(57)【要約】【課題】新規なピルビン酸の製造方法の提供。【解決手段】ピルビン酸の塩と塩酸を、極性を有する非プロトン性のニトリル類及びケトン類からなる群から選択される溶媒又は混合溶媒の存在下で反応させること、得られた粗ピルビン酸を分離すること、及び任意にその粗ピルビン酸を精製することを含むピルビン酸の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピルビン酸を製造する方法であって、極性を有する非プロトン性ニトリル類及びケトン類からなる群からの溶媒又は溶剤混合物の存在下でピルビン酸塩を塩酸と反応させることと、得られた粗ピルビン酸を単離することと、任意に前記粗ピルビン酸を精製することとを含んでなる方法。
【請求項２】
前記溶媒がアセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトニトリル若しくはバレロニトリル、又はそれらの混合物である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記溶媒がアセトン又はアセトニトリル、又はそれらの混合物である、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記粗ピルビン酸を、反応から生じた塩を濾過すること及び／又は、前記溶媒又は溶剤混合物を蒸発させることによって単離する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記粗ピルビン酸を精製する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記精製がピルビン酸の抽出、及び任意の、それに続く精製ピルビン酸の蒸留によって行われる、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記精製が粗ピルビン酸のままの塩の沈殿、及び任意の、それに続く精製ピルビン酸の蒸留によって行われる、請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記沈殿がエーテル、エステル又はケトン、好ましくはエーテル及びケトン、最も好ましくはアセトンからなる群からの溶媒又は溶剤混合物を加えることによって促進される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記ピルビン酸塩がアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩、好ましくはピルビン酸のナトリウム又はカリウム塩である、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記の塩が１３Ｃ−標識ピルビン酸塩である、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記１３Ｃ−標識ピルビン酸塩を、１，３−ジチアンと任意に１３Ｃ−標識ＣＯ２、及び任意に１３Ｃ−標識ハロゲン化メチルとの反応によって合成し、少なくともＣＯ２又はハロゲン化メチルが１３Ｃ−標識化合物である、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記１３Ｃ−標識ピルビン酸塩がＣ１−位で標識された１３Ｃ−ピルビン酸塩であり、１，３−ジチアンと１３Ｃ−標識ＣＯ２ハロゲン化メチルとの反応により合成する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記１３Ｃ−標識ピルビン酸塩を、任意に１３Ｃ−標識酢酸を臭化アセチルに変換し、その臭化アセチルを任意に１３Ｃ−標識ＣｕＣＮと反応させることにより合成し、少なくとも酢酸又はＣｕＣＮが１３Ｃ−標識化合物である、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記１３Ｃ−標識ピルビン酸塩が、酢酸を臭化アセチルに変換し、その臭化アセチルを１３Ｃ−標識ＣｕＣＮと反応させることにより合成される、Ｃ１−位における１３Ｃ−標識ピルビン酸塩である、請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピルビン酸の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピルビン酸及びその塩は、生体内の炭水化物代謝経路に見られる重要な中間体である。この代謝経路において洞察を得るため、例えば１３Ｃ−ピルビン酸又は１４Ｃ−ピルビン酸のような、同位体標識ピルビン酸又はその塩を使用することができ、これにより、生体内で生じた代謝産物の、１３Ｃ−ＮＭＲ検出法又は放射能検出法のいずれかによる検出が可能となる。
【０００３】
ピルビン酸の製造に関してはいくつかの方法が当分野で公知であり、微生物又は酵素を使用する方法と化学合成による方法とに大別することができる。
