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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von racemischem N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
sowie von enantiomerenangereichertem (S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol bzw. enantiomerenangereichertem
(R)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol wahlweise durch gezielte Synthese
der gewünschten
Enantiomere oder durch Enzym-katalysierte Racematspaltung von racemischem
N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol.
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Der Begriff enantiomerenangereichert
bezeichnet sowohl alle nicht-racemischen Gemische eines Enantiomerenpaares
als auch die in enantiomerenreiner Form vorliegenden einzelnen Enantiomere
eines Enantiomerenpaares.
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Wie aus WO 95/33725 bekannt, stellen
(S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-piopanol wie auch (R)-N-(2-Pyridyl)-2-aminopropanol
interessante Zwischenprodukte für
die Synthese von Pharmazeutika dar.
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Die bisherigen Methoden zur Herstellung
von N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol weisen verschiedene Nachteile
auf: So geht die in WO 95/33725 beschrieben Synthese von (S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol von
schwer zugänglichem
(S)-1-Amino-2-propanol aus.
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Jaime-Figueroa et al. (Tetrahedron
Letters, 1998, 1313-1316) beschreiben die Palladiumkatalysierte Hydratisierung
von N-Allyl-2-Aminopyridin in Gegenwart von Methansulfonsäure. Sie
liefert lediglich racemisches N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol.
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Racemisches N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
erhält
man nach Gray et al. (J. Amer. Chem Soc., 1959, 4347 – 4349)
auch durch Reduktion eines Lactamides des 2-Aminopyridins mit Lithiumaluminiumhydrid. Diese
Vorgehensweise erfordert jedoch technisch aufwendiges Arbeiten mit
luft- und wasserempfindlichen Reagenzien.
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Synthetische Zugänge zu den als Vorstufen für eine Vielzahl
von Verbindungen interessanten enantiomerenangereicherten Aminoalkoholen
sind bekannt und z. B. in den WO 9623894,
DE 19523151 und WO 0029357 (jeweils
durch Racematspaltung) beschrieben. Die
US 5834261 und
US 5942644 beschreiben ein Verfahren
zur Synthese von enantiomerenangereicherten Aminoalkoholen durch
Racematspaltung von Ketoestern mit anschließender Umwandlung des Ketons
in das Hydrazid und anschließendem
Abbau zum Amin.
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Die WO 0173100 beschreibt die biokatalytische
Reduktion eines Aminoketons zum Aminoalkohol. Darüber hinaus
beschreiben Kawamota et al. (Tetrahedron: Asymmetrie 2000, 11(16),
3257 -3261) die Transferhydrierung eines Aminoketons mittels eines
Ruthenium-Katalysators.
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Eine kupfervermittelte Öffnung von
Epoxiden mit Aminen beschreiben Yamamoto et al. (J. Chem. Soc., Chem.
Comm. 1993 (15), 1201-1203. Dabei werden Glycidylether durch Alkylamine
in Gegenwart einer äquimolaren
Menge Kupfer(I)-cyanid und eines Überschusses Butyllithium geöffnet.
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Es wurde nun ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung von N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol gefunden, welches
dadurch gekennzeichnet ist, dass man 2-Aminopyridin deprotoniert
und in Gegenwart eines Kupfer(I)-salzes mit Propylenoxid umsetzt
oder zur gezielten Herstellung der enantiomerenangereicherten Verbindungen
- I. die Umsetzung mit (S)-Propylenoxid bzw.
(R)-Propylenoxid durchführt
oder
- II. den durch die Umsetzung mit racemischem Propylenoxid erhaltenen
racemischen Alkohol
(a) mit einem Acylierungsmittel in Gegenwart
einer Hydrolase umsetzt,
(b) den nicht umgesetzten Alkohol
aus dem erhaltenen Gemisch abtrennt und
(c) gegebenenfalls
den verbleibenden acylierten Alkohol verseift und isoliert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl
zur Herstellung von racemischem N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol als auch
zur gezielten Synthese der beiden Enantiomere (S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
bzw. (R)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol in enantiomerenangereicherter
Form. Die beiden Enantiomere können
dabei wahlweise durch chemische Synthese oder durch Lipase-katalysierte
Spaltung des Racemates hergestellt werden.
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Zur erfindungsgemäßen Herstellung von racemischem
N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol wird 2-Aminopyridin deprotoniert und anschließend in
Gegenwart eines Kupfer(I)-salzes als Katalysator mit Propylenoxid umgesetzt.
