DE3852098T2 - METHOD FOR PRODUCING A CLEANED AQUEOUS INDOLUTION. - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING A CLEANED AQUEOUS INDOLUTION.Info
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Indol. Im engeren Sinne betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer im wesentlichen gereinigten wäßrigen Indollösung, wobei das Indol umgesetzt werden kann aus rohem Indol mit darin enthaltenen organischen Verunreinigungen.The present invention relates to a process for purifying indole. In a narrower sense, the invention relates to a process for producing a substantially purified aqueous indole solution, whereby the indole can be reacted from crude indole with organic impurities contained therein.
Eine Reihe von Verfahren ist bekannt, um nützliche Verbindungen auf dem Weg einer Enzymreaktion zu synthetisieren unter Einsatz von Indol als Enzymsubstrat. Ein kennzeichnendes Beispiel für ein derartiges Verfahren ist die Synthese von L-Tryptophan aus Indol und L-Serin, wobei Tryptophansynthase verwendet wird. Dieses Verfahren wird bereits in industriellem Maßstab genutzt.A number of methods are known to synthesize useful compounds by an enzymatic reaction using indole as an enzyme substrate. A typical example of such a method is the synthesis of L-tryptophan from indole and L-serine using tryptophan synthase. This method is already used on an industrial scale.
Im allgemeinen wird Indol durch einen chemischen Synthesevorgang oder durch fraktionierende Destillation von Kohlenteer gewonnen, wobei das in einem solchen Verfahren hergestellte Indol üblicherweise substituierte Indole wie Ethylindol sowie andere aromatische Verbindungen als Verunreinigungen enthält. Einige dieser Verunreinigungen führen zu einer Hemmung oder sogar vollständigen Inaktivierung des Enzyms, wenn sie im Reaktionsgemisch vorhanden sind. Damit die Enzymreaktion problemlos erfolgen kann, sollten deshalb derartige Verunreinigungen im Reaktionsgemisch nicht enthalten sein und sich nicht im Reaktionsgemisch ansammeln.Generally, indole is obtained by a chemical synthesis process or by fractional distillation of coal tar, and the indole produced by such a process usually contains substituted indoles such as ethylindole and other aromatic compounds as impurities. Some of these impurities lead to inhibition or even complete inactivation of the enzyme if they are present in the reaction mixture. In order for the enzyme reaction to proceed smoothly, such impurities should therefore not be present in the reaction mixture and should not accumulate in the reaction mixture.
Andererseits muß festgestellt werden, daß Wasser für die Mehrzahl der in Enzymreaktionen verwendeten Enzyme als ideales Lösungsmittel dient. Deshalb wird die Enzymreaktion in den meisten Fällen in einer wäßrigen Lösung vorgenommen. Außerdem werden, weil die meisten Enzyme bei einer Temperatur von 15ºC bis 50ºC eine hohe Aktivität aufweisen, Enzymreaktionen für gewöhnlich in diesem Temperaturbereich durchgeführt.On the other hand, it must be noted that water serves as an ideal solvent for the majority of enzymes used in enzyme reactions. Therefore, in most cases the enzyme reaction is carried out in an aqueous solution. In addition, since most enzymes have a high activity at a temperature of 15ºC to 50ºC, enzyme reactions are usually carried out in this temperature range.
Indol jedoch ist in Wasser unlöslich, und seine Löslichkeit in Wasser beträgt bei Raumtemperatur nur 3 bis 4 g/l. Aus diesem Grunde ist es im Falle der Enzymreaktion, bei der Indol aus Ausgangssubstanz eingesetzt wird, nicht einfach, eine wäßrige Indollösung herzustellen und insbesondere in großen Mengen zur Verfügung zu stellen.Indole, however, is insoluble in water and its solubility in water at room temperature is only 3 to 4 g/l. For this reason, in the case of the enzyme reaction in which indole is used from the starting substance, it is not easy to prepare an aqueous indole solution and, in particular, to make it available in large quantities.
Herkömmliche Verfahren zur Zubereitung einer wäßrigen Indollösung beinhalten ein Vorgehen, bei dem festes Indolpulver in Wasser oder in einer wäßrigen Lösung aufgelöst wird, in der bereits durch kräftiges Umrühren Indol zum Zweck der Herstellung einer wäßrigen Indollösung enthalten ist, wobei das nichtgelöste Indol durch Fest-Flüssig- Trennung aufgefangen wird, sowie ein Vorgehen, bei dem die Indollösung zubereitet wird, indem Indol in einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel wie niederem aliphatischen Alkohol, z. B. Methanol, aufgelöst und die Indollösung dann mit einer wäßrigen Indollösung gemischt wird.Conventional methods for preparing an aqueous indole solution include a procedure in which solid indole powder is dissolved in water or in an aqueous solution in which indole is already contained by vigorous stirring for the purpose of preparing an aqueous indole solution, the undissolved indole being collected by solid-liquid separation, and a procedure in which the indole solution is prepared by dissolving indole in a water-miscible solvent such as lower aliphatic alcohol, e.g. methanol, and then mixing the indole solution with an aqueous indole solution.
Mittels dieser Verfahren wird eine ausreichende Menge der Indolkonzentration in der wäßrigen Lösung gesichert. Wird jedoch industriell hergestelltes Rohindol eingesetzt, werden auch die darin enthaltenen Verunreinigungen in der wäßrigen Lösung gelöst und der Enzymreaktion zugeführt. Auf diese Weise wird bei Verwendung von Rohindol gemäß den obengenannten herkömmlichen Verfahren keine Reinigung des Indols vorgenommen, so daß es für den Einsatz bei der Enzymreaktion nicht zu empfehlen ist. Ferner kommt es in Fällen, in denen ein mit Wasser mischbares Lösungsmittel eingesetzt wird, dazu, daß das Lösungsmittel per se das Enzym denaturiert, hemmt oder inaktiviert, so daß die Benutzung eines derartigen Lösungsmittels vermieden werden sollte.By means of these methods, a sufficient amount of indole concentration is ensured in the aqueous solution. However, when industrially produced crude indole is used, the impurities contained therein are also dissolved in the aqueous solution and fed into the enzyme reaction. Thus, when crude indole is used according to the above-mentioned conventional methods, no purification of the indole is carried out, so that it is not recommended for use in the enzyme reaction. Furthermore, in cases where a water-miscible solvent is used, the solvent per se denatures, inhibits or inactivates the enzyme, so that the use of such a solvent should be avoided.
Als Enzymreaktion unter Verwendung von Indol als Substrat wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein organisches Lösungsmittel für die Reaktion eingesetzt wird.As an enzyme reaction using indole as a substrate, a method has been proposed in which an organic solvent is used for the reaction.
