DE1493661C - Verfahren zur Spaltung von D,L-alpha-Methyl-beta-(3,4-dihydroxyphenyl)-alanin in seine optischen Antipoden - Google Patents

Verfahren zur Spaltung von D,L-alpha-Methyl-beta-(3,4-dihydroxyphenyl)-alanin in seine optischen Antipoden

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DE1493661C
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methyl
alanine
thu
ester
dihydroxyphenyl
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Erich Dr.; Frommer Werner Dr.; 5600 Wuppertal Rauenbusch
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Merck and Co Inc
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Merck and Co Inc
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Description

D,L - α - Methyl - β - (3,4 - dihydroxyphenyl) - alanin zeichnet sich durch seine günstigen Wirkungen auf den Blutdruck aus. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, diese Verbindungen synthetisch herzustellen. Bei den Synthesen fällt das Produkt in Form eines Racemates an, welches zweckmäßig in seine optischen Antipoden getrennt wird, da die genannte nützliche biologische Wirkung nur der L-Form zukommt. Würde man auf die Trennung des Racemates verzichten, so würde bei der Verabreichung des Produktes die nicht aktive D-Form als Ballast mitgeschleppt, was um so ungünstiger ist, als das Produkt ohnehin in verhältnismäßig hohen Dosen verabfolgt werden muß.
Erfindungsgemäß ist es möglich, das Racemat des a-Methyl-/?-(3,4-dihydroxyphenyl)-alanins in seine optischen Antipoden zu spalten, indem man auf Derivate der allgemeinen Formel'
CH,
CH7-C- COOR"
■NH,
25
wobei R und R' Wasserstoff oder Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, wobei zwei Alkylreste R und R' auch zu einer Alkylenkette verbunden sein können, oder Acylreste mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, die durch eine Carboxyl- oder Carboalkoxygruppe substituiert sein können, und R" eine gerade oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten, im wäßrigen Medium einen Pilz aus der Gruppe der Stämme Penicillium janthinellum Biourge Do 29 und Do 96, Penicillium daleae Zaleski Do 120, Mortierella ramamiana (Möller) Linnemann Do 99, Cephalosphorium cifferii Verona Do 23 und Trichoderma viride (Pers.) ex. Fr. Do 131, hinterlegt beim Centraalbureau voor Schimmelcultures in Baar, Holland, bzw. daraus hergestellte Extrakte einwirken läßt, dabei entstandene freie L- bzw. D-Säure vom bleibenden D-bzw. L-Ester trennt und gegebenenfalls vorhandene Acyl-, Alkyl- bzw. Alkylengruppen R oder R' abspaltet.
Es ist bekannt, daß man stereospezifische Spaltungen von Derivaten der natürlich vorkommenden α-Aminosäuren mit tierischen oder pflanzlichen Enzymen durchführen kann (vgl. J. P. Greenstein; A. M. Winitz, »Chemistry of the Aminoacids«, Vol. 1, S. 715; John Wiley and Sons, Inc. 1961, N. Y. a. London.
Alle derartigen Spaltungsversuche sind im vorliegenden Fall jedoch fehlgeschlagen, was auf die zusätzliche und unnatürliche Substitution des ct-C-Atoms durch die Methylgruppe zurückzuführen ist. Es war deshalb nicht vorherzusehen, daß für ein spezifisches Verfahren Mikroorganismen aufzufinden sind, welche Enzyme bilden, die Derivate des a-Methyl-/?-(3,4-dihydroxyphenyl)-alanin stereoselektiv spalten.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Pilze werden nach folgender Methode gefunden: Man gibt in sterile Nährlösungen, die 1 % einen der vorstehenden Formel entsprechenden Aminoester und neben notwendigen Salzen eine anorganische Stickstoffquelle enthalten, Erdproben verschiedenster Herkunft zu und bebrütet sie auf Schüttelmaschinen bei 28° C.
