-
Die
Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen 1 mit 18 gekennzeichneten
Gegenstand, das heißt optisch
aktive heteroaromatische β-Hydroxy-Ester,
sowie Verfahren zur deren Herstellung, sowie deren Verwendung als
Zwischenprodukte bei der Epothilon-Totalsynthese.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung von Zwischenprodukten liefert die neuen Zwischenprodukte
in hoher chemischer und optischer Reinheit, sehr guten Ausbeuten
und erlaubt die Herstellung im großen Maßstab.
-
Von
Höfle et
al. wird die cytotoxische Wirkung der Naturstoffe Epothilon A (R
= Wasserstoff) und Epothilon B (R = Methyl)
Epothilon
A (R = H), Epothilon B (R=CH
3) z.B. in Angew. Chem. 1996, 108, 1671-1673, beschrieben.
Epothilone sind Vertreter einer Klasse von vielversprechenden Antitumormitteln,
die als potent gegen eine Reihe von Krebslinien getestet wurden.
Eine Übersicht
zu den Synthesen ist z. B. von J. Mulzer in Monatsh. Chem. 2000,
131, 205-238 beschrieben worden. Diese Mittel weisen den gleichen
biologischen Wirkungsmechanismus wie Paclitaxel und andere Taxane
auf (zu Paclitaxel siehe D. G. I. Kingston, Chem. Commun. 2001,
867-880). Im Unterschied zu diesen sind Epothilone aktiv gegen eine
Reihe von resistenten Zelllinien (siehe S. J. Stachel et al., Curr.
Pharmaceut. Design 2001, 7, 1277-1290; K.-H. Altmann, Curr. Opin.
Chem. Biol. 2001, 5, 424-431).
-
Wegen
der in-vitro-Selektivität
gegenüber
Brust- und Darmzelllinien und ihrer im Vergleich zu Taxol deutlich
höheren
Aktivität
gegen P-Glycoprotein-bildende, multiresistente Tumorlinien sowie
ihre gegenüber Taxol
verbesserten physikalischen Eigenschaften, z.B eine um den Faktor
30 höhere
Wasserlöslichkeit,
ist diese neuartige Strukturklasse für die Entwicklung eines Arzneimittels
zur Therapie maligner Tumoren besonders interessant.
-
Es
wurden eine ganze Reihe von synthetisch modifizierten Epothilonderivaten
hergestellt, unter anderen auch solche, die anstelle der Methylthiazol-methylvinyl-Seitenketten eine
aromatische bzw. eine heteroaromatische Gruppierung in 1-Position tragen.
-
Epothilon-Derivate
mit anellierten arom. Hetereocyclen in der 1-Position sind in der
Patentliteratur bekannt (Schering AG, WO 00/66589 und Novartis
US 6,387,927 ). Da es sich
bei diesen Verbindungen um sehr potente Antitumormittel handelt,
ist es von hohem Interesse eine ökonische
und effiziente Synthese dieser Strukturklasse in Händen zu
haben. In der Patentliteratur werden Intermediate (Formel II und
III) beschrieben, die teilweise Schlüsselverbindungen für den Aufbau
dieser Strukturklasse darstellen
-
Die
vorliegenden Erfindung beschreibt Verfahren zur Herstellung von
neuen Verbindungen der allgemeinen Formel I
worin A für einen bicyclischen heteroaromatischen
Rest der Formel
worin
„Heteroaromat" für einen
5- oder 6-gliedrigen heteroaromatischen Ring mit bis zu 2 Heteroatomen
ausgewählt aus
Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel, der gegebenenfalls mit einem
oder zwei Substituenten ausgewählt aus
Alkyl, wie z. B.
-
Methyl
oder Ethyl, ggf. geschütztes
Hydroxyalkyl, wie z. B. TBDMS-OCH2-, Haloalkyl, wie z. B. F-CH2-,
Cl, F, Br oder CN substituiert ist, stehen,
wie z.B.
und R
für eine
geradlinige oder verzweigte, gegebenenfalls ungesättigte Alkylkette,
die gegebenenfalls durch 1-3 Sauerstoffatome unterbrochen ist, für eine Methyl,
Ethyl, Propyl, 2-Propyl, n-Butyl, tert. Butyl, -CH2CH=CH2, -CH2CH2OCH3,
-CH2CH2OCH2CH2OCH3 -Gruppe, für
einen Phenyl, Cyclohexl oder Benzylrest steht.
-
Die
Verbindungen der allgemeinen Formel I sind wertvolle Synthese-Zwischenstufen
für die
Herstellung der bei Epothilonderivat-Totalsynthesen verwendeten
Zwischenstufen der allgemeinen Formel II und Formel III
wobei Sg für eine Alkohol-Schutzgruppe
steht, z.B. TBDMS, THP, MEM, Mom, TROC, -CH
2-C6H4-OCH
3, Benzyl. Bevorzugt ist aber die TBDMS-Gruppe.
-
Ausgehend
von den synthesestrategisch wichtigen Verbindungen II und III werden
die Epothilone aufgebaut.
-
Verbindungen
der allgemeinen Formel II werden nach den dem Fachmann bekannten
Verfahren zum Schutze sekundärer
Alkohole hergestellt (Literatur: T.W. Greene „Protecting groups in organic
synthesis", John Wifey
and Sons, Inc. Ausgabe 1999).
-
-
Verbindungen
der allgemeinen Formel III lassen sich entweder direkt aus dem Ester
der Formel II durch Reduktion mit DIBAH (Literatur: Tetrahedron
Lett. 1977, 3195-3198/Liebigs
Ann. Chemie 1992, 145-158/JACS, 107, 1985, 3640-3645/Tetrahedron
Lett. 31, 10, 1990, 1443-1446/Tetrahedron Lett. 31, 16, 1990, 2235- 2238/Chem. Communications,
1999, 2049-2050/Bull. Chem. Soc. Jp. 66, 2, 1993, 523) oder aber 2
stufig, indem man zuerst zum Alkohol reduziert und anschließend zum
Aldehyd oxidiert (Literatur a) Reduktion: Tetrahedron Lett. 58,
1, 2002, 61/JACS, 123, 34, 2001, 8420/Chem. Europ. J., 7, 24, 2001,
5286,/Tetrahedron Asym. 12, 20, 2001, 2835/Org. Lett. 3, 20, 2001,
3149/JACS, 123, 13, 2001, 2946/Chem. Europ. J. 6, 18, 2000, 3313;
b) Oxidation: JACS, 123, 38, 2001, 9313/Org. Lett. 4, 11, 2002,
1879/JACS, 123, 44, 2001, 10942/JOC, 66, 24, 2001, 8037/JOC, 66,
25, 2001, 8370/Tetrahedron Asym. 12, 20, 2001, 2835/Angewandte Chemie,
131, 2001, 3324/Org. Lett. 3, 22, 2001, 3549/Chem. Commun. 15, 2001,
1392), herstellen.