Beispielsweise offenbart die Japanische Patentschrift Nr. 45593/81 die Durchführung einer Enzymreaktion, bei der das Substrat des Enzyms nahezu unlöslich in der enzymhaltigen Lösung ist und bei der ein organisches Lösungsmittel anwesend ist, das zwar nicht mit Wasser, aber mit dem Substrat mischbar ist. Die Funktion des organischen Lösungsmittels besteht bei diesem Verfahren jedoch darin, im wesentlichen dieselbe Konzentration des Substrats wie seine Sättigungskonzentration in der wäßrigen Phase, in der die Reaktion durch das Enzym erfolgt, zu sichern.For example, Japanese Patent Publication No. 45593/81 discloses carrying out an enzyme reaction in which the substrate of the enzyme is almost insoluble in the enzyme-containing solution and in which an organic solvent is present which is not miscible with water but is miscible with the substrate. However, the function of the organic solvent in this process is to ensure substantially the same concentration of the substrate as its saturation concentration in the aqueous phase in which the reaction is carried out by the enzyme.
In der Japanischen Patentoffenbarung (Kokai) Nr. 11187/84 wird dargelegt, daß bei einer Enzymreaktion, bei der zumindest ein Substrat die Enzymaktivität behindert, ein organisches Lösungsmittel, das zwar nicht mit Wasser, jedoch mit dem Substrat mischbar ist, zugegeben wird, um die Substratkonzentration in der wäßrigen Phase auf ein Maß zu reduzieren, bei dem die Enzymaktivität nicht gehemmt wird. In der genannten Schrift wird ein Verfahren zur enzymatischen Synthese von L-Tryptophan unter Verwendung von Indol als Substrat offenbart.In Japanese Patent Disclosure (Kokai) No. 11187/84 it is stated that in an enzyme reaction in which at least one substrate hinders the enzyme activity, an organic solvent which is not miscible with water but is miscible with the substrate is added to reduce the substrate concentration in the aqueous phase to a level reduce the enzyme activity without inhibiting it. The document in question discloses a process for the enzymatic synthesis of L-tryptophan using indole as a substrate.
Weiterhin offenbaren Bang et al ein Verfahren zur Synthese von L-Tryptophan aus Indol und L- oder DL-Serin unter Verwendung von E. coli-Zellen, bei dem Indol in einem nicht mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel aufgelöst wird und die Indollösung als Indolquelle bei der Enzymreaktion dient [Biotechnology and Bioengineering, Bd. XXV (1983), S. 999 bis 1011].Furthermore, Bang et al disclose a method for the synthesis of L-tryptophan from indole and L- or DL-serine using E. coli cells, in which indole is dissolved in a water-immiscible organic solvent and the indole solution serves as an indole source in the enzyme reaction [Biotechnology and Bioengineering, Vol. XXV (1983), pp. 999 to 1011].
Die genannten Verfahren, bei denen ein nicht mit Wasser mischbares Lösungsmittel eingesetzt wird, stellen für den Fall wirksame Methoden dar, daß eine Substanz wie Indol, das im wesentlichen in Wasser unlöslich ist, als Substrat eines Enzyms dient. Allerdings befassen sich diese Verfahren in keiner Weise mit den das Indol kontaminierenden Verunreinigungen und sie gehen davon aus, reines Indol zu verwenden. Deshalb hat das organische Lösungsmittel bei diesen Verfahren lediglich die Aufgabe, das Indol aufzunehmen und mit einer bestimmten Konzentration in die wäßrige Phase einzuleiten, wenn eine Enzymreaktion durchgeführt wird.The above processes, which use a water-immiscible solvent, are effective methods when a substance such as indole, which is essentially insoluble in water, serves as a substrate for an enzyme. However, these processes do not deal in any way with the impurities contaminating the indole and they assume that pure indole is used. Therefore, the organic solvent in these processes only has the function of taking up the indole and introducing it at a certain concentration into the aqueous phase when an enzyme reaction is carried out.
In solchen Fällen jedoch, in denen es sich bei dem als Ausgangssubstanz dienenden Indol um Rohindol mit seinen organischen Verunreinigungen handelt, sollte das organische Lösungsmittel sorgfältig ausgewählt werden. Die Autoren der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, daß o-Ethylanilin oder 3-Methylindol, die möglicherweise in dem Rohindol enthalten sind, bei einer Konzentration von 200 ppm das Enzym Tryptophansynthase hemmen, das Tryptophan aus Indol und L-Serin synthetisiert, und daß 2-Ethylindol bereits bei einer so niedrigen Konzentration von etwa 20 ppm das Enzym behindert. Einige andere Verunreinigen hemmen das Enzym, wenn sie in einer hohen Konzentration von 1000 ppm oder mehr vorliegen.However, in cases where the starting indole is crude indole with its organic impurities, the organic solvent should be carefully selected. The present inventors have found that o-ethylaniline or 3-methylindole, which may be contained in the crude indole, at a concentration of 200 ppm inhibits the enzyme tryptophan synthase, which synthesizes tryptophan from indole and L-serine, and that 2-ethylindole inhibits the enzyme even at a concentration as low as about 20 ppm. Some other impurities inhibit the enzyme when present at a high concentration of 1000 ppm or more.
Selbst wenn das mit Wasser nicht mischbare organische Lösungsmittel Indol aufnimmt und die Einleitung von Indol in die wäßrige Phase mit einer konstanten Konzentration sichert, koexistieren die Verunreinigungen im System der Enzymreaktion und hemmen das Enzym, falls die organischen Verunreinigungen im selben Maße wie das Indol in der wäßrigen Phase verteilt sind. Und selbst wenn ein organisches Lösungsmittel eingesetzt wird, bei dem das Verteilungsverhältnis der Verunreinigungen etwas geringer ist als das des Indols, sammeln sich die Verunreinigungen im Reaktionssystem an, weil das Substratindol bei der Enzymreaktion aufgebraucht wird, während die Verunreinigungen normalerweise bei der Reaktion nicht verbraucht wird. Falls also ein organisches Lösungsmittel verwendet wird, bei dem das Verteilungsverhältnis der Verunreinigungen in der wäßrigen Phase nicht ausreichend niedrig ist, fällt es nicht leicht, die Hemmung der Enzymreaktion oder die Kontaminierung des Produkts der Enzymreaktion zu verhindern, so daß sich Schwierigkeiten ergeben, die Enzymreaktion reibungslos abzuwickeln.Even if the water-immiscible organic solvent absorbs indole and ensures the introduction of indole into the aqueous phase at a constant concentration, the impurities coexist in the enzyme reaction system and inhibit the enzyme if the organic impurities are distributed in the aqueous phase to the same extent as the indole. And even if an organic solvent is used is used in which the distribution ratio of impurities is slightly lower than that of indole, the impurities accumulate in the reaction system because the substrate indole is consumed in the enzyme reaction, while the impurities are not normally consumed in the reaction. Therefore, if an organic solvent is used in which the distribution ratio of impurities in the aqueous phase is not sufficiently low, it is not easy to prevent the inhibition of the enzyme reaction or the contamination of the product of the enzyme reaction, resulting in difficulties in smoothly conducting the enzyme reaction.
