説明

(R)−2−アルキルシクロペンタノンの製造方法

【課題】
簡便、かつ安価な方法で、環境的にも負荷をかけることなく、高収率、高光学純度で、香料として有用な(R)−2−アルキルシクロペンタノンの製造方法を提供する。
【解決手段】
(E)−2−アルキリデンシクロペンタノンをブレビバクテリウム(Brevibacterium)属に属する微生物の菌体またはその処理物と接触処理することを特徴とする(R)−2−アルキルシクロペンタノンの製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は食品用あるいは香粧品用の調合香料の素材として有用な(R)−2−アルキルシクロペンタノンを製造するための技術に関する。
【背景技術】
【0002】
2−アルキルシクロペンタノンは香料化合物として知られている。特に2−ペンチルシクロペンタノンはジャスミン的フルーティー、フローラル香を有し、2−ヘプチルシクロペンタノンはジャスミン様でグリーン、フルーティー、フローラル、ハーバル香を有するフレグランス香料として重要な化合物である(非特許文献1)。これらの化合物は不斉炭素を有するため、両鏡像体が存在する。2−ペンチルシクロペンタノンおよび2−ヘプチルシクロペンタノンにおける光学異性体間では(R)−体の嗜好性が高いことが報告されている(非特許文献2)。したがって、香料を調合する場合、ラセミ体を用いた時に比べて、(R)−体を用いた方が、嗜好性の向上、天然感の付与など、香料品質が向上することは明らかである。
従来、光学活性なアルキルシクロペンタノンを合成する技術として、不斉触媒を用いた水素化により、光学活性2−ペンチルシクロペンタノンを得る方法(非特許文献2)が知られている。
【0003】
【非特許文献1】合成香料―化学と商品知識(初版第1刷),(1996.3.6)印藤元一著 化学工業日報社,p.353〜356
【非特許文献2】第37回TEAC要旨集(1993)依頼講演―1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、不斉触媒を使用する方法は、高価な触媒を用いて高圧下で反応させる必要があり、コスト的及び環境的な問題点があった。
したがって、本発明の目的は簡便、かつ安価な方法で、環境的にも負荷をかけることなく、高収率、高光学純度で製造することができる、香料として有用な(R)−2−アルキルシクロペンタノンの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは上記のごとき課題を解決すべく、鋭意研究を行った結果、今回、2−アルキリデンシクロペンタノンを基質として、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属に属する微生物を作用させることにより、基質中の二重結合を立体選択的に還元し、光学活性な(R)−2−アルキルシクロペンタノンが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、下記式(2)
【0006】
【化1】

【0007】
(式中、Rは炭素数2〜9の直鎖または分岐のアルキル基を示す)
で表される、2−アルキリデンシクロペンタノンをブレビバクテリウム(Brevibacterium)属に属する微生物の菌体またはその処理物と接触処理することを特徴とする下記式(1)
【0008】
【化2】

【0009】
(式中、Rは炭素数2〜9の直鎖または分岐のアルキル基を示す)
で表される(R)−2−アルキルシクロペンタノンの製造方法を提供するものである。
また、本発明は、2−アルキリデンシクロペンタノンが2−ペンチリデンシクロペンタノンであり、生成物が(R)−2−ペンチルシクロペンタノンである前記の(R)−2−アルキルシクロペンタノンの製造方法を提供するものである。
さらに、本発明では、2−アルキリデンシクロペンタノンが2−ヘプチリデンシクロペンタノンであり、生成物が(R)−2−ヘプチルシクロペンタノンであることを特徴とする前記の(R)−2−アルキルシクロペンタノンの製造方法を提供するものである。
さらにまた、本発明は、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属に属する微生物がブレビバクテリウム・ライネンス(Brevibacterium linens)またはブレビバクテリウム・カゼイ(Brevibacterium casei)であることを特徴とする前記の(R)−2−アルキルシクロペンタノンの製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、香料化合物として有用な光学活性な(R)−2−アルキルシクロペンタノンを、簡便、かつ安価な方法で、環境的にも負荷をかけることなく、高収率、高光学純度で製造することができる。また、本発明により製造された(R)−2−アルキルシクロペンタノンを調合香料に使用することにより、ラセミ体を使用した場合と比べ、より自然で、より特徴的な香調を有する香料組成物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明の出発物質である前記式(2)の2−アルキリデンシクロペンタノンは、従来公知の方法(Chem.Pharm.Bull.21(1),215(1973)やケミカル アブストラクツ 79巻、78170fなど)に記載の方法に従い、シクロペンタノンとアルデヒドをアルドール縮合させることにより製造することができる。本発明で使用することのできる式(2)の2−アルキリデンシクロペンタノンの具体例としては、2−プロピリデンシクロペンタノン、2−ブチリデンシクロペンタノン、2−ペンチリデンシクロペンタノン、2−ヘキシリデンシクロペンタノン、2−へプチリデンシクロペンタノン、2−オクチリデンシクロペンタノン、2−ノニリデンシクロペンタノン、2−イソブチリデンシクロペンタノンなどを挙げることができる。これらのうち、2−ペンチリデンシクロペンタノンおよび2−へプチリデンシクロペンタノンを特に好ましく例示することができる。なお、出発原料であるシクロペンタノンとアルキルアルデヒドは市販で容易に入手することができる。
アルドール縮合の一態様を示せば、例えば、次の通りである。
【0012】
【化3】