-
-
Die
derzeit in der Literatur vorhandenen Wege zur Herstellung der Verbindungen
der allgemeinen Formel II und III zeichnen sich durch lange Synthesesequenzen
und schlechte Gesamtausbeuten aus. In manchen Fällen werden auch technisch
aufwendige Verfahren, wie technisch schwer handhabbare Tiefkälte-Reaktionen,
Bestrahlung und auch sehr teure Rohstoffe und Reagentien eingesetzt.
-
Als
Beipiele für
Literatur-Synthesen für
Verbindungen der allgemeinen Formel II seien folgende Synthesen
beschrieben:
-
1. Schering AG (WO 00/66589)
-
- Anzahl der Stufen: 5
- Anzahl der Chromatographien: 4
-
-
Diese
5 stufige Synthese startet von dem recht teuren Chlorbenztriazol.
Gleich im ersten Schritt werden Schwermetalle wie Nickel, Palladium
verwendet. Das upscaling dieser Reaktion wird durch die hohe Reaktionstemperatur
zusätzlich
erschwert. Im zweiten Schritt wird eine Spaltung der Doppelbindung
mit Osmiumtetroxid durchgeführt.
Aufgrund der hohen Toxizität
dieses Reagenzes verbietet sich eine Übertragung in den Pilotmaßstab. Die
optische Aktivität
wird durch eine Evans-Aldol-Reaktion
erreicht, Hier wird das Evans-Auxiliar im Überschuss eingesetzt (diese
muß in
einer zweistufigen Sequenz hergestellt werden).
-
Die
hier beschriebene Sequenz ist schwer in den technischen Maßstab zu übertragen,
da teure und zum Teil sehr giftige Rohstoffe verwendet werden. Zusätlich werden
mehrere chromatographische Reinigungen vorgenommen.
-
-
a)
-
- Anzahl der Stufen: 4
- Anzahl der Chromatographien: 4
- Gesamtausbeute: kann nicht ermittelt werden, da keine Einzelausbeuten
angegeben
-
Der
erste Synthese-Schritt wird mit Hilfe einer Bestrahlung (im allgemeinen
ungeeignet für
die Durchführung
in technischem Maßstab)
im unter Umweltschutzgesichtspunkten nicht mehr zu vertretenden
Lösungsmittel
Tetrachlorkohlenstoff durchgeführt.
Anschließend
wird das intermediär
durchlaufende Bromierungsprodukt mit einem Gemisch aus aq. Essigsäure und
Urotropin zum Aldehyd hydrolisiert (110°C/80 min.). Die Reinigung erfolgt
durch Flashchromatographie an Kieselgel. In der Folge-Umsetzung
wird das recht teure Oppolzer-Sultam (Tetrahedron Lett. 33, 2439,
(1992)) zur asymmetrischen Aldolreaktion verwendet (stöchiometrisch
!) und in einer relativ komplex ablaufenden Prozessführung (via
Borenolat) umgesetzt. Die Aufreinigung erfolgt erneut über Flashchromatographie.
Anschließend
wird unter Standardbedingungen mit TBDMS-Cl zum Silylether umgesetzt und erneut
durch Chromatographie gereinigt. Die Abspaltung des Sultamrestes
gelingt mit DIBAH in Dichlormethan bei –78°C. Dieses Vorgehen ist unter
upscale Aspekten sicherlich kein ungefährlicher Schritt. Die Reinigung
des Produktes erfolgt durch Chromatographie an Kieselgel.
-
Die
oben beschriebene Sequenz ist schwerlich in den technischen Maßstab zu übertragen
und zeichnet sich durch mehrere Chromatographie-Stufen aus, die
zu zusätzlichen
Kosten führen.
-
Als
kritisch ist auch die Verwendung des teuren Sultam-Auxiliars zu
sehen (fraglich ist auch inwieweit diese Verbindung in Bulkmengen
(> 50 kg) verfügbar ist).
-
b)
-
- Anzahl der Stufen: 6
- Anzahl der Chromatographien: 5
- Gesamtausbeute: kann nicht ermittelt werden, da keine Einzelausbeuten
angegeben sind
-
Ausgehend
von der Methyl-Benzimidazolsäure
wird in relativ langer Sequenz zum Schlüsselintermediat umgesetzt.
Auch hier wird das upscaling noch dadurch erschwert, daß 2 weitere
Tieftemperatureaktionen hinzukommen (DIBAH-Reduktion und Swern-Oxidation)
-
Aufgrund
der Komplexität
dieser Stufen, vor allem unter dem Aspekt des upscalings, bestand
der Bedarf nach kürzeren
und billigeren Alternativen, die auch die Möglichkeit bieten derartige
Zwischenstufen im 100 kg Maßstab
herzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung gelöst, die es erlaubt in sehr
kurzer Sequenz (2 Stufen) von einem literaturbekannten Ausgangsmaterial
zu Verbindungen der allgemeinen Formel I in hoher Gesamtausbeute
und hohen optischen Reinheiten (> 98%
e.e.) zu gelangen Die Umsetzung zu den in der literaturbekannten
Verbindungen der allgemeinen Formel II und III erfolgt wie oben
beschrieben (1 oder 2 weitere Stufen).
-
Die
Herstellung der Verbindungen der allgemeinen Formel I
erfolgt durch chemische,
mikrobiologische oder enzymatische Reduktion des β-Ketoesters der allgemeinen Formel
IV:
wobei A und R für die weiter
oben unter der allgemeinen Formel I angegebenen Reste stehen.
