DE60119789T2

DE60119789T2 - Chirale gerüste und deren herstellung

Info

Publication number: DE60119789T2
Application number: DE60119789T
Authority: DE
Inventors: Charles Richard LLOYD; Chirotech Technology Ltd. Stephen John C. TAYLOR
Original assignee: Chirotech Technology Ltd
Current assignee: Chirotech Technology Ltd
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2021-12-22
Also published as: EP1355882B1; DE60119789D1; EP1355882A1; ATE326447T1; US7091355B2; US20040063609A1; WO2002053536A1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft chirale Gerüste, deren Herstellung sowie neue chemische Zwischenprodukte, die zur Synthese solcher Gerüste geeignet sind; die Gerüste können für die Herstellung informationsreicher Bibliotheken über Einzelenantiomerverbindungen verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Entdeckung von Arzneimitteln kann zum Durchmustern eine Bibliothek eingesetzt werden, wobei einzelne Verbindungen Einzelisomere darstellen. Dies erzeugt dreidimensionale Informationen, die durch Anwendung von Rechenverfahren zur Optimierung von Leitstrukturen verbessert werden können. Zur Herstellung von Einzelisomer-Bibliotheken sollten die geeigneten chiralen Gerüstvorläufer in isomerisch reiner Form vorliegen, wobei die relative und absolute Konfiguration über alle stereogenen Zentren definiert wird. Es ist ebenso von Bedeutung, dass für ein Gerüst mit einer bestimmten Bindungskonnektivität alle möglichen Stereoisomeren hergestellt werden können. Daher kann eine Reihe von Gerüsten dieser Art chemisch in verschiedene, jedoch definierte Richtungen im 3D-Raum ausgearbeitet werden, um isomere Verbindungen zu ergeben, welche stark unterschiedliche Eigenschaften in einer chiralen biologischen Umgebung aufweisen.
Ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Entwicklung von Synthesewegen für Gerüste besteht darin, dass die Chemie das Leistungsvermögen für eine Übertragung auf großtechnischen Maßstab aufweisen sollte. Für den Fall, dass das Durchmustern von Bibliotheken geeignete Leitstrukturverbindungen erzeugt, kann das geeignete Gerüst anschließend in ausreichender Menge hergestellt werden, um beliebige anschließende Arzneimittelentdeckung und -entwicklung zu unterstützen.
Pipecolinsäure und 4-Hydroxypipecolinsäure sind natürliche nichtproteinogene Aminosäuren, die in Pflanzen vorkommen. Zusätzlich zu der freien Aminosäure kommt Pipecolinsäure auch in komplexen biologisch aktiven Molekülen vor (zum Beispiel siehe Nicolaou et al.; J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 4419–4420). Derivate von Pipecolinsäure sind dafür bekannt, dass sie anästhetische (GB-A-1166802), NMDA-agonistische und antagonistische (Ornstein et al.; J. Med. Chem. 1989, 32, 827–833), gerinnungshemmende (Okamoto et al.; Biochem. Biophys. Res. Commun. 1981, 101, 440–446) und Glycosidase-Aktivität (Bruce et al.; Tetrahedron 1992, 46, 10191–10200) aufweisen. Pipecolinsäuren sind auch in der Peptidchemie als Prolinanaloga verwendet worden (Copeland et al.; Biochem. Biophys. Res. Commun. 1990, 169, 310–314). In Anbetracht der dargelegten vielfältigen Wirkungen solcher Pipecolinsäurederivate stellen Einzelenantiomerbibliotheken, die solche Verbindungen als Gerüst verwenden, ein äußerst wünschenswertes Hilfsmittel zum Durchmustern dar.
Für einen aktuellen Übersichtsartikel über die Synthese von Pipecolinsäuren, siehe Couty, Amino Acids 1999, 16, 297–320. Ein allgemeiner Syntheseweg für racemische 4-Hydroxypipecolinsäurederivate stellte die Verwendung einer Acyliminiumion-Ringbildung an einem zweckmäßig geschützten Homoallylamin dar (Hays et al.; J. Org. Chem. 1990, 56, 4084–4086). Dieser Ansatz ist unter der Voraussetzung, dass eine chirale Schutzgruppe bei der Synthese verwendet wird, an die Bereitstellung enantiomer reiner cis-4-Hydroxypipecolinsäurederivate angepasst worden (Beaulieu et al.; J. Org. Chem. 1997, 62, 3440–3448). Die Schutzgruppe ermöglicht jedoch keine beliebige asymmetrische Induktion, und die Enantiomere müssen durch eine aufwändige Mischkristallisation mit (-)-Camphersulfonsäure getrennt werden. Als ähnlicher Ansatz für die Synthese wird eine Trennung durch Umkristallisation eines diastereomeren Zwischenproduktes beschrieben (Skiles et al.; Bioorg. Med. Chem. Lett. 1996, 6, 963–966).