【0013】
(式中、Rは炭素数2〜9の直鎖または分岐のアルキル基を示す)
まず、反応槽にシクロペンタノン、溶媒を仕込み、攪拌しながら、さらに、モルホリンおよび触媒を仕込み、溶媒の沸点温度で1〜24時間反応させる。一旦、加熱を止めた後、炭素数3〜10のアルキルアルデヒドを滴下後、再び溶媒の沸点温度で1〜24時間反応させる。使用する溶媒としてはトルエン、シクロヘキサンなどの水と共沸効果を有する溶媒を使用し、溶媒の沸点温度で還流下に反応を行う。これにより、反応により生成する水を反応系から除去しながら反応を行うことができる。使用するモルホリンの量はシクロペンタノン1モルに対し0.5〜2モル、好ましくは0.8〜1.2モルを用いることができ、アルキアルデヒドの量はシクロペンタノン1モルに対し約1モルを使用することが好ましい。また、触媒としては、パラトルエンスルホン酸(PTSA)などの有機酸や塩酸、硫酸などの鉱酸を用いることができる。次いで塩酸、硫酸などの鉱酸の水溶液で反応液を処理し、式(2)の2−アルキリデンペンタノンを得ることができる。反応終了後、洗浄、抽出、乾燥、蒸留、カラムクロマトグラフィーなどの通常の分離手段を適宜に採用して式(2)の2−アルキリデンシクロペンタノンを精製する。
【0014】
また、本発明で用いる式(2)の2−アルキリデンシクロペンタノンはトランス体を使用することが好ましい。アルドール縮合により得られた2−アルキリデンシクロペンタノンは一般にシス体、トランス体の異性体混合物として得られるため、これらの異性体を分別蒸留またはカラムクロマトグラフィーなどの手段によりトランス体を分離して用いることができる。
【0015】
本発明では前記式(2)の2−アルキリデンシクロペンタノンをブレビバクテリウム(Brevibacterium)属に属する微生物の菌体またはその処理物と接触処理することにより、二重結合を還元し、(R)体の2−アルキルシクロペンタノンを選択的に生成せしめることができる。
【0016】
本発明において用いることのできる微生物はブレビバクテリウム属に属する微生物であれば、いかなる種のものも使用することができ、また、野生株、変異株、又は細胞融合もしくは遺伝子組み替え法などの遺伝子手法により誘導される遺伝子組み換え株などのいずれの株も用いる事ができ、例えばブレビバクテリウム・アンチクアム(antiquum)、ブレビバクテリウム・オーランチアカム(aurantiacum)、ブレビバクテリウム・オーレウム(aureum)、ブレビバクテリウム・カゼイ(casei)、ブレビバクテリウム・セレレ(celere)、ブレビバクテリウム・エピデルミディス(epidermidis)、ブレビバクテリウム・フィゴーチオレランス(figortiolerans)、ブレビバクテリウム・フラバム(flavum)、ブレビバクテリウム・フスカム(fuscum)、ブレビバクテリウム・ハロトレランス(halotorerans)、ブレビバクテリウム・ヘルボリュウム(herboreum)、ブレビバクテリウム・イオディナム(iodinum)、ブレビバクテリウム・ライネンス(linens)、ブレビバクテリウム・ケトグルタミカム(ketoglutamicum)、ブレビバクテリウム・ルテオラム(luteolum)、ブレビバクテリウム・クブレルネリ(mcbrellneri)、ブレビバクテリウム・サルファリュウム(sulfureum)などを挙げることができるが、これらのうちブレビバクテリウム・ライネンスまたはブレビバクテリウム・カゼイを特に好ましく挙げることができる。
【0017】
反応方法としては、菌体を分離し、菌体と基質を接触させる方法、菌体より粗酵素を抽出し、粗酵素を基質に作用させて反応を行う方法、液体培地に基質を添加し、菌を培養することにより基質を変換する方法などを採用することができるが、培地に基質を添加し、菌を培養することにより基質を変換する方法を好ましく例示することができる。
【0018】
本発明に用いる培地は、菌が増殖し得る培地であれば特に制限はなく、炭素源として例えばショ糖、ブドウ、果糖などの糖類、エタノール、グリセロールなどのアルコール類、クエン酸、リンゴ酸、酢酸、プロピオン酸などの有機酸類、パラフィンなどの炭化水素類、その他の炭素源、又はこれらの混合物、窒素源として、ペプトン、硫酸アンモニウム、酵母エキス、尿素などの無機有機含窒素化合物、他に無機塩、微量金属塩、ビタミン類など、通常の培養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。
