JP2837501B2

JP2837501B2 - 光学活性ジオールの製造方法

Info

Publication number: JP2837501B2
Application number: JP10411690A
Authority: JP
Inventors: 邦男福西; 彰収松山; 良則小林
Original assignee: DAISERU KAGAKU KOGYO KK
Current assignee: DAISERU KAGAKU KOGYO KK
Priority date: 1990-04-18
Filing date: 1990-04-18
Publication date: 1998-12-16
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JPH03297395A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は医薬や農薬等の合成原料として有用な光学活
性ジオールの微生物を用いる製造方法に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

従来、微生物を用いて光学活性ジオールを製造する方
法として、光学活性1,3−ブタンジオールの場合は該化
合物のエナンチオマー混合物に、いずれか一方のエナン
チオマー混合物を不斉的に資化できる能力を有する微生
物を作用させ、残存する光学活性な1,3−ブタンジオー
ルを採取する方法（特願平１−107016号明細書、特開平
１−320997号公報）等が知られている。また、同様な方
法で（Ｒ）−３−ハロゲノ−1,2−プロパンジオール
（特開昭62−122597号、特開昭62−158494号、特開昭63
−251098号公報）、（Ｓ）−1,2−ジオール（1989年日
本農芸化学会大会講演要旨集）等の製造方法が知られて
いる。

これらの方法は光学活性ジオールの製造方法としては
極めて優れた方法であるが、次のような問題点を有する
ことが判明した。

即ち、微生物菌体とジオールのエナンチオマー混合物
を至適条件下で接触反応させ、反応液中の目的物の光学
純度が所定の値に達した後、使用菌体を反応液から分離
し終わるまでの間、目的物の光学純度が急激に低下する
現象が見られた。

〔課題を解決する為の手段〕

本発明者らは、かかる事情に鑑み、反応終了後の生成
物の光学純度低下防止策について鋭意検討した結果、反
応終了液を光学純度低下防止処理することにより、生成
物の光学純度低下を防止できることを見出し本発明を完
成した。

即ち、本発明は、ジオールのエナンチオマー混合物
に、ゲオトリカム（Geotrichum）属又はキャンディダ
（Candida）属に属する微生物を作用させ残存する光学
活性ジオールを採取する光学活性ジオールの製造方法に
於いて、反応終了液を下記（１）〜（５）から選ばれる
光学純度低下防止処理をそれぞれ単独であるいは組み合
わせて行なうことにより、残存する光学活性ジオールの
光学純度の低下を防ぐことを特徴とする光学活性ジオー
ルの製造方法を提供するものである。

（１）反応終了液を少なくとも好気条件下に置く。

（２）反応終了液を加熱処理する。

（３）反応終了液を冷却処理する。

（４）反応終了液を酸性化処理或いは塩基性化処理す
る。

（５）反応終了液に有機溶媒を添加する。

本発明に使用できるジオールとしては、1,2−ジオー
ル、1,3−ジオール等でエナンチオマー混合物の形態を
とるジオールであればいずれも使用できるが、具体的に
は1,3−ブタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,2
−ブタンジオール、３−ハロゲノ−1,2−プロハンジオ
ール、1,2−ペンタンジオール、1,3−ペンタンジオー
ル、３−フェニル−1,3−プロパンジオール等を挙げる
ことができる。

本発明に使用できる微生物としては、ジオールのエナ
ンチオマー混合物の一方のエナンチオマーを不斉的に資
化し、光学活性ジオールを残存する上記微生物を使用出
来る。例えば、1,3−ブタンジオールの場合は、エナン
チオマー混合物の一方のエナンチオマーを不斉的に資化
し（Ｒ）体を残存する微生物としては、キャンディダ
（Candida）属、ゲオトリカム（Geotrichum）属に属す
る微生物を、エナンチオマー混合物の一方のエナンチオ
マーを不斉的に資化し（Ｓ）体を残存する微生物として
は、キャンディダ（Candida）属に属する微生物を挙げ
ることができる。

