Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von enantiomerenreinem
(2S)- und (2R)-8-Prenylnaringenin
insbesondere für
den Bereich der Pharmazie und Kosmetik. Das Flavanon 8-Prenylnaringenin zeichnet
sich durch vielfältige
nützliche
Bioaktivitäten
aus (Übersichtsartikel: "Prenylated flavonoids:
pharmacology and biotechnology",
Botta, B.; Vitali, A.; Menendez, P.; Misiti, D.; Delle Monache,
G. Curr. Med. Chem. 2005, 12, 713–739).
(2S)-8-Prenylnaringenin
kann mit geringer Effizienz aus Pflanzen isoliert werden ("Studies on the constituents
of Sophora species. XXII. Constituents of the root of Sophora moorcroftiana
Benth. ex Baker. (1)",
Y. Shirataki, I. Yokoe, M. Noguchi, T. Tomimori, M. Komatsu, Chem.
Pharm. Bull. 1988, 36, 2220–2225).
Dieses natürlich
vorkommende (2S)-Enantiomer kann auch in geringer Ausbeute enzymatisch
aus racemischem Naringenin dargestellt werden ("Flavanone 8-dimethylallyltransferase
in Sophora flavescens cell suspension cultures", H. Yamamoto, M. Senda, K. Inoue, Phytochemistry
2000, 54, 649–655).
(2S)-
und (2R)-8-Prenylnaringenin hoher Enantiomerenreinheit wurden zudem
durch Trennung des racemischen Gemischs mittels HPLC an chiralen
Phasen erhalten. Dies Verfahren wurde für die als SERM (= selective
estrogen receptor modulator) wirksame Verbindung 8-Prenylnaringenin
sowohl im analytischen Maßstab
("Prenylflavonoids:
A new class of non-steroidal phytoestrogen (Part 1). Isolation of
8-isopentenylnaringenin and an initial study on its structure-activity
relationship", Kitaoka,
M.; Kadokawa, H.; Sugano, M.; Ichikawa, K.; Taki, M.; Takaishi,
S.; Iijima, Y.; Tsutsumi, S.; Boriboon, M.; Akiyama, T. Planta Med.
1998, 64, 511–515), als
auch im präparativen
Maßstab
("Tissue specificity
of 8-prenylnaringenin:
Protection from ovariectomy induced bone loss with minimal trophic
effects on the uterus",
Hümpel,
M.; Isaksson, P.; Schaefer, O.; Kaufmann, U.; Ciana, P.; Maggi,
A.; Schleuning, W.-D. J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 2005, 97, 299–305) durchgeführt.
Die
Nutzung der HPLC an chiralen Phasen ist aufgrund des hohen Preises
dieser Materialien insbesondere für Enantiomerentrennungen im
präparativen
Maßstab
extrem kostenintensiv. Durch Verwendung der an der Flavanon-Biosynthese
beteiligten Enzyme wie auch durch die direkte Isolierung aus natürlichen
Quellen ist allein das (2S)-Enantiomer in reiner Form zugänglich.
Es
ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen,
das die effiziente Herstellung von enantiomerenreinem (2S)- und
(2R)-8-Prenylnaringenin erlaubt.
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Verfahren gelöst,
bei dem zunächst
ein racemisches Gemisch eines 8-Prenylnaringeninderivats der allgemeinen
Formel rac-1:
mit einem Gemisch aus
Ameisensäure
und einer Base, vorzugsweise einem tertiären Amin, besonders bevorzugt
Triethylamin, in Gegenwart eines chiralen Katalysators selektiv
reduziert wird.
