DE102007058741A1 - Verfahren zur O-Dealkylierung von Alkylarylethern - Google Patents

Verfahren zur O-Dealkylierung von Alkylarylethern Download PDF

Info

Publication number
DE102007058741A1
DE102007058741A1 DE200710058741 DE102007058741A DE102007058741A1 DE 102007058741 A1 DE102007058741 A1 DE 102007058741A1 DE 200710058741 DE200710058741 DE 200710058741 DE 102007058741 A DE102007058741 A DE 102007058741A DE 102007058741 A1 DE102007058741 A1 DE 102007058741A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
reaction
dealkylation
peroxygenase
haloperoxidase
alkylarylether
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200710058741
Other languages
English (en)
Inventor
Rene Dr.rer.nat. Ullrich
Katrin Prof. Dr.rer.nat. Scheibner
Martin Prof.Dr.rer.nat.habil Hofrichter
Matthias Kinne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JENABIOS GmbH
Original Assignee
JENABIOS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JENABIOS GmbH filed Critical JENABIOS GmbH
Priority to DE200710058741 priority Critical patent/DE102007058741A1/de
Publication of DE102007058741A1 publication Critical patent/DE102007058741A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/22Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group aromatic

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur enzymatischen, O-Dealkylierung von Alkylarylethern (Ar-O-Alkyl) der allgemeinen Formel (I) zu den entsprechenden hydroxylierten Aromaten (Ar-OH) der Formel (II) und Alkylaldehyden (Alkyl-CHO) durch Umsetzung von Alkylarylethern der Formel (I) mit einer pilzlichen Haloperoxidase-Peroxygenase [z. B. Agrocybe-aegerita-Peroxidase = AaP] in Gegenwart mindestens eines Oxidationsmittels (z. B. Wasserstoffperoxid) in einem Einstufen-Reaktionsverfahren. Die Reaktion verläuft erfindungsgemäß regioselektiv, so dass am Ende Reinheiten der Positionsisomere von mehr als 95% und Ausbeuten zwischen 20 und 90% erreicht werden. Das Verfahren kann in den verschiedensten Bereichen der Synthesechemie eingesetzt werden, u. a. zur Herstellung von Pharmaka-Vorstufen sowie zur Synthese spezieller Katalysatoren und zur selektiven Entfernung von Schutzgruppen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur enzymatischen Spaltung von Alkylarylethern (Ar-O-Alkyl) in hydroxylierte Aromaten (Phenole; Ar-OH) und Alkylaldehyde (Alkyl-CHO).
  • Phenolische Hydroxylgruppen spielen in vielen Naturstoffen und als funktionelle Gruppe in synthetisierten organischen Chemikalien eine bedeutende Rolle (Huhn, P, 2006: Naturstoffchemie. S. Hirzel Verlag Stuttgart; Volhardt, KPC, Schore, NE, 2000: Organische Chemie. Wiley-VCH Verlag Weinheim). Es ist deshalb oftmals notwendig, an Molekülen mit phenolischen OH-Gruppen chemische Modifikationen/ Reaktionen durchzuführen. Hydroxylgruppen erhöhen generell die Reaktivität eines Aromaten gegenüber elektrophilen Substitutionen, was mit einem Verlust an Selektivität bezüglich anderer chemischer Reaktionen verbunden ist (Walter, W, Francke, W, 2004: Beyer Walter Lehrbuch der organischen Chemie. S. Hirzel Verlag Stuttgart). Zudem beeinflusst das azide Wasserstoffatom der phenolischen OH-Gruppe säureempfindliche Katalysen.
  • In der pharmazeutischen Synthesechemie, beispielsweise bei der Darstellung von biologisch aktiven, oxygenierten Verbindungen, müssen diese reaktiven phenolischen Gruppen vor unerwünschten chemischen Reaktionen geschützt werden. Dies geschieht im Allgemeinen durch eine Alkylierung der OH-Gruppe unter Bildung der korrespondierenden Alkylarylether, hauptsächlich in Form von Methyl- oder Ethylethern (Wuts, PGM 2007: Greene's protective groups in organic synthesis. 4. Ed, John Wiley & Sons; Kocienski, PJ 2005: Protecting Groups. 3. Ed. Thieme). Die Methylierung phenolischer OH-Gruppen ist chemisch relativ einfach zu realisieren und wird zumeist mittels Methyliodid, Dimethylsulfat, Diazomethan oder umweltschonend mit Dimethylcarbonat durchgeführt (Perosa, A, Selva, M, Tundo, P, Zordan F 2000: Alkyl methyl carbonates as very efficient methylating agents. The O-methylation of Phenols. Synlett, 1, 272–274). Zum Schutz phenolischer OH-Gruppen können analog auch Ether mit längeren Alkylresten synthetisiert werden.
  • Im Anschluss an die gewünschten chemischen Modifikationen des Zielmoleküls müssen die schützenden Etherbindungen gespalten werden, damit die für die Moleküleigenschaften wichtige(n) Hydroxylfunktion(en) (phenolische OH-Gruppen) wieder entstehen. Es ist allgemein bekannt, dass Alkylarylether chemisch gespalten werden können. Dies geschieht bevorzugt in Gegenwart starker, protischer Säuren mit nukleophilen Anionen (z. B. HI, HBr; Meltzer, RI, Lustgarten, DM, Fischman, A 1957: Thyroxine Analogs. J Org Chem 22: 1577–1581) als nukleophiler Angriff auf das reaktivste C-Atom (Boovanahalli, SK, Kim, DW, Chioder, DY 2004: Application of ionic liquid halide nucleophilicity for the cleavage of ethers. A Green Protocol for the Regeneration of Phenols from Ethers. J Org Chem 69: 3340–3344) oder durch Lewis-Säuren, wie z. B. trivalente Borverbindungen, über einen elektrophilen Angriff auf den Sauerstoff des Ethers oder mittels reduktiver Spaltung (Ranu, C, Bhar, S 1996: Dealkylation of Ethers. A review. Org Prep Proc Int 28: 371–411; Claydon, J, Greeves, N, Warren, S, Wothers, P et.al. 2006: Organic Chemistry. Oxford University Press). Da die Etherbindung eine hohe Bindungsenergie (ca. 360 kJ mol–1) besitzt, gestaltet sich die chemische Dealkylierung im technischen Maßstab schwierig und kostenintensiv. So weisen die verschiedenen Möglichkeiten der chemischen Dealkylierung eine Reihe von Nachteilen auf:
