DE4037251A1

DE4037251A1 - Verfahren zur herstellung von optisch aktiven (alpha)-acetoxycarbonsaeuren und optisch aktiven (alpha)-hydroxycarbonsaeuren mit hilfe von lipasen

Info

Publication number: DE4037251A1
Application number: DE19904037251
Authority: DE
Inventors: Guenter Erich Prof Dr Jeromin; Michael Albertz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-23
Filing date: 1990-11-23
Publication date: 1992-05-27

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven α-Acetoxycarbonsäuren und α-Hydroxycarbonsäuren mit Hilfe von Lipasen insbesondere mit Pseudomonas fluorescenz Lipase.

Es ist bekannt, daß sich optisch aktive Alkohole und optisch aktive Ester mit Hilfe von Lipasen herstellen lassen. Bei den bekannten Verfahren werden dabei die Racemate von Alkoholen in organischen Lösungsmitteln mit Hilfe von beispielseise Vinylacetat und einer Lipase enantioselektiv acyliert, so daß ein optisch aktiver Ester entsteht, und ein optisch aktives Enantiomer des Alkohols unumgesetzt resultiert. Beide optisch aktiven Verbindungen lassen sich dann nach üblichen Methoden trennen und stellen wertvolle optisch aktive Verbindungen und Zwischenprodukte dar. Setzt man beispielsweise 1-Phenylethanol nach bekanntem Verfahren mit Vinylacetat in einem Ether und Pseudomonas fl. Lipase um, so erhält man in hohen optischen und chemischen Ausbeuten das R-(+)- Enantiomer des 1-Acetoxy-1-phenylethans und das S-(-)-Enantiomer des 1-Phenylethanols (J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1988, 1459). Setzt man nach diesem Verfahren aber eine Hydroxy carbonsäure, wie beispielsweise Mandelsäure um, so findet in den beschriebenen Lösungsmitteln, wie tert. Butylmethylether, Diisopropylether, Toluol, Benzol und anderen unpolaren Lösungsmitteln keine Reaktion statt.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich α-Hydroxycarbonsäuren, wie beispielsweise die Mandelsäure in guten chemischen und hohen optischen Ausbeuten mit Hilfe von Vinylacetat und in Gegenwart von Lipase enantioselektiv an der Alkoholfunktion acylieren läßt wenn man dem unpolaren Lösungsmittel ein polares Lösungsmittel hinzusetzt, oder die Reaktion in einem geeigneten polaren Lösungsmittel durchführt. Polare Lösungsmittel sind beispielsweise Aceton, Dichlormethan oder Dimethylformamid.

Dabei war es insbesondere überraschend, daß es bei der enzymatisch katalysierten Reaktion, nicht zu einer Hemmung der Enzymkatalyse durch die saure Carbonsäuregruppe kommt. Selbst für den Fachmann war es überraschend, daß sich die Säure nicht mit Amingruppen des Enzyms verbindet, und so die katalytische Aktivität des Enyzms aufhebt oder erheblich mindert. Beides wurde nicht beobachtet.

Auch war es überraschend, daß es nicht zur einer Reaktion zwischen zwei Molekülen der Hydroxy carbonsäure kommt, derart, daß es zu einer Veresterung einer der Säuren kommt.

Veresterungen aus Carbonsäuren und Alkoholen in organischen Lösungsmitteln sind beschrieben und waren zu erwarten [Angew. Chem. 101 (1989) 711-724]. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geht man derart vor, daß die zu acylierende α-Hydroxycarbonsäure in ein unpolares Lösungsmittel gegeben wird, und soviel eines polares Lösungsmittels hinzugefügt wird, bis sich die Hydroxycarbonsäure gelöst hat, oder man löst die Säure direkt in Aceton auf.

Die erste Vorgehensweise ist bevorzugt.

Nach Zugabe der Lipase und des Vinylacetats läßt man die Mischung einige Stunden bei optimaler Temperatur rühren. Die Aufarbeitung erfolgt nach üblichen Verfahren.

