ェチル (0. 677 g、 6. 24 mmol) の THF溶液 (5 mL) を加えた。 30分間撹拌させた後、 反応系の温度を室温に昇温させ、 さらに一昼夜 撹拌させた。 2 M塩酸を加えて酸性にした後、 定法により抽出し、 シリカゲル力 ラムクロマトグラフィー(へキサン I 酢酸ェチル =9 / 1)で精製して目的物(0. 391
g、 28%)を無色液体として得た。 To a solution of diisopropylamine (0.795 g, 7.80 mmol) in THF (5 ml) was added 1.58M n-BuLi hexane solution (4.61 ml, 7.28 mmol) at 0 ° C for 30 minutes. Stir for minutes. While maintaining the temperature at 0 ° C, a THF solution (10 mL) of 2- (p-methylphenyl) propionic acid ethyl ester (1.0 g, 5.20 mmol) was added and stirred for 30 minutes. Thereafter, the temperature of the reaction system was cooled from 0 ° C. to −78 ° C., and a THF solution (5 mL) of ethyl chloroformate (0.677 g, 6.24 mmol) was added. After stirring for 30 minutes, the temperature of the reaction system was raised to room temperature and further stirred overnight. After adding 2 M hydrochloric acid to acidify, extract by a conventional method, purify by silica gel chromatography (hexane I ethyl acetate = 9/1) and purify the desired product (0.391). g, 28%) as a colorless liquid.
Ή-NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 1. 25 (6H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 85 (3H, s) , 2. 33 (3H, s), 4. 22 (4H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 13—7. 26 (5H, m) NMR-NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 1. 25 (6H, t, J = 6.0 Hz), 1. 85 (3H, s), 2. 33 (3H, s), 4 22 (4H, q, J = 6.0 Hz), 7. 13—7.26 (5H, m)
IR (NaCl) vmax: 2983, 2939, 1730, 1617, 1515, 1463, 1375, 1253, 1105, 1070, 1021, 921, 861, 763, 742, 688, 666 cm"1 IR (NaCl) v max : 2983, 2939, 1730, 1617, 1515, 1463, 1375, 1253, 1105, 1070, 1021, 921, 861, 763, 742, 688, 666 cm " 1
( 2 ) 生成物の合成 (2) Product synthesis
高速液体クロマトグラフィ一の保持時間を知るために、 酵素反応の生成物であ るハーフエステルを合成した(図 4及び化学式 7 )。 In order to know the retention time of high-performance liquid chromatography, a half ester, which is a product of the enzyme reaction, was synthesized (Fig. 4 and chemical formula 7).
化 1 7 1 7
化学式 7 2-(P-ニトロフエニル)プロピオン酸の合成 図 4より 2-メチル -2-フエニルマロン酸モノェチルエステル(6)、 2-ェチル -2- フエニルマロン酸モノェチルエステル(12)、2-メチル- 2-ベンジルマロン酸モノエ チルエステル(13)および 2-メチル _2- (p-メチルフエニル)マロン酸モノエチルェ ステル(15)は、 水酸化カリウムを用いて、 片方のエステルのみ加水分解させて合 成した。 同様の方法で、 ニトロ化合物(10)を加水分解したところ、 ハーフエステ ルは得られず脱炭酸反応も進行した 2- (P-二トロフエニル)プロピオン酸(14)が 得られた。 Chemical formula 7 Synthesis of 2- ( P -nitrophenyl) propionic acid From Fig. 4, 2-methyl-2-phenylmalonic acid monoethyl ester (6), 2-ethyl-2-phenylmalonic acid monoethyl ester (12), 2- Methyl-2-benzylmalonic acid monoethyl ester (13) and 2-methyl_2- (p-methylphenyl) malonic acid monoethyl ester (15) were synthesized by hydrolyzing only one of the esters using potassium hydroxide. . When the nitro compound (10) was hydrolyzed in the same manner, 2- (P-nitrophenyl) propionic acid (14) was obtained in which half ester was not obtained and decarboxylation proceeded.
また、 基質 5の高温における反応の生成物 2-フエニルプロピオン酸(7)の分析 には、 市販されているものを用いた。 In addition, a commercially available product was used for analysis of the product 2-phenylpropionic acid (7) of the reaction of substrate 5 at a high temperature.
ハーフエステルの具体的な合成方法は以下のとおりであった。 The specific method for synthesizing the half ester was as follows.
u) Monoethyl■ 2 - methyl - 2 - phenyl- malonate (6)の合成 u) Synthesis of Monoethyl 2 -methyl-2-phenyl-malonate (6)
2 -メチノレ- 2-フエ二ノレマロン酸ジェチノレエステル(1. 81 g、 10. 9 mmol) のェタノ —ル溶液(6 mUに水酸化カリゥム(0. 609 g、 7. 23 mmol)水溶液(6 mL)を加え、 室 温で攪拌した。 6 時間後、 塩酸と水酸化ナトリウム水溶液を用いて中性に合わせ た後、 減圧下溶媒を留去し、 残留物と等量の水を加えた。 その後、 ジェチルエー
テルを用いて水層を抽出し、 塩酸で塩基性にした。 さらにジェチルエーテルを用 いて抽出し、 飽和食塩水で有機層を洗浄した。 無水硫酸ナトリウムにて乾燥した 後減圧下溶媒を留去し、 シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン / 酢酸 ェチル =5 I 1)で精製して目的物(0. 250 g、 11%)を無色液体として得た。 Ethanol solution of 2-methinole-2-phenenolemalonic acid jetinolester (1.81 g, 10.9 mmol) (6 mU in aqueous potassium hydroxide (0.609 g, 7.23 mmol) ( After 6 hours, the mixture was neutralized with hydrochloric acid and aqueous sodium hydroxide solution, and the solvent was evaporated under reduced pressure, and the residue was added with an equal amount of water. After that The aqueous layer was extracted using tellurium and basified with hydrochloric acid. Furthermore, extraction was performed using jetyl ether, and the organic layer was washed with saturated brine. After drying over anhydrous sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (hexane / ethyl acetate = 5 I 1) to give the desired product (0.250 g, 11%) as a colorless liquid. Obtained.
醒 (300 MHz, CDC13) δ (ppra) : 1. 25 (3H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 90 (3H, s) , 4. 25 (2H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 24—7. 38 (5H, m) Awakening (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppra): 1.25 (3H, t, J = 6.0 Hz), 1.90 (3H, s), 4.25 (2H, q, J = 6. 0 Hz), 7. 24—7. 38 (5H, m)
IR (NaCl) vmax: 3063, 2989, 2647, 1954, 1710, 1601, 1585, 1498, 1447, 1379, 1251, 1074, 1029, 1017, 930, 857, 751, 698 era—1 IR (NaCl) v max : 3063, 2989, 2647, 1954, 1710, 1601, 1585, 1498, 1447, 1379, 1251, 1074, 1029, 1017, 930, 857, 751, 698 era— 1
(i i) Monoethyl 2- ethyl - 2 - phenyト mlonate (12)の合成 (i i) Synthesis of Monoethyl 2-ethyl-2-phenyto mlonate (12)
2-ェチル -2-フエニルマロン酸ジェチルエステル(0. 500 g、 1. 89 mmol) のエタ ノール溶液(3 mL)に水酸化カリゥム(0. 159 g、 2. 83 mmol)水溶液(3 mL)を加え、 室温で攪拌した。 6 時間後、 塩酸と水酸化ナトリウム水溶液を用いて中性に合わ せた後、 減圧下溶媒を留去し、 残留物と等量の水を加えた。 その後、 ジェチルェ 一テルを用いて水層を抽出し、 塩酸で塩基性にした。 さらにジェチルエーテルを 用いて抽出し、 飽和食塩水で有機層を洗浄した。 無水硫酸ナトリウムにて乾燥し た後減圧下溶媒を留去し、 シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン / 酢 酸ェチル =5 I 1)で精製して目的物(0. 102 g、 23%)を無色液体として得た。 2-Ethyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (0. 500 g, 1. 89 mmol) in ethanol (3 mL) was added to potassium hydroxide (0.159 g, 2.83 mmol) in water (3 mL). And stirred at room temperature. After 6 hours, the mixture was neutralized with hydrochloric acid and aqueous sodium hydroxide solution, the solvent was distilled off under reduced pressure, and water equivalent to the residue was added. After that, the aqueous layer was extracted using JETLE TERTEL and made basic with hydrochloric acid. Furthermore, extraction was performed using jetyl ether, and the organic layer was washed with saturated brine. After drying over anhydrous sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure and the residue was purified by silica gel column chromatography (hexane / ethyl acetate = 5 I 1) to give the desired product (0.102 g, 23%) as colorless. Obtained as a liquid.
