DE19523151A1 - Racematspaltung primärer und sekundärer heteroatomsubstituierter Amine durch Enzym-katalysierte Acylierung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Racematspaltung primärer und sekundärer heteroatomsubstituierter Amine durch Umsetzung mit einem Ester in Gegenwart einer Hydrolase und anschließende Trennung des einen enantioselektiv acylierten heteroatomsubstituierten Amins vom nicht umgesetzten anderen Enantiomer des heteroatomsubstituierten Amins.

In WO 95/08636 wird ein Verfahren zur Racematspaltung primärer und sekundärer Amine durch Umsetzung mit einem Ester in Gegenwart einer Hydrolase beschrieben. Als bevorzugte Amine werden dort primäre Arylalkylamine genannt. Es findet sich jedoch kein Hin­ weis auf die Verwendbarkeit von heteroatomsubstituierten Aminen.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß das eingangs be­ schriebene Verfahren besonders vorteilhaft funktioniert, wenn als heteroatomsubstituiertes Amin ein Amin der allgemeinen Formel I

wobei
n 0, 1, 2, 3;
Y O, S, NH, NR⁵;
R¹, R² unabhängig voneinander jeweils H, Alkyl oder Aryl oder R¹ und R² oder R² und R³, oder R¹ und R⁴ zusammen mit den be­ nachbarten C-Atomen Teil eines Ringsystems;
R⁴ Alkyl oder Arylalkyl;
R³, R⁵ unabhängig voneinander H, Alkyl oder Arylalkyl bedeuten,
eingesetzt wird.

Weiterhin wurde ein Verfahren zur Herstellung von acylierten primären und sekundären Aminen durch Umsetzung der heteroatomsub­ stituierten Amine mit einem Ester unter spezifischer Katalyse mit einer Hydrolase gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Säurekomponente des Esters ein Fluor-, Stickstoff-, Phosphor-, Sauerstoff-, oder Schwefelatom in Nachbarschaft des Carbonyl­ kohlenstoffatoms trägt.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Ester sind solche, die in der Säurekomponente des Esters ein elektronen­ reiches Heteroatom in Nachbarschaft zum Carbonylkohlenstoff tra­ gen oder bei denen in der Säurekomponente ein Akzeptorsubstituent in Form eines oder mehrerer Heteroatome in Nachbarschaft des Carbonylkohlenstoffatoms sitzt.

Das Heteroatom muß über mindestens ein freies Elektronenpaar verfügen. Es kann ein Fluor-, Stickstoff-, Phosphor-, Sauerstoff- oder Schwefelatom sein.

Es soll sich in der Nachbarschaft zum Carbonylkohlenstoff befinden. Darunter ist die Bindung des Heteroatoms an ein Kohlen­ stoffatom in alpha-, beta- oder gamma-Position zum Carbonyl­ kohlenstoff gemeint. Das Heteroatom kann auch eine Mehrfach­ bindung zum Kohlenstoff aufweisen, wie sie in der Cyanidgruppe vorkommt. Bevorzugt sind solche Säurekomponenten des Esters, bei denen das Heteroatom an das C-alpha Atom gebunden ist. Als Heteroatom ist Sauerstoff bevorzugt.

Das Heteroatom kann gegebenenfalls mit weiteren Gruppen, z. B. Alkylgruppen, verknüpft sein. Ist das Heteroatom beispielsweise Sauerstoff, so liegt eine Ethergruppe vor.

Besonders geeignete Ester sind solche mit der Struktur

worin
R¹ = C₁-C₁₀-Alkyl,
R² = C₁-C₁₀-Alkyl, H
R³ = H, C₁-C₁₀-Alkyl, gegebenenfalls durch NH₂, OH, C₁-₄-Alkoxy oder Halogen substituiertes Phenyl,
X = O, S, NR⁴,
R⁴ = H, C₁-C₁₀-Alkyl, gegebenenfalls durch NH₂, OH, C₁-₄-Alkoxy oder Halogen substituiertes Phenyl,
n = 0, 1 oder 2
bedeuten. Unter diesen sind die C_1-4-Alkylester der C_1-4-Alkoxy­ essigsäuren, wie der Methoxyessigsäureethylester, bevorzugt.

