(57)【要約】 【課題】マンガンペルオキシダーゼを固定化せず液体中で用いることで酵素活性を低下させず、かつ繰り返し使用して、３価マンガンを安定した収率で効率よく得るための製造方法及び該製造方法で得られた３価マンガンを用いて、酸化反応生成物を効率よく低コストで製造する方法を提供する。【解決手段】マンガンペルオキシダーゼ存在下で２価マンガンを酸化する３価マンガンの製造方法であって、水又は水溶液中で或いは水又は水溶液と有機溶媒との混合溶媒中でマンガンペルオキシダーゼと２価マンガンと酸化剤とを反応させて２価マンガンを酸化して３価マンガンを生成させる第一工程と、膜を用いた分画で３価マンガンを含有する反応液からマンガンペルオキシダーゼを分離する第二工程と、を有することを特徴とする３価マンガンの製造方法、及び該製造方法で得られた３価マンガンを用いて酸化反応を行う第四工程を有することを特徴とする酸化反応生成物の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンガンペルオキシダーゼの存在下で２価マンガンを酸化する３価マンガンの製造方法であって、
水又は水溶液中で、あるいは水又は水溶液と有機溶媒との混合溶媒中で、マンガンペルオキシダーゼと２価マンガンと酸化剤とを反応させて２価マンガンを酸化することにより３価マンガンを生成させる第一工程と、
膜を用いた分画により、３価マンガンを含有する反応液からマンガンペルオキシダーゼを分離する第二工程と、
を有することを特徴とする３価マンガンの製造方法。
【請求項２】
第二工程で分離されたマンガンペルオキシダーゼを第一工程へ供給する第三工程を有する請求項１に記載の３価マンガンの製造方法。
【請求項３】
前記第三工程において、マンガンペルオキシダーゼの第一工程への供給量を測定する請求項２に記載の３価マンガンの製造方法。
【請求項４】
前記膜が中空糸膜又は限外ろ過膜である請求項１〜３のいずれか一項に記載の３価マンガンの製造方法。
【請求項５】
前記膜の分画分子量が５千〜２万である請求項１〜４のいずれか一項に記載の３価マンガンの製造方法。
【請求項６】
第一工程で用いる水又は水溶液、あるいは水又は水溶液と有機溶媒との混合溶媒に有機酸を含有させる請求項１〜５のいずれか一項に記載の３価マンガンの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の３価マンガンの製造方法により製造された３価マンガンを用いて酸化反応を行う第四工程を有することを特徴とする酸化反応生成物の製造方法。
【請求項８】
第四工程で得られた酸化反応生成物から２価マンガン、あるいは２価マンガン及び３価マンガンを分離する第五工程を有する請求項７に記載の酸化反応生成物の製造方法。
【請求項９】
第五工程で分離された２価マンガンを第一工程へ供給する第六工程を有する請求項８に記載の酸化反応生成物の製造方法。
【請求項１０】
前記第六工程において、２価マンガンの第一工程への供給量を測定する請求項９に記載の酸化反応生成物の製造方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の酸化反応生成物の製造方法の第五工程で分離された２価マンガンを第一工程へ供給する第六工程を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の３価マンガンの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の３価マンガンの製造方法の第六工程において、２価マンガンの第一工程への供給量を測定する３価マンガンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンガンペルオキシダーゼの存在下で２価マンガンを酸化して３価マンガンを生成させ、さらに、３価マンガンを含有する反応液から膜を用いた分画によりマンガンペルオキシダーゼを分離する３価マンガンの製造方法に関する。
さらに本発明は、前記製造方法で製造された３価マンガンを用いて酸化反応を行う酸化反応生成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３価マンガンを酸化剤として用いて原料を酸化させることにより酸化反応生成物を得る方法は、従来から広く用いられている。
そのような方法として、例えば、マンガンペルオキシダーゼを固定化した担体を充填したカラムに対し、入口から２価マンガンを含む溶液を送液し、出口から得られる３価マンガンを含む溶液を用いて酸化対象である原料を酸化させる方法、より具体的には、リグニンを分解してパルプを漂白する方法が開示されている（特許文献１参照）。
また、水性媒質中で、ジアルコキシフェノールとマンガンペルオキシダーゼと、酸化剤と、二価のマンガンイオンとを反応させてジアルコキシキノン２量体を得て、さらに引き続き還元剤を添加してジアルコキシフェノール２量体を製造する方法が開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１９０２６９号公報
【特許文献２】特開２００５−２２９９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に記載の方法では、担体に固定化されたマンガンペルオキシダーゼを用いるため、同量の固定化していないマンガンペルオキシダーゼを用いる場合と比較すると、固定化されたマンガンペルオキシダーゼの自由度が低下する分、活性の低下が避けられず、３価マンガンを効率よく得られないという問題点があった。