Eine weitere allgemeine Arbeit im Bereich der Synthese von enantiomer reinen cis-4-Hydroxypipecolinsäurederivaten stellte das Festlegen der Stereochemie der Carboxylatgruppe unter Verwendung einer (L)-Asparaginsäure und die Verwendung dieses Stereozentrums zur Steuerung der Reduktion eines Ketons an Position 4 dar (Golubev et al.; Tetrahedron Lett. 1995, 36, 2037–2440; Bousquet et al.; Tetrahedron 1997, 46, 15671–15680). Es sind zwei Wege, die sich von Kohlenhydratausgangsmaterialien ableiten, beschrieben worden, nämlich eine atomineffiziente Synthese ausgehend von D-Glucohepton-1,4-lacton (Di Nardo und Varela; J. Org. Chem. 1999, 64, 6119–6125) und von D-Glucosamin (Nin et al.; Tetrahedron 1993, 422, 9459–9464). Alle diese Ansätze ergaben nur das cis-Diastereomer. Insbesondere besteht weiterhin eine Aufgabe zur Synthese der zwei Stereoisomere von trans-4-Hydroxypipecolinsäure in zweckmäßig geschützter Form, insbesondere der N-Boc-Derivate (i) und (ii)
Der häufigste Ansatz stellte die Synthese des cis-Diastereomers und eine anschließende langwierige Inversion der 4-Hydroxygruppe dar. Ein alternativer Ansatz hat eine Ringerweiterung von 4-Hydroxy-L-prolin eingesetzt (Pellicciari et al.; Med. Chem. Res. 1992, 2, 491–496) und stellt Zugang zu beiden Diastereomeren von 4-Hydroxy-L-pipecolaten bereit. Dieser Weg ist jedoch aufgrund der zwei Chromatographieschritte, die für die Trennung von Regio- und diastereomeren Gemischen erforderlich sind sowie aufgrund des Erfordernisses, dass das gefährliche Reagenz Ethyldiazoacetat zur Ringerweiterung eingesetzt wird, im großtechnischen Maßstab uninteressant.
Beide Enantiomere von 2-Acetamidopent-4-ensäure sind über biologische Spaltung eines racemischen Gemisches in großen Mengen leicht verfügbar und als solche wertvolle chirale Bausteine. Unter Verwendung von chemikalischen Verfahren aus der Standardliteratur ist es möglich, beide Enantiomere von in geeigneter Weise geschützter 2-Acetamidopent-4-ensäure in Gemische von Diastereomeren (A) und (B) umzuwandeln
Diese diastereomeren Estergemische (A) und (B) können zweckmäßige Zwischenprodukte für die Herstellung von Gerüsten darstellen, wenn ihre Trennung leicht erreicht werden könnte. Obwohl selektive Kristallisation oftmals ein einfaches Mittel zum Erreichen messbarer Spaltung von Diastereomeren bereitstellen kann, ist dieses Verfahren für Gemische (A) und (B), welche als Öle erhalten werden, nicht anwendbar.
In der Literatur liegen vereinzelte Berichte vor, die angeben, dass Biokatalyse als Mittel zum Durchführen einer Trennung von Diastereomerengemischen verwendet werden kann. Zum Beispiel siehe Wang et al.; J. Org. Chem., 1998, 63, 4850–3; Hiroya et al.; Synthesis, 1995, 379–81; Mulzer et al.; Liebigs Ann. Chem., 1992, 1131–5.
J. Am. Chem. Soc. 86 (1964), 1844–6 offenbart, dass die Hydroborierung von D-Baikiain (4,5-Dehydro-DL-pipecolinsäure) über dessen N-Carbobenzyloxymethylester-Derivat nach Entfernung der Schutzgruppen zu 72 trans-5-Hydroxy-DL-pipecolinsäure und 28 % trans-4-Hydroxy-DL-pipecolinsäure führte, die durch präparative Ionenaustausch-Säulenchromatographie trennbar sind.
Bull. Soc. Chim. Belg. Bd. 91, Nr. 8 (1982), 713–723 offenbart, dass Z-trans-5-OH-L-pipecolinsäure zusammen mit Z-cis-4-OH-L-pipecolinsäure durch Reduktion des Oxymercurierungs-Produktes von Z-L-Baikiain (z-1,2,5,6-l-Tetrahydropyridin-2-carbonsäure) in einem Verhältnis von 7 : 3 erhalten wurden. Das umgekehrte Verhältnis der Zusammensetzung wurde unter Verwendung von Trifluoracetat erhalten, wodurch Zugang zur Herstellung von einem der zwei Isomeren ermöglicht wurde.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Kombination aus der Nutzung einer Kombination von komplementären chiralen Gerüsten und dem Auffinden von Verfahrenschemie, die die Herstellung solcher Verbindungen in großtechnischem Maßstab ermöglicht. Zum Beispiel bezieht sich die vorliegende Erfindung auf neue Verfahrenschemie für die Erzeugung einer Reihe von Gerüsten, die vier trifunktionalisierte Piperidine, die Pipecolinsäurederivate (a)–(d) umfassen
wobei R¹ H, Alkyl, Alkoxy oder Aryl ist, und R² H oder Alkyl ist. Solche Gruppen weisen üblicherweise bis zu 20 C-Atome auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist R¹ Benzyloxy und R² ist Methyl. Für den Zweck dieser Erfindung versteht man unter R² = H, dass Salzformen umfasst sind.