    • a) es sind relativ hohe Temperaturen (~50–175°C) und
    • b) lange Reaktionszeiten (~1–24 h) erforderlich,
    • c) meist werden nur mäßige Ausbeuten (~50–90%) erreicht,
    • d) es kommt zur Entstehung unerwünschter Nebenprodukte (geringe Selektivität),
    • e) es sind teure Katalysatoren erforderlich und
    • f) es müssen umweltgefährdende Chemikalien eingesetzt werden.
  • (Weissmau SA, Zewge, D 2005: Recent advances in ether dealkylation. Tetrahedron 61: 7833–7863; Mejeed, M. 2007: Process for the synthesis of biologically active oxygenated compounds by dealkylation of the corresponding alkylethers. United States Patent 7253324 )
  • Prozesse unter Verwendung von Iod-, Brom- und Chlorwasserstoff sowie Aluminium-(III)-chlorid und Eisen-(III)-chlorid führen zu geringen Ausbeuten und müssen meist unter strikt aziden Bedingungen ablaufen. Höhere Ausbeuten können durch kostenintensivere Bor-(III)-halogenide erzielt werden. Der Einsatz von Pyridinchlorid zur Demethylierung ist aufgrund hoher Prozess-Temperaturen (ca. 200°C) unwirtschaftlich; theoretisch geeignete phosphorhaltige Chemikalien sind wiederum unselektiv. Optimierte Verfahren zur Dealkylierung von Alkylarylethern mit Aluminium-(III)-iodid führen zu höheren Selektivitäten und Ausbeuten, sind aber, aufgrund der Verwendung von Kohlenstoffdisulfid, das toxisch und entflammbar ist, und nicht zuletzt wegen der langen Reaktionszeiten, unwirtschaftlich. Nebenprodukte bei der Anwendung von Thiolat-Katalysatoren führen zu Geruchsemissionen und hygienischen Problemen im industriellen Prozess. (Andersson, S-G B. (Malmo, SE), 1986: Method for dealkylation of alkyl-aryl ethers. United States Patent 4695659 ).
  • Aufgrund der bekanntermaßen hohen Selektivität und dem umweltschonenden Verlauf enzymatischer Reaktionen stellen biokatalytische Prozesse eine geeignete Alternative zu energieintensiven und umweltgefährdenden chemischen Synthesen dar. Folgende enzymatische Spaltungen von Alkylarylether sind derzeit bekannt:
    • a) Häm-Peroxidasen (EC 1.11.1.x): Bei dieser Enzymfamilie handelt es sich um Proteine mit einem Porphyrinringsystem und zentralem Eisen-Ion (meist Fe3+), die in Gegenwart von Wasserstoffperoxid als Elektronenakzeptor in der Lage sind, aromatische bzw. phenolische Verbindungen zu oxidieren. Das am besten untersuchte Enzym dieser Gruppe ist die Meerrettich-Peroxidase. Sie kann neben den o. g. Reaktionen verschiedene N-Dealkylierungen katalysieren, jedoch nur einige wenige O-Dealkylierungen. Im letzteren Fall handelt es sich immer um komplexe Methoxybenzol-Derivate, welche mit zusätzlichen aktivierenden Amino- und/oder anderen funktionellen Gruppen substituiert sind (Meunier, G, Meunier, B 1985: Evidences for an efficient demethylation of methoxy ellipticine catalyzed by a peroxidase. J Am Chem Soc 107: 2558–2560; Ross, D, Larsson, R, Norbeck, K, Ryhage, R, Moldéus, P 1985: Characterization and mechanism of formation of reactive products formed during peroxidasecatalyzed Oxidation of p-phenetidine. Trapping of reactive species by reduced glutathione and butylated hydroxyanisole. Mol Pharmacol 27: 277–286; Haim, N, Nemec, J, Roman, J, Sinha, BK 1987: Peroxidase-catalyzed metabolism of etoposide (VP-16-213) and covalent binding of reactive intermediates to cellular macromolecules. Cancer Res 47: 5835–5840).
  • Des Weiteren ist bekannt, dass Lignin-Peroxidasen aus Weißfäulepilzen (z. B. Phanerochaete chrysosporium) befähigt sind, substituierte Alkylarylether zu spalten. Jedoch entstehen dabei stets chinoide Verbindungen als Hauptprodukte, während Phenole (z. B. Guajakol) lediglich in Spuren oder nicht nachgewiesen werden konnten. Zudem verlaufen diese Oxidationen über einen rein radikalischen Mechanismus, was eine geringe Selektivität zur Folge hat. Dies macht eine Verwendung dieser Enzyme zum Entfernen von Schutzgruppen unmöglich (Enoki, A, Goldsby, GP, Gold, MH 1981: β-Ether cleavage of the lignin model compound 4-ethoxy-3-methoxyphenylglycerol-β-guaiacyl ether and derivatives by Phanerochaete chrysosporium. Arch Microbiol 129: 141–145).
  • Häm-basierte „Kleinstenzyme", auch Mikroperoxidasen genannt, sind in der Lage, sowohl durch Ein-Elektron-Oxidation als auch über den intermediären Transfer von Sauerstoff, Alkylarylether zu O-dealkylieren. Doch auch in diesem Fall ist die Etherspaltung strikt an das Vorhandensein von aktivierenden Substituenten am aromatischen Ring gebunden. So kann die Mikroperoxidase 8 (MP 8) kann nur Arylether spalten, die ein Ionisierungspotential < 8,4 eV besitzen. Eine Dealkylierung von stabilen Arylethern wie 1,4-Dimethoxybenzol oder Anisol zu den entsprechenden Phenolen kann folgerichtig nicht katalysiert werden (Boersma, MG, Primus, J-L, Koerts, J, Veeger, C, Rietjens, IMCM 2000: Heme-(hydro)peroxide mediated O- and N-dealkylation. A study with microperoxidase. Eur J Biochem 267: 6673–6678).
