JPH03191797A - D,l―アミン類の酵素的光学分割方法 - Google Patents

D,l―アミン類の酵素的光学分割方法

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JPH03191797A
JPH03191797A JP33065489A JP33065489A JPH03191797A JP H03191797 A JPH03191797 A JP H03191797A JP 33065489 A JP33065489 A JP 33065489A JP 33065489 A JP33065489 A JP 33065489A JP H03191797 A JPH03191797 A JP H03191797A
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enzyme
reaction
amines
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Isamu Ito
勇 伊藤
Riyouichi Nemori
良一 根守
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Fuji Photo Film Co Ltd
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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、有機溶媒を主体とする溶媒中で、固定化酵素
を用いり、  L−アミン類の一方の光学活性体のみを
高選択的に基質エステル体と反応させることにより光学
活性アミド体と他方の光学活性アミン類を得ることによ
りD,L−アミン類の酵素的光学分割方法に関する。
(従来の技術) 光学活性有機化合物の合成は生理活性化合物の開発の上
で非常に重要であり、例えばシェリー・マーチ(Jer
ry March)著、アドバンスト オーガニ7り 
ケミストリー(^dvanced  OrganicC
hemistry)  (マグロウ−ヒル;1977年
)第2版、106頁に記載の光学活性体合成法(Asy
++netric 5ynthesis)や、同上10
8頁に記載の光学分割法が知られている。
しかしながら従来の方法は、ラセミ体を分離したり、一
方の光学活性体を生成させるのに光学活性基質を同モル
必要とするとか、光学活性体の光学収率が非常に低いと
かの欠点を有している。しかもカルボニル化合物、カル
ボン酸類、オレフィン類への適用例は数多く知られてい
るが、光学活性ア1ン類の合成や、光学活性アミン類の
分離についてはあまり知られていないのが現状である。
一方、従来から進められてきた化学法による光学活性体
の合成とともに、近年酵素反応を用いる光学活性体の合
成が活発化している。その化学法に対する長所としては
、高選択性すなわち光学収率が高く、反応条件が穏和で
あり、副反応が起り難い、触媒量の酵素が存在すればよ
い等が挙げられるが、水中での反応では加水分解反応や
、酸化還元反応等しか適用出来ないため、アミン類の光
学合成という点では難点であった。しかしながらこのよ
うな酵素法の限界を克服する新規な方法として有機溶媒
中での酵素反応が検討され、ペプチド合成が可能となっ
てきた0例えば^1exander町K11banor
等はプロテアーゼ又はリパーゼの粉末を有機溶媒中に加
え、L−リジンエステル体とフェニルアラニンのエステ
ル体との反応により水系での酵素反応では全く生成しな
かったε−ペプチドを得ることに成功している* (T
etrahedronLetters、 1988.5
487) 。
更にこれらの知見を発展させて、有機溶媒中にサブチリ
シン又はリパーゼの粉末を加え、D、  Lアミン類と
基質エステル体とを反応させることにより光学活性アミ
ド体を得ることに成功している(Journal of
 American Chemical 5ociet
y。
1989.111.3094)。
しかしながら、このような粉末法では、反応終了後の目
的物の単離が困難であるとか、酵素が溶解していないた
め触媒としての酵素が有効に利用されないとか、反応に
伴って生成するアルコール類の除去が困難であったり、
系内に存在する水分量が均一でないため逆反応が同時に
併発して目的物の生成収率が低下する等、多くの問題が
ある。
特に、有機溶媒中の酵素反応に於いては反応系の水分量
の調節が重要である。水分量が多すぎると、逆反応や転
位反応を促進したりする。一方、酵素活性を保つ上では
云わゆるエソセンシャルウオーターと呼ばれる水分量が
必ず必要であると考えられている。すなわち活性な状態
では、酵素およびその近傍にはある程度の量の水が存在
しており、そのような親水的環境にある酵素に対して水
に溶けにくい基質分子を如何に効率よく供給するかが重