Das Vorliegen von N-Boc und Methylester- (oder ähnlichen) Schutzgruppen in diesen Verbindungen ermöglicht selektive Ausarbeitung jeder der vorliegenden Funktionalitäten. Verfahren zur Ausarbeitung sind dem Fachmann wohlbekannt.
Für derartige weitere Verwendungen, z.B. für die Erzeugung von Bibliotheken in der kombinatorischen Chemie, sollten die vier chiralen Gerüste (a–d) in einer Ausführung bereitgestellt sein, wobei sie jeweils auf dieselbe Art und Weise, üblicherweise durch die parallele, selektive Einführung einer Gruppe an einem funktionellen Rest am Ring und anschließend durch Entfernung der Schutzgruppe eines anderen funktionellen Restes und durch die Einführung einer weiteren Gruppe, etc. behandelt werden können. Für diesen Zweck können die Gerüste in getrennten Gefäßen, in einer einzelnen Einheit, z.B. einer Platte mit vielen Vertiefungen, bereitgestellt sein. Aus dieser Anordnung ist es möglich, eine Bibliothek von Verbindungen zu erzeugen, die Einzelenantiomere von entsprechenden Verbindungen umfassen, wobei sich die strukturelle Unterscheidung von der Stereochemie der Ringsubstituenten ableitet, wie durch Formeln (a)–(d) gezeigt.
In einem bestimmten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Entdeckung von biokatalytischen Trennungen von beiden Diastereomerengemischen (A) und (B), und dadurch wird Zugang zu allen vier Diastereomeren der Piperidine bereitgestellt, ohne dabei auf einen chemischen Inversionsschritt zurückzugreifen. Das beschriebene Verfahren verwendet Chemie, die in jedem Schritt der Übertragung auf großtechnischen Maßstab zugänglich ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Entdeckung, dass neue Salze von N-tert-Butoxycarbamoyl-2S-carboxy-4S-hydroxypiperidin (i) und (ii) und das andere Enantiomer davon die Verbesserung des Diastereomerenüberschusses (de) durch Umkristallisation/Kristallisation von teilweise angereichertem Material aus einem geeigneten Lösungsmittel ermöglicht. Auf diese Weise stellt die vorliegende Erfindung über einfaches Spalten von angereicherten Salzen ein praktisches und messbares Verfahren bereit, welches Zugang zu N-tert-Butoxycarbamoyl-2S-carboxy-4S-hydroxypiperidin (i) oder dem anderen Enantiomer davon ermöglicht, während die entsprechende freie Säure ein Öl ist. Dieses Verfahren ermöglicht ein sehr hohes Maß an Reinheitskontrolle (chemische, diastereomere und enantiomere Reinheitskontrolle) der Produkte.
Die neuen Salze können durch Formel (1)
oder durch das andere Enantiomer davon dargestellt werden, wobei X⁺ ein Kation ist.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Mittels der Erfindung kann ein Piperidin der Formel (4), wobei die relative Stereochemie der C-2- und C-4-Substituenten trans ist, zweckmäßig über die enzymatische Trennung des Gemisches von Diastereomeren hergestellt werden, die durch die Formel (5) dargestellt sind
wobei Z eine beliebige geeignete Gruppe ist.
Derselbe Ansatz ist auf die Reihe der anderen Enantiomere anwendbar. Die Spaltung an sich ergibt das Piperidin (4) wahrscheinlich nicht in ausreichend hoher diastereomerer Reinheit. Daher kann das entsprechende N-Boc-Derivat (I), welches eine zweckmäßig geschützte Form zur weiteren chemischen Ausarbeitung darstellt, mit dem cis-Diastereomer verunreinigt sein; die vorliegende Erfindung stellt Mittel zur Trennung dieser Verbindungen bereit.
Eine wesentliche Eigenschaft von neuen Salzen (1) der vorliegenden Erfindung stellt Kristallinität dar. Geeignete Salze wurden durch Durchmustern einer Reihe von sowohl achiralen als auch chiralen Aminbasen identifiziert. Daher stellt X⁺ in Formel (1) ein protoniertes Amin dar, und X ist üblicherweise ein primäres Amin. Bevorzugte primäre Amine sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ethylamin, Benzylamin und (S)-α-Methylbenzylamin[(R)-α-methylbenzylamin für das andere Enantiomer]. Benzylamin ist besonders bevorzugt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erfordert die teilweise diastereomere Anreicherung des Salzes (1) vor der Kristallisation/Umkristallisation. Bevorzugt wird ein Salz von mindestens 60 % de (Diastereomerenüberschuss) verwendet, stärker bevorzugt von mindestens 80 % de. Umkristallisation von solchem Material führt zu einer signifikanten Verbesserung der Diastereomerenreinheit, üblicherweise bis zu mindestens 90 % de und häufig bis zu mindestens 95 % de oder höher.