¾— NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 0. 98 (3H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 25 (3H, t, J=6. 0¾—NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 0.98 (3H, t, J = 6.0 Hz), 1.25 (3H, t, J = 6.0
Hz) , 2. 45 (2H, qq, J=6. 0 Hz) , 4. 28 (2H, qq, J=6. 0 Hz) , 7. 24-7. 38 (5H, m)Hz), 2.45 (2H, qq, J = 6.0 Hz), 4.28 (2H, qq, J = 6.0 Hz), 7. 24-7.38 (5H, m)
IR (NaCl) vmax: 2981, 2636, 1955, 1877, 1708, 1601, 1584, 1498, 1447, 1388,IR (NaCl) v max : 2981, 2636, 1955, 1877, 1708, 1601, 1584, 1498, 1447, 1388,
1232, 1127, 1095, 1024, 857, 760, 727, 698 cm"1 1232, 1127, 1095, 1024, 857, 760, 727, 698 cm " 1
( 1 1 1 ) Monoethyl 2 - methyl - 2 - benzyl-malonate (13)の合成 Synthesis of (1 1 1) Monoethyl 2-methyl-2-benzyl-malonate (13)
2_メチル -2-ベンジルマロン酸ジェチルエステル(1· 00 g、 3. 78 匪 ol)のェタノ ール溶液(3 mUに水酸化力リゥム(0. 323 g、 5. 76 mmol)水溶液(3 mL)を加え、 室 温で攪拌した。 3 時間後、 塩酸と水酸化ナトリウム水溶液を用いて中性に合わせ た後、 減圧下溶媒を留去し、 残留物と等量の水を加えた。 その後、 ジェチルエー テルを用いて水層を抽出し、 塩酸で塩基性にした。 さらにジェチルエーテルを用 いて抽出し、 飽和食塩水で有機層を洗浄した。 無水硫酸ナトリウムにて乾燥した 後減圧下溶媒を留去し、 シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン / 酢酸
ェチル =1 I 1)で精製して目的物(0. 409 g、 46%)を無色液体として得たEthanol solution of 2_methyl-2-benzylmalonic acid jetyl ester (1.00 g, 3.78 匪 ol) (3 mU in aqueous solution of hydroxylated lithium (0.323 g, 5.76 mmol) ( After 3 hours, the mixture was neutralized using hydrochloric acid and aqueous sodium hydroxide solution, and the solvent was evaporated under reduced pressure, and the residue was added with an equal amount of water. Thereafter, the aqueous layer was extracted with jetyl ether, made basic with hydrochloric acid, extracted with jetyl ether, and the organic layer was washed with saturated brine, dried over anhydrous sodium sulfate, and then decompressed. The bottom solvent was distilled off and silica gel column chromatography (hexane / acetic acid Ethyl = 1 I 1) to obtain the desired product (0.409 g, 46%) as a colorless liquid
'H-NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 1. 28 (3H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 47 (3H, s) , 3. 25'H-NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 1. 28 (3H, t, J = 6.0 Hz), 1. 47 (3H, s), 3. 25
(2H, s) , 4. 23 (2H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 12-7. 27 (5H, m) (2H, s), 4.23 (2H, q, J = 6.0 Hz), 7.12-7.27 (5H, m)
IR (NaCl) vmax : 3076, 2991, 1936, 1707, 1598, 1518, 1458, 1382, 1346, 1220, 1092, 925, 855, 754, 741, 698, 666 cm"1 IR (NaCl) v max : 3076, 2991, 1936, 1707, 1598, 1518, 1458, 1382, 1346, 1220, 1092, 925, 855, 754, 741, 698, 666 cm " 1
(iv) 2- (p-Nitro-phenyl) -propionate (14)の合成 (iv) Synthesis of 2- (p-Nitro-phenyl) -propionate (14)
2-メチル- 2- (p-二ト口フエニル)マロン酸ジェチルエステル(1. 00 g、3. 39 ramol) のエタノール溶液(3 mL)に水酸化カリゥム(0. 299 g、 5. 33 匪 ol)水溶液(3 mL)を 加え、 室温で攪拌した。 8 時間後、 塩酸と水酸化ナトリウム水溶液を用いて中性 に合わせた後、 減圧下溶媒を留去し、 残留物と等量の水を加えた。 その後、 ジェ チルエーテルを用いて水層を抽出し、 塩酸で塩基性にした。 さらにジェチルェ一 テルを用いて抽出し、 飽和食塩水で有機層を洗浄した。 無水硫酸ナトリウムにて 乾燥した後減圧下溶媒を留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(へキサン I 酢酸ェチル =1 I 1)で精製して目的物(0. 146 g、 22%)を無色液体として得た。 2-Methyl-2- (p-diphenyl) malonic acid ethyl ester (1.00 g, 3.39 ramol) in ethanol (3 mL) was added to potassium hydroxide (0.399 g, 5.33). (Ol) Aqueous solution (3 mL) was added, and the mixture was stirred at room temperature. After 8 hours, the mixture was neutralized with hydrochloric acid and aqueous sodium hydroxide solution, the solvent was distilled off under reduced pressure, and water equivalent to the residue was added. Thereafter, the aqueous layer was extracted with diethyl ether and made basic with hydrochloric acid. Further, extraction was performed using Jetillertel, and the organic layer was washed with saturated saline. After drying over anhydrous sodium sulfate, the solvent was removed under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (hexane I ethyl acetate = 1 I 1) to give the desired product (0.146 g, 22%) as a colorless liquid. Obtained.
腿 (300 MHz, CDCI3) δ (ppm) : 1. 58 (3H, d, J=6. 0 Hz) , 3. 89 (1H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 49-8. 22 (4H, m) Thigh (300 MHz, CDCI3) δ (ppm): 1. 58 (3H, d, J = 6.0 Hz), 3. 89 (1H, q, J = 6.0 Hz), 7. 49-8. 22 (4H, m)
(v) Monoethyl 2_ (p_methyl- phenyl) - malonate (15)の合成 (v) Synthesis of Monoethyl 2_ (p_methyl-phenyl)-malonate (15)
2-メチル- 2- (p-メチルフエニル)マロン酸ジェチノレエステル(320 mg、l. 21 ramol) のエタノール溶液(2 mL)に水酸化力リゥム(102 mg、 1. 82 mmol)水溶液(3 mL)を加 え、 室温で攪拌した。 6 時間後、 塩酸と水酸化ナトリウム水溶液を用いて中性に 合わせた後、 減圧下溶媒を留去し、 残留物と等量の水を加えた。 その後、 ジェチ ルエーテルを用いて水層を抽出し、 塩酸で塩基性にした。 さらにジェチルエーテ ルを用いて抽出し、 飽和食塩水で有機層を洗浄した。 無水硫酸ナトリウムにて乾 燥した後減圧下溶媒を留去し、分取用薄層カラムクロマトグラフィー(へキサン I 酢酸ェチル I 酢酸 = 2 I 1 I 0. 1)で精製して目的物(88. 9 mg、 31 %)を無色液体 として得た。 2-Methyl-2- (p-methylphenyl) malonic acid jetinolester (320 mg, l. 21 ramol) in ethanol (2 mL) was added to a hydroxylated aqueous solution (102 mg, 1.82 mmol) in water (3 mL) was added and stirred at room temperature. After 6 hours, the mixture was neutralized using hydrochloric acid and aqueous sodium hydroxide solution, the solvent was distilled off under reduced pressure, and water equivalent to the residue was added. Thereafter, the aqueous layer was extracted with diethyl ether and made basic with hydrochloric acid. Further, extraction was performed using jetyl ether, and the organic layer was washed with saturated saline. After drying over anhydrous sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified by preparative thin-layer column chromatography (hexane I ethyl acetate I acetic acid = 2 I 1 I 0.1) to obtain the desired product (88 9 mg, 31%) was obtained as a colorless liquid.
•H-NMR (300 MHz, CDC13) δ (ppm) : 1. 27 (3H, t, J=6. 0 Hz) , 1. 89 (3H, s), 2. 34 (3H, s) , 4. 27 (2H, q, J=6. 0 Hz) , 7. 15-7. 27 (4H, m) • H-NMR (300 MHz, CDC1 3 ) δ (ppm): 1. 27 (3H, t, J = 6.0 Hz), 1. 89 (3H, s), 2. 34 (3H, s), 4. 27 (2H, q, J = 6.0 Hz), 7. 15-7. 27 (4H, m)
( 3 ) 酵素反応の手順
まず酵素溶液は、 ST0071をコードする遺伝子を含むプラスミ ドで形質転換され た大腸菌を大量培養し、 菌体を 100 mM Glycine- NaOH buffer pH 9. 2に懸濁した 後、 超音波破砕および熱処理後の上清を用いた。 そして酵素溶液 20 mLに濃度が 10 raM となるように基質を加え、 撹拌した。 反応の進行は薄層クロマトグラフィ 一で確認した。 基質が全て消失したことが確認できたら、 反応溶液に 2M HC1を加 え酸性にし、 生成物を定法により抽出した。 分取用薄層クロマトグラフィ一によ り精製し、 得られた生成物を 1 H-NMRおよび IRで同定した(図 5 )。 (3) Enzyme reaction procedure First, as an enzyme solution, E. coli transformed with a plasmid containing the gene encoding ST0071 was mass-cultured, and the cells were suspended in 100 mM Glycine-NaOH buffer pH 9.2, followed by ultrasonic disruption and heat treatment. The supernatant was used. Then, the substrate was added to 20 mL of the enzyme solution so as to have a concentration of 10 raM and stirred. The progress of the reaction was confirmed by thin layer chromatography. When it was confirmed that all the substrate had disappeared, the reaction solution was acidified by adding 2M HC1, and the product was extracted by a conventional method. The product was purified by preparative thin-layer chromatography and the resulting product was identified by 1 H-NMR and IR (FIG. 5).