【０００４】
酵素に基づくピルビン酸の製造方法の一例は、酵素による乳酸の酸化であり、例えば国際公開第９５／００６５６号に記載が存在する。酵素による酸化では、多くの場合、その酵素による酸化の間に過酸化水素等の副生成物が生成する。更に、酵素法の工業法レベルへのスケールアップは、問題点を生じたり不可能であったりする場合も多い。微生物を使用するピルビン酸の製造方法の例は、例えば欧州特許出願公開第３１３８５０号に記載されている。これらの微生物による製造方法の欠点は、多くの場合において、混成状態の発酵液等の混成反応混合物からピルビン酸を分離、単離及び精製するのが困難で、時間を要することである。
【０００５】
化学合成によるピルビン酸製造の例は、主にプロピレングリコール（欧州特許出願公開第３３７２４６号に記載）、ヒドロキシアセトン（米国特許第４２４７７１６号に記載）又は乳酸（例えば、特開平８−１８３７５３号参照）のような種々の出発材料の酸化に基づくものである。
【特許文献１】国際公開第９５／００６５６号パンフレット
【特許文献２】欧州特許出願公開第３１３８５０号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第３３７２４６号明細書
【特許文献４】米国特許第４２４７７１６号明細書
【特許文献５】特開平８−１８３７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、同位元素が標識された１４Ｃ−ピルビン酸又は１３Ｃ−ピルビン酸の製造には、同位元素で標識された市販の出発材料、又は直接的化学合成によって得られた、同位元素で標識された出発材料を使用することが極めて好ましい。Ｓ．Ａｎｋｅｒ，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ  １７６，１９４８，１３３−１３３５では、１４Ｃ−標識炭酸バリウムから１−１４Ｃ−酢酸カリウムを合成し、これを１−１４Ｃ−臭化アセチルに変換した後に、シアン化第一銅と反応させてシアン化１−１４Ｃ−アセチルとすることにより得られる２−１４Ｃ−標識ピルビン酸の合成が記載されている。このシアン化アセチルが反応して２−１４Ｃ−ピルブアミドとなり、更にこれを加水分解して２−１４Ｃ−ピルビン酸とする。同位元素が標識されたシアン化第一銅と臭化アセチルを使用すれば、Ｃ１−原子において同位元素が標識されたピルビン酸の合成が可能となる。
【０００７】
１３Ｃ−標識ピルビン酸ナトリウムは市販されているため、そのピルビン酸塩のプロトン化は、１３Ｃ−標識ピルビン酸を得るための直接的な方法である。米国特許第６２３２４９７号では、酢酸エチル中における７０％硫酸を用いた１３Ｃ−標識ピルビン酸ナトリウムのプロトン化が記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは驚くべきことに、高純度及び高収率にてピルビン酸を生産する方法を見出した。その方法は、ピルビン酸の塩と塩酸とを、極性を有する非プロトン性のニトリル類及びケトン類からなる群から選択される溶媒の存在下で反応させること、得られた粗ピルビン酸を分離すること、及び任意にその粗ピルビン酸を精製することを含む。
【０００９】
すなわち本発明は、ピルビン酸の塩と塩酸を、極性を有する非プロトン性のニトリル類及びケトン類からなる群から選択される溶媒又は混合溶媒の存在下で反応させること、得られた粗ピルビン酸を分離すること、及び任意にその粗ピルビン酸を精製することを含むピルビン酸の製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、「ピルビン酸の塩類」及び「ピルビン酸塩」の用語は相互に交換して使用することができる。本発明の方法では、ピルビン酸の塩を出発原料として用いる。ピルビン酸の好適な塩類は、金属ピルビン酸アルカリ塩、ピルビン酸アルカリ土類金属塩、又は有機陽イオンを含んでいるピルビン酸塩であり、より好適なピルビン酸塩は、陽イオンとしてＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ及びＣｓからなる群から選択される一つを含むピルビン酸アルカリ金属塩であり、ピルビン酸ナトリウム塩及びピルビン酸カリウム塩が最も好ましいものである。
【００１１】
好ましい実施形態では、本発明の方法では同位元素を標識されたピルビン酸塩を用い、好ましくは１３Ｃ−及び１４Ｃ−標識ピルビン酸塩、より好ましくは１３Ｃ−標識ピルビン酸塩を用いる。
【００１２】
本発明の方法で使用するピルビン酸塩の同位元素標識は、好ましくは少なくとも７５％、より好ましくは少なくとも８０％、特に好ましくは少なくとも９０％であり、９０％以上の同位元素標識が最も好ましい。理想的には、標識は１００％である。ピルビン酸塩は、Ｃ１−、Ｃ２−又はＣ３−位で、Ｃ１−及びＣ２−位で、Ｃ１−及びＣ３−位で、Ｃ２−及びＣ３−位で、又はＣ１−、Ｃ２−及びＣ３−位で同位元素標識されてもよく、Ｃ１−位が好ましい。