【0019】
また、本発明の2−アルキリデンシクロペンタノンから(R)−2−アルキルシクロペンタノンの製造を、(R)−2−アルキルシクロペンタノンを溶解しうる、水に難溶性の溶媒の存在下に実施することにより、効率良く(R)−2−アルキルシクロペンタノンを製造することが可能となる。かかる溶媒としては、例えば、大豆油、オリーブ油、米ぬか油、ODO、ピーナッツ油、胡麻油、サフラワー油、あまに油、くるみ油、ひまわり油、なたね油、つばき油などのごとき植物性油脂類;いわし油、にしん油、さば油、たら肝油、いか肝油などのごとき動物性油脂類;脂肪酸モノグリセリド、脂肪酸ジグリセリド、脂肪酸トリグリセリド、脂肪酸、リン脂質、流動パラフィン、ヘキサン、トルエンなどを挙げることができる。水に難溶性の溶媒の添加量は該溶媒の種類、培養条件等により異なり一概に規定することはできないが、一般には2−アルキリデンシクロペンタノン1重量部に対して約0.5重量部〜約10重量部の範囲内を例示することができる。また、必要に応じて微生物の増殖を促進する因子或いは培地のpH保持の為の化合物などを添加することもできる。
好ましい培地の組成としては、窒素源を約0.6〜15%、炭素源を約1〜30%、無機塩を約0.1〜5%程度含む培地を例示することができる。
【0020】
また、反応基質である2−アルキリデンシクロペンタノンは培地中にあらかじめ添加しておいてもよく、培養開始後に添加しても良い。
培養の、具体的態様を示すと以下の通りである。炭素源などの栄養源混合物に反応基質として2−アルキリデンシクロペンタノンを約0.1〜10%を加えた培地に、ブレビバクテリウム属に属する微生物を1ml当たり1×10個〜1×1010個程度植菌し、培養を行う。反応の進行は、ガスクロマトグラフィーや薄層クロマトグラフィーなどで確認を行い、反応が最も進行した時点を終点とすることが好ましいが、例えば、約20〜35℃にて、12時間〜14日間程度培養することを例示することができる。
反応後は、菌体を分離し、分離液の油層を採取し蒸留する方法、培養液そのものを有機溶媒抽出する方法、培養液を水蒸気蒸留する方法などにより、(R)体の2−アルキルシクロペンタノンを得ることができる。
【0021】
かくして得られた式(1)の(R)体の2−アルキルシクロペンタノンは、香料組成物に香料組成物全体量の0.1〜20重量%、好ましくは0.5〜2重量%の範囲内で添加することにより天然感あふれる香りを付与することができる。
【0022】
また、本発明によれば、式(1)の化合物を有効成分として含有する香料組成物を利用して、式(1)の化合物を香気香味成分として含有する飲食品類、香粧品類、保健・衛生・医薬品類などを提供することができる。
【0023】
例えば、炭酸飲料、果汁飲料、果実酒飲料類、乳飲料などの飲料類;アイスクリーム類、シャーベット類、アイスキャンディー類などの冷菓類;和・洋菓子、チューインガム類、パン類、コーヒー、紅茶、お茶、タバコなどの嗜好品類;和風スープ類、洋風スープ類などのスープ類;ハム、ソーセージなどの畜肉加工品;風味調味料、各種インスタント飲料乃至食品類、各種のスナック類などに、式(1)の化合物を有効成分として含有する香料組成物の適当量を添加することにより、そのユニークな香気香味が賦与された飲食品類を提供することができる。また、例えば、シャンプー類、ヘアクリーム類、その他の毛髪化粧料基剤;オシロイ、口紅、その他の化粧用基剤や化粧用洗剤類基剤などに、式(1)の化合物を有効成分として含有する香料組成物の適当量を添加することにより、そのユニークな香気が賦与された化粧品類を提供することができる。さらにまた、式(1)の化合物を有効成分として含有する香料組成物の適当量が配合を洗濯用洗剤類、消毒用洗剤類、防臭洗剤類、その他各種の保健・衛生用洗剤類;歯磨き、ティシュー、トイレットペーパーなどに配合することにより、そのユニークな香気が賦与された各種保健・衛生材料類;医薬品類などを提供することができる。
以下、本発明を実施例により本発明を更に具体的に説明する。
【実施例】
【0024】
参考例1
(E)−2−ペンチリデンシクロペンタノンの合成
下記反応式にしたがって(E)−2−ペンチリデンシクロペンタノンを製造した。
【0025】
【化4】