また、特許文献２に記載の方法では、マンガンペルオキシダーゼを含む液を用いるため、同量の固定化されたマンガンペルオキシダーゼを用いる場合よりも高い活性が得られ、３価マンガンを効率よく得られるが、マンガンペルオキシダーゼが基質や反応物に曝露されてしまうため繰り返し耐性が低くなり、高価なマンガンペルオキシダーゼを回収して再利用することができず、一度しか用いることができないため、工業的スケールで実用化する際には、酸化反応生成物の製造コストが高くなることがあるという問題点があった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、マンガンペルオキシダーゼを固定化せずに液体中で用いることで、本来有している酵素活性を低下させることなく、かつ、マンガンペルオキシダーゼを繰り返し使用して、３価マンガンを安定した収率で効率よく得るための製造方法及び該製造方法で得られた３価マンガンを用いて、酸化反応生成物を効率よく低コストで製造する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは鋭意研究した結果、水溶液中に溶解しているマンガンペルオキシダーゼの作用で得られた３価マンガンを、膜を用いた分画によりマンガンペルオキシダーゼから分離して酸化剤として用いる一方、分離されたマンガンペルオキシダーゼを、再度３価マンガンの製造に用いることで、酸化反応生成物の収率を損ねることなく、３価マンガンの製造効率とマンガンペルオキシダーゼの利用効率を向上させることが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明の第一の発明は、マンガンペルオキシダーゼの存在下で２価マンガンを酸化する３価マンガンの製造方法であって、水又は水溶液中で、あるいは水又は水溶液と有機溶媒との混合溶媒中で、マンガンペルオキシダーゼと２価マンガンと酸化剤とを反応させて２価マンガンを酸化することにより３価マンガンを生成させる第一工程と、膜を用いた分画により、３価マンガンを含有する反応液からマンガンペルオキシダーゼを分離する第二工程と、を有することを特徴とする３価マンガンの製造方法である。
【０００７】
また、本発明の第二の発明は、第一の発明に記載の３価マンガンの製造方法により製造された３価マンガンを用いて酸化反応を行う第四工程を有することを特徴とする酸化反応生成物の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の製造方法によれば、第一工程において、水又は水溶液中の、あるいは水又は水溶液と有機溶媒との混合溶媒中の２価マンガンと酸化剤に、マンガンペルオキシダーゼを作用させることで、固定化したマンガンペルオキシダーゼを用いる場合よりも効率よく３価マンガンを得ることができる。さらに反応後、第二工程において、３価マンガンとマンガンペルオキシダーゼの分子量が大きく異なることを利用し、前記第一工程終了後の３価マンガンを含有する反応液から、膜を用いた分画によって、マンガンペルオキシダーゼを分離することができる。分離後のマンガンペルオキシダーゼは再度３価マンガンの製造に用いることができ、また３価マンガンは、酸化剤として各種酸化反応に用いることができる。従って、工業的スケールにおいて、３価マンガンを安定した収率で効率よく製造することができ、得られた３価マンガンを用いて、酸化反応生成物を効率よく低コストで製造することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について、各工程ごとに詳しく説明する。なお、バッチ式反応器を用いた場合の本発明の３価マンガンの製造方法及び該製造方法で製造された３価マンガンを用いる酸化反応生成物の製造方法の一例を模式図として図１に示す。図１中に示すＭｎＰとは、マンガンペルオキシダーゼのことである。
【００１０】
（３価マンガンの製造方法）
まず、本発明の３価マンガンの製造方法について説明する。
本発明の３価マンガンの製造方法は、水又は水溶液中で、あるいは水又は水溶液と有機溶媒との混合溶媒中で、マンガンペルオキシダーゼと２価マンガンと酸化剤とを反応させて２価マンガンを酸化することにより３価マンガンを生成させる第一工程と、膜を用いた分画により、３価マンガンを含有する反応液からマンガンペルオキシダーゼを分離する第二工程と、を有することを特徴とする。
第一工程で得られた無機イオンである３価マンガンと、タンパク質であるマンガンペルオキシダーゼは分子量が大きく異なるため、第二工程において膜を用いた分画により、３価マンガンを含有する反応液からマンガンペルオキシダーゼを分離することができる。
【００１１】
◎第一工程
本発明の第一工程においては、水又は水溶液中で、あるいは水又は水溶液と有機溶媒との混合溶媒中で、マンガンペルオキシダーゼと２価マンガンと酸化剤とを反応させて２価マンガンを酸化することにより３価マンガンを生成させる。
第一工程は、具体的には、例えば、マンガンペルオキシダーゼとマンガンの酸化数が＋２であるマンガン化合物とを含む水又は水溶液中に、あるいは水又は水溶液と有機溶媒との混合溶媒中に、酸化剤を溶解あるいは分散させることによって、２価マンガンの酸化反応を行い、３価マンガンを得る工程である。
この時、マンガンペルオキシダーゼは、水又は水溶液中で、あるいは水又は水溶液と有機溶媒との混合溶媒中で溶解させることが好ましい。なお、第一工程で用いる水又は水溶液、あるいは水又は水溶液と有機溶媒との混合溶媒のことを、以降、反応溶媒と略記する場合がある。