  • Außerdem ist bekannt, dass die Chlorperoxidase (CPO) des Schlauchpilzes Caldariomyces fumago in Abwesenheit von Chlorid-Ionen in der Lage ist, eine Vielzahl von Verbindungen zu oxidieren und auch aromatische N-Dealkylierungen zu katalysieren (Hofrichter, M, Ullrich, R 2006: Heme-thiolate haloperoxidases: versatile biocatalysts with biological and environmental significance. Appl Microbiol Biotechnol 71: 276–288). Jedoch beschreibt nur eine Publikation die mögliche O-Dealkylierung eines Arylethers (p-Methylanisol) durch die CPO. Das aromatische Reaktionsprodukt (p-Cresol) konnte allerdings nicht nachgewiesen werden und die Dealkylierung wurde lediglich auf Grund des Nachweises von Formaldehyd postuliert (Miller, VP, Tschirret-Guth, RA, Ortiz de Montellano, PR 1995: Chloroperoxidase-catalyzed benzylic hydroxylation. Arch Biochem Biophys 319: 330–340)
    • b) Weiterhin ist bekannt, dass einige Cytochrom-P450-Monooxygenasen (EC 1.14.14.x) Alkylarylether O-dealkylieren können. Sie kommen ausschließlich intrazellulär vor, sind oft membrangebunden und benötigen für ihre Funktion komplexe Elektronendonatoren [NAD(P)H] sowie spezielle Elektronentransportproteine (z. B. Ferredoxin, Flavin-Reduktasen) und molekularen Sauerstoff (O2) als Cofaktoren. Weitere Nachteile dieser Enzyme sind ihre geringen Wechselzahlen (kcat) und katalytischen Effizienzen (Urano, Y, Higuchi, T, Hirobe, M, 1996: Substrate-dependent changes of the oxidative O-dealkylation mechanism of several chemical and biological oxidizing systems. J. Chem. Soc.; White, GF, Russell, NJ, and Tidswell, EC, 1996: Bacterial scission of ether bonds. Microbiol.).
    • c) Außerdem ist eine 4-Methoxybenzoesäure-Monooxygenase (EC 1.14.99.15) aus Pseudomonas putida in der Lage, mit den Cosubstraten NADH und molekularem Sauerstoff (O2) 4-Methoxybenzoesäure zur korrespondierenden 4-Hydroxybenzoesäure zu demethylieren. Es handelt sich dabei um eine hämfreie Monooxygenase mit einem Fe-S-Cluster (Rieske-type enzyme) im aktiven Zentrum (Bernhardt, FH, Ruf, HH and Ehrig, H, 1974: A 4-methoxybenzoate monooxygenase system from Pseudomonas putida. Circular dichroism studies an the iron-sulfur protei. FERS Letters, 43(1): 53–55; Kim, YH, Engesser, KH, 2004: Degradation of alkyl ethers, aralkyl ethers, and dibenzyl ether by Rhodococcus sp. strain DEE5151, isolated from diethyl ether-containing enrichment cultures. Appl Environ Microbiol, 70(7): 4398-401).
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Prozess zur Dealkylierung von Arylalkylethern zu den entsprechenden Phenolen mit möglichst geringem verfahrenstechnischen und apparativen Aufwand und bei gleichzeitigem Einsatz kostengünstiger Cosubstrate durchzuführen. Die Umsetzung der Ausgangsverbindungen soll in kurzen Inkubationszeiten, bei Raumtemperatur und -druck, im wässrigen Milieu und ohne erhöhte Anforderungen an sterile bzw. semisterile Reaktionsbedingungen erfolgen. Die Reaktionsprodukte sind dabei mit möglichst geringem Aufwand zu isolieren, und eine aufwändige Trennung weiterer Reaktionsprodukte soll entfallen.
  • Das vorliegende Verfahren löst diese Aufgabe und betrifft ein Methode zur enzymatischen, O-Dealkylierung von Alkylarylethern der Formel (I) zu den entsprechenden hydroxylierten Aromaten (II) durch Umsetzung eines Alkylarylethers der Formel (I) mit einer pilzlichen Haloperoxidase-Peroxygenase („Etherase") in Gegenwart mindestens einen Oxidationsmittels in einem Einstufen-Reaktionsverfahren.
  • Die Ausgangsverbindungen der Formel (I) werden dabei vorzugsweise mit der Haloperoxidase-Peroxygenase des Lamellenpilzes Agrocybe aegerita (Agrocybe-aegerita-Peroxidase = AaP), die eine besonders hohe Peroxygenase- und Etherase-Aktivität besitzt, und zumindest einem Oxidationsmittel zur Reaktion gebracht, wobei die Dealkylierung des Alkylarylethers erfolgt.
  • Als Oxidationsmittel werden erfindungsgemäß vorzugsweise H2O2, organische Peroxide oder Hydroperoxide, wie z. B. tert-Butylhydroperoxid, Luft oder Sauerstoff (O2) verwendet. Auf teure Elektronendonatoren, wie z. B. NADH oder NADPH kann bei dem vorliegenden Verfahren verzichtet werden (Konzentration des Oxidationsmittels: 0,01 bis 20 mmol/L, bevorzugt 0,1 bis 2 mmol/L H2O2).
  • Dem Reaktionsgemisch können zur weiteren Beschleunigung der Umsetzung der Verbindung der Formel (I) mit dem Enzym AaP zusätzlich H2O2-generierende Enzyme, insbesondere Oxidasen, wie z. B. Glucose-Oxidase oder Arylalkohol-Oxidase sowie deren Substrate (Glucose bzw. Arylalkohole) zugesetzt werden.
  • Zur Erhöhung der Selektivität der Dealkylierung kann erfindungsgemäß Ascorbinsäure oder ein anderer Radikalfänger (radical scavenger, 0,1–20 mM) dem Reaktionsansatz zugesetzt werden.