これらの微生物がエナンチオマー混合物の一方のエナ
ンチオマーを不斉的に資化し、光学活性ジオールを残存
するメカニズムとしては微生物の酸化還元酵素系により
ジオールを立体選択的に酸化することによって光学活性
体が残存するものと思われる。また、反応終了液の光学
純度が低下するメカニズムとしては反応終了液に残存し
ているジオールの酸化型であるケトールが還元されるこ
とによって光学純度が低下するものと推定される。

これらの微生物を培養する為の培地組成としては、通
常これらの微生物が生育しうる培地なら何でも使用でき
る。例えば、炭素源としては、グルコース、シュクロー
ス、マルトース等の糖類、乳酸、酢酸、クエン酸等の有
機酸類、エタノール、1,3−ブタンジオール、グリセロ
ール等のアルコール類又はこれらの混合物、窒素源とし
ては硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、尿素、酵
母エキス、コーンスティープリカー、肉エキス、ペプト
ン等、他に無機塩、ビタミン類等、通常の培地に用いら
れる栄養源を適宜混合して用いることができる。また必
要に応じて微生物の増殖を促進する因子、本発明の目的
化合物の生成能力を高める因子、あるいは培地のpH保持
に有効な物質も添加できる。

培養方法としては培地pHは3.0〜9.5、好ましくは４〜
８、培養温度は20〜45℃、好ましくは25〜37℃で、嫌気
的或いは好気的に、その微生物の生育に適した条件下５
〜120時間、好ましくは12〜72時間程度培養する。

本発明に於いてジオールのエナンチオマー混合物と微
生物菌体との反応方法としては、先に述べた培地の中に
予めジオールのエナンチオマー混合物を添加しておき、
ここに種菌を接種して培養することにより菌体増殖と反
応を同時に行う方法、或いはある程度菌体の増殖が見ら
れた後にジオールのエナンチオマー混合物を添加する方
法、培養終了後にジオールのエナンチオマー混合物を添
加する方法、培養終了後に菌体を分離しこれとジオール
のエナンチオマー混合物を反応させる方法、或いはこの
ようにして得られた菌体を公知の方法により固定化し、
ジオールのエナンチオマー混合物と反応させる方法等、
種々の方法が提案できる。

このような種々の方法でジオールのエナンチオマー混
合物と微生物菌体とを反応させる際の温度、通気撹拌条
件、基質濃度、菌体濃度、反応時間等の種々の反応条件
は特に限定されず、目的の光学異性体の製造に最も有利
な条件が選択されれば良い。

このようにして、ジオールのエナンチオマー混合物と
微生物菌体との反応が進行し、目的の光学異性体の光学
純度が所定の値に到達した場合、反応液量が数ｌ以下と
いうような比較的少量であれば、短時間の内に反応液か
ら微生物菌体を分離できるのであまり問題は無いが、例
えばスケールが大きくなって10l以上、特に工業的製造
のような数m³以上のような場合は、菌体分離工程にかな
りの時間を要するのが通常である。このような場合、反
応が終了した後、ただ単に通気撹拌を停止し放置する
と、後述の比較例で例示するように目的の光学異性体の
光学純度が急激に低下するという現象が見られた。本現
象について根本的な対策が講じられないと、本原理に基
づく光学活性ジオールの工業的な製造方法としては重大
な欠点を有することになる。

かかる事情に鑑み、本発明者らはこの光学純度低下防
止策について鋭意研究した結果、以下に述べるような光
学純度低下防止処理方法を夫々単独、或いはいくつか組
み合わせて行うことにより、上記の欠点が解決しうるこ
とを見出したのである。

即ち、その光学純度低下防止処理方法は次の通りであ
る。

（１）反応終了液を少なくとも好気条件下に置く。

（２）反応終了液を加熱処理する。

（３）反応終了液を冷却処理する。

（４）反応終了液を酸性化処理或いは塩基性化処理す
る。

（５）反応終了液に有機溶媒を添加する。

ここで夫々の光学純度低下防止処理方法について更に
詳細に説明する。

（１）反応終了液を少なくとも好気条件下に置く方法。

ここで言う好気条件とは、使用する微生物の種類等に
より異なる場合があるが、実質的に目的とする光学異性
体の光学純度が低下しない条件であればどのようなもの
でも良い。反応液中の溶存酸素濃度で例示すれば、好ま
しくは0.01ppm以上を保持できる条件である。