( 4 ) 生成物の絶対立体配置の決定方法 (4) Method for determining the absolute configuration of the product
生成物であるハーフエステルの光学活性体は市販されておらず、 また高速液体 クロマトグラフィ一の保持時間および旋光度の文献値も知られていない。しかし、 図 6に示したブタ肝臓エステラーゼ(PLE)による反応が報告されている(C. J. Sih, J. Am. Chem. Soc. , 1975, 97, 4144; J. Boutelje, S. Gatenbeck, P. Szmul ik, Tetrahedron, 1985, 41, 1347-1352; J. Boutel je, S. Gatenbeck, P. Szmul ik, Bioorganic Chem., 1986, 14, 176-186; E. J. Toone, J. B. Jone, Tetrahedron Asymmetry, 1991, 2, 1041-1052; B. Klotz-Berendes, S. Koti la, Tetrahedron Asymmetry, 1997, 8, 1821-1823; B. Kossmann, 0. May, H. Groger, SYNLETT, 2005, 11, 1746-1748)。 The optically active form of the half ester product is not commercially available, and the literature values for retention time and optical rotation of high performance liquid chromatography are not known. However, the reaction with porcine liver esterase (PLE) shown in Fig. 6 has been reported (CJ Sih, J. Am. Chem. Soc., 1975, 97, 4144; J. Boutelje, S. Gatenbeck, P. Szmul). ik, Tetrahedron, 1985, 41, 1347-1352; J. Boutel je, S. Gatenbeck, P. Szmul ik, Bioorganic Chem., 1986, 14, 176-186; EJ Toone, JB Jone, Tetrahedron Asymmetry, 1991, 2 , 1041-1052; B. Klotz-Berendes, S. Koti la, Tetrahedron Asymmetry, 1997, 8, 1821-1823; B. Kossmann, 0. May, H. Groger, SYNLETT, 2005, 11, 1746-1748).
そこで PLEによる反応の生成物と本酵素による反応の生成物を、 高速液体ク口 マトグラフィ一で比較することにより絶対立体配置を決定した。 Therefore, the absolute configuration was determined by comparing the product of the reaction with PLE and the product of the reaction with this enzyme using high-speed liquid chromatography.
2 . 結果および考察 2. Results and discussion
( 1 ) ドミノ型反応の検討 (1) Study of domino-type reaction
エステラーゼ ST0071 がドミノ型反応を触媒するかどうかということを調べる ために、 まず 2-メチル -2-フエニルマロン酸ジェチルエステル(5)を基質として、 酵素反応を行った。 このとき、 反応温度を室温および 60°Cで検討した。 In order to investigate whether esterase ST0071 catalyzes a domino-type reaction, an enzymatic reaction was first carried out using 2-methyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (5) as a substrate. At this time, the reaction temperature was examined at room temperature and 60 ° C.
薄層クロマトグラフィーの分析の結果、 両温度の反応溶液で、 基質 5とは異な る Rf値のスポットを確認でき、両温度において加水分解反応が進行していること が確認できた。 また 60°Cにおける反応では、 時間が経つと加水分解生成物と推測 されるスポッ トが 1つから 2つへと増加した。 つまり何らかの多段階反応が進行 し、 新たな生成物が生成していることが分かった。
そこで、 基質 5が全て反応し終わることを薄層クロマトグラフィーで確認した あと生成物を抽出およぴ精製し、得られた生成物を ¾ - NMRおよび IRで同定した。 分析の結果、 室温における反応の生成物は 2_メチル -2-フヱニルマロン酸モノ ェチルエステル(6)であることが分かった。 つまり、 2-メチル- 2-フエニルマロン 酸ジェチルエステル(5)のジエステル部分のうち片方のエステルのみが加水分解 されていることが分かった(ィ匕学式 8 )。 As a result of thin layer chromatography analysis, spots with Rf values different from those of Substrate 5 were confirmed in the reaction solution at both temperatures, and it was confirmed that the hydrolysis reaction proceeded at both temperatures. In the reaction at 60 ° C, the number of spots estimated to be hydrolysis products increased from one to two over time. In other words, it was found that some kind of multi-step reaction progressed and a new product was generated. Therefore, after confirming that all of the substrate 5 had reacted by thin layer chromatography, the product was extracted and purified, and the resulting product was identified by ¾-NMR and IR. As a result of analysis, it was found that the product of the reaction at room temperature was 2_methyl-2-phenylmalonic acid monoethyl ester (6). In other words, it was found that only one of the diester moieties of 2-methyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (5) was hydrolyzed (see Formula 8).
化 1 8 1 8
Yield; 96 % 化学式 8 室温における反応結果 一方 60°Cにおける反応の生成物は、 2-メチル -2-フエニルマロン酸モノェチル エステル(6)と 2 -フエニルプロピオン酸(7)であることが分かった。つまり 60°Cに おける反応では、 まず加水分解反応が起こり化合物 6を生成した後、 脱炭酸反応 が起こり化合物 7を生成したと考えられる(化学式 9 )。 Yield: 96% Formula 8 Results at room temperature On the other hand, the products of the reaction at 60 ° C were found to be 2-methyl-2-phenylmalonic acid monoethyl ester (6) and 2-phenylpropionic acid (7) . In other words, in the reaction at 60 ° C, it is considered that the hydrolysis reaction first occurred to produce compound 6, followed by the decarboxylation reaction to produce compound 7 (Chemical formula 9).
化 1 9 1 9
Yield; 27 % Yield; 56 % 化学式 9 60ΐにおける反応結果 化学式 9及び 1 0より、 室温条件では、 60°Cの条件時より反応時間が長いにも 関わらず、 化合物 7の生成は検出されなかった。 これは、 化合物 6から化合物 7 への脱炭酸反応に、 室温では超えることのできない活性化エネルギーを要するこ
とが分かる。 Yield; 27% Yield; 56% Chemical formula 9 Reaction results at 60 ΐ From chemical formulas 9 and 10, formation of compound 7 was not detected at room temperature conditions, even though the reaction time was longer than at 60 ° C . This requires activation energy that cannot be exceeded at room temperature for the decarboxylation reaction from compound 6 to compound 7. I understand.
また 60°Cの反応において、化合物 7の収率が化合物 6のそれより高いことから、 反応時間を長くすれば、 全て化合物 7に変換されることが推測される。 In addition, since the yield of compound 7 is higher than that of compound 6 in the reaction at 60 ° C, it can be inferred that if the reaction time is lengthened, it is all converted to compound 7.
以上より本酵素は、 2-メチル -2-フエニルマロン酸ジェチルエステル(5)を加水 分解することができるとともに、 高温条件ではドミノ型反応を触媒することが分 かった。 From the above, it was found that this enzyme can hydrolyze 2-methyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (5) and catalyze a domino-type reaction under high temperature conditions.
( 2 ) ドミノ型反応における生成物の詳細な分析 (2) Detailed analysis of products in domino-type reactions
酵素反応に用いた 2-メチル -2-フエニルマロン酸ジェチルエステル(5)はプロ キラルであり、生成した 2 -メチル- 2-フエニルマロン酸モノェチルエステル(6)及 び 2-フエニルプロピオン酸(7)は不斉炭素をもつ。 したがって、 これらの反応が 酵素の活性部位内で起これば、 生成物は光学活性体であることが期待できる。 生成物 6の絶対立体配置は、 高速液体クロマトグラフィー(HPLC)の保持時間が 既知では無く、また旋光度の文献値も無いため決定するこどができない。そこで、 ブタ肝臓エステラーゼ(PLE)による生成物の絶対立体配置と比較し、 決定した。 The 2-methyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (5) used in the enzymatic reaction is prochiral and the resulting 2-methyl-2-phenylmalonic acid monoethyl ester (6) and 2-phenylpropionic acid (7) has an asymmetric carbon. Therefore, if these reactions occur within the active site of the enzyme, the product can be expected to be an optically active form. The absolute configuration of product 6 cannot be determined because the retention time of high performance liquid chromatography (HPLC) is not known and there is no literature value of optical rotation. Therefore, it was determined by comparing the absolute configuration of the product with porcine liver esterase (PLE).