In verschiedenen Zeitabständen nimmt man Proben, in denen man chromatographisch etwa vorhandene Aminosäuren nachweist. Nach mehreren Tagen lassen sich in einzelnen Kulturen tatsächlich solche Aminosäuren nachweisen. Diejenigen Kulturen, bei denen dies der Fall ist, enthalten Mikroorganismen, die' zur Durchführung einer Spaltung fähig sind.
Diese Mikroorganismen reichert man zweckmäßig in der Weise an, daß man mehrere Passagen in der gleichen Nährlösung durchlaufen läßt. In diesen Nährlösungen können sich nämlich nur solche Mikroorganismen vermehren, die zu einer Spaltung geeignet sind, denn nur diese Stämme können sich die zu ihrer Vermehrung notwendige Kohlenstoffquelle durch die Spaltung beschaffen. Sie verwenden zum Aufbau ihrer Zellsubstanz und zur Atmung nur den Rest — R"; die verbleibende Säure wird, wie verschiedene Versuche gezeigt haben, im Gegensatz zu den entsprechenden 3,4-Dialkoxyphenyl-alaninverbindungen praktisch nicht angegriffen.
Die angereicherten Kulturen, in denen sich durch die mehrmalige Auslese vorwiegend Pilze desselben Stammes befinden, werden auf Agarnährböden ausgestrichen. Nach der Bebrütung werden aus den sich entwickelnden Kolonien einzelne typisch aussehende auf Schrägröhrchen abgeimpft.
Die so gefundenen Pilze werden dann in einem präparativen Spaltungsversuch eingesetzt, wobei festgestellt wird, ob die Spaltung stereoselektiv verläuft. Bei einem Großteil der isolierten Stämme war dies der Fall.
Bei der Durchführung dieses Testverfahrens findet man zahlreiche Pilzstämme. Diese gehören, wie mikroskopische Untersuchungen zeigen, den verschiedensten systematischen Kategorien an.
Aus der Klasse der höheren Pilze isolierten wir die Penicilliumstämme Penicillium janthinellum Biourge (Do 29, Do 96), Penicillium daleae Zaleski (Do 120). Aus den niederen Pilzen isolierten wir die Stämme Mortierella ramamiana (Möller) Linnemann-(Do 99) und aus der. Klasse der Fungi imperfecti die Stämme Cephalosphorium cifferii Verona (Do 23) und Trichoderma viride (Pers.) ex. Fr. (Do 131). Die Stämme wurden im Centraalbureau voor Schimmelcultures in Baar, Holland am 1. 8. 1963 hinterlegt.
Die Spaltung der Aminoester geht, wenn man die Pilze ohne zusätzliche Kohlenstoffquelle wachsen läßt, auch wenn man mit einer Reinkultur massiv beimpft, relativ langsam vor sich. Es empfiehlt sich daher, zur Beschleunigung der Spaltung zusätzlich zum Anwachsen der Pilze eine Kohlenstoffquelle, z. B. 0,1 bis 0,5 Milchsäureester, Glucose oder Glycerin, zuzusetzen: Noch schneller geht die Spaltung, wenn man die Pilze ohne Zusatz der zu spaltenden Verbindung in einer komplexen Nährlösung etwa 48 bis 72 Stunden ■ anwachsen läßt und dann erst die zu spaltende Verbindung zugibt. Um die Aufarbeitung nach der Spaltung in diesem Fall zu erleichtern, kann man auch die Pilze nach der Wachstumsphase abschleudern, mit Wasser waschen und nun die zu spaltende Verbindung zu der wäßrigen Pilzsuspension zugeben.
Die letztere Arbeitsweise empfiehlt sich besonders, wenn man mit den freien 3,4-Dihydroxy-Verbindungen arbeitet. Diese sind bei neutralen bis alkalischen Bedingungen autoxydabel.