要な問題である。
(発明が解決しようとする課題) 有機溶媒中で酵素粉末を用いる酵素法によるり。
L−アミン類の光学分割法は従来行われている化学法に
較べて優れた方法であるが、上記の如く、生成物の単離
操作がやっかいである、酵素の利用効率が低い、逆反応
を有効に防止できないため化学収率および光学収率が低
下する、基質の酵素近傍への供給速度が小さいため反応
収率/時間が低い等の問題を有している0本発明の目的
は、このような問題を解決する新しい手段を提供するこ
とにある。
(課題を解決するための手段) 本発明のこれらの目的は、D、L−アミン類と基質エス
テル体とを固定化酵素の存在下で反応させることにより
達成された。
本発明で用いられるD,L−アミン類及び基質エステル
体はそれぞれ下記の一般式(I)および0口で表わされ
る。
Ht  N   CHR”     R”   COR
’1 (1) (II) 一般式(I)で表わされるアミン類のR1としては、炭
素数1乃至10の置換又は未置換のアルキル基が好まし
く、環形成していてもよい、それらの置換基としてはア
ルキル基、フェニル基、ハロゲン原子又はアルコキシ基
が好ましい。R1として特に好ましいものは炭素数1〜
4の直鎖又は分岐アルキル基である。一般式(1)で表
わされるアミン類のRtとしては、炭素数1乃至15の
アルキル基又はアリール基もしくはカルバモイル基が好
ましく、その置換基としてはアルキル基、アリール基、
ハロゲン原子、又はアルコキシ基が好ましい。R2とし
て特に好ましいものは、炭素数2乃至8の直鎖状又は分
岐状アルキル基、炭素数6乃至10の了り−ル基、炭素
数8〜12のアリール基又はヘテロ環置換アルキル基も
しくは炭素数1〜5のカルバモイル基を表わす。
一般式CI+)で表わされる基質エステル体のR3とし
ては、炭素数1乃至10のアルキル基又はアリール基が
好ましく、置換基としてはアルキル基、ハロゲン原子、
アリール基が好ましい。R3として特に好ましくは、炭
素数1乃至5のアルキル基、炭素数6乃至10のアリー
ル基を表わす。R4としては、炭素数1乃至10の置換
又は未置換のアルキル基、および炭素数6乃至16の置
換又は未置換の了り−ル基が好ましく、特に好ましくは
炭素数1乃至5の未置換又はクロロ原子あるいはフルオ
ロ原子が置換したアルキル基を表わす。
一般式(1)で表わされるD,L−アミン類は、その多
くのものが市販されており容易に入手できるが、その前
駆体である下記一般式(II)で示されるケトン体より
イミン体(IV)を得た後、接触還元又はL i A 
I Ha還元によって容易に合成される。
CIII)       、  (IV)      
    (1)あるいは対応するハロゲン体〔v〕とフ
タルイミドアニオンとのSN2反応によって置換体(V
l)を得た後、ヒドラジン還元することによっても容易
に合成される(Gabriel 5ynthesisと
して有名な反応である)。
一般式(II)で表わされるエステル体は、市販されて
おり容易に入手できるが、カルボン酸類とアルコール類
との縮合反応によって容易に合成することもできる。
以下に一般式(I)および一般式(I[)で表わされる
化合物の具体例を示すが、これらに限定されるものでは
ない。
(1) (1) HzN  COCJs CH3 CI。
CI)−(3) HJ  CHHCHz)4cHs CHl c、n。
Hs (1)−(5) HJ  CHC+oHt+ Hi CH3 H3 CH2 O F3 H1F (II) (4) C4H9C0CzHnC1 1 し2 HI Hs (II) (1) CH2−C−OCRs 1 (II) (2) CsHsCOCH3 II (II) (3) C1HsC−OCHxCFs 1 (II) (13) C3HtC−OCHICH茸CF2 1 (n) (14) CsH++C−0CtHaCj! 1 [11) (15) CsHtC−OCHtC11tOH 1 (If) (16) CHsCOCJ* 1 CI。
本発明で用いる固定化酵素に供される酵素は、プロテア
ーゼ又はリパーゼである。プロテアーゼの例としてはα
−キモトリプシン、サブチライシン、パパイン、プロメ
ライン、プロリシン、サーモライシンなどが挙げられ、
特にサブチライシンが最も好ましい。リパーゼの例とし
ては、リポプロティンリパーゼが最も好ましい。
本発明の方法ではこれらの酵素の固定化されたものを使
用する。固定化のための粉末又は成型粒子としては用い
る有機溶媒に耐性があれば特に限定されるものではな(
、天然もしくは合成重合体および無機物を用いる事がで
きる。以下にそれらの例を示す。天然の材料としてはセ
ルロースの粉末又は成型粒子(例えば商品名セルロファ
イン(Cellulofine))およびその誘導体で
あるカルボキシメチルセルロース、スルホプロピルセル
ロース、硫酸化セルロース、ジエチルアミノエチルセル
ロース、イミノジ酢酸誘導体化セルロース等の粉末又は
