DE69026585T2 - Verfahren zur Herstellung von R-(-)-3-Halogeno-1,2-propandiol durch Behandlung mit Mikroorganismen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von R-(-)-3-Halogeno-1,2-propandiol durch Behandlung mit MikroorganismenInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um getrennt optisch aktives R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol aus racemischem 3-Halogen-1,2-propandiol unter Verwendung eines Mikroorganismus zu erhalten.
- Die Erfindung betrifft ferner eine reine Kultur eines Bakteriums, das zu der Art Pseudomonas gehört, mit der Fähigkeit S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol bevorzugt zu assimilieren, verglichen mit R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol.
- R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol ist eine geeignete Substanz als Rohmaterial zur Synthese von optisch aktiven Pharmazeutika und physiologisch aktiven Substanzen. R-(-)-3- Halogen-1,2-propandiol kann z.B. angewandt werden zur Synthese von optisch aktiven β-adrenergen Blockern, L-Carnitin und ähnlichem. Ferner kann R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol umgewandelt werden in R-(+)-glycidol, einem geeigneten Zwischenprodukt zur Synthese von optisch aktiven Pharmazeutika und Pestiziden sowie physiologisch aktiven Sustanzen und ferroelektrischen Flüssigkristallen
- Als Verfahren zur Herstellung dieses nützlichen R-(-)-3- Halogen-1,2-propandiols waren bisher die folgenden Verfahren bekannt.
- Das Verfahren von Hayan F. Jones zur Bildung aus Methyl-5-chlor-5-deoxy-α-L-arabinofuranosid (Chemistry and Industry, 15, S. 533, 1978) und das Verfahren von H. Jackson, et al zur Bildung aus 1,2,5,6-Diacetonyl-D-mannit (Chem.Biol. Interaction, 13, S. 193, 1976) sind chemische Syntheseverfahren, und in beiden Fällen sind die Ausgangsmaterialien schwierig zu erhalten und es ist ein hoch entwickeltes Syntheseverfahren erforderlich, und die Stufen sind kompliziert, und daher sind diese Verfahren industriell ungeeignet.
- Andererseits geben Takahashi et al ein Verfahren an, um optisch aktives 3-Chlor-1,2-propandiol unter Anwendung eines Mikroorganismus zu erhalten (EP-A-0 224 246 und EP-A-0 286 059).
- Bei diesem Verfahren unter Anwendung eines Mikroorganismus sind außerordentlich viele Arten von Mikroorganismen angegeben und dazu gehören verschiedene Mikroorganismen der Art Pseudomonas. Diese Verfahren nutzen hauptsächlich die Reaktion aus, bei der S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol oxidativ zersetzt und metabolisiert wird durch Einwirkung eines Mikroorganismus. Bei diesen Verfahren treten jedoch die folgenden Probleme auf.
- Obwohl Pseudomonas fragi IFO 3458, Pseudomonas crucivuiae EFO 12047 und Pseudomonas chlororaphis IFO 3904, die in der obigen EP-A-0 224 246 angegeben sind, S-(+)-3- Halogen-1,2-propandiol metabolisieren können wie auch andere Mikroorganismen, können sie nicht wachsen und sich vermehren in einem vollständig synthetischen Medium, enthaltend racemisches 3-Halogen-1,2-propandiol als einzige Kohlenstoffquelle und anorganischen Stickstoff, wie Ammoniumsulfat oder Ammoniumnitrat, als Stickstoffquelle.
- Daher muß, wenn die Reaktion durchgeführt wird unter Anwendung irgendeines der obigen Mikroorganismen, das Verfahren angepaßt werden, d.h. durch Vermehrung der Zellen im Voraus in einem Nährmedium, um Zellen zu erhalten und Einwirkenlassen der Zellen nach dem Waschen auf racemisches 3-Halogen-1,2-propandiol, wie in den Beispielen der obigen Patentschrift angegeben. Wenn das obige Verfahren nicht angepaßt wird, wird es erforderlich, racemisches 3-Halogen- 1,2-propandiol zu einem Medium zuzusetzen, das andere Nährstoffe enthält und in dem der Mikroorganismus wachsen kann, und dieses zuletzt genannte Verfahren ist kein bevorzugtes Verfahren im Hinblick auf die Reaktionseffizienz oder die Reinigung des Produktes.
- Die EP-A-0 207 636 beschreibt die Herstellung von S-(-)-2,3-Dichlor-1-propanol durch Züchtung eines R-(+)-2,3- Dichlor-1-propanol assimilierenden Stammes, der zu der Art Pseudomonas gehört, in einem Kulturmedium, enthaltend racemisches 2,3-Dichlor-1-propanol.
