アミノ酸の製造方法

【課題】原料を替えるだけで、種々のアミノ酸を同じ方法で製造することができ、更には、多種類のアミノ酸を同時に製造すること、D体、L体の混合生成比を一方だけのものに生成収率を向上させることができるアミノ酸の製造方法を提供する。
【解決手段】下記一般式(1)で表される化合物とヒドロキシルアミンとをプロトン供給性化合物の存在下で反応させるアミノ酸の製造方法。


Xは、H、CH、CHOH、CHSH、OCH、SCH、CH(CH、C(CH、CH(CH)CHCH、CHCH(CH、CHCHSCH、CHCOOH、CHCHCOOH、CH、CHOH等を表す。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、原料を替えるだけで、種々のアミノ酸を同じ方法で製造することができ、更には、多種類のアミノ酸を同時に製造すること、D体、L体の混合生成比を一方だけのものに生成収率を向上させることができるアミノ酸の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来用いられてきたグリシンの製造方法としては、例えば、ストレッカー法、ヒダントイン法等が挙げられる。
ストレッカー法によれば、ホルムアルデヒドと青酸とアンモニアとからグリシノニトリルを合成し、これを水酸化ナトリウム等のアルカリで加水分解してグリシンの金属塩を製造した後、硫酸等の酸で中和することによりグリシンを製造する。
ヒダントイン法によれば、ホルムアルデヒドと青酸とからグリコロニトリルを合成し、これとアンモニアと炭酸ガスとを水の存在下にて反応させることによりヒダントインを製造した後、加水分解によりグリシンを製造する。
これらの方法によれば、アルカリや酸を大量に用いるため環境に悪影響を与えるという問題や、中和により硫酸ナトリウム等の中和塩が副成されるためグリシンの純度や収率が低下し、またこの中和塩の処理にコストがかかるという問題があった。
【0003】
このような問題に対し、微生物を用いてグリシノニトリルからグリシンを製造する方法が提案され、例えば、特許文献1にはグリシノニトリルの水溶液にシュードモナス属に属する微生物を作用させてグリシンを製造する方法が開示されている。
【0004】
このような方法によれば、グリシンを高純度かつ高収率で製造することができるが、グリシン以外のアミノ酸の製造方法には応用ができないため、種々のアミノ酸の製造方法にも応用ができ、また、多種類のアミノ酸を同時に製造することができるアミノ酸の製造方法が求められている。
更には、通常の化学合成で各アミノ酸を製造すると、ほぼラセミ体のアミノ酸が製造されるため、D体L体のいずれかの光学体のみが必要な場合には通常の化学合成では製造効率が悪く、任意の光学体のアミノ酸のみを効率よく製造することができるアミノ酸の製造方法も求められているのが現状である。
【特許文献1】特開2001−340096号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記現状に鑑み、原料を替えるだけで、種々のアミノ酸を同じ方法で製造することができ、更には、多種類のアミノ酸を同時に製造すること、D体、L体の混合生成比を一方だけのものに生成収率を向上させることができるアミノ酸の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、下記一般式(1)で表される化合物とヒドロキシルアミンとをプロトン供給性化合物の存在下で反応させるアミノ酸の製造方法である。
以下に本発明を詳述する。
【0007】
【化1】

Xは、H、CH、CHOH、CHSH、OCH、SCH、CH(CH、C(CH、CH(CH)CHCH、CHCH(CH、CHCHSCH、CHCOOH、CHCHCOOH、CH、CHOH、下記化学式(2)又は下記化学式(3)を表す。
【0008】
【化2】

【0009】
【化3】

【0010】
本発明者らは、鋭意検討の結果、特定の化合物と、ヒドロキシルアミンとを、プロトン供給性化合物の存在下で反応させることにより、大量の酸やアルカリを用いずにアミノ酸を製造することができ、また、該特定の化合物の種類を変えるだけで同じ製造方法により種々のアミノ酸を製造することができ、更には、特定の反応条件とするだけで多種類のアミノ酸を同時に製造することや、D体、L体の混合生成比を一方だけのものに生成収率を向上させることができるということを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0011】
本発明においては、下記一般式(1)で表される化合物と、ヒドロキシルアミンとを用いる。
【0012】
【化4】