  • Die Grundlage des erfindungsgemäßen enzymatischen, zellfreien Verfahrens ist eine neuartige extrazelluläre Haloperoxidase-Peroxygenase (= aromatische Peroxygenase), die über P450-ähnliche Katalyseeigenschaften verfügt und in Gegenwart eines geeigneten Oxidationsmittels (z. B. Peroxiden), insbesondere in gepufferten wässrigen Lösungen, aromatische Alkylarylether, z. B. 1,4-Dimethoxybenzol, 1,4-Diethoxybenzol, 4-Nitroanisol, 2-Phenoxyethanol, 4-Nitrophenoxy-1-dodekansäure, 4-Methylanisol, 4-Nitrophenoxy-1-ethanol und 4-Nitrophenoxy-1-essigsäure, zu den entsprechenden hydroxylierten Aromaten O-dealkyliert und dabei mit Zusatz eines Radikalfängers (radical scavenger; z. B. Ascorbionsäure) eine hohe Selektivität erreicht wird (> 95%).
  • Bei dem eingesetzten Enzym handelt es sich um ein spezielles extrazelluläres Häm-Thiolat-Protein mit Peroxidase-, Peroxygenase- und Etherase-Funktion. Es wird von Basidiomyceten der Familien Bolbitiaceae (z. B. Agrocybe spp.) und Coprinaceae (z. B. Coprinus spp.) gebildet und zeichnet sich durch besondere katalytische Eigenschaften aus, die es von bisher beschriebenen Peroxidasen und Monooxygenasen deutlich unterscheidet. Die Enzymherstellung erfolgt vorzugsweise in Flüssigkultur, in Bioreaktoren und stickstoffreichen Medien (Ullrich, R., 2005, Dissertation, IHI Zittau; Kluge, M., 2006, Diplomarbeit, IHI Zittau).
  • Die von dem als AaP bezeichneten Enzym katalysierten Reaktionen benötigen im Unterschied zu chemischen Synthesen keine hochkonzentrierten aggressiven und umweltgefährdenden Reagenzien (< 1% H2O2) und bei der Produktgewinnung kann auf chemikalien- und zeitintensive Reinigungsschritte zur Trennung der Isomerengemische verzichtet werden. Üblicherweise wird das Enzym in einer Konzentration von 0,01 U/mL bis 20 U/mL AaP, insbesondere von 0,09 bis 5 U/mL AaP, eingesetzt. Dies macht das dargestellte Reaktionsverfahren besonders umweltfreundlich.
  • Ein weiterer Vorteil gegenüber rein chemischen Synthesen besteht in der Prozessführung auf Grund der erfindungsgemäßen AaP-katalysierten Umsetzung bei Raumtemperatur und normalem Luftdruck. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren in wässrigen, gepufferten Lösungen durchgeführt. Dem Reaktionsgemisch können hierbei zur Stabilisierung der Reaktion im wässrigen Medium Puffer auf Basis organischer Säuren, vorzugsweise Zitronensäure, sowie Phosphate, vorzugsweise Kaliumhydrogenphosphate, zugesetzt werden (Pufferkonzentration: 5 mmol/L bis 500 mmol/L, vorzugsweise 20 bis 100 mmol/L). Weiterhin ist es möglich, die Reaktion im pH-Staten ohne Puffer unter kontinuierlicher Zusdosierung von Säuren oder Basen durchzuführen.
  • Zur Verbesserung der Löslichkeit können dem Reaktionsgemisch organische Lösungsmittel zugesetzt werden und dabei auch in einem 2-Phasensystem gearbeitet werden. Erfindungsgemäß einsetzbare Lösungsmittel sind protische Lösungsmittel, wie Methanol oder Ethanol oder aprotische polare Lösungsmittel wie Ether (z. B. Diisopropylether), Aceton, Acetonitril, DMSO (Dimethylsulfoxid) sowie DMF (N,N-Dimethylformamid).
  • Als Ausgangsverbindungen der Formel (I) werden insbesondere Verbindungen aus der folgenden Gruppe eingesetzt: Alkylarylether, para-substituierte Alkylarylether (R = -X, -NO2, -Alkyl, -Phenyl, -NH2, -OH). Die Reaktion wird in einem Bereich von 5°C bis 40°C, vorzugsweise bei 20–30°C und bei pH-Werten von 3 bis 10, vorzugsweise 5 bis 8, durchgeführt. Die Reaktionszeiten liegen üblicherweise im Bereich von 0,5 bis 120 Minuten, insbesondere im Bereich von 5 bis 30 Minuten. Die erzielten Ausbeuten an Dealkylierungs-Produkten variieren zwischen 10% und 99%, vorzugsweise zwischen 20 und 90%.
  • Die Vorteile der AaP-katalysierten Umsetzung von Alkylarylether gegenüber der Katalyse mit anderen Enzymen, die Alkylarylethern spalten, liegen:
    • a) in seiner höheren spezifischen Aktivität, katalytischen Effiziens und Selektivität
    • b) im Einsatz preiswerter Peroxide anstelle teurer Elektronendonatoren [NAD(P)H],
    • c) in der Unabhängigkeit des hydroxylierenden Enzyms von Flavin-Reduktasen, Ferredoxin und regulatorischen Proteinen,
    • d) in der einfachen Enzymgewinnung ohne Zellaufschluss (extrazelluläres Protein) und
    • e) in der hohen Stabilität der extrazellulären AaP und ähnlicher Peroxygenasen im Vergleich zu intrazellulären und z. T. membrangebundenen Cytochromen.
    • f) im breiteren Substrat-Spektrum verglichen mit den bekannten Peroxidasen
  • Mit den AaP-katalysierten Reaktionen ist es erstmals möglich, Alkylarylether mit Hilfe eines einzelnen extrazellulären Biokatalysators, der lediglich ein Peroxid als Cosubstrat benötigt, in einem einstufigen Prozess zu den entsprechenden Hydroxyaromaten (= Phenole; z. B. 4-Methoxy-/Ethoxyphenol) umzusetzen. Das Verfahren kann in verschiedensten Bereichen der Synthesechemie eingesetzt werden, u. a. zur Herstellung von Wirkstoffen, Pharmaka-Intermediaten, speziellen Katalysatoren und Oxidationsmitteln sowie zur Entfernung von Schutzgruppen instabiler Moleküle. Die Erfindung soll nachstehend anhand von dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, wobei die Erfindung nicht auf die genannten Beispiele beschränkt ist.
