Kim, Hee-Sook;Lee, Jae-Hwa;Park, Sunghoon;Lee, Eun-Yeol
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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제9권1호
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pp.62-64
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2004
The use of enantioselective hydrolysis for preparing chiral epichlorohydrins was investigated using recombinant Pichia pastoris with the enantioselective epoxide hydrolase of Rhodotorula glutinis. The rate of the recombinant epoxide hydrolase-catalyzed enantioselective hydrolysis of racemic epichlorohydrins was enhanced by the addition of 5%(v/v) Tween 20. Enantiopure (R)-epichlorohydrins with an enantiopurity of 100% ee and a yield of 26% were obtained within 5min from 50mM racemates.
Chiral epoxides are highly valuable intermediates, used for the synthesis of pharmaceutical drugs and agrochemicals. They have broad scope of market demand because of their applications. A major challenge in modern organic chemistry is to generate such compounds in high yields, with high stereo- and regio-selectivities. Epoxide hydrolases (EH) are promising biocatalysts for the preparation of chiral epoxides and vicinal diols. They exhibit high enantioselectivity for their substrates, and can be effectively used in the resolution of racemic epoxides through enantioselective hydrolysis. The selective hydrolysis of a racemic epoxide can produce both the corresponding diols and the unreacted epoxides with high enantiomeric excess (ee) value. The potential of microbial EH to produce chiral epoxides and vicinal diol has prompted researchers to explore their use in the synthesis of epoxides and diols with high ee values.
Enantioselective hydrolysis for the production of chiral styrene oxide was investigated using the epoxide hydrolase activity of a newly isolated Rhodosporidium kratochvilovae SYU-08. The effects of reaction parameters - buffer type, pH, temperature, initial substrate concentrations, phenyl-1,2-ethanediol concentrations on hydrolysis rate, and enantioselectivity - were analyzed. Optically active (S)-styrene oxide with an enantiomeric excess higher than 99 % was obtained from its racemate. with a yield of 38 % (theoretically 50% maximum yield) from an initial concentration of 80 mM.
Xanthorrhizol is a bisabolane type of natural sesquiterpene, the major component of essential oils of Curcuma xanthorrhiza. 2-(3-Methoxy-4-methylphenyl)propan-1-ol and 2-(3-hydroxy-4-methyl phenyl)propan-1-ol could be essential building block for enantioselective synthesis of xanthorrhizol. Enantioselective (c = 53%, E = $80{\pm}3$) for R-(+)-2-(3-hydroxy-4-methylphenyl) propan-1-ol and (c = 58%, E = $27{\pm}1$) for R-(+)-2-(3-methoxy-4-methylphenyl) propan-1-ol resolution processes were developed via lipase-catalyzed reaction. We found lipase Aspergillus oryzae (AOL) and Porcine pancreas (PPL) are selective to transesterification and hydrolysis in organic and aqueous phase. Modified demethylated substrate is appropriate for enantioselective hydrolysis reaction without any additives. Enantiopure chiral alcohol was crystallized from ethyl acetate/n-hexane co-solvent system. Gram scale resolved chiral intermediate will facilitate the synthesis of the unnatural S-(+)-xanthorrhizol, the corresponding isomer of the natural one.
Rhodotorula sp. CL-82 유래 의 epoxide hydrolase 활성을 이용하여 라세믹 styrene oxide에 대한 입체선택적 가수분해 반응을 실시하였다. Rhodotorula sp. CL-82 생촉매의 입체선택적 가수분해속도를 나타내주는 반응표면 곡선에 대한 분석을 통해 pH, 반응주도, cosolvent 첨가량에 대한 최적조건을 각각 7.6,$33.3^{\circ}C$ , 3%(v/v)으로 결정하였다. 최적반응조건에서 약 4시간 정도의 반응을 통해 ee값이 99% 이상인 광학적으로 순수한 (S)-styrene oxide를 이론 수율대비 40% 수율로 얻을 수 있었다.