Der
chirale Katalysator ist ein Metallkomplex der allgemeinen Formel:
enthaltend:
- – ein
Zentralmetall M ausgewählt
aus Rhodium (III), Ruthenium (II) oder Iridium (III),
- – einen π-Liganden
A der allgemeinen Formel: wobei R5 und
R6 ausgewählt sind aus Alkyl und Aryl,
wobei
R7 und R8 ausgewählt sind
aus H und Alkyl,
- – einen
chiralen Diamin-Liganden der allgemeinen Formel: wobei R1,
R2 und R3 ausgewählt sind
aus Aryl und Alkyl,
wobei R4 ausgewählt ist
aus H und Alkyl,
wobei gegebenenfalls der chirale Diamin-Ligand
und der π-Ligand
A kovalent über
deren Substituenten
- – R3 und R5 oder
- – R4 und R5 oder
- – R3 und R6 oder
- – R4 und R6
verbrückt sein
können.
- – einen
Liganden B, der in der katalytisch aktiven Spezies Wasserstoff bedeutet
(B = H).
Für die Reaktion
kann auch das Chlorid oder ein anderes Derivat des chiralen Katalysators
hinsichtlich des Liganden B (B = Cl oder ein anderes geeignetes
Anion) eingesetzt werden, da dieses unter den Reaktionsbedingungen
sofort in das katalytisch aktive Metallhydrid (B = H) überführt wird.
Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
wird vorteilhaft nur ein Enantiomer des 8-Prenylnaringeninderivats hoch selektiv
transferhydriert.
Wird
ein (R,R)-Diamin-Ligand eingesetzt, wird das (2R)-Enantiomer des
8-Prenylnaringeninderivats
1 zum Alkohol mit der allgemeinen Formel (2R,4R)-2 hydriert. Man
erhält
als Gemisch:
Wird
ein (S,S)-Diamin-Ligand eingesetzt, wird das (2S)-Enantiomer des
8-Prenylnaringeninderivats
1 zum Alkohol mit der allgemeinen Formel (2S,4S)-2 hydriert. Man
erhält
als Gemisch:
Vorteilhaft
lässt sich
das nicht umgesetzte Enantiomer 1 sehr einfach vom Reaktionsprodukt
trennen. Vorzugsweise erfolgt diese Trennung an gewöhnlichem
Kieselgel, vorzugsweise in einer Säulenchromatographie.
Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die überraschend
hohe Enantioselektivität – über 95 %
ee (Enantiomerenüberschuss) – im Transferhydrierungsschritt,
die deutlich stärker
ausgeprägt
ist als bei den wenigen bekannten Beispielen zur kinetischen Racematspaltung β-chiraler
Ketone mit anderen Methoden ("Asymmetric
hydrogenation of cyclic α,ß-unsaturated
ketones to chiral allylic alcohols", Ohkuma, T.; Ikehira, H.; Ikariya,
T.; Noyori, R. Synlett 1997, 467–468; "An efficient enantioselective synthesis
of (–)-(R,Z)-5-muscenone
and (–)-(R)-muscone – An example
of a kinetic resolution and enantioconvergent transformation", Fehr, C.; Galindo,
J.; Etter, O. Eur. J. Org. Chem. 2004, 1953–1957).
Die
erfindungsgemäße Transferhydrierung
ist einfach zum Einsatz zu bringen. Eine Kontrolle des Umsatzes
während
der Reaktion ist nicht nötig,
da diese nach Hydrierung eines Enantiomers vollständig stoppt.
Nicht
vollständig
racemisches Ausgangsmaterial 1 kann zudem nach diesem Verfahren
einfach weiter enantiomerenangereichert werden.
In
den Resten R1 und R2 der
allgemeinen Formel des 8-Prenylnaringeninderivats rac-1 stellt Acyl
eine unsubstituierte oder substituierte, gesättigte oder ungesättigte,
geradkettige oder verzweigte Acylgruppe mit vorzugsweise 1 bis 10
Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt 1 bis 5 Kohlenstoffatomen,
dar. Die Acylgruppe ist vorzugsweise ausgewählt aus CnH2n+1-CO mit n = 0 bis 4. Besonders bevorzugt
sind die Reste R1 und R2 in
rac-1 Acetylgruppen (n = 1).