Die Identifizierung eines Lösungsmittels oder eines Gemisches von Lösungsmitteln, die für die Umkristallisation des Salzes (1) geeignet sind, wird durch herkömmliche Mittel ausgeführt, wie sie routinemäßig durch einen Fachmann praktiziert werden. Solche Lösungsmittel sind üblicherweise aus C₁ _-4-Alkanolen, Dialkylethern und einfachen Carbonsäureestern, wie zum Beispiel Ethylacetat, ausgewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bewirkt Umkristallisation des Benzylaminsalzes von (1) aus einem Gemisch von tert-Butylmethylether und Methanol von 2 : 1 eine Zunahme an diastereomerer Reinheit von 80 % de auf > 98 % de.
Die zwei Diastereomerenpaare A und B können unter Verwendung eines Enzyms in einer im Hinblick auf das Volumen effizienten Art und Weise gespaltet werden; die Substratkonzentration beträgt üblicherweise 100 g/l oder mehr. Geeignete Enzyme für die biokatalytische Trennung können durch herkömmliche Durchmusterungsverfahren identifiziert werden. Obwohl eine derartige Durchmusterung nichtfunktionsfähige oder weniger bevorzugte Enzyme identifizieren kann, ist das allgemeine Verfahren bekannt und, da es routinemäßig durchgeführt wird, kann es zur Identifizierung weiterer funktionsfähiger Enzyme verwendet werden. Für das Gemisch von Diastereomeren A ist das bevorzugte Enzym Lipase AY30. Für das Gemisch von Diastereomeren B ist das bevorzugte Enzym Chirazyme L9. Obwohl beide Enzyme das trans-Diastereomer bevorzugt hydrolysieren, sind ihre Art und Weise der Unterscheidung zwischen cis und trans deutlich unterschiedlich. Wenn jedes der Enzyme zum Hydrolysieren des alternativen Diastereomerenpaars verwendet wird, sind Unterschiede deutlich ersichtlich.
Lipase AY30 hydrolysiert bevorzugt das trans-Diastereomer von Paar (B), während Chirazyme L9 kein Diastereomerenpaar (A) hydrolysiert. Daher ist es klar ersichtlich, dass in diesem Fall die Selektivität von Lipase AY durch die relative Stereochemie an C-2 und C-4 gesteuert wird. Dies ist eine sehr ungewöhnliche Beobachtung bei enyzmatischen Spaltungen, welche üblicherweise zwischen Stereozentren auf Grundlage der absoluten Konfiguration an der Stelle, an welcher die Reaktion stattfindet, unterscheiden.
Schema 1
In Schema 1 ist R³ H, Alkyl oder Aryl, z.B. von bis zu 20 C-Atomen.
Die Produkte der Spaltung sind (A1) und (A2) aus Paar (A), wie in Schema 1 gezeigt. (A1) und (A2) sind untrennbar, die Reaktion des Gemisches mit Phthalsäureanhydrid bildet jedoch das Hemiphthalatderivat (A3) aus (A2), welches von (A1) durch Verteilung zwischen gesättigtem wässrigem Ammoniumcarbonat und Toluol abgetrennt werden kann (Schritt (i)). (A3) wird aus der wässrigen Phase durch Ansäuern auf einen pH-Wert von 1 gewonnen, und Extraktion in Toluol und Erhitzen unter Rückfluss in 2M HCl (Schritt (ii)) lässt die freie Aminosäure zurück (A4). Das N-Boc-Derivat A4 kann der oben beschriebenen Diastereomerenanreicherung unterzogen werden. In Schritt (iii) wird (A1) unter Verwendung von Standardbedingungen, üblicherweise Kaliumcarbonat in Methanol, zu (A5) deformyliert, welches, wenn R¹ Benzyloxy und R² Methyl ist, ein kristalliner Feststoff ist. Umkristallisation hiervon ermöglicht Kontrolle über die Reinheit sowie ein Verfahren zur Steigerung des Diastereomerenüberschusses dieser Verbindung, sodass eine einzelne Diastereomerenverbindung erhalten werden kann. Verbindungen (A5) und (A4) werden leicht durch herkömmliche Schutzgruppenmanipulationen zu chiralen Gerüsten (a) bzw. (b) umgewandelt.
Auf ähnliche Art und Weise sind die Produkte aus der Spaltung von Paar (B) die entsprechenden enantiomeren Verbindungen (B1) und (B2), welche unter Verwendung derselben Chemie zu Gerüsten (c) und (d) ausgearbeitet werden können.
Insgesamt stellt das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein messbares und in der Ausführung einfaches Mittel zum Erhalten eines beliebigen Gerüstes der vier chiralen Gerüste (a)–(d) und verwandter Strukturen davon dar.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Bezüglich Beispiel 4, siehe auch Esch et al.; Tetrahedron 1991, 47, 4063–4076.
