JPH01320986A - 有機物質の生物学的触媒反応法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は有機物質の生物学的触媒反応のだめの方法に関
する。

従来の技術 生物学的反応は、今日では主に水性又は少なくとも水を
多く含有する系中で行なわれる。こうして、この種の方
法は水に難溶性もしくは不溶性の疎水性基質、例えばス
テロイド、脂質、炭化水素、長鎖脂肪族又は芳香族アル
コール、アルデヒド、カルボン酸を生物学的触媒により
反応させるべき時、又は加水分解反応の逆の酵素触媒合
成を実施すべき時は、不利である。更に、酵素自体も強
く疎水性の挙動を示し、水性系中で集塊し、こうしてそ
の生物学的触媒特性を失なう。疎水性基質の生物学的触
媒反応のだめの従来公知の適用された方法を次に挙げる
：１、　有機溶剤又は含水溶剤混合物中での酵素の使用
を文Ｖｙ７７７ ２．２−及び多相系の使用ｅ−ｘｉ　、ｌ’／〆ぎ／３
．１相界面活性剤含有系、特に逆ミセル相の使用Ｐ７Ｉ
３ｊｅ７７１ｆｌ タイプ１の系においては酵素変性の危険がある。ｆ；ｆ
−５ｅ、７！７７好適な溶剤の選択及び酵素固定化によ
りこの変性をおそくさせることだけはできる。従って、
触媒の耐久時間は短かい。生物学的触媒として微生物及
びその他の細胞を使用することは限定されて可能である
。タイプ２の液体系においても界面において変性の危険
がある。更に水相中での基質濃度が低いために反応速度
はおそい。タイプ２の有利な変法は酵素封入のための親
水性ポリマーデルの使用である。

このポリマーデル、例えばゼラチン、寒天又はアルギン
酸塩を基礎とするポリマーデルは有機溶剤中にも使用す
ることができる７文１〆ｚｚ７゜しかしながら、ポリマ
ーデルの親水性のためにゲル中の疎水性基質の濃度は低
い。その結果は生物学的触媒における低い変換率である
。これに関して、タイプ乙の系がより有利な特性を有し
ている。逆ミセルは有機溶剤、例えばヘキサン、ヘプタ
ン、シクロヘキサン、ベンゼン、ドデカノール中の両親
媒性物質から、わずかな量の水で形成される球状界面活
性剤凝集体である／＊ＮＦ７゜この水はミセルの内側に
、酵素を貯わえる（溶解化する）ことのできる“水プー
ル”を形成する。この際、酵素活性を長時間保持するこ
とができることが多くの面で示された。

更に、例えば大腸菌又はＢ、ズブチリス（５ｕｂｔｉｌ
ｉｓ　）のような微生物がこの種の相中でその酵素活性
の１部を保持することができるＺ＊ＶメＺｏ逆ミセミセ
ル系いては、疎水性基質を一般に直接有機溶剤中に加え
る。しかしこの方法においては界面活性剤凝集体の保持
のための及び生成物の分離のだめの処理工程が必要であ
るこのことは著しく費用を高くする。この効果の改良は
固定逆ミセルを使用する連続法において可能である。こ
のためには、中空系膜系が提案されたｒ−ｙｖｅｙ、ｙ
、この膜は著しく費用がかかり、しばしば溶剤安定でな
く、つまる傾向にあり、著しい流れ抵抗を形成し、この
ことにより該方法は圧力下に実施しなければならない。

一般に、工業的規模での生物学的触媒作用において一相
界面活性剤含有系は著しく問題があると推定しなければ
ならない。それというのも特に、生成物の簡単な分離、
合成生成物からの界面活性剤不純物の除去及び連続法の
実施の問題が従来解決されていないためである。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は生物学的触媒を含有するりオドローツク
中間相の存在において、生化学的触媒の損傷の回避下に
、連続的又は非連続的方法において及び界面活性剤不含
もしくは界面活性剤を少量のみ含有する生成物の簡単な
単離において、有機物質を反応させることである。