라세믹 ECH 기질에 대한 입체선택적 가수분해 활성을 가진 R. tourloides를 생촉매로 이용하여 광학활성 (R)-ECH를 생산하였다. EH의 입체적선택적 가수분해능에 영향을 주는 실험인자들인 pH, 반응온도, 초기 ECH 농도 등이 초기 가수분해반응속도에 미치는 영향을 분석하고, 최적 회분식 반응조건을 결정하였다. 또한 Tween 20 등의 detergent를 첨가하여 가수분해 반응속도 및 입체선택성을 향상시킬 수 있었다. pH 8, 반응온도 35$^{\circ}C$, 2% (v/v)의 Tween 20이 첨가된 조건에서 약 1.2시간의 반응을 통해 80mM 라세믹 기질로부터 광학순도 100% ee인 (R)-ECH를 12.5%(이론수율 = 50%) 수율로 얻을 수 있다.
에폭사이드 가수분해효소 활성이 우수한 Aspergillus niger 를 생촉매로 이용하여 업체선택적 가수분해 반응을 통해 라세믹 styrene oxide 기질로부터 광학활성 (S)-styrene oxide를 생산하는 실험을 수행하였다. (R)-styrene oxide 이성질체에 대한 초기 가수분해 속도에 영향을 주는 실험인자들인 pH, 반응온도, cosolvent 첨가량 등에 대해 중심합성계획법을 이용한 반응표면 분석을 통해 가수분해반응 속도를 향상시킬 수 있는 최적 반응조건을 결정하였다. pH 7.78, 반응온도 2 $28.32^{\circ}C$ 및 cosolvent 첨가량 2.4% (v/v)의 조건에서 약 10시간 정도의 반응을 통해 ee 값이 100%인 광학적으로 순수한 (S)-styrene oxide를 35% 정도(이론수율 = 50%)의 높은 수율로 얻을 수 있었다.
A novel two-step acetone treatment method was developed to enhance the enantioselectivity of Candida rugosa lipase (CRL) toward the hydrolysis of racemic naproxen methyl ester. The acetone-teated CRL was considerably more enantioselective than the crude CRL, yielding an enantiomeric excess of 98~100%. The crude and acetone-treated CRLs were subjected to anion exchange chromatography, and their chromatography profiles were compared. In consequence, both chromatography profiles were found to be almost identical, resulting in two separate lipase peaks (lipase A and B). The lipase B, which is known to be less enantioselective, was treated with acetone using a two-step treatment method. The enantioselectivity of acetone-treated lipase B was dramatically increased, yielding an enantiomeric excess of 99%.
Aspergillus niger LK의 epoxide hydrolase (EH)를 codon usage를 고려한 Escherichia coli 균주에서 고효율로 발현할 수 있었다. E. coli에서 잘 사용되지 않는 rare codon에 대한 tRNA 유전자 정보가 들어있는 plasmid를 함유한 E. coli 균주인 Rosetta (DE3)PLysS를 숙주세포로 사용하였다. A. niger EH를 발현시킨 재조합 E. coli를 생촉매로 사용하여 라세믹 styrene oxide 혼합물과 반응시켰을 때, (R)-styrene oxide에 대한 입체선택적 가수분해활성이 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한 라세믹 기질로부터 입체적으로 고순도인 99% ee 값을 갖는 광학적으로 순수한 (S)-styrene oxide를 얻을 수 있었다.
항진균제로 잘 알려진 아졸계 화합물인 이트라코나졸 전구체에 대한 광학선택성 lipase 생산균주 탐색을 수행하였다. 본 라세믹 기질을 선택적으로 가수분해하는 lipase 생산균주 인 Acinetobacter sp. SY-01 를 분리하였고, 효소 가수분해반응을 수행한 결과 본 라세믹 기질은 전환율이 74.8%에 도달하였을 때 95.6%의 ee값을 가지는 S-ester로 분할되었다. 전환율은 온도 $50^{\circ}C$, pH 7.0에서 가장 높게 나타났고, 광학선택성은 온도, pH에 의해 영향을 받지 않았다. 용매의 첨가에 의해 전환율은 감소하였으나 광학선택성은 약간 증가하였다. 기질농도가 증가함에 따라 광학선택성은 감소하였고, 이것은 가수분해반응 생성물에 의한 영향으로 확인되어 반응 생성물을 제거함으로써 광학선택성을 증가시킬 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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