HPLCで分析した結果、 ST0071による生成物 6と PLEによる生成物 6の各ピーク が重ならなかったため(図 7 )、 両酵素による生成物 6は絶対立体配置が異なるこ とが分かった。 したがって PLEによって R体の生成物 6が得られることが既知で あるので (B. Klotz-Berendes, S. Kotila, Tetrahedron Asymmetry, 1997, 8, 1821-1823)、 ST0071による生成物 6は S体と決定できた。 また、 2-フエニルプロ ピオン酸(7)の絶対配置は、 HPLCの保持時間が既知であるので、 HPLCによって決 定した。 As a result of analysis by HPLC, the peaks of the product 6 of ST0071 and the product 6 of PLE did not overlap (Fig. 7), and it was found that the product 6 of both enzymes had different absolute configurations. Therefore, it is known that the product 6 of R form can be obtained by PLE (B. Klotz-Berendes, S. Kotila, Tetrahedron Asymmetry, 1997, 8, 1821-1823). I was able to decide. The absolute configuration of 2-phenylpropionic acid (7) was determined by HPLC since the retention time of HPLC was known.
以上より HPLCを用いて ST0071による各生成物の絶対配置および鏡像体過剰率 を分析した(表 1 )。 From the above, the absolute configuration and enantiomeric excess of each product by ST0071 were analyzed using HPLC (Table 1).
表 1
HPLCによる生成物の分析結果 table 1 Results of product analysis by HPLC
Product temp ratljre Yield (%) ee (%) Confi9uration Product temp ratljre Yield (%) ee ( %) Confi 9 uration
表 1より両温度における生成物 6は、 96-99 %eeという高い鏡像体過剰率をも ち S体であることが分かった。 さらに、 60°Cの反応におけるもう一方の生成物 7 も S体の光学活性体であることが分かった。 このように光学活性な 2つの生成物 が得られたことから、 この反応には酵素が関与していることを確認できた。 Table 1 shows that the product 6 at both temperatures is S-isomer with a high enantiomeric excess of 96-99% ee. Furthermore, the other product 7 in the reaction at 60 ° C was also found to be an optically active form of S form. Since two optically active products were obtained in this way, it was confirmed that enzymes were involved in this reaction.
以上の結果および考察より 2 -メチル- 2-フエニルマロン酸モノェチルエステル (6)から 2-フヱニルプロピオン酸(7)への反応経路を予測した (化学式 1 0 )。 Based on the above results and discussion, the reaction route from 2-methyl-2-phenylmalonic acid monoethyl ester (6) to 2-phenylpropionic acid (7) was predicted (Chemical Formula 10).
化 2 0 2 0
化学式 1 0 60でにおける反応経路の予測
化学式 1 0より予測する 1つ目の経路は、脱炭酸反応が起こり 2-フヱニルプロ ピオン酸ェチルエステル(16)が生成し、 さらにエステルの加水分解反応が起こる というものである。 2つ目は、先にエステルの加水分解反応が起こり 2-メチル -2- フエニルマロン酸(17)が生成し、 脱炭酸反応が起こるというものである。 この 2 つの予測経路の中間体(16, 17)の検出はされていない。 しかし本酵素が AMDase 活性を持たないことから、 中間体 16を経由する経路ではないかと推定している。 これらの反応経路は、 各中間体 16、 17を用いて酵素反応を行い、 反応の進行を検 討することで決定できる。 Prediction of reaction pathway in formula 1 0 60 The first route predicted from Chemical Formula 10 is that decarboxylation occurs, 2-phenylpropionic acid ethyl ester (16) is formed, and further ester hydrolysis occurs. The second is that ester hydrolysis takes place first, 2-methyl-2-phenylmalonic acid (17) is produced, and decarboxylation takes place. The intermediates (16, 17) of these two predicted pathways have not been detected. However, since this enzyme does not have AMDase activity, it is presumed that it is a pathway via intermediate 16. These reaction pathways can be determined by conducting an enzymatic reaction using each of the intermediates 16 and 17 and examining the progress of the reaction.
どちらの経路でも脱炭酸反応した後ェノール中間体となるため、 このときに活 性部位にてェナンチォ面選択的にプロ トンを供与された場合、光学活性な 2-フエ ニルプロピオン酸(7)を生成すると考える (化学式 1 1 )。 In either route, the decarboxylation reaction leads to an enol intermediate, so if proton is donated enantioselectively at the active site at this time, the optically active 2-phenylpropionic acid (7) is added. (Formula 1 1)
化 2 1 2 1
化学式 1 1 脱炭酸反応時の面選択的プロトン供与 以上の結果より 60°Cにおいてェナンチォ選択性をもった新規ドミノ型反応の 構築に成功した。 さらに室温においても高い鏡像体過剰率で S体のハーフエステ ル(6)を生成できた。 Chemical formula 11 1 Surface-selective proton donation during decarboxylation reaction Based on the above results, we succeeded in the construction of a new domino-type reaction with enantioselectivity at 60 ° C. Furthermore, S-form half-ester (6) was produced with a high enantiomeric excess even at room temperature.
そこで本酵素の基質特異性を検討し、 他の基質でもドミノ型反応が進行するか 検討することとした。 Therefore, the substrate specificity of this enzyme was examined, and it was decided whether the domino-type reaction would proceed with other substrates.
( 3 ) 基質特異性の検討 (3) Examination of substrate specificity
前項までに本酵素がプロキラルかつ立体障害が大きい 2-メチル -2-フエエルマ ロン酸ジェチルエステル(5)を強く認識することが分かったので、図 3に示す基質 By the previous section, it was found that this enzyme strongly recognizes 2-methyl-2-ferromalonic acid jetyl ester (5), which is prochiral and has large steric hindrance.
8〜11を酵素反応に用いた。 このとき反応温度は室温で検討を行った。
薄層クロマトグラフィーを用いて反応の進行を確認しながら、 各基質が全て反 応し終わった時点で反応を止め、 生成物を抽出および精製をした。 得られた生成 物は、 - NMR、 IRおよび HPLC を用いて分析した(表 2 )。 また絶対立体配置は前 項と同様に PLEによる生成物と比較して決定した。 8-11 were used for the enzyme reaction. At this time, the reaction temperature was examined at room temperature. While confirming the progress of the reaction using thin layer chromatography, the reaction was stopped when all the substrates had reacted, and the product was extracted and purified. The resulting product was analyzed using -NMR, IR and HPLC (Table 2). The absolute configuration was determined by comparison with the product by PLE as in the previous section.
表 2 各生成物の分析結果 Table 2 Analysis results of each product
Reaction time Yield ee Reaction time Yield ee
Substrate Product ( hour ) (%) (%) Substrate Product (hour) (%) (%)
(基質濃度; 10 mM、 反応温度;室温、 酵素 unit数 =500 U) (Substrate concentration: 10 mM, reaction temperature: room temperature, number of enzyme units = 500 U)
*未検討 表 2より全ての基質に対して反応の進行を確認することができ、 高収率で生成 物を得ることができた。 * Unconfirmed From Table 2, the progress of the reaction was confirmed for all substrates, and the product was obtained in high yield.
( 4 ) 各基質における反応経路の推測
表 2より各生成物は、基質 10に対する反応を除き、全てハーフエステルである ことが分かった。 つまり基質 5、 8、 9、 11を用いた場合、 基質のジエステルのう ち片方のエステルのみ加水分解される反応が進行していた(図 8 )。 (4) Estimation of reaction pathways for each substrate Table 2 shows that each product is a half ester except for the reaction to substrate 10. In other words, when substrates 5, 8, 9, and 11 were used, a reaction in which only one of the substrate diesters was hydrolyzed proceeded (Fig. 8).
一方、 基質 10 に対する反応の生成物は、 ハーフエステルでは無くカルボン酸 14であった。そこで TLCによって反応を追ってみると次の結果が得られた(図 9 )。 図 9より基質 10が全て反応し終えた時点 (144時間後) では、 生成物はカルボ ン酸 14のみであつたが、 反応開始から 12時間後のときには、 TLC分析で 2ハー フェステル 18を確認することが出来た。よって化学式 1 2の反応経路が推測でき た。 On the other hand, the product of the reaction to substrate 10 was carboxylic acid 14 instead of half ester. The following results were obtained by following the reaction with TLC (Fig. 9). From Fig. 9, when all of the substrate 10 has been reacted (144 hours later), the product was only carboxylic acid 14. However, 12 hours after the start of the reaction, TLC analysis confirmed 2 Hafster 18 I was able to do it. Therefore, the reaction route of Chemical Formula 12 could be estimated.
化 2 2 2 2
化学式 1 2 基質 10における反応経路 つまり、基質 10を用いた場合、室温条件で加水分解反応および脱炭酸反応のド ミノ型反応に成功した。 Chemical reaction 1 2 Reaction pathway in substrate 10 In other words, when substrate 10 was used, the domino-type reaction of hydrolysis and decarboxylation was successful at room temperature.
しかし基質 5を用いた場合、 熱をかけないと脱炭酸反応は進行しなかった。 基 質 10に対してのみ、室温条件でドミノ型反応が起こったことは、二トロ基の電子 効果によって説明ができる。 フエニル基の p位に付加している二トロ基は電子求 引性を有している。 この電子求引性により、基質 10のひ炭素とエステルの炭素間 の電子密度は低下する。 したがってハーフエステル 18は非常に脱炭酸しやすく、 すみやかに α位の C-C結合が切れカルボン酸 14を生成すると考える。 However, when substrate 5 was used, the decarboxylation reaction did not proceed unless heat was applied. The fact that domino-type reactions occurred only at substrate 10 at room temperature can be explained by the electronic effect of the ditro group. The ditro group attached to the p-position of the phenyl group has electron withdrawing properties. Due to this electron withdrawing property, the electron density between the carbon of the substrate 10 and the carbon of the ester decreases. Therefore, it is considered that half ester 18 is very easy to decarboxylate, and the CC bond at the α- position is quickly broken to produce carboxylic acid 14.