Im π-Liganden
A stellt Alkyl in R5, R6,
R7 und R8 eine unsubstituierte
oder substituierte, gesättigte
oder ungesättigte,
geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von
vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen dar. Bevorzugt ist Alkyl
in R5, R6, R7 und R8 ausgewählt aus
Methyl, Ethyl, n-Propyl oder iso-Propyl.
Im π-Liganden
A stellt Aryl in R5 und R6 bevorzugt
eine unsubstituierte oder substituierte Phenylgruppe mit vorzugsweise
6 bis 8 Kohlenstoffatomen dar. Der π-Ligand A ist vorzugsweise ausgewählt aus
Pentamethylcyclopentadienyl (Cp*), 1-Methyl-4-isopropylbenzol oder 1,3,5-Trimethylbenzol.
Im
chiralen Diamin-Liganden stellt Alkyl in R1,
R2, R3 und R4 eine unsubstituierte oder substituierte,
gesättigte
oder ungesättigte,
geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit einer Kettenlänge von
vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen dar. Weiter bevorzugt sind
die Reste R1 und R2 im
chiralen Diamin-Liganden kovalent zu einer unsubstituierten oder
substituierten 3- bis 5-gliedrigen Kette verknüpft, besonders bevorzugt zu (CH2)4.
Im
chiralen Diamin-Liganden stellt Aryl in R1,
R2 und R3 vorzugsweise
eine unsubstituierte oder substituierte Phenylgruppe dar. Bevorzugt
ist Aryl in R1, R2 und
R3 im chiralen Diamin-Liganden ausgewählt aus Phenyl oder p-Tolyl.
Das
chirale Diamin, das im Katalysator den Diamin-Liganden bildet, ist
vorzugsweise ausgewählt
aus (R,R)-N-p-Tolylsulfonyl-1,2-diphenylethylendiamin, (S,S)-N-p-Tolylsulfonyl-1,2-diphenylethylendiamin, (R,R)-N-p-Tolylsulfonyl-1,2-cyclohexandiamin
oder (S,S)-N-p-Tolylsulfonyl-1,2-cyclohexandiamin.
Der π-Ligand A
und der chirale Diamin-Ligand können
kovalent miteinander verbunden sein. Bevorzugt sind dabei die Reste
R3 und R5, oder
die Reste R4 und R5,
oder die Reste R3 und R6,
oder die Reste R4 und R6 kovalent
zu einer unsubstituierten oder substituierten 2- bis 4-gliedrigen Kette
verknüpft.
Besonders bevorzugt ist dabei eine kovalente Verknüpfung der
Reste R4 und R5,
oder der Reste R4 und R6 zu
einer 3-gliedrigen Kohlenstoffkette.
Vorzugsweise
wird ein Katalysator mit Rhodium (III) als Zentralmetall eingesetzt.
Vorteilhaft wird der chirale Rhodiumkatalysator in einer Beladung
von vorzugsweise bis zu 2 Mol-% bezogen auf das Flavanon verwendet.
Ein
Gemisch aus Ameisensäure
und einer Base, vorzugsweise einem tertiären Amin, besonders bevorzugt
Triethylamin, dient vorteilhaft als Reduktionsmittel. Besonders
bevorzugte Reduktionsmittel sind Ameisensäure/Triethylamin und Natriumformiat.
Vorzugsweise
wird der chirale Rhodiumkatalysator 3 eingesetzt, der aus Pentamethylcyclopentadienylrhodiumchlorid-Dimer – [Cp*RhCl
2]
2 – und dem
chiralen Diamin (R,R)- bzw.
(S,S)-N-p-Tolylsulfonyl-1,2-diphenylethylendiamin – (R,R)-
bzw. (S,S)-tsdpen – in
Gegenwart von Ameisensäure
und Triethylamin gebildet wird.