  • Beispiele
  • Es zeigen:
  • 1: Allgemeines Formelschema der AaP-katalysierten Umsetzung von Alkylarylethern
  • 2: Formelschema gemäß Ausführungsbeispiel
  • 3: HPLC-Elutionsprofil (280 nm) der Umsetzung von 1,4-Diethoxybenzol durch AaP
  • Ausführungsbeispiel:
  • 500 μM 1,4-Dimethoxybenzol wurden in wässriger Kaliumphosphat-Pufferlösung (50 mM, pH = 7.0) gelöst und zusammen mit 4 mM Ascorbinsäure, 1 mM H2O2 und 1 U Agrocybe-aegerita-Peroxidase (Units bezogen auf die Oxidation von Veratrylalkohol zu Veratrylaldehyd; Ullrich et al. 2004, Appl. Environ. Microbiol.: 70, 4575-81) in einem Gesamtvolumen von 1 ml bei 24 °C in einem verschlossenen Glasgefäß gerührt. Die Reaktionszeit betrug insgesamt 30 min. Als einziges Produkt dieser Reaktion (Ausbeute 45%) wurde 4-Methoxyphenol anhand eines authentischen Standards (Sigma) über die Retentionszeit sowie UV-Spektrum detektiert. Die chromatographische Trennung und Produkt-Identifizierung erfolgte unter Verwendung einer speziellen HPLC-Säule (Phenomex synergi 4 μm Fusion-RP 80A, 150 × 2 mm) und eines HPLC-DAD Systems der Firma AGILENT.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 7253324 [0005]
    • - US 4695659 [0006]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Huhn, P, 2006: Naturstoffchemie. S. Hirzel Verlag Stuttgart; Volhardt, KPC, Schore, NE, 2000: Organische Chemie. Wiley-VCH Verlag Weinheim [0002]
    • - Walter, W, Francke, W, 2004: Beyer Walter Lehrbuch der organischen Chemie. S. Hirzel Verlag Stuttgart [0002]
    • - Wuts, PGM 2007: Greene's protective groups in organic synthesis. 4. Ed, John Wiley & Sons; Kocienski, PJ 2005: Protecting Groups. 3. Ed. Thieme [0003]
    • - Perosa, A, Selva, M, Tundo, P, Zordan F 2000: Alkyl methyl carbonates as very efficient methylating agents. The O-methylation of Phenols. Synlett, 1, 272–274 [0003]
    • - HI, HBr; Meltzer, RI, Lustgarten, DM, Fischman, A 1957: Thyroxine Analogs. J Org Chem 22: 1577–1581 [0004]
    • - Boovanahalli, SK, Kim, DW, Chioder, DY 2004: Application of ionic liquid halide nucleophilicity for the cleavage of ethers. A Green Protocol for the Regeneration of Phenols from Ethers. J Org Chem 69: 3340–3344 [0004]
    • - Ranu, C, Bhar, S 1996: Dealkylation of Ethers. A review. Org Prep Proc Int 28: 371–411; Claydon, J, Greeves, N, Warren, S, Wothers, P et.al. 2006: Organic Chemistry. Oxford University Press [0004]
    • - Weissmau SA, Zewge, D 2005: Recent advances in ether dealkylation. Tetrahedron 61: 7833–7863; Mejeed, M. 2007: Process for the synthesis of biologically active oxygenated compounds by dealkylation of the corresponding alkylethers [0005]
    • - Andersson, S-G B. (Malmo, SE), 1986: Method for dealkylation of alkyl-aryl ethers [0006]
    • - Meunier, G, Meunier, B 1985: Evidences for an efficient demethylation of methoxy ellipticine catalyzed by a peroxidase. J Am Chem Soc 107: 2558–2560 [0007]
    • - Ross, D, Larsson, R, Norbeck, K, Ryhage, R, Moldéus, P 1985: Characterization and mechanism of formation of reactive products formed during peroxidasecatalyzed Oxidation of p-phenetidine. Trapping of reactive species by reduced glutathione and butylated hydroxyanisole. Mol Pharmacol 27: 277–286 [0007]
    • - Haim, N, Nemec, J, Roman, J, Sinha, BK 1987: Peroxidase-catalyzed metabolism of etoposide (VP-16-213) and covalent binding of reactive intermediates to cellular macromolecules. Cancer Res 47: 5835–5840 [0007]
    • - Enoki, A, Goldsby, GP, Gold, MH 1981: β-Ether cleavage of the lignin model compound 4-ethoxy-3-methoxyphenylglycerol-β-guaiacyl ether and derivatives by Phanerochaete chrysosporium. Arch Microbiol 129: 141–145 [0008]
    • - Boersma, MG, Primus, J-L, Koerts, J, Veeger, C, Rietjens, IMCM 2000: Heme-(hydro)peroxide mediated O- and N-dealkylation. A study with microperoxidase. Eur J Biochem 267: 6673–6678 [0009]
    • - Hofrichter, M, Ullrich, R 2006: Heme-thiolate haloperoxidases: versatile biocatalysts with biological and environmental significance. Appl Microbiol Biotechnol 71: 276–288 [0010]
    • - Miller, VP, Tschirret-Guth, RA, Ortiz de Montellano, PR 1995: Chloroperoxidase-catalyzed benzylic hydroxylation. Arch Biochem Biophys 319: 330–340 [0010]
    • - Urano, Y, Higuchi, T, Hirobe, M, 1996: Substrate-dependent changes of the oxidative O-dealkylation mechanism of several chemical and biological oxidizing systems. J. Chem. Soc.; White, GF, Russell, NJ, and Tidswell, EC, 1996: Bacterial scission of ether bonds. Microbiol. [0010]
    • - Bernhardt, FH, Ruf, HH and Ehrig, H, 1974: A 4-methoxybenzoate monooxygenase system from Pseudomonas putida. Circular dichroism studies an the iron-sulfur protei. FERS Letters, 43(1): 53–55 [0010]
    • - Kim, YH, Engesser, KH, 2004: Degradation of alkyl ethers, aralkyl ethers, and dibenzyl ether by Rhodococcus sp. strain DEE5151, isolated from diethyl ether-containing enrichment cultures. Appl Environ Microbiol, 70(7): 4398-401 [0010]
    • - Ullrich, R., 2005, Dissertation, IHI Zittau; Kluge, M., 2006, Diplomarbeit, IHI Zittau [0018]
    • - Ullrich et al. 2004, Appl. Environ. Microbiol.: 70, 4575-81 [0029]

