생리활성 물질은 대부분의 경우 비대칭 탄소를 포함하는 분자구조를 가지고 있어 다양한 광학이성질체를 형성한다. 본 연구에서는 광학활성 에폭사이드, 특히 고부가가치를 가진 phenyl oxirane의 생산 가능성을 평가하고자 하였다. 이를 위해 hollow-fiber 반응기를 사용하고, 라세믹 에폭사이드에 대한 입체선택적 가수분해능이 우수한 Rhodosporidium toruloides를 생촉매로 이용하여 고농도 기질로부터 광학활성 phenyl oxirane을 제조하는 실험을 수행하였다.
<h1>서 론</h1><p>생리활성 물질 대부분은 분자구조 내에 비대칭 탄소가 있어 여러 종류의 광학이성질체가 존재한다. 일반적으로 여러 가지 광학이성질체 중에서 특정 광학이성질체만이 원하는 생리활성을 보이며 나머지 이성질체들은 경우에 따라서는 섬각한 부작용을 줄 수도 있다. 따라서, 의약품 및 농약 등을 광학적으로 순수한 형태로 제조하는 것이 요구 되고 있으며, 이를 위해서는 합성 전구체로 사용되는 광학 활성 중간체 제조 기술 개발이 중요하다.</p><p>광학활성 중간체 중에 최근 많은 연구 대상이 되고 있는 광학활성 에폭사이드(chiral epoxide)는 광학활성 의약품, 농약 및 기능성 식품 합성용 중간체로 널리 사용될 수 있는 고부가가치 광학활성 중간체이다. 광학활성 에폭사이드는 화학적 비대칭합성(catalytic asymmetric synthesis)방법을 이용하여 제조할 수도 있으나, 입체선택성(enantioselectivity)이 우수한 monooxygenase, epoxide hydrolase 등의 생촉매를 사용하여 제조할 수도 있다. 특히, 라세믹 에폭사이드 기질의 각 광학이성질체에 대한 에폭사이드 가수분해효소 (epoxide hydrolase, EH)의 선택적 분해능 차이를 이용하여 단일 광학이성질체만을 제조하는 입체선택적 광학분할 기술을 이용한 광학활성 에폭사이드 생산에 대한 관심이 증대되고 있다. EH 등의 생촉매를 이용한 광학활성 중간체 생산기술은 asymmetric chemocatalysis 기술과 비교하여, 첫째로, 화학 키랄 촉매는 고가인 반면, epoxide hydrolase whole-cell 생촉매는 저비용으로 제조 가능하므로 가격 경쟁력이 우수하고, 둘째로, 유기합성 방법은 기질 특이성이 약해 고순도의 ee 값을 얻기 어려우나, EH의 경우 enantioselectivity가 우수하여 ee 값 \( 99 \% \) 이상 가능하고, 셋쩨로, 중금속 촉매를 사용하지 않고 수용액상에서 반응이 가능하므로 환경친화적 창정기술이다.</p><p>일반적으로 수용액에서의 생촉매 반응에서는 기질의 낮은 용해도로 인하여 최종 생산물의 농도가 낮아져 생산성 제고에 문제가 발생할 수 있다. 이 경우 수상/유기용매 2상계 시스템의 사용을 고려 할 수 있는데, 생촉매를 기반으로 한 2상계 반응 시스템에서는 유기용매층에 있는 소수성 기질이 반응과 동시에 소수성 성질의 산물이 유기용매 층으로 in-situ로 분리하는 경우 기질 및 산물저해를 예방할 수 있어 공정 효율을 증대시킬 수 있다. 또한, 유기용매 층에 있는 최종 산물은 단순한 distillation 등의 방법으로 고순도로 분리할 수 있어 경제성 향상에 도움이 될 수 있다. 그러나, 일반적으로 유기용매에서는 효소등의 생촉매 활성이 현저히 저하된다는 단점이 있으므로, 이러한 문제점을 극복하기 위하여 유기용매 및 수용액 두상을 막으로 구분 시켜줄 수 있는 hollow-fiber 막반응기를 이용할 수 있다. Hollow-fiber 반응기를 이용한 기존의 연구에서는 주로 상업적 의미가 약한 광학활성 1,2-epoxyhexane, 1,2-epoxy-7-octene 등의 aliphatic epoxide 기질을 모델 화합물로 사용한 언구 결과들이 주로 보고되었다. 따라서, 본 연구에서는 hollow-fiber 반응기에서 상업적으로 유용한 aromatic epoxide 중간체인 광학활성 phenyl oxirane을 생산 가능성을 평가하기 위하여, 라세믹 에폭사이드에 대한 입체선택적 가수분해능이 우수한 Rhodosporidium toruloides를 생촉매로 사용하여 고농도 기질로부터 광학활성 phenyl oxirane을 제조하고자 하였다.</p>