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Zur Deprotonierung des 2-Aminopyridins
können
starke Basen wie Natriumamid, Natriumhydrid oder Kalium-tert.-butoxid,
besonders bevorzugt Natriumamid als solches oder in Form einer Suspension,
verwendet werden. Die Base wird üblicherweise
in einem organischen Lösungsmit tel,
bevorzugt einem Ether wie z.B. Tetrahydrofuran, bei Temperaturen
von –10
bis 60°C
vorgelegt und das 2-Aminopyridin zugegeben. Die Zugabe des 2-Aminopyridins
kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Das 2-Aminopyridin
kann dabei als Feststoff oder als Lösung in einem organischen Lösungsmittel
vorliegen. Die Reaktionszeit der Deprotonierung beträgt üblicherweise
0,1 bis 3 Stunden.
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Anschließend werden dem Reaktionsgemisch
0,8 bis 2 Äquivalente
(bezogen auf 2-Aminopyridin)
racemisches Propylenoxid und ein Kupfer(I)-salz als Katalysator
zugegeben. Die Zugabe des Propylenoxids und des Kupfer(I)-salzes
kann gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge erfolgen. Das Propylenoxid
kann als solches oder in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst zugegeben
werden.
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Als Katalysatoren für das erfindungsgemäße Verfahren
eigenen sich Kuper(I)-salze, bevorzugt Kupfer(I)-cyanid, Kupfer(I)-iodid,
Kupfer(I)-bromid, Kupfer(I)-thiophenolat und Kupfer(I)-triflat.
Sie können
jeweils als solche oder in Form komplexer Additionsverbindungen,
z.B. als Dimethylsulfidkomplex des Kupfer(I)-bromids oder auch als
Benzolkomplex des Kupfer(I)-triflats eingesetzt werden. Außerdem können sie
jeweils einzeln oder in Form von Kombinationen mindestens zweier
Kupfer(I)-salze erfindungsgemäß eingesetzt
werden. Ein als Katalysator für
das erfindungsgemäße Verfahren
besonders bevorzugtes Kupfer(I)-salz ist Kupfer(I)-cyanid.
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Der Menge an Katalysator ist wenig
kritisch und wird aus ökonomischen
Gründen
jedoch gering gehalten. Üblicherweise
genügen
Mengen von 0,1 bis 50 mol%, bevorzugt von 0,5 bis 25 mol%, besonders
bevorzugt von 1 bis 10 mol%, jeweils bezogen auf 2-Aminopyridin.
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Die Reaktionszeit der Umsetzung mit
Propylenoxid kann 5 bis 50 Stunden, besonders bevorzugt 10 bis 25
Stunden betragen. Die Reaktionstemperatur kann im Bereich von 0
bis 50°C,
besonders bevorzugt zwischen 10 und 30°C liegen.
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Das dargestellte Verfahren eignet
sich sowohl für
Umsetzungen im Labormaßstab
als auch, unter Berücksichtigung
technischer Erfordernisse, für
die großtechnische
Anwendung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden zur Deprotonierung des 2-Aminopyridins 1 bis 1,5 Äquivalente
(bezogen auf 2-Aminopyridin) einer zur Deprotonierung geeigneten
Base, besonders bevorzugt Natriumamid als solches oder in Form einer
Suspension, verwendet. Die Base wird in Tetrahydrofuran bei Temperaturen
von 0 bis 30°C
vorgelegt und anschließend
1 bis 1,5 Äquivalente
racemisches Propylenoxid und 0,5 bis 25 mol% Kupfer(I)-cyanid, jeweils
bezogen auf 2-Aminopyridin, als Katalysator zugegeben.
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Zur Isolierung des Reaktionsproduktes
eignen sich die üblichen
extraktiven Verfahren. Das durch das erfindungsgemäße Verfahren
erhaltene Produkt kann durch Destillation, gegebenenfalls unter
vermindertem Druck, oder durch Umkristallisation aus einem organischen
Lösungsmittel
oder einem Gemisch mehrerer organischer Lösungsmittel gereinigt werden.
Vorzugsweise verwendet man zur Umkristallisation ein Lösemittelgemisch
aus Cyclohexan und Isopropanol.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch
zur Herstellung von (S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol bzw. (R)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol.
Dabei geht man nach dem oben beschriebenen Verfahren vor, setzt
an Stelle von racemischem Propylenoxid jedoch (S)- Propylenoxid
bzw. (R)-Propylenoxid in der erfindungsgemäßen Weise ein.
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Die beiden Enantiomere (S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
bzw. (R)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
können
wahlweise in enantiomerenangereicherter Form auch erfindungsgemäß erhalten
werden, indem man wie oben beschrieben hergestelltes racemisches
N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
einer Enzym-katalysierten Racematspaltung unterwirft.