- So ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, das geeignet ist zur Herstelung von hoch reinem R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol in wirtschaftlicher, billiger und technisch einfacher Weise, verglichen mit den obigen üblichen Verfahren.
- Als Ergebnis intensiver Untersuchungen, um einen Mikroorganismus zu finden, der S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol bevorzugt gegenüber R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol assimilieren und wachsen und sich vermehren kann, wenn er in einem Medium gezüchtet wird, enthaltend racemisches 3-Halogen-1,2- propandiol als einzige Kohlenstoffquelle, konnte aus dem Boden ein Mikroorganismus isoliert werden, mit dem es möglich ist, das obige Ziel der Erfindung zu erreichen, was zur Entwicklung der vorliegenden Erfindung führte.
- So betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol, umfassend die Züchtung in einem Medium, enthaltend racemisches 3-Halogen-1,2-propandiol eines Bakteriums, das, wenn es in einem Medium, enthaltend racemisches 3-Halogen-1,2-propandiol als einzige Kohlenstoffquelle, gezüchtet wird, wachsen und sich vermehren kann und die Fähigkeit besitzt S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol bevorzugt zu assimilieren, verglichen mit R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol und das zu der Art Pseudomonas gehört, oder dessen Kulturzellen und Gewinnung von R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol aus der erhaltenen Kulturbrühe.
- Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht, selbst wenn eine Massenproduktion von R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiol durchgeführt wird, nicht die Notwendigkeit, eine große Anzahl von Zellen getrennt zu züchten und die erhaltenen Zellen zu sammeln, und es reicht aus, das Bakterium in einer ausreichenden Menge als Saatkultur zu züchten, um das Medium zu beimpfen.
- Bei der Assimilation von S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol durch eines der Bakterien, das erfindungsgemäß angewandt werden kann und zu der Art Pseudomonas gehört, wird eine Dehydrohalogenierungsreaktion von S-(+ )-3-Halogen-1,2-propandiol durchgeführt und als Ergebnis Halogenwasserstoffsäure gebildet.
- Geeignet als 3-Halogen-1,2-propandiole, die erfindungsgemäß verwendet werden, sind 3-Chlor-1,2-propandiol und 3-Brom-1,2-propandiol.
- Die morphologischen und physiologischen Eigenschaften der drei repräsentativen Bakterien, die im Rahmen der Erfindung aus dem Boden isoliert und gewonnen wurden und die erfindungsgemäß angewandt werden können, sind unten in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 (Fortsetzung) A. Morphologie Pseudomonas sp. DS-K-2D1 Pseudomonas sp. DS-K-9D1 Pseudomonas sp. DS-K-14A4 Form der Zellen Größe der Zellen Pleomorphismuszellen Mobilität Sporen Gramfärbung Säurefestigkeit Stäbchen Keine +, polare Flagella negativ wie links Tabelle 1 (Fortsetzung) B. Wachstumsbedingungen in verschiedenen Medien 1. Nähragar (3 Tage bei 30ºC) Pseudomonas sp. DS-K-2D1 Pseudomonas sp. DS-K-9D1 Pseudomonas sp. DS-K-14A4 Geschwindigkeits des Koloniewachstums Form der Kolonien Form der Kolonienoberfläche Erhebung der Kolonien Rand der Kolonien Inhalt der Kolonien Farbe der Kolonien Glanz der Kolonien Transparenz der Kolonien Bildung von löslichen Pigmenten normal kreisförmig glatt konvex vollständig homogen milchig-weiß matt durchscheinend keine wie links Tabelle 1 (Fortsetzung) 2. Schrägenkultur auf Nähragar (3 Tag bei 30ºC) Pseudomonas sp. DS-K-2D1 Pseudomonas sp. DS-K-9D1 Pseudomonas sp. DS-K-9D1 Wachstumsgrad Wachstumszustand Form der Kolonienoberfläche Form der Kolonien im Schnitt Glanz der Kolonien Farboten der Kolonien Transparenz der Kolonien gut filiform glatt flach matt milchig-weiß durchscheinend wie links Tabelle 