Beispiel 1
Synthese von N-tert-Butoxycarbamoyl-2R-carboxy-4R-hydroxypiperidin
Zu einer Lösung von 2R-Carboxy-4R-hydroxypiperidin (80 % de, 140 g, 0,97 mol) in H₂O (1 l) und THF (500 ml) wurde Et₃N (135 ml, 0,97 mol) tropfenweise hinzugefügt. Di-tert-Butyldicarbonat (317 g, 1,46 mol) in THF (500 ml) wurde unter kontinuierlichem Fluss hinzugefügt. Sobald der pH-Wert zu sinken begann, wurde ein weiterer Teil Et₃N (135 ml, 0,97 mol) hinzugefügt und die Lösung wurde bei Raumtemperatur für 16 h gerührt. Das THF wurde unter Vakuum entfernt und die sich ergebende trübe Lösung wurde mit 6M HCl auf einen pH-Wert von 4 und anschließend mit 1M HCl auf einen pH-Wert von 3 angesäuert. EtOAc wurde hinzugefügt und das Gemisch wurde für 2 min gerührt. Die Phasen wurden getrennt und die wässrige Phase wurde mit EtOAc wurde extrahiert (3 × 1 l). Die vereinigten organischen Extrakte wurden mit Kochsalzlösung (1 l) gewaschen, getrocknet (MgSO₄) und unter Vakuum konzentriert, um N-tert-Butoxycarbamoyl-2R-carboxy-4R-hydroxypiperidin als ein viskoses gelbes Öl zu ergeben (182 g, 76 %). Dieses Material wurde direkt zur in Beispiel 3 beschriebenen Kristallisation verwendet.
Die Herstellung von N-tert-Butoxycarbamoyl-2S-carboxy-4S-hydroxypiperidin aus 2S-Carboxy-4S-hydroxypiperidin wurde unter Verwendung desselben Verfahrens ausgeführt.
Beispiel 2
Durchmustern von Kristallisation: Aminsalze von N-tert-Butoxycarbamoyl-2S-carboxy-4S-hydroxypiperidin
Acht Aminsalze von N-tert-Butoxycarbamoyl-2S-carboxy-4S-hydroxypiperidin wurden unter Verwendung des folgenden Verfahrens hergestellt: Zu einer Lösung von 500 mg N-tert-Butoxycarbamoyl-2S-carboxy-4S-hydroxypiperidin mit 19 % de in EtOAc (5 ml) wurde bei Raumtemperatur ein 1,1 molares Äquivalent des Amins hinzugefügt. Die Lösung wurde bei Raumtemperatur für 1 h gerührt, und anschließend im Kühlschrank gekühlt. Beliebige Kristalle wurden durch Filtration geerntet. Die durchmusterten Amine waren Ethylamin, Octylamin, Diisopropylamin, Cyclohexylamin, Dicyclohexylamin, Benzylamin, R-α-Methylbenzylamin und S-α-Methylbenzylamin. Die folgenden Amine ergaben kristalline Salze: Ethylamin, Benzylamin und R-α-Methylbenzylamin. Die Salze wurden umkristallisiert und de-Werte wurden durch GC bestimmt.

Ethylammoniumsalz: umkristallisiert aus MeOH/EtOAc, de 70 %
Benzylaminsalz: umkristallisiert aus MTBE, de 94 %
R-α-Methylbenzylammoniumsalz: umkristallisiert aus MeOH/MTBE, de 98 %

Beispiel 3
Herstellung und Umkristallisation aus N-tert-Butoxycarbamoyl-2R-carboxy-4R-hydroxypiperidin, Benzylaminsalz
N-tert-Butoxycarbamoyl-2R-carboxy-4R-hydroxypiperidin (80 % de, 182 g, 0,74 mol) wurde in EtOAc gelöst und die Lösung wurde auf Eis gekühlt. Benzylamin (81,2 ml, 0,74 mol) wurde tropfenweise hinzugefügt und Rühren wurde für 2 h fortgesetzt. Nach Kühlung über Nacht wurde der Feststoff durch Filtration gesammelt und getrocknet. Dieser Feststoff (154 g) wurde aus MeOH (150 ml) und MTBE (300 ml) umkristallisiert. Filtration ergab das Benzylaminsalz von N-tert-Butoxycarbamoyl-2R-carboxy-4R-hydroxypiperidin mit einer de > 98 % als einen weißen Feststoff (104 g, 40 %). ¹H NMR (400 MHz, CD₃OD) 7,40 (5H, m) 4,67 (0,4H, Nebenrotamer, m) 4,59 (0,6H, d, J 5,5, Hauptrotamer) 4,10 (2H, s) 3,94 (1H, br d, J 13,0) 3,59 (1H, m) 3,17 (1H, m) 2,48 (1H, m) 1,80 (1H, m) 1,43 (10H, m) 1,25 (1H, m).
Herstellung und Umkristallisation aus dem Benzylaminsalz von N-tert-Butoxycarbamoyl-2S-carboxy-4S-hydroxypiperidin wurde unter Verwendung desselben Verfahrens ausgeführt.
