説明

不飽和脂肪酸及びそれらの誘導体のオゾン分解

【課題】不飽和脂肪酸及びそれらの誘導体をオゾン分解する方法並びに不飽和脂肪酸のオゾン分解生成物を含む反応混合物から反応性酸素種を除去するためのカタラーゼの使用。
【解決手段】a)脂肪酸又はその誘導体を、有機溶剤を含む有機相中でオゾン分解する工程、及びb)有機相を、カタラーゼ及び好ましくは緩衝液を含む水相と接触させる工程を含み、その際に前記脂肪酸又はその誘導体が、炭素原子を少なくとも8個有する線状鎖を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、以下の工程:a)不飽和脂肪酸又はその誘導体を、有機溶剤を含む有機相中でオゾン分解する工程、及びb)前記有機相を、カタラーゼ及び好ましくは緩衝液を含む水相と接触させる工程[ここで前記不飽和脂肪酸又はその誘導体は、炭素原子を少なくとも8個有する線状鎖を有する]を含む不飽和脂肪酸及びそれらの誘導体をオゾン分解する方法並びに不飽和脂肪酸又はその誘導体のオゾン分解生成物を含む反応混合物から反応性酸素種を除去するためのカタラーゼの使用に関する。
【背景技術】
【0002】
オゾン分解は、合成有機化学において確立された、不飽和炭化水素のC=C二重結合を2個のカルボニル化合物の形成下に開裂させる方法である。後者のカルボニル化合物は、特に、カルボン酸、アルデヒド及びアルコールでありうる。機構的には、オゾン分解は、前記二重結合へのオゾンの[3+2]付加環化を含み、この付加環化は一次オゾニド、すなわち不安定な中間生成物を生じ、これがアルデヒド及びカルボニルオキシドに分解する。後者のカルボニルオキシドは、重合しうるかもしくは1,2,4,5−テトラオキソランに二量化しうるか、又はさらなる付加環化において二次オゾニドを形成しうる。この二次オゾニドは最終的に、酸化的に後処理されてカルボン酸となりうるか、又は還元的に後処理されてアルデヒドとなりうる。前記アルデヒドはさらにアルコールまで還元されうる(Vollhardt/Scholer, 1995、非特許文献3)。
【0003】
前記方法の欠点は、前記カルボニルオキシドから、所望の生成物に後処理されることができる二次オゾニドが形成されるだけでなく、一連の副生物、その中でもテトラオキソラン二量体、ヒドロペルオキシドと呼ばれるオゾニド及び水の付加物並びにそれらから生じる過酸化水素も形成されることにある。さらにまた、二次オゾニドの発生及び蓄積(Ansammlung)は、前記反応操作の安全性に関して憂慮すべきである、それというのも、この種の化合物が爆発性として知られているからである。
【0004】
別の副生物の発生は、前記反応の収率を低下させ、とりわけ、生じる過酸化水素は、その後の工程の生成物を酸化させ、このようにして付加的な副生物も形成しうる。発生する望ましくないカルボニル化合物は、多数の望ましくない縮合生成物の形成をまねきうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】DE 102011015150.8 (2011): SYNTHESE VON OMEGA-AMINOCARBONSAEUREN UND DEREN ESTERN AUS UNGESAETTIGTEN FETTSAEUREDERIVATEN
【非特許文献】
【0006】
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【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
この背景から、本発明の基礎となる課題は、危険な二次オゾニド及び妨げとなる副生物の発生が減少し、かつ前記反応の収率がそれに応じて改善されている改良法を提供することにある。
【0008】
さらに、本発明は、不飽和脂肪酸及びそれらの誘導体のオゾン分解生成物を含む反応混合物中の反応性酸素種が、還元当量を消費せずに分解される方法を開発するという課題が基礎になっている。
【0009】
さらに、本発明は、不飽和脂肪酸及びそれらの誘導体のオゾン分解生成物を含む反応混合物中の反応性酸素種の分解が、これまで使用される触媒に比べて改善された性質を有する代替的な触媒により達成される方法を開発するという課題が基礎になっている。
【0010】
さらに、本発明は、不飽和脂肪酸及びそれらの誘導体のオゾン分解生成物を含む反応混合物の処理が、二次オゾニドの濃度の低下のために中性条件下で行われ、極端なpH値によりアルデヒド性オゾン分解生成物の助長される副反応を回避する方法を開発するという課題が基礎になっている。
【0011】
本発明の基礎となるさらなる課題は、前記方法を、溶剤の交換を必要とすることなく、反応性酸素種の促進された分解となるように改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
これらの課題及びさらなる課題は、本発明の対象によって、特に添付の独立請求項の対象によっても、解決され、ここで、実施態様は従属請求項から明らかになる。
【0013】
本発明によれば、前記課題は、第一態様において、以下の工程:
a)不飽和脂肪酸又はその誘導体を、有機溶剤を含む有機相中でオゾン分解する工程、及び
b)前記有機相を、カタラーゼ及び好ましくは緩衝液を含む水相と接触させる工程
を含む方法により解決され、ここで、前記不飽和脂肪酸又はその誘導体は、炭素原子を少なくとも8個有する線状鎖を有する。
【0014】
第一態様の第一実施態様において、前記有機溶剤は、水相の存在下で室温で水相とは別個の有機相を形成する有機溶剤である。
【0015】
第一実施態様の一実施態様である第二実施態様において、工程a)は、水相の存在下で行われる。
【0016】
第二実施態様の一実施態様である第三実施態様において、工程b)の前に、前記水相は工程a)から除去される。
【0017】
第一実施態様ないし第三実施態様の一実施態様でもある第一態様の第四実施態様において、前記不飽和脂肪酸又はその誘導体は、式(I)
1−(CH2x−CH=CH−(CH2y−COR2 (I)
