DE2041418A1 - Verfahren zur Herstellung von 1,-3,4-Dihydroxyphenylalaninderivaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von 1,-3,4-DihydroxyphenylalaninderivatenInfo
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- DE2041418A1 DE2041418A1 DE19702041418 DE2041418A DE2041418A1 DE 2041418 A1 DE2041418 A1 DE 2041418A1 DE 19702041418 DE19702041418 DE 19702041418 DE 2041418 A DE2041418 A DE 2041418A DE 2041418 A1 DE2041418 A1 DE 2041418A1
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Description
Potentanwalt 1 Berlin 1«, Käieerdaia« 2S
14. August 1970
p. 5117
Sankyo Company, Limited in
Tokyo (Japan)
und
Sankyo Chemical Industries, Limited in
Tokyo (Japan).
Verfahren zur Herstellung von L-3»4-Bihydroxyphenylalaninderivaten.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung in der Herstellung von L-3,4-Dihydroxyphenylalaninderivaten.
Sie bezieht sich insbesondere auf ein neues und verbessertes Verfahren für die Herstellung eines L-Isomers
eines 3»4—Sihydroxyphenylalaninderivates der Formel
NH2
—ff \- CH2 - C - COOH
\_/ I (I)
R2°
worin E,. und R? gleich oder verschieden, sein können und je
Wasserstoffatom oder Methylgruppe darstellen, oder sie
können zusammen Methylengruppe bilden, oder eines balzes davon.
Von den L-3»4-Dihydroxyphenylalaninderivaten der obigen Formel (I) ist L-3,^-Dihydroxyphenylalanin
(iai Folgenden mit "L-DOPA" bezeichnet) bekannt und nützlich
für die Behandlung der Parkinson'sehen Krankheit
und Mentaldepression.
Bisher wurde L-DOPA beispielsweise hergestellt, indem das Racemat davon durch chemische synthetische
Arbeitsweisen mit anschließender optischer Auflösung oder ^ Spaltung des Racemats zwecks Abtrennung und Gewinnung des
wertvollen L-Isomers [siehe beispielsweise Chemical &
Pharmaceutical Bulletin, 10, 680 (1962) und Helvetica Chimica Acta, ££, 1776 (1952)) erzeugt wurde. Diese bekannte
Methode hat jedoch Nachteile, indem bei der Herstellung gleichzeitig das unerwünschte D-Isomer zusammen
mit dem gewünschten L-Isoner gebildet wird, was zu einer
geringen Ausbeute und Reinheit des L-Isomers führt.
Es sind daher zahlreiche Versuche auf dem Fachgebiet unternommen worden, um das gewünschte L-3,4-Dihydroxyphenylalaninderivat
in einer vorteilhafteren Weise zu gewinnen.
Als ein Ergebnis ujßfangreicher Studien zur Herstellung
des L-3,4—Dihydroxyphenylalaninderivates wurde
ψ nun unerwarteterweise gefunden, daß eine hohe Ausbeute des
L-Isomers des 3,4-Dihydroxyphenylalaninderivates der obigen
Formel (I) erhalten werden kann, indem man eine spezifische Substratverbindung der Einwirkung eines ausgewählten Mikroorganismus
unterwirft, und auf diesar neuen Erkenntnis beruht die vorliegende Erfindung.
Es ißt daher ein hauptsächliches Ziel dieser Erfindung, ein neues und vorteilhaftes Verfahren für die biologische
Herstellung des L-Isomera des 3,^-Dihydroxyphenylalaninderivates
der obigen Formel (I) oder des Salzes davon aufzuzeigen.
- 3 109809/2262
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich für den Fachmann aus der folgenden spezielleren beschreilung.