Beispiel 4
Herstellung von N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4R,S-formyloxypiperidin(methyl(N-benzyloxycarbamoyl)-4-formyloxypipecolat)
Paraformaldehyd (144,0 g, 4,8 mol) wurde in heißer Ameisensäure (6,5 l) gelöst und die sich ergebende Lösung wurde auf 25 °C abgekühlt. Methyl (2S-Benzyloxycarbamoyl)-pent-4-enoat (904,3 g, 3,4 mol) wurde hinzugefügt und die Lösung wurde für 72 h gerührt, wobei GC-Analyse zu diesem Zeitpunkt kein verbleibendes Ausgangsmaterial zeigte. Überschüssiges Lösungsmittel wurde unter Vakuum entfernt, und das Restöl wurde durch azeotrope Destillation mit Toluol (4 × 750 ml) getrocknet und über ein Kieselgelbett (silica plug) geführt und mit EtOAc eluiert. Beim Eindampfen des Lösungsmittels unter Vakuum blieb N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4R,S-formyloxypiperidin als ein gelbes Öl (1056,3 g, 96 %) mit einem Verhältnis der Diastereomere von 1 : 1 zurück.
GC ergab: Durchlaufzeit 26,9 min (trans-Diastereomer) 27,6 min (cis-Diastereomer)
Synthese von N-Benzyloxycarbamoyl-2R-carbomethoxy-4R,S-formyloxypiperidin wurde aus Methyl(2R-benzyloxycarbamoyl)-pent-4-enoat unter Verwendung desselben Verfahrens ausgeführt und führte zu einer gleichwertigen Produktserie.
Beispiel 5
Durchmustern von N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4R,S-formyloxypiperidin (Gemisch A) durch enzymatische Hydrolyse
Acht Enzyme wurden zur Bewertung ihres Potenzials zur Hydrolyse entweder des R- oder des S-Formiates durchmustert. Die verwendeten Enzyme waren Chirazyme L1, Chirazyme L2, Chirazyme L9, Lipase PS, Lipase AY30, Lipase A6, Schweinepankreaslipase und Lipase aus Rhizopus javanicus. In jedem Fall wurde 150 mg Substrat mit 1,5 ml 50 mM Kaliumphosphatpuffer mit einem pH-Wert von 7,0, 1,5 ml MTBE und 10 mg Enzym in ein Szintillationsfläschchen gegeben. Die Reaktionen wurden kontinuierlich bei 25 °C in einem/einer Wasserbad/Schüttelvorrichtung bewegt. Nach 24 Stunden zeigte DSC (Dünnschichtchromatographie)-Analyse, dass Chirazyme L1 und Lipase AY30 das, Substrat selektiv hydrolysierten. GC-Analyse dieser zwei Reaktionen zeigte an, dass Lipase AY30 das selektivere Enzym war, welches bevorzugt das trans-Diastereomer hydrolysierte, und dass Chirazyme L1 eine entgegengesetzte Selektivität gegenüber dem cis-Diastereomer zeigte.
Eine ähnliche Durchmusterung wurde hinsichtlich des Substrates N-Benzyloxycarbamoyl-2R-carbomethoxy-4R,S-formyloxypiperidin (Gemisch B) unter Verwendung derselben acht Enzyme ausgeführt. In diesem Fall waren Lipase AY30 und Chirazyme L9 die einzigen Enzyme, die das Substrat selektiv hydrolysierten. Beide zeigten dieselbe Selektivität für die bevorzugte Hydrolyse des trans-Diastereomers, wobei Chirazyme L9 das selektivere Enzym war.
Beispiel 6
Enzymatische Spaltung von N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4R,S-formyloxypiperidin
Ein ummanteltes Reaktionsgefäß von 10 l, welches mit einem Überkopfrührer ausgestattet war, wurde mit N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4R,S-formyloxypiperidin (1056,3 g) MTBE (3,6 l) und 50 mM Kaliumphosphatpuffer mit einem pH-Wert von 7,0 (4,5 l) beladen. Rühren wurde zur Bildung einer Emulsion gestartet, der pH-Wert wurde mit 5M NaOH wieder auf 7,0 eingestellt und die Temperatur wurde auf 20 °C eingestellt. Lipase AY30 (300 g) wurde hinzugefügt und Rühren wurde bei 20 °C fortgesetzt. Zu jeder Zeit während der Reaktion wurde der pH-Wert durch das Hinzufügen von 5M NaOH bei einem pH-Wert von 7,0 konstant gehalten. Nach 4 Tagen bei 20 °C wurde die Reaktion durch Filtration über Celite 521 beendet. Die zwei Phasen in dem Filtrat wurden getrennt und die organische Phase wurde zurückbehalten. Das Celite wurde mit Aceton (500 ml) aufgeschlämmt und filtriert. Dieses Filtrat wurde solange unter Vakuum konzentriert, bis unter Extraktion mit MTBE (2 × 500 ml) nur das wässrige Material übrig blieb. Die organischen Phasen wurden vereinigt, getrocknet (MgSO₄) und unter Vakuum konzentriert, um ein viskoses, trübes, gelbes Öl (903 g) zu ergeben, welches ein Gemisch aus dem restlichen Ausgangsmaterial, N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4R-formyloxypiperidin mit 83 % de und dem Produkt N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4S-hydroxypiperidin mit 90 % de in einem ungefähren Verhältnis von etwa 1 : 1 darstellte. Dieses Öl wurde in dem nächsten Schritt unmittelbar verwendet.