本発明においては、リオトロピック中間相に固定した生
物学的触媒を、水、有機溶剤もしくは有機溶剤混合物及
び界面活性剤もしくは界面活性剤混合物からなる三成分
混合物の二相域又は三相域中に有機物質を反応させるた
めに使用する。リオトロピック中間相及び有機溶剤から
なる二相域においては、基質供給及び生成物導出は有機
溶剤相を介して行なわれ、リオトロピック中間相有機溶
剤及び水からなる三相域においては基質供給は溶剤相を
介して、生成物導出は水相を介して行なわれるか又はこ
の逆で行なわれるが、この場合相応する生成物もしくは
基質は水溶性でなくてはならない。

更に、二相域において基質は固体の形で添加することが
でき、直接中間相に溶かすことができる。基質はガスと
して供給することもかつ／又はガスとして導出すること
もできる。

特に有利な方法は、ガラス焼結体及びセラミック焼結体
のような多孔性担体にリオトロピック中間相を被覆する
ことである。そのような触媒系は、例えば相の溶融によ
り行なうことができ、この際冷却後、生物学的触媒活性
中間相が孔中に残って形成される。

有機溶剤としては疎水性溶剤、例えばヘキサン、ヘプタ
ン、オクタン、シクロヘキサン、デカノール、酢酸ブチ
ル、ジエチルエーテル又は溶剤混合物、例えばヘキサン
／アセトン、ヘキサン／ブタノールを使用することがで
きる。

界面活性剤としてはアニオン系界面活性剤、例えばアル
キル硫酸アルカリ金属塩、ジアルキルスルホコハク酸ア
ルカリ金属塩、ジアルキルスルホコハク酸アルカリ土類
金属塩又はカチオン系両親媒性物質、例えばアルキルア
ンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、アルキルトリ
メチルアンモニウム塩又は両性イオン両親媒性物質、例
えばホスホリピド、スルホベタイン、カルボベタイン又
は非イオン系両親媒性物質、例えばポリオキシエチレン
エーテル、ポリオキシエチレンエステル、ホリオキシエ
チレンソル剤混合物を使用する。

生物学的触媒としては、単離した酵素、例え酵素及び細
胞を使用する。生物学的触媒の溶解化のために立方晶の
、二連続立方晶の、六方晶の、又層状のりオトロピック
中間相が好適であることが見い出された。この際）最大
の生物学的触媒活性は逆相の使用において達せられる。

細胞も単離した酵素も中間相及び１又は複数の溶剤相か
らなる多相系において高い活性を示す。

本発明により使用した多相系においては、通常の二相液
体系と異なり、生物学的触媒活性が長い貯蔵期間及び反
応器静止時間の後にも僅かに低下するにすぎず、非常に
僅かな拡散抵抗のみが表われ、かつ溶剤相は著しく僅か
な界面活性剤を含有し、このことによりほぼ界面活性剤
不含合成生成物の分離が可能であることが、意外にも見
い出された。

本発明による方法は、有利に例えば有機物質、例えばス
テロイド、脂質、炭化水素、長鎖脂肪族及び芳香族アル
コール、アルデヒｒ、カルボン酸、エステル、アミノ酸
及びペプチドの反応の際に使用される。この種の合成の
ために、特に疎水性基質及び生成物の存在の際に、生物
学的触媒の使用は著しく簡単に、かつ安価にできる。生
物学的触媒はこの際相中への各成分の分配係数により影
響を受け、界面活性剤のＨＬＢを介して制御可能である
。

用いて保持する。

実施例 次に本発明を実施例により詳説する。

例１ ヘキサン中のテトラエチレングリコールドデシルエーテ
ルの１０重量％溶液１３６ｍ１に２１服水性ＮＡＤ溶液
ＩＱｍｌを加えかつ振盪する。

初めは混濁しているこの６相系中に酵母−アルコールデ
ヒドロデナーゼ及び塩化ナトリウムの水溶液５　ｍｔを
噴射装入する。その際に、塩濃度は０．１モル／を及び
酵素濃度は０．５ｆ！／ｌである。短時間の振盪後に、
澄明で粘性なりオトロビック中間相と純粋なヘキサンと
より成る２相系が生じる。この系に任意の量のヘキサン
を添することができる。ヘキサン６００ｍ１の添加で取
り扱い易い系が生じる。バッチ法ではこの系中に基質と
してエタノール約１５ｍｊを噴射添加する。その結果、
ＮＡＤＨの形成下にアセトアルデヒドへの酵素酸化が行
なわれる。ＮＡＤＨは分光光度測定により波長３６５ｎ
ｍで中間相中に検出可能である。該系は室温で２力月間
の貯蔵期間後でも出発活性の８０％を示す。

