CN102099482A - 5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯的立体选择性酶水解方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯及其盐的制备方法。还公开了5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐和3-(氨基甲基)-5-甲基己酸的制备方法。还公开了以对映异构体富集或对映异构体纯形式的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸或(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸及其盐、以对映异构体富集或对映异构体纯形式的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯或(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯以及以外消旋化形式、对映异构体富集或对映异构体纯形式的化合物,即式(XIII)。

Description

5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯的立体选择性酶水解方法
发明领域
本发明涉及5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯的立体选择性酶水解方法。也公开了制备5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯以及制备5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐和3-(氨基甲基)-5-甲基己酸的方法。还公开了对映异构体富集形式或对映异构体纯形式的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸或(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸及其盐、对映异构体富集形式或对映异构体纯形式的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯或(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯以及下式的外消旋形式、对映异构体富集形式或对映异构体纯形式的化合物,即
Figure BDA0000044553050000011
发明背景
(S)-3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(普瑞巴林,化合物(I);图1)首次是在EP-A-641330中公开,并且目前以商标名
Figure BDA0000044553050000012
作为抗惊厥治疗药物销售。在EP-A-641330中描述了该化合物的合成路径。然而,该化合物公开的方法冗长(>10个步骤),效率低,且分别使用了引火的或昂贵的试剂,例如丁基锂和(+)-4-甲基-5-苯基-2-
Figure BDA0000044553050000013
唑烷酮,这限制了其在工业生产中的应用。
图1.普瑞巴林(I)的结构
在Hoekstra M.S.等人,Org.Proc.&Res.Dev.1997,1,26-38中描述了普瑞巴林的几种合成路径。两种特别有经济价值的方法在EP-A-828704和EP-A-830338中分别公开。在’704专利申请中,从异戊醛和氰基乙酸乙酯制备的3-异丁基戊二酸作为关键中间体,其经过对应的环酐转化为酰胺,该酰胺可以用对映异构体纯的苯乙胺作为拆分试剂按照常规方法进行拆分(流程1)。该酰胺进一步进行霍夫曼降解,得到(S)-普瑞巴林。该方法的改进及变通方法已在WO 2006/122255、WO 2006/122258、WO 2006/122259、WO 2006/136087、WO 2007/035789、WO 2007/035790和WO 2007/139933中公开。
Figure BDA0000044553050000022
流程1.按照EP-A-828704合成普瑞巴林(I)。
在EP-A-830338中,制备外消旋的3-(氨基甲基)-5-甲基己酸,并将该外消旋物用(S)-扁桃酸作为手性拆分试剂进行拆分。该外消旋的起始原料是从异戊醛和丙二酸二乙酯通过五个步骤制备的。最后外消旋物的拆分使得该合成方法昂贵且低效,因为在整个过程中不得不携带着不需要的异构体(流程2)。该方法的一种在氰基基团还原之前进行拆分的变通方法在WO2007/143152中公开。两种方法均具有例如合成过程冗长以及总产率低的缺点。
Figure BDA0000044553050000031
流程2.按照EP-A-830338合成普瑞巴林(I)。
在WO 2001/55090和WO 2005/087370中公开了在普瑞巴林合成途径中的中间体的不对称合成方法,包括使用基于膦的手性配体进行均质催化氢化。起始原料分三个步骤制备,其中包括使用作为危险试剂的一氧化碳和作为昂贵催化剂的Pd。
Figure BDA0000044553050000032
WO 2001/55090中的配体:WO 2005/087370中的配体:
流程3.按照WO 2001/55090和WO 2005/087370合成普瑞巴林(I)。
在WO 2006/110783中描述了使用还原-脱羧的策略将手性2-(3-甲基-1-硝基甲基-丁基)-丙二酸二烷基酯转化为普瑞巴林的方法。合成次序按照本领域已经应用在例如巴氯芬合成中的反应次序(Ooi,T.;Fujioka,S.;Maruoka,K.J.Am.Chem.Soc,2005,127,119-125)。
在WO 2006/122255和WO 2006/121557中描述了导致不含与合成方法相关的某些杂质的普瑞巴林的纯化方法。
全部上述方法均使用了手性助剂、催化剂或添加剂。此类化合物通常很难除去,并以不希望的量存在于终产物中。
在WO 2005/100580和WO 2006/00904中公开了两种含腈的普瑞巴林前体(化合物(II)和(III),图2)的酶动力学拆分方法。这两种描述普瑞巴林合成的路径具有使用氰化钾的缺点,由于安全因素使得在工业上对氰化钾的处理存在问题。在WO 2007/143113中描述了对四种底物((IV)和(V);R分别是H和Et)通过水解或酯化的酶动力学拆分方法。但是没有给出实验细节,例如选择性和产率。
Figure BDA0000044553050000041
图2.已经进行酶促拆分的化合物结构
在Andruszkiewicz,R.;Silverman,R.B.,Synthesis 1989,953-955中描述了外消旋的普瑞巴林的合成方法。该合成从(E)-5-甲基-己-2-烯酸乙酯开始,其通过硝基甲烷的共轭加成转化为5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯。该化合物经催化氢化、然后通过皂化作用转化为外消旋的普瑞巴林。
Figure BDA0000044553050000042
流程4.按照Andruszkiewicz等人的方法合成外消旋的普瑞巴林(I)。
最近,按照Andruszkiewicz等人所述方法制备5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯的酶水解方法已被报道(Felluga,F.等人Tetrahedron Asymmetry2008,19,945-955,于2008年5月6日在线出版)。所述方法中使用了特殊的酶,即Novozyme 435,获得对映异构体富集的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸和对映异构体富集的(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯。仅当转化率分别低于30%或高于60%时,才可以获得良好的选择性,因此显著地限制了产率。在制备普瑞巴林时,转化率必须控制在<30%才能获得所需质量的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸,其可以进一步转化为普瑞巴林。由于Nef型反应的出现,使得较高的转化率不可避免的导致副产物的形成。
尽管一些普瑞巴林的合成方法是可用的,然而非常需要在使用对环境友好的试剂、减少分离中间体数目以及提高总产率方面的进一步改良。其中特别令人感兴趣的是酶促方法,其可以使合成(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸的产率高于30%。此外,非常需要能够通过水解相应的(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯来合成(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯的酶。
另外,非常希望不使用手性助剂或手性添加剂(其可能成为终产物中的有害杂质)的方法。
发明简述
公开了5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯及其盐的制备方法。此外,公开了制备5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐和3-(氨基甲基)-5-甲基己酸的方法。还公开了以对映异构体富集或对映异构体纯形式的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸或(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸及其盐、以对映异构体富集或对映异构体纯形式的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯或(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯以及下式的外消旋形式、对映异构体富集或对映异构体纯形式的化合物,即
Figure BDA0000044553050000051
发明详述
5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的立体选择性酶水解可以通过将外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)
Figure BDA0000044553050000061
与酶接触,得到5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的(S)-或(R)-对映异构体以及具有其它立体构型的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐。
在上式中,R1可以是烷基、芳基或芳基烷基基团。“烷基”基团可以是单价饱和烃基,其可以是直链或者支链的,或者可以包含环基。优选地,R1是直链或者支链的。尽管所述烷基可以在其碳骨架上任选地包含一个或多个杂原子N、O、S,但不是优选的。所述烷基可以任选地被取代,例如被卤素、羟基、C1-6-烷氧基或C1-10-芳基基团取代。烷基基团优选的实例是具有1-8个碳原子的烃基,例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、环戊基和环己基。
“芳基”基团可以是单价芳香烃,其可以在环上任选地包含一个或多个杂原子N、O或S。所述芳基基团可以任选地被取代,例如被卤素、羟基、C1-6-烷氧基基团取代。优选地,所述芳基基团具有6-10个碳原子。芳基基团优选的实例是苯基、萘基和菲基基团。
“芳基烷基”基团是由共价键连接的芳基和烷基构成的基团,其中所述烷基基团与分子的剩余部分连接。所述芳基烷基基团的芳基和烷基部分如上文所定义。优选地,所述芳基烷基基团是苄基或取代的苄基,如C1-4烷基-苄基。
上文提到的R1基团,特别优选是乙基。