-
Die
Reduktion läuft
nach dem dem Fachmann bekannten Verfahren der β-Ketoester-Reduktion. Als Beispiele dienen die
im experimentell Teil beschriebenen Verfahren.
-
a) chemische Reduktion
-
Literaturbeispiele für chemische
Reduktionen
-
1. Asymmetrische Hydrierungen
und Tranferhydrierungen
-
- M. Beller, C. Bolm „Transition
Metals for Organic Synthesis",
Volume 2, S. 25 ff., Wiley – VCH,
1998.
- R. Noyori, Angew. Chemie 2001, 113, 40-75 (soie in diesem Artikel
zitierte Literatur)
- R. Noyori, Acc. Res. 1997, 30, 97-102
- K. Murata, JOC 1999, 64, 2186-2187
-
Es
ist jeweils der verwendete Katalystor mit angeführt:
-
- Ru(R-Xyl-P-Phos)(C6H6)Cl2
Wu, Jing; Chen, Hua; Kwok,
Wai Him; Lam, Kim Hung; Zhou, Zhong Yuan; Yeung, Chi Hung; Chan,
Albert S. C.; Tetrahedron Lett.; EN; 43; 8; 2002; 1539-1544.
- [Ru(cod)(C4H7)2]/HBr ferrocenyl ligand
Ireland, Tania;
Grossheimann, Gabriele; Wieser-Jeunesse, Catherine; Knochel, Paul;
Angew.Chem.Int.Ed.; EN; 38; 21; 1999; 3212-3215; Angew.Chem.; GE;
111; 1999; 3397-3400.
- (R)-MeO-BIPHEP-RuBr2
Ratovelomanana-Vidal, Virginie; Genet,
Jean-Pierre; JORCAI; J.Organomet.Chem.; EN; 567; 1-2; 1998; 163-172.
Genet,
J. P.; Ratovelomanana-Vidal, V.; Cano de Andrade, M. C.; Pfister,
X.; Guerreiro, P.; Lenoir, J. Y.; Tetrahedron Lett.; EN; 36; 27;
1995; 4801-4804.
- (R)-Diamo-BINAPRuBr2
Guerreiro, Patricio; Ratovelomanana-Vidal,
Virginie; Genet, Jean-Pierre; Dellis, Philippe; Tetrahedron Lett.; EN;
42; 20; 2001; 3423 – 3426.
- (+)-[(4,4'-PPh2-2,2',5,5'-Me-3,3'-bithiophene)RuCl(C6H6)]Cl
HBF4
Journal; Benincori, Tiziana; Cesarotti, Edoardo; Piccolo,
Oreste; Sannicolo, Franco; J.Org.Chem.; EN; 65; 7; 2000; 2043-2047.
- (–)-2,2'-bis(diphenylphosphino)-4,4',6,6'-tetramethyl-3,3'-bibenzo<b>thiophene-RuCl2
Benincori,
Tiziana; Brenna, Elisabetta; Sannicolo, Franco; Trimarco, Licia;
Antognazza, Patrizia; Cesarotti, Edoardo; J.Chem.Soc.Chem.Commun.;
EN; 6; 1995; 685-686.
- (+)-3-[(2-Ph2P-5-MeO)C6H3]-2-(Ph2P)naphtho[2,1-b]thiophene
Sannicolo,
Franco; Benincori, Tiziana; Rizzo, Simona; Gladiali, Serafino; Pulacchini,
Sonia; Zotti, Gianni; Synthesis; EN; 15; 2001; 2327-2336.
- (+)-3-[2-(Ph2P)-C6H4]-2-(Ph2P)naphtho[2,1-b]thiophene Ru(II)
Ref.
1 6304727; Journal; Benincori, Tiziana; Gladiali, Serafino; Rizzo,
Simona; Sannicolo, Franco; J.Org.Chem.; EN; 66; 17; 2001; 5940-5942.
- (R,R)-1,3-dicyclohexyl-1,3-propanediol cyclic sulfate [(C6H6)RuCl2]2
Marinetti,
Angela; Jus, Sebastien; Genet, Jean-Pierre; Ricard, Louis; J.Organomet.Chem.;
EN; 624; 1-2; 2001; 162-166.
- RuCl3+(S)-MeO-BIPHEP
Madec, J.; Pfister, X.; Phansavath,
P.; Ratovelomanana-Vidal, V.; Genet, J. -P.; Tetrahedron; EN; 57;
13; 2001; 2563-2568.
- (–)-(6,6'-O(CH2)4O-biphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphine)
[Ru(C6H6)Cl2]2
Ref. 1 6263058; Journal; Zhang, Zhaoguo; Qian,
Hu; Longmire, James; Zhang, Xumu; J.Org.Chem.; EN; 65; 19; 2000;
6223-6226.
- [Ru(cod)(C4H7)2]/HBr ferrocenyl ligand
Ireland, Tania;
Grossheimann, Gabriele; Wieser-Jeunesse, Catherine; Knochel, Paul;
Angew.Chem.Int.Ed.; EN; 38; 21; 1999; 3212-3215; Angew.Chem.; GE;
111; 1999; 3397-3400.
- [RuCl2(p-cymene)]2 (1S,2R)-ephedrine i-PrOK
Everaere, Kathelyne;
Carpentier, Jean-Francois; Mortreux, Andre; Bulliard, Michel; Tetrahedron:
Asymmetry; EN; 10; 24; 1999; 4663-4666.
- (–)-[4,4'-PPh2-2,2',5,5'-Me-3,3'-bithiophene] RuCl2
Marinetti,
Angela; Genet, Jean-Pierre; Jus, Sebastien; Blanc, Delphine; Ratovelomanana-Vidal,
Virginie; Chem.Europ.J.; EN; 5; 4; 1999; 1160 – 1165.
- <Ru(p-cymene)Cl2>2, (1S,2R)-(+)-ephedrine,
i-PrOK
Everaere, Kathelyne; Carpentier, Jean-Francois; Mortreux,
Andre; Bulliard, Michel; Tetrahedron: Asymmetry; EN; 9; 17; 1998;
2971-2974.