1 (Fortsetzung) 3. Stehende Kultur in Nähflüssigkeit (3 Tage bei 30ºC) Pseudomonas sp. DS-K-2D1 Pseudomonas sp. DS-K-9D1 Pseudomonas sp. DS-K-14A4 Wachstumszustand Gasnildung Farbe des Mediums etwas trüb keine wie links 4. Gelatineverflüssigungstest (+: verflüssigt Gelatine -: verflüssigt Gelatine nicht) Pseudomonas sp. DS-K-2D1 Pseudomonas sp. DS-K-9D1 Pseudomonas sp. DS-K-14A4 5. Lackmusmilch (+: reduzierte Lackmusmilch nach weiß, nicht koaguliert, -: keine Veränderung, nicht koaguliert) Pseudomonas sp. DS-K-2D1 Pseudomonas sp. DS-K-9D1 Pseudomonas sp. DS-K-14A4 Tabelle 1 (Fortsetzung) 6. MGPB-Agar (6 Tage bei 30ºC) (MGPB-Agar: 3-Halogen-1,2-propandiol 1,0 %, Pepton 0,1 %, Hefeextrakt 0,1 %, Bromothymol-Blau 0,01 %, Agar 2,0 %, pH 7,0) Pseudomonas sp. DS-K-2D1 Pseudomonas sp. DS-K-9D1 Pseudomonas sp. DS-K-14A4 Geschwindigkeit des Koloniewachstums Form der Kolonien Form der Kolonienoberfläche Erhebung der Kolonien Rand der Kolonien Inhalt der Kolonien Farbe der Kolonien Glanz der Kolonien Transparenz der Kolonien Bildung von löslichen Pigmenten langsam kreisförmig glatt mit einer knopfförmigen Erhöhung in der Mitte vollständig homogen orange in der Mitte, weiß am Rand matt opak keine wie links gekräuselt (radial) konvex Tabelle 1 (Fortsetzung) C. Physiologischer TestPseudomonas sp. DS-K-2D1 Pseudomonas sp. DS-K-9D1 Pseudomonas sp. DS-K-14A4 Lysin-Decarboxylierungstest VP-Test MR-Test Reduktion von Nitrat Bildung von Idol PPA-Reaktion Bildung von Schwefelwasserstoff Verwentung von Citronensäure Stärkeabbautest Denitrifikationsreaktion Verwertung anorganischer Salze Bildung von Farbstoff 1) King A-Medium 2) King B-Medium 3) Pseudomonas P-Medium 4) Pseudomonas F-Medium Katalase Oxidase Arginin-Dehydrogenase Ureasetest Tabelle 1 (Fortsetzung) C. Physiologischer Test Pseudomonas sp. DS-K-2D1 Pseudomonas sp. DS-K-9D1 Pseudomonas sp. DS-K-14A4 OF-Test (Hugh Leifson Methode, es wurde keine Gasbildung beobachtet) 1) D-Glucose 2) Glycerin 3) D-Galactrose 4) D-Fructose 5) D-Trehalose Ansammlung von PHB Verwertung von Kohlenstoffquellen 1) D-Mannit 2) D-Fructose 3) D-Glucose 4) D-Gluconsäure 5) D-Galactrose 6) Glycerin 7) p-Hydroxybenzoesäure
- Durch Klassifizierung aufgrund der Ergebnisse der Tabelle 1 nach Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, 9. Auflage zeigte es sich, daß alle oben angegebenen Stämme zu der Art Pseudonomas gehören, da sie Gram-negative aerobe Stäbchen mit positiven Flagella sind und Oxidase-positiv und Katalase-positiv sind. Es können auch ihre nächst verwandten Stämme angegeben werden Pseudomonas acidoborans, Pseudomonas testosteroni, Pseudomonas delafieldii, Pseudomonas facilis, Pseudomonas saccharophila, Pseudomonas flava, Pseudomonas pseudoflava und Pseudomonas palleronii, wobei sich die obigen Stämme von Pseudomonas acidoborans und Pseudomonas testosteroni dadurch unterscheiden, daß alle zuerst genannten Stämme D-Glucose als Kohlenstoffguelle verwerten können, während die zuletzt genannten Stämme D-Glucose nicht als Kohlenstoffquelle verwerten können; Pseudomonas delafieldii, Pseudomonas facilis, Pseudomonas saccharophila und Pseudomonas flava unterscheiden sich darin, daß alle zuerst genannten Stämme p-Hydroxybenzoat als Kohlenstoffquelle verwerten können, während die zuletzt genannten Stämme p-Hydroxybenzoat nicht als Kohlenstoffquelle verwerten können, und von Pseudomonas pseudoflava und Pseudomonas palleronii darin, daß alle zuerst genannten Stämme kein Carotenoidpigment bilden, während die zuletzt genannten Stämme Carotenoidpigmente bilden. So stimmen alle oben angegebenen Stämme in den Charakteristika nicht mit den bekannten Stämmen überein, und es wurde angenommen, daß es sich um neue Stämme handelt, die als Pseudomonas sp. DS-K-2D1, Pseudomonas sp. DS-K-9D1 und Pseudomonas sp. DS-K-14A4 bezeichnet wurden.