[式中、R1は、水素、HO−、HS−、CHO−、R2OC−、非置換又は置換された、好ましくはハロゲン化された、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール及びヘテロアリールを含む群から選択されており、
式中、R2は、HO−、炭素原子1〜7個を有する置換又は非置換のアルコキシ、アルケンオキシ、アルキンオキシ及びシクロアルコキシ、−NR34、アリールオキシ及びベンジルオキシを含む群から選択されており、
式中、R3及びR4はそれぞれ、かつ互いに独立して、水素、アルキル、好ましくはメチル又はエチル、アルケニル、アルキニル、アリール及びベンジルを含む群から選択されており、
かつ式中、x及びyはそれぞれ、かつ互いに独立して、0又はより大きい整数である]で示される化合物である。
【0018】
第四実施態様の一実施態様である第五実施態様において、R1は水素であり、R2はHO−、メトキシ又はエトキシであり、かつx及びyの和は9又はそれ以上である。
【0019】
第一実施態様ないし第五実施態様の一実施態様でもある第一態様の第六実施態様において、前記脂肪酸もしくは前記誘導体は、オレイン酸及びエルカ酸及びそれらのエステル、好ましくはメチルエステル又はエチルエステルを含む群から選択されている。
【0020】
第一実施態様ないし第六実施態様の一実施態様でもある第一態様の第七実施態様において、前記有機溶剤は、R567C−O−R8又はその分子内エーテルを含む群から選択されており、ここで、R5、R6及びR7はそれぞれ、かつ互いに独立して、水素、炭素原子1〜7個を有するアルキル又はシクロアルキル、並びに非置換及び置換されたアリールを含む群から選択されており、ここで、R8は、水素、炭素原子1〜7個を有するアルキル、シクロアルキル、ヒドロキシアルキル及びアルコキシアルキル並びに非置換又は置換されたアリール及びベンジルを含む群から選択されており、かつここで、好ましくは基R5、R6及びR7の少なくとも1つはメチルである。
【0021】
第七実施態様の一実施態様である第八実施態様において、前記有機溶剤は、式R567C−OHの化合物であり、かつR5、R6及びR7はそれぞれ、かつ互いに独立して、メチル、エチル、プロピル、ブチル及びペンチルを含む群から選択されている。
【0022】
第八実施態様の一実施態様である第九実施態様において、前記有機溶剤は、2−メチル−2−ブタノールである。
【0023】
第一実施態様ないし第九実施態様の一実施態様でもある第一態様の第十実施態様において、前記有機相を接触させる際の前記水相の体積割合は、双方の相の全体積に対して0超〜50%、より好ましくは5〜30%、さらにより好ましくは15〜25%である。
【0024】
第一実施態様ないし第十実施態様の一実施態様でもある第一態様の第十一実施態様において、工程a)の際にカタラーゼが存在している。
【0025】
第一実施態様ないし第十一実施態様の一実施態様でもある第一態様の第十二実施態様において、前記カタラーゼは、ウシ肝臓カタラーゼ又はその変異体(Variante)である。
【0026】
第一実施態様ないし第十二実施態様の一実施態様でもある第一態様の第十三実施態様において、前記有機相と接触させる前の工程b)における前記水相のpH値は、3〜11、好ましくは5〜8、さらにより好ましくは6.5〜7.5である。
【0027】
本発明によれば、前記課題は、第二態様において、不飽和脂肪酸又はその誘導体のオゾン分解生成物を含む反応混合物から、反応性酸素種、好ましくは反応性有機酸素種を除去するための、カタラーゼの使用によって解決される。
【0028】
第二態様の第一実施態様において、前記不飽和脂肪酸又はそのエステルは、式
1−(CH2x−CH=CH−(CH2y−COR2 (I)
[式中、R1は、水素、HO−、HS−、CHO−、R2OC−、非置換又は置換された、好ましくはハロゲン化された、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール及びヘテロアリールを含む群から選択されており、
式中、R2は、HO−、炭素原子1〜7個を有する置換又は非置換のアルコキシ、アルケンオキシ、アルキンオキシ及びシクロアルコキシ、−NR34、アリールオキシ及びベンジルオキシを含む群から選択されており、
式中、R3及びR4はそれぞれ、かつ互いに独立して、水素、アルキル、好ましくはメチル又はエチル、アルケニル、アルキニル、アリール及びベンジルを含む群から選択されており、
かつ式中、x及びyはそれぞれ、かつ互いに独立して、0又はより大きい整数である]で示される化合物である。
【0029】
第一実施態様の一実施態様でもある第二態様の第二実施態様において、前記反応混合物はさらに、有機溶剤、好ましくは、水相の存在下で室温で水相とは別個の有機相を形成する有機溶剤1種を含有し、
ここで、前記有機溶剤は、R567C−O−R8又はその分子内エーテルを含む群から選択されており、ここで、R5、R6及びR7はそれぞれ、かつ互いに独立して、水素、炭素原子1〜7個を有するアルキル又はシクロアルキル、並びに非置換及び置換されたアリールを含む群から選択されており、ここで、R8は、水素、炭素原子1〜7個を有するアルキル、シクロアルキル、ヒドロキシアルキル及びアルコキシアルキル並びに非置換又は置換されたアリール及びベンジル群から選択されており、かつここで、好ましくは基R5、R6及びR7の少なくとも1つはメチルであり、
ここで、好ましくは基R5、R6及びR7の少なくとも1つはメチルであり、
かつここで、前記有機溶剤は、さらにより好ましくは2−メチル−2−ブタノールである。
【0030】
第三態様において、本発明の基礎となる課題は、一方では不飽和脂肪酸又はその誘導体のオゾン分解生成物及び有機溶剤を含む有機相と、他方ではカタラーゼ及び好ましくは緩衝液を含む水相とを含む反応混合物によって解決され、ここで、前記脂肪酸又はその誘導体は、炭素原子を少なくとも8個有する線状鎖を有する。
【0031】
第三態様の第一実施態様において、前記有機溶剤は、水相の存在下で室温で水相とは別個の有機相を形成する。
【0032】
第一実施態様の一実施態様である第三態様の第二実施態様において、工程a)は水相の存在下で行われる。
【0033】
