[スポンサーリンク]

E

酵素による光学分割 Enzymatic Optical Resolution

[スポンサーリンク]

概要

リパーゼなどの容易に入手可能な酵素を触媒として用いたアシル化により、アルコールの光学分割が行える。逆にエステルを加水分解する形式でも速度論的光学分割を行える。本稿では、合成化学で最も汎用されているLipaseによる光学分割の解説をおこなう。

アシル化剤としては、不可逆に反応が進むビニルエステル、2-プロペニルエステルなどが用いられる。酵素は濾過などで簡便に除去可能。

基本文献

<review>

  • Kadereit, D.; Waldmann, H. Chem. Rev. 2001, 101, 3367. DOI: 10.1021/cr010146w
  •  La Ferla, B. Monatsh. Chem. 2002, 133, 351.
  •  Pamies, O.; Backvall, J.-E. Chem. Rev. 2003, 103, 3247. DOI: 10.1021/cr020029g
  •  Ghanem, A.; Aboul-Enein, H. Y. Tetrahedron: Asymmetry 2004, 15, 3331. doi:10.1016/j.tetasy.2004.09.019
  •  Garcia-Urdiales, E.; Alfonso, I.; Gotor, V. Chem. Rev. 2005, 105, 313. DOI: 10.1021/cr040640a

反応機構

反応例

動的速度論的光学分割を活用した(-)-Rosmarinecineの不斉合成[1]

enzymatic_resol_2.gif

実験手順

ここでは、より、一般に用いられているアシル化モードの解説を行う

  1. まずはラセミ体のアルコール及びアセテートを合成。
  2. ラセミ体の混ざりをChiral-GCまたはChiral-HPLCにて分離を試みる。一度で4つの成分を分離できる条件が見つかれば反応の追跡が簡単になる。
  3. 反応が既知の場合はその酵素を用いればよいが、反応性が分からない場合、研究室にあるだけのLipaseをスクリーニングするとよい。キラルカラムによる反応の追跡により、転換率と選択性を確認しながら、モニタリングを進める。転換率が50%に達し、ほぼS若しくはRアルコールが消費されたら、反応を終了する。
  4. 選択性が確認出来たら、1、化合物が既知の場合、得られたアルコール若しくはアシル化体の旋光度を比較することにより、化合物の確認を行う。2、新規化合物の場合はMosherエステル化などにより未反応のアルコールを(R)-および(S)-MTPAClと反応させ、絶対立体配置を解析する。Mosher法に関して詳しくはこちら
  5. 絶対立体配置が決定でき、アシル化された化合物か、残った方の化合物が必要かが確認出来たら、量上げにより化合物を供給する。スケールアップでのセライトろ過効率が低いことが予想される場合は、セライトを反応溶液に適量入れ、セライトとリパーゼを混ぜ込んでからセライトろ過すると効率的なことがある。

実験のコツ・テクニック

  • ペンタンやヘキサンなどの非極性溶媒とvinyl acetateなどのアシル化剤を用いてアシル化するアシル化モード、水溶液中アシル化物の加水分解を行う加水分解モード、の二つの方法がある。
  • 反応はアルコールの右側と左側の嵩高さの違いが大きいほど、より高い選択性が得られやすい。(高いSelectivity factor = E)
  • 選択性が低い場合、反応温度を下げ長時間反応させるか(反応時間は伸びるので注意)、アシル化モードの場合はアシル化剤の変更を試みる。
  • それでも選択性が満足できない場合は、1、アセチル化モードによる分割を行った場合は加水分解モードでのさらなる分割を試みて光学純度を上げる、2、一旦単離して得られたアルコール若しくは(アシル化物されたものを加水分解により得たアルコール)を再度酵素的な光学分割に供する、などの方法がある。
  • Kinetic resolutionはキラルアルコールを作る方法論の一つであり、もしうまくいかない場合は、CBS還元などエナンチオ選択的な反応により不斉点を構築することも考慮に入れるべきである。
  • Kinetic resolutionでは多くの場合、半分の基質を捨てる羽目になるためアトムエコノミカルではない。そのため、DKRなどが盛んに研究されている。

