DE2129650C2

DE2129650C2 - Verfahren zur Herstellung von (-)-5(S)-Hydroxy-9-oxodecansäurelacton

Info

Publication number: DE2129650C2
Application number: DE2129650A
Authority: DE
Inventors: Julius Passaic N.J. Berger; Michael Caldwell N.J. Rosenberger
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1970-07-22
Filing date: 1971-06-15
Publication date: 1982-06-24
Also published as: FR2103058A5; DE2129650A1; US3657070A; BE770280A; GB1313073A; NL7110120A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von (— )-5(S)- Hydroxy-g-oxodecansäureiacton.

Das Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man 5,9-Dioxodecansäure in wässrigem Medium mittels eines Mikroorganismus Margarinomyces bubaki oder daraus isolierter Enzyme zur 5(S)-Hydroxy-9-oxodecansäure unter anaeroben Bedingungen bei einem pH-Wert von 4.5 bis 5,5 reduziert, dann das Reaktionsgemisch mit einer starken Säure auf einen pH-Wert von 2 bis unter 1 ansäuert und das gebildete Lacton in üblicher Weise durch Extrahieren mit einem inerten organischen Lösungsmittel isoliert. Die Reduktion kann während 12 —72 Stunden und bei einer Temperatur von 10—40⁰C. vorzugsweise 10 —30⁰C. erfolgen. Im allgemeinen wird die als Substrat dienende Lroxosäure in einer Konzentration von 0.1— 20 g/l, vorzugsweise 1—4 g/l eingesetzt. Obgleich auch mit höheren Konzentrationen gearbeitet werden kann, haben diese prozentual niedrigere Ausbeuten zur Folge.

Unter »anaerobe.i Bedingungen« ist eine Konzentration von weniger als 10% Sättigung mit Luft zu verstehen.

Ein besonders bevorzugter Mikroorganismus ist Margarinomyces bubaki CBS Laxa Strain. Unter geeigneten Bedingungen erfolgt die mikrobiologische Reduktion von 'i.Q-Dioxodecansäure zu ( — )-5(S)-Hydroxy 9oxo-decansäurelacton in nahezu quantitativer Ausbeule. Es ist bemerkenswert, daß überraschender Weise nur die eine der beiden vorhandenen und potentiell rediizierbaren Oxogruppen reduziert wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann sich der Mikroorganismus vor dem Substratzusatz 12-72 Stunden unter aeroben Bedingungen vegetativ entwickeln. Zusätzlich kann ein Oxygenasegift dem Reaktionsmedium zugesetzt wer den. (ieeignete Oxygenasegifte sind beispielsweise Chinoline wie 8-Hydroxychinolin oder Cyanide wie Kaliumcyanid

Wenn die Reaktion beendet ist. wird das Gemisch durch Zusatz einer starken Mineralsäure, wie konzentrierter Schwefelsäure. Salzsäure oder Phosphorsäure oder starker organischer Säuren, wie einer Sulfonsäure. beispielsweise p-ToluolsuIfonsäure auf einen pH-Wert unter 2, vorzugsweise auf pH 1 gebracht, wodurch die in der Lösung vorhandene 5(S)-Hydroxy-9-oxodecansäure in das gewünschte Laclon überführt wird. Das angesäuerte Reaktionsgemisch wird dann mit einem geeigneten inerten, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel extrahiert. Bevorzugte Lösungsmittel für diesen Zweck sind chlorierte Kohlenwasserstoffe, besonders Chloroform oder Methylenchlorid, Ester wie Aethyl- oder Butylacetat oder Ketone wie Methyläthylketon oder Methylisobutylketon.

Das ( — )-5(S)-Hydroxy-9-oxodecansäurelacton wird schließlich in an sich bekannter Weise, durch Verdampfen des Lösungsmittels, aus dem Extrakt isoliert und kann durch Destillation gereinigt werden.

( —)-5(S)-Hydroxy-9-oxodecansäurelacton ist Ausgangsmatenal bei der Totalsynthese optisch aktiver, ίο pharmazeutisch wertvoller Steroide nach bekannten Methoden. Die Verwendung des racemischen 5-Hydroxy-9-oxodecansäurelactons bei Steroidsynthesen ist in der [IF-OS 20 23 401 beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nun den Einsatz eines optisch aktiven Lactons, so daß bei der erwähnten Synthese optisch aktive Folgeprodukte erhalten werden und bei der Herstellung von Steroiden natürlicher Konfiguration eine Racematspaltung eingespart wirt

Der in den nachstehenden Beispielen verwendete Mikroorganismus ist M. bubaki CBS Laxa Strain.