Gemäß der Erfindung besteht das verbesserte Verfahren
::ur Herstellung des L-Isomers des 3,^-Dihydroxyphenylalaninderivates
der obigen Formel (I) darin, daE man eine Verbindung,
der Formel
„0-/ \- CH2 -Y- COOH (II)
worin R1 und R2 die oben beschriebenen Bedeutungen haben, und
0 S OH X-
I! i! 1 1
Y eine Gruppe der Formeln -G-, -C-, -CH- oder -CH- ist,
worin X ein Halogenatom darstellt, oder ein Öala davon In
Gegenwart eines Aminogruppen-Donors in einem wäßrigen
Medium oder einem wäßrigen KuIturnediua. der Einwirkung
ein.es L-DOPA erzeugenden Mikroorganismus unterwirft, wobei
dieser Mikroorganismus ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend
aus
Bakterien der folgenden Gattungen
Bakterien der folgenden Gattungen
Erevib'acteriuin, Micrococcus,
Corynebacteriumy
Pseudomonas, Aerobacter,
Serratia,
Bacillus,, Sarc ina und Escherichia;
109809/226S bad ohigin/m.
204U18
Schimmelpilzen der folgenden Gattungen Aspergillus,
Fenicillium,
Mucor und
Helminthosporium;
Strahlenpilzen der folgenden Gattung
Streptomyces; und Hefen der folgenden Gattungen
Saccharomyces und Candida.
Repräsentativ für geeignete Mikroorganismen, welche tei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden
können, ergeben sich aus der folgenden Zusammenstellung:
bakterien | ammoniagenes, |
ro seum, | |
Brevibacteriuiii genus, wie | divaricatum, |
Brev. | flavum, |
Brev. | lactofermentum |
Brev. | eaccharolyticu |
Ere v. | |
Brev. | |
Brev. |
oder
Micrococcus genue, wie
Mic. varians;
Corynebacterlujm genus, wie
Cory, equi,
Cory« lilluat,
Cory, callxinee oder
Cory, acetoacidophilujn;
Fseudomonaa genus, wie
Pa. aeruginoea oder
Ps. aureofaciens;
iC9809/2262
Aerobacter genus, wie
A. cloacae; Serratia genus, wie
Ser. marcescens; Bacillus genus, wie
Bac. subtilis; Sarcina genus, wie
Sar. lutea; Escherichia genus, wie
E. coli;
Schimmelpilze
Schimmelpilze
Aspergillus genus, wie
Asp, oryzae oder
Asp, niger;
Penicillium genus, wie
Pen, chryβplenum;
Mucor genus, wie
M. javanicus; Helminthosporiua genus, wie
Helm, oryzae; Strahlenpilze
Streptomyces genus, wie
St. griseus; Hefen
Saccharomyces genus, wie
Sacch. cerevisiae;
Candida genus, wie
Can, albicans.
Sie Mikroorganismen, welche in dem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet werden können, sind sämtlich in der Technik bekannte Arten, und ihre mikrobiologischen
Eigenschaften sind beschrieben, beispielsweise in der folgenden Literatur:
- 6 109809/22 6^
20AU18
"Bergey's Manual of Determinative Bacteriology",
7th Ed., R.S. Breed et al., William and Wilkinsons Co., 1957;
"The yeasts: A Taxonomic Study1*, J. Lodder et al.,
North-Holland, 1967;
"The Actinomycetes", S.A. Waksman et al., tfilliam
and Wilkinsons Co., 1962;
"A Manual of the Aepergilli", C. Thorn et al., William and Wilkinsons Co., 1945;
"A Manual of Fenicillia", K.B. Baper et al.,
William and Wilkinsons Co.,
"The Genera of Fungi", P.E. Clements et al.,
Hafner Pub., 1954.
Geeignete Substratverbindungen für das erfindungsgemäße Verfahren schließen ein 3»^-Dimethoxyphenylbrenztraubensäure , ei -Thioketo-ß-(3,4-dimethoxyphenyl)-brenztraubensäure, DL-<?6-Hydroxy-ß-(5,4-dimethoxyphenjl)-propionsäure, DL-oC-Brom-(oder Chlor)-e-(3,4-diaethoxyphenyl)-propionsäure, DL-OC-Brom-(oder Qhlor)-ß-(3,4-methylendioxyphenyl)-propionsäure, · Bt-fBiok#to-ß-(4-hydroxy-5-»ethoxyphenyl)-brenitr»ub#neSür© oder die entsprechenden Natrium-, Kalium-, Ammonium!«- oder Calciumealie
davon. Besonders vorteilhaft ist die 3,4-Dimethoxyphenylbrenstraubensäure.
Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
müssen zwei Ausführungsformen erwähnt werden, wie das Auegangsmaterial (II) einem Mikroorganismus ausgesetzt wird.
Die eine ist eine fermentative Methode, die andere eine enzymatische Methode; beide werden nachstehend einzeln
näher erläutert.
109809/2263
- 7 - 204η
bei der Ausführung der fermentativen Methode kann
ein wäßriges Kulturmedium, wie es in der Technik für das
•Vachstum der Mikroorganismen üblicherweise benutzt wird,
vorteilhaft angewendet werden. Als eine Kohlenstoffquelle
können, vorteilhaft angewendet werden Stärke, Glucose, Eest-
!!lelasee, »alzextrakt und dergleichen. Als eine Stickstoff-4uelle
' können zweckmäßig verwendet werden Harnstoff, Pepton, Hefeextrakt, Aminosäuren, Aininoniu&ehlorid, sekundäres
Anuucniumj hosphat und dergleichen» Solche Stickstoff quellen
Können sowohl als Nährstoffquelle für den Mikroorganismus,
wie auch als Aminogrup-pen-Iio-nor dienen. Das Kulturmedium
kann ferner anorganische Salze, andere wachstumsfördernde
Substanzen und dergleichen enthalten.
Zu deiL so hergestellten Kulturmedium wird das Substrat
(II) oder ein Salz davon in einer hienge von Q1b bis 5 %
hinzugefügt. Das Substrat Kann zu dem Kulturmedium hinzugefügt
werden zu Beginn der Kultivierung, oder es Kann portionsweise
während des Kultivierens hinzugefügt werden. Das so hergestellte wäßrige Kulturmedium wird dann auf einen
pH von eine» neutralen bis schwach alkalischen Bereich eingestellt
und mit einem !mikroorganismus inokuliert» Bas
Kultivieren Wird im allgemeinen bewirkt unter Schütteln
oder mittels eines Belüftungsvorganees bei etwa 20 bis
50 0C wähx-end 1 bis 5 Tagen. Nach Beendigung des Kultivierens
wird die Kulturbrülle filtriert oder durch Zentrifugieren abgeschieden, um das Myzel zu entfernen, das Filtrat wird
in üblicher Weise "behandelt, wie das für die Gewinnung .und.
Reinigung einer Aminosäure bekannt ist. Beispielsweise können das gewünschte Produkt (I) oder das Salz davon bequem
gewonnen werden .entweder, durch. Behandlung * des FiItrats mit
.einem geeigneten Ionenauetauscherharz oder durch Einengung
des Filtrats und Hinzufügen zu dem Rückstand eines geeigneten
organischen Lösungsmittels.
BAD ORIQIMAI-
109809/226 2
204U18
Bei der Ausfühiung der enzymatischen Methode wird
das gleiche wäßrige oder feste Kulturmedium, wie oben beschrieben, mit einem Mikroorganismus ohne Hinzufügen der
Substratverbindung (II) inokuliert. Dann wird das Kultivieren 1 bis 5 Tage bei etwa 20 bis 50 0C bewirkt. Nach
Beendigung des Kultivierens wird das Myzel aus der Kulturbrühe in der üblichen, in der einschlägigen Technik bekannten
Weise gewonnen, beispielsweise durch Filtration oder durch Zentrifugalabscheidung.
Das so gewonnene wyzel wird entweder als solches
oder in einer suspendierten Form in Wasser oder einem
fc Gemisch aus Aasser und einem organischen Lösungsmittel,
wie einem Gemisch aus Toluol und Äthylacetat, hinzugefügt zu einer zuvor auf einen pH von 7 his 8 eingestellten
Lösung einer etwa 1 bis 10 %igen Substratverbindung (II) oder eines Salzes davon und eine äquimolare oder größere
Menge eines Aminogruppen-Donors zu der ersteren.