【００１２】
本発明の第一工程で用いるマンガンペルオキシダーゼとしては、例えば、ファネロカエテ・クリソスポリウム（Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅ  ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ）、ファネロカエテ・ソルディダ（Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅ  ｓｏｒｄｉｄａ）、カイガラタケ（Ｌｅｎｚｉｔｅｓ  ｂｅｔｕｌｉｎｕｓ）、ヒラタケ（Ｐｌｅｕｒｏｔｕｓ  ｏｓｔｒｅａｔｕｓ）、シイタケ（Ｌｅｎｔｉｎｕｓ  ｅｄｏｄｅｓ）等の担子菌類が生産するリグニン分解酵素を挙げることができる。これらのマンガンペルオキシダーゼは、単独で用いても、二種以上を併用してもよい。
【００１３】
マンガンペルオキシダーゼ、２価マンガン及び酸化剤を含む反応溶媒中にて、２価マンガンを３価マンガンへと酸化する際は、マンガンペルオキシダーゼの活性を最大限に引き出すために、反応温度を１０〜７０℃に保つことが好ましく、２０〜４０℃に保つことがより好ましい。
また、反応時間は、５分以内とすることが好ましい。ここで言う反応時間とは、反応開始から、第二工程においてマンガンペルオキシダーゼが分画されるまでの時間を指す。該反応時間が５分を超えると、得られる３価マンガンの濃度が減少してしまうことがある。
【００１４】
本発明の第一工程で用いる酸化剤としては、例えば、過酸化水素、メチル過酸化物、エチル過酸化物等の過酸化物等が挙げられるが、反応性、経済性の観点から過酸化水素が好ましい。
酸化剤は、マンガンペルオキシダーゼ及び２価マンガンを含む反応溶媒と混合し、反応に用いる。反応方法は、従来公知の方法を適用することができる。例えば、バッチ式の様に、一つの反応容器中にマンガンペルオキシダーゼ、２価マンガン及び酸化剤を加えた反応溶媒を調製し、２価マンガンから３価マンガンへの酸化反応を行うことができる。また、例えば、連続式の様に、マンガンペルオキシダーゼ、２価マンガン及び酸化剤の内、少なくとも一つを、残りの成分が混合した状態の溶媒に連続的に供給しても良く、さらに、前記三つの成分を別々に含む溶媒を、それぞれ連続的に一つの容器へと供給するようにしても良い。
【００１５】
また、酸化剤の配合量を、本発明の効果を損なわない範囲で適宜調整することで、３価マンガンの製造を効率的に行うことができると同時に、後述の第二工程で分離するマンガンペルオキシダーゼを、複数回繰返して再利用することができる。例えば、酸化剤として過酸化水素を用いる場合、過酸化水素の終濃度は、好ましくは１〜２０ｍｍｏｌ／Ｌ、より好ましくは３〜１５ｍｍｏｌ／Ｌ、特に好ましくは５〜１０ｍｍｏｌの範囲である。その際、反応溶媒中のマンガンペルオキシダーゼの終濃度は、好ましくは１０〜１０００ｍｇ／Ｌ、より好ましくは１００〜７５０ｍｇ／Ｌ、特に好ましくは１５０〜６００ｍｇ／Ｌの範囲で用いる。また、マンガンペルオキシダーゼの繰り返し使用耐性を高める点から、反応溶媒中のマンガンペルオキシダーゼの終濃度を高くするにつれ、過酸化水素も濃度を高くして用いることが好ましい。ただし、ここで言う終濃度とは、マンガンペルオキシダーゼ、２価マンガン及び酸化剤を反応溶媒中に混合した後の濃度を指す。
【００１６】
第一工程で用いる反応溶媒とは、水又は水溶液、あるいは水又は水溶液と有機溶媒との混合溶媒のことであるが、水溶液としては、例えば、緩衝液を挙げることができる。
緩衝液としては、例えば、マロン酸緩衝液、シュウ酸緩衝液、酒石酸緩衝液、酢酸緩衝液、コハク酸緩衝液、クエン酸緩衝液及びリン酸緩衝液等が挙げられる。
また、有機溶媒としては、例えば、ヘキサン、トリクロロメタン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、ブタノール、エタノール、メタノール、ジオキサン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ギ酸ジメチルホルムアミドメチル、アセトン、ｎ−プロパノール、イソプロパノール及びｔ−ブチルアルコール等が挙げられる。
反応溶媒が水又は水溶液と有機溶媒との混合溶媒である場合には、混合溶媒中の有機溶媒の割合は１０体積％以下とすることが好ましく、５体積％以下とすることがより好ましい。有機溶媒の割合が高くなり過ぎると、マンガンペルオキシダーゼが失活しやすくなる。
【００１７】
本発明においては、２価マンガンの酸化反応に伴って生成する３価マンガンを錯体として安定化させるために、第一工程及び第二工程において反応溶媒中に有機酸を含有させることが好ましい。なかでも、効率よく錯体を形成し、３価マンガンを安定化する効果が大きいことから、用いる有機酸は、マロン酸、シュウ酸及び酒石酸のいずれかであることが好ましい。また、有機酸は単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
また、用いる有機酸の量は、３価マンガンのモル数の二倍以上であることが好ましい。
【００１８】
第一工程で用いる２価マンガンとしては、マンガンの酸化数が＋２であるマンガン化合物を用いればよく、特に限定されない。このようなものとして、例えば、硫酸マンガンを挙げることができる。
