固定化されたω-トランスサミナーゼを用いた有機溶媒中のケトン類の水活性を制御された連続フローバイオミアッセイ

Continuous Flow Bioamination of Ketones in Organic Solvents at Controlled Water Activity using Immobilized ω-Transaminases.

• Wesley Böhmer
• Alexey Volkov
• Karim Engelmark Cassimjee
• Francesco G Mutti

抄録

水性媒体中での生物触媒反応と比較して、清澄な有機溶媒中での酵素の使用は、疎水性基質の溶解度を高めることを可能にし、より有利な熱力学的平衡、可能性のある加水分解副反応の回避、およびより容易な生成物の回収を導くことができます。(AsR-ωTA)および(Cv-ωTA)のトランサミナーゼを制御された多孔性ガラス金属イオン親和性ビーズ(EziG)に固定化し、1-フェノキシプロパン-2-オンと2-プロピルアミンとのアミノ化のために、清澄な有機溶媒中で適用した。反応系については、担体の種類,有機溶媒,反応温度の観点から検討した。その結果、疎水性の高い担体と反応溶媒であるトルエンが最適な条件であることがわかった。この系の水分活性(a)は塩水和物対を介して制御されており、生体触媒の固定化ステップと異なる非極性溶媒中での反応の進行の両方で制御された。注目すべきことに、2つの固定化ωTAは異なる最適値、すなわち、EziG-AsR-ωTAでは0.7、EziG-Cv-ωTAでは0.2の異なるaを示した。一般的に、高基質濃度（450～550mM）と2-プロピルアミン1当量のみを適用した場合でも、様々な有機溶媒中で高い触媒活性が観察された。バッチ条件では、同一バッチのEziG固定化ωTAを用いた4回の反応で13000以上の化学的ターンオーバー（TTN）が得られた。最後に、連続フロー反応器において、有機溶媒中での固定化生体触媒の適用性をさらに実証した。フロー反応器は、数日間の運転で酵素触媒活性の低下を観察することなく、優れた性能を示した。1.82mLの流動反応器を用いて、流動溶媒としてトルエンを用いた場合、72時間で約70%の転化率が得られ、時空収率は1.99gLhであった。120時間まで反応させると90%以上の転化率が得られた。

Compared with biocatalysis in aqueous media, the use of enzymes in neat organic solvents enables increased solubility of hydrophobic substrates and can lead to more favorable thermodynamic equilibria, avoidance of possible hydrolytic side reactions and easier product recovery. ω-Transaminases from . (AsR-ωTA) and (Cv-ωTA) were immobilized on controlled porosity glass metal-ion affinity beads (EziG) and applied in neat organic solvents for the amination of 1-phenoxypropan-2-one with 2-propylamine. The reaction system was investigated in terms of type of carrier material, organic solvents and reaction temperature. Optimal conditions were found with more hydrophobic carrier materials and toluene as reaction solvent. The system's water activity (a) was controlled via salt hydrate pairs during both the biocatalyst immobilization step and the progress of the reaction in different non-polar solvents. Notably, the two immobilized ωTAs displayed different optimal values of a, namely 0.7 for EziG-AsR-ωTA and 0.2 for EziG-Cv-ωTA. In general, high catalytic activity was observed in various organic solvents even when a high substrate concentration (450-550 mM) and only one equivalent of 2-propylamine were applied. Under batch conditions, a chemical turnover (TTN) above 13000 was obtained over four subsequent reaction cycles with the same batch of EziG-immobilized ωTA. Finally, the applicability of the immobilized biocatalyst in neat organic solvents was further demonstrated in a continuous flow packed-bed reactor. The flow reactor showed excellent performance without observable loss of enzymatic catalytic activity over several days of operation. In general, ca. 70% conversion was obtained in 72 hours using a 1.82 mL flow reactor and toluene as flow solvent, thus affording a space-time yield of 1.99 g L h. Conversion reached above 90% when the reaction was run up to 120 hours.

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