- Obwohl diese Stämme untereinander analoge Stämme sind, die jeweils zu der Art Pseudomonas gehören, unterscheiden sich Pseudomonas sp. DS-K-2D1 und Pseudomonas sp DS-K-14A4 von Pseudomonas sp. DS-K-9D1, indem die zuerst genannten Stämme Lackmusmilch nach weiß reduzieren, während der zuletzt genannte Stamm Lackmusmilch nicht nach weiß reduziert, und Pseudomonas sp. DS-K-2D1 unterscheidet sich von Pseudomonas sp. DS-K-14A4 dadurch, daß beim Wachstum auf dem MGPB-Agar der erhobene Zustand in der Mitte bei dem zuerst genannten konvex ist, während der erhobene Zustand der Kolonien bei dem zuletzt genannten konvex ist. So hat es sich gezeigt, daß die drei Stämme untereinander drei unterschiedliche Stämme darstellen.
- Die oben erwähnten drei Stämme wurden hinterlegt bei dem Fermentation Research Institute, Agency of Industrial Science and Technology, Japan am 15. November 1989 und anschließend wurde ihre Kontrolle übertragen auf das Fermentation Research Institute am 12. September 1990, entsprechend dem Budapester Übereinkommen über die internationale Anerkennung der Hinterlegung von Mikroorganismen für Patentzwecke. Die Hinterlegungsnummern der jeweiligen Stämme sind unten angegeben. Pseudomonas sp. DS-K-2D1 Pseudomonas sp. DS-K-9D1 Pseudomonas sp. DS-K-14A4 FRI (15. November 1989) FRI nach dem Budapester Abkommen (12. September 1990)
- Stämme, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können und zu der Art Pseudomonas gehören, sind nicht auf die oben angegebenen drei Stämme beschränkt. Andere Stämme können nämlich ebenfalls angewandt werden, solange sie die Fähigkeit besitzen&sub1; S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol bevorzugt zu assimilieren, verglichen mit R-(-)-3-Halogen-1,2- propandiol und in einem Medium wachsen und sich vermehren können, das racemisches 3-Halogen-1,2-propandiol als einzige Kohlenstoffquelle enthält.
- Speziell kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, entweder durch Züchten eines der oben angegebenen Bakterien in einem synthetischen Gemisch, enthaltend racemisches 3-Halogen-1,3-propandiol als im wesentlichen einzige Kohlenstoffquelle, anorganische Stickstoffverbindungen (verschiedene Ammoniumsalze oder Nitrate) als Stickstoffquellen und ferner anorganische Salze, und Gewinnung des verbleibenden R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiols aus der Kulturbrühe, oder durch Züchten eines der oben angegebenen Bakterien in einem Medium, enthaltend Kohlenstoffquellen, Stickstoffquellen, organische Nährstoffquellen und anorganische Quellen, wie sie üblicherweise angewandt werden, z.B. ein Bouillonmedium oder ein Peptonmedium, Überimpfen der so erhaltenen Kulturbrühe oder Kulturzellen in ein Medium, enthaltend racemisches 3-Halogen-1,2-propandiol als einzige Kohlenstoffquelle und weitere Durchführung der Züchtung, oder Einwirkenlassen der Zellen und anschließende Gewinnung des verbliebenen R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiols aus der Kulturbrühe.
- Als Kohlenstoffquellen können neben dem racemischen 3-Halogen-1,2-propandiol Alkohole wie Glycerin, Saccharide wie D-Glucose, D-Fructose und D-Galactose, und organische Säuren wie Citronensäure, Maleinsäure, Äpfelsäure und Fumarsäure und deren Salze verwendet werden.
- Es ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, die Züchtung in einem Medium durchzuführen, enthaltend racemisches 3-Halogen-1,2-propandiol als im wesentlichen einzige Kohlenstoffquelle.
- Ferner können als Stickstoffquellen solche verwendet werden, wie sie üblicherweise zur Züchtung von Zellen verwendet werden. Beispiele hierfür umfassen anorganische Stickstoffverbindungen, wie Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat und Ammoniumphosphat, und organische Stickstoffverbindungen, wie Harnstoff, Pepton, Casein, Hefeextrakt, Fleischextrakt und Maiswasser. Es können ferner allgemein bekannte anorganische Salze verwendet werden, wie Phosphate, Magnesiumsalze, Kahliumsalze, Mangansalze, Zinksalze und Kupfersalze.