以上より、 熱をかけるのみではなく室温条件においても基質をたくみにデザィ ンすることによって、 ドミノ型反応を実現することに成功した。 From the above, we succeeded in realizing the domino-type reaction not only by applying heat but also by designing the substrate in a room temperature condition.
( 5 ) 各基質における反応性の推測 (5) Estimation of reactivity on each substrate
上記の結果より、 基質によって反応時間に大きな差が出ることが分かった。 こ の最大の要因もエステルのカルボニル炭素の電子密度によるものと考えられる。
カルボニル炭素の電子密度は、 アルキル基とァリール基の電子的な効果によって 変動する。 基質の基本骨格を図 1 0に示す。 置換基の電子効果は表 3に示すとお りである。 From the above results, it was found that the reaction time varies greatly depending on the substrate. The biggest cause of this is thought to be the electron density of the carbonyl carbon of the ester. The electron density of the carbonyl carbon varies depending on the electronic effects of the alkyl and aryl groups. The basic skeleton of the substrate is shown in FIG. The electronic effects of the substituents are shown in Table 3.
表 3 置換基の電子効果 Table 3 Electronic effects of substituents
これらの電子効果は図 1 1に示すように加水分解反応に影響すると考える。 図 1 1 (a)より、 電子供与性置換基はカルボニル炭素の電子密度を増大させる。 これによつて、 カルボニル炭素は酵素の触媒残基の求核攻撃を受けにく くなるた め、 反応速度が低下する。 それに対し、 電子求引性置換基の場合(図 1 1 (b) )、 力 ルポニル炭素は電子密度が低下し、 求核攻撃を受けやすくなる。 したがって反応 速度は上がる。 These electronic effects are thought to affect the hydrolysis reaction as shown in Fig. 11. From Fig. 11 (a), the electron-donating substituent increases the electron density of the carbonyl carbon. This makes the carbonyl carbon less susceptible to nucleophilic attack of the enzyme's catalytic residues, reducing the reaction rate. On the other hand, in the case of electron-withdrawing substituents (Fig. 11 (b)), strong sulfonyl carbon has a reduced electron density and is susceptible to nucleophilic attack. Therefore, the reaction speed increases.
2 -ェチル -2-フエニルマロン酸ジェチルエステル(8)および 2-メチル- 2-ベンジ ルマロン酸ジェチルエステノレ(9)は、 2-メチル -2-フエ二ノレマロン酸ジェチルエス テル(5)に比べて反応時間が長くなつた。 2-Ethyl-2-phenylmalonic acid jetyl ester (8) and 2-methyl-2-benzylmalonic acid jetylesterol (9) are compared to 2-methyl-2-phenylmalonate jetyl ester (5). The reaction time became longer.
図 1 2に構造を示す基質 8は、 基質 5のメチル基をェチル基に置換している。 このことから、 反応時間が長くなつた要因に、 アルキル基の電子供与性がメチル 基のときに比べて高くなつたことが挙げられる。 その他の要因として考えられる のは、 ェチル基の立体障害である。 ェチル基はメチル基より立体障害が大きいた め、 加水分解をより受けにく くなつたと推測される。 Substrate 8 whose structure is shown in Fig. 12 has the methyl group of Substrate 5 substituted with an ethyl group. This suggests that the reason for the longer reaction time is that the electron donating property of the alkyl group is higher than that of the methyl group. Another possible factor is the steric hindrance of the ethyl group. The ethyl group is more sterically hindered than the methyl group, so it is presumed that it was less susceptible to hydrolysis.
したがって反応時間の影響は、 ェチル基の高い電子供与性と立体障害が大きく なったことが要因であると示唆される。 Therefore, it is suggested that the influence of the reaction time is due to the high electron donating property and steric hindrance of the ethyl group.
図 1 3に構造を示す基質 9は、 基質 5のフヱニル基をべンジル基に置換してい る。 ベンジル基になることで、 フエニル基と α炭素の間にメチレン基が挿入され た。 これによつてカル^ニル炭素に対する影響は、 フエニル基よりも挿入された
メチレン基の電子供与性の方が大きくなる(図 1 3 )。 したがって、 この反応時間 もフエニル基の隣に挿入されたメチレン基の電子供与性が要因であると示唆され る。 Substrate 9 whose structure is shown in Fig. 13 has the phenyl group of Substrate 5 substituted with a benzyl group. By becoming a benzyl group, a methylene group was inserted between the phenyl group and the α carbon. This has an effect on the carbonyl carbon inserted more than the phenyl group. The electron donating property of the methylene group is larger (Fig. 13). Therefore, it is suggested that this reaction time is also caused by the electron donating property of the methylene group inserted next to the phenyl group.
次に 2-メチル- 2- (p-二ト口フエ-ル)マロン酸ジェチルエステル(10)について 考察する。基質 10は、基質 5のフエニル基の p位にニトロ基を付加した基質であ る。 ニトロ基およびフエ二ル基は電子求引性であるため、 この基質のカルボニル 炭素の電子密度はかなり低下する。 よって反応時間は短くなるはずである。 しか し、基質 5より反応時間が長くなった。 これは前述したように基質 10はドミノ型 反応であるため、 反応時間より加水分解の反応性を比較することはできない。 そ こで、 基質 5の 60°Cにおける反応と比較する。 Next, let us consider 2-methyl-2- (p-diphenyl) malonic acid jetyl ester (10). Substrate 10 is a substrate in which a nitro group is added to the p-position of the phenyl group of substrate 5. Since the nitro and phenyl groups are electron withdrawing, the electron density of the carbonyl carbon of this substrate is significantly reduced. Therefore, the reaction time should be shortened. However, the reaction time was longer than that of substrate 5. As described above, since the substrate 10 is a domino type reaction, the reactivity of hydrolysis cannot be compared based on the reaction time. Therefore, we compare it with the reaction of substrate 5 at 60 ° C.
反応時間は基質が全て反応し終えるまでの時間であることを注意する。 すると 化学式 1 3ではハーフエステル 6を得られたのに対して、 化学式 1 4ではハーフ エステル 18を得ることが出来なかった。 このことから脱炭酸反応では、 ニトロ基 の電子求引性によってノ、一フェステル 6より 18の方が反応性が高くなったと推 測できる。 Note that the reaction time is the time until all of the substrate has reacted. Then, half-ester 6 was obtained in Chemical Formula 1, while half ester 18 could not be obtained in Chemical Formula 1-4. From this, it can be inferred that in the decarboxylation reaction, the reactivity of 18 was higher than that of Ifest 6 due to the electron withdrawing property of the nitro group.
化 2 3 2 3
Yield; 27 % Yield; 56 % 化学式 1 3 基質 5を用いた 60 における反応結果 化 2 4
Yield; 27% Yield; 56% Chemical formula 1 3 Reaction results at 60 using substrate 5 2 4
Yield; 0 % 化学式 1 4 基質 10を用いた反応結果 最後に 2-メチル- 2- (p-メチルフエニル)マロン酸ジェチルエステル(11)につい て考察する。基質 11は、基質 5のフエニル基の p位にメチル基を付加した基質で ある。 この p位のメチル基は電子供与性であるため、 この基質のカルボニル炭素 の電子密度は基質 5より高くなる。 よって基質 8, 9のように反応時間が長くなる ことが予測されたが、 反応時間は短くなつた(化学式 1 5 )。 Yield: 0% Chemical formula 1 4 Reaction results using substrate 10 Finally, let us consider 2-methyl-2- (p-methylphenyl) malonic acid jetyl ester (11). Substrate 11 is a substrate in which a methyl group is added to the p-position of the phenyl group of substrate 5. This p-position methyl group is electron donating, so the electron density of carbonyl carbon of this substrate is higher than that of substrate 5. Therefore, it was predicted that the reaction time would be longer as with substrates 8 and 9, but the reaction time was shorter (Chemical Formula 15).
化 2 5 2 5
Yield; 77 % Yield; 77%
化学式 1 5 基質 11を用いた反応結果 以上より、 置換基の電子的な効果は加水分解反応の進行に大きく影響し、 その なかでも電子求引基は脱炭酸反応を進行させることが推測できた。 From the above, the electronic effects of the substituents greatly affected the progress of the hydrolysis reaction, and it was speculated that the electron-withdrawing group could promote the decarboxylation reaction. .