在立体选择性酶水解反应中,将外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)与酶接触。反应产物根据所选择的酶而不同。
在一种方法中,所述外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)可以转化为(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯S-(VIII)和(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐R-(IX)的混合物。
Figure BDA0000044553050000071
在另一种方法中,外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)可以转化为(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯R-(VIII)和(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐S-(IX)的混合物。
所述盐的阳离子M+可以是任何合适的阳离子,例如碱或碱土阳离子。其通常将由进行反应所处的条件来决定,特别是与通常所使用的碱的阳离子相对应。
可以使用多种筛选方法来确定适用于外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的立体选择性酶水解的酶。可以通过筛选可获得的酶来确定合适的酶,例如使用高通量筛选技术或者通过使用富集分离技术。在这些富集分离技术中,可以向限碳或限氮的培养基中添加富集底物,其通常是外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)。合适的微生物可以通过类似的技术进行鉴定,其中对它们在含有富集底物的培养基上生长的能力进行评价。在该预筛选的步骤后,得到最佳结果的微生物可以通过分别将这些微生物的悬浮液与外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)接触,并测定哪些微生物提供了预期反应底物(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯S-(VIII)和(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐R-(IX)或(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯R-(VIII)和(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐S-(IX)的最佳产率来鉴定。
已经发现有效的所述酶和微生物的特性可以通过酶工程进一步提高。例如,酶工程可以用于提高反应速率、产率和反应的选择性,特别是对映体选择性。此外,酶工程可以用于拓宽可使用的酶的pH和温度范围以及酶对于某些溶剂的耐受性。可以使用的酶工程技术包括理论设计方法,例如定点诱变和体外定向进化技术。该技术在例如K.M.Koeller和C-H.Wong,″Enzymes for chemical synthesis″,Nature,409:232-240及其中所引述的参考文献中有描述,其引入本文作为参考。
所述酶可以以粗的溶胞产物形式或以纯的形式使用。或者,所述酶可以是完整的微生物细胞、透化处理的微生物细胞、微生物细胞提取物、部分纯化的酶、纯化的酶等形式。优选地,所用的酶是以粗的溶胞产物或冷冻干燥物形式使用。
或者,所述酶可以是固化的并以此使用。固化技术是本领域技术人员公知的。有用的固体载体包括,例如聚合物基质如海藻酸钙、聚丙烯酰胺、
Figure BDA0000044553050000081
及其它聚合材料,以及无机基质如硅藻土
Figure BDA0000044553050000082
。固化技术是有利的,因为酶和产物可以容易地分离。此外,固化的酶可以再循环并重复使用,使得该方法更加经济。在本发明中还可以使用其它技术例如交联的酶聚集物(CLEA)或交联的酶晶体(CLEC)。
已经发现某些酶适用于本发明,包括脂肪酶和酯酶。合适的酶包括如ENZYME数据库(Bairoch A.The ENZYME database in 2000;NucleicAcids Res 28:304-305(2000);也参见http://us.expasy.org/enzyme/)中第3组所定义的水解酶。优选的酶是已知作用于酯键上的水解酶(ENZYME数据库的3.1亚组)。在该亚组中,优选被描述为酯酶和脂肪酶的酶。合适酶的实例包括来自南极假丝酵母(Candida antarctica)的脂肪酶B、来自猪肝脏的酯酶、来自南极假丝酵母的脂肪酶C、来自南极假丝酵母的脂肪酶A以及来自猪肝脏的酯酶(ICR-123,BioCatalytics/Codexis)。在外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)向5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)转化的立体选择性酶水解反应中,这些酶都能获得超过50%的转化率。这些酶可以从Sigma-Aldrich(St.Louis,MO)、Fluka(Buchs,瑞士)、Amano(Nagoya,日本)、Novo Nordisk(Bagsvaerd,丹麦)或者从Graz科技大学获得。使用这些酶,在转化率为50%时,5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的剩余对映异构体的对映体过量低于80%ee。
此外,来自唐菖蒲伯克霍尔德菌(Burkholderia gladioli)的酯酶EstB(Wagner,U.G.;Petersen,E.I.;Schwab,H.Prot.Sci.2002,11,467-478)和来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstC(Reiter,B.;Glieder,A.;Talker,D.;Schwab,H.Appl.Microbiol.Biotechnol.2000,54,778-785)也是合适的。来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstB优先水解5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯的(R)-对映异构体R-(VIII),而来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC优先水解5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的(S)-对映异构体。这些酯酶由奥地利的Graz科技大学提供。
来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstB和EstC可以在大肠杆菌中使用标准的克隆和表达方法进行重组表达。通过离心发酵液分离所得的细胞沉淀。细胞可以通过匀浆或其它技术破裂。匀浆的细胞可以使用絮凝剂例如来自BTC(BASF集团)的做进一步后处理。此外,该粗的溶胞产物可以使用超滤方法浓缩至浓缩因子为5-25之间。该浓缩的溶胞产物可以以冻干形式使用,或者以任何固化形式使用。
所述酯酶的下游过程可以使用酯酶的标准底物对-硝基苯基乙酸酯来进行跟踪。酯酶催化对-硝基苯基乙酸酯水解为对-硝基苯酚和乙酸。在该项试验中,通过检测对-硝基苯酚的吸光度(黄色,404nm)随时间的升高来确定酶的活性。
在各种情况下,在转化率为50%时剩余的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)或形成的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)的对映体过量(ee)均高于80%。根据反应条件(转化率、温度、pH),剩余的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的ee值可以达到最多99%。
为了本文的目的,术语“对映异构体纯”的含义是R/S或S/R的对映异构体比例超过97.5/2.5,其对应于ee值>95%。
为了本文的目的,术语“对映异构体富集”的含义是R/S或S/R的对映异构体比例超过75/25,其对应于ee值>50%。
适合进行立体选择性酶水解反应的任何条件都可以使用。这些条件通常取决于所选择的酶。优选地,所述反应在以下条件下进行,其中剩余的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的对映异构体的ee值或者所形成的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)的ee值是50%或更多,更优选80%或更多,最优选90%或更多。
所述立体选择性酶水解反应可以在水性系统例如溶液、混悬液或乳液中进行。该反应混合物可以包含一相或多相,例如两相或三相系统。该两相或三相系统的实例在WO 2006/000904中第30页,14-33行有描述。
在一项优选的实施方案中该反应是在水性溶剂例如水或者水和可与其混溶的有机溶剂如乙醇的混合物中进行。优选地,该水性溶剂是水。由于5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)仅稍溶于水,因此该反应系统通常是非均质的。
令人吃惊地发现,5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的酶水解反应的立体选择性可以通过在本发明的水性系统中使用甲醇作为助溶剂来得到有利地提升。使用来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酶EstC进行的酶水解反应在甲醇的存在下发现5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)酶水解反应的立体选择性表现出意想不到的升高,且使得5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的对映异构体过量(ee)达到98%;参见实施例8b。在没有甲醇时进行的酶水解反应使得对映异构体过量(ee)为约88%或更低;参见例如实施例8a。
因此,在另一项优选的实施方案中,该立体选择性酶水解反应在包含甲醇的水性系统中进行。优选地,该水性系统是水溶液。优选地,甲醇在所述水性系统中的浓度为约0.01%至约5%[v/v],更加优选浓度为约1%至约3,5%[v/v],甚至更加优选浓度为约1.5%至约2.5%[v/v],且最优选浓度为约2.5%[v/v]。优选地,该立体选择性酶水解反应在水和甲醇的缓冲混合物中进行。
在一项更优选的实施方案中,本发明中与甲醇组合使用的酶是来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstC,或者是包含至少与来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC的氨基酸序列有50%同一性的氨基酸序列的酯酶,优选其具有至少60%同一性,更加优选具有至少70%同一性,甚至更加优选具有至少<75%同一性,甚至更加优选具有至少80%同一性,更加优选具有至少90%同一性,更加优选具有至少95%同一性,甚至更加优选具有至少97%同一性,甚至更加优选具有至少99%同一性,且最优选具有与来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC的氨基酸序列完全相同的同一性。