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Zur erfindungsgemäßen Herstellung von (S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
auf diesem Wege löst man
beispielsweise racemisches N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol in einem
organischen Lösungsmittel
und setzt eine Lipase und ein Acylierungsmittel zu. Die Reaktion
wird zum gewünschten
Zeitpunkt, z.B. durch Entfernung der Lipase aus dem Reaktionsgemisch,
abgebrochen. Anschließend
wird das Reaktionsgemisch unter vermindertem Druck vom Lösungsmittel
befreit. Das gewünschte
Produkt lässt
sich durch Destillation, gegebenenfalls unter vermindertem Druck,
aus dem so gewonnenen Rückstand
isolieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird racemisches N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
in einem wenig polaren organischen Lösungsmittel, z.B. einem aromatischen
Lösungsmittel
wie Toluol, Xylol oder Chlorbenzol oder einem etherischen Lösungsmittel
wie Methyl-tert.-Butylether, Tetrahydrofuran oder Diethylenglykoldimethylether,
besonders bevorzugt Methyl-tert.-Butylether, oder in einem Gemisch
von mindestens zwei der genannten Lösemittel gelöst.
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Als Enzymkatalysatoren eignen sich
für das
erfindungsgemäße Verfahren
Hydrolasen, insbesondere Lipasen ausgewählt aus der Gruppe Novozym® 435
(Novozymes), Amano® PS-DI, Amano® PS-C
II, Amano® PS-C
I (jeweils Amano, JP), Chirazyme® L2
(Boehringer Mannheim) oder einer Lipase aus Bakterien der Gattungen
Burkholderia oder Pseudomonas oder einer „Lipase aus wheat germ" (Fluka). Eine im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
besonders bevorzugte Lipase ist Novozym® 435
(Novozymes).
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Die Enzymkatalysatoren können geträgert oder
ungeträgert
eingesetzt werden. Üblicherweise
werden sie erfindungsgemäß in Mengen
von 0,1 bis 10 Gew.%, bezogen auf das eingesetzte racemische Substrat, eingesetzt.
Die Menge an Enzymkatalysator ist jedoch wenig kritisch und wird
aus ökonomischen
Gründen
gering gehalten.
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Bevorzugte Acylierungsmittel für das erfindungsgemäße Verfahren
sind Vinylester von aliphatischen Monocarbonsäuren mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen
oder von aliphatischen Dicarbonsäuren
mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt Vinylpropionat
und Vinyllaurat. Weitere erfindungsgemäß bevorzugte Acylierungsmittel
sind Säureanhydride
von aliphatischen Monocarbonsäuren
mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Säureanhydride von aliphatischen
Dicarbonsäuren
mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, bevorzugt Bernsteinsäureanhydrid,
sowie aliphatische Ester der Methoxyessigsäure deren Alkoholkomponenten
vorzugsweise aus 1 bis 12 Kohlenstoffatomen bestehen.
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Zur Herstellung von (S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
können
pro mol eingesetztem racemischem Alkohol vorzugsweise 0,4 bis 1,5,
besonders bevorzugt 0,5 bis 0,9 Äquivalente
des Acylierungsmittels, jeweils bezogen auf 2-Aminopropanol, eingesetzt
werden.
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Die Reaktionsdauer der Acylierung
kann frei gewählt
werden. Sie richtet sich nach dem Fortschritt der Reaktion und beträgt üblicherweise
zwischen 1 und 30 Stunden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren der Enzym-katalysierten
Racematspaltung eignet sich auch zur Herstellung von (R)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol.
Man verfährt
dazu in analoger Weise zur Herstellung von (S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol,
setzt jedoch vorzugsweise 0,2 bis 0,7, besonders bevorzugt 0,3 bis 0,5 Äquivalente
des Acylierungsmittels (bezogen auf 2-Aminopropanol) ein. Nach Beendigung
der Reaktion kann das nicht umgesetzte (S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol destillativ
aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden. Das im Rückstand
verbleibende enantiomerenangereicherte Acylierungsprodukt des (R)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanols
kann anschließend
in üblicher
Weise verseift und das gewünschte
Reaktionsprodukt wie oben beschreiben isoliert werden.
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Die folgenden Beispiele dienen der
Veranschaulichung der Erfindung, ohne sie jedoch einzuschränken.
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Ausführungsbeispiele:
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Beispiel 1: Herstellung
von racemischem N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
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81,9 g (1,05 mol) Natriumamid (50%ig
in Toluol) wurden in 400 ml Tetrahydrofuran vorgelegt. Unter Rühren und
leichter Kühlung
wurden 100 g (1,05 mol) 2-Aminopyridin portionsweise zugegeben und
anschließend
30 min bei Raumtemperatur gerührt.