( 6 ) 各生成物の鏡像体過剰率および絶対立体配置 (6) Enantiomeric excess and absolute configuration of each product
表 4
各生成物の鏡像体過剰率と絶対立体配置 Table 4 Enantiomeric excess and absolute configuration of each product
(基質濃度; 10 mM 反応温度;室温、 酵素 unit数 =500 U) (Substrate concentration; 10 mM reaction temperature; room temperature, number of enzyme units = 500 U)
* 未検討 まず基質 8 の生成物である 2_ェチル -2-フエニルマロン酸モノェチルエステル * Unconsidered First, 2_ethyl-2-phenylmalonic acid monoethyl ester is the product of substrate 8
(12)について考察する。 表 4より鏡像体過剰率は 25 %eeと、 光学活性体ではある ものの低い値である。 それに対して生成物 6の鏡像体過剰率は 96 %eeと高いこと から、 前項で述べたようにアルキル基の立体障害の大きさが本酵素のェナンチォ 選択性に影響していると推測する。 また、 生成物 12 の絶対立体配置は生成物 6 と同じ S体であったことから、 アルキル基の立体障害の大きさは本酵素の立体選 択性には関係ないと考える。 Consider (12). From Table 4, the enantiomeric excess is 25% ee, which is a low value although it is an optically active substance. On the other hand, since the enantiomeric excess of product 6 is as high as 96% ee, it is speculated that the steric hindrance of the alkyl group affects the enantioselectivity of the enzyme as described in the previous section. In addition, since the absolute configuration of product 12 was the same S-form as product 6, the size of the steric hindrance of the alkyl group is not related to the stereoselectivity of the enzyme.
次に基質 9 の生成物である 2-メチル -2-ベンジルマロン酸ジェチルエステル
(13)について考察する。 この基質 9を用いた反応は、 基質 8を用いたときと同様 に反応時間が長かった。 しかし生成物 12とは異なり、 生成物 13の鏡像体過剰率 は 83 %eeと高い値である。 このことから、 ァリール基の立体障害の大きさはェナ ンチォ選択性に関係せず、 ゆつく りと反応が進むことで高い鏡像体過剰率の生成 物 13を得られたと推測できる。 また、 この絶対立体配置は R体であり、他の生成 物の絶対立体配置とは逆であった。 これは、 基質 9に対してのみが本酵素の立体 選択性が反転したと推測する。 Next, 2-methyl-2-benzylmalonic acid jetyl ester, the product of substrate 9 Consider (13). The reaction time using this substrate 9 was as long as that using substrate 8. However, unlike the product 12, the enantiomeric excess of the product 13 is as high as 83% ee. From this, it can be inferred that the steric hindrance of the aryl group is not related to the enantioselectivity, and that the product 13 with a high enantiomeric excess was obtained as the reaction proceeded slowly. In addition, this absolute configuration was R, which was the opposite of the absolute configuration of other products. This is presumed that the stereoselectivity of the enzyme was reversed only for substrate 9.
次に基質 10の生成物である 2- (p-二トロフエニル)プロピオン酸(14)について 考察する。 表 4より、 生成物 14の鏡像体過剰率は 2. 2 %eeとほぼラセミ体であつ た。 これに対して、基質 5の 60°Cの反応における生成物 2-フエニルプロピオン酸. (7)の鏡像体過剰率は 16 %eeと低いながらも光学活性体であった。 よって、 生成 物 14 を生成する脱炭酸反応は酵素によるものではなく電子効果による影響が強 いと考える。 Next, let us consider the product of substrate 10, 2- (p-nitrotropenyl) propionic acid (14). From Table 4, the enantiomeric excess of product 14 was 2.2% ee, almost a racemate. In contrast, the enantiomeric excess of the product 2-phenylpropionic acid (7) in the reaction of substrate 5 at 60 ° C was as low as 16% ee, but it was an optically active substance. Therefore, the decarboxylation reaction that produces product 14 is not due to the enzyme, but is strongly influenced by the electronic effect.
上記の検討において、基質 10の反応条件はアルカリ性で行っており、 これは脱 炭酸反応を促進させる条件である。 酸性条件下で反応を緩やかに進行させること で、 ニトロ基の電子効果 <基質に対する酵素の認識力となり、 鏡像体過剰率の上 昇が期待できる。 In the above examination, the reaction conditions for the substrate 10 are alkaline, which is a condition for promoting the decarboxylation reaction. By allowing the reaction to proceed slowly under acidic conditions, the electron effect of the nitro group <the enzyme's ability to recognize the substrate, and an increase in the enantiomeric excess can be expected.
ここで、本酵素による生成物と PLEによる生成物の絶対立体配置(C. J. Sih, J. Am. Chem. Soc. , 1975, 97, 4144 ; J. Boutelje, S. Gatenbeck, P. Szmul ik, Tetrahedron, 1985, 41, 1347-1352; J. Boutelje, S. Gatenbeck, P. Szmul ik, Bioorganic Chem. , 1986, 14, 176-186; E. J. Toone, J. B. Jone, Tetrahedron Asymmetry, 1991, 2, 1041-1052; B. Klotz-Berendes, S. Koti la, Tetrahedron Asymmetry, 1997, 8, 1821-1823; B. Kossraann, 0. May, H. Groger, SYNLETT, 2005, 11, 1746-1748) を比較する (表 5 )。 Here, the absolute configuration of the product of this enzyme and the product of PLE (CJ Sih, J. Am. Chem. Soc., 1975, 97, 4144; J. Boutelje, S. Gatenbeck, P. Szmul ik, Tetrahedron , 1985, 41, 1347-1352; J. Boutelje, S. Gatenbeck, P. Szmul ik, Bioorganic Chem., 1986, 14, 176-186; EJ Toone, JB Jone, Tetrahedron Asymmetry, 1991, 2, 1041-1052 B. Klotz-Berendes, S. Koti la, Tetrahedron Asymmetry, 1997, 8, 1821-1823; B. Kossraann, 0. May, H. Groger, SYNLETT, 2005, 11, 1746-1748) (Table) Five ).
表 5
ST0071と PLEによる生成物の絶対立体配置 Table 5 Absolute configuration of product by ST0071 and PLE
Configuration Configuration
* 未検討 表 5より両酵素による生成物の絶対立体配置は、 異なることが分かる。 つまり エステラーゼ ST0071 と P Eの立体選択性は逆であることが示唆される。したがつ て、 2-メチル- 2_ (p -メチルフエニル)マロン酸モノェチルエステル(15)の絶対立体 配置は、 S体と推測できる。 * Not yet examined Table 5 shows that the absolute configuration of the products of both enzymes is different. This suggests that the stereoselectivity of esterase ST0071 and PE is opposite. Therefore, the absolute configuration of 2-methyl-2_ (p-methylphenyl) malonic acid monoethyl ester (15) can be assumed to be S.
以上より、本実施例で用いた全基質に対してエステラーゼ ST0071は同じ立体選 択性を示し、 また PLEとは立体選択性が反転していることが分かった。 そしてァ ルキル基の立体障害の大きさは、 鏡像体過剰率に影響することが分かった。 エステラーゼ ST0071は、 立体障害が大きく加水分解されにくい α -ァリールマ 口ン酸ジェチルエステルを、 高い立体選択性で加水分解してハーフエステルを生 成することを見出した。 さらに、 酵素反応を高温で行うことにより、 加水分解つ いで脱炭酸反応が進行したと考えられるカルボン酸の生成を確認した。 つまり高 温条件でドミノ型反応の構築に成功した(化学式 1 6 )。 From the above, it was found that esterase ST0071 showed the same stereoselectivity with respect to all the substrates used in this example, and that stereoselectivity was reversed with PLE. The size of the steric hindrance of the alkyl group was found to affect the enantiomeric excess. Esterase ST0071 was found to hydrolyze α-arylmalic acid ketyl ester, which is highly sterically hindered and hardly hydrolyzed, with high stereoselectivity to produce a half ester. Furthermore, by carrying out the enzymatic reaction at a high temperature, the production of carboxylic acid, which was thought to have progressed through decarboxylation due to hydrolysis, was confirmed. In other words, a domino-type reaction was successfully constructed under high temperature conditions (Chemical Formula 16).
化 2 6
Esterase ST0071 2 6 Esterase ST0071
Ar, C02Et 室温または 6 0 ¾ ' Ar- ;'"''CC0222EEtt 6 0。c Ar/ "C02H C02Et C02H H Ar , C0 2 Et Room temperature or 6 0 ¾ 'Ar-;'"" C C 02 2 2EEtt 6 0. C Ar / "C0 2 H C0 2 Et C0 2 HH
化学式 1 6 室温および高温における酵素反応の結果 またドミノ型反応は、 ニトロ基のような電子求引性置換基を有する基質をデザ インすることによつても実現することが分かった。 Results of enzyme reaction at room temperature and high temperature It was also found that the domino-type reaction can be realized by designing a substrate having an electron-attracting substituent such as a nitro group.
室温条件では、 アルキル基の立体障害の大きさが反応の進行および立体選択性 に影響することが示唆された。 同様に、 カルボニル炭素の電子密度が反応の進行 に影響することが示唆された。 It was suggested that the steric hindrance of the alkyl group affects the reaction progress and stereoselectivity at room temperature. Similarly, it was suggested that the electron density of carbonyl carbon affects the progress of the reaction.