Claims (13)

  1. Verfahren zur enzymatischen O-Dealkylierung von Alkylarylethern der Formel (I) zu entsprechenden hydroxylierten Aromaten (Phenole) der Formel (II), durch Umsetzung von Alkylarylethern der Formel (I) mit einer pilzlichen aromatischen Haloperoxidase-Peroxygenase [Agrocybe-aegerita-Peroxidase = AaP] in Gegenwart mindestens eines Oxidationsmittels in einem Einstufen-Reaktionsverfahren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkylarylether 1,4-Dimethoxybenzol eingesetzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkylarylether 1,4-Diethoxybenzol eingesetzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkylarylether 4-Nitroanisol eingesetzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Haloperoxidase-Peroxygenase die Enzyme aus Agrocybe aegerita, Agrocybe chaxingu, Coprinus radians oder Coprinus verticulatus verwendet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Haloperoxidase-Peroxygenase die Enzyme aus Vertretern der Familien Bolbitiaceae, Coprinaceae und Tricholomataceae verwendet werden.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid, organische Peroxide oder Hydroperoxide, Luft oder Sauerstoff eingesetzt werden.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel in katalytischen Mengen, vorzugsweise in Mengen von < 0,01% bezogen auf die Konzentration der Verbindung der Formel (I) eingesetzt wird.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktionsgemisch zur weiteren Beschleunigung der Umsetzung der Verbindung der Formel (I) mit dem Enzym AaP weitere Enzyme, die H2O2 generieren, zugesetzt werden.
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktionsmedium zur Stabilisierung der Reaktion im wässrigen Medium Puffer auf Basis organischer Säuren und/oder Phosphate zugesetzt werden.
  11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion in einem Temperaturbereich zwischen 10°C bis 40°C durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Substrat-Löslichkeit organische Lösungsmittel zugesetzt werden können.
  13. Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung von Selektivität und Produktausbeute Ascorbinsäure oder andere Radikalfänger zugesetzt werden.
DE200710058741 2007-12-03 2007-12-03 Verfahren zur O-Dealkylierung von Alkylarylethern Withdrawn DE102007058741A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200710058741 DE102007058741A1 (de) 2007-12-03 2007-12-03 Verfahren zur O-Dealkylierung von Alkylarylethern