Beispiel i

Ein Inoculum von Margarinomyces bubaki wurde aus 5 ml einer Sporensuspension des Pilzes von einer Kartoffeldextrose-Schrägagarkultur und 100 ml einer Edaminlösung hergestellt. Die Edaminlösung wurde erhalten aus 20 g Edamin (enzymatisch abgebautes Lactalbumin). 3 ml Maisquellwasser und 50 g Dextrose (wasserfreie D-Glucose), aufgefüllt mit destilliertem Wasser auf 1 I. Bevor 15 Minuten lang mit einem Druck von 1.05 at autoklaviert wurde, wurde der pH-Wert mit HCI auf 5.!^! gebracht. Nach dem Autoklavieren betrug der pH-Wert 4.8. Es wurde dann 4 Tage unter kräftigem Ruhren bei 28°C inkubiert. Dann wurden 4 ml des Inoculums in 100 ml einer Edaminlösung wie oben inkiibien. Nach 2 Tagen wurde 1 ml einer Losung von 5,S Dioxodecansäure in Aethanol (Konzentration 25 mg/ml) zugesetzt. Analyse nach 6 und 24 Stunden zeigte 60%ige Überführung der Diketosäure in 5(S)-Hydroxy-9-oxodecansäure und ( —)-5(S)-Hydroxy-9-oxodecansäurelacion. Die Bestimmung erfolgte durch Gaschromatographie der Methyienchloridextrakte von 10 ml-Proben. die durch Zusatz von 9,2 ml konzentrierter Schwefelsäure auf pH unter 1 angesäuert worden waren und die man dann I Stunde in Gegenwart von 2 ml Methylenchlorid stehen ließ.

Beispiel 2

Fm Inoculum von Margarinomyces bubaki wurde aus 4 ml einer Sporensuspension des Pilzes von einer Kartoffeldextrose-Schrägagarkultur und 100 ml einer Ldaminlösung hergestellt und 3 Tage unter kräftigem Rühren bei 28°C inkubiert. Dann wurden 3 ml des Inoculums in 100 ml Edaminlösung 2 Tage lang wie oben inkubiert und hierzu I ml einer Lösung von 5.9-Dioxodecansäure in Methanol (50 mg/ml) und 1 ml einer Lösung von 8-Hydroxychinolin (100 mg/ml) gegeben. Es wurde dann bei 28"C inkubiert. Einmal täglich, vor der Probennahme, wurde von Hand umgeschüttelt, um homogene Proben zu erhalten. Nach 12D Stunden war die Diketosäure quantitativ in 5(S)-Hydroxy-9-oxodecansäure und (—)-5(S)^Hydroxy-9-öXodecansäurelacton überführt. Die quantitative Analyse wurde folgendermaßen durchgeführt:

Eine lOml-Probe wurde mil 0,2 ml konzentrierter Schwefelsäure auf pH unter 1 angesäuert und mit 10 ml CH2CI2 versetzt. Es wurde geschüttelt, I Stunde stehen gelassen und zentrifugiert Der MethylenGhloridextrakt

wurde zur Trockene gebracht, der Rückstand in Aethylacetat gelöst und gaschromatographiert.

Beispiel 3

Einer wie in Beispiel 2 beschriebenen Kultur von Margarinomyces bubaki wurde 5,9-Dioxodecansäure ohne gleichzeitige Zugabe von 8-Hydroxychinolin zugesetzt. Die sonstigen Bedingungen entsprachen den des Beispiels 2. Nach 120 Stunden waren 95% des Substrates umgesetzt.

Beispiel 4

Ein Inoculum von Margannomyces bubaki wurde aus 4 ml einer Sporensuspension des Pilzes von einer Kartoffeldextrose-Schrägagarkultur und 100 ml einer Edaininlösung hergestellt. Es wurde 4 Tage unter kräftigem Rühren bei 28'C inkubiert. Dann wurden je 4 ml dieses Inoculums in je 100 ml Edaminlösung wie oben inkubiert. Nach 2 Tagen wurden die Lösungen vereinigt und jeweils 23 ml in einem 125 ml-Kolben mit 2 ml einer Lösung von 5,9-Dioxodecansäure in destilliertem Wasser (12,5 mg/ml) versetzt Es wurde bei 28^CC inkubiert, wobei einmal täglich kurz geschüttelt wurde. Gaschromatographische Analyse ergab, daß nach 144 Stunden die mikrobiologische Reduktion zu 75% erfolgt war. Die quantitative Analyse wurde folgendermaßen durchgeführt:

Eine 10 ml-Probe wurde mit 0,05 ml 50%iger H₂SO₄ auf pH 2 gebracht. Nach Zusatz von 10 ml CH₂CI₂ wurde geschüttelt, über Nacht bei 4°C aufbewahrt und so zentrifugiert. 5 ml des CH₂Ci₂-Extraktes wurden zur Trockene gebracht, mit 5 ml Aethylacetat aufgenommen und gaschromatograps/iert.