Da die Isolierung von Pilzen nach der oben beschriebenen Methode mehrere Wochen in Anspruch
nimmt, würden diese Verbindungen vollständig oxydiert sein. Man kann jedoch die mit den O-alkylierten Verbindungen isolierten Pilze auch zur Spaltung der freien 3,4-Dihydroxy-Verbindungen verwenden. Man läßt zweckmäßigerweise die Pilze vorwachsen und gibt dann zu der dichten gewaschenen und ungewaschenen Pilzsuspension unter Stickstoff oder unter gleichzeitiger Ansäuerung auf pH 3 bis 5 oder unter Stickstoff mit gleichzeitiger Ansäuerung die zu spaltende Verbindung zu.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, daß die verwendeten Pilze in den obengenannten Aminoestern nur die eine optische Antipode spalten. Die Trennung der gespaltenen einen optischen Antipode von der nichtgespaltenen anderen optischen Antipode kann nach allgemein üblichen Methoden, z. B. durch Extraktion mit Lösungsmitteln, erfolgen.
Die nachstehenden Beispiele erläutern das Verfahren der Erfindung. Die Verbindungen wurden zur leichteren Identifizierung acetyliert.
Beispiel 1
Eine wäßrige Nährlösung, die 0,5% Milchsäureäthylester, 0,2% KH2PO4, 0,2% (NHJ2SO4 und Spuren von MgSO4 und FeSO4 enthält, wird auf pH 6,0 eingestellt, steril filtriert und je 50 ml davon in 1-1-Erlenmeyerkolben abgefüllt. Dazu gibt man steril je 4 ml wäßrige, 5%ige CaCO3 Suspension (Sterilisation 1 Stunde bei 1210C im Autoklav) und beimpft mit einer Sporensuspension des Stammes Do 120. Diese Kultur bebrütet man 3 Tage bei 280C auf einer Rundschüttelmaschine. Dann gibt man steril 10 ml steril filtrierte 5%ige D,L-a-Methyl-^(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin-äthylester-Lösung zu und bebrütet erneut bei 28° C auf einer Rundschüttelmaschine. Nach weiteren 3 Tagen erntet man die Kolben, stellt, wenn nötig, das pH auf 4 bis 5 ein und entfernt das Mycel durch Zentrifugieren (10 Minuten bei 20000 · g). Den überstand wird mit etwa 20%iger Natronlauge auf pH 10 eingestellt und dreimal mit Essigsäureäthylester ausgeschüttelt.
Die organische Phase, die den D-a-Methyl-ß(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin-äthylester enthält, wird mit wenig Wasser gewaschen, mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel im Vakuum abdestilliert. Zum Rückstand gibt man 10 ml wasserfreies Pyridin und 10 ml Essigsäureanhydrid und läßt den Ansatz verschlossen 20 Stunden bei 37° C stehen. Die Acetylierungsreagentien werden im Vakuum vollständig entfernt, der Rückstand gewogen und zur Messung der optischen Drehung in Methanol gelöst.
Die wäßrige Phase, die das L-a-Methyl-/3(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin enthält, wird mit etwa 17%iger Salzsäure neutralisiert, dann gefriergetrocknet und der Rückstand mit 10 ml wasserfreiem Pyridin und 10 ml Essigsäureanhydrid versetzt, umgeschüttelt und 20 Stunden bei 37° C stehengelassen. Die Suspension wird im Vakuum eingedampft, in 40 ml Wasser gelöst auf pH 7 gestellt und filtriert. Das Filtrat wird mit 17%iger Salzsäure auf pH 2 gestellt und mit Essigsäureäthylester dreimal ausgeschüttelt. Die vereinigten organischen Phasen werden mit Wasser gewaschen und mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Die filtrierte Lösung wird im Vakuum eingedampft und der gewogene Rückstand zur Messung der optischen Drehung in Methanol gelöst. Das Ergebnis ist in der Tabelle 1 angegeben.
B e i s ρ i e 1 2
Gibt man zu einem Ansatz nach Beispiel 1 an Stelle
von 10 ml 30 ml 5% ige D,L-a-Methyl-/3(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin-äthylester-Lösung zu und arbeitet wie im Beispiel 1 angegeben weiter, so erhält man das in Tabelle 2 angeführte Ergebnis.