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200710058741 DE102007058741A1 (de) 2007-12-03 2007-12-03 Verfahren zur O-Dealkylierung von Alkylarylethern

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007058741A1 true DE102007058741A1 (de) 2009-06-04

Family

ID=40585953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200710058741 Withdrawn DE102007058741A1 (de) 2007-12-03 2007-12-03 Verfahren zur O-Dealkylierung von Alkylarylethern

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007058741A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2871233A1 (de) 2013-11-12 2015-05-13 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Verfahren zur Herstellung von biogenen Stoffen
EP3128012A1 (de) * 2015-08-05 2017-02-08 Sanofi-Aventis Deutschland GmbH Verfahren zur peroxygenase-katalysierten abspaltung von benzyloxycarbonyl-schutzgruppen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4695659A (en) 1984-10-22 1987-09-22 Chemical Dynamics Development Ab Method for dealkylation of alkyl-aryl ethers
US7253324B1 (en) 2007-01-23 2007-08-07 Sami Labs Limited Process for the synthesis of biologically active oxygenated compounds by dealkylation of the corresponding alkylethers

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4695659A (en) 1984-10-22 1987-09-22 Chemical Dynamics Development Ab Method for dealkylation of alkyl-aryl ethers
US7253324B1 (en) 2007-01-23 2007-08-07 Sami Labs Limited Process for the synthesis of biologically active oxygenated compounds by dealkylation of the corresponding alkylethers

Non-Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Andersson, S-G B. (Malmo, SE), 1986: Method for dealkylation of alkyl-aryl ethers
Bernhardt, FH, Ruf, HH and Ehrig, H, 1974: A 4-methoxybenzoate monooxygenase system from Pseudomonas putida. Circular dichroism studies an the iron-sulfur protei. FERS Letters, 43(1): 53-55
Boersma, MG, Primus, J-L, Koerts, J, Veeger, C, Rietjens, IMCM 2000: Heme-(hydro)peroxide mediated O- and N-dealkylation. A study with microperoxidase. Eur J Biochem 267: 6673-6678
Boovanahalli, SK, Kim, DW, Chioder, DY 2004: Application of ionic liquid halide nucleophilicity for the cleavage of ethers. A Green Protocol for the Regeneration of Phenols from Ethers. J Org Chem 69: 3340-3344
Enoki, A, Goldsby, GP, Gold, MH 1981: beta-Ether cleavage of the lignin model compound 4-ethoxy-3-methoxyphenylglycerol-beta-guaiacyl ether and derivatives by Phanerochaete chrysosporium. Arch Microbiol 129: 141-145
Haim, N, Nemec, J, Roman, J, Sinha, BK 1987: Peroxidase-catalyzed metabolism of etoposide (VP-16-213) and covalent binding of reactive intermediates to cellular macromolecules. Cancer Res 47: 5835-5840
HI, HBr; Meltzer, RI, Lustgarten, DM, Fischman, A 1957: Thyroxine Analogs. J Org Chem 22: 1577-1581
Hofrichter, M, Ullrich, R 2006: Heme-thiolate haloperoxidases: versatile biocatalysts with biological and environmental significance. Appl Microbiol Biotechnol 71: 276-288
Huhn, P, 2006: Naturstoffchemie. S. Hirzel Verlag Stuttgart; Volhardt, KPC, Schore, NE, 2000: Organische Chemie. Wiley-VCH Verlag Weinheim
Kim, YH, Engesser, KH, 2004: Degradation of alkyl ethers, aralkyl ethers, and dibenzyl ether by Rhodococcus sp. strain DEE5151, isolated from diethyl ether-containing enrichment cultures. Appl Environ Microbiol, <?page 4?>70(7): 4398-401
Meunier, G, Meunier, B 1985: Evidences for an efficient demethylation of methoxy ellipticine catalyzed by a peroxidase. J Am Chem Soc 107: 2558-2560
Miller, VP, Tschirret-Guth, RA, Ortiz de Montellano, PR 1995: Chloroperoxidase-catalyzed benzylic hydroxylation. Arch Biochem Biophys 319: 330-340
Perosa, A, Selva, M, Tundo, P, Zordan F 2000: Alkyl methyl carbonates as very efficient methylating agents. The O-methylation of Phenols. Synlett, 1, 272-274
Ranu, C, Bhar, S 1996: Dealkylation of Ethers. A review. Org Prep Proc Int 28: 371-411; Claydon, J, Greeves, N, Warren, S, Wothers, P et.al. 2006: Organic Chemistry. Oxford University Press
Ross, D, Larsson, R, Norbeck, K, Ryhage, R, Moldéus, P 1985: Characterization and mechanism of formation of reactive products formed during peroxidasecatalyzed Oxidation of p-phenetidine. Trapping of reactive species by reduced glutathione and butylated hydroxyanisole. Mol Pharmacol 27: 277-286
Ullrich et al. 2004, Appl. Environ. Microbiol.: 70, 4575-81
Ullrich, R., 2005, Dissertation, IHI Zittau; Kluge, M., 2006, Diplomarbeit, IHI Zittau
Urano, Y, Higuchi, T, Hirobe, M, 1996: Substrate-dependent changes of the oxidative O-dealkylation mechanism of several chemical and biological oxidizing systems. J. Chem. Soc.; White, GF, Russell, NJ, and Tidswell, EC, 1996: Bacterial scission of ether bonds. Microbiol.
Walter, W, Francke, W, 2004: Beyer Walter Lehrbuch der organischen Chemie. S. Hirzel Verlag Stuttgart
Weissmau SA, Zewge, D 2005: Recent advances in ether dealkylation. Tetrahedron 61: 7833-7863; Mejeed, M. 2007: Process for the synthesis of biologically active oxygenated compounds by dealkylation of the corresponding alkylethers
Wuts, PGM 2007: Greene's protective groups in organic synthesis. 4. Ed, John Wiley & Sons; Kocienski, PJ 2005: Protecting Groups. 3. Ed. Thieme