本文所指的氨基酸序列同一性通过两个序列之间的相同程度来确定,表明第一个序列与第二个序列之间的偏差。该同一性可以使用本领域的计算机程序例如在GCG程序包(Program Manual for the Wisconsin Package,第8版,1994年8月,Genetics Computer Group,575 Science Drive,Madison,Wisconsin,USA 53711)中提供的GAP来合适地确定(Needleman,S.B.和Wunsch,C.D.,(1970),Journal of Molecular Biology,48,443-453。使用GAP用以下设置进行多肽序列比对:GAP creation penalty为3.0,GAP extension penalty为0.1,本发明的酯酶氨基酸序列的成熟部分具有与来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC的氨基酸序列至少50%同一性,优选与来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC氨基酸序列的成熟部分的1-298位(BASBPN编号)有至少60%同一性,更加优选至少70%同一性,甚至更加优选至少<75%同一性,甚至更加优选至少80%同一性,更加优选至少90%同一性,甚至更加优选至少95%同一性,甚至更加优选至少97%同一性,甚至更加优选99%同一性。因此,所述同一性将由相同残基的数目除以298来定义。
本发明涉及手性酯(其为来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC的底物)在甲醇存在下的立体选择性酶水解方法,其中该手性酯在接近羰基基团的酸部分具有手性或前手性中心。优选地,该手性中心位于羰基碳的α、β或γ位,更加优选在α或β位。该手性酯的酸部分可以是直链或支链的C3-15烷基,其任选地被一个或多个-CN、-卤素、-NO2、-N3、-OH、-SH、-NH2、-NHR、-NR2、-OR或-SR取代,其中R是C1-6烷基或C1-6烷酰基;C6-10芳基或取代的芳基,包含一个或多个杂原子的饱和或不饱和的杂芳基或取代的杂芳基。
醇部分ROH可以选自R=C1-6直链或支链烷基;优选选自MeOH、EtOH、2-丙醇或丁醇;或C1-10芳基或取代的芳基。
手性酯在甲醇存在下进行的立体选择性酶水解反应可以使用来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC,或者包含与来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC的氨基酸序列具有至少50%同一性的氨基酸序列的酯酶,优选具有至少60%同一性,更加优选具有至少70%同一性,甚至更加优选具有至少<75%同一性,甚至更加优选具有至少80%同一性,更加优选具有至少90%同一性,甚至更加优选具有至少95%同一性,甚至更加优选具有至少97%同一性,甚至更加优选具有至少99%同一性,且最优选具有与来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC的氨基酸序列完全相同的同一性。
手性酯在甲醇存在下进行的立体选择性酶水解可以在如本文所述的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯的立体选择性酶水解方法的任何条件下进行。
所述立体选择性酶水解可以在任何适合的pH值下进行。优选地,所选择的pH在从约5至约11范围内,更加优选从约6至约9.5。该pH可以例如通过加入碱,例如无机或有机碱进行调整。有机碱的实例是三乙胺、二异丙基乙基胺、三辛基胺。优选地,加入无机碱例如铵、碱或碱土的氢氧化物(例如NH4OH、NaOH、KOH、LiOH)或铵、碱或碱土的碳酸盐(例如Na2CO3、K2CO3或Li2CO3)。所述碱可以以溶液形式加入,优选以水溶液的形式。该溶液的浓度可以从饱和到高度稀释(例如约0.01M)。优选地,所述碱的浓度是从约5M至约10M的范围。
如果需要,所述反应介质的pH可以是缓冲的。适合的缓冲剂包括铵、碱或碱土磷酸盐(例如磷酸铵、磷酸钾和磷酸钠)或铵、碱或碱土乙酸盐(例如乙酸铵和乙酸钙)或其它具有约5至约10的pKa的缓冲剂。
可以进行立体选择性酶水解的温度可以在宽的范围内不等。例如,所述温度可以在从约0℃至约70℃之间的范围。在一项优选的实施方案中,该反应温度是从约5℃至约30℃。
为了获得所需对映异构体的高对映异构体过量,可以优选地在达到某一转化率后停止反应。如果反应进行完全,那么得到对应的外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)。最适合的转化的量取决于所选择的酶,并且可以由本领域技术人员确定。
如果使用来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstB,该反应优选地在转化率约50%至约70%时停止。更加优选地,该反应在转化率约50%至约55%时停止。该反应可以通过加入有机溶剂来停止。可以优选地加入水不混溶的有机溶剂如乙酸乙酯。该反应还可以通过本领域技术人员已知的标准方法来停止,例如升温、加入酸或碱等。
如果使用来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstC,该反应优选地在转化率约40%至约50%时停止。更加优选地,该反应在转化率约45%至约50%时停止。该反应可以通过加入有机溶剂来停止。优选地加入水不混溶的有机溶剂如乙酸乙酯。
如果使用南极假丝酵母B,该反应优选地在转化率约40%至约50%时停止。更加优选地,该反应在转化率约45%至约50%时停止。该反应可以通过加入有机溶剂来停止。优选地加入水不混溶的有机溶剂如乙酸乙酯。优选地,其pH应高于7.4。
转化的量可以通过任何合适的方法进行确定,例如通过检测所消耗的碱的量或者通过HPLC检测。
在立体选择性酶水解之后或者过程中,未反应的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的对映异构体(例如(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯S-(VIII))和所得的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)的对映异构体(例如(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐R-(IX))可以使用本领域技术人员已知的技术进行分离。例如,未反应的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的对映异构体可以通过用不与水混溶的有机溶剂例如乙酸乙酯或庚烷,从反应混合物中一次或多次萃取除去,从而使所得的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)的对映异构体保留在水层中。
任选地,不需要的对映异构体(例如在普瑞巴林情况下的R对映异构体)可以进行外消旋化过程,并再循环至立体选择性酶水解过程中。
虽然立体选择性酶水解可以在许多方法中使用,其特别适合于制备对映异构体富集或对映异构体纯的3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(I),特别是普瑞巴林。
流程5显示了制备(S)-3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(I)的完整反应流程,其中使用了所述的立体选择性酶水解(反应(g))。如该反应流程中所示,起始原料外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯rac-(VIII)可以通过多种合成途径制备。此外,所述反应的终产物,即所需的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的对映异构体,可以使用多种合成途径处理为所需的3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(I)的对映异构体。这些反应将在下文进行描述,其作为举例说明而并非排他性的。为了简明起见,所述反应是基于两种对映异构体实施方案之一。然而,很明显该反应流程还可以应用于另一对映异构体。此外,尽管所有中间体都在流程5中显示,但很明显它们并不是全部都需要在下一步反应前进行分离的。
Figure BDA0000044553050000141
流程5如本申请所讨论的使用(R)-选择性酶的反应概况
Figure BDA0000044553050000142
流程6.如本申请所讨论的使用(S)-选择性酶的反应概况
流程5和流程6所示的方法快速、经济且简洁,能够提供高产率和高旋光纯度的普瑞巴林。优选的方法包括步骤a)和b),获得化合物VIII。优选的用于制备化合物I的方法分别包括连续进行的反应g)、h)、i)或g)、j)、k)的步骤。
另一项优点是对映异构体的较早分离。在现有技术中的方法例如那些在WO 2008/007145或US-A-5,637,767中所述的方法,对映异构体的分离发生在外消旋的普瑞巴林阶段。本发明的一项主要优点是在最后步骤仅需要一半量的昂贵的过渡金属催化剂,因为不需要的对映异构体在较早阶段已被分离,因此不用进行还原。
本方法的一项优点是制备所需的3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(I)的对映异构体时不需要手性助剂。此类助剂在终产物中产生杂质。
为了本文的目的,认为包含约50∶50比例的两种可能的对映异构体的化合物是外消旋的。如果包含约90%或更多的只有一种对映异构体时,认为其是“基本上对映异构体纯”或“对映异构体富集”的化合物。
为了本文的目的,如果一种对映异构体的含量是约95%或更多,优选约98%或更多,更加优选约99%或更多时,认为该化合物是“对映异构体纯”的。
为了本文的目的,如果各杂质以约3%或更少,优选约1%或更少,更加优选约0.1%或更少的量存在时,认为该化合物是“基本上不含”杂质的。
反应(a)
Figure BDA0000044553050000151
在反应(a)中,3-甲基丁醛(VI)转化为5-甲基-己-2-烯酸酯(VII)。在式(VII)中的波状线代表双键可以是顺式或者反式取向。该反应可以选择多种合成路径。
在一种方法中,可以将3-甲基丁醛(VI)进行Wittig-Horner反应。该类型的一项特定的反应是最近的专利申请WO 2003/062185中的主要内容,其合并入本文作为参考。根据该专利申请,3-甲基丁醛(VI)与适合的磷酸酯(RO)2P(=O)-CH2-COOR1(其中R是脂肪族C1-3基团且R1如上文所定义)的Wittig-Horner反应是在水中、在特定温度下在碱金属碳酸盐的存在下进行。该方法所得的产率是约90%。在WO 2003/062185中描述了该方法的缺点,其使用了昂贵的磷酸酯作为C2-合成子。
在可选择的且优选的实施方案中,3-甲基丁醛(VI)可以与丙二酸单烷基酯HOOC-CH2-COOR1反应,得到5-甲基-己-2-烯酸酯(VII)。
该反应可以在有溶剂或优选在没有溶剂的情况下进行。如果需要,可加入催化量的一种或多种碱。例如,可以催化量使用哌啶作为第一种碱(例如,相对于1当量的醛VI<0.05当量),且可以相对于1当量醛VI约1.0至约5.0当量的吡啶作为第二种碱。该反应通常在50-100℃下进行。也可用于本发明的该转化的其它条件在Gazz.Chim.Ital.1953,83,1043-1045;或者J.Am.Chem.Soc.1948,70,2601;或者Tetrahedron 2006,62,476-482中描述。
可以分离出5-甲基-己-2-烯酸酯(VII),或者不经纯化就进一步处理。优选地,5-甲基-己-2-烯酸酯(VII)在转化为5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)之前先用酸萃取纯化。
反应(b)
Figure BDA0000044553050000161
在该反应中,R1如上文所定义。可以通过加入硝基甲烷将5-甲基-己-2-烯酸酯(VII)转化为5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)。优选地使用相对于1当量5-甲基-己-2-烯酸酯(VII)的约1至约5当量的硝基甲烷CH3NO2,最优选约1.5至约2.5当量的硝基甲烷。
反应(b)可以在有溶剂或优选在没有溶剂的情况下进行。如果使用溶剂,其可以选自任何质子或非质子有机溶剂。优选的有机溶剂是CH2Cl2、乙腈、乙醇、甲醇或四氢呋喃。
反应(b)可以在多种温度下进行,例如在约0℃至约100℃;优选在约40℃至约60℃的温度下进行。
如果需要,反应(b)可以任选地在碱的存在下进行。任何合适的碱都可以使用,只要其可以使硝基甲基基团的酸性质子去质子化。该碱可以是有机碱例如三烷基胺(其中所述烷基基团优选具有1-4个碳原子)、醇盐(例如甲醇钠或叔丁醇钠),强有机碱例如1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一-7-烯(DBU)或者N,N,N′,N′-四甲基胍(TMG),或者无机碱例如铵、碱或碱土碳酸盐、铵、碱或碱土氢氧化物或者铵、碱或碱土碳酸氢盐。优选地,该转化在强碱存在下进行,例如1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一-7-烯(DBU)或者N,N,N′,N′-四甲基胍(TMG)。该碱的量没有特别限制。然而,其通常以亚化学计量的量加入。例如使用相对于1当量的5-甲基-己-2-烯酸酯(VII)约0.1至约0.5当量的碱。
在反应(b)中,通常所得的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的产率是高于约80%,更加通常得到的产率是高于约90%。
反应(c)
Figure BDA0000044553050000171
通过与丙二酸二烷基酯R1OOC-CH2-COOR2进行Knoevenagel缩合反应,3-甲基丁醛(VI)可以转化为2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二酯(XI)。在该反应中,R1和R2可以相同或者不同,且可以具有上文R1所给出的含义。优选地,反应(c)是在碱例如二正丙基胺的存在下进行。优选地,相对于1当量的3-甲基丁醛(VI)使用化学计量的或者轻微过量的丙二酸二烷基酯(约1.0至约1.5当量)。还优选使用相对于1当量的3-甲基丁醛(VI)的化学计量的或亚化学计量的量的胺(约1当量或更少)。2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二酯(XI)的合成使用了如EP-A-830338中所述的Knoevenagel缩合反应。
如果需要,所得的2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二酯(XI)在进一步反应之前可以通过本领域技术人员已知的方法进行纯化。但2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二酯(XI)优选不经纯化就进行进一步处理。
反应(d)
Figure BDA0000044553050000181
在该反应中,R1和R2如上文所定义。
2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二酯(XI)可以通过脱羧反应生成5-甲基-己-2-烯酸酯(VII)。该脱羧反应优选地在约100℃至约180℃的温度范围内在适合的极性非质子溶剂(如DMSO或NMP)中进行。任选地,为了加速脱羧反应,可以加入盐(例如NaCl或LiCl)。其它反应条件例如不同的温度、溶剂或添加剂也可以使用。使用其它底物的此类条件的实例在Tetrahedron1990,46,3929-3940中描述。
反应(e)
Figure BDA0000044553050000182
在该反应中,R1和R2如上文所定义。
通过加入硝基甲烷,2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二酯(XI)可以转化为2-(3-甲基-1-硝基甲基-丁基)-丙二酸二酯(XII)。
优选地,相对于1当量的2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二酯(XI)使用约1至约5当量的硝基甲烷CH3NO2,更加优选约1.5至约2.5当量的硝基甲烷。
反应(e)可以在有溶剂或者更优选没有溶剂的情况下进行。如果使用溶剂,其可以选自任何质子或非质子有机溶剂。优选的有机溶剂是CH2Cl2、乙腈、乙醇、甲醇或四氢呋喃。
反应(e)可以在多种温度下进行,例如在约0℃至约100℃;优选在约40℃至约60℃的温度下进行。
反应(e)可以任选地在碱的存在下进行。任何合适的碱都可以使用,只要其可以使硝基甲烷的酸性质子去质子化。该碱可以是有机碱例如三烷基胺(其中所述烷基基团优选具有1-4个碳原子)、醇盐(例如甲醇钠或叔丁醇钠),强有机碱例如1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一-7-烯(DBU)或者N,N,N′,N′-四甲基胍(TMG),或者无机碱例如铵、碱或碱土碳酸盐、铵、碱或碱土氢氧化物或者铵、碱或碱土碳酸氢盐。优选地,该转化是在强碱的存在下进行,例如1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一-7-烯(DBU)或者N,N,N′,N′-四甲基胍(TMG)。该碱的量没有特别限制。然而,其通常以亚化学计量的量加入。例如使用相对于1当量的2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二酯(XI)约0.1至约0.5当量的碱。
也可以用于反应(e)中的加入硝基甲烷的通常条件在J.Am.Chem.Soc.1950,72,2537-2542;Synthesis 1972,44-45;J.Med.Chem.1993,36,1041-1047;或Chem.Pharm.Bull.1995,43,1125-1131中描述。
反应(e)的产率通常高于约90%,优选高于约95%。
反应(f)
Figure BDA0000044553050000191
在该反应中R1和R2如上文所定义。
2-(3-甲基-1-硝基甲基-丁基)-丙二酸二酯(XII)可以通过脱羧反应生成5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)。该脱羧反应优选地在约100℃至约200℃的温度范围内,在适合的极性非质子溶剂如DMSO或DMF中进行。任选地,为了提高产率,可以加入盐如NaCl。该反应在例如WO 2006/110783中描述。
反应(g)
反应(g)是如上所述用于立体选择性酶水解的一种方法。然而,应当理解,反应(g)可以同等地应用于其它对映异构体。
在立体选择性酶水解反应中,将外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)与酶接触。反应产物将根据所选择的酶而不同。
在一种方法中,外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)是使用如上文所述的反应a)和b)来制备。
在一种方法中,外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)转化为(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯S-(VIII)和(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐R-(IX)的混合物。
在一种方法中,外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)通过在pH8-14下的酶水解转化为(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯S-(VIII)和(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐R-(IX)的混合物。
Figure BDA0000044553050000201
在一种方法中,外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)转化为(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯R-(VIII)和(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐S-(IX)的混合物。
所述盐的阳离子M+可以是任何适合的阳离子,例如碱或碱土金属阳离子。其通常由进行反应所处的条件来确定,特别是对应于经常使用的碱的阳离子。
所用的酶可以是粗的溶胞产物形式或纯化形式。或者,所述酶可以是完整微生物细胞、透化处理的微生物细胞、微生物细胞提取物、部分纯化的酶、纯化的酶等形式。优选地,该酶是以粗的溶胞产物或冷冻干燥物形式使用。
或者,可以将该酶固化并以此使用。固化技术是本领域技术人员已知的。有用的固体载体包括,例如聚合物材料如海藻酸钙、聚丙烯酰胺、
Figure BDA0000044553050000211
,及其它聚合材料,以及无机基质,例如
Figure BDA0000044553050000212
。固化技术是有利的,因为酶和产物可以容易地分离。此外,固化的酶可以再循环并重复使用,使得该方法更加经济。其他技术例如交联的酶聚集物(CLEA)或交联的酶晶体(CLEC)也可应用于本发明。
在各种情况下,在转化率为50%时剩余的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)或形成的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)的对映异构体过量(ee)大于80%。根据反应条件(转化率、温度、pH),5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的ee值可以达到最多99%。
进行立体选择性酶水解反应的条件通常取决于所选择的酶。优选地,该反应是在使剩余的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的ee值或形成的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)的ee值是50%或更多,更加优选80%或更多,最优选90%或更多的条件下进行。
该立体选择性酶水解反应可以在水性系统例如溶液、混悬液或乳液中进行。该反应混合物可以包含单相或多相,例如是二或三相系统。该二或三相系统的实例在WO 2006/000904中第30页第14-33行描述。
在优选的方法中,该反应在水性溶剂中进行,例如水或水和可与其混溶的有机溶剂如乙醇的混合物。优选地,该水性溶剂是水。因为5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)仅稍溶于水,因此该反应系统通常是非均质的。
如上文所述,使用甲醇作为本发明水性系统中的助溶剂可以有利地增强5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的酶水解反应的立体选择性。
因此,在另一项优选的实施方案中,所述立体选择性酶水解反应是在包含甲醇的水性系统中进行。优选地,该水性系统是水溶液。优选地,包含在水性系统中的甲醇的浓度是约0.01%至约5%[v/v],优选浓度是约1%至约3.5%[v/v],更加优选浓度是约1.5%至约2.5%[v/v],且最优选浓度是约2.5%[v/v]。优选地,该立体选择性酶水解反应是在水和甲醇的缓冲混合物中进行。
在一项更加优选的实施方案中,根据本发明与甲醇组合使用的酶是来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstC,或者包含与来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC至少50%同一性的氨基酸序列的酯酶,优选至少60%同一性,更加优选至少70%同一性,甚至更加优选至少<75%同一性,甚至更加优选至少80%同一性,更加优选至少90%同一性,甚至更加优选至少95%同一性,甚至更加优选至少97%同一性,甚至更加优选至少99%同一性,且最优选具有与来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC的氨基酸序列完全相同的同一性的酯酶。
上文所指的氨基酸序列同一性通过两个序列之间的相同程度来确定,表明第一个序列与第二个序列之间的偏差。该同一性可以使用本领域的计算机程序例如在GCG程序包(Program Manual for the Wisconsin Package,第8版,1994年8月,Genetics Computer Group,575 Science Drive,Madison,Wisconsin,USA 53711)中提供的GAP来合适地确定(Needleman,S.B.和Wunsch,C.D.,(1970),Journal of Molecular Biology,48,443-453。使用GAP用以下设置进行多肽序列比对:GAP creation penalty为3.0,GAP extension penalty为0.1,本发明的酯酶氨基酸序列的成熟部分显示与来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC的氨基酸序列至少50%的同一性,优选与来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC氨基酸序列的成熟部分的1-298位(BASBPN编号)有至少60%同一性,更加优选至少70%同一性,甚至更加优选至少<75%同一性,甚至更加优选至少80%同一性,更加优选至少90%同一性,甚至更加优选至少95%同一性,甚至更加优选至少97%同一性,甚至更加优选99%同一性。因此,所述同一性将由相同残基的数目除以298来定义。
所述立体选择性酶水解可以在任何适合的pH值下进行。优选地,所选择的pH在从约5至约11范围内,更加优选从约6至约9.5。该pH可以例如通过加入碱,例如无机或有机碱进行调整。有机碱的实例是三乙胺、二异丙基乙基胺、三辛基胺。优选地,加入无机碱例如铵、碱或碱土氢氧化物(例如NH4OH、NaOH、KOH、LiOH)或铵、碱或碱土碳酸盐(例如Na2CO3、K2CO3或Li2CO3)。所述碱可以以溶液形式加入,优选以水溶液的形式。该溶液的浓度可以从饱和到高度稀释(例如约0.01M)。优选地,所述碱的浓度是从约5M至约10M的范围。
如果需要,所述反应介质的pH可以是缓冲的。适合的缓冲剂包括铵、碱或碱土磷酸盐(例如磷酸铵、磷酸钾和磷酸钠)或铵、碱或碱土乙酸盐(例如乙酸铵和乙酸钙)或其它具有约5至约10的pKa的缓冲剂。
可以进行立体选择性酶水解的温度可以在宽的范围内变化。例如,所述温度可以在从约0℃至约70℃之间的范围。在一项优选的实施方案中,该反应温度是从约5℃至约30℃。
为了获得所需对映异构体的高对映异构体过量,可以优选在达到某一转化率后停止反应。如果反应进行完全,那么得到对应的外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)。最适合的转化的量取决于所选择的酶,并且可以由本领域技术人员确定。
如果使用来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstB,该反应优选地在转化率约50%至约60%时停止。更加优选地,该反应在转化率约50%至约55%时停止。该反应可以通过加入有机溶剂来停止。可以优选地加入水不混溶的有机溶剂如乙酸乙酯。该反应还可以通过本领域技术人员已知的标准方法来停止,例如升温、加入酸或碱等。
如果使用来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstC,该反应优选地在转化率约40%至约50%时停止。更加优选地,该反应在转化率约45%至约50%时停止。该反应可以通过加入有机溶剂来停止。优选地加入水不混溶的有机溶剂如乙酸乙酯。
如果使用南极假丝酵母B,该反应优选地在转化率约40%至约50%时停止。更加优选地,该反应在转化率约45%至约50%时停止。该反应可以通过加入有机溶剂来停止。优选地加入水不混溶的有机溶剂如乙酸乙酯。优选地,其pH应高于7.4。
转化的量可以通过适合的方法进行确定,例如通过检测所消耗的碱的量或者通过HPLC检测。
在立体选择性酶水解之后或者过程中,未反应的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的对映异构体(例如(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯S-(VIII))和所得的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)的对映异构体(例如(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐R-(IX))可以进行分离。例如,未反应的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的对映异构体可以用不与水混溶的有机溶剂,例如乙酸乙酯或庚烷,从反应混合物中一次或多次萃取除去,从而使所得的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)的对映异构体保留在水层中。
任选地,不需要的对映异构体(例如在普瑞巴林的情况下的R对映异构体)可以进行外消旋化过程,并再循环至立体选择性酶水解过程中。
虽然立体选择性酶水解可以在许多方法中使用,但其特别适合于制备对映异构体富集或对映异构体纯的3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(I),特别是普瑞巴林。
反应(h)
反应(h)公开了有关(S)-对映异构体的反应。然而,应当理解全部的解释说明同样应用于(R)-对映异构体。
Figure BDA0000044553050000241
在该反应中R1和R2如上文所定义。所述盐的阳离子M+可以是任何合适的阳离子,例如碱或碱土金属阳离子。其通常将由进行反应所处的条件来决定并且特别是与通常所使用的碱的阳离子相对应。
(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯S-(VIII)可以通过碱水解生成对应的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐S-(IX)。该反应可以使用例如碱的水溶液来进行。适合于此目的的碱包括例如碱或碱土氢氧化物、碱或碱土碳酸盐以及碱或碱土氧化物。该碱通常以过量于(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯S-(VIII)的量使用,优选该碱的量是相对于1当量的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯S-(VIII)为约2当量至约4当量,更加优选2当量至约2.2当量。
该反应可以在任何适合的温度下进行。例如,其可以是在约0℃至约50℃的范围,更加优选在约20℃至约30℃的范围。如果该温度低于约20℃,该反应速率降低。
反应(h)的产率通常是约90%或更高。
所得的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐S-(IX)可以例如通过除去溶剂并结晶进行分离,或者不分离就进行下一步处理。优选地,(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐S-(IX)不预先分离就直接反应得到(S)-3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(I)。或者,在反应(i)之前,可以用与水不混溶的溶剂洗涤(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)水溶液,以除去非极性杂质。
游离酸形式的5-甲基-3-硝基甲基-己酸容易发生不可逆的重排,得到式(XIII)化合物。如果使用相应的盐5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX),则不会发生该重排。
Figure BDA0000044553050000251
该副产物的形成降低了该反应的产率。在反应(h)过程中,为了抑制化合物(XIII)的形成,pH一般应保持在约8至约14的范围内,优选在约9至约10的范围。
通过将pH值控制在上述的范围,可以得到基本上不含化合物(XIII)的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX),其可以进一步转化为基本上不含化合物(XIII)的(S)-3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(I)。
反应(i)
反应(i)公开了有关(S)-对映异构体的反应。然而,应当理解全部的解释说明同样应用于(R)-对映异构体。
Figure BDA0000044553050000261
在该反应中,M如上文所定义。
可以通过任何合适方法将(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐S-(IX)还原为(S)-3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(I)(普瑞巴林)。可能的方法的实例包括但不限于在以下条件下催化氢化:使用氢气在适合的过渡金属催化剂例如Pt、PtO2、Pd、Rh、Ru、Ni或兰尼镍的存在下进行,所述催化剂任选地在固体载体例如碳、硅石或碳酸钙上;在酸的存在下使用Zn、Sn或Fe;复合氢化物例如LiAlH4、AlH3/AlCl3、NaBH4或NaBH4与盐组合;或者使用氢供体例如甲酸或其盐、肼、1,4-环己二烯、环己烯、顺式萘烷或硅烷,在如上文所定义的过渡金属催化剂的存在下进行催化转移氢化;或者硫化物例如NaHS、Na2S、(NH4)2S或多硫化物进行。优选地,使用氢气和兰尼镍作为催化剂进行该还原反应。
在反应(i)过程中,为了避免形成不需要的副产物(XIII),也应当将pH保持在约8至约14的范围内,优选在约9至约14的范围内。
化学反应的产物混合物很少是具有足够满足药物标准的纯度的单一化合物。大多数情况下,反应的副产物及次要产物和反应中所用的附加试剂也将存在于产物混合物中。在处理API(例如(S)-普瑞巴林)的某些阶段,必须分析反应产物的纯度,通常情况下通过HPLC或TLC分析,来评价继续处理并最终用于药物产品的适合性。所述API不需要绝对纯,因为绝对纯是理论目标,通常是无法实现的。不过,为了保证API尽可能地不含杂质,制定了纯度标准,并因此尽可能在临床使用中安全。如上文所讨论,国家指南要求一些杂质的量限制在低于0.1%。
使用上述方法,存在于API中的次要产物例如化合物X超出0.1%。
反应(j)
反应(j)公开了关于(S)-对映异构体的反应。然而,应当理解,全部的解释说明同样应用于(R)-对映异构体。
Figure BDA0000044553050000271
在反应(j)中,R1如上文所定义。
可以使用多种方法将(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯S-(VIII)反应生成内酰胺(X)的对应的对映异构体。将外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯rac-(VIII)还原为外消旋的3-(氨基甲基)-5-甲基己酸rac-(I)描述在Andruszkiewicz,R.;Silverman,R.B.Synthesis 1989,953-955中。在该公开物中使用氢气和以Pd/C作为催化剂进行所述还原反应。
可以通过该方法还原(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯S-(VIII)。然而,其它在不同条件下还原硝基基团的方法也可应用。实例包括但不限于在以下条件下催化氢化:使用氢气在适合的过渡金属催化剂例如Pt、PtO2、Pd、Rh、Ru、Ni或兰尼镍的存在下进行,所述催化剂任选地在固体载体例如碳、硅石或碳酸钙上;在酸的存在下使用Zn、Sn或Fe;复合氢化物例如LiAlH4、AlH3/AlCl3、NaBH4或NaBH4与盐组合;或者使用氢供体例如甲酸或其盐、肼、1,4-环己二烯、环己烯、顺式萘烷或硅烷,在如上文所定义的过渡金属催化剂的存在下进行催化转移氢化;或者硫化物例如NaHS、Na2S、(NH4)2S或多硫化物进行。
反应(k)
反应(k)公开了关于(S)-对映异构体的反应。然而,应当理解,全部的解释说明同样应用于(R)-对映异构体。
使用适合的反应条件,内酰胺(X)的对映异构体可以水解生成(S)-3-(氨基甲基)-5-甲基己酸S-(I)。参考Andruszkiewicz,R.和Silverman,R.B.(Synthesis 1989,953-955)的方法,在6N的HCl水溶液中回流3小时可以用于该反应。然而,也可在碱例如NaOH水溶液的存在下水解内酰胺X。
反应(m)
反应(m)公开了关于(S)-对映异构体的反应。然而,应当理解,全部的解释说明同样应用于(R)-对映异构体。
Figure BDA0000044553050000281
如上文所给出的R1的定义类似地应用于反应(m)。
在WO 2008/007145中公开的另一种方法,描述了将外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)还原为外消旋的3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(I)。该还原反应将硝基基团转化为胺,并同时还原性裂解了苄基酯。对应的反应可以应用于5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的对映异构体形式。
分离3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(I)
无论所需的3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(I)的对映异构体是如何形成,优选地从反应混合物中将其分离。任何适合的方法都可使用,例如那些在现有技术中描述的方法(参见例如WO 2005/100580、WO 2006/00904、EP-A-828704或EP-A-830338)。优选地,3-(氨基甲基)-5-甲基己酸(I)是通过从水中或者水与有机溶剂如2-丙醇组合的溶剂中结晶进行分离。
以下实施例用于解释本发明。它们不应理解为限制本发明的范围,本发明的范围仅由所附的权利要求来定义。
实施例
实施例1:合成2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二乙酯(XI,R1=R2=乙基)
将3-甲基丁醛(145.2g;1.69mol,化合物VI)溶于400mL己烷中。加入9.6g乙酸(0.16mol)和8.1g二正丙基胺(0.08mol)。向该溶液中加入256.3g(1.60mol)的丙二酸二乙酯。将该反应混合物加热至回流。使用迪安-斯托克分水器连续除去水,直至观察到起始原料转化完全。将反应混合物冷却至室温,并用200ml水洗涤两次,用160ml的1M的NaOH水溶液洗涤一次,并用5%的NH4Cl水溶液洗涤一次。通过共沸蒸馏干燥有机层,并减压除去溶剂,得到374g粗的2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二乙酯(97%产率;化合物XI,R1=R2=Et)。少部分粗产物经真空蒸馏纯化(bp 95℃,1mbar)。
1H-NMR(CDCl3,300MHz)δ(ppm)=0.93(d,2xCH3,6H,J 6.7Hz),1.28(t,CH3,3H,J 7.0Hz),1.31(t,CH3,3H,J 7.0Hz),1.31(m,CH,1H),2.18(dd,CH2,2H,J 8.1Hz和6.5Hz),4.22(q,CH2,2H,J 7.0Hz),4.29(q,CH2,2H,J 7.0Hz),7.00(t,CH,1H,J 8.0Hz)。
13C-NMR(CDCl3,75.47MHz)δ(ppm)=14.3(2C),22.5(2C),28.3,38.7,61.3,129.4,148.5,164.1,165.8
实施例2:合成2-(3-甲基-1-硝基甲基-丁基)-丙二酸二乙酯(XII,R1=乙基)
将2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二乙酯(30.0g,0.131mol,化合物XII,R1=乙基)溶于35mL硝基甲烷中。将该溶液冷却至0℃,并在30分钟内加入3.3mL的1,1,3,3-四甲基胍(0.026mol)。将该反应混合物在0℃下搅拌1小时,并随后在25℃下搅拌4小时。GC分析显示转化完全。加入40ml的2M的HCl水溶液,并在搅拌5分钟后分层(加入20mL饱和NaCl水溶液促进分层)。将水层用100mL甲基叔丁基醚洗涤两次。将合并的有机层用50mL饱和NaHCO3水溶液和25mL水洗涤一次。干燥有机层,并随后减压浓缩,得到2-(3-甲基-1-硝基甲基-丁基)-丙二酸二乙酯(XII,R1=R2=乙基),为浅黄色油状物(37.8g,99%产率)。
Figure BDA0000044553050000301
1H-NMR(CDCl3,300MHz)δ(ppm)=0.90(d,CH3,3H,J 7.0Hz),0.91(d,CH3,3H,J 7.0Hz),1.26(t,2xCH3,6H,J 7.0Hz),1.63(m,CH,1H),2.94(m,CH,1H),3.60(d,CH,1H,J 5.7Hz),4.20(q,2xCH2,4H,J 7.0Hz),4.50(dd,CH2,1H,J 7.0Hz和14Hz),4.69(dd,CH2,1H,J 5.0Hz和14Hz)。
13C-NMR(CDCl3,75.47MHz)δ(ppm)=14.1(2C),22.3,22.4,25.1,34.9,39.0,52.8,61.9,62.0,76.9,167.9,168.1。
实施例3:合成5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=R2=乙基)
将10.0g(34mmol)的2-(3-甲基-1-硝基甲基-丁基)-丙二酸二乙酯(XII,R1=乙基)溶于140mL的DMSO中。加入水(10.4mL)和固体NaCl(14.6g),并将该混合物在150℃下加热6小时。转化完全后,将反应混合物冷却至25℃,并加入150mL甲基叔丁基醚。缓慢加入100mL水。在分层前将该非均质混合物搅拌5分钟。水层用75mL甲基叔丁基醚洗涤一次。合并有机层,并用50mL水洗涤一次。将合并的有机层干燥,并减压除去挥发物,得到7.0g的5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基;93%产率)。
Figure BDA0000044553050000302
1H-NMR(CDCl3,300MHz)δ(ppm)=0.78(t,2xCH3,6H,J 7.0Hz),1.12(t,CH2,2H,J 7.0Hz),1.13(t,CH3,3H,J 7.0Hz),1.52(m,CH,1H),2.29(d,CH2,2H,J 6.6Hz),2.54(m,CH,1H),4.01(q,CH2,2H,J 7.2Hz),4.29(dd,CH2,1H,J 5.7Hz和12.4Hz),4.36(dd,CH2,1H,J 6.8Hz和12.4Hz)。
13C-NMR(CDCl3,75.47MHz)δ(ppm)=14.2,22.3,22.6,25.1,36.1,40.6,60.8,78.9,171.6。
实施例4:合成5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基)
将5.0g(21.9mmol)的2-(3-甲基丁亚基)-丙二酸二乙酯(化合物XI,R1=R2=Et)溶于35mL的DMSO中。加入2.6mL水和3.65g的NaCl。将该非均质混合物在150℃下搅拌7小时,过滤后得到55g的5-甲基-己-2-烯酸乙酯(VII,R1=乙基)在DMSO中的溶液。
将7.0g硝基甲烷和3.3mL的DBU(1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一-7-烯)加入α,β-不饱和酯VII的DMSO溶液中。将该反应混合物搅拌直至用GC检测反应完全。加入20mL的CH2Cl2,并将所得混合物用2x20mL的1M的H2SO4水溶液和1x20mL的0.5M的NaHCO3水溶液洗涤。将有机层干燥,并减压除去溶剂。得到3.6g的γ-硝基酯VIII(两个步骤的总产率:75%)。
Figure BDA0000044553050000311
1H-NMR(CDCl3,300MHz)δ(ppm)=0.76(d,CH3,3H,J 7.0Hz),0.80(d,CH3,3H,J 7.0Hz),1.12(t,CH2,2H,J 7.0Hz),1.13(t,CH3,3H,J 7.0Hz),1.52(m,CH,1H),2.29(d,CH2,2H,J 6.6Hz),2.54(m,CH,1H),4.01(q,CH2,2H,J 7.2Hz),4.29(dd,CH2,1H,J 5.7Hz和12.4Hz),4.36(dd,CH2,1H,J 6.8Hz和12.4Hz)。
13C-NMR(CDCl3,75.47MHz)δ(ppm)=14.2,22.3,22.6,25.1,36.1,40.6,60.8,78.9,171.6。
实施例5:合成5-甲基-己-2-烯酸乙酯(VII,R1=乙基)
将3-甲基丁醛(64mL;0.58mol,化合物VI)加入115g(0.87mol)丙二酸单乙酯在165mL(2.0mol)吡啶的溶液中。向该溶液中加入0.15mL(0.25mol%)哌啶。将该反应混合物加热至80℃,并在此温度下搅拌90分钟。GC分析显示起始原料全部消耗。
加入甲基叔丁基醚(200mL),并将有机层用150mL的2M的H2SO4水溶液洗涤三次,然后用100mL的0.5M的NaHCO3水溶液洗涤两次。减压除去溶剂,得到85.6g基本上纯的α,β-不饱和酯VII(GC纯度>99%;E/Z6/1;产率94%)。
Figure BDA0000044553050000321
主要异构体的1H-NMR(CDCl3,300MHz)δ(ppm)=0.91(d,2xCH3,6H,J 7.0Hz),1.27(t,CH3,3H,J 7.1Hz),1.73(m,CH,1H),2.06(bt,CH2,2H,J 7.0Hz),4.16(q,CH2,2H.7.1Hz),5.78(bd,CH,1H,J 15.6Hz),6.92(bt,CH,1H,J 15.6Hz,7.7Hz和7.4Hz)。
主要异构体的13C-NMR(CDCl3,75.47MHz)δ(ppm)=14.4,22.4,27.9,41.6,60.2,122.4,148.4,166.8。
实施例6:合成5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基)
将5-甲基-己-2-烯酸乙酯(VII,R1=乙基)(123.9g;0.79mol)溶于112mL(1.98mol)的硝基甲烷中。向该溶液中加入36mL的DBU(0.24mol)。将该反应混合物加热至60℃,并在此温度下搅拌150分钟。GC分析显示起始原料全部消耗。
加入甲基叔丁基醚(100mL),并将有机层用200mL的2M的HCl水溶液洗涤。将水层用50mL甲基叔丁基醚萃取两次。合并有机层,并用50mL饱和NaHCO3水溶液洗涤。减压除去溶剂,得到172.4g基本上纯的γ-硝基酯VIII(GC纯度>97%;产率98%)。
Figure BDA0000044553050000331
1H-NMR(CDCl3,300MHz)δ(ppm)=0.78(t,2xCH3,6H,J 7.0Hz),1.12(t,CH2,2H,J 7.0Hz),1.13(t,CH3,3H,J 7.0Hz),1.52(m,CH,1H),2.29(d,CH2,2H,J 6.6Hz),2.54(m,CH,1H),4.01(q,CH2,2H,J 7.2Hz),4.29(dd,CH2,1H,J 5.7Hz和12.4Hz),4.36(dd,CH2,1H,J 6.8Hz和12.4Hz)。
13C-NMR(CDCl3,75.47MHz)δ(ppm)=14.2,22.3,22.6,25.1,36.1,40.6,60.8,78.9,171.6。
实施例7:合成(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基)和(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸钠盐(IX)
将100g的5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基)加入EstB水溶液(500mL细胞提取物;~5g总蛋白质浓度)中。在25℃的温度下通过连续加入5M的NaOH水溶液将pH保持在7.0。转化55%后(对应消耗50.6mL的NaOH),通过加入100mL乙酸乙酯停止该反应。加入100mL的5M的NaOH水溶液,并分离各层。将水层用100mL乙酸乙酯洗涤一次。减压浓缩合并的有机层,得到43g的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基;ee=98%)。
实施例8:合成(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基)和(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸钠盐(IX)
将100g的5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基)加入EstC水溶液(250mL细胞提取物;~10g总蛋白质浓度)中。在5-10℃的温度下通过连续加入5M的NaOH水溶液将pH保持在9.0。转化45%后(对应消耗41.4mL的NaOH),通过加入100mL乙酸乙酯停止该反应。加入100mL的5M的NaOH水溶液,并分离各层。将水层用100mL乙酸乙酯洗涤一次。将合并的水层过滤并减压浓缩,得到200mL的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸钾盐的水溶液(ee=92%)。
实施例8a:合成(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸钠盐(IX)
在烧杯中将100mg的EstC(冻干的)溶于/悬浮于10mL的磷酸钾缓冲液(1mM,pH7.2)中。pH降至pH~6.8,用NaOH水溶液(0.1M)调至pH=7.4。随后加入200mg的5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基),并通过连续加入NaOH水溶液(0.1M)将pH保持在7.4。转化45%后(对应消耗4.0mL的0.1M NaOH),通过加入10mL乙酸乙酯停止该反应。分离各层,将水层用10mL乙酸乙酯萃取一次。随后将水层浓缩,得到ee为88%的标题化合物。
实施例8b:合成(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸钠盐(IX)
在烧杯中将100mg的EstC(冻干的)溶于/悬浮于10mL的磷酸钾缓冲液(1mM,pH7.2)中。pH降至pH~6.8,用NaOH水溶液(0.1M)调至pH=7.4。随后加入250μL甲醇和200mg的5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基),并通过连续加入NaOH水溶液(0.1M)将pH保持在7.4。转化45%后(对应消耗4.0mL的0.1M NaOH),通过加入10mL乙酸乙酯停止该反应。分离各层,将水层用10mL乙酸乙酯萃取一次。随后将水层浓缩,得到ee为98%的标题化合物。
实施例9:合成(S)-3-氨基甲基-5-甲基-己酸(I,普瑞巴林)
将150g的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基;含量测定:97.2%)悬浮于300mL的H2O中。加入KOH(90.1.g,含量测定86.1%,2.05当量)。最初浑浊的反应混合物变澄清,说明该反应接近完成。完全转化后(通过HPLC检测),将反应混合物转移至氢化反应器中。加入90.0g兰尼镍的水性浆体。在12巴的氢气压和45℃温度下搅拌该混合物直至经HPLC检测反应完成,得到88.0g普瑞巴林的水溶液。
过滤该溶液,并随后减压浓缩至约270g,加入400mL的2-丙醇。在45℃的温度下加入乙酸直至达到pH7.0。普瑞巴林开始结晶。在约60分钟内,将该反应混合物冷却至10℃。继续搅拌1小时,随后经过滤分离产物。将滤饼用90mL的冷H2O/2-丙醇的1∶1混合物洗涤。干燥后,得到75g基本上纯(纯度99.6%)的普瑞巴林(产率:70%)。
如WO 2006/000904中所述将部分普瑞巴林重结晶,使纯度从99.6%升高至99.9%。分析数据与那些文献中报道的数据一致。
实施例10:合成(S)-3-氨基甲基-5-甲基-己酸(I,普瑞巴林)
将150g的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基;含量测定:97.2%)悬浮于300mL的H2O中。加入KOH(90.1.g,含量测定86.1%,2.05当量)。最初的浑浊反应混合物变澄清,显示该反应接近完成。转化完成后(经HPLC检测),加入NH4-甲酸盐和Pd/C。将反应混合物搅拌直至观察到转化完全。过滤该溶液,随后减压浓缩至约250g,加入400mL的2-丙醇。在45℃的温度下加入乙酸直至达到pH7.0。普瑞巴林开始结晶。在约60分钟内,将该反应混合物冷却至10℃。继续搅拌1小时,随后经过滤分离产物。将滤饼用90mL的冷H2O/2-丙醇的1∶1混合物洗涤。干燥后,得到65g基本上纯(纯度97.9%)的普瑞巴林(产率:61%)。
实施例11:(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸二钾盐(IX-二钾盐)
将830mg的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基)悬浮于0.8mL的H2O中。加入900mg的50%的KOH水溶液。在25℃下5小时后转化完全(经HPLC检测)。减压除去溶剂,得到包含标题化合物和少量KOH的固体。
Figure BDA0000044553050000361
13C-NMR(D2O,75.47MHz)δ(ppm)=21.9,22.8,26.0,33.9,40.9,41.6,123.5,181.7。
实施例12:(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸单钾盐(1X-单钾盐)
将830mg的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基)悬浮于0.8mL的H2O中。加入900mg的50%的KOH水溶液。在25℃下5小时后转化完全(经HPLC检测)。加入4.2mL的1M的HCl水溶液,并减压除去溶剂,得到包含标题化合物和KCl的固体。
Figure BDA0000044553050000362
13C-NMR(D2O,75.47MHz)δ(ppm)=23.0,23.3,25.2,32.5,36.7,41.0,79.9,173.8。
实施例13:合成(S)-3-氨基甲基-5-甲基-己酸(I,普瑞巴林)
对于用兰尼镍还原,将5.0g的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基)溶于10mL乙醇和0.4mL水中,并加入3.0g兰尼镍的水性浆体。将反应混合物在4巴的氢气压下于40℃搅拌。在起始原料转化完全后过滤该反应物,并减压除去溶剂,得到3.02g粗的内酯X,为油状残余物,其放置后结晶。
将30mL的6N的HCl水溶液加入该粗的内酯中,并将该反应混合物加热至回流。4小时后,减压浓缩该反应混合物,得到4g油状残余物。加入水(5mL),并通过加入50%的KOH水溶液将pH调至6。将该混合物加热至50℃,并缓慢冷却至10℃。经过滤分离形成的结晶。浓缩母液得到第二批晶体,得到2.5g普瑞巴林(72%)。
实施例14:合成(S)-3-氨基甲基-5-甲基-己酸(I,普瑞巴林)
将(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯(VIII,R1=乙基)(10.4g)溶于160mL的MeOH中。加入4g的10%Pd/C和20g甲酸铵。几分钟后,观察到放热反应。30分钟后,HPLC检测反应完全。经过滤除去晶体。减压浓缩滤液至约20mL的体积。加入水(20mL),随后再次将该溶液减压浓缩至约20mL。随后加入50mL的6N的HCl水溶液,并将该混合物回流6小时。转化完全后,将反应混合物减压浓缩至约20mL。加入水(20mL)和2-丙醇(40mL),并将反应混合物加热至45℃。加入KOH直至达到pH7。产物开始结晶。在约60分钟内,将反应混合物冷却至10℃。继续搅拌1小时,随后经过滤分离产物。将滤饼用90mL的冷H2O/2-丙醇的1∶1混合物洗涤。干燥后,得到5.9g基本上纯(纯度98.0%)的普瑞巴林(产率:81%)。
如WO 2006/000904中所述将部分普瑞巴林重结晶,使纯度从98.0%升高至99.9%。
实施例15:合成(S)-3-氨基甲基-5-甲基-己酸(I,普瑞巴林)
将3-甲基丁醛(100mL;0.91mol,化合物VI)加入180g(1.36mol)的丙二酸单乙酯在260mL(3.1mol)吡啶的溶液中。向该溶液中加入0.23mL(0.25mol%)哌啶。将反应混合物加热至80℃,并在此温度下搅拌90分钟。GC分析显示起始原料全部消耗。
加入甲基叔丁基醚(300mL),并将有机层用200mL的2M的H2SO4水溶液洗涤三次,随后用150mL的0.5M的NaHCO3水溶液洗涤两次。减压除去溶剂的主要部分,并加入硝基甲烷(120mL)。向该溶液中加入40mL的DBU。将反应混合物加热至60℃,并在此温度下搅拌150分钟。GC分析显示起始原料完全消耗。
加入甲基叔丁基醚(100mL),并将有机层用200mL的2M的HCl水溶液洗涤。将水层用50mL甲基叔丁基醚萃取两次。合并有机层,并用50mL饱和NaHCO3水溶液洗涤。通过加入50%NaOH水溶液并用甲基叔丁基醚萃取而从水层回收DBU(每次用100mL甲基叔丁基醚进行两次萃取后,回收率为75%;水层pH>12)。
减压除去有机层的溶剂,得到188.2g基本上纯的γ-硝基酯VIII(GC纯度>95%;甲基叔丁基醚<5%)。
该酯可以如实施例7、8和9所述转化为普瑞巴林。
实施例16:使用市售的酶来快速筛选合适的酶
酶筛选按照M.Ivancic等人,J.of Biotechnology 2007,129,109-122中所述方法进行,其全部公开内容都引入本文作为参考,用于所有目的。全部的酶是从Sigma-Aldrich(St.Louis,MO)、Fluka(Buchs,瑞士)、Amano(名古屋,日本)、Novo Nordisk(Bagsvaerd,丹麦)、BioCatalytics/Codexis或者从Graz科技大学获得。
为分析市售的酯酶或脂肪酶,使用了基于pH变化的快速筛选试验。该试验通过两个步骤进行:(i)鉴定活性酶;(ii)进一步分析活性酶对于5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯的R-和S-对映异构体的活性。
将各个酶的溶液置于滤纸上,并在30℃下干燥30分钟。将干燥的滤纸用包含Triton X 100(0.6%)、酚红(2gL-1)、Tris-HCl缓冲液pH=7.5和50mM外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸乙酯的筛选溶液浸湿。酯的水解可以通过由释放的酸引起的pH降低,使得颜色从红到黄变化来从视觉上进行监控。选择显示酯酶活性的阳性样品并进一步分析,通过将其置于滤纸上,干燥并随后用包含纯的对映异构体而非外消旋的化合物作为底物的R和S筛选溶液浸湿。酶的活性根据pH指示剂变色所需的时间进行监控。
所选择的酶通过使用在5mL的pH=7.5的Tris-HCl缓冲液中200mg外消旋的底物进行制备量级的酶水解来做进一步分析。以足够使反应时间少于24小时的量加入酶制备物。通过检测所消耗的1M的NaOH水溶液的量来确定转化率。在消耗量对应于50%转化率时,通过加入5mL的乙酸乙酯来停止反应。分离各层并通过手性GC来分析有机层。
实施例17:来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC在大肠杆菌中重组表达
将377g的过表达来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的EstC的大肠杆菌细胞悬浮于830mL的200mM磷酸钠/柠檬酸钠(pH 7.0),并进行两次匀浆。将该细胞混悬液用
Figure BDA0000044553050000391
CL930进行1∶2稀释,得到4000ppm的絮凝剂。湿细胞的酯酶活性使用对-硝基苯基乙酸酯作为底物进行测定。酯酶催化对-硝基苯基乙酸酯水解为对-硝基苯酚和乙酸。通过检测对硝基苯酚(黄色,404nm)随时间的吸光度增强来确定酶的活性。检测到湿细胞的活性为826U/g。离心后得到的澄清的粗溶胞产物具有158U/mL的比活性。将稀释的粗的溶胞产物使用来自Pall公司(CentramateTM)的带有50kDa的截留膜的超滤系统进行浓缩。浓缩因子是8,所得截留物具有855U/mL的比活性,滤过物具有6.3U/mL的比活性。冻干后的残余物为23.3g,且具有9125U/g的比活性。总产率为68.3%。

Claims (31)

1.5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的立体选择性酶水解方法,其中将外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)
与酶接触,得到5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的(S)-对映异构体和5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐的(R)-对映异构体。
2.如权利要求1所述的方法,其中的转化率为约50%至约70%。
3.5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的立体选择性酶水解方法,其中将外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)
与酶接触,得到5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)的(R)-对映异构体和5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐的(S)-对映异构体。
4.如权利要求3所述的方法,其中的转化率为约40%至约50%。
5.如权利要求1、2、3或4所述的方法,其中在转化率为50%时剩余的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)或形成的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)的对映体过量(ee)高于80%。
6.如权利要求5所述的方法,其中在转化率为50%时剩余的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)或形成的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐(IX)的对映体过量(ee)高于95%。
7.如权利要求1-6所述的方法,其中的酶是选自来自南极假丝酵母的脂肪酶B、来自猪肝脏的酯酶、来自南极假丝酵母的脂肪酶C、来自南极假丝酵母的脂肪酶A、来自猪肝脏的酯酶(ICR-123)、来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstB和来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstC。
8.如权利要求7所述的方法,其中的酶是来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstB和来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstC。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法,其中的立体选择性酶水解是在pH为约5至约11范围的水溶液中进行。
10.如权利要求1-8中任一项所述的方法,其中的立体选择性酶水解是在包含甲醇的水性系统中进行。
11.如权利要求10所述的方法,其中的酶是来自唐菖蒲伯克霍尔德菌的酯酶EstC。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法,其中将对映异构体(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)和(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐分离,并将5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯的(S)-对映异构体进一步反应生成3-(氨基甲基)-5-甲基己酸。
13.如权利要求1-11中任一项所述的方法,其中将对映异构体(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)和(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐分离,并将5-甲基-3-硝基甲基-己酸的(S)-对映异构体进一步反应生成3-(氨基甲基)-5-甲基己酸。
14.制备外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯的方法,包括以下步骤:
(i)将3-甲基丁醛与丙二酸单烷基酯HOOC-CH2-COOR1反应,其中R1是烷基、芳基或芳基烷基基团,得到5-甲基-己-2-烯酸酯;和
(ii)将所得的5-甲基-己-2-烯酸酯与硝基甲烷反应,得到5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯。
15.如权利要求14所述的方法,其中外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯转化为3-(氨基甲基)-5-甲基己酸。
16.如权利要求14所述的方法,其中外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯转化为(S)-3-(氨基甲基)-5-甲基己酸。
17.如权利要求14-16所述的方法,其中外消旋的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯转化为对映异构体富集的或对映异构体纯的(S)-3-(氨基甲基)-5-甲基己酸。
18.如权利要求1-17所述的5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐的制备方法,其中将5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯在约8至约14的pH范围内进行酶水解。
19.如权利要求18所述的3-(氨基甲基)-5-甲基己酸的制备方法,其中将5-甲基-3-硝基甲基-己酸盐在约8至约14的pH范围内进行还原。
20.对映异构体富集形式或对映异构体纯形式的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸及其盐。
21.对映异构体富集形式或对映异构体纯形式的(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸及其盐。
22.对映异构体富集形式或对映异构体纯形式的(S)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯。
23.对映异构体富集形式或对映异构体纯形式的(R)-5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯。
24.以外消旋形式、对映异构体富集形式或对映异构体纯形式的式XIII化合物
Figure FDA0000044553040000031
25.制备5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯的方法,包括以下步骤:
(i)将3-甲基丁醛与丙二酸单烷基酯HOOC-CH2-COOR1反应,其中R1是烷基、芳基或芳基烷基基团,得到5-甲基-己-2-烯酸酯;和
(ii)将所得的5-甲基-己-2-烯酸酯与硝基甲烷反应,得到5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯。
26.如权利要求1-17和25所述的制备3-(氨基甲基)-5-甲基己酸的方法。
27.如权利要求25所述制备的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯用于合成3-(氨基甲基)-5-甲基己酸的用途。
28.制备5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯的方法,包括以下步骤:
将3-甲基丁醛转化为2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二酯(XI),将2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二酯(XI)脱羧,形成5-甲基-己-2-烯酸酯(VII),并将5-甲基-己-2-烯酸酯与硝基甲烷反应,得到5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯)。
29.制备5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯的方法,包括以下步骤:
将3-甲基丁醛转化为2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二酯(XI),通过加入硝基甲烷将2-(3-甲基-丁亚基)-丙二酸二酯(XI)转化为2-(3-甲基-1-硝基甲基-丁基)-丙二酸二酯(XII),将2-(3-甲基-1-硝基甲基-丁基)-丙二酸二酯(XII)脱羧,形成5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯(VIII)。
30.如权利要求1-17、28或29所述的制备3-(氨基甲基)-5-甲基己酸的方法。
31.如权利要求28或29所述制备的5-甲基-3-硝基甲基-己酸酯用于合成3-(氨基甲基)-5-甲基己酸的用途。
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