Dennoch wurden in der bisherigen Literatur keine Erkenntnisse offenbart oder Überlegungen angestellt, ein nicht mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel als Gegenmaßnahme einzusetzen, um das Problem der kontaminierenden Verunreinigungen zu lösen. Obwohl Indol mittels Rektifikation oder Rekristallisation gereinigt werden kann, handelt es sich jedoch bei der Mehrzahl der enthaltenen Verunreinigungen um substituierte Derivate von Indol mit ähnlichen physiologischen Eigenschaften wie Indol, so daß die Reinheit des durch ein Reinigungsverfahren wie Rektifikation gewonnenen Indols begrenzt ist. Unter den Reinigungsverfahren stellt die Rekristallisation eine geeignete Methode dar, um Indol von hoher Reinheit zu erhalten. Allerdings ist die Ausbeute an Indol gering, und das Verfahren ist mit dem Problem verbunden, daß sich die Verunreinigungen im Filtrat anhäufen. Außerdem liegen die Kosten für die Durchführung der Rekristallisation hoch, so daß für die Produktion in industriellem Maßstab ein Reinigungsprozeß ohne Rekristallisation benötigt wird.However, no knowledge or consideration has been given in the literature to date to use a water-immiscible organic solvent as a countermeasure to solve the problem of contaminating impurities. However, although indole can be purified by rectification or recrystallization, the majority of the impurities contained are substituted derivatives of indole with similar physiological properties to indole, so that the purity of indole obtained by a purification process such as rectification is limited. Among the purification processes, recrystallization is a suitable method to obtain indole of high purity. However, the yield of indole is low and the process involves the problem that the impurities accumulate in the filtrate. In addition, the cost of carrying out recrystallization is high, so that a purification process without recrystallization is required for industrial-scale production.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem sich eine im wesentlichen gereinigte wäßrige Indollösung aus Rohindol mit organischen Verunreinigungen herstellen läßt, wobei die Indollösung für eine enzymatische oder eine andere Reaktion verwendet werden kann, bei der Indol als Ausgangssubstanz dient.An object of the present invention is to provide a process for preparing a substantially purified aqueous indole solution from crude indole containing organic impurities, which indole solution can be used for an enzymatic or other reaction in which indole serves as the starting material.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Reinigungsverfahren angeboten, das folgendes umfaßt:According to the present invention, there is provided a cleaning method comprising:
Rohindol, das eine organische Verunreinigung enthält, in einem mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel aufzulösen;Dissolving crude indole containing an organic impurity in a water-immiscible organic solvent;
die organische Indollösung mit Wasser oder einem wäßrigen Reaktionsmedium in Kontakt zu bringen, damit eine Reaktion mit dem Indol erfolgt, um ein zweiphasiges Flüssigkeitssystem zu erzeugen sowie Indol in der wäßrigen Phase zu verteilen, wobei das Verteilungsverhältnis der Verunreinigung innerhalb der organischen Phase bei der Bildung des zweiphasigen Flüssigkeitssystems größer als das des Indols ist.contacting the organic indole solution with water or an aqueous reaction medium to cause a reaction with the indole to produce a two-phase liquid system and to distribute indole in the aqueous phase, wherein the distribution ratio of the impurity within the organic phase is greater than that of the indole in forming the two-phase liquid system.
Die Erfinder haben entdeckt, daß Verunreinigungen, die die Enzymaktivität einschränken, in chemisch synthetisiertem Rohindol enthalten sind. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird im Gegensatz zum allgemeinen Stand der Technik, bei dem Indol mittels des obengenannten komplizierten Reinigungsverfahrens isoliert und der Reaktion zugeführt wird, Rohindol als Ausgangssubstanz eingesetzt und mit einem einfachen Verfahren eine gereinigte wäßrige Indollösung hergestellt, so daß gereinigtes Indol in ein wäßriges Reaktionssystem eingeleitet werden kann, das ein Enzym zur Reaktion mit dem Indol enthält.The inventors have discovered that impurities which limit the enzyme activity are contained in chemically synthesized crude indole. In the process of the invention, in contrast to the general prior art in which indole is isolated by means of the above-mentioned complicated purification process and fed to the reaction, crude indole is used as the starting material and a purified aqueous indole solution is prepared by a simple process so that purified indole can be introduced into an aqueous reaction system containing an enzyme for reacting with the indole.
Herkömmlicherweise war es für eine Enzymreaktion, bei der Indol als Substrat des Enzyms dient, erforderlich, zunächst gereinigtes Indol durch Rektifikation oder Rekristallisation herzustellen und eine gereinigte wäßrige Indollösung zuzubereiten, um eine gereinigte Indollösung in das Reaktionssystem einspeisen zu können. Demgegenüber läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur eine gereinigte wäßrige Indollösung aus industriell produziertem Rohindol von geringer Reinheit herstellen, indem Rohindol in unveränderter Form als Ausgangssubstanz eingesetzt wird, sondern es kann auch eine wäßrige Indollösung mit einer gewünschten Indolkonzentration auf eine einfache Weise und in großen Mengen zubereitet werden.Conventionally, for an enzyme reaction in which indole serves as a substrate of the enzyme, it was necessary to first produce purified indole by rectification or recrystallization and prepare a purified aqueous indole solution in order to be able to feed a purified indole solution into the reaction system. In contrast, with the method of the invention, not only can a purified aqueous indole solution be produced from industrially produced crude indole of low purity by using crude indole in its unaltered form as a starting substance, but also an aqueous indole solution having a desired indole concentration can be prepared in a simple manner and in large quantities.
Aus diesem Grunde ist das erfindungsgemäße Verfahren für industrielle Zwecke von großer Bedeutung, weil eine Enzymreaktion unter Verwendung von Rohindol, das durch chemische Synthese oder auf ähnliche Weise hergestellt wird, als Ausgangssubstanz durchgeführt werden kann.For this reason, the process of the invention is of great importance for industrial purposes because an enzyme reaction can be carried out using crude indole, which is produced by chemical synthesis or in a similar manner, as a starting substance.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren äußerst vorteilhaft ist, wenn es für eine Reaktion wie beispielsweise eine Enzymreaktion, bei der die Kontamination durch organische Verunreinigungen ein Problem darstellt, angewendet wird, sollte dennoch angemerkt werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf eine derartige Enzymreaktion begrenzt ist, sondern sich auch auf andere Reaktionen zur Herstellung von Farbstoffen oder verschiedenen anderen Substanzen anwenden läßt, bei denen Indol als Ausgangssubstanz dient.Although the process of the invention is extremely advantageous when applied to a reaction such as an enzyme reaction in which contamination by organic impurities is a problem, it should be noted that the process of the invention is not limited to such an enzyme reaction but can also be applied to other reactions for the production of dyes or various other substances in which indole is used as the starting substance.