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2871233A1 (de) 2013-11-12 2015-05-13 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Verfahren zur Herstellung von biogenen Stoffen
US10036052B2 (en) 2013-11-12 2018-07-31 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Method for producing biogenic substances
EP3128012A1 (de) * 2015-08-05 2017-02-08 Sanofi-Aventis Deutschland GmbH Verfahren zur peroxygenase-katalysierten abspaltung von benzyloxycarbonyl-schutzgruppen

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Morsi et al. Laccases and peroxidases: the smart, greener and futuristic biocatalytic tools to mitigate recalcitrant emerging pollutants
Higuchi Microbial degradation of lignin: Role of lignin peroxidase, manganese peroxidase, and laccase
Munch et al. Enzymatic hydroxylations of sp3-carbons
Singh et al. Lignin peroxidase in focus for catalytic elimination of contaminants—A critical review on recent progress and perspectives
Hammel et al. Role of fungal peroxidases in biological ligninolysis
Pozdnyakova Involvement of the ligninolytic system of white‐rot and litter‐decomposing fungi in the degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons
Sack et al. Comparison of phenanthrene and pyrene degradation by different wood-decaying fungi
Kamei et al. Metabolism of 4, 4′-dichlorobiphenyl by white-rot fungi Phanerochaete chrysosporium and Phanerochaete sp. MZ142
Günther et al. Oxidation of PAH and PAH‐derivatives by fungal and plant oxidoreductases
Aranda et al. Conversion of dibenzothiophene by the mushrooms Agrocybe aegerita and Coprinellus radians and their extracellular peroxygenases
Setti et al. Developments in destructive and non-destructive pathways for selective desulfurizations in oil-biorefining processes
Schirmann et al. Selective control for the laccase-catalyzed synthesis of dimers from 2, 6-dimethoxyphenol: Optimization of 3, 3’, 5, 5’-tetramethoxy-biphenyl-4, 4’-diol synthesis using factorial design, and evaluation of its antioxidant action in biodiesel
Guo et al. A comparative study on the degradation of gallic acid by Aspergillus oryzae and Phanerochaete chrysosporium
Kramer et al. Degradation of 2-fluorophenol by the brown-rot fungus Gloeophyllum striatum: evidence for the involvement of extracellular Fenton chemistry
Pricelius et al. Enzymatic reduction and oxidation of fibre-bound azo-dyes
Singh et al. Isolation of functional ligninolytic Bacillus aryabhattai from paper mill sludge and its lignin degradation potential
Ali et al. Fungal peroxidases mediated bioremediation of industrial pollutants
DE102007058741A1 (de) Verfahren zur O-Dealkylierung von Alkylarylethern
DE102008034829A1 (de) Verfahren zur Herstellung von 2-(4-Hydroxyphenoxy)propionsäure
Martínez High redox potential peroxidases
Chaudhary et al. Ligninolysis: roles of microbes and their extracellular enzymes
Lin et al. Biocatalytic epoxidation for green synthesis
Wedde et al. The recent developments of enzymatic oxidation
Nishimura et al. Epoxy ceriporic acid produced by selective lignin-degrading fungus Ceriporiopsis subvermispora
DE102006041493A1 (de) Verfahren zur stereoselektiven Hydroxylierung von Alkylaromaten

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20140701