成型粒子を挙げる事ができ、又、キチンおよびキトサン
の粉末又は成型粒子(例えば商品名キトバール、キトビ
ーズ、マリンカイト)、グルコマンナンの粉末又は成型
粒子を挙げることができる0合成重合体としてはポリビ
ニルアルコール、ポリ (2−ヒドロキシエチル)メタ
クリレート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート
、ポリアクリルアミド他のビニル重合体およびそれらの
共重合体が挙げられる〔商品としては例えばアンバーラ
イト(Amberlite) %アンバーリスト(Am
berlyst)、ダウエックス(Dowex)等の樹
脂等セファクリル(5ephacryl )   )コ
パール(Toyopearl) 、スフエロン(Sph
eron)等の液体クロマトグラフィー用担体を挙げる
ことができる)。
無機材料ではガラス、多孔性セラミック、金属酸化物な
どが挙げられる。
酵素をこれらの担体に固定化する方法は通常の方法、例
えば物理的吸着法、包接法、架橋法、共有結合法を用い
ることができる。これらの方法については、例えばMe
thods in Enzymology vol。
34”、”同、vol、44”、  “同、 vol、
135 ”(以上^cades+ic Press)、
 ”Iss+obilized Enzymesand
 Ce1ls” (Adaa+ Hilger、  1
987 )および“固定化生体触媒” (千畑一部編 
講談社、1986)などに詳しく述べられている。しか
しその固定化法はこれらに限定されるものではな(、例
えば多孔性担体に酵素をただ単に保持させたようなもの
も使用することができる(なお、以下において、酵素を
上記のような粉末、成型粒子等の粒子に固定化したもの
を酵素固定担体とよぶ)。
本発明の方法においては酵素を固定化後、凍結乾燥によ
り乾燥するか、又は使用する有機溶媒に徐々に置き換え
た後に使用する事ができる。
本発明で用いる固定化酵素には膜に固定化された酵素も
包含される。酵素固定膜の膜の材質は、用いる有機溶媒
系に不溶のものであれば何であっても良く特に限定され
るものではないが、例えばセルロース、キトサン、グル
コマンナン、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニル
アルコール共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、セラミック
などは広範囲の有機溶媒系に耐性があるものが好ましく
、その中でもセルロースを主成分とする膜は蛋白質の非
特異吸着が少ないため特に好ましい。
膜の形状としては平膜、中空系、管状のいずれでも良く
、膜厚は膜強度の点から1011m以上が好ましい、孔
径は広範囲のものが使用できるが、特に酵素の利用効率
の点で微小な孔を持つ膜が好ましく、0.1μ〜20μ
の平均孔径を持つ濾過膜(ミクロフィルター、濾紙など
)や排除限界分子量が1000〜1,000,000で
ある限界枦過膜が特に好ましい、膜の構造としては厚さ
方向で孔径の変化しないもの(例えば濾紙など)であっ
ても良いが、孔径の変化するいわゆる非対称膜が特に好
ましい。
酵素固定膜と有機溶媒との接触には常圧にてフローで行
う方法でもよいが、基質溶液の移動を速くすることによ
り酵素の反応効率を増大するため、圧力をかけて酵素固
定膜中を有機溶媒を通過させる方法がより好ましい。
前述の酵素を膜に固定化する方法については、多官能性
試薬を用いて酵素間を架橋する方法や、酵素を膜に共有
結合、静電相互作用、物理吸着等の方法で固定化するな
ど担体に固定する時とほぼ同様の操作により固定するこ
とができる。
本発明に於て使用できる有機溶媒には特に制限は無いが
例として次の様なものが挙げられる。水と混ざる溶媒と
してはメタノール、エタノール、エチレングリコール、
グリセロール、アセトン、ジオキサン、テトラヒドロフ
ラン、N、N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジメチ
ルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなど、又、水と
混ざりにくい溶媒としてはn−プロピルアルコール、イ
ソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、5ec
−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、2−メチ
ル−2−ブタノール、n−アミルアルコール、1so−
アミルアルコール、t−アミルアルコール、n−ヘキサ
ノール、3−メチル3−ペンタノール、n−ヘプタツー
ル、n−オクタツール、ジエチルエーテル、ジイソプロ
ピルエーテル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、塩化メチ
レン、クロロホルム、四塩化−* 素、n−ヘキサン、