Beispiel 3
Beimpft man eine Nährlösung nach Beispiel 1, jedoch mit 100 ml Nährlösung je Erlenmeyerkolben, die an Stelle von 0,5% Milchsäureäthylester 0,5% Glycerin enthält, mit einer Sporensuspension des Stammes Do 99 und gibt nach 3tägiger Bebrütung 20 ml 5%ige D,L-a-Methyl-/S(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin-äthylester-Lösung zu, so erhält man nach einer weiteren Bebrütungszeit von 1 Tag bei der Aufarbeitung nach Beispiel 1 die in Tabelle 3 aufgeführten
Werte. _ ■ . . . .
Beispiel 4
Man beimpft eine 5%ige, 1 Stunde bei 12Γ C sterilisierte Diamaltlösung (100 ml in 1-1-Erlenmeyerkolben), die mit H3PO4 auf pH 4,5 eingestellt ist, mit einer Sporensuspension des Stammes Do 23 und bebrütet sie 3 Tage auf einer Rundschüttelmaschine bei 28° C. Danach schleudert man das Mycel ab, wäscht dreimal mit Phosphatpufferlösung m/7 pH 4,0 bzw. 5,0 und resuspendiert das Mycel erneut in derselben Pufferlösung, die jedoch 1% D,L-a-Methyl-/?(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin-äthylester enthält. Nach einer weiteren Bebrütungsdauer von 4 Tagen bei 28° C arbeitet man nach Beispiel 1 auf. Tabelle 4 zeigt das Ergebnis.
Beispiel 5
Verfährt man in derselben Weise wie Beispiel 4 mit dem Stamm Do 99, so erhält man die in Tabelle 5 aufgeführten Werte.
Beispiel 6
Ein Ansatz nach Beispiel 4, nur Vor- und Hauptkultur auf pH 4,5 eingestellt, wird mit einer Sporensuspensiori des Stammes Do 29 beimpft und nach Beispiel 4 weiterbehändelt. Man erhält das in Tabelle 6 aufgeführte Ergebnis.
Beispiel7
Man beimpft eine 5%ige, 1 Stunde bei 121° C sterilisierte Diamaltlösung (100 ml in 1-1-Erlenmeyerkolben), die mit H3PO4 auf pH 4,5 eingestellt ist, mit einer Sporensuspension des Stammes Do 99 und bebrütet sie 3 Tage auf einer Rundschüttelmaschine bei 28° C. Danach schleudert man das Mycel ab, wäscht dreimal mit Phosphatpufferlösung m/7 pH 4,5 und resuspendiert das Mycel erneut in derselben Pufferlösung, die jedoch 1% D,L-a-Methyl-ß(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin-butylester enthält. Nach einer weiteren Bebrütungsdauer von 4 Tagen bei 280C arbeitet man wie folgt auf: Man stellt, wenn nötig, das pH der Suspension auf 5 bis 6 ein und entfernt das Mycel durch Zentrifugieren (10 Minuten bei 20 000 ■ g). Der überstand wird gefriergetrocknet und durch Zugabe von 15 ml wasserfreiem Pyridin und 15 ml Essigsäureanhydrid 20 Stunden bei 37° C acetyliert. Die Suspension wird im Vakuum eingedampft. Der Rückstand wird mit 15 ml 0,5N-Essigsäure versetzt und dreimal mit Essigsäureäthylester extrahiert. Die organische Phase wird dreimal mit wäßriger Natriumbicarbonatlösung ausgeschüttelt.
Die organische Phase, die den ungespaltenen Ester enthält, wird mit Wasser gewaschen, mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet, wenn nötig mit Aktivkohle entfärbt, filtriert und im Vakuum eingedampft. Der gewogene Rückstand wird zur Messung der optischen Drehung in Methanol gelöst.
Die bicarbonhaltige, wäßrige Phase wird mit konzentrierter Salzsäure auf pH 2 gestellt und dreimal mit Essigsäureäthylester ausgeschüttelt. Hierbei geht das a-Methyl-/?-(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin in die organische Phase, die mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet, wenn nötig mit Aktivkohle entfärbt, filtriert und im Vakuum zur Trockene eingedampft wird. Der Rückstand wird gewogen und zur Messung der optischen Drehung in Methanol gelöst. Ergebnis J5 siehe Tabelle 7.