第二実施態様の一実施態様である第三態様の第三実施態様において、工程b)の前に、前記水相は工程a)から除去される。
【0034】
第一実施態様ないし第二実施態様の一実施態様でもある第三態様の第四実施態様において、前記不飽和脂肪酸又はその誘導体は、式(I)
1−(CH2x−CH=CH−(CH2y−COR2 (I)
[式中、R1は、水素、HO−、HS−、CHO−、R2OC−、非置換又は置換された、好ましくはハロゲン化された、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール及びヘテロアリールを含む群から選択されており、
式中、R2は、HO−、炭素原子1〜7個を有する置換又は非置換のアルコキシ、アルケンオキシ、アルキンオキシ及びシクロアルコキシ、−NR34、アリールオキシ及びベンジルオキシを含む群から選択されており、
式中、R3及びR4はそれぞれ、かつ互いに独立して、水素、アルキル、好ましくはメチル又はエチル、アルケニル、アルキニル、アリール及びベンジルを含む群から選択されており、
かつ式中、x及びyはそれぞれ、かつ互いに独立して、0又はより大きい整数である]で示される化合物である。
【0035】
第四実施態様の一実施態様である第三態様の第五実施態様において、R1は水素であり、R2は水素又はメチル又はエチルであり、かつx及びyの和は9又はそれ以上である。
【0036】
第一実施態様ないし第五実施態様の一実施態様でもある第三態様の第六実施態様において、前記脂肪酸もしくは前記誘導体は、オレイン酸及びエルカ酸及びそれらのエステル、好ましくはメチルエステル又はエチルエステルを含む群から選択されている。
【0037】
第一実施態様ないし第六実施態様の一実施態様でもある第三態様の第七実施態様において、前記有機溶剤は、R567C−O−R8又はその分子内エーテルを含む群から選択されており、ここで、R5、R6及びR7はそれぞれ、かつ互いに独立して、水素、炭素原子1〜7個を有するアルキル又はシクロアルキル、並びに非置換及び置換されたアリールを含む群から選択されており、ここで、R8は、水素、炭素原子1〜7個を有するアルキル、シクロアルキル、ヒドロキシアルキル及びアルコキシアルキル並びに非置換又は置換されたアリール及びベンジルを含む群から選択されており、かつここで、好ましくは、基R5、R6及びR7の少なくとも1つはメチルである。
【0038】
第七実施態様の一実施態様である第三態様の第八実施態様において、前記有機溶剤は、式R567C−OHの化合物であり、かつR5、R6及びR7はそれぞれ、かつ互いに独立して、メチル、エチル、プロピル、ブチル及びペンチルを含む群から選択されている。
【0039】
第八実施態様の一実施態様である第三態様の第九実施態様において、前記有機溶剤は、2−メチル−2−ブタノールである。
【0040】
第一実施態様ないし第九実施態様の一実施態様でもある第三態様の第十実施態様において、前記有機相を接触させる際の前記水相の体積割合は、双方の相の全体積に対して0超〜50%、より好ましくは5〜30%、さらにより好ましくは15〜25%である。
【0041】
第一実施態様ないし第十実施態様の一実施態様でもある第三態様の第十一実施態様において、工程a)の際に、カタラーゼが存在している。
【0042】
第一実施態様ないし第十一実施態様の一実施態様でもある第三態様の第十二実施態様において、前記カタラーゼは、ウシ肝臓カタラーゼ又はその変異体である。
【0043】
第一実施態様ないし第十二実施態様の一実施態様でもある第三態様の第十三実施態様において、前記有機相と接触させる前の工程b)における前記水相のpH値は、3〜11、好ましくは5〜8、さらにより好ましくは6.5〜7.5である。
【0044】
本発明の発明者らは、不飽和脂肪酸及びそれらの誘導体のオゾン分解の効率及び収率並びに反応生成物の純度が、オゾン分解の実施後の前記反応混合物中のカタラーゼの存在により上昇されることができることを意外にも見出した。本発明者らはさらに、カタラーゼの活性が、オゾン分解の際に生じた反応混合物と適合性である(kompatibel)ことを意外にも見出した。最後に、本発明者らは、オゾン分解−反応混合物中のカタラーゼの存在が、二次オゾニドのような反応性酸素種の濃度並びにさらなる副生物の形成を低下させ、かつカルボニル生成物の発生を促進することを意外にも見出した。
【0045】
好ましい一実施態様において、本明細書で使用されるような、"オゾン分解"という概念は、炭化水素、好ましくは不飽和脂肪酸又はその誘導体のC=C二重結合が、前記分子へのオゾンの作用により、カルボニル生成物の形成下に酸化的に開裂される方法を意味する。このオゾン分解の実施に適した方法、試剤及び装置は当業者には技術水準から知られている(Baily, 1978、非特許文献1)。このオゾン分解は、通常、溶剤としてのアルコール中で実施され、その際に前記反応混合物はさらに、溶剤の全量を基準として、水を少なくとも0.5質量%含有する。通常、前記不飽和脂肪酸又はそれらの誘導体は、0.1〜1モル/Lの濃度で存在する。オゾン分解は、好ましくは0〜40℃の温度で、さらにより好ましくは10〜35℃の温度で、及び特に好ましくは20〜30℃の温度で、実施される。通常、オゾンの発生のために、フィードガスとして工業用空気又は二酸化炭素及び酸素の混合物を使用するオゾン発生器が使用される。酸素から、オゾンは、無音放電により製造される。その際に、酸素ラジカルが形成され、これらのラジカルは、別の酸素分子とオゾン分子を形成する。
【0046】