【００１３】
本発明の方法で使用する塩酸は、好ましくは１〜１２．１Ｍであり、更に好ましくは８〜１２．１Ｍである。粗ピルビン酸の含水量を最小化するため、最も好ましくは、濃塩酸（すなわち１２．１Ｍ）を用いる。塩酸に対するピルビン酸塩の比率は、若干の限度内で変更できるが、ピルビン酸塩及び塩酸が化学量論的又はほぼ化学量論的な比率において反応するのが特に有利であることがわかっている。ほぼ化学量論的な比率が用いられる場合、塩酸がわずかに過剰であることが好ましい。
【００１４】
本発明の方法によれば、極性を有する非プロトン性のニトリル類及びケトン類からなる群から選択される溶媒又は溶剤混合物を用いる。好ましい実施形態では、溶媒はアセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトニトリル又はバレロニトリル又はその混合物である。より好ましくは、溶媒はアセトン又はアセトニトリル又はその混合物である。
【００１５】
本発明の方法は、広い温度範囲で実施することができる。反応が放熱的であるときは、塩酸をピルビン酸塩／溶媒混合物に徐々に添加し、温度をモニターするのが好ましい。添加の温度は、好ましくは常温以下、好ましくは１０℃〜０℃であり、例えば氷浴中で反応容器を冷却することにより行うことができる。塩酸の添加後、反応を、常温周辺、好ましくは１５〜４０℃の温度範囲にて簡便に行う。
【００１６】
好ましい実施形態では、本発明の方法は、ピルビン酸のナトリウム又はカリウム塩、及び溶媒又は溶剤混合物から溶液又は懸濁液を調製することによって行う。上記の溶液又は懸濁液を約０℃に冷却し、塩酸を徐々に添加する。塩酸の添加の完了後、反応混合物を常温に加温し、約１〜２時間撹拌する。反応の完了後、沈殿した塩化ナトリウム又はカリウムを、ろ過により除去する。
【００１７】
得られた粗ピルビン酸は、通常水及び塩を含む。それは、例えば反応において生じる塩を濾別することによって、及び／又は反応に使用された溶媒又は溶剤混合物を蒸発（例えばロータリエバポレータを用いて減圧及び／又は高温による蒸発）させることにより単離してもよい。
【００１８】
本発明の方法の好ましい実施形態では、単離された粗ピルビン酸を更に精製する。精製方法の選択は、粗ピルビン酸に存在する水の量にとりわけ依存し、言い換えると反応に使用する塩酸の濃度に依存する。
【００１９】
比較的高い水分含量の塩酸が反応に用いられる場合、精製は好ましくはピルビン酸の抽出、更に、任意に、得られた精製ピルビン酸の最終的な蒸留によって行う。抽出は、好ましくは粗ピルビン酸を、エーテル、より好ましくはジエチルエーテル、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル又はジメチルエーテル、最も好ましくはジエチルエーテルからなる群から選択される溶媒を含む溶媒又は溶剤混合物に溶解し、分離する水及び／又は塩を、例えば形成される有機及び水性の層を分離及び／又はその塩を濾過することによって除去することにより行う。その後、使用する溶媒又は溶媒混合物を、好ましくは蒸発（例えばロータリエバポレータによる高温及び／又は減圧条件下での蒸発）によって除去する。抽出により得られた精製ピルビン酸は、任意に、減圧下での蒸留により更に精製することができる。
【００２０】
濃塩酸が反応に使用される場合、精製は残留する塩（例えばピルビン酸ナトリウム塩が出発原料として用いられる場合は塩化ナトリウム）の沈殿によって行うのが好ましい。沈殿は、エーテル、エステル又はケトンからなる群を形成する溶媒又は溶剤混合物を粗ピルビン酸に添加、より好ましくはエーテル及びケトン、最も好ましくはアセトンを添加して沈殿を促進し、更に沈殿した塩を濾過により除去することにより行う。その後、使用する溶媒又は溶媒混合物を、好ましくは蒸発（ロータリエバポレータによる高温及び／又は減圧条件下での蒸発）によって除去する。精製により得られた精製ピルビン酸は、任意に、減圧下での蒸留により更に精製できる。
【００２１】
得られたピルビン酸の純度は、様々な分析法によって制御されてもよく、例えばＮＭＲを用いて構造の確認、生成物の純度の測定を行い、ＨＰＬＣを用いて純度を、ＧＣを用いて残留する溶媒を測定する。
【００２２】