【0026】
フラスコにシクロペンタノン252g(3.0モル)、およびトルエン1,200mlを仕込み、撹拌を行った。この中にモルホリン314g(3.6モル)、パラトルエンスルホン酸12gを加え加熱還流下、留出してくる水を除去しながら5時間撹拌を行った。加熱をやめ、反応液中にペンタナール258g(3.0モル)を滴下した。滴下後再び加熱還流下、留出してくる水を除去しながら3時間撹拌を行った。反応後室温まで冷却し20%硫酸水溶液1,500mlを加え室温下、1時間撹拌した。反応終了後、分液し、有機層を飽和食塩水、飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水で順次洗浄した。減圧下に溶媒を回収し得られた残渣を減圧蒸留により精製し85〜86℃ / 0.4kPaの沸点の留分として271gを得た。
得られた留分を精密蒸留し81−82℃/ 0.4kPaの沸点の留分を115g得た。
(トランス:シス=99:1)収率25%。
【0027】
実施例1
下記反応式に従って(R)−2−ペンチルシクロペンタノンを製造した。
【0028】
【化5】

【0029】
精製水1Lあたり、イーストペプトン30.0g、塩化ナトリウム10.0g、大豆油60.0gおよび(E)−2−ペンチリデンシクロペンタノン7.2gを加え、1N水酸化ナトリウム水溶液でpH6.85に調整した。この培地15Lを50Lジャーファーメンターに仕込み、滅菌を行った後、ブレビバクテリウム・ライネンス(Brevibacterium lines JCM 1328)の液体シード(菌数10個/mlを300ml)を添加し、30℃、500rpmで4日間、通気撹拌培養を行った。4日後、転換率は95%であった。培養物にヘプタン2Lを加え、静置後、分液した。有機層にセライトを加え、ろ過及び分液を行った。溶媒を回収し粗製を1055g得た。これを減圧蒸留し、沸点55−60℃/27Paの留分75.5gを得た。収率69%、光学純度73.6%ee。
光学純度はキラル液層を用いたガスクロマトグラフィー法により決定した。
(測定条件)
ガスクロ装置:6890N−Autosanmpler(Agilent社製)
カラム;CHIRALDEXTM G−DP(アステック社製)(0.25mm×30m)
温度;60℃〜180℃まで(毎分1℃昇温)。
【0030】
実施例2
下記反応式に従って(R)−2−ペンチルシクロペンタノンを製造した
【0031】
【化6】

【0032】
イーストペプトン30.0g、塩化ナトリウム10.0g、大豆油60.0gを精製水1Lに溶かし、(E)−2−ペンチリデンシクロペンタノン7.0gを加え、1N水酸化ナトリウム水溶液でpH6.85に調整後、オートクレーブ滅菌を行った。上記培地1Lを2Lジャーファーメンターに仕込み、ブレビバクテリウム・カゼイ(Brevibacterium casei JCM 2594)の液体シード(菌数10個/mlを100ml)を添加し、30℃、500rpmで4日間、通気撹拌培養を行った。4日後、転換率は98.5%であった。培養物にセライトを添加してよく撹拌した後、ろ過し、ろ液を酢酸エチル50mlにて抽出した。有機層分離した後、有機層をソーダ灰と飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過後、溶媒を回収して粗製を得た。これを減圧蒸留し、沸点55−60℃/27Paの留分を3.6g得た。収率50%、光学純度78.3%ee。
【0033】
実施例3
イーストペプトン30.0g、塩化ナトリウム10.0g、大豆油60.0gを精製水1Lに溶かし、(E)−2−ペンチリデンシクロペンタノン10.0gを加え、1N水酸化ナトリウム水溶液でpH6.85に調整した。上記培地100mlを500mL三角フラスコに仕込み、オートクレーブにて滅菌した後、表1に示した菌株の菌体を植え、30℃、100rpmにて4日間振盪培養を行った。それぞれの転換率および光学純度を表1に示す。
【0034】
【表1】