- mit Ph = Phenyl und
Ts = p-Tolylsulfonyl
Dieses
Reagenzsystem hat bislang Verwendung zur enantioselektiven Reduktion
prochiraler Ketone gefunden ("Rhodium
versus ruthenium: contrasting behaviour in the asymmetric transfer
hydrogenation of α-substituted
acetophenones",
Cross, D. J.; Kenny, J. A.; Houson, I.; Campbell, L.; Walsgrove,
T.; Wills, M. Tetrahedron: Asymmetry 2001, 12, 1801–1806; "Practical synthesis
of optically active styrene oxides via reductive transformation
of 2-chloroacetophenones
with chiral rhodium catalysts",
Hamada, T.; Torii, T.; Izawa, K.; Noyori, R.; Ikariya, T. Org. Lett.
2002, 4, 4373–4376).
Durch
Nutzung einerseits des (R,R)- und andererseits des (S,S)-Enantiomers
des Diamins tsdpen kann wahlweise das (2S)- oder (2R)-Enantiomer
des 4',7-O,O-diacylierten
8-Prenylnaringeninderivats
1 erhalten werden. Vorteilhaft ist dabei eine Isolierung des chiralen
Rhodiumkatalysators 3 oder seiner zunächst gebildeten Vorstufe (3
mit Rh-Cl statt Rh-H) nicht erforderlich.
Die
entsprechende Anwendung modifizierter Katalysatorsysteme, z. B.
durch Wechsel des zentralen Metallatoms von Rhodium (III) zu Ruthenium
(II) oder Iridium (III), durch Austausch des π-Liganden ohne Veränderung
der Gesamtelektronenzahl, wie etwa ein Wechsel von Pentamethylcyclopentadienyl
zu 1-Methyl-4-isopropylbenzol oder 1,3,5-Trimethylbenzol, oder durch Variation
des chiralen Diaminliganden entspricht dem zu schützenden
Verfahren.
Da
auch die weiteren Reaktionen des erfindungsgemäßen Verfahrens katalytischer
Natur sind, bietet es die Möglichkeit,
sowohl (2S)-, als auch (2R)-8-Prenylnaringenin mit sehr hoher Enantiomerenreinheit
in größeren Mengen
und zudem kostengünstiger
als durch die derzeit verwendete Trennung des racemischen Gemischs
von 8-Prenylnaringenin mittels HPLC an chiralen Phasen bereit zu
stellen.
Das
als Substrat für
die enantioselektive Transferhydrierung benötigte racemische 4',7-O,O-diacylierte 8-Prenylnaringeninderivat
(rac-1) kann chemoselektiv aus racemischem Naringenin synthetisiert
werden ("An efficient
synthesis of the potent phytoestrogens 8-prenylnaringenin and 6-(1,1-dimethylallyl)naringenin
by europium(III)-catalyzed Claisen rearrangement", Gester, S.; Metz, P.; Zierau, O.;
Vollmer, G. Tetrahedron 2001, 57, 1015–1018) und ist ebenfalls durch
Isolierung geeigneter Vorstufen, die leicht in racemisches 8-Prenylnaringenin überführbar sind,
aus natürlichen
Quellen ("CCC Sample
cutting for isolation of prenylated phenolics from hops", Chadwick, L. R.;
Fong, H. H. S.; Farnsworth, N. R.; Pauli, G. F. J. Liquid Chrom.
Rel. Technol. 2005, 28, 1959–1969)
und anschließende
chemoselektive Diacylierung von racemischem 8-Prenylnaringenin erhältlich.
Der
Produktalkohol (2R,4R)-2 bzw. (2S,4S)-2 kann vorteilhaft nach Abtrennung
vom nicht umgesetzen Isomer (2S)-1 bzw. (2R)-1 durch Oxidation in
das jeweils andere Enantiomer von 1 überführt werden.