また、２価マンガンの配合量は、得られる３価マンガンの用途に応じて適宜調整すれば良い。例えば、得られた３価マンガンを後述の本発明の第四工程で用いる場合には、２価マンガンの配合量は、酸化反応の原料の種類に応じて適宜調整すれば良い。ただし、第一工程において、反応溶媒として前記緩衝液を用いた場合等、反応溶媒中に有機酸を含有する場合には、有機酸のモル数の１／２よりも少ないことが好ましい。このような量とすることで、２価マンガンの酸化反応に伴って生成する３価マンガンが、これら有機酸と効率的に錯体を形成する。
【００１９】
◎第二工程
本発明の第二工程においては、膜を用いた分画により、３価マンガンを含有する反応液からマンガンペルオキシダーゼを分離する。
３価マンガンとマンガンペルオキシダーゼの分子量が大きく異なるため、膜を用いた分画によってこれらを分離することができる。
【００２０】
第二工程で用いる膜は、マンガンペルオキシダーゼを分画することができ、反応液に対して耐性を有するものであれば特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。第一工程終了後の反応液中には、マンガンペルオキシダーゼ、３価マンガン、未反応の２価マンガン、未反応の酸化剤および反応溶媒を構成する物質が含まれている。これらの中で、マンガンペルオキシダーゼの分子量は３〜５万程度であり、唯一分子量が１万を超える物質である。そのため、用いる膜は分画分子量が５千〜２万であることが好ましく、１万〜２万であることがより好ましい。このような膜を用いることによって、３価マンガンを含有する反応液中からマンガンペルオキシダーゼを精度良く分画することができる。膜の分画分子量が小さくなるに従い、分画精度は向上するものの、膜を通過する反応液の流速が小さくなり、単位時間当たりに得られる３価マンガンの量が減少する。一方、膜の分画分子量が大きくなるに従い、分画精度は落ちるものの、膜を通過する反応液の流速が大きくなり、単位時間当たりに得られる３価マンガンの量が増大する。どのような分画分子量の膜を用いるかは、反応液の組成に応じて適宜選定すれば良い。
【００２１】
また、第二工程で用いる膜の形状は、マンガンペルオキシダーゼを分画することができ、反応液に対して耐性を有するものであれば特に限定されず、例えば、平膜形状や中空糸形状のものを用いることができる。また、分画する際、膜を通過させるための圧力を前記反応液に加える方法としては、遠心機を用いる方法とポンプを用いる方法があるが、第二工程を連続して行うことが可能になることから、ポンプを用いる方法が好ましく、工業的にこのような方法に適用することができる膜を用いることが好ましい。このような条件を満たす膜として本発明では、中空糸膜又は限外ろ過膜を好適に用いることができる。
【００２２】
◎第三工程
本発明の３価マンガンの製造方法は、第二工程で分離されたマンガンペルオキシダーゼを第一工程へ供給する第三工程を有することが好ましい。このように、第二工程で分離されたマンガンペルオキシダーゼを、第一工程で再利用することで、高価なマンガンペルオキシダーゼの利用効率を向上させることができ、３価マンガンを効率よく低コストで製造することができる。
また、マンガンペルオキシダーゼを第一工程で再利用する際には、第三工程において、第一工程へのマンガンペルオキシダーゼの供給量を測定することが好ましい。このように、再利用するマンガンペルオキシダーゼの供給量を測定することで、第一工程で用いるマンガンペルオキシダーゼの量を調整することができ、３価マンガンを一層効率よく製造することができる。
【００２３】
第一工程へのマンガンペルオキシダーゼの供給量を測定する方法は特に限定されないが、例えば、第一工程へ供給するマンガンペルオキシダーゼ含有液の供給量及びマンガンペルオキシダーゼの濃度を測定し、これらの値から第一工程へのマンガンペルオキシダーゼの供給量を算出する方法が挙げられる。
【００２４】
マンガンペルオキシダーゼ含有液の供給量を測定する方法としては、従来公知の方法を適用すれば良く、例えば、供給する液の全量を容器に一旦貯留し、この時の貯留量を計測する方法や、第一工程で用いる反応器に配管を通じて液を供給する場合には、配管等に流速計を設けて、反応器へ供給中のマンガンペルオキシダーゼ含有液の流速と供給時間とから供給量を算出する方法が挙げられる。
マンガンペルオキシダーゼ含有液のマンガンペルオキシダーゼの濃度を測定する方法としては、従来公知の方法を適用すれば良く、例えば、液中のマンガンペルオキシダーゼ活性を測定して検量線から濃度を算出する方法や、ブラッドフォード法のようにマンガンペルオキシダーゼ中のアミノ酸残基に結合した色素量を測定した後、検量線から濃度を算出する方法が挙げられる。
【００２５】
第二工程で分離されたマンガンペルオキシダーゼを第一工程で再利用する方法は特に限定されず、第一工程で用いるマンガンペルオキシダーゼの全量を第二工程で分離されたマンガンペルオキシダーゼで賄っても良く、第二工程で分離されたマンガンペルオキシダーゼに別途新たに調製したマンガンペルオキシダーゼを混合して第一工程で用いても良い。
【００２６】
第二工程で分離されたマンガンペルオキシダーゼを第一工程で再利用する際に、第一工程で用いるマンガンペルオキシダーゼの量を調整する方法は特に限定されない。
例えば、第一工程で用いるマンガンペルオキシダーゼの全量を第二工程で分離されたマンガンペルオキシダーゼで賄う場合には、分離されたマンガンペルオキシダーゼ含有液の濃度を変えずに液量を調整する方法、液量を変えずに濃度を調整する方法及び濃度と液量の両方を調整する方法が挙げられる。