詳細

  • Lipaseによる、エステル化反応及び加水分解反応は基本的に可逆プロセスである。そのため、一般的にはvinyl acetateやisopropenyl acetate、1-ethoxyvinyl acetate(若しくはacid anhydride)などの化合物が用いられる。vinyl acetateはホルムアルデヒドを副生、isopropenyl esterはアセトンを、1-ethoxyvinyl acetateは酢酸エチルを副生する。酸無水物を用いた場合は反応の経過とともにpHが低下するので、DTBPなどの添加が必要となる場合があるなどの欠点も存在する。
  • Immobilized enzymeは副生する、ホルムアルデヒド(vinyl acetateを用いた場合)と、酵素のLys残基が反応しにくいなどの特徴を備えるものもあり、安定性が比較的高いとされる。
  • 同じ酵素で優先的に認識されるのは同じエナンチオマーである。(すなわち、アシル化モードで光学分割がイマイチだった場合は同じ酵素を用いて加水分解モードの反応を行えば光学純度の向上が期待できる、という話である。)
  • 一級水酸基の光学分割にはPPLやPseudomonas sp.のLipaseを用いるとよい結果が得られやすいのに対し、2級水酸基のresolutionにはCandida antarctica B(CAL)やPseudomonas sp.(PSL)が向くとされている。一般的な基質の大きさとリパーゼの種類は、bulky substrate pocket > Aspergillus sp.  > Candida rugosa > Candida antarctica B > Mucor sp. = Humicola lanuginosa > Pseudomonas sp. = PPL > narrow substrate pocketの順である。
  • 定量的ではないにしろ、アシルドナーの供与能と反応速度は正の相関があり、trichloroethyl acetate < isopropenyl acetate < vinyl butanoate = vinyl octanoate = vinyl acetateとなっている。

参考文献

[1] Akai, S.; Tanimoto, K.; Kanao, Y.; Omura, S.; Kita, Y. Chem. Commun. 2005, 2369. DOI: 10.1039/B419426H

関連反応

関連書籍

[amazonjs asin=”3527325476″ locale=”JP” title=”Enzyme Catalysis in Organic Synthesis”] [amazonjs asin=”3642173926″ locale=”JP” title=”Biotransformations in Organic Chemistry: A Textbook”]

外部リンク

2019.07.02 大幅に加筆修正(Gakushi)変更後、一部修正

関連記事

  1. ジェイコブセン・香月エポキシ化反応 Jacobsen-Katsu…
  2. グリニャール反応 Grignard Reaction
  3. ジョーンズ酸化 Jones Oxidation
  4. シェンヴィ イソニトリル合成 Shenvi Isonitrile…
  5. ステッター反応 Stetter reaction
  6. 有機テルル媒介リビングラジカル重合 Organotelluriu…
  7. セイファース・ギルバート アルキン合成 Seyferth-Gil…
  8. 二酸化セレン Selenium Dioxide

注目情報

ピックアップ記事

  1. リンと窒素だけから成る芳香環
  2. 顕微鏡で有機分子の形が見えた!
  3. スティーヴンス転位 Stevens Rearrangement
  4. 太陽電池を1から作ろう:色素増感太陽電池 実験キット
  5. 和田 猛 Takeshi Wada
  6. 化学者のためのエレクトロニクス講座~無線の歴史編~
  7. 採用面接で 「今年の日本化学会では発表をしますか?」と聞けば
  8. 化学者の卵、就職サイトを使い始める
  9. ジムロート転位 (ANRORC 型) Dimroth Rearrangement via An ANRORC Mechanism
  10. レフォルマトスキー反応 Reformatsky Reaction

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2009年9月
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
282930  

注目情報

最新記事

創薬懇話会2025 in 大津

日時2025年6月19日(木)~6月20日(金)宿泊型セミナー会場ホテル…

理研の研究者が考える未来のバイオ技術とは?

bergです。昨今、環境問題や資源問題の関心の高まりから人工酵素や微生物を利用した化学合成やバイオテ…

水を含み湿度に応答するラメラ構造ポリマー材料の開発

第651回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院工学研究科(大内研究室)の堀池優貴 さんにお願い…

第57回有機金属若手の会 夏の学校

案内:今年度も、有機金属若手の会夏の学校を2泊3日の合宿形式で開催します。有機金…

高用量ビタミンB12がALSに治療効果を発揮する。しかし流通問題も。

2024年11月20日、エーザイ株式会社は、筋萎縮性側索硬化症用剤「ロゼバラミン…

第23回次世代を担う有機化学シンポジウム

「若手研究者が口頭発表する機会や自由闊達にディスカッションする場を増やし、若手の研究活動をエンカレッ…

ペロブスカイト太陽電池開発におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用

持続可能な社会の実現に向けて、太陽電池は太陽光発電における中心的な要素として注目…

有機合成化学協会誌2025年3月号:チェーンウォーキング・カルコゲン結合・有機電解反応・ロタキサン・配位重合

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年3月号がオンラインで公開されています!…

CIPイノベーション共創プログラム「未来の医療を支えるバイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第105春季年会(2025)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「未来の医療…

OIST Science Challenge 2025 に参加しました

2025年3月15日から22日にかけて沖縄科学技術大学院大学 (OIST) にて開催された Scie…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー