Stand
der Technik
Die
Racematspaltung von Aminen durch Enzym-katalysierte Umsetzung mit
Estern ist bekannt. Kitaguchi et al. (J. Amer. Chem. Soc. 111, 3094-3095,
1989) beschreiben die Racematspaltung von Aminen mit Trifluorethylbutyrat
unter Subtilisin-Katalyse. Die Enantioselektivität dieser Reaktion ist jedoch
stark lösungsmittelabhäng. Selbst
mit dem geeignetsten der beschriebenen Lösungsmittel (3-Methyl-3-pentanol)
wird nur eine mäßige Selektivität erreicht.
In
WO 91/19002 wird ein Verfahren zur chiralen Anreicherung von racemischen
primären
Aminen beschrieben, bei dem die Amine unter Subtilisin-Katalyse
mit Ethylacetat oder Ethylbutyrat umgesetzt werden. Die dabei erzielten
Enantiomerenüberschüsse sind
jedoch nicht befriedigend; außerdem
werden lange Reaktionszeiten von einer bis mehreren Wochen benötigt.
Gotor
et al. (J. Chem. Soc. Chem. Commun. 957-958, 1988) beschreiben die
enantioselektive Acylierung von 2-Amino-butan-1-ol mit Ethylacetat
unter Katalyse von Schweinepankreas-Lipase (PPL). Dabei wird der
verwendete Ester (Ethylacetat) auch als Lösungsmittel eingesetzt. Bei
Verwendung anderer Lösungsmittel bzw.
anderer Enzyme werden keine befriedigenden Ergebnisse erzielt.
Von
Brieva et al. (J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1386-1387, 1990) wird
die enantioselektive Synthese von Amiden aus racemischen primären Aminen
durch Umsatz mit 2-Chlorpropionat unter Katalyse von Subtilisin
in Hexan oder Candida cylindracea Lipase in 3-Methyl-3-pentanol
beschrieben.
WO
95/08636 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven
primären
und sekundären Aminen
aus den entsprechenden Racematien durch enantioselektive Acylierung
in Gegenwart einer Hydrolase.
Die
so dargestellten optisch aktiven Amine sind jedoch abhängig von
ihrer Struktur nicht sehr lagerstabil und unterliegen weiteren Nebenreaktionen.
Es
bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, das die
Herstellung von optisch aktivem 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester
in hoher Ausbeute, optischer Reinheit und in hoher Lagerstabilität gewährleistete.
Beschreibung
der Erfindung
Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem
4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat
durch Umsetzen von racemischem 4-(1-Aminoethyl)-benzoesäuremethylester
mit einem Acylierungsmittel in Gegenwart einer Lipase zu 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester
und anschliessendem Ausfällen
von 4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat
durch Zugabe von Schwefelsäure.
Die
für das
erfindungsgemässe
Verfahren geeigneten Acylierungsmittel sind bevorzugt Carbonsäureester.
Besonders bevorzugt sind sogenannte aktivierte Carbonsäureester,
bei denen die Säurekomponente in
alpha-Position zum Carbonylkohlenstoffatom eine Heteroatomsubstitution
trägt.
Bevorzugt werden Methoxyessigsäureester
als Acylierungsmittel eingesetzt. Die Alkoholkomponente des Carbonsäureesters
besteht bevorzugt aus Alkylalkoholen mit einer Kettenlänge von
1-6 C-Atomen, die verzweigt oder unverzweigt und auch substituiert
sein können.
Besonders geeignetes Acylierungsmittel ist Methoxyessigsäureisopropylester.
Als
Lipasen können
in dem erfindungsgemässen
Verfahren eine Vielzahl von Enzymen eingesetzt werden. Bevorzugt
werden vor allem mikrobielle Lipasen, die beispielsweise aus Hefen
oder Bakterien isolierbar sind. Besonders gut geeignet sind Lipasen
aus Pseudomonas, z. B. Amano P oder die Lipasen aus Pseudomonas
spec. DSM 8246 oder Candida antarctica. Die von der Firma Novozymes
unter dem Namen Novozyme 435® vertriebene Lipase (Lipase
B aus Candida antarctica) ist besonders gut für das erfindungsgemäße Verfahren
geeignet.
Das
verwendete Enzym kann in nativer oder in immobilisierter Form eingesetzt
werden.
Als
Lösungsmittel
sind generell organische Lösungsmittel
geeignet. Besonders gut verläuft
die Reaktion in Ethern, beispielsweise in MTBE oder THF, oder in
Kohlenwasserstoffen wie Hexan, Cyclohexan, Toluol oder halogenierten
Kohlenwasserstoffen wie Methylenchlorid. Die Umsetzung kann allerdings
auch in Abwesenheit eines Lösungsmittels
durchgeführt
werden.
Die
Umsetzung des Acylierungsmittels mit dem racemischen 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester
unter Enzymkatalyse wird üblicherweise
bei Raumtemperatur ausgeführt.
Die Reaktionszeiten dafür
betragen 1 bis 48 Stunden, bevorzugt 5-24 Stunden.
Pro
Mol 4-(1-Aminoethyl)-benzoesäuremethylester
wird 1 bis 2 Mol, bevorzugt 1,2 bis 1,6 Mol Acylierungsmittel zugesetzt.
Die
zuzusetzende Menge an Lipase hängt
von der Art der Lipase und der Aktivität der Enzympräparation
ab. Die für
die Reaktion optimale Lipasemenge kann leicht durch einfache Vorversuche
ermittelt werden. In der Regel werden 1000 Units Lipase pro mMol
Amin zugesetzt.