エステラーゼ ST0071の立体選択性は、 PLEのそれと反転していることが分かつ た。 実施例 2 精製エステラーゼ ST0071を用いた光学活性カルボン酸の製造 It was found that the stereoselectivity of esterase ST0071 was reversed from that of PLE. Example 2 Production of optically active carboxylic acid using purified esterase ST0071
E. coli BL21 Star (DE3)をプラスミ ド pETstEst で开$質転換し、 10 ml の LB 培地 (50 μ §/ηι1 アンピシリンを含む) 中、 37°Cで一昼夜培養した。 それを 1000 mlの LB培地に植え継ぎ、 さらに 30°Cで 5時間培養した。 酵素の発現誘導のためE. coli BL21 Star a (DE3) and Development $ quality transformed with plasmid PETstEst, in 10 ml of LB medium (containing 50 μ § / ηι1 ampicillin), and cultured overnight at 37 ° C. It was transferred to 1000 ml of LB medium and further cultured at 30 ° C for 5 hours. For induction of enzyme expression
0. I mMとなるように IPTGを加え、さらに 5時間培養した。培養液を遠心分離(8500 rpra, 10 min, 4°C)し、 菌体を集めた。 得られた菌体を 20 raM, pH 7. 4リン酸緩衝 溶液 40 ml (0. 5 NaClと 20 mM Imidazoleを含む) に懸濁した。 菌体を超音波 破砕し(15 min, 0°C)、 遠心分離(12000 rpm, 20 min, 4°C)することにより無細胞 抽出液を得た。上清を 60°Cで 25分間滅処理を行い、遠心分離(12000 rpm, 20 min,0. IPTG was added so that the concentration was 1 mM, and the cells were further cultured for 5 hours. The culture solution was centrifuged (8500 rpra, 10 min, 4 ° C) to collect the cells. The obtained cells were suspended in 40 ml of 20 raM, pH 7.4 phosphate buffer solution (containing 0.5 NaCl and 20 mM Imidazole). Cell-free extracts were obtained by sonicating the cells (15 min, 0 ° C) and centrifuging (12000 rpm, 20 min, 4 ° C). Discard the supernatant at 60 ° C for 25 minutes and centrifuge (12000 rpm, 20 min,
4°C)により変成したタンパク質を除いた。 得られた粗酵素液を HiTrap ChelatingProteins denatured by 4 ° C) were removed. The obtained crude enzyme solution was HiTrap Chelating.
HP (Araersham Biosciences社製) Ni2+ Chelating affinity columnに吸着させに 後、 0. 5 M NaCl と 20 mM Imidazoleを含むリン酸緩衝溶液で洗浄した。 次いで、After adsorbing on HP (made by Araersham Biosciences) Ni 2+ Chelating affinity column, it was washed with a phosphate buffer solution containing 0.5 M NaCl and 20 mM Imidazole. Then
0. 5 M NaClと 0. 5 M Imidazoleを含む 20 mMリン酸緩衝溶液で溶出した。 エステ ラーゼ活性を含む、画分を集めて、 透析することで均一な酵素を得た。 Elution was performed with a 20 mM phosphate buffer solution containing 0.5 M NaCl and 0.5 M Imidazole. Fractions containing esterase activity were collected and dialyzed to obtain a uniform enzyme.
50 mLナスフラスコに基質濃度が 2 raMとなるよう基質(フエニルメチルマロン 酸時エステル)と酵素(18U)を加え、 70°Cで 2日間撹拌させ、 反応を行った。 2M塩 酸を加え反応を終了させた後、 定法により酢酸ェチルで抽出をした。 減圧下溶媒
を留去し、 残留物を分取用薄層カラムクロマトグラフィー(へキサン / 酢酸ェチ ル I 酢酸 = 2 I 1 I 0. 1)により精製し、 生成物 (ひーフヱニルプロピオン酸) を 得た。 A substrate (phenylmethylmalonic acid ester) and enzyme (18 U) were added to a 50 mL eggplant flask so that the substrate concentration was 2 raM, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 2 days to carry out the reaction. After 2M hydrochloric acid was added to complete the reaction, extraction was performed with ethyl acetate according to a conventional method. Solvent under reduced pressure The residue was purified by preparative thin-layer column chromatography (hexane / ethyl acetate I acetic acid = 2 I 1 I 0.1), and the product (hyphenylpropionic acid) Got.
収率 95%、 光学純度 48%e. e.、 絶対立体配置 S体 産業上の利用可能性 Yield 95%, Optical purity 48% e.e., Absolute configuration S body Industrial applicability
Sulfolobus tokodai i strain 7 由来エステラーゼを用いることによって、 PLE で得られるものと逆の立体配置のハーフエステルが得られた。 さらに、 好熱性の 酵素を用いることにより、 ドミノ型反応を行うことに成功した。 この様に一つの 反応容器内で起こる連続した反応をドミノ型反応と言うが、 このような例はこれ が始めてである。 By using esterase derived from Sulfolobus tokodai i strain 7, a half-ester with the opposite configuration to that obtained with PLE was obtained. Furthermore, a domino-type reaction was successfully performed by using a thermophilic enzyme. A continuous reaction that takes place in one reaction vessel is called a domino-type reaction. This is the first time such an example.
本発明の方法又は触媒組成物を用いることにより、 ジカルボン酸エステルより 医薬品や農薬の中間体となる光学活性カルボン酸を製造することができる。 By using the method or catalyst composition of the present invention, an optically active carboxylic acid serving as an intermediate for pharmaceuticals and agricultural chemicals can be produced from a dicarboxylic acid ester.
本明細書で引用した全ての刊行物、 特許および特許出願をそのまま参考として 本明細書にとり入れるものとする。
All publications, patents and patent applications cited herein are incorporated herein by reference in their entirety.
Claims
1 . ジカルボン酸エステルを原料にして光学活性カルボン酸を製造する方法 であって、ジカルボン酸エステルに Sulfolobus属微生物由来エステラーゼを作用 させ、 1段階のドミノ反応により、 光学活性カルボン酸を製造する方法。 1. A method for producing an optically active carboxylic acid using a dicarboxylic acid ester as a raw material, wherein a sulfolobus microorganism-derived esterase is allowed to act on the dicarboxylic acid ester to produce an optically active carboxylic acid by a one-step domino reaction.
2 . Sulfolobus属微生物由来エステラーゼが Sulfolobus tokodai i由来エス テラーゼである、 請求項 1記載の光学活性カルボン酸を製造する方法。 2. The method for producing an optically active carboxylic acid according to claim 1, wherein the esterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus is an esterase derived from Sulfolobus tokodai i.
3 . ジカルボン酸エステルを原料にして光学活性力ルボン酸を製造する方法 であって、ジカルボン酸エステルに以下の(a)又は(b)のエステラーゼを作用させ、 1段階のドミノ反応により、 光学活性カルボン酸を製造する方法: 3. A process for producing optically active rubonic acid from a dicarboxylic acid ester as a raw material, wherein the following (a) or (b) esterase is allowed to act on the dicarboxylic acid ester and optical activity is achieved by a one-step domino reaction. Method for producing carboxylic acid:
(a) 配列番号 2で表わされるアミノ酸配列からなるエステラーゼ (a) an esterase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2
(b) 配列番号 2で表わされるアミノ酸配列において 1若しくは数個のアミノ酸が 欠失、 置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなるエステラーゼ。 (b) An esterase consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
4 . 原料となるジカルボン酸エステルが下記化学式 Iで示される化合物であ り、 4. The starting dicarboxylic acid ester is a compound represented by the following chemical formula I:
化 1 1
R -COOR3 R -COOR 3
、C , C
, \ , \
R2 COOFT 化学式 I R 2 COOFT Chemical Formula I
[式中、 R1及び R2はそれぞれ相互に異なり、置換された又は無置換のアルキル基; 置換された又は無置換のァリール基若しくはァラルキル基;置換された又は無置 換のシクロアルキル基、 置換された又は無置換のアルケニル基、 置換された又は 無置換のアルキニル基、 置換された又は無置換のアルコキシ基を表し、 及び R4 は独立に H又はアルキル基を表す。 ] [Wherein R 1 and R 2 are different from each other, and are substituted or unsubstituted alkyl groups; substituted or unsubstituted aryl groups or aralkyl groups; substituted or unsubstituted cycloalkyl groups; Represents a substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted alkynyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, and R 4 independently represents H or an alkyl group. ]
得られる光学活性カルボン酸が下記化学式 II Iで示される化合物である、 請求項 1〜 3のいずれか 1項に記載の光学活性力/レポン酸を製造する方法。 The method for producing optically active power / reponic acid according to any one of claims 1 to 3, wherein the obtained optically active carboxylic acid is a compound represented by the following chemical formula III.