Dies
erfolgt bevorzugt mit katalytischen Mengen von Tetrapropylammoniumperruthenat
(TPAP) und N-Methylmorpholin-N-oxid (NMO) als Cooxidans. Dabei werden
bevorzugt 5 Mol-% TPAP und 2 Moläquivalente
NMO eingesetzt.
Die
Reaktionsgleichung der Oxidation ist beispielhaft für das (2R)-Isomer
angegeben:
Vorteilhaft
lassen sich durch die enantioselektive Transferhydrierung und die
anschließende
Oxidation des Reduktionsprodukts im Ergebnis beide Enantiomere des
4',7-O,O-diacylierten
8-Prenylnaringeninderivats 1 in hoher Ausbeute erhalten.
Durch
eine anschließende
enzymatische Desacylierung des so erhaltenen enantiomerenreinen
8-Prenylnaringeninderivats 1 lässt
sich vorteilhaft enantiomerenreines (2S)- bzw. (2R)-8-Prenylnaringenin
herstellen. Die Reaktionsgleichung der Desacylierung ist beispielhaft
für das
(2S)-Isomer angegeben:
Die
Desacylierung wird bevorzugt in Gegenwart katalytischer Mengen einer
Lipase, besonders bevorzugt Pseudomonas sp. Lipase, durchgeführt. Mit
dieser Lipase wurden für
R1 und R2 gleich
Acetyl die besten Ergebnisse erzielt. Mittels dieser Enzymkatalyse
gelingt die Abspaltung der Acylreste R1 und
R2 zu (2S)- bzw. (2R)-8-Prenylnaringenin
racemisierungsfrei.
Andere
gängige
Verfahren zur Abspaltung von Acylresten, wie z. B. Kaliumcarbonat/Methanol,
haben sich als wenig geeignet erwiesen, da sie zu einer signifikanten
Racemisierung führen.
Zu
einer 0,08 molaren Lösung
des racemischen Flavanons 4',7-O,O-Diacetyl-8-prenylnaringenin (rac-1a)
in Essigsäureethylester
wird eine Lösung
des Katalysators (R,R)-3 gegeben, die durch Versetzen von [Cp*RhCl2]2 (1 Mol-%) und
(R,R)-tsdpen (2 Mol-%) in Essigsäureethylester
(6,7 mL/0,1 mmol [Cp*RhCl2]2)
mit einer 3.6:1-Mischung (v/v) von NEt3/HCO2H (2,7 mL/0,1 mmol [Cp*RhCl2]2) und 30 min Rühren bei Raumtemperatur vorab
bereitet wird. Das Reaktionsgemisch wird 2 h bei Raumtemperatur
gerührt
und mit gesättigter NaHCO3-Lösung
versetzt. Nach Phasentrennung wird die organische Phase ein weiteres
Mal mit gesättigter NaHCO3-Lösung
gewaschen, über
MgSO4 getrocknet, und das Lösungsmittel
im Vakuum entfernt. Das nicht umgesetzte Enantiomer (2S)-1a wird
vom Reaktionsprodukt (2R,4R)-2a durch Säulenchromatographie an Kieselgel
getrennt. Dazu wird die Säule
mit 1% NEt3 in Pentan/Essigsäureethylester
1:1 (v/v) desaktiviert, das Keton (2S)-1a mit Pentan/Essigsäureethylester
1:1 (v/v) eluiert und daraufhin der Alkohol (2R,4R)-2a rasch mit Essigsäureethylester
von der Säule
gespült.
Entfernung des Lösungsmittels
im Vakuum liefert die reinen Produkte (2S)-1a (43% isolierte Ausbeute,
[α]20 D = ~–23,3 (c
= 1,00 in CHCl3), >99% ee gemäß chiraler HPLC: Daicel AD,
Hexan/Isopropanol 8:2) und (2R,4R)-2a (41% isolierte Ausbeute, [α]20 D =. +10,0 (c =
1,00 in CH2Cl2), >95% ee gemäß Drehwertmessung
nach Oxidation zu (2R)-1a mit TPAP/NMO).