【0013】
Xは、H、CH、CHOH、CHSH、OCH、SCH、CH(CH、C(CH、CH(CH)CHCH、CHCH(CH、CHCHSCH、CHCOOH、CHCHCOOH、CH、CHOH、下記化学式(2)又は下記化学式(3)を表す。
【0014】
【化5】

【0015】
【化6】

【0016】
上記一般式(1)で表される化合物の具体例としては、例えば、グリオキシリック酸(H、グリシン)、ピルビン酸(CH、アラニン)、β−ヒドロキシピルビン酸(CHOH、セリン)、メルカプトピルビン酸(CHSH、システイン)、3−メチル−2−オキソブチリック酸(CH(CH、バリン)、DL−3−メチル−2−オキソバレリック酸(CH(CH)CHCH、イソロイシン)、4−メチル−2−オキソバレリック酸(CHCH(CH、ロイシン)、α−ケト−γ−(メチルチオ)−ブチリック酸(CHCHSCH、メチオニン)、オキサルアセティック酸(CHCOOH、アスパラ銀酸)、α−ケトグルタリック酸(CHCHCOOH、グルタミン酸)、フェニルピルビン酸(CHPh、フェニルアラニン)、4−ヒドロキシフェニルピルビン酸(CHPhOH、チロシン)、4−イミダゾールピラビック酸(上記化学式(2)、ヒスチジン)、インドール−3−ピルビン酸(上記化学式(3)、トリプトファン)等が挙げられる。なお、カッコ内には、Xが表す官能基と、各化合物を用いた場合に主に得られるアミノ酸とを示した。
上記一般式(1)で表される化合物は、単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。
【0017】
ヒドロキシルアミンは、ヒドロキシルアミン塩酸塩錯体の形で用いてもよい。
ヒドロキシルアミンの添加量としては特に限定されないが、上記一般式(1)で表される化合物1molに対して好ましい下限が0.9mol、好ましい上限が1.2molである。ヒドロキシルアミンと上記一般式(1)で表される化合物とは等モルで反応するため、上記範囲を超えると、原料を無駄にするだけでなく不純物混入のリスクを高めることとなる。
【0018】
本発明のアミノ酸の製造方法においては、上記一般式(1)で表される化合物と、ヒドロキシルアミンとをプロトン供給性化合物の存在下で反応させる。
【0019】
上記プロトン供給性化合物としては特に限定されず、例えば、塩酸、p−トリエンスルホン酸、硫酸、トリクロル酢酸等が挙げられる。なお、ヒドロキシルアミンとしてヒドロキシルアミン塩酸塩錯体を用いる場合には、電離による塩酸塩の量を考慮してプロトン供給性化合物を添加すればよい。
【0020】
上記プロトン供給性化合物の添加量としては特に限定されないが、上記一般式(1)で表される化合物1molに対して好ましい下限が1mol、好ましい上限が1.5molである。上記プロトン供給性化合物と上記一般式(1)で表される化合物とは等モルで反応するため、上記範囲を超えると、原料を無駄にするだけでなく不純物混入のリスクを高めることとなる。
【0021】
本発明のアミノ酸の製造方法においては、上記一般式(1)で表される化合物とヒドロキシルアミンとを適当な溶媒を用いてプロトン供給性化合物の存在下で反応させればよい。
上記溶媒としては特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール、水、アルカリ性溶媒等が挙げられる。なかでも、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコールや水等のプロトン性溶媒が好適である。ここで、プロトン性溶媒とは、解離して容易にプロトンを放出する溶媒である。
また、上記溶媒は、窒素、酸素、ヘリウム、アルゴン、空気等の常温常圧で気体である流体等を併用してもよい。
また、反応容器として特に限定されないが、気体を封入することが容易であることから、図1に示すようなオートクレーブが好適である。
【0022】
図1(a)に本発明のアミノ酸の製造方法で用いることができる製造装置の模式図を示し、(b)には製造装置のうちオートクレーブの模式図を示した。本発明のアミノ酸の製造方法においては、オートクレーブ本体立型2内にプロトン供給性化合物と、上記一般式(1)で表される化合物と、ヒドロキシルアミンと、溶媒とを添加し、オートクレーブ蓋3をオートクレーブ本体立型2に固定し、溶媒として二酸化炭素を用いる場合には圧入口5から二酸化炭素ガスを封入し、超臨界状態又は亜臨界状態で反応させる場合には相応の温度で30〜120分間加熱し、反応させる方法が挙げられる。
なお、オートクレーブ内に直接試料を添加して反応を行うと、酸性の状態ではオートクレーブに由来する鉄イオンが溶出し、得られるアミノ酸が変化する場合があるので、オートクレーブ内にガラスの試験管タイプの円筒管を挿入して反応を行ってもよいし、グラスライニングしたものを挿入して反応を行ってもよい。
【0023】
本発明のアミノ酸の製造方法においては、特に、上記一般式(1)で表される化合物とヒドロキシルアミンとを、プロトン供給性化合物の存在下、pHを2以下にして反応を行うことにより、得られるアミノ酸のうちD体の比率を高めることができる。