好ましい実施形態では、１３Ｃ−標識ピルビン酸塩を本発明の方法に用いる。幾つかの１３Ｃ−ピルビン酸塩の合成方法が当分野において公知である。好ましい実施形態では、本発明の方法で用いられる１３Ｃ−ピルビン酸塩が１，３−ジチアンから合成される。ジチアンはメタル化されて、ＣＯ２及びハロゲン化メチルと反応する（Ｓｅｅｂａｃｈら、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ４０（２），１９７５，２３１−２３７）。カルボニル基はその後、文献により公知の従来法（例えばＣｏｒｅｙら、Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．３６，１９７１，３５５３−３５６０）を用いて遊離させる。１３Ｃ−標識ＣＯ２を用いて、Ｃ１−位で標識された１３Ｃ−ピルビン酸塩が得られる。１３Ｃ−標識ハロゲン化メチル（たとえば１３Ｃ−ヨウ化メチルが、Ｃ２−位で標識された１３Ｃ−ピルビン酸塩の調製に使用可能である。１３Ｃ−標識ＣＯ２及び１３Ｃ−標識ハロゲン化メチルを使用することにより、Ｃ１−及びＣ２−位で標識された１３Ｃ−ピルビン酸塩が得られる。
【００２３】
すなわち、本発明の好適な方法では１，３−ジチアンを任意に１３Ｃ−標識ＣＯ２及び任意に１３Ｃ−標識ハロゲン化メチルと反応させることにより合成された１３Ｃ−標識ピルビン酸塩が用いられ、少なくともＣＯ２又はハロゲン化メチルが１３Ｃ−標識化合物である。本発明の方法の更に好ましい実施形態では、Ｃ１−位で濃縮され、１，３−ジチアンを１３Ｃ−標識ＣＯ２及びハロゲン化メチルと反応させて合成した１３Ｃ−標識ピルビン酸塩を用いる。
【００２４】
他の好ましい実施形態では、１３Ｃ−ピルビン酸塩を本発明の方法で用い、それは酢酸を臭化アセチルに変換し、その後臭化アセチルをＣｕ１３ＣＮと反応させることによって合成される。得られたニトリルを、アミドを経て、Ｃ１−位で同位元素で標識された１３Ｃ−ピルビン酸塩に変換する。Ｃ２−位で同位元素で標識された１３Ｃ−ピルビン酸塩は、Ｓ．Ａｎｋｅｒ，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ  １７６，１９４８，１３３３−１３３５に記載のように合成される１３Ｃ−標識酢酸を使用して合成される。Ｃ１及びＣ２−位を同位元素で標識された１３Ｃ−ピルビン酸塩は、１３Ｃ−標識酢酸を１３Ｃ−標識臭化アセチルに変換し、その後Ｃｕ１３ＣＮと反応させることにより得られる。
【００２５】
すなわち、本発明の他の好適な方法では、任意に１３Ｃ−標識酢酸を臭化アセチルに変換し、臭化アセチルを任意に１３Ｃ−標識ＣｕＣＮと反応させて合成された１３Ｃ−標識ピルビン酸を用い、この場合、少なくとも酢酸又はＣｕＣＮが１３Ｃ−標識化合物である。本発明の方法の更なる好ましい実施形態では、酢酸を臭化アセチルに変換し、臭化アセチルを１３Ｃ−標識ＣｕＣＮと反応させて合成された、Ｃ１−位で標識された１３Ｃ−標識ピルビン酸塩が用いる。
【実施例】
【００２６】
実施例１
１３Ｃ１−標識ピルビン酸ナトリウム（３００ｇ）を、氷浴内の反応容器中、アセトニトリル（６００ｍＬ）に懸濁させた。濃塩酸（２２３ｍＬ，１２．１Ｍ）を、撹拌しながら、１時間かけて徐々に添加した。添加完了後、氷浴を除き、この懸濁液を常温で更に２時間撹拌した。沈殿した塩化ナトリウムを濾過により除去し、その濾液を蒸発させ、粗１３Ｃ１−ピルビン酸（２４５ｇ）を得た。
【００２７】
この粗ピルビン酸にアセトン（８５０ｍＬ）及びＭｇＳＯ４（４０ｇ）を添加し、残留する塩化ナトリウムを沈殿させ、沈殿した塩を濾過により除去した。濾液を蒸発させ、１３Ｃ１−ピルビン酸を黄色の油状物として単離した。純度＝９９％（ＮＭＲ）。収量＝２２３ｇ（９３％）、純粋なピルビン酸の収率（塩／水に関する補正）＝８６％。
【００２８】
実施例２
ピルビン酸ナトリウムを、氷浴内の反応容器中、アセトニトリルに懸濁（２．４ｍＬ／ｇピルビン酸ナトリウム）させた。濃塩酸（１モル当量、０．７４５ｍＬ／ｇピルビン酸ナトリウム、１２．１Ｍ）を、撹拌しながら１時間かけて徐々に添加した。添加完了後、氷浴を除で、この懸濁液を常温で約２時間撹拌した。沈殿した塩化ナトリウムを濾過により除去し、濾液を蒸発させ、粗ピルビン酸（０．９５〜１．２ｇ／ｇピルビン酸ナトリウム）を得た。
【００２９】
この粗生成物にアセトン（４ｍＬ／ｇピルビン酸ナトリウム）を添加し、残留する塩化ナトリウムを沈殿させ、ＭｇＳＯ４（０．１５ｇ／ｇピルビン酸ナトリウム）を添加して水分含量を低下させた。この溶液を冷蔵庫で１時間放置した後、沈殿した塩化ナトリウムとＭｇＳＯ４を濾過により除去した。この濾液を、水分レベルが６％（ｗ／ｗ）となるまで蒸発させた。ピルビン酸を淡い黄色の油状物として単離した。
【００３０】
結果を表１に示す。ピルビン酸の純度は、ＨＰＬＣにより測定した。補正純度とは、塩及び水に関して補正したピルビン酸の純度を意味し、この補正純度も同様にＨＰＬＣにより測定した。収量とは、純粋な、すなわち塩及び水に関して補正されたピルビン酸の収量を意味する。
【００３１】
【表１】
2008514695.tif 000002
【国際調査報告】
2008514695.tif 000003
2008514695.tif 000004
2008514695.tif 000005
2008514695.tif 000006