Als Hydrolasen können in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Vielzahl von Enzymen eingesetzt werden. Bevorzugt werden Proteasen und insbesondere Lipasen verwendet. Als Lipasen sind vor allem mikrobielle Lipasen gut geeignet, die beispielsweise aus Hefen oder Bakterien isolierbar sind. Besonders gut geeignet sind Lipasen aus Pseudomonas, z. B. Amano P oder die Lipase aus Pseudomonas spec. DSM 8246. Weitere besonders gut geeignete Hydrolasen sind die von Novo Nordisk (Enzyme Toolbox) kommerziell erhältlichen Enzyme, insbesondere die Lipasen SP 523, SP 524, SP 525, SP 526 und Novozym® 435. Diese Enzyme sind mikrobielle Lipasen, die aus Hefen wie Candida antarctica herstellbar sind.

Des weiteren können die Lipasen "Chirazyme L1 bis L8", welche kommerziell erhältlich sind (Boehringer Mannheim), vorteilhaft in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.

Das verwendete Enzym kann in nativer oder in immobilisierter Form eingesetzt werden. Besonders gut eignet sich das immobilisierte Enzym Novozym® 435.

Die erfindungsgemäßen Verfahren können unter Verwendung von Lösungsmitteln oder auch lösungsmittelfrei durchgeführt werden.

Als Lösungsmittel sind generell organische Lösungsmittel geeignet. Besonders gut verläuft die Reaktion in Ethern, beispielsweise in MTBE 1,4-Dioxan oder THF, oder in Kohlenwasser­ stoffen wie Hexan, Cyclohexan, Toluol oder halogenierten Kohlen­ wasserstoffen wie Methylenchlorid.

Die Umsetzung des Esters mit dem racemischen heteroatomsubsti­ tuierten Amin unter Enzymkatalyse wird üblicherweise bei Raumtem­ peratur ausgeführt. Die Reaktionszeiten dafür betragen je nach Substrat 1 bis 48 Stunden. Sekundäre heteroatomsubstituierte Amine benötigen in der Regel längere Reaktionszeiten als primäre heteroatomsubstituierte Amine. Die geringere Reaktivität sekundä­ rer heteroatomsubstituierter Amine kann auch durch eine gegenüber primären heteroatomsubstituierten Aminen erhöhte Menge an Kata­ lysator ausgeglichen werden.

Pro Mol umzusetzendes Amin werden 0,5 bis 3 Mol Ester zugesetzt. Auch bei Verwendung racemischer Substrate werden 0,5 bis 3, be­ vorzugt 0,5 bis 1,0 Mol Ester zugesetzt.

Die zuzusetzende Menge an Enzym hängt von der Art der Hydrolase und der Aktivität der Enzympräparation ab. Die für die Reaktion optimale Enzymmenge kann leicht durch einfache Vorversuche ermittelt werden. In der Regel werden 1000 Units Lipase pro mMol heteroatomsubstituierten Amin zugesetzt.

Der Reaktionsverlauf läßt sich leicht mit üblichen Methoden beispielsweise mittels Gaschromatographie verfolgen. Im Falle der Racematspaltung beendet man die Reaktion sinnvollerweise bei einem Umsatz von 50% des racemischen heteroatomsubstituierten Amins. Dies geschieht in der Regel durch Entfernen des Kataly­ sators aus dem Reaktionsraum, beispielsweise durch Abfiltrieren des Enzyms.

Durch die enantioselektive Umsetzung des racemischen Substrats mit dem Ester entsteht aus dem einen Enantiomer das entsprechend acylierte Produkt (Amid), während das andere Enantiomer unver­ ändert bleibt. Das nun vorliegende Gemisch aus heteroatomsubsti­ tuierten Aminen und Amid läßt sich mit üblichen Methoden leicht trennen. Gut geeignet zur Trennung des Gemisches aus Amin und Amid sind beispielsweise Extraktions- oder Destillationsver­ fahren.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders vorteilhaft zur Acylierung von heteroatomsubstituierten Aminen der Formel I. Auch die Racematspaltung von praktisch allen primären und sekun­ dären heteroatomsubstituierten Aminen ist damit durchführbar. Besonders gut verläuft es bei primären Aminoalkoholen, vor allem solchen, bei denen R⁴ Arylalkyl, insbesondere Benzyl, oder Alkyl, insbesondere Methyl bedeutet.