- Die Kultivierung nach der Erfindung kann unter üblichen Bedingungen und Maßnahmen durchgeführt werden. Das heißt, die Züchtung wird typischerweise bei einer Züchtungstemperatur von etwa 20 bis 40ºC, vorzugsweise 25 bis 37ºC, durchgeführt. Typischerweise beträgt der pH-wert etwa 5 bis 10, vorzugsweise 5,5 bis 9,5. Die Züchtung wird im allgemeinen unter aeroben Bedingungen durchgeführt, z.B. unter Anwendung von Mitteln zur Schüttelkultur oder Rühren unter Belüftung oder ähnlichem. Die Konzentration des Substrats in dem Reaktionsgemisch liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 0,1 bis 10 Vol-%, und obwohl die Reaktionszeit variiert, abhängig von der Substratkonzentration und anderen Reaktionsbedingungen, beträgt sie vorzugsweise 48 bis 80 h. Es ist bevorzugt, daß die Reaktion unterbrochen wird zu dem Zeitpunkt, zu dem das restliche Substrat, analysiert durch Gaschromatographie oder ähnliches, um bis zu 50 % verringert worden ist, nämlich zu dem Zeitpunkt, zu dem das S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol im wesentlichen assimiliert ist. Die Gewinnung und Reinigung des verbleibenden R-(-)-3-Halogen-1,2-propandiols kann wie folgt durchgeführt werden. Das heißt, die Reinigung und Gewinnung können durchgeführt werden durch Auftrennen der Kulturbrühe nach vollständiger Kultivierung in die mikrobiologischen Zellen und den Überstand durch Zentrifugieren, ein Flockungsmittel oder ähnliches, Adsorbieren auf Aktivkohle von R-(-)- 3-Halogen-1,2-propandiol, das in dem Überstand verbleibt und anschließend entweder Eluieren mit Aceton und dann Durchführung einer Vakuumdestillation an dern Eluat oder Extrahieren mit einem Lösungsmittel wie Ethylacetat und anschließende Vakuumdestillation des Auszugs.
- Stämme, die zu der Art Pseudomonas gehören, die in einem Medium, enthaltend racemisches 3-Halogen-1,2-propandiol als einzige Kohlenstoffquelle, wachsen und sich vermehren können und die die Fähigkeit besitzen,S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol bevorzugt zu assimilieren, verglichen mit R-(-)-3-Halogen- 1,2-propandiol, sind neu. Reine Kulturen derartiger Stämme fallen ebenfalls unter die Erfindung. Als solche Stämme können vorzugsweise verwendet werden, die als Pseudomonas sp. DS-K-9D1, Pseudomonas sp. DS-K-2D1 und Pseudomonas sp. DS-K-14A4 bezeichneten.
- Die Erfindung wird speziell unten durch Beispiele beschrieben. Prozentangaben in den Beispielen bedeuten Gewichtsprozent, soweit nicht anders angegeben.
- 100 ml eines Mediums der folgenden Zusammensetzung: Ammoniumsulfat 0,5 % Dinatriumhydrogenphosphat 0,1 % Dikaliumhydrogenphosphat 0,1 % Natriumdihydrogenphosphat 0,2 % Magnesiumsulfat 0,05 % Eisensulfat, Kupfersulfat Spuren und Mangansulfat Calciumcarbonat 0,45 % pH 6,8
- die in einen 500 ml Sakaguchi-Kolben gegossen worden waren, wurden 15 min bei 121 ºC sterilisiert und dann racemisches 3-Chlor-1,2-propandiol in einer Menge von 1,0 Vol-% zugegeben, um ein Medium herzustellen, enthaltend racemisches 3-Chlor-1,2-propandiol als einzige Kohlenstoffquelle. Eine Platinschleife von einer Agar-Schrägenkultur von Pseudomonas sp. DS-K-2D1, einem der in Tabelle 1 angegebenen Mikroorganismen, wurde in das obige Medium überimpft und unter Schütteln 4 Tage bei 30ºC und 130 UpM gezüchtet.
- Nach vollständiger Züchtung wurde die Kulturbrühe entnommen und zentrifugiert, um die Zellen zu entfernen und den Überstand zu erhalten. Dieser Überstand wurde auf etwa 20 ml eingeengt und das Konzentrat mit Ethylacetat extrahiert. Der Auszug wurde mit wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck gehalten, um 0,4 g 3-Chlor-1,2-propandiol als ölige Substanz zu erhalten.