本発明による方法の特別な強みは、前記方法の改善が、攻撃的な又は危険な化合物もしくは反応条件の使用によってではなく、酵素活性の付加によって達成されることができることにある。有機合成における活性な酵素の使用は今日まで、主に、小規模での方法に限定されている。酵素は、低い基質特異性を有する高価格な試剤として当てはまるだけでなく、多様な効果に基づいて、有機合成において普通の多数の溶剤と不適合性であり、それらの溶剤の使用は多くの場合に常に、所望の反応生成物の経済的な後処理のための必要条件でもある。ポリペプチドとして、酵素は通例、多かれ少なかれ球状の構造を有し、この構造は特に脂肪族アミノ酸側鎖が内部で疎水性のコアを形成することにより安定化されており、それに反して前記酵素の表面では親水性で極性のアミノ酸側鎖が支配的である。それに応じて、前記酵素は、その安定化のために、水分子の水和殻を必要とし、かつ前記酵素が溶剤と接触している場合には変性する傾向があり、この溶剤はこの酵素と、利用可能な少ない水分子を求めて競合する。水相と有機相とを含む二相系の場合に、しばしば界面効果となり、これらの界面効果は相境界上での前記酵素分子の吸収及び不活性化を含みうる。有機溶剤の存在はさらに、前記酵素の速度論的性質、すなわちその活性及びその選択率に、例えば前記酵素の可逆的又は不可逆的な変性により又はその選択率の変化により又は反応平衡の影響により、影響を及ぼしうる。また、酵素の活性にとって本質的である特定のpH範囲の信頼できる調節は、有機溶剤の存在下では難しい(Wong, 1994、非特許文献2)。
【0047】
好ましい一実施態様において、本明細書で使用されるような、"カタラーゼ"という概念は、水及び酸素への過酸化水素の分解を触媒する、酵素的に活性なポリペプチドであると理解される。触媒反応は、好ましい一実施態様において、触媒的に有効なポリペプチドの検出可能な量の存在下での過酸化水素の分解が、その不在下でよりも迅速に進行する場合に存在する。好ましい一実施態様において、酵素的に活性なポリペプチドは、カタラーゼ活性に加えて、1つ又は1つよりも多い別の活性を有する多機能性酵素である。本発明により使用可能なポリペプチドの例は、ウシ肝臓カタラーゼ(データベースコードNP_001030463)、ホースラディッシュペルオキシダーゼ、例えばデータベースコード、CAA00083.1、さらに技術水準に記載された全てのカタラーゼ(Abad-Zapatero, 1992、非特許文献5;Abe et al. 1973、非特許文献6;Altomare et al, 1974、非特許文献7;Baird et al, 1987、非特許文献8)、Balasubramaniam et al., 1987、非特許文献9;Barlow & Margoliash, 1969、非特許文献10;Beers & Sizer, 1952、非特許文献11;Beyer & Fridovich, 1985、非特許文献12;Boismenu et al., 1989、非特許文献13;Browett & Stillman, 1980、非特許文献14;Chance, 1951、非特許文献16;Chance, 1955、非特許文献17;Chance, 1973、非特許文献18;Chance et al., 1973、非特許文献19;Chatterjee et al., 1989、非特許文献20;Ch et al., 1975、非特許文献21;Corrall et al., 1974、非特許文献22;Darr & Fridovich, 1985、非特許文献23;Davison et al., 1986、非特許文献24;Deisseroth & Dounce, 1969、非特許文献25;Diesseroth et al., 1967、非特許文献26;Eglinton et al., 1983、非特許文献27;Escobar et al., 1990、非特許文献28;Evans & Recheigl, 1967、非特許文献29;Feinstein et al., 1967、非特許文献30;Feinstein et al., 1967、非特許文献31;Fita & Rossman, 1985、非特許文献32;Furuta et al., 1974、非特許文献33;Ghadermarzi & Moosavi-Movahedi, 1996、非特許文献34;Goldacre & Galston, 1953、非特許文献35;Goldstein, 1968、非特許文献36;Goth, 1989、非特許文献37;Goth, 1991、非特許文献38;Gregory & Fridovich, 1974、非特許文献39;Gadermarzi & Moosavi-Movahedi, 1996;Goldacre & Galston, 1953;Goldstein, 1968;Goth, 1989;Goth, 1991;Gregory & Fridovich, 1974;Haining & Legan, 1972、非特許文献40;Halliwell, 1973、非特許文献41;Heidrich, 1968、非特許文献42;Higashi et al., 1974、非特許文献43;Holmes, 1972、非特許文献44;Holmes & Masters, 1972、非特許文献45;Johansson & Borg, 1988、非特許文献46;Jones & Masters, 1975、非特許文献47;Jones, 1973、非特許文献48;Jones & Middlemiss, 1972、非特許文献49;Kirkman & Gaetani, 1984、非特許文献50;Kiselev et al., 1967、非特許文献51;Kremer, 1970、非特許文献52;Kroll et .al, 1989、非特許文献53;Kyle et .al, 1987、非特許文献54;Lanir & Schejter, 1975、非特許文献55;Lardinois, 1995、非特許文献56;Lee et al., 1987、非特許文献57;Liebermann & Ove, 1958、非特許文献58;Loewen & Seitala, 1987、非特許文献59;Longley, 1967、非特許文献60;Maehly & Chance, 1954、非特許文献61;Maimoni et al., 1999、非特許文献62;Margoliash & Novogorodsky, 1958、非特許文献63;Marklund, 1972、非特許文献64;Mastersc, 1986、非特許文献65;McPherson & Rich, 1973、非特許文献66;Mitchel & Anderson, 1965、非特許文献67;Miyahara et al., 1978、非特許文献68;Murphy et al., 