Weitere bevorzugte Verbindungen der Formel I sind solche, bei de­ nen R¹ und R² mit den benachbarten C-Atomen ein Ringsystem bilden, insbesondere solche der folgenden Struktur

oder R² und R³ Teil eines Ringsystems sind, insbesondere solche der folgenden Struktur

oder R¹ und R⁴ Teil eines Ringsystems sind, insbesondere solche der folgenden Struktur

Überraschenderweise verläuft die Umsetzung von heteroatomsubsti­ tuierten Aminen der Formel I mit sehr viel höheren optischen Aus­ beuten als die analoge Umsetzung nicht-heteroatomsubstituierter bzw. anders als in Formel I substituierter Amine.

Weiterhin bedarf es infolge der hohen Selektivität und Reaktivi­ tät des erfindungsgemäßen Verfahrens keines oder nur eines geringen Überschusses an Acylierungsmittel, was die nachfolgende Trennung und Reinigung stark erleichtert.

Die Erfindung eignet sich auch zur Herstellung von optisch aktiven primären und sekundären heteroatomsubstituierten Aminen aus den entsprechenden Racematen, in dem man

• a) ein racemisches heteroatomsubstituiertes Amin mit einem Ester, dessen Säurekomponente ein Fluor-, Stickstoff-, Sauer­ stoff- und Schwefelatom in Nachbarschaft zum Carbonylkohlen­ stoffatoms trägt, in Gegenwart einer Hydrolase enantio­ selektiv acyliert,
• b) das Gemisch aus optisch aktivem heteroatomsubstituiertem Amin und optisch aktivem acyliertem heteroatomsubstituiertem Amin trennt und somit ein Enantiomer des heteroatomsubstituierten Amins erhält,
• c) gewünschtenfalls aus dem acylierten heteroatomsubstituierten Amin das andere Enantiomere des heteroatomsubstituierten Amins durch Amidspaltung gewinnt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich noch ökonomischer gestalten, wenn man nach Abtrennung des gewünschten Enantiomers das verbliebene, nicht gewünschte Enantiomer racemisiert und erneut in das Verfahren einsetzt. Durch diese Rückführung wird es möglich, insgesamt mehr als 50% des gewünschten Enantiomers aus dem racemischen heteroatomsubstituierten Amin zu erhalten.

Die erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich nicht nur als Herstellverfahren zur Produktion optisch aktiver primärer und sekundärer heteroatomsubstituierten Amine, sondern können auch Bestandteil von komplizierten chemischen Mehrstufensynthesen, beispielsweise bei der Herstellung von Arzneiwirkstoffen oder Pflanzenschutzmitteln, sein.

Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung der Erfin­ dung.

Beispiel 1 Allgemeine Arbeitsvorschrift Lipase-katalysierte Acylierung von heteroatomsubstituierten Aminen

10 mmol des primären oder sekundären heteroatomsubstituierten Amins werden in MTBE (= Methyl-tert.butylether) gelöst (ca. 10%ige Lösung). Die Lösung wird mit 11 mmol Methoxyessigsäure­ ethylester versetzt und die Reaktion durch Zusatz von 100 mg Lipase (ca. 1000 U/mg, Pseudomonas spec. DSM 8246) gestartet. Bei vollständigem Umsatz (je nach heteroatomsubstituierten Aminen 12 bis 48 h) wird das Enzym abfiltriert und die Lösung im Vakuum konzentriert. Man erhält die Methoxyacetamide in einer Ausbeute von über 90 Prozent.

Beispiel 2 Allgemeine Arbeitsvorschrift für Racematspaltung

Das primäre oder sekundäre heteroatomsubstituierten Aminen wird in MTBE gelöst (ca. 10 Gew.-%). Nach Zusatz von 1 Mol Methoxy­ essigsäureethylester pro 1 Mol racemisches heteroatomsubstituier­ tes Amin wird Pseudomonas-Lipase (DSM 8246) zugesetzt und die Suspension bei Raumtemperatur gerührt. Pro mMol heteroatomsub­ stituiertes Amin werden etwa 10000 Units Lipase (10 mg) zugesetzt. Nach Erreichen eines Umsatzes von 50% (Überprüfung mittels Gas­ chromatographie), was je nach heteroatomsubstituierten Aminen nach 1 bis 48 h erreicht ist, wird das Enzym abfiltriert. Das Gemisch aus heteroatomsubstituierten Aminen und acyliertem heteroatomsubstituiertem Amin (Amid) wird durch Destillation oder Extraktion getrennt.