- Die Identifizierung dieser Substanz wurde durch Gaschromatographie durchgeführt. Wenn die Substanz mit handelsüblichem racemischen 3-Chlor-1,2-propandiol (Produkt von Tokyo Kasei Co.) mit Hilfe eines Säulenträgers PEG-20MP, 60-80 Mesh, verglichen wurde, waren die Retentionszeiten für beide Substanzen vollständig identisch.
- Die spezifische Rotation der vorliegenden Substanz und die spezifische Rotation von (R)-3-Chlor-1,2-propaniol (Literaturwert) sind wie folgt:
- Vorliegende Substanz [α] 22 D = -7,75º (C=1, H&sub2;O)
- Literaturwert [α] 22 D = -6,9º (C=2, H&sub2;O)
- Ferner wurde, nach dem die vorliegende Substanz nach einem üblichen Verfahren tosyliert worden war, eine HPLC- Analyse durchgeführt unter den Bedingungen von Raumtemperatur, einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 ml/min und einer Wellenlänge von 235 nm unter Verwendung einer Säule zur Auftrennung von optischen Isomeren [CHIRALCEL OC-Säule (25 cm × 0,46 cm I.D.)] (von DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES, LTD.) und Hexan/Isopropanol (95:5) als Lösungsmittel. Die Retentionszeiten nach diesem analytischen Verfahren betrugen 79 min für die S-Form und 89,8 min für die R-Form, und die vorliegende Substanz zeigte eine Retentionszeit entsprechend derjenigen der R-Form und der Enantiomerüberschuß betrug 98 % e.e. oder mehr.
- Es wurden die gleichen Arbeitsweisen wie in Beispiel 1 durchgeführt mit der Ausnahme, daß der Stamm ersetzt wurde durch Pseudomonas sp. DS-K-9D1 oder Pseudomonas sp. DS-K-14A4. Beim Analysieren nach den verschiedenen analytischen Methoden, wie in Beispiel 1 angegeben, erwies sich jede der erhaltenen Substanzen als R-(-)-3-Chlor-1,2-propandiol mit einem Enantiomerüberschuß von 98 % e.e. oder darüber. Die Ergebnisse der Beispiele 2 und 3 sind unten zusammen angegeben. Beispiel Stamm Ausbeute (g)
- 2,5 l eines Mediums der folgenden Zusammensetzung: Ammoniumsulfat 0,5 % Dinatriumhydrogenphosphat 0,02 % Dikaliumhydrogenphosphat 0,02 % Natriumdihydrogenphosphat 0,04 % Magnesiumsulfat 0,05 % Eisensulfat, Kupfersulfat Spuren und Mangansulfat pH 6,8
- die in eine 5 l Kulturvorrichtung (Becherfermentor) gegossen worden waren, wurden 15 min bei 121 ºC sterilisiert und dann wurde racemisches 3-Chlor-1,2-propandiol auf eine Konzentration von 1,0 Vol-% zugegeben, um ein Medium herzustellen, enthaltend racemisches 3-Chlor-1,2-propandiol als einzige Kohlenstoffquelle. Dann wurde Pseudomonas sp. DS-K-9D1, einer der in Tabelle 1 angegebenen Mikroorganismen der vorher gezüchtet worden war unter Schütteln während 24 h bei 30ºC in einem Nährmedium, umfassend 1,0 % Pepton, 1,0 % Hefeextrakt und 1,0 % Glycerin, pH 7,2 aseptisch in Form der Kulturbrühe in das obige Medium, enthaltend racemisches 3-Chlor-1,2-propandiol als einzige Kohlenstoffquelle, überimpft, so daß die Menge 2 Vol-% betrug. Die Kultur wurde etwa 4 Tage unter den folgenden Bedingungen aerob gerührt:
- Temperatur 30ºC Belüftungsmenge 0,5 l/min Rühren 500 UpM
- Die Messung und Steuerung des pH-Werts wurden durchgeführt mit einem verbundenen pH-Meter und der pH-Wert wurde mit 3N-NaOH auf 6,8 kontrolliert.
- Nach vollständiger Kultivierung wurde die Kulturbrühe entnommen und zentrifugiert, um Zellen zu entfernen und den Überstand zu erhalten. Der Überstand wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt unter Bildung von 14,9 g 3-Chlor-1,2-propandiol. Beim Analysieren nach den verschiedenen analytischen Methoden, wie in Beispiel 1 angegeben, erwies sich jede der erhaltenen Substanzen als R-(-)-3- Chlor-1,2-propandiol mit einem Enantiomerüberschuß von 98 % e.e. oder darüber. Die spezifische Drehung [α]22D dieser Substanz war -7,75º (C=1, H&sub2;O).