第２基質として桂皮アルデヒド２　ｍｌを添加する際に
、このアルデヒドは、形成されたＮＡＤＨの消費下に桂
皮アルコールに還元される。

このようにして、桂皮アルコールの製造が可能であり、
これは困難なくヘキサ／相から例えば水で振出させ、あ
るいは引続いて水蒸気蒸留により分離することができる
。

例２ 例１と同様に行なう。酵素水溶液５　ｒｎｔの代りニ、
系にサツカロミセス・セレビシェ（Ｓａｃｃｈａ−ｒｏ
ｍｙｃｅｓ　ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ　）の懸濁液を濃度
１０ｇ／ｌ（乾燥物に対して）で添加する。形成された
ＮＡＤＨの分光測定による検出及び生成物の後処理は例
１と同様にして行なうことができる。

例６ ヘキサン中のテトラエチレングリコールドデシルエーテ
ルの１０重量％溶溶液６ｏｍｌに２１ｍＭ水性ＮＡＤ溶
液１Ｑｉ／を加え、引続いて例１と同様に酵母−アルコ
ールデヒドロゲナーゼの水溶液５　ｍｔを添加する。更
に水３Ｑｍｆを添加し、引続いて遠心分離する。ヘキサ
ン相、リオトロぎツク中間相及び水相の６相が分離する
。リオトロピック中間相は添加した酵素を含有する。

こうして例１と同様にエタノール約１０１ｎｌ及び桂皮
アルデヒド２ｍｔをヘキサン相中に噴射装入することが
できる。約２０分後に、水相において分光測定にλ＝　
２４５　ｎｍで桂皮アルコールが検出可能である。

例４ ヘキサン中のテトラエチレングリコールドデシルエーテ
ルの１０重量％溶液１３６ｍｔにアスペルギルス會グラ
ウクス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ　ｇｌａｕｃｕｓ）の
水性懸濁ｌｌｌ！１５ｒｎｌを加える。この懸濁液の濃
度は範囲５〜８　ｇ／ｌ　（乾燥物に対して）である。

振盪及び遠心分離後に、澄明なりオトロピツク中間相と
ヘキサンとから成る２相系が生じが検出される。検出は
薄層クロマトグラフィによりシリカデルプレート上で展
開剤としてブタノール／酢酸／水＝４／１／１を使って
行なうことができる。

例５ リオトロピック中間相及び有機溶剤が共存しかつ生物学
的触媒作用において例１．２に相応して実施することの
できる他の２相系を次のように製造することができる：
ヘプタン中のポリオキシエチレンソルビタントリオレー
ト（ツイーン：　Ｔｗｅｅｎ　８５　）の５重量％溶液
を製造する。

この溶ｉ１．４ｍＡに水又は生物学的触媒含有水溶液８
００１１ｔを加えかつ振盪する。澄明な高粘性リオトロ
ピック中間相が生成し、これは純綿なヘプタンと平衡で
ある。

例６ ヘキサン中のグレヴオツエル（Ｐｒａｅｗｏｚｅｌｌ；
種々のアルキルフェノールエトキシレートの混合物、Ｃ
ｋｌｅｍｌＳＣｈ８　Ｗｅｒｋｅ　Ｂｕｎａ社）の１０
重量％溶１５０Ｑ　ｒｎｌに７５μＭ水性ＮＡＤＨ溶液
４０ｍｅを加えかつ振盪する。初めは混濁しているこの
６相系中に馬肝アルコールデヒドロデナーゼ（５ＥＲＶ
Ａ　）　１０−”　Ｍ水溶液及び０．５−１０’Ｍギ酸
デヒドロケ９ナーゼ（５ＥＲＶＡ　）　１Ｑ　ｍｌを噴
射装入する。短時間の振盪後、リオトロピック中間相と
へキサンとより成る２相系が生成する。