（２）反応終了液を加熱処理する方法。

ここで言う加熱処理の条件としては、使用する微生物
の種類等により異なる場合があるが、実質的に目的とす
る光学異性体の光学純度が低下しない条件であればどの
ようなものでも良い。好ましくは50〜100℃で10分〜５
時間程度、より好ましくは60〜80℃で30分〜１時間程度
である。

（３）反応終了液を冷却処理する方法。

ここで言う冷却保持の条件としては、使用する微生物
の種類等により異なる場合があるが、実質的に目的とす
る光学異性体の光学純度が低下しない条件であればどの
ようなものでも良い。好ましくは15℃以下、より好まし
くは10℃以下で保持する。

（４）反応終了液を酸性化処理或いは塩基性化処理する
方法。

ここで言う酸性化処理の条件としては、使用する微生
物の種類等により異なる場合があるが、実質的に目的と
する光学異性体の光学純度が低下しない条件であればど
のようなものでも良い。好ましくはpH3以下、より好ま
しくはpH2以下程度である。また塩基性化処理の条件と
しては、使用する微生物の種類等により異なる場合があ
るが、実質的に目的とする光学異性体の光学純度が低下
しない条件であればどのようなものでも良い。好ましく
はpH8以上、より好ましくはpH9以上程度である。

（５）反応終了液に有機溶媒を添加する方法。

ここで言う有機溶媒とは実質的に目的とする光学異性
体の光学純度の低下を防止できるものであればどのよう
なものでも良いが、例えば、アセトン、エタノール、メ
タノール、プロパノール、ブタノール、ベンゼン、トル
エン、ヘキサン等を例示できる。有機溶媒の添加量は反
応終了液に対して１〜50重量％が好ましく、更に好まし
くは５〜20重量％である。

以上に述べた種々の処理方法は夫々単独で用いても目
的を達することは可能であるが、いくつかの方法を組み
合わせても目的を達することは可能である。

このようにして反応終了液を処理した後、遠心分離、
或いは濾過等、公知の方法により反応液から菌体を除去
する。こうして得られた上澄液を適当に濃縮脱水後、酢
酸エチル等の有機溶媒で目的物を抽出し、次いで無水硫
酸ナトリウム等で脱水し、減圧下で溶媒を除去すると、
目的物の光学活性ジオールが得られる。また、更にこれ
を蒸留することにより精製することもできる。

また、上澄液をそのまま減圧下脱水し、次いで蒸留し
ても目的物は得られるし、限外濾過膜処理、活性炭処
理、あるいはイオン交換樹脂処理を行い前処理した後、
脱水、蒸留しても目的物は得られる。

〔実施例〕

以下、本発明を比較例及び実施例にて更に詳しく説明
するが、本発明はこれらの比較例及び実施例のみに限定
されるものではない。

尚、これらの比較例及び実施例に於ける反応液中の1,
3−ブタンジオールの定量は、ガスクロマトグラフィー
（カラム:Thermon 3000,（2m），温度130℃）により、
光学純度の測定はサンプルの1,3−ブタンジオールを定
法により塩化アセチルでアセチル化した後、光学分割カ
ラムを用いた高速液体クロマトグラフィー（カラム：ダ
イセル化学工業製キラルセルOB、溶媒:n−ヘキサン/2−
プロパノール＝19:1、波長220nm、流速0.5ml.分）によ
り測定した。

比較例１グルコース２％、酵母エキス１％、シリコン消泡剤0.
01％（pH6）の組成を有する培地100lを200l容発酵槽に
入れ、121℃、15分間加熱殺菌した。ここへ、上記と同
じ組成の培地で前培養したゲオトリカム・カンディダム
IFO 4601の培養液１を植菌し、30℃で、撹拌190rpm、
通気量0.4vvm、発酵槽の内圧0.4kg/cm²の条件下、24時
間通気撹拌培養を行った。