- Es wurden die gleichen Arbeitsweisen wie in Beispiel 4 durchgeführt mit der Ausnahme, daß der Stamm ersetzt wurde durch Pseudomonas sp. DS-K-14A4 oder Pseudomonas sp. DS-K-9D1, wie in Tabelle 1 angegeben. Beim Analysieren nach den verschiedenen analytischen Methoden, wie in Beispiel 1 angegeben, erwies sich jede der erhaltenen Substanzen als R-(-)-3-Chlor-1,2-propandiol mit einem Enantiomerüberschuß von 98 % e.e. oder darüber. Die Ergebnisse der Beispiele 5 und 6 sind unten zusammen angegeben. Beispiel Stamm Ausbeute (g)
- 100 ml eines Nährmediums der Zusammensetzung 1,0 % Pepton, 1,0 % Hefeextrakt und 1,0 % Glycerin, pH 7,2, in einem 500 ml Sakaguchi-Kolben, wurde 15 min bei 121ºC sterilisiert und dann mit einer Platinschleife voll einer Agarschrägen-Kultur von Pseudomonas sp. DS-K-2D1, wie in Tabelle 1 gezeigt, beimpft. Die Züchtung wurde 24 h bei 30ºC unter Schütteln durchgeführt, die Zellen und der Überstand durch Zentrifugieren getrennt und der Überstand verworfen. Die erhaltenen Zellen wurden einige Male mit einer 50 mM Phosphatpufferlösung, pH 7,0, gewaschen. Die Zellen wurden dann in 100 ml des Mediums, enthaltend racemisches 3-Chlor-1,2- propandiol als einzige Kohlenstoffquelle, wie in Beispiel 1 gezeigt, suspendiert und die Reaktion 3 Tage bei 30ºC und 130 UpM durchgeführt. Nach vollständiger Reaktion wurden die Zellen abzentrifugiert, um den Überstand zu erhalten. Der Überstand wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt unter Bildung von 0,4 g 3-Chlor-1,2-propandiol. Beim Analysieren nach den verschiedenen analytischen Methoden, wie in Beispiel 1 angegeben, erwies sich jede der erhaltenen Substanzen als R-(-)-3-chlor-1,2-propandiol mit einem Enantiomerüberschuß von 98 % e.e. oder darüber. Die spezifische Drehung [α]22 D dieser Substanz war -7,75º (C=1, H&sub2;O).
- Es wurden die gleichen Arbeitsweisen wie in Beispiel 7 durchgeführt mit der Ausnahme, daß der Stamm ersetzt wurde durch Pseudomonas sp. DS-K-9D1 oder Pseudomonas sp. DS-K-14A4, wie in Tabelle 1 angegeben. Beim Analysieren nach den verschiedenen analytischen Methoden, wie in Beispiel 1 angegeben, erwies sich jede der erhaltenen Substanzen als R-(-)-3-Chlor-1,2-propandiol mit einem Enantiomerüberschuß von 98 % e.e. oder darüber. Die Ergebnisse der Beispiele 8 und 9 sind unten zusammen angegeben. Beispiel Stamm Ausbeute (g)
- Die gleichen Versuche wie in den Beispielen 1 bis 3 wurden durchgeführt mit der Ausnahme, daß racemisches 3-Chlor-1,2-propandiol ersetzt wurde durch racemisches 3-Brom-1,2-propandiol. Die Versuchsmethoden und sonstigen Arbeitsweisen entsprechen denjenigen des Beispiels 1. Die Ergebnisse der Beispiele 10 bis 12 sind unten zusammen angegeben. Beispiel Stamm Ausbeute (g)
- In diesem Zusammenhang ist der Literaturwert für die spezifische Drehung von (R)-3-Brom-1,2-propandiol wie folgt:
- [α]25 D = -3,94º (C=5,07, HCCl&sub3;).
- Ferner wurde jedes der in den Beispielen 10 bis 12 erhaltenen R-(-)-3-Brom-1,2-propandiole auf übliche Weise tosyliert, und die tosylierte Verbindung der HPLC-Analyse unterworfen unter den Bedingungen von Raumtemperatur, einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 ml/min und einer Wellenlänge von 235 nm unter Verwendung einer Säule zur Auftrennung von optischen Isomeren [CHIRALCEL OC-Säule (25 cm x 0,46 cm I.D.)] (von DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES, LTD.) und Hexan/- Isopropanol (95:5) als Lösungsmittel. Die Retentionszeiten nach diesem analytischen Verfahren betrugen 98,9 min für die S-Form und 115,4 min für die R-Form, und jede der obigen Substanzen zeigte eine Retentionszeit entsprechend derjenigen der R-Form und einen Enantiomerüberschuß von 96 % e.e. oder mehr.