Als Hydroxycarbonsäuren kommen die Mandelsäure und im aromatischen Kern substituierte Derivate der Mandelsäure infrage.

Aber auch Verbindungen der folgenden allgemeinen Formel lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Ver fahren umsetzen:

wobei n=0-4.

Beispiele für R: i-Propyl, sec. Butyl, tert. Butyl, α-Naphthyl, β-Naphthyl, Pyridyl, Phenyl gegebenenfalls substituiert, u. a. Reste gemäß den Ansprüchen.

Als unpolare organische Lösungsmittel kommen die bei Enzymreaktionen üblichen aromatischen und nicht aromatischen Kohlenwasserstoffe, Dialkylether und unpolare chlorierte Alkane und Alkene zur Anwendung. Als polares Cosolvens eignen sich Pyridin, alkyl- substituierte Pyridine, Dimethylformamid, Aceton, Dichlormethan und andere.

Als Acylierungsmittel wird Vinylacetat eingesetzt. Es können aber auch andere Vinylester von Fettsäuren für die Acylierung eingesetzt werden.

Acyliert man beispielsweise Mandelsäure nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet man als unpolares Lösungsmittel Toluol und als polares Cosolvens Pyridin, Dimethylformamid, Aceton oder Dichlormethan.

Als Produkte entstehen die R-(-)-Mandelsäure und S-(+)-O-Acetylmandelsäure (S-(+)-α-Acetoxyphenyl essigsäure) in hohen optischen Ausbeuten.

Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet einen neuen direkten synthetischen Zugang zu optisch aktiven α-Hydroxycarbonsäure und deren optisch aktive O-Acetylderivate. Beide optisch aktiven Verbindungen stellen wertvolle chirale Hilfsreagenzien dar, aber auch wertvolle chirale organische Zwischenprodukte.

Beispiel 1

3,0 g (0,02 mol) Mandelsäure werden in 40 ml Toluol und unter Rühren bei Raumtemperatur 5 ml Pyridin hinzugegeben. Man rührt solange, bis sich die Mandelsäure vollständig gelöst hat und eine klare Lösung entstanden ist. Die Lösung temperiert man auf 37°C und gibt dann 3 g Lipase von Pseudomonas fluorescenz hinzu. Anschließend gibt man 3,44 g (3,7 ml, 0,04 mol) Vinylacetat hinzu und rührt die Mischung 24 h bei 37°C.

Nach beendeter Reaktion saugt man das Enzym ab, gibt zu der Reaktionsmischung 100 ml Wasser und säuert die wäßrige Phase mit halbkonz. H₂SO₄ stark an. Man schüttelt im Scheidetricher und trennt die organische Phase ab. Die wäßrige Phase extrahiert man noch zweimal mit je 100 ml Essigester. Die organische Phasen werden vereinigt, über Natriumsulfat getrocknet und im Rotationsverdampfer eingeengt.

Der Rückstand wird säulenchromatographiert [Laufmittel Chloroform/Eisessig 95/5 (v/v)].
Ausbeuten:
Mandelsäure: 1000 mg (66,7%);
= - 152,4 (c = 2,1, H₂O).
O-Acetylmandelsäure: 800 mg (41,2%),
= + 154,6 (c = 2,86, Aceton).

Beispiel 2

3 g (0,02 mol) (±)-Mandelsäure werden zu 40 ml Toluol gegeben und 15 ml Aceton zugefügt. Die Mischung wird auf 37°C temperiert und solange gerührt, bis die Mandelsäure in Lösung gegangen ist. Dann fügt man 3 g Lipase Pseudomonas fluorescenz hinzu und 3,7 ml (0,04 mol) Vinylacetat und rührt die Mischung 20 h bei 37°C.

Danach saugt man die Lipase ab, wäscht zweimal mit je 20 ml Toluol nach und engt das Filtrat am Rotationsverdampfer bis auf ca. 10 ml ein. Während des Einengens beginnt sich die Mandelsäure bereits abzuschneiden.