次いで、この培養液を遠心分離し、生湿菌体を7kg得
た。

この生湿菌体の全量を用い、1,3−ブタンジオールの
ラセミ体5kg、炭酸カルシウム0.5kg、シリコン消泡剤0.
01kgの組成で、全量100lの反応液を構成し、30℃で、撹
拌190rpm、通気量0.4vvm、発酵槽の内圧0.4kg/cm²の条
件下、通気撹拌し反応させた。反応開始後50時間目にサ
ンプリングし、生成物の濃度、光学純度を分析したとこ
ろ、1,3−ブタンジオール濃度は21.3mg/ml、生成物は
（Ｒ）−体であり光学純度は97.9％e.e.であった。そこ
でこの反応はここで終了とした。

次いでこの反応終了液を１採り、2.6l容ミニジャー
ファーメンターに移し、無通気条件下50rpmで撹拌しな
がら30℃で保持した。

この反応終了液について、経時的にサンプリングし、
（Ｒ）体の1,3−ブタンジオールの光学純度の変化を追
跡した。

得られた結果を表１に示した。

ここで見られるように反応終了液を嫌気条件下放置す
ると急激に生成物の光学純度が低下することが判る。

実施例１比較例１で得られた反応終了液を１ずつ３台の2.6l
容ミニファーファーメンターに採り、夫々、撹拌100rp
m、30℃の条件下、通気量を0.1vvm〜0.5vvmの範囲で変
化させ保持した。

このようにして設定した夫々のケースについて、経時
的にサンプリングし、（Ｒ）体の1,3−ブタンジオール
の光学純度の変化を追跡した。また、サンプリング時の
溶存酸素濃度を測定した。

得られた結果を表２に示した。

ここで見られるように反応終了液を微好気条件下保持
してやれば光学純度の低下は防止可能であった。

実施例２比較例１で得られた反応終了液を200mlずつ１の三
角フラスコ３本に採り、夫々、5,10,15℃にセットした
インキュベーターに入れ緩く撹拌下保持した。反応終了
液の温度が所定の値に到達した時を出発点として、順次
経時的にサンプリングし、光学純度を測定した。得られ
た結果を表３に示した。

ここで見られるように反応終了液を冷却し、15℃以下
に保持してやれば光学純度の低下は防止できる。

実施例３実施例２と同様に、反応終了液を200mlずつ１の三
角フラスコ３本に採り、夫々、50,60,70℃にセットした
インキュベーターに入れ緩く撹拌下、所定の温度に達し
てから１時間加熱処理した。加熱処理終了後、緩く撹拌
下冷却し30℃に達した時をスタートとし、以後30℃に保
持しながら順次経時的にサンプリングし、光学純度を測
定した。得られた結果を表４に示した。

ここで見られるように反応終了液を50℃以上で１時間
加熱処理してやれば光学純度の低下は防止できる。

実施例４実施例３と同様に、反応終了液を200mlずつ１の三
角フラスコ６本に採り、0.1規定塩酸或いは0.1規定カセ
イソーダ液を加え、夫々pH1,2,3及び8,9,10に調製し
た。しかる後、30℃にセットしたインキュベーターに入
れ緩く撹拌下、30°に保持しながら順次経時的にサンプ
リグし、光学純度を測定した。得られた結果を表５に示
した。

ここで見られるように反応終了液をpH3以下或いはpH8
以上に保持すれば光学純度の低下は防止できる。

実施例５実施例３と同様に、反応終了液を200mlずつ１の三
角フラスコ３本に採り、アセトン、エタノール、メタノ
ールをそれぞれ10％濃度になるように添加した。しかる
後、30℃にセットしたインキュベーターに入れ緩く撹拌
下、30℃に保持しながら順次経時的にサンプリングし、
光学純度を測定した。得られた結果を表６に示した。

ここで見られるように反応終了液に有機溶媒を添加す
れば光学純度の低下は防止できる。

実施例６グルコース２％、酵母エキス１％、シリコン消泡剤0.
01％（pH6）の組成を有する培地100lを200l容発酵槽に
入れ、121℃、15分間加熱殺菌した。ここへ、上記と同
じ組成の培地で前培養したキャンディダ・パラプシロシ
スIFO 1396の培養液１を植菌し、30℃で、撹拌190rp
m、通気量0.4vvm、発酵槽の内圧0.4kg/cm²の条件下、12
時間通気撹拌培養を行った。しかる後、加熱滅菌処理し
た1,3−ブタンジオールのラセミ体3kgをこの培養液に添
加し、同様の条件下、更に培養を継続した。経時的にサ
ンプリングし生成物の光学純度を測定していったところ
1,3−ブタンジオール添加後50時間で光学純度96.5％e.
e.の（Ｒ）体が生成していた。ここで、反応終了とし、
温度を10℃に下げ、撹拌50rpm、通気量0.1vvmに設定
し、順次連続遠心分離機により除菌操作を行った。