- Es wurden Versuche entsprechend den Beispielen 4 bis 6 durchgeführt mit der Ausnahme, daß das racemische 3-Chlor- 1,2-propandiol ersetzt wurde durch racemisches 3-Brom-1,2- propandiol. Die Versuchsmethoden und sonstigen Arbeitsweisen entsprachen denjenigen des Beispiels 4. Durch die verschiedenen in Beispiel 10 angegebenen Analysen zeigte es sich, daß jede der erhaltenen Substanzen R-(-)-3-Brom-1,2-propandiol war mit einem Enantiomerüberschuß von 96 % e.e. oder darüber. Die Ergebnisse der Beispiele 13 bis 15 sind unten zusammen angegeben. Beispiel Stamm Ausbeute (g)
- Es wurden Versuche entsprechend den Beispielen 7 bis 9 durchgeführt mit der Ausnahme, daß das racemische 3-Chlor- 1,2-propandiol ersetzt wurde durch racemisches 3-Brom-1,2- propandiol. Die Versuchsmethoden und sonstigen Arbeitsweisen entsprachen denjenigen des Beispiels 7. Durch die verschiedenen in Beispiel 10 angegebenen Analysen zeigte es sich, daß jede der erhaltenen Substanzen R-(-)-3-Brom-1,2-propandiol war mit einem Enantiomerüberschuß von 96 % e.e. oder darüber. Die Ergebnisse der Beispiele 16 bis 18 sind unten zusammen angegeben. Beispiel Stamm Ausbeute (g)
- Gemäß der Erfindung ist es möglich, R-(-)-3-Halogen-1,2- propandiol nach einem Verfahren herzustellen, bei dern billige Rohmaterialien angewandt werden können und das industriell bequem ist, nämlich durch bevorzugte Assimilierung von S-(+)-3-Halogen-1,2-propandiol aus racemischem 3-Halogen- 1,2-propandiol unter Anwendung eines Bakteriums der Art Pseudomonas.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung von
R-(-)-3-Halogeno-1,2-propandiol, umfassend die Züchtung in einem Medium, enthaltend
racemisches 3-Halogeno-1,2-propandiol eines Bakteriums, das, wenn es
in einem Medium, enthaltend racemisches 3-Halogeno-1,2-propandiol
als einzige Kohlenstoffquelle, gezüchtet wird, wachsen und sich
vermehren kann und die Fähigkeit besitzt S(+)-3-Halogeno-1,2-
propandiol bevorzugt zu assimilieren, verglichen mit R-(-)-3-
Halogeno-1,2-propandiol und das zu der Art Pseudomonas gehört,
oder dessen Kulturzellen und Gewinnung von R-(-)-3-Halogeno-1,2-
propandiol aus der erhaltenen Kulturbrühe.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bakterium Pseudonomas,
sp. DS-K-9D1, Pseudomonas sp. DS-K-2D1 oder Pseudomonas sp.
DS-K-14A4, hinterlegt beim Fermentation Research Institute,
Agency of Industrial Science and Technology, Japan unter der
Hinterlegungsnummer FERM BP-3095, FERN BP-3096 bzw. FERM BP-3097
ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das 3-Halogeno-1,2-
propandiol 3-Chlor-1,2-propandiol oder 3-Brom-1,2-propandiol ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Züchtung
unter aeroben Bedingungen durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Züchtung bei einer Temperatur von 20 bis 40ºC durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Züchtung bei einem pH-Wert von 5 bis 10 durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Züchtung in einem Medium durchgeführt wird, enthaltend
racemisches 3-Halogeno-1,2-propandiol als im wesentlichen einzige
Kohlenstoffquelle.
8. Reine Kultur eines Stammes der Art Pseudomonas, der in einem
Medium, enthaltend racemisches 3-Halogeno-1,2-propandiol als
einzige Kohlenstoffquelle, wachsen und sich vermehren kann und der
die Fähigkeit besitzt, S-(+)-3-Halogeno-1,2-propandiol bevorzugt
zu assimilieren, verglichen mit R-(-)-3-Halogeno-1,2-propandiol.
9. Reine Kultur nach Anspruch 8, wobei der Stamm Pseudomonas
sp. DS-K-9D1 (FERM BP-3095), Pseudomonas sp. DS-K-2D1 (FERM
BP-3096) oder Pseudomonas sp. DS-K-14A4 (FERM BP-3097) ist.
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