Beispiel 8
Beimpft man einen Ansatz nach Beispiel 7 an Stelle von Do 99 mit Do 29 und arbeitet ihn nach Beispiel 7 auf, so erhält man das in Tabelle 8 aufgeführte Ergebnis. ...:
Beispiel9
Man beimpft eine 5%ige, 1 Stunde bei 121°C sterilisierte Diamaltlösung (100 ml in 1-1-Erlenmeyerkolben), die mit H3PO4 auf pH 4,5 eingestellt ist, mit einer Sporensuspension des Stammes Do 29 und bebrütet sie 3 Tage auf einer Rundschüttelmaschine bei 28° C. Danach schleudert man das Mycel ab, wäscht dreimal mit Phosphatpufferlösung m/7 pH 4,0 und resuspendiert das Mycel erneut in derselben Pufferlösung, die jedoch 1% D,L-a-Methyl-/5(3,4-dihydroxyphenyl)-alanin-äthylester enthält. Nach einer weiteren Bebrütungsdauer von 4 Tagen bei 28° C erhält man eine Suspension, die nach Beispiel 7 aufgearbeitet die in Tabelle 9 angegebenen Ausbeuten ergibt.
B e i s ρ i e 1 10
Beimpft man einen Ansatz nach Beispiel 4, dessen Anfangs-pH an Stelle von 4,5 auf 7,0 eingestellt ist, mit einer Sporensuspension des Stammes Do 131, wäscht nach 3tägiger Bebrütung das Mycel mit m/7 Phosphatpuffer-Lösung pH 7,0 und resuspendiert es in einer Phosphatpuffer-Lösung derselben Konzentration und desselben pH-Wertes, die 1% D,L-a-Methy 1 - β - (3,4 -methylendioxyphenyl) - alanin -methylester enthält, so ergibt eine Aufarbeitung des Ansatzes nach Beispiel 1 nach weiterer 3tägiger Bebrütung bei 23° C einen a-Methyl-^(3,4-methylendioxyphenyl)-N-acetylalanin-methylester, der bei einer spezifischen Drehung von [α] 2? = +67,8° C zu 96% aus D-(+)-a-Methyl-/Jß^-methylendioxy-phenyrj-N-acetyl-alanin-methylester besteht.
Tabelle
Einges.
Estermenge
(mg)
Zurückgewonnener a-Methyl-/S(3,4-
dimethoxyphenyl)-alanin-äthylester
isoliert als N-Acetylderivat
Ausbeute
(mg) ' (%)
spez. Drehung
Reinheit der Isomeren a-Methyl-/3(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin
isoliert als N-Acetylderivat
Ausbeute
(mg) (%)
spez. Drehung
Reinheit der Isomeren
500
137
+40,6
78 144
-20,2
'68
Tabelle
Einges.
Estermenge
(mg)
Zurückgewonnener «-Methyl-/i(3,4-
dimethoxyphenyl)-alanin-äthy !ester
isoliert als N-Acetylderivat
Ausbeute
(mg) (%)
spez. Drehung
Reinheit der Isomeren a-Methyl-/J(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin
isoliert als N-Acetylderivat
Ausbeute
(mg) (%)
spez. Drehung
Reinheit der Isomeren
1500
830
.+47,3
83 297
-34,1
80
Tabelle
Einges.
Estermenge
(mg)
1000
Zurückgewonnener u-Mcthyl-//(3,4-
dimcthoxyphcnyl)-alanin-äthylcster
isoliert als N-Acelylderivat
Ausbeute
(mg) (%)
618
spez. Drehung
+ 31,2
Reinheit der Isomeren
71 rj-Methyl-/i(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin
isoliert als N-Acetylderivat
Ausbeule
(mg) (%)
237
spez. Drehung
-40,7
Reinheit der Isomeren
86
Tabelle 4
Einges. Estermenge a-Methyl-/?(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin Aust
(mg)
eute 10 spez. Drehung
MP
Reinheit der Isomeren
(mg) isoliert als N-Acetylderivat 101 11 -32,0 79
Anfangs-pH 1000 108 -34,0 80 ■
1000
4,0
5,0
Tabelle 5
Anfangs-pH
Einges. Estermenge
(mg)
-Methyl-/i(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin isoliert als N-Acetylderivat
Ausbeute
(mg)
spez. Drehung
Reinheit der Isomeren
5,0
1000
93 -39,6
85
Tabelle 6
Einges.