1967、非特許文献69;Madler et al., 1986、非特許文献70;Nelson & Niesow, 1972、非特許文献71;Nicholls et al., 1963、非特許文献72;Orr, 1967a、非特許文献73;Orr, 1967b、非特許文献74;Oshino et al., 1973、非特許文献76;Percy et al., 1990、非特許文献77;Perrin et al., 1990、非特許文献78;Pitts, 1992、非特許文献79;Poznansky et al., 1974、非特許文献80;Pritchard & Hudson, 1967、非特許文献81;Roth & Jensen, 1967、非特許文献82;Rossman & Labaw, 1967、非特許文献83;Sakamoto & Highashi, 1974、非特許文献84;Samejima, Kita, 1969、非特許文献85;Samejima et al., 1962、非特許文献86;Schroeder et al., 1969、非特許文献87;Scibior & Czeczot, 2006、非特許文献88;Scott et al., 1991、非特許文献89;Seah & Kaplan, 1973、非特許文献90;Seah et al., 1973、非特許文献91;Sharma et al., 1989、非特許文献92;Shimiza et al., 1984、非特許文献93;Spreti et al., 1995、非特許文献94;Sumner & Dounce, 1937、非特許文献95;Sumner et al., 1940、非特許文献96;Sund et al., 1967、非特許文献97;Tanaka et al., 1991、非特許文献98;Tanford & Lovrien, 1962、非特許文献99;Tauber & Petit, 1952、非特許文献100;Tudhope, 1967、非特許文献101;Vuilaum et al., 1988、非特許文献102;Wheeler et al., 1990、非特許文献103;Whiteside et al., 1988、非特許文献104;Yasukochi et al., 1972、非特許文献105;Zidoni & Kremer, 1974、非特許文献106)及びそれらの変異体を含む。
【0048】
カタラーゼの活性のために、過酸化水素に加えて、さらに、別の基質及び/又は1種又は1種よりも多い補因子が必要である場合には、前記カタラーゼはこれを含む。例えば、ホースラディッシュペルオキシダーゼの使用の場合に、2,2′−アジノ−ビス(3−エチルベンズチアゾリン−6−スルホン酸)の存在が必要である。
【0049】
使用されるカタラーゼは、前記反応混合物に、多様な形で及び多様な精製段階で、カタラーゼ活性を有する細胞の未加工の溶液又はペレットから、完全に精製された酵素まで、添加されることができる。好ましい一実施態様において、前記カタラーゼは、完全で、生存可能な細胞又は溶解された細胞に関連したポリペプチド、例えば原核の全細胞触媒、好ましくは細菌的素質(bakterieller Natur)により発現されるポリペプチドである。その際に、細胞は、これが全細胞触媒として使用される場合には、前記カタラーゼがその内部で発現する必要はなく、外膜上に局在化されたカタラーゼ、例えば内因性の外膜タンパク質との融合タンパク質も可能である。好ましいさらなる一実施態様において、前記カタラーゼを細胞内部で発現させる細胞の、好ましくは細菌的素質の、溶解産物である。さらなる一実施態様において、単離され、好ましくは少なくとも60%、70%、80%、90%又は95%、特に好ましくは100%の純度のポリペプチドの溶液であるか又は凍結乾燥物である。この種の細胞又はポリペプチドの製剤は、商業的に入手可能であるか又は当業者には生化学的な標準法に基づいて製造可能である。
【0050】
前記カタラーゼの濃度は、好ましい一実施態様において、工程b)の際の水相の0.001〜1質量%、さらにより好ましくは0.01〜0.5質量%、最も好ましくは0.025〜0.1質量%である。
【0051】
工程a)及びb)の順序及び実施は、前記カタラーゼが、前記脂肪酸又はその誘導体のオゾン分解の生成物と接触する限りは、考えられる全ての変法で行われることができる。工程b)の際にカタラーゼを含む水相の存在が本質的であるのに対し、これは工程a)の場合に任意である。例えば、工程a)及びb)の際に同じ水相が存在していてよいが、しかしながら、工程a)を水相の存在下で実施するが、しかしこの水相を除去し、かつ工程b)のために他の水相を使用することも可能である。同じように、工程a)中又は工程a)の前に、カタラーゼを有するか又は有しない水相を有機相に添加し、かつ前記カタラーゼを、工程a)におけるオゾン分解の終了後に前記水相へ添加することが可能である。特に好ましい一実施態様において、前記カタラーゼは、オゾン分解後にはじめて、有機相に添加される。
【0052】
当業者には、触媒活性なカタラーゼが野生型細胞又は組換え型細胞から精製されることができる多数の方法及びプロトコルが知られている、例えばYumoto et al., 2000、非特許文献4、参照。
【0053】
オゾン分解のための出発物質として、考えられる全ての脂肪酸及びそれらの誘導体、天然に存在するか並びに人工的に合成され、偶数並びに奇数の炭素原子を有し、かつ分枝鎖状並びに非分枝鎖状の、脂肪酸及びそれらの誘導体、特にウンデシレン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、ペトロセリン酸、オレイン酸、エライジン酸、バクセン酸、ガドレイン酸、イコセン酸、セトレイン酸、エルカ酸、ネルボン酸及びそれらの誘導体、好ましくはそれらのメチルエステルが考慮に値する。さらに、ポリ不飽和脂肪酸、例えばリノール酸、リノレン酸、カレンド酸、プニカ酸、エレオステアリン酸、アラキドン酸、チムノドン酸、イワシ酸及びセルボン酸及びそれらの誘導体、好ましくはそれらのメチルエステルが使用されることもできる。好ましい一実施態様において、本明細書で使用されるような、"脂肪酸又はその誘導体が、炭素原子を少なくとも8個有する線状鎖を有する"ことは、カルボキシル基の炭素原子が、分枝を有していてもよい、炭素原子を少なくとも8個有する線状鎖の、好ましくは末端の、部分であり、その限りでは炭素原子8個の長さは炭素骨格中でできる限り最長の線状鎖で得られていることを意味する。