【0035】
表1に示したとおり、転換率と光学純度がともに高い菌株はブレビバクテリウム・ライネンス(Brevibacterium linens)およびブレビバクテリウム・カゼイ(Brevibacterium casei)であることが明らかである。
【0036】
参考例2
(E)−2−ヘプチリデンシクロペンタノンの合成
下記反応式にしたがって(E)−2−ヘプチリデンシクロペンタノンを製造した。
【0037】
【化7】

【0038】
フラスコにシクロペンタノン252g(3.0モル)、およびトルエン1,200mlを仕込み、撹拌を行った。この中にモルホリン314g(3.6モル)、パラトルエンスルホン酸12gを加え加熱還流下、留出してくる水を除去しながら5時間撹拌を行った。加熱をやめ、反応液中にヘプタナール342.6g(3.0モル)を滴下した。滴下後再び加熱還流下、留出してくる水を除去しながら3時間撹拌を行った。反応後室温まで冷却し20%硫酸水溶液1,500mlを加え室温下、1時間撹拌した。反応終了後、分液し、有機層を飽和食塩水、飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水で順次洗浄した。減圧下に溶媒を回収し得られた残渣を減圧蒸留により精製し95〜96℃/0.4kPaの沸点の留分として303gを得た。(トランス:シス=94:6)収率56%。
【0039】
実施例4
下記反応式に従って(R)−2−ヘプチルシクロペンタノンを製造した。
【0040】
【化8】

【0041】
精製水1Lあたり、イーストペプトン30.0g、塩化ナトリウム10.0g、大豆油60.0gおよび2−ヘプチリデンシクロペンタノン10.0gを加え、1N水酸化ナトリウム水溶液でpH6.85に調整した。この培地100mlを500mlひだ付きフラスコに仕込み、滅菌を行った後、ブレビバクテリウム・ライネンス(Brevibacterium lines JCM 1328)の菌体を白金耳で1かき植菌し、30℃、100rpmで14日間、振盪培養を行った。14日後、転換率は94%であった。培養物をエチルエーテル50mlにて抽出し、有機を飽和食塩水にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムにて乾燥し、ろ過し、溶媒を回収し粗製を得た。これを減圧蒸留し、沸点65−70℃/25Paの留分707mgを得た。収率70%、光学純度78%ee。
【0042】
実施例5
下記反応式に従って(R)−2−ヘプチルシクロペンタノンを製造した。
【0043】
【化9】

【0044】
精製水1Lあたり、イーストペプトン30.0g、塩化ナトリウム10.0g、大豆油60.0gおよび2−ヘプチリデンシクロペンタノン10.0gを加え、1N水酸化ナトリウム水溶液でpH6.85に調整した。この培地100mlを500mlひだ付きフラスコに仕込み、滅菌を行った後、ブレビバクテリウム・カゼイ(Brevibacterium casei JCM 2594)の菌体菌体を白金耳で1かき植菌し、30℃、100rpmで14日間、振盪培養を行った。14日後、転換率は83%であった。培養物をエチルエーテル50mlにて抽出し、有機を飽和食塩水にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムにて乾燥し、ろ過し、溶媒を回収し粗製を得た。これを減圧蒸留し、沸点65−70℃/25Paの留分606mgを得た(収率60%、光学純度91%ee)。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記式(2)
【化1】

(式中、Rは炭素数2〜9の直鎖または分岐のアルキル基を示す)
で表される、2−アルキリデンシクロペンタノンをブレビバクテリウム(Brevibacterium)属に属する微生物の菌体またはその処理物と接触処理することを特徴とする下記式(1)
【化2】

(式中、Rは炭素数2〜9の直鎖または分岐のアルキル基を示す)
で表される(R)−2−アルキルシクロペンタノンの製造方法。
【請求項2】
2−アルキリデンシクロペンタノンが2−ペンチリデンシクロペンタノンであり、(R)−2−アルキルシクロペンタンが(R)−2−ペンチルシクロペンタノンであることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
【請求項3】
2−アルキリデンシクロペンタノンが2−ヘプチリデンシクロペンタノンであり、(R)−2−アルキルシクロペンタノンが(R)−2−ヘプチルシクロペンタノンであることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
【請求項4】
ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属に属する微生物がブレビバクテリウム・ライネンス(Brevibacterium linens)またはブレビバクテリウム・カゼイ(Brevibacterium casei)であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。