n−へブタン、n−オクタン、イソオクタン、シクロヘ
キサン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどがある。こ
れらの有機溶媒は使用する酵素との組合せによって選択
されるが、水と混ざる溶媒として好ましくは、N、N−
ジメチルホルムアミド、N、N−ジメチルアセトアミド
、ジメチルスルホキシド、水と混ざりにくい溶媒として
は、t−プチルアルコール、2−メチル−2−ブタノー
ル、1so−アミルアルコール、t−アミルアルコール
、3−メチル−3−ペンタノール、塩化メチレン、トル
エンが使用される。中でも特に好まシ<ハ、N、N−ジ
メチルホルムアミド、is。
−アミルアルコール、t−アミルアルコール、3メチル
−3−ペンタノール、トルエンが使用される。
これらの溶媒には混合して使用する事もでき、10%以
内の濃度で、かつ飽和溶解度以下の濃度の水を含有させ
ることもできる。
本発明の方法で使用する出発原料の濃度はできるだけ高
い方が反応速度が速く好ましい、これらは通常それぞれ
の溶媒に対する溶解度以内の濃度で使用され、−船釣に
は1mMから2M、通常はlQmMから0.5M程度で
用いるのが好ましい。
本発明で使用する固定化酵素の使用量は特に限定されな
い、使用濃度が高い程反応時間が短時間で完了するが、
これは固定化酵素の比活性にも依存する。乾燥重量基準
で一般的には再出発物質1ミリ−o1 当り酵素の重量
として1■から10g1好ましくは10■から5g程度
あれば良し1゜本発明の方法において、一般式(I)お
よび(n)で表わされる化合物の使用量比は、モル比で
10:1ないしは1:10、好ましくは3:1ないしは
1:3で用いられる。
本発明の酵素固定担体を用いる方法では、例えば乾燥し
た固定化酵素を一般式(1)および(II)で表わされ
る両原料を含む有a溶媒中に懸濁させ攪拌することによ
り行なうことができる0反応終了後濾過又はデカンテー
ション等の操作により生成物の溶液を容易にとり出すこ
とができる。またカラムに、反応に使用する有機溶媒に
懸濁した固定化酵素を充填し、この充填層に再出発原料
を含む有機溶媒を流すことによって行なうことができる
。このような方法を用いた場合反応が連続的に行なえる
点工業的に有利である。
反応温度は通常4℃から80℃、好ましくは20℃〜5
0℃である。
基質溶液と固定化酵素の接触時間(反応時間)は通常約
5分ないし約100時間であるが、これは基質の種類お
よび濃度、固定化酵素の量および活性、温度等に大きく
左右されるものである。
本発明の酵素固定膜を利用する場合、基質溶液を酵素に
固定化した膜中に透過させる際の流速は、約0.03〜
約2m/分・dが好ましく、又反応温度は10〜90℃
が好ましい。
使用に適した装置としてはBiotechnology
 andBioengineering vol、 X
I、 p 366  (1969)、S、 5ouri
rajan著rReverse 0slIlosisJ
 、LogosPress Lim1ted 5cie
ntific Publication (1970)
pI)25〜27、特公昭62−53151号などに記
載されている装置があげられる。
(発明の効果) 本発明の酵素固定担体を用いるD,L−アミン類の酵素
的光学分割方法では、後で酵素を除去するための抽出操
作や透析等が全く不要となり、反応後直ちに溶媒を留去
することにより生成物が得られる。又、水分量などの溶
媒組成を最適条件に保てるため、逆反応や副反応を抑え
ることができ、高い反応収率および光学収率を達成でき
る。
本発明の酵素固定膜を用いるD,L−アミン類の酵素的
光学分割方法でも酵素を除去するための操作が不要とな
る。又、微細孔内表面に酵素が均一に固定されているた
め、酵素の利用効率が非常に高く効率的である。逆反応
に影響を与える水分量や、反応で生じてくるアルコール
類が膜全体に均一に分布するため逆反応が有効に防止さ
れる。
更にある一定の圧力で微細孔内に基質を強制的に送り込
むことにより拡散に鯨らずに基質を供給することができ
、逆反応の進行による反応収率の低下の防止、溶解性の
劣る生成物や副生成物による酵素反応阻害の防止、水溶
性の低い基質の酵素近傍への接近促進効果による生成速
度の増大等の効果が得られる。
(実施例) 次に実施例をあげて本発明を更に詳細に説明するが本発
明はこれらに限定されるものではない。
実施例1 鼠粟門定■体鬼盟遺 サブチライシン100■を水冷した0、025MのHE
PESバッファー3+d (pH7,5,5MのNaB
rを含む)に溶解し、さらに0.5gの乾燥したアンバ
ーライトXAD−7樹脂(ローム・アンド・ハース社製
の多孔製ポリマービーズ)を加えた。4℃で12時間ゆ
っくりと振とう後、50%グルタルアルデヒド溶液を0
.2−添加し4℃で3時間振とうして酵素を固定させた
。その後0.1MのHEPESバッファーpi(’7.