Beispiel 3 Racematspaltung mit Lösungsmittel

5 g (49,5 mmol) trans-2-Aminocyclopentanol wurden in 20 ml 1,4-Dioxan gelöst, mit 3,3 g (25 mmol) Methoxyessigsäure-iso­ propylester versetzt und nach Zugabe von 0,1 g Novozym 435® bei Raumtemperatur geschüttelt. Nach 12 h war laut ¹H-NMR 50% des eingesetzten Amins umgesetzt; man filtrierte das Enzym ab, engte das Filtrat ein und trennte das unumgesetzte Amin destillativ vom gebildeten Amid ab.

Ausbeuten:

Beispiel 4 Racematspaltung ohne Lösungsmittel

5 g (26 mmol) trans-2-Benzyloxy-1-cyclopentylamin und 1,8 g (13,4 mmol) Methoxyessigsäure-isopropylester wurden gemischt, mit 0,1 g Novozym 435® versetzt und bei Raumtemperatur geschüttelt. Lt. ¹H-NMR waren nach 120 h 50% des Amins umgesetzt. Das Enzym wurde abfiltriert und das "Amin" durch Extraktion mit 10%iger Salzsäure vom "Amid" abgetrennt.

Ausbeuten:

Beispiel 5 Weitere Racematspaltungen

Gemäß Beispiel 3 bzw. 4 wurden folgende Umsetzungen (s. Tabelle) durchgeführt.

Die Tabelle in Beispiel 5 zeigt, daß bei Verwendung "geschützter" Aminoalkohole, bei denen das Sauerstoffatom beispielsweise in Nachbarschaft zu einer Benzyl- oder Methylgruppe steht, sich sehr viel höhere optische Reinheiten erzielen lassen als bei Verwen­ dung ungeschützter Aminoalkohole.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von acylierten primären und sekundären heteroatomsubstituierten Aminen durch Umsetzung der heteroatomsubstituierten Amine mit einem Ester in Gegen­ wart einer Hydrolase, wobei die Säurekomponente des Esters ein Fluor-, Stickstoff-, Phosphor-, Sauerstoff- oder Schwefelatom in Nachbarschaft des Carbonylkohlenstoffatoms trägt.

2. Verfahren zur Racematspaltung primärer und sekundärer hete­ roatomsubstituierten Amine durch Umsetzung mit einem Ester in Gegenwart einer Hydrolase und anschließende Trennung des einen, enantioselektiv acylierten heteroatomsubstituierten Amins vom nicht umgesetzten anderen Enantiomer des heteroa­ tomsubstituierten Amins, wobei die Säurekomponente des Esters ein Fluor-, Stickstoff-, Phosphor-, Sauerstoff- oder Schwefelatom in Nachbarschaft des Carbonylkohlenstoffatoms trägt.

3. Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven primären und sekundären heteroatomsubstituierten Aminen aus den entspre­ chenden Racematen, indem man

• a) ein racemisches heteroatomsubstituiertes Amin mit einem Ester, dessen Säurekomponente ein Fluor-, Stickstoff-, Phosphor-, Sauerstoff- oder Schwefelatom in Nachbarschaft des Carbonylkohlenstoffatoms trägt, in Gegenwart einer Hydrolase enantioselektiv acyliert,
• b) das Gemisch aus optisch aktivem heteroatomssubstituiertem Amin und optisch aktivem acylierten heteroatomsubsti­ tuierten Amin trennt und somit ein Enantiomer des hete­ roatomsubstituierten Amins erhält,
• c) gewünschtenfalls aus dem acylierten heteroatomsubsti­ tuierten Amin das andere Enantiomere des Amins durch Amidspaltung gewinnt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in Anschluß an Schritt b) oder c) in einem weiteren Schritt das nicht-gewünschte Enantiomer racemisiert und anschließend in das Verfahren der Racematspaltung zurückführt.

5. Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens als Teilschritt ein Verfahren nach Anspruch 2 bis 4 beinhaltet.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als primäres oder sekundäres heteroatomsubstituiertes Amin ein Amin der allgemeinen Formel I wobei
n 0, 1, 2, 3;
Y O, S, NH, NR⁵;
R¹, R² unabhängig voneinander jeweils H, Alkyl oder Aryl oder R¹ und R², oder R² und R³, oder R¹ und R⁴ zusam­ men mit den benachbarten C-Atomen Teil eines Ringsy­ stems;
R⁴ Alkyl oder Arylalkyl;
R³, R⁵ unabhängig voneinander H, Alkyl oder Arylalkyl bedeu­ ten,
eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungen der Formel I mit Y = O eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß R⁴ die Bedeutung Methyl oder Benzyl hat.