基質として型：　ＣＨ３−（ＣＨ２）ｎ−Ｃｏ−ＣＨ２
−Ｃ００ＣＨ３（ｎ＝１〜７）のゾロキラル化合物１０
０μｔをヘキサン相中に溶解する際に、約１０〜２０分
後に相応するβ−ヒドロキシ化合物をガスクロマトグラ
フィによシ検出することができる。

この還元は立体特異的に行なわれかつＲ形の光字 学対富体過剰量９０〜９７チが達成される。消費したＮ
ＡＤＨの再生はギ酸２００μｔの添加により達成される
。この系を用いることにより反応サイクル２００回まで
が可能である。更に、連続的プロセスがミキサー・沈降
機系で又は模式反応器中で可能である。

例７ ヘキサン中のプレヴオツエル（Ｐｒａ６ｗｏｚｅｌｌ：
種々のアルキルフェノールエトキシレートの混合物、Ｃ
ｈｅｍｉｓｃｈｅ　Ｗｅｒｋｅ　Ｂｕｎａ社）の１０ｑ
６溶液５　ｍｔにリン酸塩緩衝液（１／１５Ｍ　、ｐＨ
７，０）中ノアルトロバクタ・シンプレックス （Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ　Ｓｉｍｐｌｅｘ　）の懸
濁１５ｏｍｌを加える。振盪後、中間相と上澄みのへキ
サンが生成する。これを傾しやし、かつプロプステロン
１ｍ９７ｍ１を含有するトルエン１容量部及びヘキサン
４容量部からの溶剤混合物２５０ｍｔを添加する。この
系を２０°Ｃで５０　Ｏｒｐｍで攪拌する。１０時間後
に上澄み中に１−デヒドロデステロンを検出することが
できる。検出は薄層クロマトグラフィもしくはガスクロ
マトグラフィにより行なうことができる。

例８ 例７と同様にして２相系を製造する。水性の酵素−及び
コファクター溶液の代りに濃度２０ｍｔｉ／ｍｌ（湿潤
細胞に対して）のプソイドモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎ
ａｓ　）　Ｅ　３の懸濁液５３ｍ（を加える。

この系に４０００で連続的にプロペン／空気混合物を通
気する。放出ガスを四塩化炭素を含有する冷却トラップ
を通して導く。約２時間後に、ガスクロマトグラフィに
より四塩化炭素中にプロピレンオキシドが検出すること
ができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機物質の生物学的触媒反応のために、リオトロピ
   ツク中間相に固定した生物学的触媒を、水、有機溶剤も
   しくは有機溶剤混合物及び界面活性剤もしくは界面活性
   剤混合物からなる三成分系の二相域又は三相域中に入れ
   、この際リオトロピツク中間相及び有機溶剤からなる二
   相系においては基質供給及び基質導出を溶剤相を介して
   行ない、かつリオトロピツク中間相、有機溶剤及び水性
   溶液からなる三相系においては、親水性基質の供給は水
   相を介して、疎水性生成物の導出は溶剤相を介して、又
   は疎水性基質及び親水性生成物の存在においては相応し
   て逆に行なうこと、又は基質を固体の形で供給し、リオ
   トロピツク中間相に溶かし、生成物導出を二相系の溶剤
   相を介して行なうことを特徴とする有機物質の生物学的
   触媒反応法。 ２、逆相構造を有するリオトロピツク中間相を生物学的
   触媒の溶解化に使用する請求項１記載の方法。 ３、生物学的触媒として酵素、原核−及び真核細胞又は
   細胞と組み合わせた酵素を使用する請求項１又は２記載
   の方法。 ４、多孔性担体を生物学的触媒含有リオトロピツク中間
   相で被覆し、この形で使用する請求項１から３までのい
   ずれか１項記載の方法。 ５、基質を二相域中に固体の形で添加し、直接中間相に
   溶かす請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。 ６、基質をガスとして供給し、かつ／又は生成物をガス
   として導出する請求項１から４までのいずれか１項記載
   の方法。