また、例えば、第一工程で用いるマンガンペルオキシダーゼとして、第二工程で分離されたマンガンペルオキシダーゼに別途新たに調製したマンガンペルオキシダーゼを混合して用いる場合には、別途新たに調製したマンガンペルオキシダーゼの量のみを調整する方法、別途新たに調製したマンガンペルオキシダーゼの量と分離されたマンガンペルオキシダーゼ含有液の液量及び／又は濃度をいずれも調整する方法を挙げることができる。
【００２７】
（酸化反応生成物の製造方法）
◎第四工程
続いて、本発明の酸化反応生成物の製造方法について説明する。
本発明の酸化反応生成物の製造方法は、前記３価マンガンの製造方法により製造された３価マンガンを用いて酸化反応を行う第四工程を有することを特徴とする。
第四工程においては、原料は３価マンガンによりラジカル化され、ラジカル化された原料が、未反応の原料、ラジカル化された原料、水等と反応し、酸化反応生成物となる。
この時、原料のラジカル化に供された３価マンガンは２価マンガンへと還元される。第四工程においては、投入されたすべての３価マンガンが還元されることもあれば、一部の３価マンガンは還元されずにそのまま残る可能性もある。そのため、第四工程の反応液中には２価と３価のマンガンが共存していることがある。
【００２８】
本発明の第四工程で用いられる原料は、３価マンガンにより酸化できるものであれば特に限定されない。なかでも、好ましいものとしてフェノール類やナフトール類などの芳香族ヒドロキシ化合物を挙げることができ、これらを原料として用いることで、エンジニアリングプラスチックとして有用な芳香族ヒドロキシ化合物の二量体又はポリマーを効率よく低コストで製造することができる。なお、ここでポリマーとは三量体以上の重合体を指す。
【００２９】
原料としてフェノール類を用いる場合、二量体又はポリマーとして特定の化学物質を高い収率で得るためには、該フェノール類は、芳香環の水素原子がアルキル基で置換されたアルキルフェノール類であることが好ましく、そのようなものとして具体的には、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン及びｐ−キシレン等を挙げることができる。さらに、置換されたアルキル基の数が複数であるアルキルフェノール類であることがより好ましく、なかでも反応性の観点から、フェノール性水酸基から見て芳香環の２位と６位にアルキル基が置換されたアルキルフェノール類であることが特に好ましい。例えば、２，６−ジアルキル置換フェノールは、その反応特異性が高いことが知られており、具体的には、２，６−ジメチルフェノールを最も好ましいものとして挙げることができる。
【００３０】
一方、原料としてナフトール類を用いる場合は、好ましいものとして１−ナフトール及び２−ナフトールを挙げることができる。
【００３１】
また、本発明の酸化反応生成物の製造方法で用いる原料は、一種でも良く二種以上を併用しても良い。目的とする酸化反応生成物の種類に応じて、適宜選定すれば良い。例えば、前記のように酸化重合反応によりポリマー又は二量体を製造する場合には、二種以上の原料を用いれば共重合体を得ることができる。
【００３２】
本発明の第四工程において、３価マンガンを原料と反応させる方法としては、従来公知の方法を適用すれば良い。例えば、反応器として連続式反応器を用いる場合は、３価マンガンを含む反応溶媒が供給される位置において原料を供給すればよい。
また、反応器としてバッチ式反応器を用いる場合は、３価マンガンを含む反応溶媒を反応器中に一定量蓄えた後、該反応器に原料を供給すればよい。
【００３３】
反応器が連続式反応器である場合、３価マンガンを含む反応溶媒および原料を供給する方法としては、従来公知の方法を適用することができる。例えば、ペリスタルティックポンプ、ダイヤフラムポンプ及びシリンジポンプ等を用いる方法が挙げられる。
【００３４】
反応器がバッチ式反応器である場合、原料を供給する方法としては、反応器へ原料を一度に投入する方法と分割して投入する方法とがあるが、いずれの方法においても、ペリスタルティックポンプ、ダイヤフラムポンプ及びシリンジポンプ等を用いる従来公知の方法を適用することができる。
【００３５】
第四工程で、３価マンガンを用いて原料を酸化する際の反応温度は、５０℃以下であることが好ましく、２５℃程度であることがより好ましい。温度が高すぎる場合には、３価マンガンが不安定となり、原料を酸化させる前に失活することがあり、温度が低すぎる場合には、３価マンガンと原料との反応が進行しにくくなることがある。
また反応時間は、３価マンガンの濃度と量、及び原料の種類と濃度等に依存するところが大きく、一般的に必要となる反応時間を限定することは困難であると考えられるが、例えば、３価マンガンの濃度が１．０mＭ、液量が１ｍｌであり、原料が０．５mＭの２，６−ジメチルフェノールである場合、原料を完全に反応させるために必要な時間は１〜１０分程度である。
さらに、原料を３価マンガンにて酸化する際の反応効率を高めるためには、原料の濃度に比して３価マンガン濃度が高濃度であることが、化学量論的な見地から好ましい。
【００３６】
第四工程においては、本発明の製造方法で製造された３価マンガンの反応器への供給量を測定し、該供給量に応じて、酸化反応の原料の反応器への供給量を調整することが好ましい。このように、３価マンガン供給量に応じて原料供給量を調整することで、酸化反応を効率的に行うことができ、高純度の酸化反応生成物を低コストで製造することができる。特に原料として芳香族ヒドロキシ化合物を用いて二量体又はポリマーを製造する際に有効である。
【００３７】