Estermenge
(mg)
Zurückgewonnener u- Methyl-/i(3.4-
dimethoxyphenyl)-alanin-äthylester
isoliert als N-Acetylderivat
Ausbeute
(mg)
spez. Drehung M?
Reinheit der Isomeren M-.Methyl-/i(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin isoliert als N-Acetylderivat
Ausbeute
(mg) (%)
spez. Drehung
Reinheit der Isomeren
1000
433
+ 57,7
90 364
-26,8
74
Tabelle 7
Einges. Zurückgewonnener
a-Methyl-/9(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin-
butylester isoliert als N-Acetylderivat
(mg) (%) spez. Drehung Reinheit der
Isomeren
a-Methyl-^(3,4-dimethoxyphenyl)-alanin
isoliert als N-Acetylderivat
(mg) (%) spez. Drehung Reinheit der
Isomeren
Estermenge Ausbeute 513 .41 MP (%) Ausbeute 154 16 MP (%)■
(mg) + 32,2 76 -38,7 85
1000
Tabelle 8
Einges.
Estermenge
(mg)
Zurückgewonnener u-MethyI-/i(3,4-
dimethoxyphenyl)-alanin-äthylester
isoliert als N-Acetylderivat
Ausbeute
(mg)
spez. Drehung MP
Reinheit der Isomeren a;Methyl-/)(3,4-dimethoxyphenyl)'-alanin isoliert als N-Acetylderivat
Ausbeute
(mg)
spez. Drehung MP
Reinheit der Isomeren
1000
377
+ 53,6
93 168
-21,2
69
Tabelle 9
Einges.
Estermenge
(mg)
Zurückgewonnener
u-Methyl-/i(3,4-dihydroxyphenyl)-alaninäthylester isoliert als Triacetyl-derivat
Ausbeute
(mg) (%)
spez. Drehung
MP
Reinheit der Isomeren u-Methyl-/i(3,4-dihydroxyphenyl)-alanin isoliert als Triacetyl-derivat
Ausbeute
(mg) (%)
spez. Drehung
MP
Reinheit der Isomeren
1000
790
+ 17,7
167 24 -46,4
209 620/63

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Spaltung von d,l-<i-Methyl- ß - (3,4 - dihydroxyphenyl) - alanin in seine optischen Antipoden, dadurch gekennzeichnet, daß man auf Derivate der allgemeinen Formel
    R'O
    RO
    CH3
    CH2 — C — COOR"
    NH,
    IO
    wobei R und R' Wasserstoff oder Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, wobei zwei Alkylreste R und R' auch zu einer Alkylenkette
    verbunden sein können, oder Acylreste mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, die durch eine Carboxy I- oder Carboalkoxygruppe substituiert sein können, und R" eine gerade oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten, im wäßrigen Medium einen Pilz aus der Gruppe der Stämme Penicillium janthinellum Biourge Do 29 und Do 96, Penicillium- "daleae Zaleski Do 120, Mortierella ramamiana (M ,ö Her) Linnemann Do 99, Cephalosphorium cifferii Verona Do 23 und Trichoderma viride (Pers.) ex. Fr. Do 131, hinterlegt beim Centraalbureau voor Schimmelcultures in Baar, Holland, bzw. daraus hergestellte Extrakte einwirken läßt, dabei entstandene freie L- bzw. D-Säure vom bleibenden D- bzw. L-Ester trennt und gegebenenfalls vorhandene Acyl-, Alkyl- bzw. Alkylengruppen R oder R' abspaltet.

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