고부가가치 키랄 의약품과 농약 등에서 사용되는 광학활성 중간체 제조 기술 개발이 활발히 연구중이다. Chiral styrene oxide는 cobalt-based salen 키랄촉매를 이용한 화학적 분할법 등의 유기합성 방법과 에폭시화 반응을 통해 제조할 수 있으며 에폭사이드 가수분해 효소를 이용한 비대칭 분할법도 있다. 에폭사이드 기질의 수용액상에서의 불안정성과 낮은 용해도 문제는 유기용매 사용으로 극복할 수 있는데 2상계 hollow-fiber 반응기 시스템으로 해결 가능하다.
<h1>서 론</h1> <p>고부가가치 키랄 의약품 및 농약 등 광학적으로 순수한 형태의 화합물을 보다 효율적으로 합성하기 위하여 사용되는 광학활성 중간체(chiral intermediate) 제조 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 다양한 반응성 및 광학활성으로 인하여 합성전구체로써 가치가 높은 chiral styrene oxide는 친핵성 반응, 친전자성 반응, 산 염기반응 등 다양한 반응을 유도할 수 있어 상업적 유용성이 크다.</p> <p>Chiral styrene oxide는 cobalt-based salen 키랄촉매를 이용한 화학적 분할법 등의 유기합성 방법과 미생물 유래의 monooxygenase 활성을 이용하여 올레핀 기질에 대한 에폭시화(epoxidation)반응을 통해 제조할 수 있다. 미생물을 생촉매로 이용하여 chiral styrene oxide를 제조하는 또 다른 방법으로는 라세믹 에폭사이드 기질에 대해 특정 이성 질체만을 선택적으로 가수분해시키는 에폭사이드 가수분해 효소(epoxide hydrolase)를 이용한 비대칭 분할법(a-symmetric resolution)이 있다. 이 방법은 라세믹 styrene oxide와 같은 저가의 기질을 사용하는 경우 상업적으로 유용하다. Epoxide hydrolase를 이용한 비대칭적 분할 공정에서의 가장 큰 문제점은 에폭사이드 기질 자체의 우수한 반응성으로 인하여 자발적 가수분해가 일어나 수율 저하가 일어날 수 있으며, 또한, 소수성 구조로 인하여 수용액에 대한 용해도가 작아 volumetric productivity를 높이는데 어려움이 있다.</p> <p>에폭사이드 기질의 수용액상에서의 불안정성과 낮은 용해도 문제는 유기용매를 사용함으로써 극복할 수 있다. 유기용매 사용은 미생물의 epoxide hydrolase 활성 저하를 유발시킬 수 있으므로 이에 대한 해결책이 요구되는데, 이러한 문제점을 극복하기 위하여 수용액상에 생촉매를 두고 유기용매상에 기질을 위치시킨 2상계 hollow-fiber 반응기 시스템을 이용할 수 있다. Hollow-fiber 막을 중심으로 lumen 부위에는 기질을 포함한 유기용매를 이동시키고 미생물 생촉매는 shell 부위의 수용액상에 위치시킴으로써, 위에 언급된 상반된 문제점을 극복할 수 있다. 이러한 기존의 연구들에서는 상업적 의미가 다소 약한 chiral 1,2- epoxyhexane, chiral 1,2-epoxy-7-octene 등을 모델 화합물로 사용한 연구 결과들만을 보여주고 있어, 본 연구에서는 상업적으로 유용한 chiral styrene oxide를 제조하기 위하여 Aspergillus niger LK의 epoxide hydrolase 활성 기반의 비대칭 분할 시스템을 개발하고자 하였다.</p>