このことは、得られたアミノ酸を、例えば、CROWNPAKキラルカラム(DICEL社製)等を用いてHPLC測定を行うことにより確認することができる。
【0024】
また、本発明のアミノ酸の製造方法においては、特に、上記一般式(1)で表される化合物とヒドロキシルアミンとを、プロトン供給性化合物の存在下、超臨界状態又は亜臨界状態の水と二酸化炭素との混合溶媒中で反応させると、上記一般式(1)で表される化合物を複数種用いなくとも多種類のアミノ酸を同時に得ることができる。このことは、例えば、L−8500アミノ酸分析計(日立製作所社製)を用いてアミノ酸分析することにより確認することができる。
また、水及び二酸化炭素は安価であることに加え、無毒であることから、環境に悪影響を与えず、回収等のコストを抑えることができる。また、二酸化炭素の臨界温度は304K、臨界圧力は7.39MPaであり、臨界温度が比較的低い温度であることから高温によりアミノ酸が分解することがない。更に、水の臨界温度は647K、臨界圧力は22MPaであることから、超臨界状態又は亜臨界状態の水中では雑菌やプリオン等の異常タンパク質等の分解が進み、得られるペプチド等の加水分解性化合物中にこれらの雑菌や異常タンパク質が混入するのを防ぐことができる。
【0025】
ここで、本明細書において超臨界状態とは、臨界圧力(以下Pcともいう)以上、かつ、臨界温度(以下Tcともいう)以上の状態を意味する。水の場合には、22MPa以上、かつ、647K以上の状態をいい、二酸化炭素の場合には、7.39MPa以上、かつ、304K以上の状態をいう。
また、本明細書において亜臨界状態とは、超臨界状態以外の状態であって、圧力をP、温度をTとするとき、0.1<P/Pc<1.0かつ0.5<T/Tc、又は、0.1<P/Pcかつ0.5<T/Tc<1.0を満たす温度、圧力の状態を意味する。水の場合には、2.2MPaを超えて22MPa未満かつ324Kを超える状態、又は、2.2MPaを超えかつ324Kを超えて647K未満の状態をいい、二酸化炭素の場合には、0.739MPaを超えて7.39MPa未満かつ152Kを超える状態、又は、0.739MPaを超えかつ152Kを超えて304K未満の状態をいう。
【0026】
上記超臨界状態又は亜臨界状態の水と二酸化炭素との混合溶媒における水と二酸化炭素との混合比としては特に限定されないが、水の比率の好ましい下限が0.1重量%である。0.1重量%未満であると、原料が反応しにくいことがある。より好ましい下限は1重量%、より好ましい上限は10重量%である。
【0027】
本発明のアミノ酸の製造方法によれば、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、トレオニン、システイン、メチオニン、フェニルアラニン、トリプトファン、チロシン、プロリン、シスチン等のモノアミノモノカルボン酸(中性アミノ酸)、グルタミン酸、アスパラギン酸、グルタミン、アスパラギン等のモノアミノジカルボン酸(酸性アミノ酸)、リシン、アルギニン、ヒスチジン等のジアミノモノカルボン酸等を製造することができる。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、原料を替えるだけで、種々のアミノ酸を同じ方法で製造することができ、更には、多種類のアミノ酸を同時に製造すること、D体、L体の混合生成比を一方だけのものに生成収率を向上させることができるアミノ酸の製造方法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】
【0029】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【0030】
(実施例1)
三角フラスコにピルビン酸5.52g(0.065mol)、ヒドロキシルアミン塩酸塩4.55g(0.065mol)、超純水(Milli−Q:MILLIPORE)20mLを仕込み、5分間攪拌して完全に均一透明に溶解させた後、pH試験機(HORIBA社製、pH METER F−21)で酸性度を測定するとpH=−0.20を提示した。再度攪拌を行いしばらくすると38度まで上昇し、90分間攪拌を続けるとともに白色沈殿が形成された。一夜放置した後、攪拌を60分間行い、濾過しエーテル洗浄を行い、真空乾燥機で40℃3時間乾燥することにより結晶を得た。
上記結晶について、L−8500アミノ酸分析計(日立製作所社製)を用いてアミノ酸分析を行なったところ、アラニンを含むことがわかった。さらに、LCT質量分析計(MICROMASS)にてESI−MS測定を行い、正イオンを測定したところ、アラニンと同じ分子量89の物質が検出された。結果を表1に示した。
【0031】
(実施例2)