- 1,2-bis(t-butylmethylphsophino)ethane, hydrogen RuBr2
Yamano,
Toru; Taya, Naohiro; Kawada, Mitsuru; Huang, Taisheng; Imamoto,
Tsuneo; Tetrahedron Lett.; EN; 40; 13; 1999; 2577-2580.
- <(–)-2,2'-bis(diphenylphosphino)-4,4',6,6'-tetramethyl-3,3'-bibenzo<b>thiophene>RuCl2
Benincori,
Tiziana; Brenna, Elisabetta; Sannicolo, Franco; Trimarco, Licia;
Antognazza, Patrizia; et al.; J.Org.Chem.; EN; 61; 18; 1996; 6244-6251.
- RuBr2<(R)-binap>
Noyori, R.; Ohkuma,
T.; Kitamura, M.; Takaya, H.; Sayo, N.; et al.; J.Amer.Chem.Soc.;
EN; 109; 19; 1987; 5856-5858.
- Ru(R-Tol-P-Phos)(C6H6)Cl2
Wu, Jing; Chen, Hua; Zhou, Zhong-Yuan;
Yeung, Chi Hung; Chan, Albert S. C.; Syn.Lett.; EN; 2001; S1050-S1054.
- RuCl2[(–)-N,N'-Me2-3,3'-bis(Ph2P)-2,2'-biindole]
Journal;
Benincori, Tiziana; Piccolo, Oreste; Rizzo, Simona; Sannicolo, Franco;
J.Org.Chem.; EN; 65; 24; 2000; 8340-8347.
- (R)-Me-Duphos-RuBr2
Genet, J. P.; Ratovelomanana-Vidal,
V.; Cano de Andrade, M. C.; Pfister, X.; Guerreiro, P.; Lenoir,
J. Y.; Tetrahedron Lett.; EN; 36; 27; 1995; 4801-4804.
- (NH2Me2][{RuCl[(R)-segphos]}2($m-Cl)3]
Saito, Takao; Yokozawa,
Tohru; Ishizaki, Takero; Moroi, Takashi; Sayo, Noboru; Miura, Takashi;
Kumobayashi, Hidenori; Adv.Synth.Catal.; EN; 343; 3; 2001; 264-268.
-
Die
asymmetrische Hydrierung wird in Lösungsmitteln wie Methanol,
Ethanol Trifluorethanol, THF, 2-Methyl-THF, Dichlormethan sowie
Mischungen dieser Lösungmittei
durchgeführt.
Die Reaktionstemperatur beträgt
0 bis 100°C,
die Reaktionszeiten 3-72 Stunden. Der Katalysator wird in 0,01 bis
5 mol% (bzg. auf Substrat) zugesetzt. In manchen Fällen hat
es sich als nützlich
erwiesen bei mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln 0,1-30% Wasser
zuzusetzen. Es ist manchmal von Vorteil 0,01-5 mol eq. (bzg. aus
Substrat) einer anorganischen oder organischen Säure zuzusetzen, wie z.B. HCl,
H3PO4, H2SO4, Essigsäure,
Methansulfonsäure,
p-TsOH, Phenylsulfonsäure,
Camphersuifonsäure.
Die Hydrierung erfolgt bei Temperaturen von 0°C bis 100°C und Wasserstoff-Drücken von
1-270 Bar.
-
2. Asymmetrische
Reduktion mit komplexen Hydriden
-
- Reagenz: LiBH4, (R,R')-N,N'-dibenzoylcystine,
t-BuOH
- Journal; Soai, Kenso; Yamanoi, Takashi; Hikima, Hitoshi; Oyamada,
Hidekazu;
- J.Chem.Soc.Chem.Commun.; EN; 3; 1985; 138-139.
- Reagenz: Weinsäure,
NaBH4
- J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 1990, 1826
-
b) Mikrobiologische Reduktion
-
Für die mikrobiologische
Reduktion werden im allgemeinen Mikroorganismen der Spezies
Bäckerhefe,
Brettanomyces bruxellensis, Candida albicans, Candida boidinii,
Candida gropengiesseri, Candida guilliermondii, Candida kefyr, Candida
pini, Candida rugosa, Candida solani, Candida tropicalis, Candida utilis,
Candida valida, Clostridium beijerinckii, Clostridium pasteurianum,
Cryptococcus laurentii, Cryptococcus macerans, Debaryomyces hansenii,
Debaryomyces kloeckeri, Debaryomyces nicotianae, Debaryomyces vini, Endomycopsis
fibuliger, Hanseniaspora guilliermondii, Hanseniaspora osmophila,
Hanseniaspora uvarum, Hansenula capsulata, Hansenula holstii, Hansenula
polymorpha, Hansenula saturnus, Hansenula silvicola, Issatchenkia
orientalis, Kloeckera apiculata, Kloeckera corticis, Kloeckera javanica,
Kloeckera sp., Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces marxianus Kluveromyces
sphaerica, Lactobacillus kefir, Nadsonia fulvescens, Octosporomyces
octosporus, Pichia anomala, Pichia cactophila, Pichia farinosa,
Pichia fermentans, Pichia holstii, Pichia jadinii, Pichia membranaefaciens, Pichia
pijperi, Pichia silvicola, Pichia subpelliculosa, Pichia wickerhamii,
Rhodotorula flava, Rhodotorula glutinis, Rhodotorula minuta var.
minuta, Saccharomyces acidificans, Saccharomyces bailii, Saccharomyces
bayanus, Saccharomyces carlsb. strain Herrliberg, Saccharomyces
carlsbergensis, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces chevalieri,
Saccharomyces exiguus, Saccharomycopsis fibuligera, Saccharomyces
paradoxus, Saccharomyces pasforianus, Saccharomyces pastorianus
formerly Saccharomycopsis capsularis, Saccharomyces sp., Schizosaccharomyces
pombe, Schizosaccharomyces octosporus, Sporobolomyces coralliformis,
Sporobolomyces salmonicolor, Torulopsis pinus, Trigonopsis varabilis,
Tremella fuciformis, Waltomyces lipofer, Zygosaccharomyces fermentati
oder Zygosaccharomyces rouxii verwendet.