Der
Reaktionsverlauf lässt
sich leicht mit üblichen
Methoden beispielsweise mittels Gaschromatographie verfolgen. Im
Falle der Racematspaltung beendet man die Reaktion sinnvollerweise
bei einem Umsatz von 50% des racemischen Amins. Dies geschieht in
der Regel durch Entfernen des Katalysators aus dem Reaktionsraum,
beispielsweise durch Abfiltrieren des Enzyms.
Durch
die enantioselektive Umsetzung des racemischen 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester mit
der Lipase entsteht aus dem einen Enantiomer das entsprechend acylierte
Produkt (Amid), während
das andere Enantiomer unverändert
bleibt. Das nun vorliegende Gemisch aus Amin und Amid lässt sich
mit üblichen
Methoden leicht trennen. Gut geeignet zur Trennung des Gemisches
aus Amin und Amid sind beispielsweise Extraktions- oder Destillationsverfahren.
Welches Enantiomer selektiv acyliert wird ist von der Wahl der Lipase
abhängig
und kann leicht durch einen Vorversuch ermittelt werden; Novozyme® 435
beispielsweise acyliert selektiv den (R)-4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester.
Nach
erfolgter Herstellung von optisch aktivem 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester wird dieser durch
Zugabe von Schwefelsäure
in optisch aktives 4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat überführt. Pro
mol 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester
werden mindestens 0.5 mol Schwefelsäure zu der Reaktion gegeben,
um eine vollständige
Salzbildung (Überführung in
4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat)
zu gewährleisten.
Die
Zugabe von Schwefelsäure
kann direkt an die enzymatische Acylierung erfolgen oder aber nach vorangehender
Isolierung von 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester
aus dem Reaktionsmedium. Man kann auch nur die Lipase aus dem Reaktionsmedium
entfernen; dies wird besonders vorteilhaft dann angewendet, wenn
mit immobilisierter Lipase gearbeitet wird.
In
der Regel fällt
das 4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat
aus dem Reaktionsmedium aus und kann somit leicht vom gelösten acylierten
4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester
(d.h. dem Amid) abgetrennt werden. Falls beide Reaktionsprodukte
gelöst
vorliegen, können
sie leicht aufgrund ihrer verschiedenen physikochemischen Eigenschaften
durch Standardoperationen wie Kristallisation, Extraktion, Destillation
und Chromatographie getrennt werden.
4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat
ist unter den Reaktionsbedingungen stabil und erfährt keine
intermolekulare Amidierung wie sie beispielsweise bei 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester beobachtet
wird. 4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat
kann durch weitere Reinigung wie Umkristallisieren in hoher optischer
Reinheit erhalten werden.
Eine
Lösung
von 4-(1-Aminoethyl)-benzoesäuremethylester
1 (17.9 g, 0.1 mol) in Toluol (150 mL) wurde mit Methoxyessigsäure-isopropylester
MEIPE (19.8 g, 0.15 mol) und Novozym 435 (500 mg) versetzt und bei
Raumtemperatur gerührt.
Nach 24 Stunden war lt. HPLC-Analytik alles R-1 zum R-Amid R-2 umgesetzt und
nur noch unumgesetztes S-Amin
S-1 nachweisbar. Das Enzym wurde über Kieselgur abgesaugt, der
Filterrückstand
mit Toluol (20 mL) gewaschen und das Filtrat unter Rühren mit
Schwefelsäure
(6.45 g einer 38%-igen Lösung
in Wasser, 25 mmol) versetzt. Dabei fiel ein weißer, voluminöser Niederschlag
aus. Man saugte das ausgefallene Salz ab, wusch mit Toluol (2 × 20 mL)
und kristallisierte den Filterrückstand
aus Wasser (10 mL) um. Man isolierte 8.9 g (78%) Sulfat S-1 als
weißen,
kristallinen Feststoff, das darin gebundene S-Amin S-1 war lt. HPLC-Analytik
enantiomerenrein. Schmelzpunkt: 280 °C (Zersetzung), Drehwert: [α]D = –3.5° (c=1 in
H2O).
Die
vereinten Toluol-Filtrate wurden noch einmal mit Wasser (10 mL)
gewaschen, über
Natriumsulfat getrocknet und eingeengt. Der verbliebene Rückstand
wurde im Ölpumpenvakuum
bei 50 °C
von restlichem Lösungsmittel
befreit. Man behielt 11 g (88%) R-Amid R-2 als schmierigen Feststoff (Fp.:
50–60 °C) zurück, das
lt. GC-Analytik zu 90% rein war.
1H-NMR-Spektren:
Amin
1:
1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ = 1.40 (d,
J = 7 Hz, 3H); 1.60 (s, breit, 2H), 3.90 (s, 3H), 4.15 (q, J = 7
Hz, 1H), 7.45 und 8.03 (AA, BB-System, JAB =
10.7 Hz, 4H).
S-Amin-Sulfat S-1-Sulfat:
1H-NMR
(400 MHz, D2O) δ = 1.65 (d, J = 7 Hz, 3H); 3.95
(s, 3H), 4.65 (q, J = 7 Hz, 1H), 7.60 und 8.10 (AA, BB-System, JAB= 10.7 Hz, 4H).
R-Amid R-2:
1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ = 1.55 (d,
J = 7 Hz, 3H); 3.42 (s, 3H), 3.88 und 3.93 (AB-System, JAB =
15 Hz, 2H), 3.90 (s, 3H), 5.23 (sept, J = 7 Hz, 1H), 6.80 (d(breit),
J = 7 Hz, 1H), 7.40 und 8.03 (AA, BB-System, JAB = 10.7
Hz, 4H).