Beispiel 7
Trennung des Gemisches der aus der enzymatischen Spaltung erhaltenen Verbindungen
Das in Beispiel 6 erhaltene Gemisch (900 g) und DMAP (17,9 g, 0,14 mol) wurde in CH₂Cl₂ (6 l) bei 20 °C gelöst. Et₃N (450 ml, 3,22 mol) wurde über einen Zeitraum von 10 Minuten unter Verwendung eines Druckes hinzugefügt, der den Tropftrichter ausgleicht. Festes Phthalsäureanhydrid (239 g, 1,61 mol) wurde diskontinuierlich hinzugefügt und Rühren wurde für 18 h fortgesetzt. Das Reaktionsgemisch wurde mit 1M HCl (3,5 l) gewaschen und die organische Phase wurde unter Vakuum konzentriert. Der Rückstand wurde in Toluol (4 l) wieder gelöst und mit gesättigtem (NH₄)₂CO₃ (3 l) extrahiert. Die wässrige Phase wurde mit Toluol (1 l) gewaschen, und die vereinigten organischen Extrakte wurden getrocknet (MgSO₄) und unter Vakuum konzentriert, um N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4R-formyloxypiperidin zu ergeben (545 g, 81 % d.e., 52 % Gesamtausbeute aus Beispiel 3). Die wässrige Phase wurde mit konz. HCl auf einen pH-Wert von 1 angesäuert und mit Toluol (2 l) extrahiert. Die Phasen wurden getrennt und die wässrige Phase wurde ein weiteres Mal mit Toluol (1 l) extrahiert. Die zwei organischen Phasen wurden vereinigt, getrocknet (MgSO₄) und unter Vakuum konzentriert, um ein 4-Hemiphthalatderivat von N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4S-hydroxypiperidin zu ergeben (553 g, 38 % Gesamtausbeute aus Beispiel 6). Beide Produkte wurden unmittelbar in den nächsten Schritten verwendet.
Unter Verwendung derselben Verfahren wurde, wie in Beispielen 6 und 7 kurz dargestellt, N-Benzyloxycarbamoyl-2R-carbomethoxy-4R,S-formyloxypiperidin in N-Benzyloxycarbamoyl-2R-carbomethoxy-4S-formyloxypiperidin und ein 4-Hemiphthalatderivat von N-Benzyloxycarbamoyl-2R-carbomethoxy-4R-hydroxypiperidin aufgetrennt, wobei der einzige Unterschied die Verwendung von Chirazyme L9 anstelle von Lipase AY30 bei der enzymatischen Spaltung darstellt.
Beispiel 8
Herstellung von N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4R-hydroxypiperidin
81 % de von N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4R-formyloxypiperidin (545 g, 1,70 mol) wurde in MeOH (1,5 l) gelöst und K₂CO₃ (23,5 g, 0,17 mol) wurde hinzugefügt. Das Gemisch wurde für 2 h bei Raumtemperatur gerührt, wonach die Reaktion vollständig war. MTBE (5 l) wurde hinzugefügt und die Lösung wurde mit H₂O (3 l) gewaschen. Die organische Phase wurde getrocknet und unter Vakuum konzentriert. Der Rückstand wurde in heißem EtOAc (600 ml) gelöst, gekühlt und Kristallisation wurde durch das Hinzufügen von Heptan (75 ml) ausgelöst. Die erhaltenen Kristalle wurden filtriert und aus EtOAc (850 ml) umkristallisiert, um N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4R-hydroxypiperidin zu ergeben (145,4 g, > 99 % d.e.). Ein weiterer Ausschuss von Kristallen mit identischer Qualität (58,2 g, > 99 % d.e.) wurde aus den Flüssigkeiten erhalten (Gesamtausbeute 41 %).
¹H NMR (400 MHz, d₆-DMSO) 7,37 (5H, m) 5,08, 2H, m) 4,64 (2H, m) 3,90 (1H, br s) 3,70 (1H, dt, J 8,5, 3,5) 3,59 (3H, br s) 3,47–3,27 (1H, br m) 2,19 (1H, m) 1,82 (1H, dd, J 13,5, 6,5) 1,54 (2H, m). GC (von Acetat abgeleitetes Material) ergab Durchlaufzeiten von 28,2 (Nebendiastereomer), 29,0 (Hauptdiastereomer) mit einem Verhältnis von 1 : 220.
Synthese von N-Benzyloxycarbamoyl-2R-carbomethoxy-4S-hydroxypiperidin wurde unter Verwendung desselben Verfahrens ausgeführt und führte zu einem gleichwertigen Produkt. Zur Bestätigung der Stereochemie dieser Verbindung wurde eine Röntgenstruktur verwendet.