-
Literatur:
-
- Bardot, Valerie; Besse, Pascale; Gelas-Miahle, Yvonne; Remuson,
Roland; Veschambre, Henri; Tetrahedron: Asymmetry; EN; 7; 4; 1996;
1077-1088.
- Bhalerao, U.T.; Chandraprakash, Y.; Babu, R. Luke; Fadnavis,
N.W.; Synth.Commun.; EN; 23; 9; 1993; 1201-1208.
- Chenevert, Robert; Fortier, Genevieve; Rhlid, Rachid Bel; Tetrahedron;
EN; 48; 33; 1992; 6769-6776.
- Mochiziki, Naoki; Sugai, Takeshi; Ohta, Hiromichi; Biosci.Biotechnol.Biochem.;
EN; 58; 9; 1994; 1666-1670.
- Kumar, Ashok; Ner, Dilip H.; Dike, Suneel Y.; Tetrahedron Lett.;
EN; 32; 16; 1991; 1901-1904.
- Mochiziki, Naoki; Sugai, Takeshi; Ohta, Hiromichi; Biosci.Biotechnol.Biochem.;
EN; 58; 9; 1994; 1666-1670.
- Manzocchi, Ada; Casati, Rosangela; Fiecchi, Alberto; Santaniello,
Enzo; J.Chem.Soc.Perkin Trans.1; EN; 1987; 2753-2758.
-
c) Enzymatische Reduktion
-
Literatur:
-
- Deol,B.S. et al.; Aust.J.Chem.; EN; 29; 1976; 2459-2467.
- Ema, Tadashi; Moriya, Hiroyuki; Kofukuda, Toru; Ishida, Tomomasa;
Maehara, Kentaro; Utaka, Masanori; Sakai, Takashi; J.Org.Chem.;
EN; 66; 25; 2001; 8682-8684.
-
Bevorzugt
werden aber die mikrobiologische Reduktion mit Hefen bzw. modifizierten
Hefen und die an von Noyori angelehnten Verfahren zur asymmetrischen
Hydrierung und Transferhydrierung verwendet.
-
Die
oben beschriebenen Methoden erlauben es auch den Antipoden zu I,
nämlich
Ia, bei Bedarf herzustellen:
-
Die β-Ketoester
der allgemeinen Formel IV
worin A und R für die weiter
oben unter der allgemeinen Formel I angegebenen Reste stehen, lassen
sich durch Umsetzung von aktivierten Säure-Derivaten der allgemeinen
Formel V mit Malonsäureester-Derivaten der
allgemeinen Formel VI in an sich bekannter Weise herstellen
-
Hierbei
steht X für
ein Chlor, Brom, 4-Nitrophenol oder den Imidazoylrest, R hat die
oben unter der allgemeinen Formel I angegebenen Bedeutungen, und
Y steht für
Wasserstoff, Li, Na, K oder Mg/2 oder eine Silylschutzgruppe, wie
z. B. Trimethylsilyl.
-
Beispiele
für β-Ketoestersynthesen
sind in der Literatur beschrieben:
Synthesis 1993(3), 290/292/Med.
Chem. 1985, 28(12), 1864/Tetrahedron Lett. 1984, 25, 5681/J. Heterocycl. Chem.
1996, 33(4), 1407/Org. Prep. Proceed. 1997, 29(2), 231/Arch. Pharm.
(Weinheim, Ger.) 1997, 330(3), 63-66/Tetrahedron Lett. 1994, 35(50),
9323/Tetrahedron Lett. 1994, 35(50), 9323/Synthesis, 1993, 290/J. Chem.
Educ. 1983, Vol. 60, No. 3, 244/Tetrahedron Lett. 30, 1992, 5983/
Synthesis, 1998, S. 633/Chem. Commun. 1999, 1113/Tetrahedron, 1985,
Vol. 41, 5229/Angewandte Chemie 1979, S. 76/Tetrahedron Lett. 35,
50, 1994, 9323-9326.
-
Die
Ausgangsprodukte der allgemeinen Formeln V und VI sind literaturbekannt
und teilweise kommerziell erhältlich
bzw. können
nach den dem Fachmann gut bekannten Methoden hergestellt werden.
-
Beispielhaft
genannt seien: J. Chem. Soc. 1947, 437, 441/JACS 1939, 61, 183/
Bioorg. Med. Chem. Lett. 1999, 2583/Chem. Commun. 2, 2002, 180/Chem.
Ber. 23, 1890, 2272/
US 2647050 (1949
Du Pont)/Zh. Obshch. Khim., 26, 1956, 3388, 3390/J. Chem. Soc. 1949,
355, 361/Synthetic Commun. 26, 19, 1996, 3535-3542/J. Chem. Soc. 1966, 1980-1983/JACS
75, 1953, 6237/JACS, 75, 1953, 2770/J. Chem. Soc. Perkin Trans.
1974, 903, 908/Zh. Obshch. Khim., 32, 1962, 1581/Chem. Pharm. Bull.,
14, 1966, 375, 381.
-
Die
meisten der in der Literatur beschriebenen β-Ketoester-Herstellungsverfahren
haben den Nachteil, daß größere Mengen
an Nebenprodukten, wie beispielsweise die Verbindungen A und B,
enstehen, die die quantitative
Auskristallisation des gewünschten
Produktes stören.
-
Selbst
in der von X. Wang, Tetrahedron Letters, Vol. 35, 50, 1994, 9323,
angegebenen Vorschrift zur Herstellung von β-Ketoestern, bei der im Deprotonierungsschritt
DBU (Diazobicycloundecan) verwendet wird, werden beim up-scaling
größere Mengen
der Nebenprodukte A und B beobachtet.
-
Das
neue, erfindungsgemäße Verfahren
setzt zur Deprotonierung tert.-Butylate bzw. Amylate ein, die die
Bildung der Nebenprodukte A und B vermeiden.