Das für das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzende Indol umfaßt beispielsweise solches, das auf chemischem Weg durch die Reaktion von Anilinen und Ethylglycolen in Gegenwart unterschiedlicher Katalysatoren synthetisiert wird, solches, das durch katalytische Reaktion von Anilinethanol und o-Nitrotoluol oder ähnlichen Substanzen sowie durch die Dehydrierungsreaktion von Indolin hergestellt wird, sowie solches, das durch fraktionierende Destillation von Kohlenteer gewonnen wird. Zu den Verunreinigungen in dem mit diesen Verfahren dargestellten Rohindol zählen beispielsweise substituierte Indole wie 2-Methylindol, 3-Methylindol, N-Methylindol, 2-Ethylindol, 3-Ethylindol und N- Ethylindol, ringförmige Verbindungen wie 2-Methylchinolin und N-Phenylpyrrol, substituierte Aniline und Derivate wie Anilin, o-Ethylanilin, N-EthyIaniIin und Acetaldehydanil, o-Toluidin und Anilinethanol.The indole to be used for the process according to the invention includes, for example, that which is chemically synthesized by the reaction of anilines and ethyl glycols in the presence of various catalysts, that which is produced by the catalytic reaction of aniline ethanol and o-nitrotoluene or similar substances and by the dehydrogenation reaction of indoline, and that which is obtained by the fractional distillation of coal tar. The impurities in the crude indole prepared by these processes include, for example, substituted indoles such as 2-methylindole, 3-methylindole, N-methylindole, 2-ethylindole, 3-ethylindole and N-ethylindole, cyclic compounds such as 2-methylquinoline and N-phenylpyrrole, substituted anilines and derivatives such as aniline, o-ethylaniline, N-ethylaniline and acetaldehyde anil, o-toluidine and aniline ethanol.
Bei dem organischen Lösungsmittel zum Auflösen des Rohindols, das derartige Verunreinigungen enthält, handelt es sich um eines, das nicht mit Wasser mischbar ist, das beim Mischen mit Wasser ein Zweiphasensystem bildet und das Indol lösen kann. Damit das organische Lösungsmittel die Enzymaktivität nicht behindert, sind solche Lösungsmittel vorzuziehen, deren Löslichkeit in Wasser sehr gering ist, wobei es keine Rolle spielt, ob es sich um ein aliphatisches oder ein aromatisches Lösungsmittel handelt. Zu den bevorzugten Beispielen für die organischen Lösungsmittel gehören gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Pentan, n-Hexan, Heptan, Isooctan und Nonan, cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe wie Cyclohexan und Methylcyclohexan, aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol und Xylol, Ester wie Butylacetat, Butylcitrat und Ethylcitrat sowie Ketone wie Methylisobutyl keton und Diisobutyl keton. Aliphatische Lösungsmittel sind den aromatischen Lösungsmitteln vorzuziehen, da sie geringere Denaturierung und Hemmung des Enzyms aufweisen.The organic solvent for dissolving the crude indole containing such impurities is one which is immiscible with water, which forms a two-phase system when mixed with water and can dissolve the indole. In order that the organic solvent does not hinder the enzyme activity, those whose solubility in water is very low are preferable, regardless of whether it is an aliphatic or an aromatic solvent. Preferred examples of the organic solvents include saturated aliphatic hydrocarbons such as pentane, n-hexane, heptane, isooctane and nonane, cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclohexane and methylcyclohexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, esters such as butyl acetate, butyl citrate and ethyl citrate, and ketones such as methyl isobutyl ketone and diisobutyl ketone. Aliphatic solvents are preferable to aromatic solvents because they show less denaturation and inhibition of the enzyme.
Um eine im wesentlichen gereinigte wäßrige Indollösung zu erhalten, wird weiterhin ein organisches Lösungsmittel gewählt, gegenüber dem die Verunreinigungen eine andere Affinität aufweisen als die des Indols. Das bedeutet, daß ein organisches Lösungsmittel mit einem Verteilungsverhältnis der Verunreinigungen innerhalb der organischen Phase ausgewählt wird, das größer ist als das von Indol, wenn das Zweiphasensystem aus dem organischen Lösungsmittel und einem wäßrigen Medium gebildet wird. Wie bereits erwähnt wurde, haben die organischen Verunreinigungen in Rohindol, das industriell durch chemische Synthese oder ähnliche Verfahren hergestellt wird, einen anderen Schmelzpunkt oder Siedepunkt als Indol. Um das Verteilungsverhältnis der Verunreinigungen und des Indols unter Ausnutzung dieser Unterschiede weitgehend zu differenzieren, wird ein organisches Lösungsmittel gewählt, das zumindest über eine hohe Löslichkeit der Verunreinigungen verfügt. Deshalb werden vorzugsweise solche Lösungsmittel ausgewählt, die bei der Reaktionstemperatur einen Löslichkeitsparameter von 7 bis 9,5 aufweisen. In Abhängigkeit von den im Rohindol enthaltenen organischen Verunreinigungen kann sogar ein noch günstigeres organisches Lösungsmittel ausgesucht werden. So werden in Fällen, in denen das Rohindol solche Verunreinigungen wie 2- Methylindol und 3-Methylindol enthält, bei denen sowohl der Schmelzpunkt als auch der Siedepunkt höher liegen als bei Indol, Lösungsmittel mit einem Löslichkeitsparameter (SP) von etwa 8 bevorzugt, beispielsweise Methylcyclohexan und Cyclohexan; während in Fällen, wo das Rohindol Verunreinigungen wie 2-Ethylindol und 3-Ethylindol mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Indol enthält, Lösungsmittel mit einem SP von etwa 7 wie zum Beispiel n-Hexan und Isooctan eine zufriedenstellende Reinigungswirkung erzielen. Ein zweckmäßiges Lösungsmittel kann für das tatsächlich durchzuführende industrielle Verfahren bestimmt werden, indem der Einfluß des Lösungsmittels auf die Enzymreaktion, seine Handhabbarkeit und ähnliche Fragen in Betracht gezogen werden.In order to obtain a substantially purified aqueous indole solution, an organic solvent is also selected to which the impurities have a different affinity than that of the indole. This means that an organic solvent with a distribution ratio of the impurities within the organic phase which is larger than that of indole when the two-phase system is formed from the organic solvent and an aqueous medium. As already mentioned, the organic impurities in crude indole produced industrially by chemical synthesis or similar methods have a different melting point or boiling point than indole. In order to widely differentiate the distribution ratio of the impurities and indole by utilizing these differences, an organic solvent is selected which has at least a high solubility of the impurities. Therefore, solvents which have a solubility parameter of 7 to 9.5 at the reaction temperature are preferably selected. Depending on the organic impurities contained in the crude indole, an even more favorable organic solvent can be selected. Thus, in cases where the crude indole contains impurities such as 2-methylindole and 3-methylindole, both of which have a melting point and a boiling point higher than indole, solvents having a solubility parameter (SP) of about 8, such as methylcyclohexane and cyclohexane, are preferred; while in cases where the crude indole contains impurities such as 2-ethylindole and 3-ethylindole, which have a melting point lower than indole, solvents having a SP of about 7, such as n-hexane and isooctane, provide a satisfactory cleaning effect. A suitable solvent can be determined for the actual industrial process to be carried out by taking into account the influence of the solvent on the enzyme reaction, its handleability and similar issues.