Anschließend
wurden 73,18 g (1,26 mol) Propylenoxid und 4,7 g (0.052 mol) Kupfercyanid
zugegeben und 24 h bei Raumtemperatur gerührt.
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Zur Aufarbeitung wurden dem Reaktionsgemisch
20 ml Isopropanol und 1000 ml Wasser zugesetzt und mit Diethylether
extrahiert. Die Etherphase wurde mit Natriumsulfat getrocknet, abfiltriert
und das Lösemittel
unter vermindertem Druck abdestilliert. Das so erhaltene Rohprodukt
wurde gaschromatographisch mittels einer Optima-Säule (10
m) analysiert: Es enthielt weniger als 1 % des Ausgangsstoffes 2-Aminopyridin
(Retentionszeit, RT: 2,59 min), 95,5% N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
(RT: 7,18 min), 1,62% N-(2-Pyridyl)-2-Aminopropanol (RT: 8,82 min)
sowie 1,52% einer nicht identifizierten Nebenkomponente (RT:10,74).
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Das Rohprodukt wurde aus einem Gemisch
von Cyclohexan und Isopropanol umkristallisiert. Man erhielt 129
g (80,7%) N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol.
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Vergleichsbeispiele 1
bis 6: Herstellung von racemischem N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
unter Einsatz anderer Katalysatoren
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Beispiel 1 wurde unter Einsatz der
in Tabelle 1 genannten Katalysatoren aber unter sonst unveränderten
Reaktionsbedingungen durchgeführt.
Die Zusammensetzung der Reaktionsausträge bezüglich der drei Hauptkomponenten
wurde gaschromatographisch ermittelt. Die Angaben in Tabelle 1 geben
die relativen Anteile in Prozent wieder. Die Diskrepanzen zur theoretischen
Ausbeute ergeben sich durch nicht identifizierte Nebenkomponenten. Tabelle
1
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Beispiel 2: Herstellung
von (R)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
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Der unter Beispiel 1 beschriebene
Versuch wurde unter Einsatz von (R)-Propylenoxid anstelle von racemischem
Propylenoxid unter ansonsten unveränderten Reaktionsbedingungen
wiederholt.
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Man erhielt (R)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
in einer Ausbeute von 79%.
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Beispiel 3: Herstellung
von (S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
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Der unter Beispiel 1 beschriebene
Versuch wurde unter Einsatz von (S)-Propylenoxid anstelle von racemischem
Propylenoxid unter den gleichen Reaktionsbedingungen wiederholt.
Man erhielt (S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol in einer Ausbeute
von 82%.
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Beispiel 4: Enzym-katalysierte
Racematspaltung von N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
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158 g (1,04 mol) N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
wurden in 2,2 1 Methyl-tert.-Butylether vorgelegt und mit 10 g Novozym® 435
(Novozymes) und 164,5 g (0,73 mol) Vinyllaurat versetzt. Das Gemisch
wurde 15 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, anschließend das
Enzym abfiltriert und das Lösungsmittel
unter verminderten Druck entfernt. Der so erhaltene Rückstand
wurde bei einem Druck von 1 mbar destilliert.
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Man erhielt (S)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
in einer Ausbeute von 32% (Siedepunkt: 118- 120°C / 1 mbar) und einem Enantiomerenüberschuss
von 97,5% e.e (bei 62%igem Umsatz).
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Vergleichsbeispiele 7
bis 13: Racematspaltung von N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol unter
Variation von Enzym und Acylierungsmittel
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Der unter Beispiel 4 beschriebene
Versuch wurde unter Einsatz der in Tabelle 2 angegebenen Enzyme und
Acylierungsmittel unter ansonsten unveränderten Reaktionsbedingungen
wiederholt. Bezüglich
der Enantiomerenüberschüsse erhielt
man die in Tabelle 2 angegebenen Ergebnisse: Tabelle
2
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Beispiel 5: Herstellung
von (R)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol durch Enzym-katalysierte
Racematspaltung von N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol
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Das unter Beispiel 4 beschriebene
Experiment wurde unter Einsatz von 0,35 bis 0,4 Äquivalenten des Acylierungsmittels,
unter ansonsten unveränderten
Reaktionsbedingungen wiederholt. Nach Ablauf der Reaktion wurde
der nicht umgesetzte Alkohol abdestilliert und das zurückbleibende
acylierte Produkt mit Natronlauge verseift.
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Nach extraktiver Aufarbeitung erhielt
man (R)-N-(2-Pyridyl)-1-amino-2-propanol mit einem Enantiomerenüberschuss
von 93% e.e.