【0054】
好ましい一実施態様において、本明細書で使用されるような、"アルコキシ"、"アルケンオキシ"もしくは"アルキンオキシ"と呼ばれる置換基は、式R−O−の置換基であり、ここで、Rは、アルキル、アルケニルもしくはアルキニルである。
【0055】
本発明による方法の特別な利点は、オゾン分解及び反応性酸素種の除去が、双方の反応と適合性の溶剤もしくは溶剤混合物、すなわちワンポット反応において実施されることができるので、前記溶剤の費用のかかる交換がなされずにすみうることにある。好ましい一実施態様において、工程b)はそれに応じて、前記溶剤を交換せずに又は工程a)からの前記反応混合物の成分を分離せずに同じ反応容器中で実施される。
【0056】
特別な一実施態様において、前記有機相を接触させる際の前記水相の体積割合は、双方の相の全体積に対して0.5%超、1%、5%、10%、15%、20%、25%又は0%超〜50%、1%超〜40%、2.5%超〜25%、より好ましくは5%〜30%、さらにより好ましくは15〜25%である。
【0057】
原則的に、工程a)のためには、多数の溶剤、例えば脂肪族化合物、例えばヘキサン又はシクロヘキサン、芳香族化合物、アルキル化された芳香族化合物、例えばベンゼン、トルエン又はキシレン、ハロゲン化された脂肪族化合物又は芳香族化合物、例えばジクロロメタンもしくはクロロベンゼン、ケトン、例えばアセトン又はシクロヘキサノン、アルコール及びそれらのエーテル、例えば2−ブタノール、2−メチル−2−プロパノール又はメチル−t−ブチルエーテル、カルボン酸及びそれらのエステル、例えば酢酸又は酢酸エチル、スルホキシド、例えばジメチルスルホキシド、及びヘテロ環式化合物、例えばテトラヒドロフラン又はジオキサンが使用されることができる。特に好ましい溶剤は、第二級及び第三級のアルコール、その中でも、特に2−プロパノール及びt−ブタノールを含む。前記溶剤が式R567C−O−R8の溶剤である場合には、基R5、R6、R7及びR8はそれぞれ、対になってかつ互いに独立して、式−(CH2z−のアルキレン橋を形成してよく、ここでzは、相応する環が、少なくとも3員、好ましくは少なくとも5員を有するように選択されている。さらに、前記基は、形式的に2個のヒドロキシ含有基の縮合の結果である分子内エーテルも形成することができる。例えば、R5=R6=メチルであり、R7がヒドロキシプロピルであり、かつR8が水素である場合の本発明による溶剤は、式
【化1】

で示される化合物である。
【0058】
前記有機溶剤の分離は、特にこれらの溶剤が無関係に前記水相とは別個の相を形成する場合には、当業者に単純であり、かつ例えばデカンテーション、分液漏斗の使用等により行われる。
【0059】
好ましい一実施態様において、本明細書で使用されるような、"水相とは別個の有機相"という概念は、室温で主に、好ましくは少なくとも90体積%が、有機溶剤からなる均質な液相であると理解され、この相は水相と接触させた後にさらに無関係に、この水相から、好ましくは純粋に視覚的に確認可能であるように、沈降するので、平衡の調節後に、2つの別個の相の形成となる。
【0060】
工程a)及びb)に続き、通例、反応性酸素種が除去されたオゾン分解生成物のさらなる加工が行われる。可能であるのは、例えば、アルデヒド又はケトンがアミン化される還元的アミノ化、すなわちω−オキソ−カルボン酸−オゾン分解生成物の場合に、ω−アミノカルボン酸の形成となる。そのような還元的アミノ化は、好ましくは、ラネーニッケル触媒及び水素を用いて、技術水準、例えばChan et al., 1994、非特許文献15に記載されているように、実施される。選択的に、α,ω−ジカルボン酸へのさらなる酸化が有意義でありうる。
【0061】
本発明は、さらに、以下の図及び限定されない例により説明され、それらから、本発明のさらなる特徴、実施態様、態様及び利点を読みとることができる。
【0062】
図1は、例1に記載されているように、異なる量の凍結乾燥ウシ肝臓カタラーゼでのオゾン分解生成物の溶液の本発明による処理後の反応性酸素種の濃度の降下を示す。y軸は、反応性酸素種の量を質量%で示す。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】例1による反応性酸素種の濃度の降下を示す線図。
【実施例】
【0064】
例1:メチル−シス−13−ドコセノアート(エルカ酸メチル)のオゾン分解、引き続きカタラーゼ処理
全ての化学薬品及び溶剤は、できるだけ高い品質で(少なくとも分析用純度で)商業的に入手可能であり、さらに精製もしくは処理せずに使用し、水のみを脱塩品質で使用した。リン酸塩緩衝溶液(pH=7.0)を、Bernd Kraft GmbH(デュースブルク、独国)から購入し、凍結乾燥ウシ肝臓カタラーゼをSigma-Aldrich(セントルイス、USA)から購入した。脂肪酸エステルのメチル−シス−9−オクタデセノアート(オレイン酸メチル)及びメチル−シス−13−ドコセノアート(エルカ酸メチル)を、≧95%材料として、Croda(ゴーダ、オランダ)から購入した。GC分析(未校正)によれば、C18:1−もしくはC22:1−メチルエステルの純度は95.2%もしくは95.0%であった。前記オレイン酸メチルの場合に、不純物として3.6%のC18:2−メチルエステル並びに合計で1.2%の飽和メチルエステルのメチルヘキサデカノアート、メチルオクタデカノアート及びメチルエイコサノアート(パルミチン酸メチル、ステアリン酸メチル及びアラキン酸メチル)、すなわち98.8%の不飽和メチルエステル、すなわち開裂可能なメチルエステルが存在した。前記エルカ酸メチルの場合に、不純物は、1.3%のC22:2−メチルエステル、0.7%のC20:1−メチルエステル及び1.0%のC24:1−メチルエステル並びに合計で2.0%の飽和メチルエステルのメチルエイコサノアート、メチルドコサノアート及びメチルテトラコサノアート(アラキン酸メチル、ベヘン酸メチル及びリグノセリン酸メチル)を含み、すなわち出発物質の98.0%は、不飽和の、開裂可能なメチルエステルであった。