Al6 Aminogruppen-Donor, welcher bei dieser Ausführungsfonn
verwendet werden kann, kommen beispielsweise in Betracht Aminosäuren und deren Salze, wie Glutaminsäure,
Asparaginsäure, Isoleucin und deren balze; und Eiweißabtauprodukte,
wie Hefeextrakt, Pepton, Produkte, die beim Abbau von Casein gewonnen werden, und dergleichen. Das
erhaltene Gemisch wird 24 bis 48 Stunden bei 30 bis 50 0C
" stehengelassen. Nach dieser Zeit wird das Gemisch filtriert
oder einer Zentrifugalabscheidung unterworfen, um das Myzel zu entfernen, und das Filtrat wird dann in der gleichen
Weise wie bei der obigen fermentativen Methode behandelt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man
einige Vorteile insofern, als nur ein L-Isomer des
3»**~Dihydroxyphenylalaninderivates (I) oder das Salz davon
selektiv mit hoher Ausbeute gewonnen wird, und einige der L-Isomere können bequem in das L-DOPA übergeführt
werden, beispielsweise durch Behandlung mit einer Halogen-
ι C 9 3 ü 9 / 2 2 6 2
wasserstoffsäure, wie Bromwasserstoffsäure, und daher
kann allein das wertvolle L-Isomer technisch vorteilhaft
aus dem "bequem erhältlichen Ausgangsmaterial gewonnen werden, und zwar ohne Anwendung irgend eines optischen
Auflösungs- oder Spaltungsverfahrens entsprechend den
bekannten Methoden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele, jedoch nicht einschränkend, näher erläutert.
Zu einem Kulturmedium der folgenden Formulierung wurden 2 % je einer der in der folgenden Tabelle 1 angegebenen
Substratverbindungen hinzugefügt.
Glucose | 5 % |
Hefeextrakt | 0,5 % |
Harnstoff | 0,5 % |
Maiswasser | 0,5 % |
KH2PO4 | 0,1 % |
MgSO4 . 7H2O | 0,05% |
100 ml des obigen Kulturmediums wurden auf einen pH von 7,0 eingestellt und 10 Minuten bei 120 0C sterilisiert.
Nach dem Abkühlen wurde das Kulturmedium mit je einem der unten angegebenen Bakterien inokuliert, und es
wurde eine Schüttelkultur bei 30 0C während 72 Stunden
durchgeführt. Nach Beendigung der Inkubation wurde das
unten angegebene L-DOPA-Derivat in der unten angegebenen
Kulturbrühe mit einer unten angegebenen Ergiebigkeit
- 10 10 9809/2262
" 10 " 2UA H
(g/l) erzeugt. Die Kulturbrühe wurde der Zentrifug^labscheidung
unterworfen, um das iwyzel zu entfernen. Das
Filtrat wurde auf einen pH von 6 bis 7 eingestellt, unter vermindertem Druck zur Trockne eingeengt, und Äthanol
wurde zu dem Rückstand hinzugefügt, wonach eine kristalline Substanz aus dem 50-fachen Volumen heißen Wassers
umkristallisiert wurde, wobei man das gewünschte Derivat in reiner Form erhielt.
- 11 -
109809/2262
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10 9 8 0 9/2262
100 al dee wäßrigen Kulturmediums mit der gleichen
Formulierung wie in obigem Beispiel 1 wurden inokuliert mit Brevibacterimn ammoniagenes und die Inkubation wurde
18 Stunden bei 30 0C bewirkt. Die Kulturbrühe wurde der
Zentrifugalabecheidung unterworfen, um das Myzel zu sammeln, welches dann zu einer Lösung (100 ml, pH 7) hinzugefügt
wurde, welche 5 g 3,4-Dimethoxypheny!brenztraubensäure und
5 g Natriumglutamat enthielt. Danach wurde das erhaltene Gemisch 48 Stunden bei 30 0C stehengelassen, wobei 3,6 g
L-3,4-Dimethoxyphenylalanin in situ erzeugt wurden. Das Gemisch wurde der Zentrifugalabscheidung unterworfen, um
das Myzel zu entfernen, und das Filtrat wurde in der gleichen Weise wie in obigem Beispiel 1 behandelt, wobei man 2,8 g
des gewünschten Produktes als reine Kristalle erhielt.