-
Als
besonders vorteilhaft hat sich die nachfolgend beschriebene Eintopf-Sequenz,
ausgehend von den Säuren
der allgemeinen Formel VII erwiesen,
wobei A wiederum die oben
in der allgemeinen Formel I angegebene Bedeutung hat:
-
Hierbei
wird ausgehend von der Säure
der allgemeinen Formel VII das Imidazolid nach den dem Fachmann
geläufigen
Methoden hergestellt.
-
Bevorzugt
wird N,N-Carbodiimidazol (Staab-Reagenz) in einem nicht protischen
Lösungsmittel,
wie THF, 2-Methyl-THF, Dioxan, Dichlormethan, Tolouol, Dimethylformamid,
gegebenenfalls unter Zusatz von Dimethylaminopyridin (0,001-3 eq.)
bei Temperaturen zwischen 0-70°C
für 1-10
Stunden mit der Säure
VII umgesetzt.
-
Nach
beendeter Reaktion kann das Imidazolid isoliert werden. Bevorzugt
wird aber die so erhaltene Lösung
zu einer zweiten Lösung
(Herstellung: Malonsäure-Halbester-Kaliumsalz
VIII in einem aprotischen Lösungsmittel,
wie THF, 2-Methyl-THF,
Dioxan, Dichlormethan, Tolouol, Dimethylformamid mit Trimethylsilylchlorid
zum Silylether umsetzen, 1-10 Stunden Reaktionszeit bei Temperaturen
von –10-30°C) gegeben.
Anschließend
erfolgt die Deprotonierung mit 1-4 eq. einer Base wie Kalium-tert.-butylat,
Natrium-tert. butylat, Lithium-tert.butylat, Kalium-O-CH2C(CH3)3
(bei Umsetzungen im technischen Maßstab werden die anorganischen
Basen bevorzugt gelöst
in einem Lösungsmittel,
wie z.B. THF, bei Temperaturen von –10-+30°C,
Nachrührzeit
10 Minuten bis 5 Stunden, zugegeben. Die Zugabezeit beträgt 30 min
bis 10 h, dabei kann eine kalte (0°C) oder aber bis 70°C warme Lösung zudosiert
werden. Nach beendeter Zugabe wird 1-24 h nachgerührt, vorzugsweise
bei Temperaturen zwischen 0-50°C.
-
In
einigen Fällen
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, 1-5 mol Äquivalente Lithiumchlorid oder
Lithiumbromid vor Zugabe der Base zuzugeben, um die Rührbarkeit
des Ansatzes zu verbessern. Diese Rührbarkeit ist gerade in Hinblick
auf ein up scaling in den pilot plant (d. h. technischen) Maßstab von
Wichtigkeit (Gefahr des Brechens des Rührers!).
-
Zur
Aufarbeitung wird mit Wasser versetzt, mit einer Mineralsäure, wie
HCl, Schwefelsäue
oder Phosphorsäure
der pH-Wert eingestellt (pH 1,5-8) und das Produkt durch Extraktion
(z.B. Essigsäurethylester,
MTB etc.) isoliert. Nach Trocknung der organischen Phase über ein
Trockenmittel (MgSO4 oder Na2SO4) oder durch azeotrope Destillation (pilot
plant) wird auf das zur Kristallisation verwendete finale Lösungsmittel
umdestilliert.
-
Da
die Ketoester der allgemeinen Formel IV als kristalline Feststoffe
anfallen, lassen sie sich bequem durch Kristallisation aufreinigen.
-
Die
Isolierung erfolgt durch Filtration, Nachwaschen mit dem zuletzt
benutzten Lösungsmittel
und anschließende
Trocknung (Vakuum oder Umluft).
-
Die
nach oben beschriebener Weise hergestellten β-Ketoester der allgemeinen Formel
IV werden in hoher Ausbeute (ca. 91-93% ausgehend von der Säure !) und
Reinheit erhalten.
-
Anstelle
des Kaliumsalzes des Malonhalbesters kann auch das Natrium bzw.
Lithiumsalz verwendet werden.
-
Zum
Vergleich mit den oben zitierten Beispielen aus der Patent-Literautur
sei diesen das neue, erfindungsgemäße Verfahren gegenübergestellt
Ausgehend von den literaturbekannten Säuren lassen sich die jeweils
benötigten
Schlüsselintermediate
auf sehr kurzem Weg sehr sauber und in hohen Ausbeuten herstellen (ohne
Chromatographie). Die erfindungsgemäße Sequenz sei prinzipiell
an 2 Beispielen erläutert: 1.
Beispiel: chiraler Methylbenzimidazol-Aldehyd
2.
Beispiel: chiraler Methylbenzthiazol-Ethylester
-
Die
nachfolgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes,
ohne diesen darauf einschränken
zu wollen:
-
Beispiele
-
β-Ketoestersynthese
(allgemeine Herstellungsvorschrift der Verbindungen der allgemeinen
Formel IV
-
Herstellung der Lösung A:
-
260
mmol der Säure
(A-COOH; Verbindung der allgemeinen Formel VII) werden in 300 ml
THF bei Raumtemperatur suspendiert und 950 mg Dimethylaminopyridin
zugegben. Bei 40°C
tropft man eine Lösung, bestehend
aus 285 mmol 1,1-Carbodimimidazol
in 500 ml THF hinzu und rührt
7 Stunden bei 50°C.
-
Herstellung der Lösung B:
-
777
mmol Malonhalbester-Kalium-Salz (ROOC-CH2-COOK; Verbindung der allgemeinen
Formel VIII) werden in 250 ml THF bei 20°C suspendiert. Anschließend werden
777 mmol Chlortrimethylsilan zugetropft und 7 Stunden nachgerührt. Man
kühlt auf
0°C, gibt
gegebenenfalls 1000 mmol Lithiumchlorid zu und tropft eine Lösung aus
1,365 mol Kalium-tert.butylat gelöst in 300 ml THF hinzu (unter
Gegenkühlung).
Anschließend rührt man
30 Minuten bei 0°C
nach.
-
Die
50°C warme
Lösung
A wird unter kräftigen
Rühren
innerhalb von 30 min. zur Lösung
B hinzugetropft (die Temperatur wird durch Gegenkühlung auf
0°C gehalten).