３価マンガンの供給量を測定する方法は特に限定されないが、例えば、第四工程へ供給する３価マンガン含有液の供給量及び３価マンガンの濃度を測定し、これらの値から第四工程への３価マンガンの供給量を算出する方法が挙げられる。
３価マンガン含有液の供給量を測定する方法としては、従来公知の方法を適用すれば良く、例えば、供給する液の全量を容器に一旦貯留し、この時の貯留量を計測する方法や、第四工程で用いる反応器に配管を通じて３価マンガン含有液を供給する場合には、配管等に流速計を設けて、反応器へ供給中の３価マンガン含有液の流速と供給時間とから、３価マンガンの供給量を算出する方法が挙げられる。
３価マンガン含有液の３価マンガンの濃度を測定する方法としては、従来公知の方法を適用すれば良く、例えば、３価マンガン含有液を分取して測定試料として用いる方法や、第四工程で用いる反応器に配管を通じて３価マンガン含有液を供給する場合には、配管等に濃度測定器を設けて、反応器に供給される３価マンガン含有液そのものを測定試料として用いる方法が挙げられる。いずれの場合においても、３価マンガンの濃度の算出方法は特に限定されず、例えば、分光光度計を用いて２７０ｎｍにおける吸光度を測定して、該測定値より算出することができる。また、濃度の測定に際しては、前記測定試料を適宜希釈しても良い。
【００３８】
３価マンガン供給量に応じて酸化反応の原料供給量を調整する方法は、例えば、原料を液体に溶解又は分散させて供給する場合には、該原料含有液の濃度ではなく量を調整する方法、原料含有液の量ではなく濃度を調整する方法及び原料含有液の濃度と量をいずれも調整する方法を挙げることができる。一方、原料を固体で供給する場合には、固体の重量を調整すればよい。
【００３９】
◎第五工程
本発明の酸化反応生成物の製造方法は、前記第四工程で得られた酸化反応生成物から２価マンガン、あるいは２価マンガン及び３価マンガンを分離する第五工程を有することが好ましい。このようにすることで、反応液から不純物を除けるだけでなく、後で述べるように、分離した２価マンガンを第一工程に供給して再利用することで、３価マンガンの製造をより効率的に低コストで行うことができ、さらに、３価マンガンが分離された場合にはこれを回収することで、酸化反応生成物をより低コストで製造することができる。
【００４０】
第五工程で２価マンガン、あるいは２価マンガン及び３価マンガンを分離する方法は、従来公知の方法を適用することができ、特に限定されない。例えば、酸化反応生成物が反応液に対して不溶となり固体状物質として析出する場合には、該酸化反応生成物をろ過及び遠心等の従来公知の方法で反応液から除くことにより、２価マンガン及び３価マンガンを酸化反応生成物から分離することができる。また、酸化反応生成物が反応液に対して可溶である場合には、該酸化反応生成物を抽出及び吸着等の従来公知の方法で反応液から除くことにより、２価マンガン及び３価マンガンを酸化反応生成物から分離することができる。この場合は、例えば、酢酸エチルで酸化反応生成物を抽出することによって、酸化反応生成物が酢酸エチル側に、２価マンガン、あるいは２価マンガン及び３価マンガンを含む溶液が水層側に分離される。
【００４１】
◎第六工程
さらに、本発明の酸化反応生成物の製造方法は、前記第五工程で分離された２価マンガンを前記第一工程へ供給する第六工程を有することが好ましい。このようにすることで、第五工程で分離された２価マンガンを第一工程で再利用することで３価マンガンを効率よく低コストで製造することができる。
また、第五工程で３価マンガンが分離された場合には、２価マンガンと共に第一工程に供してそのまま３価マンガンとして回収すれば、酸化反応生成物の製造コストをより低減することができる。
【００４２】
２価マンガンを第一工程で再利用する際には、第六工程において、第一工程への２価マンガンの供給量を測定することが好ましい。このように、再利用する２価マンガンの供給量を測定することで、第一工程で用いる２価マンガンの量を調整することができ、３価マンガンを一層効率よく低コストで製造することができ、酸化反応生成物の製造コストをより低減することができる。
２価マンガンの供給量を測定する方法は特に限定されない。例えば、溶液中の２価マンガンをマンガンペルオキシダーゼにて３価マンガンに変換した後、分光光度計を用いて検出波長２７０ｎｍで測定することが可能である。
また、第五工程で３価マンガンが分離された場合には、同様に第一工程への３価マンガンの供給量を測定することが好ましく、この時は、前記の３価マンガンの供給量を測定する方法を適用すれば良い。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下において、単位「Ｍ」は「ｍｏｌ／Ｌ」を、単位「ｍＭ」は「ｍｍｏｌ／Ｌ」を示す。
【００４４】
（実施例１）
本実施例においては、緩衝液として、マロン酸二ナトリウム（和光純薬工業株式会社製「マロン酸二ナトリウム」）を用いたマロン酸緩衝液（ｐＨ４．５）を使用し、酸化数＋２のマンガンを有するマンガン化合物として硫酸マンガン（和光純薬工業株式会社製「硫酸マンガン」）を用いた。酸化反応の原料としては、ジアルキル置換フェノールである２，６−ジメチルフェノール（和光純薬工業株式会社製「２，６−ジメチルフェノール」）をアセトンに溶解したものを用いた。また、以下、還元剤として亜ジチオン酸ナトリウム（和光純薬工業株式会社製「ハイドロサルファイトナトリウム」）を用いた。
【００４５】