100 ml eines Malzextraktmediums, welches 1,5 56 einer
jeden der in der folgenden Tabelle 2 angegebenen Subetrat-Terbindung
enthielt, wurde 20 Minuten bei 1200C sterilisiert,
Nach dem Abkühlen wurde das Kulturmedium mit je einem der
unten angegebenen Pilze (Fungus) inokuliert, und es wurde eine Schüttelkultur während 48 Stunden bei 270C durchgeführt.
Das unten angegebene L-DOPA-Derivat wurde in der
Kulturbrühe mit der unten angegebenen Ergiebigkeit (g/l) erzeugt.
- 13 -
_/2262
CX) O CD — NJ N)
CO
^^S. Substrat- \. ^s. dung |
ß-(3,4-Di- methoxy- phenyl)- brenztrau- bensäure |
Dl-oHHydroxy- ß-(3,4-di- aethoxyphen- yl)-propion- . säure |
DL-tfrBrom- ß-(3,4- methylen-' dioxyphen- yl)-alanin |
DL-Är-Chlor- ß-(3,4-di- methoxy- phenyl)- propion- säure |
öC-TMolceto ß-(4-nydr- oxy-3-Betii- oxyphenyl)- alanin |
Produtt Fungus N^ |
1-3,4-Di- metnoxy- paenyl- alanin |
1-3,4-Di- methoxy- phenyl- alanin |
L-3,4- Methylen- dioxyphen- y!alanin |
L-3,4-Di- metnoxy- phenyl- alanin |
1^4-Hydroxy- 3-methoxy- phenyl- alanin ι |
(g/1) | (g/1) | (g/1) | (g/1) | (g/1) ι | |
Asp. oryzae | 8,5 | 5,4 | 3,4 | 2,8 | 0,38 |
Asp, niger | 8,8 | 6,1 | 3,7 | 3,5 | 0,26 |
Pen, chry s ogemun | 6,1 | 2,4 | 2,4 | 2,3 | 0,31 |
M. .iaTanicus | 5,4 | 3,2 | 2,6 | 2,5 | 0,22 |
Heia, oryzae | 3,4 | 2,1 | 1,5 | 1,6 | 0,15 |
2ÜAH18
Das wäßrige Kulturmedium (15 1) alt der folgenden
Formulierung wurde hergestellt.
(Glucosegehalt 30 t)
2,5 1
KH2PO4 30 g
MgSO4.7H2O 15 g
Zu den Kulturmedium wurden 1,5g eines Antischaummittels hinzugefügt, und das erhaltene Gemisch wurde in
einen Gärbottich mit einem Volumen von 30 1 geschüttet. Nach dem Einstellen des pH auf 5,0 wurde das Kulturmedium ,
sterilisiert und mit der unten angegebenen Hefe inokuliert. Die Kultivierung im Belüftungeverfahren wurde 24 Stunden
bei 280C durchgeführt. Hach Beendigung der Kultivierung
wurde das Myzel durch Zentrifugalabscheidung gesammelt. Das so erhaltene Myzel/in 5 1 Wasser suspendiert, und zu
der Suspension wurden 100 ml Toluol hinzugefügt. Zu dem erhaltenen Gemisch wurde eine Lösung von 500 g der in der
folgenden Tabelle 3 angegebenen Substratverbindung sowie 500 g Hatriumglutajutt in 5 1 Wasser, dessen pH auf 7,2 eingestellt war, hinzugefügt, und dann wurde das erhaltene Gemisch 24 Stunden bei 350C unter gelegentlichem Rühren
stehengelassen. Danach wurde das L-DOPA-Derivat, welches
unten angegeben ist, in dem erhaltenen Gemisch mit der unten angegebenen Ergiebigkeit (g/l)erzeugt.
