DE4330678A1

DE4330678A1 - Verfahren zur Herstellung von zyklischen N-Carbamoyl-D-Aminosäuren

Info

Publication number: DE4330678A1
Application number: DE19934330678
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Bommarius; Matthias Dr Schaefer; Karlheinz Prof Dr Drauz
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 1995-03-16

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zyklischen N-Carbamoyl-D-Aminosäuren oder deren Vorstufen aus den entsprechenden Hydantoinen mit Hilfe einer Hydantoinase. N-Carbamoyl-D-Aminosäuren können dann chemisch oder enzymatisch zu D-Aminosäuren hydrolysiert werden.

Zyklische D-Aminosäuren sind wichtige Vorstufen zur Darstellung von pestizidwirksamen Verbindungen (DE 42 25 167 A) und zur Synthese von chiralen Auxiliaren (D. Enders und H. Eichenauer, Angew. Chem. 88 (1976), 579).

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung azyklischer D-Aminosäuren bekannt, bei denen man z. B. N-Acetyl-DL-Aminosäuren mit Hilfe einer Aminoacylase I zu einer D-Aminosäure in einem mehrstufigen Prozeß umwandeln kann (H. K. Chenault et al., J. Am. Chem. Soc. (1989), 111, 6354-64).

Für zyklische D-Aminosäuren der allgemeinen Formel I ist dieses Verfahren jedoch nicht anwendbar, da die entsprechenden Vorstufen von den jeweiligen Enzymen nicht angenommen werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von zyklischen N-Carbamoyl-D-Aminosäuren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man bizyklische Hydantoine der allgemeinen Formel

in der bedeuten

mit n = 2 bis 8, bevorzugt 2 bis 4, mit oder

mit
p = 0 bis 6,
q = 1 bis 7,
wobei die Gesamtsumme von p und q 7, bevorzugt 3, nicht überschreitet,
Y = O, S, NH, NR¹, NR² mit

Z = H, Cl, Br, J, F, OH, OR¹, OR², SH, SR¹, SR², R¹, R²,
wobei nur H als zweifacher Substituent auftritt und die anderen Varianten bevorzugt in Kombination mit H erscheinen,
in Wasser löst und bei einem pH-Wert zwischen 6 und 11, bevorzugt 7,5 bis 9,5, mit feuchter Biomasse von Agrobacterium radiobacter (ruhende Zellen) umsetzt, nach Ablauf der Reaktion die Biomasse von der gebildeten N-Carbamoyl-D-Aminosäure abtrennt und letztere zur D-Aminosäure weiter umsetzt.

Da Hydantoine, wie aus der Literatur bekannt ist (R. A. Lazarus, J. Org. Chem. 1990, 55, 4755-57; F. Wagner, M. Pietsch, and C. Syldatk, Annals N. Y. Acad. Sci., (Enzyme Engineering XI) 1991, 672, 478-83), racemisieren, können DL-Hydantoine oder L-Hydantoine eingesetzt werden, wobei letztere vor oder während der biokatalytischen Reaktion zumindest teilweise zu DL-Hydantoin infolge des Reaktions-pH- Wertes oder durch Anwesenheit einer Racemase im Biokatalysator racemisieren müssen.

Vorstufen dieser Verbindungen sind entweder natürlich vorkommende L-Aminosäuren, wie im Fall des Prolins und der Azetidin-2-carbonsäure, oder chemisch hergestellten D,L- oder L-Aminosäuren, wie z. B. im Fall der Thiazolidincarbonsäure, Pipecolinsäure oder Morpholincarbonsäure. Die Aminosäuren werden mit Natrium- oder Kaliumcyanat nach literaturbekannten Methoden zu den entsprechenden bizyklischen Hydantoinen umgesetzt.

Die erfindungsgemäße Biotransformation erfolgt im allgemeinen bei Temperaturen zwischen 10 und 50°C, insbesondere im Bereich zwischen 25 und 40°C. Es werden 0,1 bis 20gew.-%ige, insbesondere 5 bis 10gew.-%ige Hydantoin-Lösungen verwendet.

Möglich ist auch die Verwendung von Suspensionen der Hydantoine, die dann im Verlauf der Reaktion in Lösung gehen.

Racemisieren die Hydantoine schnell genug, kann das Substrat vollständig in die gewünschte N-Carbamoyl-D- Aminosäure umgewandelt werden, während bei sehr langsamer Racemisierung neben der N-Carbamoyl-D- Aminosäure das nicht umgesetzte L-Hydantoin in der Lösung verbleiben kann.

Nach dem Starten der Reaktion durch die Zugabe von Biomasse sinkt der pH-Wert ab, so daß man eine Base, wie z. B. Natronlage zusetzen muß, um den gewünschten pH-Wert-Bereich einzuhalten.

Besonders geeignet als Biomasse sind ruhende Zellen von Agrobacterium radiobacter, wie sie in der DE-PS 29 20 963 beschrieben werden.

Als Produkt der Biotransformation erhält man eine N-Carbamoyl-D-Aminosäure der allgemeinen Formel

in der X die obengenannten Bedeutungen besitzt. Diese Verbindungen fällt man z. B. nach dem üblichen Abtrennen der Biomasse durch Ansäuern der Reaktionslösung aus bzw. isoliert sie mit Hilfe von geeigneten Ionenaustauschern und setzt sie gegebenenfalls mit Hilfe von literaturbekannten chemischen Reaktionen zu der gewünschten D-Aminosäure um.

Beispiel

2,5 g Prolinhydantoin werden bei 30°C in 50 ml Wasser gelöst und der pH-Wert auf 8,5 eingestellt. Durch Zugabe von 4 g feuchter Biomasse von Agrobacterium radiobacter (8% Zellmassentrockenanteil) wird die Reaktion gestartet. Der pH-Wert erreicht nach kurzer Zeit den Wert von 7,5±0,1 und wird durch Zugabe von NaOH auf diesem Wert gehalten. Nach drei Tagen ist die Reaktion bei einem Umsatz von 47% beendet. Nach Abtrennung der Biomasse durch Zentrifugation wird das N-Carbamoyl-Prolin durch Einstellung des pH-Wertes auf 1,5 ausgefällt, abfiltriert und im Vakuum bei 50°C getrocknet.
Ausbeute: 1,07 g (75,8% der Theorie, bezogen auf D-Hydantoin),
Enantiomerenreinheit: 99,8% D-Anteil (Chirasil-Val).

Der Strukturbeweis erfolgt über ¹H-NMR im Vergleich zu einer Modellverbindung.

Claims

Verfahren zur Herstellung von zyklischen D-Aminosäuren, dadurch gekennzeichnet, daß man bizyklische Hydantoine der allgemeinen Formel in der bedeuten mit n = 2 bis 8, oder mit
p = 0 bis 6,
q = 1 bis 7,
wobei die Gesamtsumme von p und q 7 nicht überschreitet,
Y = O, S, NH, NR¹, NR² mit Z = H, Cl, Br, J, F, OH, OR¹, SH, SR¹, SR², R¹, R²,
wobei nur H als zweifacher Substituent auftritt,
in Wasser löst und bei einem pH-Wert zwischen 6 und 11 mit feuchter Biomasse von Agrobacterium radiobacter (ruhende Zellen) umsetzt, nach Ablauf der Reaktion die Biomasse und die gebildete N-Carbamoyl-D-Aminosäure abtrennt und letztere zur D-Aminosäure weiterreagieren läßt.