Beispiel 9
Herstellung von 2S-Carboxy-4S-hydroxypiperidin
N-Benzyloxycarbamoyl-2S-carbomethoxy-4S-hydroxypiperidin-4-Hemiphthalat (365 g, 0,82 mol) wurde mit 2M HCl (1,5 l) gemischt und unter Rückfluss für 5 Tage erhitzt. Das Gemisch wurde abgekühlt und mit EtOAc (3 × 1 l) extrahiert. Die wässrige Phase wurde unter Vakuum konzentriert, sodass eine trübe Masse zurückblieb (170 g). Diese wurde in H₂O (500 ml) wieder gelöst und die Lösung wurde unter Verwendung von Amberlite IRA-93 neutralisiert. Das Harz wurde filtriert und mit H₂O (1,5 l) gewaschen. Das Filtrat wurde unter Vakuum konzentriert und durch azeotrope Destillation mit Toluol (2 × 500 ml) getrocknet, sodass ein cremiger Rückstand zurückblieb (94,5 g, 79 %, 88 % de).
¹H NMR (400 MHz, D₂O) Hauptdiastereomer 4,21 (1H, m) 3,90 (1H, dd, J 11,5, 3,5) 3,28 (2H, m) 2,20 (1H, m) 1,97–1,84 (3H, m). Nebendiastereomer 3,95 (1H, m) 3,63 (1H, dd, J 13,0, 3,0) 3,47 (1H, ddd, J 13,0, 4,5, 2,5) 3,02 (1H, dt J 13,5, 3,5) 2,47 (1H, m) 2,10 (1H, m), 1,58 (2H, m).
Synthese von 2R-Carboxy-4R-hydroxypiperidin wurde unter Verwendung desselben Verfahrens ausgeführt und führte zu einem gleichwertigen Produkt.

Claims

Kristallines Salz gemäß Formel (1) oder das andere Enantiomer davon, wobei X⁺ ein Kation ist.
Salz nach Anspruch 1, wobei X⁺ ein protoniertes Amin ist.
Salz nach Anspruch 2, wobei das Amin ein primäres Amin ist.
Salz nach Anspruch 3, wobei das primäre Amin Benzylamin ist.
Salz nach Anspruch 3, wobei das primäre Amin Ethylamin ist.
Salz nach Anspruch 2, wobei das Amin ein chirales primäres Amin ist.
Salz nach Anspruch 6, wobei das chirale primäre Amin (S)- oder (R)-α-Methylbenzylamin ist.
Salz nach einem der vorhergehendenden Ansprüche, welches ein diastereomer angereichertes Salz ist.
Salz nach Anspruch 8, wobei das Salz mindestens 60 % da ist.
Salz nach Anspruch 9, wobei das Salz mindestens 80 % da ist.
Salz nach Anspruch 10, wobei das Salz mindestens 95 % da ist.
Verfahren zum Erhöhen der diastereomeren Reinheit eines Salzes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren Kristallisation oder Umkristallisation umfasst.
Verwendung eines Salzes nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Zwischenprodukt für ein chirales Molekülgerüst der Formel (i)
oder ein Alkylester davon, oder das andere Enantiomer davon.
Verfahren zur Herstellung eines enantiomer angereicherten trans-1,4-disubstituierten Pipecolat-Derivates der Formel (2), wobei im Wesentlichen kein entsprechendes cis-Isomer vorliegt, und wobei das Verfahren die selektive Hydrolyse eines Gemisches der diastereomeren Ester (3a) und (3b) umfasst
wobei R¹ H, Alkyl, Alkoxy oder Aryl darstellt, R² H oder Alkyl darstellt und R³ H, Alkyl oder Aryl darstellt, in Gegenwart eines hydrolytischen Enzyms, und wobei die anderen Enantiomere alternativ verwendet werden können.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei auch eine Verbindung der Formel (3a), welche im Wesentlichen kein trans-Isomer (3b) aufweist, erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei R³ H ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei R² H oder eine Salzform davon oder Alkyl, bevorzugt Methyl darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei R¹ Alkoxy, bevorzugt Benzyloxy oder t-Butyloxy darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Enzym AY30 Lipase darstellt, zur Herstellung einer Verbindung der Formel (2) und/oder einer Verbindung der Formel (3a), wobei die absolute Konfiguration eine wie in Anspruch 14 veranschaulichte Konfiguration ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18 zur Herstellung einer Verbindung der Formel (2) und/oder einer Verbindung der Formel (3a), wobei das Enzym Chirazyme L9 ist, und wobei die absolute Konfiguration der in Anspruch 14 veranschaulichten Konfiguration entgegengesetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20 zur Bildung eines Hemiphthalatesters, welches weiter O-Acylieren einer Verbindung (2) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei Verbindung (2) im Gemisch mit Verbindung (3a) vorliegt, und wobei der Hemiphthalatester davon durch Verteilen des Gemisches zwischen einer wässrigen Base und einem nicht mischbaren organischen Lösungsmittel abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22 zur Herstellung der Verbindungen der Formel (a), (b), (c) und (d).