Nach beendeter Zugabe rührt
man 30 Minuten bei 0°C
anschließend
15 Stunden bei 20°C.
-
Aufarbeitung:
-
Man
setzt 1000 ml Essigsäureethylester
zu und stellt unter Zugabe von 920 ml 2N Salzsäure auf pH 2 (dabei klärt die Lösung auf,
es enstehen 2 Phasen). Die organische Phase wird abgetrennt und
2 mal mit 750 ml gesättigter
aq. Natriumhydrogencarbonat-Lösung
gewaschen. Anschließend
wird die organische Phase mit 500 ml gesättigter Kochsalzlösung gewaschen.
Nach Trocknung über
ein Trockenmittel (Natriumsulfat oder Magnesiumsulfat) wird 7 g
Aktivkohle zugesetzt und 30 Minuten bei 20°C gerührt. Nach Abfiltration der Aktivkohle
wird das Filtrat im Vakuum eingeengt und dann auf das finale Lösungsmittel
zur Kristallisation umdestilliert.
-
Man
kristallisiert aus dem jeweils günstigten
Lösungsmittel
um (siehe Tabelle). Aus den Mutterlaugen könnten meistens noch weitere
Kristllfraktionen erhalten werden.
-
Das
Produkt wird im Vakuumtrockenschrank oder unter Umlauft getrocknet
(20-50°C).
-
Die
nachfolgenden Beispiele wurde nach dem oben beschrieben Verfahren
durchgeführt
(Produkt = Verbindung der allgemeinen Formel IV): Beispiel
1
Beispiel
2
Beispiel
3
Beispiel
4
Beispiel
5
Beispiel
6
Beispiel
7
Beispiel
8
Beispiel
9
Beispiel
10
Beispiel
11
Beispiel
12
Beispiel
13
Beispiel
14
Beispiel
15
-
Die
vorstehenden Verbindungen der allgemeinen Formel IV der Beispiele
1 bis 15 gehören
alle zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
-
Im
Folgenden werden die zur asymmetrischen Reduktion verwendeten Verfahren
jeweils in einer allgemeinen Vorschrift beschrieben
-
Chirale Reduktions-Methoden
-
A) Allgemeine Vorschrift
für eine
mikrobiologische Reduktion
-
Ein
500 ml Erlenmeyerkolben, der 100 ml einer 20 min bei 121°C im Autoklaven
sterilisierten Nährlösung aus
5% Glucose und 2% Corn steep liquor (pH 6.0-6.5) enthält, wird
mit einer Schrägröhrchen Kultur
des Stammes Pichia wickerhamii (IFO 1278) beimpft und 48 h bei 28°C auf einem
Rotationsschüttler
geschüttelt. Mit
je 50 ml dieser Anzucht werden zwei 2 l Erlenmeyerkolben beimpft,
die mit 500 ml sterilem Medium der gleichen Zusammensetzung, wie
für die
Vorkultur beschrieben, beschickt sind.
-
Nach
einer Anwachsphase von 6 h bei 28°C
wird zu jedem Erlenmeyerkolben eine Lösung von 5 mmol β-Ketoester
der allgemeinen Formel IV in 15 ml DMF hinzugegeben. Anschließend wird
bei 28°C
weitergeschüttelt.
-
Nach
114 h Kontaktzeit werden die vereinigten Kulturbrühen zweimal
mit 1 l Essigester extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen
werden getrocknet, über
Celitte (oder eine Kieselgelschicht) filtriert und im Vakuum eingeengt.
Der Rückstand
wird aus einem Lösungmittel
der Wahl umkristallisiert.
-
B) Asymmetrische Hydrierung
mit chiralen Metall-Katalysatoren.
-
Die
asymmetrische Hydrierung wurde nach Literatur-Methoden durchgeführt. Falls
eine Säure
zur Hydrierung mit verwendet wurde, ist dieses in den Beispielen
mit angegeben.
-
Aufarbeitung
der Hydrieransätze:
Man dampft im Vakuum ein, nimmt mit einem unpolaren Lösungsmittel
auf (z. B. Dichlormethan, MTBE) und filtriert über kurze Kieselgelschicht
ab. Das Filtrat wird im Vakuum zur Trockene eingedampft und der
Rückstand
aus einem geeigneten Lösungsmittel
umkristallisiert.
-
C) Beispiel für eine Transferhydrierung
-
Unter
Stickstoffatmosphäre
werden 1 mmol Dichloro(pentamethylcyclopentadienyl)rhodium (III)
dimer zu einer Lösung,
bestehend aus 4 mmol (R,R)-Tos-DPEN in 1 l Isopropanol gegeben und
20 Minuten bei 80°C bis
zur orangeroten, homogenen Lösung
gerührt.
Anschließend
gibt man 100 ml Kalium-isopropylat (0,12 m Lösung = 120 mmol) zu. Dann gibt
man mol 200 β-Ketoester
der allgemeinen Formel IV (gelöst
in 500 ml Isopropanol) zu und rührt
bei 50°C
(1-20 Stunden) und verfolgt den Reaktionsfortschritt mittels DC.
-
Nach
Beendigung der Reaktion wird im Vakuum zur Trockene eingedampft
und der Rückstand über eine
Schicht Kieselgel filtriert (Lösungsmittel:
Hexan/ Essigsäureethylester-Mischungen).
Man dampft im Vakuum zur Trockene ein und kristallisiert aus einem
geeigneten Lösungsmittel
um.
-
D) Asymmetrische Reduktion
mit komplexen Hydriden (NaBH4/LiBH4)
-
Reduktionen
mit der chiralen Hilfskomponente (R,R')-N,N' Dibenzoylcystein werden nach der Vorschrift
aus J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1985, 138, durchgeführt.
-
Reduktionen
mit der chiralen Hilfskomponente (2R,3R) – Weinsäure werden nach der Vorschrift
aus J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 1990, 1826, durchgeführt.
-
Beispiel 16
-
- Reduktionsmethode: C
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 98%
- Literatur:
R. Noyori, Acc. Res. 1997, 30, 97-102
K.