マンガンペルオキシダーゼとしては、ファネロカエテ・クリソスポリウム（Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅ  ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ）の培養菌床から得られたマンガンペルオキシダーゼを用いた。このマンガンペルオキシダーゼの調製方法は以下の通りとした。
すなわち、白色腐朽菌ファネロカエテ・クリソスポリウム（Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅ  ｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ）ＡＴＣＣ２４７２５を、表１に示す組成のカーク液体培地で３７℃にて培養した。なお、表１中のカークトレースエレメンツの組成を表２に示す。
【００４６】
【表１】
2007166984.tif 000003
【００４７】
【表２】
2007166984.tif 000004
【００４８】
培養は２Ｌ三角フラスコ中で前記培地１Ｌにて行い、３７℃で３日間培養後、１００％酸素をパージし、その後毎日一回酸素パージを行った。所定時間培養した後、培養液を吸引濾過して培養濾液を得て、得られた培養濾液を粗酵素溶液とした。ｐＨ７．２のリン酸緩衝液にて膨潤させた後にカラムに充填したトヨパールＤＥＡＥ６５０Ｍ（「ＴＯＹＯＰＥＡＲＬ  ＤＥＡＥ６５０Ｍ」、商品名；東ソー株式会社製）に、前記粗酵素溶液を、ｐＨを７．２に調整後チャージした。カラム中に充填されたトヨパールＤＥＡＥ６５０Ｍに吸着されたマンガンペルオキシダーゼを、ｐＨ６．０のリン酸緩衝液にて流出させて回収し、マンガンペルオキシダーゼ溶液とした。
【００４９】
◎第一工程
（３価マンガンの作製）
４００ｍｇ／Ｌマンガンペルオキシダーゼを１５０ｍＬ、５０ｍＭ硫酸マンガンを８ｍＬ、５００ｍＭマロン酸緩衝液（ｐＨ４．５）を２０ｍＬ及び水２ｍＬを混合して２価マンガン溶液を調製した。これに、酸化剤である５０ｍＭ過酸化水素を２０ｍＬ加えて、２５℃にて２分間、２価マンガンの酸化反応を行い、３価マンガン溶液を調製した。
【００５０】
◎第二工程
（マンガンペルオキシダーゼの分離）
調製した前記３価マンガン溶液を、ペリスタルティックポンプを用いて流速１５ｍＬ／分にて、中空糸膜へと送液した。中空糸膜は、分画分子量が１３０００である「マイクローザ（ＡＣＰ−００１３（ＵＦ））」（商品名；旭化成株式会社製）を用いた。この中空糸膜の高分子側出口に背圧を加えることによって、高分子側の出口からはマンガンペルオキシダーゼを含む溶液が、低分子側の出口からはマンガンペルオキシダーゼ以外の分子を含む溶液が、主に排出されることとなる。
本実施例では、高分子側の出口から５ｍＬ／分の流速でマンガンペルオキシダーゼを含む溶液を、低分子側の出口から１０ｍＬ／分の流速でマンガンペルオキシダーゼ以外の分子を含む溶液を得た。
【００５１】
◎第三工程
（分離したマンガンペルオキシダーゼを用いた２価マンガンの酸化）
前記第二工程において分離されたマンガンペルオキシダーゼを含む溶液を、前記第一工程で用いるマンガンペルオキシダーゼとして再利用した。再利用に際し、分離したマンガンペルオキシダーゼ溶液の濃度を、タンパク質濃度の測定法であるブラッドフォード法をベースとしたプロテインアッセイＡ（商品名；バイオラッド社製）を用いて測定し、２価マンガンの酸化反応を行う前の濃度とほぼ同等であることを確認した。
濃度を確認した後、該分離したマンガンペルオキシダーゼ溶液を、５ｍＬ／分の流速で第一工程を行った容器へと注入した。またあわせて、５０ｍＭマロン酸、５ｍＭ過酸化水素水、２ｍＭ硫酸マンガンを含む緩衝液（ｐＨ４．５）からなる２価マンガン溶液を、１０ｍｌ／分の流速で第一工程を行った容器へと注入した。
このように、第一工程の容器中にて、再利用したマンガンペルオキシダーゼを用いて２価マンガンの酸化反応を連続的に行うことが可能であった。
【００５２】
◎第四工程
（３価マンガンの第四工程への供給）
第一〜第三工程を経て得られた３価マンガン溶液のうち、１．９９ｍＬをピペットにて分取し、第四工程で用いる反応器であるガラス製の蓋付試験管に供給した。
【００５３】
（３価マンガン溶液の濃度の検出）
反応器へ供給する３価マンガン溶液中の３価マンガンの濃度を、２７０ｎｍにおける吸光度を測定して検出した。吸光度測定は、ＵＶ−１６５０ＰＣ（商品名；株式会社島津製作所製）を用いて行った。測定値が分光光度計の測定限界を超える場合には、緩衝液にて３価マンガンを含む水性溶媒を適宜希釈してから、測定を行った。その結果、３価マンガンの濃度は約１．７５ｍＭであることを確認した。
【００５４】
（３価マンガン濃度に応じた原料の濃度調整と供給）
３価マンガンを供給した反応器に、酸化反応の原料として、アセトンに溶解した５０ｍＭの２，６−ジメチルフェノール１０μＬを供給した、該反応器中で室温にて１分間撹拌することにより、３価マンガンによる酸化重合反応を行った。この時の撹拌スピードは１２０ｒｐｍとした。
【００５５】
◎第五工程
（２価マンガン及び３価マンガンの分離）
前記第四工程の反応後の溶液を、マイクロ冷却遠心機（モデル３７４０；クボタ製）を用い、１５０００ｒｐｍにて２０分間遠心して酸化反応生成物を沈殿として回収し、２価マンガン及び３価マンガンを含む溶液を酸化反応生成物から分離した。
【００５６】
◎第六工程
（分離された２価マンガン及び３価マンガンの第一工程への供給）