Die gereinigte wäßrige Indollösung läßt sich herstellen, indem das Rohindol in dem oben beschriebenen organischen Lösungsmittel aufgelöst und dann die organische Indollösung mit Wasser in Kontakt gebracht wird. Dabei kann es sich um bloßes Wasser ohne alle Inhaltsstoffe handeln, das Wasser kann aber auch alle oder einen Teil der übrigen Substrate und/oder anorganischen Salze enthalten, die möglicherweise für die Durchführung der Enzymreaktion erforderlich sind. Weiterhin kann, wenn der Einsatz des organischen Lösungsmittels die Aktivität des Enzyms nicht beeinträchtigt, im Wasser eine Enzymquelle vorhanden sein, d. h. ein ungebundenes Enzym oder Bakterienzellen, die das Enzym produzieren, sowie Enzyme, die in einer Trägersubstanz immobilisiert sind.The purified aqueous indole solution can be prepared by dissolving the crude indole in the organic solvent described above and then contacting the organic indole solution with water. This may be pure water without any ingredients, but the water may also contain all or part of the other substrates and/or inorganic salts that may be required to carry out the enzyme reaction. Furthermore, if the use of the organic solvent does not affect the activity of the enzyme, an enzyme source may be present in the water, i.e. an unbound enzyme or bacterial cells that produce the enzyme, as well as enzymes immobilized in a carrier substance.
Das Rohindol wird in dem oben beschriebenen organischen Lösungsmittel aufgelöst und die sich daraus ergebende Lösung mit Wasser in Kontakt gebracht und vermischt bzw. mit einer wäßrigen Lösung, die ein Substrat oder ähnliche für die Reaktion benötigte Stoffe enthält. Aufgrund des unterschiedlichen Verteilungskoeffizienten von Indol und den organischen Verunreinigungen zwischen der organischen und der wäßrigen Phase, werden nahezu alle Verunreinigungen in der organischen Schicht zurückgehalten und nicht in die wäßrige Phase überführt, so daß die wäßrige Phase zu einer im wesentlichen gereinigten wäßrigen Indollösung wird, die im wesentlichen keine Verunreinigungen enthält. Außerdem kann nötigenfalls das Lösungsgemisch der Enzymreaktion zugeführt werden, nachdem die organische von der wäßrigen Phase getrennt wurde, was durch Stehenlassen des Gemischs erfolgt.The crude indole is dissolved in the organic solvent described above and the resulting solution is brought into contact with water and mixed or an aqueous solution containing a substrate or similar materials required for the reaction. Due to the difference in the partition coefficient of indole and the organic impurities between the organic and aqueous phases, almost all of the impurities are retained in the organic layer and are not transferred to the aqueous phase, so that the aqueous phase becomes a substantially purified aqueous indole solution containing substantially no impurities. In addition, if necessary, the mixed solution can be fed to the enzyme reaction after the organic phase has been separated from the aqueous phase by allowing the mixture to stand.
Hinsichtlich des Verfahrens, mit dem die organische Lösungsphase und die wäßrige Phase in Kontakt gebracht und vermischt werden, bestehen keine Einschränkungen. Es können Vorrichtungen wie Rührkessel oder statische Mischer eingesetzt werden, die sonst bei der Flüssig-flüssig-Extraktion Verwendung finden. Um die Austauschgeschwindigkeit zwischen der organischen und der wäßrigen Phase zu beschleunigen, werden Vorrichtungen bevorzugt, in denen die Flüssig-flüssig-Grenzfläche groß ist. Falls erforderlich, kann die Trennung der Phasen durch Absetzen auch in einem herkömmlichen Flüssig-flüssig- Extraktor erfolgen.There are no restrictions on the method by which the organic solution phase and the aqueous phase are brought into contact and mixed. Devices such as stirred tanks or static mixers, which are otherwise used in liquid-liquid extraction, can be used. In order to accelerate the exchange rate between the organic and aqueous phases, devices in which the liquid-liquid interface is large are preferred. If necessary, the separation of the phases by settling can also be carried out in a conventional liquid-liquid extractor.
Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß wäßrige Indollösung mit einer gewünschten Indolkonzentration in großen Mengen hergestellt werden kann, indem die Konzentration des im organischen Lösungsmittel aufgelösten Rohindols, das Mengenverhältnis von organischer und wäßriger Phase, die Temperatur sowie die Dauer des Kontakts zweckdienlich ausgewählt werden, wenn die organische Lösung mit dem wäßrigen Medium in Kontakt gebracht und vermischt wird.Another characteristic feature of the present invention is that aqueous indole solution having a desired indole concentration can be prepared in large quantities by appropriately selecting the concentration of crude indole dissolved in the organic solvent, the ratio of the organic phase to the aqueous phase, the temperature and the duration of contact when the organic solution is brought into contact with the aqueous medium and mixed.
Selbstverständlich kann zusätzliches Rohindol nach der Absetztrennung in die organische Lösungsmittelphase eingeleitet werden, um die Indolkonzentration zu regulieren, und dann das organische Lösungsmittel erneut dem Kontakt und dem Vermischen mit dem wäßrigen Medium zugeführt werden. Wird das organische Lösungsmittel in der erwähnten Weise wiederholt eingesetzt, sammeln sich in dem organischen Lösungsmittel organische Verunreinigungen an, und nötigenfalls kann das in dem organischen Lösungsmittel enthaltene Indol durch Destillation oder Rekristallisation zurückgewonnen werden, und das aufgefangene Indol läßt sich zur Herstellung der gereinigten wäßrigen Indollösung gemäß der vorliegenden Erfindung wiederverwenden.Of course, additional crude indole may be introduced into the organic solvent phase after the settling separation to regulate the indole concentration, and then the organic solvent may be again subjected to contact and mixing with the aqueous medium. When the organic solvent is repeatedly used in the above-mentioned manner, organic impurities accumulate in the organic solvent, and if necessary, the indole contained in the organic solvent may be recovered by distillation or recrystallization, and the collected indole may be reused to prepare the purified aqueous indole solution according to the present invention.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen ausführlicher beschrieben.In the following, the present invention is described in more detail using examples.
Zehn Gramm Rohindol in Pulverform mit einer Reinheit von 98,5 Masse%, in dem als Verunreinigungen 2-Methylindol, 3-Methylindol, N-Ethylindol und Anilin enthalten waren, wurden in 50 ml Toluol (mit einem SP-Wert von 8,9) aufgelöst. Die so erhaltene Lösung und 50 ml destilliertes Wasser wurden in einen Scheidetrichter gegeben, und das sich ergebende Gemisch wurde 10 Minuten lang bei 30ºC geschüttelt. Das Gemisch wurde anschließend stehengelassen, um die organische und die wäßrige Phase zu trennen. Die Konzentrationen des Indols und der Verunreinigungen in der wäßrigen Phase wurden gemessen. Die Konzentration des Indols betrug 2,0 g/l, und der prozentuale Anteil des Indols an allen organischen Bestandteilen in der wäßrigen Phase betrug 99,9 Masse%. Dasselbe Rohindol wurde in 50 ml tert-Butylalkohol (mit einem SP-Wert von 11,0) in derselben Menge aufgelöst, und dieselben Arbeitsschritte wurden ausgeführt. Das Ergebnis bestand darin, daß die Indolkonzentration in der wäßrigen Phase 5,9 g/l betrug und der prozentuale Indolanteil in der wäßrigen Phase 98,9 Masse%.Ten grams of crude indole in powder form with a purity of 98.5 mass%, containing as impurities 2-methylindole, 3-methylindole, N-ethylindole and aniline, was dissolved in 50 ml of toluene (with a SP value of 8.9). The resulting solution and 50 ml of distilled water were added to a separatory funnel and the resulting mixture was shaken at 30°C for 10 minutes. The mixture was then allowed to stand to separate the organic and aqueous phases. The concentrations of indole and impurities in the aqueous phase were measured. The concentration of indole was 2.0 g/L and the percentage of indole to all organic components in the aqueous phase was 99.9 mass%. The same crude indole was dissolved in 50 ml of tert-butyl alcohol (with SP value of 11.0) in the same amount and the same operations were carried out. The result was that the indole concentration in the aqueous phase was 5.9 g/L and the percentage of indole in the aqueous phase was 98.9 mass%.