Murata, JOC 1999, 64, 2186-2187
-
Beispiel 17
-
- Reduktionsmethode: B
- Lösungsmittel:
Methanol
- Druck: 1200 psi
- Temperatur: 25°C
- Reaktionszeit: 14 Stunden
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 98%
- Literatur: JACS, Vol. 121, No30, 1999, S. 7061 (Verbindung 43)
-
Beispiel 18
-
- Reduktionsmethode: B
- Lösungsmittel:
Ethanol
- Druck: 1300 psi
- Temperatur: 40°C
- Reaktionszeit: 18 Stunden
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 99%
- Literatur: wie im Beispiel 17 angegeben
-
Beispiel 19
-
- Reduktionsmethode: A
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 98%
- Stamm: Pichia wickerhamii (IFO 1278)
-
Beispiel 20
-
- Reduktionsmethode: C
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 98%
- Literatur:
R. Noyori, Acc. Res. 1997, 30, 97-102
K.
Murata, JOC 1999, 64, 2186-2187
-
Beispiel 21
-
- Reduktionsmethode: B/Ru – (R) - MeO-Bipheg (Kat)
- Lösungsmittel:
EtOH
- Druck: Atmosphären-Druck
H2
- Temperatur: 50°C
- Reaktionszeit: 50 Stunden
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 98%
- Literatur: Tetrahedron Letters, Vol. 36, No. 27, 4801-4804
-
Beispiel 22
-
- Reduktionsmethode: B/Ru – (R) - MeO-BIHEP (Kat)
- Lösungsmittel:
MeOH
- Druck: 10 bar
- Temperatur: 80°C
- Reaktionszeit: 40 Stunden
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 98%
- Literatur: Tetrahedron, 57 (2001), 2563-2568
-
Beispiel 23
-
- Reduktionsmethode: B
- Lösungsmittel:
EtOH
- Druck: 50 bar
- Temperatur: 60°C
- Reaktionszeit: 18 Stunden
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 99%
- Literatur: Angewandte Chemie 1999, 111, S. 3397
-
Beispiel 24
-
- Reduktionsmethode: B
- Lösungsmittel:
Methanol
- Druck: 120 psi
- Temperatur: 60°C
- Reaktionszeit: 18 Stunden
- e.e. des Produktes nach Kristallisation:
- Literatur: siehe Beispiel 17
-
Beispiel 25
-
- Reduktionsmethode: B
- Lösungsmittel:
Ethanol
- Druck: 1300 psi
- Temperatur: 60°C
- Reaktionszeit: 24 Stunden
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 99%
- Literatur: siehe Beispiel 17
-
Beispiel 26
-
- Reduktionsmethode: C
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 98%
- Literatur:
R. Noyori, Acc. Res. 1997, 30, 97-102
K.
Murata, JOC 1999, 64, 2186-2187
-
Beispiel 27
-
- Reduktionsmethode: A
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 99%
- Stamm: Pichia wickerhamii (IFO 1278)
-
Beispiel 28
-
- Reduktionsmethode: A
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 99%
- Stamm: Pichia wickerhamii (IFO 1278)
-
Beispiel 29
-
- Reduktionsmethode: C
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 98%
- Literatur:
R. Noyori, Acc. Res. 1997, 30, 97-102
K.
Murata, JOC 1999, 64, 2186-2187
-
Beispiel 30
-
- Reduktionsmethode: B
- Lösungsmittel:
Me OH
- Druck: 50 bar
- Temperatur: 50°C
- Reaktionszeit: 24 Stunden
- e.e. des Produktes nach Kristallisation: > 99%
- Literatur: siehe Beispiel 23
-
Die
vorstehenden Verbindungen der allgemeinen Formel I der Beispiele
16 bis 30 gehören
alle zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
-
In
den nachfolgenden Beispielen ist die Verwendung der neuen erfindungsgemäßen Zwischenprodukte
zur Herstellung der in der Literatur bekannten Epothilon-Zwischenstufen demonstriert
-
Allgemeine Vorschrift
zur Herstellung der TBDMS-Ether (Zwischenverbindungen aus WO 00/66589,
Schering AG)
-
100
mmol des Hydroxyesters der allgemeinen Formel (I) und 150 mmol Imidazol
werden in 150 ml Dimethylformamid gelöst und bei 0°C 125 mmmol
Tert.butyldimethylsilylchlorid (TBDMS-Cl) zugegeben. Man rührt 12 Stunden
bei Raumtemperatur. Zur Vernichtung des Überschusses an TBDMS-Cl wird
70 mmol Methanol zugegeben und weitere 2 Stunden bei Raumtemperatur
gerührt.
Man setzt 5 ml Wasser, sowie 50 ml n-Hexan zu und rührt 10 Minuten
kräftig
durch. Die Hexanphase wird abgetrennt und verworfen. Zur DMF-Phase
gibt man 1000 ml Wasser und extrahiert 2 mal mit je 150 ml Essigester.
Die vereingten organischenPhasen werden abgetrennt und im Vakuum
zur Trockene eingeengt.
-
Im
Falle einer Folge-Umsetzung mit DIBAH oder DIBAH/BuLi hat es sich
als vorteilhaft erwiesen mit Dichlormethan oder Toluol zu extrahieren
und mit der Lösung
direkt die weitere Umsetzung durchzuführen.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Allgemeine Herstellvorschrift
zur Reduktion der Silylester (Zwischenstufen aus
US 6,387,927 und PCT/EP99/10129, NOVARTIS)
-
20
ml einer 1 M Lösung
von DIBAH in Dichlormethan werden bei –78°C (unter Stickstoff) über 30 Minuten
zu einer Lösung
aus in Beispiel 31-46 hergestellten (mit Ausnahme der tert. Butylester)
Silylester, 10 mmol gelöst
in 100 ml Dichlormethan hinzugetropft. Man rührt 3 Stunden bei –78°C. Man setzt
weitere 5 ml DIBAH Lösung
hinzu und rührt
weitere 2 Stunden. Man tropft 6 ml Methanol zu und lässt auf
Raumtemperatur kommen. Man gibt 50 ml Dichlormethan und 50 ml Wasser
zu und filtriert die Suspension über
Celite. Die organische Phase wird abgetrennt, mit Wasser gewaschen
und im Vakuum zur Trockene eingeengt.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-