B e i s ρ 1 e > 5 _J5

Es wurde wie in Beispiel 4 gearbeitet, mit dem Unterschied, daß nach 2 Tagen des vegetativen Wachstums jeweils 188 ml der Lösung in einem '300 ml-Kolben mit jeweils 12 ml einer Lösung von 5.9-Dioxodecansäure (50 mg/ml) versetzt wurden. Das W Gemisch wurde unter Stickstoff mit einem Magnetrührer gerührt und bei 28" C inkubiert. Nach der in Beispiel 4 beschriebenen Analysenmethode wurde festgestellt, daß nach einer Fermentierung von 144 Stunden 65% des Substrates reduziert worden waren.

Beispiel 6

Es wurde wie in Beispiel 2 gearbeitet, wobei jedoch 2 ml der 5,9-Dioxodecansäurelösung in Methanol (50mg/ml) und 1 ml der äthanolischen Lösung von 8-Hydroxychinolin (100 mg/ml) verwendet wurden. Nach 120 Stunden der Inkubation bei 28° C unter starkem Rühren war das Substrat quantitativ reduziert worden.

Beispiel 7

Ein Inoculum von Margarinoniyces bubaki wurde aus 5 ml einer Sporensuspension des Pilzes von einer Kartoffeldextrose-Schrägagarkultur und 100 ml einer Edaminlösung hergestellt und 3 Tage bei 28"C unter starkem Ruhren inkubiert. Dann wurden 4 m' dieser Lösung in 100 ml Edaminlösung inoculiert und nochmals unter den obigen Bedingungen inkubiert. Nach 2 Tagen wurde 1 ml äthanolische 5.9-Dioxodecansäure (25 mg/ml) zugesetzt und wieder wie oben inkubiert. Gaschromatographie e nes CH?CI₂-Extraktes nach Ansäuern zeigte 76%ige Reduktion des Substrates nach tSstündiger Fermentation.

Beispiel 8

4 ml eines wie in Beispiel 7 beschrieben hergestellten und 3 Tage inkubierten Inoculums wurden in 100 ml einer Malzextraktlösung (pH 4,8; Zusammensetzung: 200 g Difco Bacto Malzextrakt, 10 g Bacto Pepton und 20 g Dextrose, mit destilliertem Wasser auf 1 I aufgefüllt;pH-Weit vordem Autoklavieren mit HCl auf 5,7 eingestellt) inoculiert und zunächst 2 Tage in einem mit Watte verschlossenen Kolben und dann weitere 3 Stunden in dem dann aseptisch mit eintm Gummistopfen verschlossenen Kolben bei 28"C und unter starken Rühren inkubiert. Nach Zusatz von 2 ml wässriger 5,9-Dioxodecansäurelösung(50 mg/ml) wurde nochmals unter den obigtir Bedingungen inkubiert. Nach 120 Stunden wurde durch gaschromatographische Analyse festgestellt, daß 84% des Substrates reduziert worden waren und zwar wurde eine 15 ml-Probe mit 0,6 ml 50%iger H.-SO4, 3 g NaCI und 15 ml CH₂CI₂ versetzt, geschüttelt. 30 Minuten stehen gelassen, nochmals geschüttelt und nach weiteren 30 Minuten der Ruhe zentrifugiert. 5 ml des CH2Cl₂-Extraktes wurden dann zur Tockene gebracht, imt 5 ml Aethylacetat aufgenommen und gaschromaiograpnlort.

Beispiel 9

Einer wie im Beispiel 7 hergestellten Fermentationslösung wurde die 5,9-Dioxodecansäure (1 g/l, 30g) zugesetzt und das Gemisch 24 Stunden anaerobisch gerührt. Dann wurde bis zu pH 2 angesäuert und die Produkte wurden mit Dichlorme:than extrahiert. Nach Entfernung des Lösungsmittels und Destillation des Rückstandes (28,5 g) erhält man eine Hauptfraktion enthaltend 17.4 g (Ausbeute: 64%) (S)-Tetrahydro-6-(4-oxopentyl)-2 H-pyran-2-on. Siedepunkt 130—132°C (0.1 mm);[*]s> = -45.5 (c = 0.C91. Dioxan).

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von ( — )-5(S)-Hydroxy-9-oxodecansäurelacton, dadurch gekennzeichnet, daß man 5.9-Dioxodecansäure in wässrigem Medium mittels eines Mikroorganismus Margarinomyces bübaki oder daraus isolierter Enzyme zur 5(S)-Hydroxy-9-oxodecansäure unter anaeroben Bedingungen bei einem pH-Wert von 4,5 bis 5,5 reduziert, dann das Reaktionsgemisch mit einer starken Säure auf einen pH-Wert von 2 bis unter 1 ansäuert und das gebildete Lacton in üblicher Weise durch Extrahieren mit einem inerten organischen Lösungsmittel isoliert.