In 500 ml n-Hexan (mit einem SP-Wert von 7,3) wurden 16 g Rohindol mit einer Reinheit von 97,5 Masse% und denselben Verunreinigungen wir in Beispiel 1 aufgelöst, und die sich ergebende Lösung wurde mit 500 ml einer wäßrigen Lösung mit darin enthaltenen 7,5 g L-Serin in Kontakt gebracht und vermischt. Das entstandene Gemisch wurde durch Absetzen getrennt. Die Indolkonzentration in der sich ergebenden wäßrigen Phase betrug 1,9 g/l, und das Verhältnis von Indol gegenüber den aus Indol hervorgehenden Verunreinigungen betrug 99,8 Masse% zu 0,2 Masse%. Die Konzentration des L-Serins veränderte sich weder vor noch nach dem Arbeitsvorgang. Ferner betrug die Konzentration von n-Hexan in der wäßrigen Phase 10 ppm.In 500 ml of n-hexane (with an SP value of 7.3) was dissolved 16 g of crude indole with a purity of 97.5% by mass and the same impurities as in Example 1, and the resulting solution was brought into contact with 500 ml of an aqueous solution containing 7.5 g of L-serine and mixed. The resulting mixture was separated by settling. The indole concentration in the resulting aqueous phase was 1.9 g/L, and the ratio of indole to the impurities derived from indole was 99.8% by mass to 0.2% by mass. The concentration of L-serine did not change either before or after the operation. Furthermore, the concentration of n-hexane in the aqueous phase was 10 ppm.
Eine vorgegebene Menge von 3-Methylindol mit einer Reinheit von 99,9 Masse% wurde mit 15 g Indol, das zur Parfümherstellung dient und aus 99,95 Masse% Indol und 0,05 Masse% 3-Methylindol besteht, vermischt, um Indol mit unterschiedlichen Reinheitsstufen zuzubereiten. Das auf diese Weise präparierte Indol wurde in 90 ml n-Hexan aufgelöst, und die Lösung wurde mit 210 ml einer wäßrigen Lösung in Kontakt gebracht und gemischt, wobei diese wäßrige Lösung 2,8 g L-Serin, 1,0 g Glycin, 0,1 g Calciumchloriddihydrat sowie 2 mg Pyridoxal-5'-phosphat enthielt und ihr pH-Wert mit wäßrigem Ammoniak auf 8,5 eingestellt wurde. Die organische Phase und die wäßrige Phase wurden durch Absetzen getrennt und die Konzentrationen von Indol und 3- Methylindol mittels Hochleistungsflüssigchromatografie analysiert. Das Masseverhältnis des Indols gegenüber dem 3-Methylindol in der n-Hexan-Lösung vor dem Kontakt mit dem wäßrigen Medium sowie das Verhältnis in der wäßrigen Phase nach dem Kontakt sind in Tabelle 1 zusammengestellt.A given amount of 3-methylindole with a purity of 99.9 mass% was mixed with 15 g of indole used for perfume making, consisting of 99.95 mass% indole and 0.05 mass% 3-methylindole, to prepare indole with different purities. The indole thus prepared was dissolved in 90 ml of n-hexane, and the solution was contacted and mixed with 210 ml of an aqueous solution containing 2.8 g of L-serine, 1.0 g of glycine, 0.1 g of calcium chloride dihydrate and 2 mg of pyridoxal-5'-phosphate and its pH was adjusted to 8.5 with aqueous ammonia. The organic phase and the aqueous phase were separated by settling and the concentrations of indole and 3-methylindole were analyzed by high performance liquid chromatography. The mass ratio of indole to 3-methylindole in the n-hexane solution before contact with the aqueous medium and the ratio in the aqueous phase after contact are shown in Table 1.
Organische Phase vor dem KontaktOrganic phase before contact
Indol 3-MethylindolIndole 3-methylindole
98,5 Masse% 1,5 Masse%98.5 mass% 1.5 mass%
94,0 Masse% 6,0 Masse%94.0 mass% 6.0 mass%
90,0 Masse% 10,0 Masse%90.0 mass% 10.0 mass%
80,0 Masse% 20,0 Masse%80.0 mass% 20.0 mass%
Wäßrige Phase nach dem KontaktAqueous phase after contact
Indol 3-MethylindolIndole 3-methylindole
99,7 Masse% 0,3 Masse%99.7 mass% 0.3 mass%
98,5 Masse% 1,5 Masse%98.5 mass% 1.5 mass%
97,6 Masse% 2,4 Masse%97.6 mass% 2.4 mass%
94,5 Masse% 5,5 Masse%94.5 mass% 5.5 mass%
Escherichia coli MT-1 0232 (FERM BP-19), wobei es sich um ein Tryptophansynthase produzierendes Bakterium handelt, wurde in 100 ml des Nährmediums geimpft, das sich in einem 500-ml-Kolben befand dessen Zusammensetzung in Tabelle 2 dargestellt ist, und 24 Stunden lang bei 35ºC inkubiert. Zweihundert Milliliter (in zwei Kolben) des Nährmediums wurden in 15 ml des Nährmediums geimpft, das die in Tabelle 3 gezeigte Zusammensetzung hatte und sich in einem 30-l-Fermenter befand, und 30 Stunden lang bei 35ºC und einem pH-Wert von 6,8 (eingestellt mit 28%igem wäßrigem Ammoniak) inkubiert.Escherichia coli MT-1 0232 (FERM BP-19), which is a tryptophan synthase-producing bacterium, was inoculated into 100 ml of the culture medium contained in a 500 ml flask having the composition shown in Table 2 and incubated at 35ºC for 24 hours. Two hundred milliliters (in two flasks) of the culture medium was inoculated into 15 ml of the culture medium having the composition shown in Table 3 contained in a 30 L fermenter and incubated at 35ºC and pH 6.8 (adjusted with 28% aqueous ammonia) for 30 hours.