三角フラスコにピルビン酸5.52g(0.065mol)、ヒドロキシルアミン塩酸塩4.55g(0.065mol)、超純水(Milli−Q:MILLIPORE)20mLを仕込み、5分間攪拌して完全に均一透明に溶解させた後、pH試験機(HORIBA社製、pH METER F−21)で酸性度を測定するとpH=−0.20を提示した。この溶液を50mLオートクレーブ本体立型に移した後、蓋をして密封し、圧入口から二酸化炭素20gを封入した。オートクレーブを333Kの油浴であたためながら、8.11MPaの超臨界状態で2時間維持した。その後、オートクレーブを水中につけ、室温になるまで冷却した後、オートクレーブの排気孔から二酸化炭素ガスを放出し、オートクレーブの蓋を開封し、内容物を取り出した。内容物を濾過しエーテル洗浄を行い、真空乾燥機で40℃3時間乾燥することにより結晶を得た。
上記結晶について、L−8500アミノ酸分析計(日立製作所社製)を用いてアミノ酸分析を行なったところ、アラニンを含むことがわかった。さらに、LCT質量分析計(MICROMASS)にてESI−MS測定を行い、正イオンを測定したところ、アラニンと同じ分子量89の物質が検出された。結果を表2に示した。
【0032】
(実施例3)
グリオキシリック酸・一水和物0.025mol及びヒドロキシルアミン塩酸塩錯体0.025molを超純水(Milli−Q:MILLIPORE)2mLに溶かして混合し、50mLオートクレーブ本体立型に移した後、蓋をして密封し、圧入口から二酸化炭素20gを封入した。オートクレーブを333Kの油浴であたためながら、8.11MPaの超臨界状態で2時間維持した。その後、オートクレーブを水中につけ、室温になるまで冷却した後、オートクレーブの排気孔から二酸化炭素ガスを放出し、オートクレーブの蓋を開封し、内容物を取り出した。
その内容物をエーテルで抽出後、333Kの湯浴で加温しながら、ロータリーエバポレーター(NAJ−100T:東京理化器械社製)を用いて溶媒を除き結晶を得た。その結晶をガラス濾過フィルタに移した後、真空乾燥機(VO−420:ADVANTEC)を用いて313Kで16時間以上乾燥した。
その乾燥物を、L−8500アミノ酸分析計(日立製作所社製)を用いてアミノ酸分析を行なったところ、0.7重量%でグリシンを含むことがわかった。更に、LCT質量分析計(MICROMASS)にてESI−MS測定を行い、正イオンを測定したところ、グリシンと同じ分子量75の物質が検出された。
【0033】
(実施例4)
ピルビン酸0.05mol及びヒドロキシルアミン塩酸塩錯体0.05molを超純水(Milli−Q:MILLIPORE)2mLに溶かして混合し、50mLオートクレーブ本体立型に移した後、蓋をして密封し、圧入口から二酸化炭素20gを封入した。容器を333Kの油浴であたためながら、8.11MPaの超臨界状態で2時間維持した。その後、オートクレーブを水中につけ、室温になるまで冷却した後、オートクレーブの排気孔から二酸化炭素ガスを放出し、オートクレーブの蓋を開封し、溶液を取り出した。
その溶液を、加水分解後L−8500アミノ酸分析計(日立製作所社製)を用いてアミノ酸分析を行なったところ、4.6mg/mLのアラニンと0.023mg/mLのグリシンが検出された。
CROWNPAKキラルカラム(DICEL)を用いてHPLCを行なったところ、保持時間1.653分のところに、41904236μV秒、2.311分のところに11293623μV秒の面積をもつピークを検出した。この2つのピークの比率は3.710:1であった(標準物質:D−アラニン1.670分、L−アラニン2.232分)。
【0034】
(実施例5)
ピルビン酸0.05mol及びヒドロキシルアミン塩酸塩錯体0.05molを超純水(Milli−Q:MILLIPORE)2mLに溶かして混合し、ガラスの試験管タイプの円筒管を挿入した50mLオートクレーブ本体立型に移した後、蓋をして密封し、圧入口から二酸化炭素20gを封入した。容器を333Kの油浴であたためながら、8.11MPaの超臨界状態で2時間維持した。その後、オートクレーブを水中につけ、室温になるまで冷却した後、オートクレーブの排気孔から二酸化炭素ガスを放出し、オートクレーブの蓋を開封し、円筒管を取り出した。円筒管内の流体を一晩放置したところ結晶が析出した。
その結晶をガラス濾過フィルタに移した後、真空乾燥機(VO−420:ADVANTEC)を用いて313Kで4時間以上乾燥した。
その乾燥物を、加水分解後L−8500アミノ酸分析計(日立製作所社製)を用いてアミノ酸分析を行なったところ、4種類のアミノ酸が検出され、アラニンを12.297ng/mg、グルタミン酸を11.051ng/mg、グリシンを7.316ng/mg、セリンを6.852ng/mgを含む結果が示された。
【0035】
(比較例1)
ヒドロキシルアミン塩酸塩を用いる代わりに、塩酸を0.065mol添加したこと以外は、実施例2と同様にして反応を行ったが、目的とするアミノ酸(アラニン)は得られなかった。
【0036】
(比較例2)
ヒドロキシルアミン塩酸塩を用いる代わりに、ヒドロキシルアミンを0.065mol添加したこと以外は、実施例2と同様にして反応を行ったが、目的とするアミノ酸(アラニン)は得られなかった。
【0037】
【表1】