Das bis auf ca. 10 ml eingeengte Filtrat kühlt man im Gefrierfach 1-2 h auf -20°C ab und saugt dann die ausgefallene R-(-)-Mandelsäure ab, die man zweimal mit je 10 ml kaltem (-20°C) Toluol nachwäscht. Anschließend wird aus wenig Toluol umkristallisiert.
Ausbeute: 1,23 g (82,1%), Schmp. 134-135°C,
= -155,6 (c = 3,2, H₂O).

Isolierung von (S)-(+)-Acetylmandelsäure

Das Filtrat aus der Mandelsäureabtrennung wird am Rotationsverdampfer eingeengt. Es bleibt ein bräunliches Öl, welches mit 25 ml Toluol aufgenommen wird. Die Lösung extrahiert man viermal mit je 50 ml konz. Salzsäure, wobei sich die Toluolphase entfärbt.

Anschließend wird die Toluolphase mit 50 ml Kalium carbonatlösung (20%) oder 50 ml KOH-Lösung (10%) ausgeschüttelt, wobei die Acetylmandelsäure in die wäßrige Phase übergeht.

Die wäßrige Schicht wird abgetrennt und mit verdünnter Salzsäure (15%) angesäuert, wobei die (+)-O-Ace tylmandelsäure in Form weißer Nadeln bereits ausfällt. Die Nadeln werden abgesaugt und mit zweimal 10 ml eiskaltem Wasser nachgewaschen.

Falls keine oder nur wenig Kristalle ausfallen extrahiert man die saure Lösung mit 2mal 50 ml Toluol, vereinigt und trocknet die Toluolphase und dampft das Toluol ab. Der Rückstand ist dann ein farbloses Öl. Die Kristallisation leitet man bestens durch Zugabe eines Impfkristalles ein, kühlt das Öl auf -20°C ab und läßt 12 h stehen.

Die entstandenen Kristalle werden mit 20 ml Toluol (-20°C) versetzt und abgesaugt. Das Filtrat wird auf ca. 5 ml eingeengt und erneut bei -20°C 12 h kalt gestellt.

Die zusätzlich erhaltenen Kristalle werden erneut abgesaugt und getrocknet.
Ausbeute:
1,3 g (67%), Schmelzpunkt 63°C,
= + 152,4 (c = 0,75, Aceton).

Vergleichsbeispiel

3,0 g Mandelsäure werden in 40 ml Toluol gegeben, wobei sich nur ein geringer Teil löste. Zwecks besserer Löslichkeit werden nochmals 60 ml Toluol hinzugefügt, 3 g Lipase (Pseudomonas fl.) und 3,7 ml Vinylacetat hinzugegeben. Anschließend wurde bei 35°C gerührt. Selbst nach 48 h Reaktionszeit konnte nur geringe Umsetzung zu O-Acetylmandelsäure beobachtet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven α-Hydroxycarbonsäuren und α-Acetoxycarbonsäuren dadurch gekennzeichnet, daß die Racemate von α-Hydroxycarbonsäuren der allgemeinen Formel in welcher n=0-4 und R=Phenyl gegebenenfalls substituiert in p und/oder m-Stellung, Cycloalkyl gegebenenfalls substituiert, tert.Butyl oder i- Propyl gegebenenfalls substituiert, n-Alkyl gegebenenfalls substituiert, Naphthyl oder höher kondensiert aromatisch gegebenenfalls substituiert, heteroaromatisch gegebenenfalls substituiert, mit Lipasen in einem organischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch mit Hilfe eines Vinylesters einer aliphatischen Carbonsäure enantioselektiv an der alkoholischen OH-Gruppe acyliert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Racemat (±)-Mandelsäure ist und bei der enzymatisch katalytisierten Acetylierung mit Vinylacetat R-(-)-Madelsäure und S-(+)-O-Acetymandelsäure entstehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Pseudomonas fluorescens Lipase für die Acetylierung eingesetzt wird.