前記第五工程において分離された２価マンガン及び３価マンガンを含む溶液に、終濃度が５ｍＭとなるように過酸化水素を加えたものを、５０ｍＭマロン酸、５ｍＭ過酸化水素水、２ｍＭ硫酸マンガンを含む緩衝液（ｐＨ４．５）からなる２価マンガン溶液中に加えた。その後、該溶液を、１０ｍＬ／分の流速で第一工程を行った容器へ注入し、マンガンペルオキシダーゼと混合したところ、３価マンガンの発生が確認された。
【００５７】
（酸化反応生成物の成分の確認）
前記第五工程で回収した酸化反応生成物に、２．０ｍＬの水を加え、０．２ｇの亜ジチオン酸ナトリウムを加えた後、２ｍＬの酢酸エチルを加え、酸化反応の原料である２，６−ジメチルフェノール及び２，６−ジメチルフェノール二量体を含む酸化反応生成物の抽出を行った。
【００５８】
前記抽出物中における２，６−ジメチルフェノール二量体及び２，６−ジメチルフェノールの濃度について、下記条件でＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）による測定を行った。
検出装置：ＳＰＤＭ１０Ａ（商品名；株式会社島津製作所製）
カラム：イナートシルＯＤＳ−３（商品名；ジーエルサイエンス株式会社）
溶出条件：水とアセトニトリルによるグラジエント溶出
０−５分：２０％  水／８０％  アセトニトリル
５−２１分：グラジエント
２１−３１分：０％  水／１００％  アセトニトリル
送液速度：１．０  ｍＬ／ｍｉｎ
検出波長：２７０ｎｍ
【００５９】
前記条件によるＨＰＬＣ測定において検出された吸収ピークの強度から、抽出物に含まれる２，６−ジメチルフェノール二量体のモル濃度αと、２，６−ジメチルフェノールのモル濃度βを求めた。
前記モル濃度αと、原料として供給した２，６−ジメチルフェノールのモル濃度から算出される２，６−ジメチルフェノール二量体の理論生成濃度との比率によって表される値を、２，６−ジメチルフェノール二量体の収率（以下、二量体収率と略記）とし、下記式により算出した。その結果、本実施例において二量体収率は９５％であった。
【００６０】
[数１]
（二量体収率）［％］＝α／［（１／２）×（原料として供給した２，６−ジメチルフェノールモル濃度）］×１００
【００６１】
また前記モル濃度βと、原料として供給した２，６−ジメチルフェノールのモル濃度との比率によって表される値を、２，６−ジメチルフェノールの残存率（以下、原料残存率と略記）とし、下記式により算出した。その結果、本実施例において原料残存率は５％であった。
【００６２】
[数２]
（原料残存率）［％］＝β／（原料として供給した２，６−ジメチルフェノールモル濃度）×１００
【００６３】
さらに、原料として供給した２，６−ジメチルフェノールのうちポリマーの生成に使用された量と、原料として供給した２，６−ジメチルフェノールの濃度との比率によって表される値である２，６−ジメチルフェノールのポリマー率（以下、ポリマー率と略記）を、前記二量体収率及び原料残存率を用いて、下記式により算出した。その結果、本実施例においてポリマー率は０％であった。
【００６４】
[数３]
（ポリマー率）［％］＝１００−（二量体収率）−（原料残存率）
【００６５】
これらの結果から、第一工程で得られた３価マンガン溶液から、第二工程において中空糸膜を用いてマンガンペルオキシダーゼを分離し、第二工程後の３価マンガン溶液を用いて、第四工程において酸化反応を行えることが確認された。
また、第二工程において分離されたマンガンペルオキシダーゼを再利用して、第一工程において３価マンガンを製造することが可能であり、さらに、第五工程において分離された２価マンガンを再利用して、第一工程において３価マンガンを製造できることが確認された。
【００６６】
以上の結果から明らかなように、本発明の３価マンガンの製造方法によって、水溶液中においてマンガンペルオキシダーゼと２価マンガンと酸化剤とを反応させて得られる３価マンガン溶液から、膜を用いた分画によりマンガンペルオキシダーゼを分離することができ、この結果得られた３価マンガンを用いて、酸化反応を行うことができた。また、分離されたマンガンペルオキシダーゼを再利用して２価マンガンの酸化反応を行っても、未使用のマンガンペルオキシダーゼを用いた場合と同等に３価マンガンを製造することができ、これにより、マンガンペルオキシダーゼを回収しながら３価マンガンの製造を連続的に行えることが確認された。
さらに、前記方法により製造された３価マンガンを用いて酸化反応を行った後、酸化反応生成物から分離した２価マンガンを再利用しても、未使用の２価マンガンを用いた場合と同等に３価マンガンを製造することができ、これにより、２価マンガンを回収しながら３価マンガン及び酸化反応生成物の製造を連続的に行えることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
３価マンガンを安定した収率で効率よく製造することができ、しかも、マンガンペルオキシダーゼを容易に分離及び再利用できるので、酸化剤である３価マンガンを低コストで各産業界に提供できる。また該製造法で製造された３価マンガンを用いて酸化反応生成物を安定した収率で効率よく製造することができ、しかも、同時に生成する２価マンガンを
、あるいは２価マンガン及び未反応の３価マンガンを容易に分離及び再利用できるので、３価マンガン及び酸化反応生成物をより低コストで各産業界に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の３価マンガンの製造方法及び酸化反応生成物の製造方法の一例を示す模式図である。
【図１】
2007166984.tif 000005