【0038】
【表2】

【産業上の利用可能性】
【0039】
本発明によれば、原料を替えるだけで、種々のアミノ酸を同じ方法で製造することができ、更には、多種類のアミノ酸を同時に製造すること、D体、L体の混合生成比を一方だけのものに生成収率を向上させることができるアミノ酸の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明のアミノ酸の製造方法においてアミノ酸を製造する際の製造装置の一例を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【0041】
1 オートクレーブ
2 オートクレーブ本体立型
3 オートクレーブ蓋
4 油浴
5 圧入口
6 排気孔

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式(1)で表される化合物とヒドロキシルアミンとをプロトン供給性化合物の存在下で反応させることを特徴とするアミノ酸の製造方法。
【化1】

Xは、H、CH、CHOH、CHSH、OCH、SCH、CH(CH、C(CH、CH(CH)CHCH、CHCH(CH、CHCHSCH、CHCOOH、CHCHCOOH、CH、CHOH、下記化学式(2)又は下記化学式(3)を表す。
【化2】

【化3】

【請求項2】
下記一般式(1)で表される化合物とヒドロキシルアミンとをプロトン供給性化合物の存在下、pH2以下で反応させることを特徴とするアミノ酸の製造方法。
【化4】

Xは、H、CH、CHOH、CHSH、OCH、SCH、CH(CH、C(CH、CH(CH)CHCH、CHCH(CH、CHCHSCH、CHCOOH、CHCHCOOH、CH、CHOH、下記化学式(2)又は下記化学式(3)を表す。
【化5】

【化6】

【請求項3】
下記一般式(1)で表される化合物とヒドロキシルアミンとをプロトン供給性化合物の存在下、超臨界状態又は亜臨界状態の水と二酸化炭素との混合溶媒中で反応させることを特徴とするアミノ酸の製造方法。
【化7】

Xは、H、CH、CHOH、CHSH、OCH、SCH、CH(CH、C(CH、CH(CH)CHCH、CHCH(CH、CHCHSCH、CHCOOH、CHCHCOOH、CH、CHOH、下記化学式(2)又は下記化学式(3)を表す。
【化8】

【化9】


【図1】
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【公開番号】特開2008−74729(P2008−74729A)
【公開日】平成20年4月3日(2008.4.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−253412(P2006−253412)
【出願日】平成18年9月19日(2006.9.19)
【出願人】(000002174)積水化学工業株式会社 (5,781)
【出願人】(502165942)
【Fターム(参考)】