Nach der Kultivierung wurde das Nährmedium zentrifugiert, so daß 600 g Feuchtmasse der Bakterienzellen aufgefangen wurden. Die Zellen wurden in einen versiegelten Behälter gegeben, in einem Kühlschrank bei 4ºC gelagert und zur Herstellung der Quelle von immobilisierten Enzymen verwendet.After cultivation, the culture medium was centrifuged to collect 600 g of wet mass of bacterial cells. The cells were placed in a sealed container, stored in a refrigerator at 4ºC and used to prepare the source of immobilized enzymes.
Ehrlich's Fleischextrakt 10 gEhrlich's meat extract 10 g
Polypepton 10 gPolypeptone 10 g
NaCl 5 gNaCl 5g
aufgelöst in 1 l destilliertem Wasser (PH-Wert 6,8)dissolved in 1 l distilled water (PH value 6.8)
Glucose 10 gGlucose 10g
(NH&sub4;)&sub2;SO&sub4; 1,5 g(NH₄)₂SO₄ 1.5g
K&sub2;HPO&sub4; 1 gK₂HPO₄ 1 g
MgSO&sub4;-7H&sub2;O 1 gMgSO₄-7H₂O 1 g
Polypepton 0,5 gPolypeptone 0.5 g
Hefeextrakt 0,5 gYeast extract 0.5 g
L-Tryptophan 0,15 gL-tryptophan 0.15g
grenzflächenaktiver Stoff (Adecanol LG-805, hergestellt von Asahi Denka Co., Ltd.) 5 gsurfactant (Adecanol LG-805, manufactured by Asahi Denka Co., Ltd.) 5 g
aufgelöst in 1 l destilliertem Wasser (pH-Wert 6,8)dissolved in 1 l distilled water (pH 6.8)
Ein Teil der obengenannten feuchten Bakterienzellen und ein Teil isotonischer Natriumchloridlösung wurden durch Umrühren vermischt. In einem anderen Fall wurden 7,76 Teile destilliertes Wassers und 0,24 Teile Natriumalginat (NSPLL hergestellt von Kibun Food Chemifa, Co., Ltd.) durch Umrühren vermischt und der pH-Wert dabei mittels Natriumhydroxid auf 8,5 eingestellt.One part of the above wet bacterial cells and one part of isotonic sodium chloride solution were mixed by stirring. In another case, 7.76 parts of distilled water and 0.24 parts of sodium alginate (NSPLL manufactured by Kibun Food Chemifa, Co., Ltd.) were mixed by stirring while adjusting the pH to 8.5 using sodium hydroxide.
Zwei Teile der Zellsuspension und acht Teile der Natriumalginatlösung wurden durch Umrühren vermischt, das entstandene Gemisch wurde in eine Injektions-Bürette gefüllt und aus einer Nadelspitze mit einem Innendurchmesser von 0,5 mm bis 0,8 mm in eine Gelierlösung geträufelt.Two parts of the cell suspension and eight parts of the sodium alginate solution were mixed by stirring, the resulting mixture was filled into an injection burette and dripped into a gelling solution from a needle tip with an inner diameter of 0.5 mm to 0.8 mm.
Bei der Gelierlösung handelte es sich um 0,5 M einer wäßrigen Calciumchloriddihydrat- Lösung, deren pH-Wert mit 6 N Kaliumhydroxidlösung auf 8,5 eingestellt, die bei 10ºC aufbewahrt und in der Menge von 10 Teilen eingesetzt wurde.The gelling solution was 0.5 M aqueous calcium chloride dihydrate solution, adjusted to pH 8.5 with 6 N potassium hydroxide solution, stored at 10ºC and used in the amount of 10 parts.
Die durch Einträufeln des Gemischs in die Gelierlösung gebildeten Partikeln wurden unter Umrühren ausgereift, um eine Quelle von immobilisierte Enzymen zu erzeugen.The particles formed by instilling the mixture into the gelling solution were matured with stirring to produce a source of immobilized enzymes.
Jeder der mit einem Volumen von 100 ml vorhandenen wäßrigen Lösungen, in denen die in Tabelle 4 gezeigten Mengen Anilin, N-Ethylanilin, o-Ethylanilin, o-Toluidin, 3-Methylindol oder 2-Ethylindol enthalten waren, wurden 0,15 g Calciumchloriddihydrat und 1 mg Pyridoxal-5'-phosphat zugegeben, und der pH-Wert der Lösungen wurde mit wäßrigem Ammoniak auf 8,5 eingestellt.Each of the aqueous solutions with a volume of 100 ml containing the amounts of aniline, N-ethylaniline, o-ethylaniline, o-toluidine, 3-methylindole shown in Table 4 or 2-ethylindole, 0.15 g of calcium chloride dihydrate and 1 mg of pyridoxal-5'-phosphate were added and the pH of the solutions was adjusted to 8.5 with aqueous ammonia.
In diese wäßrigen Lösungen wurden 5 g der obenerwähnten Quelle von immobilisierten Enzymen mit den darin enthaltenen, Tryptophansynthase produzierenden Bakterien gegeben, und die Gemische wurden bei 30ºC stehengelassen. Außerdem wurden als Vergleichslösung 100 ml destilliertes Wasser ohne organische Inhaltsstoffe derselben Prozedur wie oben unterzogen, und die Quelle von immobilisierten Enzymen wurde in der beschriebenen Weise dazugegeben, wonach das Ganze bei 30º C stehengelassen wurde.Into these aqueous solutions were added 5 g of the above-mentioned source of immobilized enzymes containing the tryptophan synthase-producing bacteria, and the mixtures were left to stand at 30°C. In addition, as a control solution, 100 ml of distilled water without organic ingredients was subjected to the same procedure as above, and the source of immobilized enzymes was added thereto in the manner described, after which the whole was left to stand at 30°C.
Nach 24 sowie 96 Stunden wurde 1 g der Quelle von immobilisierten Enzymen aus jeder der Lösungen entnommen und die Enzymaktivität gemessen. Das Verhältnis der Aktivität des in der organischen Lösung belassenen Enzyms gegenüber der Aktivität des Enzyms in der Vergleichslösung wurde bestimmt und ist aus Tabelle 4 ersichtlich.After 24 and 96 hours, 1 g of the source of immobilized enzymes was taken from each of the solutions and the enzyme activity was measured. The ratio of the activity of the enzyme left in the organic solution to the activity of the enzyme in the control solution was determined and is shown in Table 4.