【0065】
2−メチル−2−ブタノール160mL及び水30mL中のメチル−シス−13−ドコセノアート(エルカ酸メチル)80.0gの溶液からなる0.912質量モル濃度の二相混合物を、底部排出部(テフロンコック)を備えた円錐形の250mL3つ口容器(Dreihalsvorlage)中に用意する。この底部排出部を介して、ホースポンプが接続されており、中央の(NS29)共通すり合わせを介して、上部及び下部にあるガス供給部並びに上部にあるガス排出部を備え、ラシヒリング(6×6×0.65mm)が充填されたトリクルベッドガラス塔(800×30mm)が接続されている。側部の一方の(NS14)共通すり合わせを介して、内部温度計が接続されており、他方の共通すり合わせは空いている(試料採取箇所)。前記ポンプを介して、前記二相混合物を、目下、室温で前記塔の上部へ循環させる(流速:120mL/分)。溶液の流れに対して向流で、前記塔の下方から、オゾン発生器からのO2/O3混合物からなる反応性ガスを導通する(O2流1500標準mL/分、発生器の最大出力)。前記塔の上方から、キャリヤーガスもしくはすすぎガスとしてのCO2を、O3の減損したO2流出物中へ混入する(同様に1500標準mL/分)。排ガス流を、氷冷を有する中間接続されたコールドトラップを経て、オゾン指示薬として5質量%ヨウ化カリウム水溶液100mLに通す。試料採取のために、数滴の反応混合物をピペットにより取り出し、酢酸エチル/水(1:1)2mLに取り、短く振とう抽出し、有機相をついでGCにより分析する(15m DB-1カラム)。
【0066】
65分後に、双方の相の完全混合が起こり、110分後に、前記反応が終わっており(転化率>99.5%もしくは残留出発物質<0.5%)、前記ポンプの電源を切り、双方のガスの導通を終える。前記反応混合物の温度は、全ての時間中で10℃よりも明らかに少なく上昇する。
【0067】
得られた反応溶液中の生成物として、GC分析によれば、ノナナール及びメチル−13−オキソデカノアートが等量で、>95%の相対純度で存在する;これらの双方の化合物のさらなる酸化の生成物であるノナン酸(ペラルゴン酸)もしくは13−ヒドロキシ−13−オキソメチルトリデカノアート(ブラシル酸メチル)が前記溶液中に各<5%見出される。
【0068】
前記生成物溶液を、前記装置から排出し、空にした装置を2−メチル−2−ブタノール及びテトラヒドロフラン各160mLですすぎ、得られた溶液を、3つ等量で各200mLに分ける。3つの溶液のそれぞれに、目下、リン酸塩緩衝溶液(pH=7.0)中のウシ肝臓カタラーゼの新たに調製された水溶液100mLを添加し、その際に前記水溶液中のウシ肝臓カタラーゼの最終濃度は、第一の場合に0質量%(空試験)、第二の場合に0.05質量%、かつ第三の場合に1.0質量%である。3つ全ての溶液を、もう一度、緩衝溶液100mLと共に注ぎ込む(einspuelen)。こうして得られた二相混合物を、室温で激しく撹拌し、1、2、4、9及び22h後に、各40mLの試料を取り出し、反応性酸素の含量を分析する。
【0069】
そのためには、前記試料を、保護ガス(N2)下に過剰のヨウ化ナトリウムの存在下で還流で煮沸する。冷却した後に、生じたヨウ素を、チオ硫酸塩溶液を用いて電位差滴定する:試験のためにエルレンマイヤーフラスコ中にはかり入れた試料に、まず最初にドライアイス、引き続き1−プロパノール80ml、酢酸4ml並びにイソプロパノール性ヨウ化ナトリウム溶液20mlを添加する。還流冷却器を載置した後に、窒素を冷却器に導通する。反応混合物を引き続き、室温で半時間放置し、ついで10分間煮沸する。冷却した後に、冷却器を経た水約20mlですすぎ、引き続き、前記混合物をチオ硫酸ナトリウム溶液0.01モル/lで当量点まで滴定する。並行して、同じようにして、空試験値測定を実施する。
【0070】
相応する結果は、第1表もしくは図1から読みとることができる。
第1表:オゾン分解生成物及びエルカ酸メチルを有する反応混合物に異なる量のカタラーゼを添加した後の反応性酸素種の濃度
【表1】

【0071】
従って、空試験に比べて、既に0.05質量%ウシ肝臓カタラーゼの溶液の使用が、有機生成物溶液中の潜在的に酸化作用のある成分の割合が、2分の1未満に低下し、1質量%ウシ肝臓カタラーゼの溶液の使用の場合に、それどころかほぼ10分の1になることを生じさせることが明らかに認められる。
【0072】
特に、前記処理の最初の迅速な降下は、そのような処理を用いて、生成物溶液が脂肪族アルデヒドのような極めて不安定な化合物のさらなる酸化に対して、この意味で安定化されることができることが達成されることを明らかに示している。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
不飽和脂肪酸及びその誘導体をオゾン分解する方法であって、以下の工程:
a)不飽和脂肪酸又はその誘導体を、有機溶剤を含む有機相中でオゾン分解する工程、及び
b)前記有機相を、カタラーゼ及び好ましくは緩衝液を含む水相と接触させる工程
を含み、
その際に、前記不飽和脂肪酸又はその誘導体が、炭素原子を少なくとも8個有する線状鎖を有する、不飽和脂肪酸及びその誘導体をオゾン分解する方法。
【請求項2】
前記有機溶剤が、水相の存在下で室温で前記水相とは別個の有機相を形成する有機溶剤である、請求項1記載の方法。
【請求項3】
工程a)を水相の存在下で行う、請求項2記載の方法。
【請求項4】
工程b)の前に、前記水相を工程a)から除去する、請求項3記載の方法。
【請求項5】
前記不飽和脂肪酸又はその誘導体が、式(I)
1−(CH2x−CH=CH−(CH2y−COR2 (I)
で示される化合物であり、
ここで、R1は、水素、HO−、HS−、CHO−、R2OC−、非置換又は置換された、好ましくはハロゲン化された、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール及びヘテロアリールを含む群から選択されており、