 5)で洗浄して未固定のサブチライシンを除去した。
又、同様の操作により、サーモライシンおよびリボプロ
ティンリパーゼを固定化した。
実施例2 離精製し、〔α〕。を測定し、文献値データと比較し表
1に示した。
比較例1 実施例2に記載したと同じ基質溶液(20−)に酵素粉
末100■を加え、フラスコ中25℃〜45℃で244
時間振うした。反応液をが過後、溶媒を減圧留去しシリ
カゲルクロマトグラフィーによりアミド体を分離した。
得られたデータを比較例として表1に示した。
酵素固定担体を内径1c11のガラスカラムに充填し、
ペリスタポンプを用いてD,L−アミン類(一般式CI
〕)4mMおよび基質エステル体(一般式C1C11)
)4の有l11溶剤溶液(20d)を25℃〜45℃で
流速約1−7分で24時間透過・循環させた0反応液の
溶媒を減圧留去後、シリカゲルクロマトグラフィーによ
りアミド体を分表1より本発明の固定化担体を用い反応
溶液を透過・循環させる方法は、粉末酵素を溶媒中に添
加する公知の方法(比較例)に較べて同一の酵素、反応
基質での収率および光学収率が向上することが分かる。
また、本発明の実験例(−1〜嵐5)では反応液中に酵
素が全く存在しないため、後処理工程での酵素を除去す
る操作が不要であり、この工程での逆反応の進行による
反応収率の低下が全く起きなかった。
実施例3 ■皇皿定腋■作製 セルロース製ミクロフィルターFR40(富士写真フィ
ルム■製)1200dにp−ニトロフェノキシクロロフ
ォルメート34gとアセトニトリル100−を加える。
水冷下で攪拌しながらピリジン30−を滴下し、続いて
40℃で30分間振とうする。その後膜をメタノールお
よびアセトンで良く洗浄して活性化セルロース膜を得た
。
続いてサブチライシン100wを16mMのCaCjg
を含むpH8,0の0.05Mホウ酸バッファー50−
に溶解する。炉通用の47−φフィルターホルダーにセ
ットした活性化セルロース膜に上記溶液をペリスタポン
プを用いて4℃約3−7分の速度で透過させ、5時間循
環することによりサブチライシンを固定化した0次に残
った活性基を除くために0.1Mエタノールアミン水溶
液を4℃で2時間循環させ、最後にバッファー液を透過
させて十分膜を洗浄し、サブチライシン固定セルロース
製ミクロフィルターを得た。
全く同様の操作により、サーモライシン(100■)お
よびリポプロティンリパーゼ(100■)を固定したセ
ルロース製ミクロフィルターを作製した。
実施例4 実施例3で作製したサーモライシン固定膜をフィルター
ホールシダ−(47m−φ)にセットし、ヘリスタポン
プを用い、D、L−アミン類〔134mMおよび基質エ
ステル体(II)4mMの有機溶媒溶液(20sd)を
25℃〜45℃で透過・循環させ、24時間後に生成し
たアミド体を単離、定量した。流速は約3−7分であっ
た。実験結果を表2に示した。
比較例2 比較例1に記載したと同様の方法によりアミド体を生成
・分離し、得られたデータを比較例として表2に示した
。
表2より、本発明の酵素固定膜を用いるり、 L−アミ
ン類の酵素的光学分割法は、粉末酵素を有機溶媒中に添
加する公知の方法(比較例)に較べて、アミド化の収率
および光学収率が向上することが分かる。また、反応後
に酵素を除去する操作が不要となるとともに、反応処理
中に酵素が混入することによる逆反応を防止できた。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)D,L−アミン類を有機溶媒を主体とする溶媒中
    、固定化酵素の存在下で基質エステル体と反応させるこ
    とにより光学活性アミド体を高選択的に得ることを特徴
    とするD,L−アミン類の酵素的光学分割方法。
  2. (2)特許請求範囲第一項において、該固定化酵素が粉
    末又は成型粒子に固定化された酵素であることを特徴と
    するD,L−アミン類の酵素的光学分割方法。
  3. (3)特許請求範囲第一項において、該固定化酵素が膜
    に固定化された酵素であることを特徴とするD,L−ア
    ミン類の酵素的光学分割方法。
JP33065489A 1989-12-20 1989-12-20 D,l―アミン類の酵素的光学分割方法 Pending JPH03191797A (ja)

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