[式中 R1及び R2は、 上記化学式 Iで表される化合物と同じである。 ] [Wherein R 1 and R 2 are the same as the compound represented by Formula I above. ]
5 . 原料となるジカルボン酸エステルが下記化学式 Iで示される化合物であ • 、 5. The starting dicarboxylic acid ester is a compound represented by the following chemical formula I:
化 3 Chemical 3
[式中、 R1及び R2はそれぞれ相互に異なり、 フエニル基で置換された又は無置換 のアルキル基、 炭素数 1〜 5のアルキル基で置換された又は無置換のァリール基 を表し、 R3及ぴ R4は独立に H又は炭素数 1〜 5のアルキル基を表す。 ] 得られる光学活性カルボン酸が下記化学式 IIIで示される化合物である、 請求項 4記載の光学活性カルボン酸を製造する方法。 [Wherein, R 1 and R 2 are different from each other, and each represents a phenyl group-substituted or unsubstituted alkyl group, a C 1-5 alkyl group-substituted or unsubstituted aryl group, R 3 and R 4 independently represent H or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. 5. The method for producing an optically active carboxylic acid according to claim 4, wherein the obtained optically active carboxylic acid is a compound represented by the following chemical formula III.
化 4 4
/し、 /
R2 COOH 化学式 in R 2 COOH chemical formula in
[式中 R1及び R2は、 上記化学式 Iで表される化合物と同じである。 ] [Wherein R 1 and R 2 are the same as the compound represented by Formula I above. ]
6 . 原料となるジカルボン酸エステルがァリールカルボン酸エステルであり、 得られる光学活性カルボン酸が、 α -ァリールアルカン酸である、請求項 4記載の 光学活性カルボン酸を製造する方法。 6. The method for producing an optically active carboxylic acid according to claim 4, wherein the dicarboxylic acid ester as a raw material is an allylic carboxylic acid ester, and the obtained optically active carboxylic acid is an α-aryl alkanoic acid.
7 . 原料となるジカルボン酸エステルがァリールマロン酸エステルであり、 得られる光学活性カルボン酸が、 α -ァリールプロピオン酸である、請求項 4記載 の光学活性カルボン酸を製造する方法。
7. The method for producing an optically active carboxylic acid according to claim 4, wherein the dicarboxylic acid ester used as a raw material is an allylic malonic acid ester, and the obtained optically active carboxylic acid is α-aryl propionic acid.
8 . 原料となるジカルボン酸エステルが、 2-メチル -2-フヱニルマロン酸ジェ ステル又は 2-メチル -2-ベンジルマロン酸ジエステルであり、 得られる光学活性 カルボン酸が、 2_フエニルプロピオン酸又は 2_ベンジルプロピオン酸である、 請 求項 4記載の光学活性カルボン酸を製造する方法。 8. The starting dicarboxylic acid ester is 2-methyl-2-phenylmalonic acid ester or 2-methyl-2-benzylmalonic acid diester, and the resulting optically active carboxylic acid is 2_phenylpropionic acid or 2 A method for producing an optically active carboxylic acid according to claim 4, which is benzylpropionic acid.
9 . ジカルボン酸エステルと Sulfolobus属微生物由来エステラーゼの反応が 室温〜 80°Cで行われる、 請求項 1〜 8のいずれか 1項に記載の光学活性カルボン 酸を製造する方法。 9. The method for producing an optically active carboxylic acid according to any one of claims 1 to 8, wherein the reaction between the dicarboxylic acid ester and the esterase derived from the genus Sulfolobus is performed at room temperature to 80 ° C.
1 0 . Sulfolobus属微生物由来エステラーゼを有効成分として含む、 ェナン チォ選択性をもったドミノ型反応を触媒し、 原料基質であるジカルボン酸エステ ルから 1段階で光学活性カルボン酸を生成する、 光学活性カルボン酸製造用触媒 組成物。 1 0. An optically active carboxylic acid is produced in one step from a dicarboxylic acid ester, which is a raw material substrate, by catalyzing a domino-type reaction having enantioselectivity, which contains an esterase derived from a microorganism of the genus Sulfolobus Catalyst composition for carboxylic acid production.
1 1 . Sulfolobus属微生物由来 ステラーゼが Sulfolobus tokodai i由来ェ ステラーゼである、 請求項 1 0記載の光学活性カルボン酸製造用組成物。 11. The composition for producing an optically active carboxylic acid according to claim 10, wherein the sterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus is a sterase derived from Sulfolobus tokodai i.
1 2 . 以下の(a)又は(b)のエステラーゼを有効成分として含む、 ェナンチォ 選択性をもったドミノ型反応を触媒し、 原料基質であるジカルボン酸エステルか ら 1段階で光学活性カルボン酸を生成する、 光学活性カルボン酸製造用触媒組成 物: 1 2. Catalyze an enantioselective domino-type reaction containing the following esterase (a) or (b) as an active ingredient, and form an optically active carboxylic acid in one step from a dicarboxylic acid ester as a raw material substrate. The resulting catalyst composition for producing optically active carboxylic acid:
(a) 配列番号 2で表わされるアミノ酸配列からなるエステラーゼ (a) an esterase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2
(b) 配列番号 2で表わされるアミノ酸配列において 1若しくは数個のアミノ酸が 欠失、 置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなるエステラーゼ。 (b) An esterase consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
1 3 . ジカルボン酸エステルに Sulfolobus属微生物由来エステラーゼを作用 させることを含む、 ジカルボン酸エステルを原料にして立体選択性加水分解によ り、 光学活性なマロン酸ハーフエステルを製造する方法であって、 得られるマロ ン酸ハーフエステの絶対立体配置がブタ肝臓エステラーゼ(PLE) を用いて得られ るマロン酸ハーフエステルと逆である、 光学活性なマロン酸ハーフエステルを製 造する方法。 1 3. A method for producing an optically active malonic acid half ester by stereoselective hydrolysis using a dicarboxylic acid ester as a raw material, which comprises reacting a dicarboxylic acid ester with an esterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus, A method for producing an optically active malonic acid half ester, wherein the absolute configuration of the resulting malonic acid half ester is opposite to that of a malonic acid half ester obtained using porcine liver esterase (PLE).
1 4 . Sulfolobus属微生物由来エステラーゼが Sulfolobus tokodai i由来ェ ステラーゼである、 請求項 1 3記載の光学活性なマロン酸ハーフエステルを製造 する方法。
14. The method for producing an optically active malonic acid half ester according to claim 13, wherein the esterase derived from a microorganism belonging to the genus Sulfolobus is a esterase derived from Sulfolobus tokodaii.
1 5 . ジカルボン酸エステルに以下の(a)又は(b)のエステラーゼを作用させ ることを含む、 ジカルボン酸エステルを原料にして立体選択性加水分解により、 光学活性なマロン酸ハーフエステルを製造する方法であって、 得られるマロン酸 ハーフエステの絶対立体配置がブタ肝臓エステラーゼ(PLE) を用いて得られるマ 口ン酸ハーフエステルと逆である、 光学活性なマロン酸ハーフエステルを製造す る方法: 15 5. Production of optically active malonic acid half ester by stereoselective hydrolysis using dicarboxylic acid ester as a raw material, which comprises reacting dicarboxylic acid ester with esterase (a) or (b) below A method for producing an optically active malonic acid half ester, wherein the absolute configuration of the resulting malonic acid half ester is opposite to that of malic acid half ester obtained using porcine liver esterase (PLE) :
(a) 配列番号 2で表わされるアミノ酸配列からなるエステラーゼ (a) an esterase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2
(b) 配列番号 2で表わされるアミノ酸配列において 1若しくは数個のアミノ酸が 欠失、 置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなるエステラーゼ。 (b) An esterase consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
1 6 . 原料となるジカルボン酸エステルが下記化学式 Iで示される化合物で あり、 1 6. The dicarboxylic acid ester used as a raw material is a compound represented by the following chemical formula I,
化 5 - 5-
[式中、 R1及び R2はそれぞれ相互に異なり、置換された又は無置換のアルキル基; 置換された又は無置換のァリール基若しくはァラルキル基;置換された又は無置 換のシクロアルキル基、 置換された又は無置換のアルケニル基、 置換された又は 無置換のアルキニル基、 置換された又は無置換のアルコキシ基を表し、 R3及び R4 は独立に H又はアルキル基を表す。 ] [Wherein R 1 and R 2 are different from each other, and are substituted or unsubstituted alkyl groups; substituted or unsubstituted aryl groups or aralkyl groups; substituted or unsubstituted cycloalkyl groups; A substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted alkynyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group is represented, and R 3 and R 4 independently represent H or an alkyl group. ]
得られる光学的に純粋なマロン酸ハーフエステルが下記化学式 II で示される化 合物である、 請求項 1 3 〜 1 5のいずれか 1項に記載の光学活性なマロン酸ハー フェステルを製造する方法。 The optically pure malonic acid half ester obtained is a compound represented by the following chemical formula II, The method for producing an optically active malonic acid half ester according to any one of claims 13 to 15 .
1 7 . ジカルボン酸エステルと Sulfolobus属微生物由来エステラーゼの反応 が室温で行われる、 請求項 1 3〜1 6のいずれか 1項に記載の光学活性なマロン 酸ハーフエステルを製造する方法。
17. The method for producing an optically active malonic acid half ester according to any one of claims 13 to 16, wherein the reaction between the dicarboxylic acid ester and the esterase derived from Sulfolobus genus microorganism is performed at room temperature.
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