Die Enzymaktivität wurde folgendermaßen gemessen: Zehn Milliliter des Indol, L-Serin, Pyridoxal-5'-phosphat (PLP) sowie 0,3 g der Quelle von immobilisierten Enzymen enthaltenden Reaktionsmediums wurden präpariert, und die Reaktion wurde bei 35ºC 1 Stunde lang in einem Schüttelinkubator unter Schütteln durchgeführt. Das erzeugte L-Tryptophan wurde mittels Hochleistungsflüssigchromatografie analysiert. Tabelle 4 Organische Verunreinigung Konzentration ppm Aktivitätsverhältnis Anilin N-Ethylanilin o-Ethylanilin o-Toluidin 3-Methylindol 2-EthylindolThe enzyme activity was measured as follows: Ten milliliters of the reaction medium containing indole, L-serine, pyridoxal-5'-phosphate (PLP) and 0.3 g of the source of immobilized enzymes were prepared and the reaction was carried out at 35ºC for 1 hour in a shaking incubator with shaking. The L-tryptophan produced was analyzed by high performance liquid chromatography. Table 4 Organic impurity Concentration ppm Activity ratio Aniline N-Ethylaniline o-Ethylaniline o-Toluidine 3-Methylindole 2-Ethylindole
In einem kontinuierlich arbeitenden Rührkessel, der eine Quelle von immobilisierten Enzymen enthielt, wurde unter Verwendung von Rohindol sowie gereinigter Indollösung eine Enzymreaktion durchgeführt und die Halbwertszeit der Enzymaktivität verglichen. Eine wäßrige Lösung mit 10,0 g/l L-Serin, 1,5 g/l Calciumchloriddihydrat und 10 mg/l Pyridoxal- 5'-phosphat, deren pH-Wert mit wäßrigem Ammoniak auf 8,5 eingestellt wurde, (im folgenden als Lösung A bezeichnet) wurde der Reaktion zugeführt. In drei 500-ml- Glasreaktoren mit Rührwerk wurden jeweils 100 ml der oben beschriebenen Lösung A sowie 30 g der Quelle von immobilisierten Enzymen, die die Tryptophansynthase produzierenden Zellen enthielt, eingebracht. Die Reaktoren wurden in warmem Wasser aufbewahrt, um die Temperatur auf 35ºC zu halten.In a continuous stirred tank containing a source of immobilized enzymes, an enzyme reaction was carried out using crude indole and purified indole solution and the half-life of the enzyme activity was compared. An aqueous solution containing 10.0 g/L L-serine, 1.5 g/L calcium chloride dihydrate and 10 mg/L pyridoxal-5'-phosphate, adjusted to pH 8.5 with aqueous ammonia (hereinafter referred to as solution A) was added to the reaction. Three 500 ml glass reactors with a stirrer were each charged with 100 ml of solution A described above and 30 g of the source of immobilized enzymes containing the tryptophan synthase producing cells. The reactors were kept in warm water to maintain the temperature at 35°C.
In den ersten Reaktor wurde die Lösung A mit einer Geschwindigkeit von 49 ml pro Stunde eingespeist. Daneben wurde ein Rohindol, das 94,0 Masse% Indol und 6,0 Masse% 3-Methylindol enthielt, in einer wäßrigen Methanollösung von 70 Vol.% aufgelöst, um eine wäßrige Lösung mit einer Indolkonzentration von 75 g/l und einer 3- Methylindolkonzentration von 4,79 g/l darzustellen. Diese Lösung wurde fortlaufend mit einer Geschwindigkeit von 1 ml pro Stunde in den Reaktor gegeben. Außerdem wurde das Reaktionsgemisch mit einer Geschwindigkeit von 50 ml pro Stunde aus dem Reaktor abgezogen, um eine kontinuierliche Synthese von L-Tryptophan durchzuführen. Zu festgesetzten Zeiten wurde ein aliquoter Teil des Reaktionsgemischs entnommen und die Konzentration von 3-Methylindol und L-Tryptophan mittels Hochleistungsflüssigchromatografie ermittelt. 24 Stunden nach Beginn der Zufuhr der Indollösung betrug die Konzentration von 3-Methylindol 96 mg/l. Die in einer Zeiteinheit gegebene Ausbeute von L-Tryptophan in bezug auf das zugeführte Indol wurde gemessen. Die Zeit vom Beginn der Reaktion bis zur Reduzierung der Ausbeute auf 50%, d. h. die Halbwertszeit der Enzymaktivität betrug 615 Stunden.In the first reactor, solution A was fed at a rate of 49 ml per hour. Besides, a crude indole containing 94.0 mass% of indole and 6.0 mass% of 3-methylindole was dissolved in an aqueous methanol solution of 70 vol.% to obtain an aqueous solution having an indole concentration of 75 g/l and a 3- Methylindole concentration of 4.79 g/L. This solution was continuously added to the reactor at a rate of 1 ml per hour. In addition, the reaction mixture was withdrawn from the reactor at a rate of 50 ml per hour to carry out continuous synthesis of L-tryptophan. At fixed times, an aliquot of the reaction mixture was taken and the concentration of 3-methylindole and L-tryptophan was determined by high performance liquid chromatography. 24 hours after the start of the addition of the indole solution, the concentration of 3-methylindole was 96 mg/L. The yield of L-tryptophan given in a unit time with respect to the indole fed was measured. The time from the start of the reaction to the reduction of the yield to 50%, that is, the half-life of the enzyme activity, was 615 hours.
Außerdem wurde Rohindol mit derselben Zusammensetzung in n-Hexan aufgelöst und wie in Beispiel 3 mit der Lösung A in Kontakt gebracht und vermischt. Nach Trennung durch Absetzen wurde eine gereinigte wäßrige Indollösung (Lösung B) gewonnen. In den zweiten Reaktor wurde die Lösung B mit einer Geschwindigkeit von 50 ml pro Stunde eingespeist und fortlaufend das Reaktionsgemisch mit derselben Geschwindigkeit abgezogen. Die Konzentration von 3-Methylindol im Reaktionsgemisch betrug 19 mg/l und die Halbwertszeit der Enzymaktivität 960 Stunden.In addition, crude indole having the same composition was dissolved in n-hexane and brought into contact with solution A and mixed as in Example 3. After separation by settling, a purified aqueous indole solution (solution B) was obtained. Solution B was fed into the second reactor at a rate of 50 ml per hour and the reaction mixture was continuously withdrawn at the same rate. The concentration of 3-methylindole in the reaction mixture was 19 mg/L and the half-life of enzyme activity was 960 hours.
Weiterhin wurde im dritten Reaktor eine kontinuierliche Enzymreaktion in derselben Weise wie im ersten Reaktor durchgeführt, nur mit dem Unterschied, daß Indol verwendet wurde, das zur Parfümherstellung dient und aus 99,95 Masse% Indol sowie 0,05 Masse% 3-Methylindol besteht. Die Konzentration von 3-Methylindol im Reaktionsgemisch betrug 0,7 mg/I und die Halbwertzeit der Enzymaktivität 1070 Stunden.Furthermore, in the third reactor, a continuous enzyme reaction was carried out in the same way as in the first reactor, with the only difference that indole was used, which is used for perfume production and consists of 99.95% by mass of indole and 0.05% by mass of 3-methylindole. The concentration of 3-methylindole in the reaction mixture was 0.7 mg/l and the half-life of the enzyme activity was 1070 hours.
Die den einzelnen Reaktoren zugeführte Indolmenge betrug einheitlich 75 mg pro 1 Stunde.The amount of indole fed to the individual reactors was uniformly 75 mg per 1 hour.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann für Enzymreaktionen angewendet werden oder für Reaktionen, bei denen kein Enzym eingesetzt wird, für die Herstellung von Tryptophan, Farbstoffen und verschiedenen anderen Substanzen.The process according to the invention can be applied to enzyme reactions or to reactions in which no enzyme is used, for the production of tryptophan, dyes and various other substances.
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