- 15 -
109809/2262
Substratverbin dung
CD O <XJ
ro cn ro
Hefe
β-(3,4-Di-
inethoxy-
phenyl)-
breixztrau-
beneäure
DL-»-Hydroxyß-(3,4-dimethoxyphenyl )-propionsäure
ß-(3,4-
■ethylen
dioxyphen-
yl)-prop
ioneäure
DL-x-Ciilor-
ß-(3,4-di-
aetaozy-
phenyl)-
propion-
saure
Ir.3,4-Di-■tthoxypheayl*·
alanin
L-3,4-Di·
aethozyphenylalanin
L-3,4-Methylendioxypheny!alanin
1.-3,4-Dimethoxyphenylalanin
x-Thioketo-
^-(4-hydrT
oxy-3-neth-
oxyphenyl)-
propion-
säure
L-4-Hydroxy-3-etthoxyphenyl- ·
alanin
315 275
285 248
143
131
145 130
19 11
2Ü4H18
In 3 1 dee wäßrigen Kulturmediums, welches die folgenden Ingredientien enthält, wurden 45 g DL-oc-Hydroxy-ß-(3,4-dinethoxyphenyl)-propionsäure hineugefügt.
Glucose 150 g
Pepton 30 g
HH4H2PO4 6 g
MgSO4-7H2O 1,5 g
6 g
0,3 g
Das erhaltene Geaisch wurde auf einen pH von 7 eingestellt und in einen Gärbottich Bit einem Volumen von 5 1
geschüttet. Fach der Sterilisation wurde das Kulturmedium ■it Streptoaycea griseus inokuliert und die Kultivierung
nach des BelüftungsYerfahren 72 Stunden bei 270C durchgeführt. Mach dieser Zeit waren 27 g L-3,4-Diaethoxyphenylalanin in der Kulturbrühe erzeugt.
Patentansprüche: - 17 -
109809/2262
Claims (4)
- Pat entansprüche;r\.\ Verfahren zur Herstellung eines I-Isomers einer Verbindung der FormelΙ«-TVE2OCH0 - C - COOH2 Iworin R^ und R2 gleich oder verschieden sein können und je Wasserstoffatom oder Methylgruppe darstellen, oder sie können zusammen Methylengruppe bilden, oder einesSalz davon, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung der FormelCH2 -Y- COOHworin R«. und R2 die oben beschriebenen Bedeutungen haben und Y eine Gruppe der Formeln0 S OH Xi! Ii I I-G-, -0-, -C-, oder -C- ist,I IH EWölfin !.Wasserstoffatom darstellt,, oder ein Salz davon in Gegenwart ©inea Ininogruppen-Bonora in einem wäßrigen Medium oder einem wäßrigen Kulturmedium der Einwirkung eines- 18 -109 80 9/2262Mikroorganismus unterworfen wird, ausgewählt aus der Gruppe bestehend ausBakterien der Gattungen Brevibacterina, Micrococcua. Corynebacteriua t Paeudomonaa, Aerobacter, Serratia, Bacillus. Sarcina und Eacherlchla;Schimmelpilzen der Gattungen Aaperglllua, Penicillins!, Mncor und HelalnthoaporiuH;Strahlenpilzen der Gattung Straptomyces, undHefen der GattungenSaccharoBjcea undCandida.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroorganisnae ein Glied 1st, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Bakterien, welche su den Gattungen BreYJbacterluB und Corynebacterlnsi gehören.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi der Mikroorganismus istBrevibacteriuM a—BreYlbacteriu» roaeu» oder Corynebacteria« equl.- 19 -109809/226220AH18. - 19 -
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl R. wie auch R« für Methylgruppe stehenttund ¥ die Gruppierung der Forael -C- ist.109809/2262
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