2は、HO−、炭素原子1〜7個を有する置換又は非置換のアルコキシ、アルケンオキシ、アルキンオキシ及びシクロアルコキシ、−NR34、アリールオキシ及びベンジルオキシを含む群から選択されており、
3及びR4はそれぞれ、かつ互いに独立して、水素、アルキル、好ましくはメチル又はエチル、アルケニル、アルキニル、アリール及びベンジルを含む群から選択されており、
かつ、x及びyはそれぞれ、かつ互いに独立して、0又はより大きな整数である、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
【請求項6】
1が水素であり、R2がHO−又はメトキシ又はエトキシであり、かつx及びyの和が9又はそれ以上である、請求項5記載の方法。
【請求項7】
前記脂肪酸もしくは前記誘導体が、オレイン酸及びエルカ酸及びそれらのエステル、好ましくはメチルエステルを含む群から選択されている、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
【請求項8】
前記有機溶剤が、R567C−O−R8又はその分子内エーテルを含む群から選択されており、
ここで、R5、R6及びR7はそれぞれ、かつ互いに独立して、水素、炭素原子1〜7個を有するアルキル又はシクロアルキル、並びに非置換及び置換されたアリールを含む群から選択されており、R8は、水素、炭素原子1〜7個を有するアルキル、シクロアルキル、ヒドロキシアルキル及びアルコキシアルキル並びに非置換又は置換されたアリール及びベンジルを含む群から選択されており、かつ好ましくは、前記基R5、R6及びR7の少なくとも1つはメチルである、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
【請求項9】
前記有機溶剤が、式R567C−OHの化合物であり、かつR5、R6及びR7がそれぞれ、かつ互いに独立して、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル及びペンチルを含む群から選択されている、請求項8記載の方法。
【請求項10】
前記有機溶剤が2−メチル−2−ブタノールである、請求項9記載の方法。
【請求項11】
前記有機相を接触させる際の前記水相の体積割合は、双方の相の全体積に対して0%超〜50%、より好ましくは5〜30%、さらにより好ましくは15〜25%である、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。
【請求項12】
前記カタラーゼが工程a)の際に存在している、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
【請求項13】
前記カタラーゼがウシ肝臓カタラーゼ又はその変異体である、請求項1から12までのいずれか1項記載の方法。
【請求項14】
前記有機相と接触させる前の工程b)における前記水相のpH値が、3〜11、好ましくは5〜8、さらにより好ましくは6.5〜7.5である、請求項1から13までのいずれか1項記載の方法。
【請求項15】
不飽和脂肪酸又はその誘導体のオゾン分解生成物を含む反応混合物から、反応性酸素種、好ましくは反応性有機酸素種を除去するための、カタラーゼの使用。
【請求項16】
前記不飽和脂肪酸又はそのエステルが、式(I)
1−(CH2x−CH=CH−(CH2y−COR2 (I)
で示される化合物であり、
ここで、R1は、水素、HO−、HS−、CHO−、R2OC−、非置換又は置換された、好ましくはハロゲン化された、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール及びヘテロアリールを含む群から選択されており、
2は、HO−、炭素原子1〜7個を有する置換又は非置換のアルコキシ、アルケンオキシ、アルキンオキシ及びシクロアルコキシ、−NR34、アリールオキシ及びベンジルオキシを含む群から選択されており、
3及びR4はそれぞれ、かつ互いに独立して、水素、アルキル、好ましくはメチル又はエチル、アルケニル、アルキニル、アリール及びベンジルを含む群から選択されており、
かつx及びyはそれぞれ、かつ互いに独立して、0又はより大きな整数である、請求項15記載の使用。
【請求項17】
前記反応混合物がさらに、有機溶剤、好ましくは、水相の存在下で室温で前記水相とは別個の有機相を形成する有機溶剤を含有し、
前記有機溶剤が、R567C−O−R8又はその分子内エーテルを含む群から選択されており、
ここで、R5、R6及びR7はそれぞれ、かつ互いに独立して、水素、炭素原子1〜7個を有するアルキル又はシクロアルキル、並びに非置換及び置換されたアリールを含む群から選択されており、R8は、水素、炭素原子1〜7個を有するアルキル、シクロアルキル、ヒドロキシアルキル及び相応するアルコキシアルキル並びに非置換又は置換されたアリール及びベンジルを含む群から選択されており、かつ好ましくは、前記基R5、R6及びR7の少なくとも1つはメチルであり、
かつ前記有機溶剤が、さらにより好ましくは2−メチル−2−ブタノールである、請求項15又は16記載の使用。

【図1】
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【公開番号】特開2013−67617(P2013−67617A)
【公開日】平成25年4月18日(2013.4.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−208594(P2012−208594)
【出願日】平成24年9月21日(2012.9.21)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.テフロン
【出願人】(501073862)エボニック デグサ ゲーエムベーハー (837)
【氏名又は名称原語表記】Evonik Degussa GmbH
【住所又は居所原語表記】Rellinghauser Strasse 1−11, D−45128 Essen, Germany
【Fターム(参考)】