得られた上澄液93.7lについて（Ｒ）−1,3−ブタンジ
オールの生成量及び光学純度を測定したところ97.0％e.
e.のものが1.25kg生成していた。

この、上澄液を限外濾過膜（分画分子量３万、膜面積
５m²：ダイセル化学工業製）により処理し、次いで減圧
下、濃縮脱水した。しかる後、減圧下（30〜40トー
ル）、120〜130℃で蒸留し、精製物1.05kg（純度98.5
％、光学純度96.8％e.e.）を得た。

実施例７グルコール２％、酵母エキス１％、シリコン消泡剤0.
01％（pH6）の組成を有する培地100lを200l容発酵槽に
入れ、121℃、15分間加熱殺菌した。ここへ、上記と同
じ組成の培地で前培養したキャンディダ・ウチルス IF
O 1086の培養液１を植菌し、30℃で、撹拌190rpm、通
気量0.4vvm、発酵槽の内圧0.4kg/cm²の条件下、24時間
通気撹拌培養を行った。しかる後、遠心分離により生湿
菌体7.5kgを得た。この生湿菌体の全量を用い、1,3−ブ
タンジオールのラセミ体5kg、炭酸カルシウム0.5kg、シ
リコン消泡剤0.01kgの組成で、全量100lの反応液を構成
し、30℃で、撹拌190rpm、通気量0.4vvm、発酵槽の内圧
0.4kg/cm²の条件下、通気撹拌し反応させた。

反応開始後50時間目にサンプリングし、生成物の濃
度、光学純度を分析したところ、1,3−ブタンジオール
濃度は20.3mg/ml、生成物は（Ｓ）体であり光学純度は9
8.9％e.e.であった。そこでこの反応はここで終了とし
た。以後、この反応終了液を50℃で１時間加熱処理し、
次いで冷却後、連続遠心分離機により除菌操作を行い上
澄液を得た。

この上澄液には光学純度98.7％e.e.の（Ｓ）体1,3−
ブタンジオールが合計2.04kg含まれていた。

〔発明の効果〕

本発明の方法を用いることにより、工業的規模での光
学活性ジオールの製造に於いて光学純度の低下が防止可
能となった。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ジオールのエナンチオマー混合物に、ゲオ
トリカム（Geotrichum）属又はキャンディダ（Candid
a）属に属する微生物を作用させ残存する光学活性ジオ
ールを採取する光学活性ジオールの製造方法に於いて、
反応終了液を下記（１）〜（５）から選ばれる光学純度
低下防止処理をそれぞれ単独であるいは組み合わせて行
なうことにより、残存する光学活性ジオールの光学純度
の低下を防ぐことを特徴とする光学活性ジオールの製造
方法。（１）反応終了液を少なくとも好気条件下に置く。（２）反応終了液を加熱処理する。（３）反応終了液を冷却処理する。（４）反応終了液を酸性化処理或いは塩基性化処理す
る。（５）反応終了液に有機溶媒を添加する。
【請求項２】ジオールが1,3−ブタンジオールである請
求項１記載の製造方法。
【請求項３】好気条件が溶存酸素濃度で0.01ppm以上で
ある請求項１記載の製造方法。
【請求項４】加熱処理が50℃以上に反応終了液を加熱す
ることである請求項１記載の製造方法。
【請求項５】冷却処理が15℃以下に反応終了液を保持す
ることである請求項１記載の製造方法。
【請求項６】酸性化処理がpH3以下、塩基性化処理がpH8
以上に反応終了液を保持することである請求項１記載の
製造方法。
【請求項７】有機溶媒がアセトン、メタノール又はエタ
ノールである請求項１記載の製造方法。