DE602004007114T2

DE602004007114T2 - Enzymatisches verfahren zur stereoselektiven herstellung chemischer verbindungen in fluorkohlenwasserstoff-lösungsmitteln

Info

Publication number: DE602004007114T2
Application number: DE602004007114T
Authority: DE
Inventors: Simon Joseph Saul; Jason Micklefield; Stuart Corr
Original assignee: Ineos Fluor Holdings Ltd
Current assignee: Ineos Fluor Holdings Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: CA2518714A1; WO2004083444A1; EP1604030B1; ES2289497T3; JP2006514833A; AU2004221593A1; ATE365222T1; CA2518714C; US7888105B2; US20070128705A1; AU2004221593B2; GB0306267D0; EP1604030A1; DE602004007114D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer zweiten Verbindung durch katalytische Umwandlung einer ersten Verbindung. Spezieller betrifft die Erfindung ein Verfahren zur stereoselektiven Herstellung einer zweiten Verbindung durch Umsetzung eines Substrats, das eine erste Verbindung umfasst, mit einem Reagens in Gegenwart eines biologischen Katalysators.
Katalysatoren sind Materialien, die so wirken, dass sie die Reaktionsgeschwindigkeiten erhöhen, ohne selbst durch die Reaktion verbraucht zu werden. Enzyme sind natürliche Katalysatoren, die in vielen Fällen ausreichend wirksam sind, um die Reaktions-Aktivierungsenergien bis auf einen Punkt zu vermindern, an dem die Reaktion diffusionslimitiert wird.
Ein herausragendes Merkmal von Enzymkatalysatoren ist die beobachtete Substratspezifität, die die biologische Funktion bestimmt. Einige Enzyme nutzen nur ein biologisches Substrat, und von ihnen wird gesagt, dass sie eine absolute Substratspezifität zeigen. Beispielsweise katalysiert Glucinase den Transfer von Phosphat von ATP auf Glucose, jedoch keinen anderen Zucker. Andere Enzyme zeigen eine sehr viel breite Substratspezifität und sind in der Lage, strukturell verwandte Moleküle zu nutzen, die ihrem natürlichen Substrat häufig unähnlich sind. Von diesen Enzymen wird gesagt, dass sie eine relative Gruppenspezifität aufweisen. Ein Beispiel für diese Art von Enzym ist Candida cylindracea (C. cylindracea)-Lipase, die die Umesterungsreaktion zwischen einer Vielzahl von Acyldonatoren und Acylrezeptoren katalysiert. Zusätzlich zu einer chemischen Spezifität zeigen Enzyme auch eine stereochemische Spezifität.
Die Internation Union of Biochemistry hat Enzyme in sechs Kategorien klassifiziert, und zwar nach dem Reaktionstyp, den sie katalysieren.
Oxidoreduktasen katalysieren Oxidations- und Reduktionsreaktionen. Spezieller katalysieren sie die Oxygenierung von C-H-, C-C- und C=C-Bindungen, und die Entfernung oder Addition von H-Atom-Äquivalenten.
Transferasen katalysieren den Transfer von verschiedenen Gruppen wie Aldehyd-, Keton-, Acyl-, Zucker-, Phosphoryl- oder Methylgruppen.
Hydrolasen katalysieren die Bildung von inter alia, Estern, Amiden, Lactonen, Lactamen, Epoxiden, Nitrilen, Anhydriden und Glycosiden durch Hydrolyse.
Lyasen katalysieren die Addition-Elimination von kleinen Molekülen an C=C-, C=N- und C=O-Bindungen.
Isomerasen katalysieren Isomerisationsreaktionen wie beispielsweise Racemisierungen und Epimerisierung.
Ligasen katalysieren die Knüpfung und Spaltung von C-O-, C-S-, C-N- und C-C-Bindungen mit einer gleichzeitigen Triphosphatspaltung.
In der Natur funktionieren einige Enzyme innerhalb der oder an der Lipidschicht einer Zellmembran. Die Ligasen sind beispielsweise an der Wasser-Lipid-Grenzfläche aktiv. Die Lipidschicht stellt eine nicht-wässrige und nicht-polare Umgebung für das Arbeitsenzym dar.
Enzymkatalysatoren werden auch kommerziell in einer Vielzahl von Prozessen verwendet, um ihre Stereoselektivität zu nutzen. Beispielsweise werden Enzyme der Hydrolase-Klasse (Proteasen und Lipasen) kommerziell für die Trennung von racemischen Mischungen von sekundären Alkoholen und Carbonsäuren verwendet, bei der Umwandlung von prochiralen und centrosymmetrischen Verbindungen in chirale Verbindungen und bei der Desymmetrisierung von Mesoverbindungen. Die Enzyme arbeiten besonders wirksam in nicht-polaren organischen Lösemitteln, beispielsweise Hexan. Die Erhöhung der Polarität des Lösemittels zeigt die Tendenz, eine rasche Desaktivierung des Enzyms zu bewirken und/oder eine stark verminderte Reaktionsgeschwindigkeit.
WO 99/13098 offenbart die Herstellung von Lactonen durch enzymatische Spaltung einer Amidbindung in einer Lösemittelmischung, die Wasser und ein nicht-wässriges Lösemittel wie beispielsweise 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfasst.
WO 98/42687 offenbart die Lipase katalysierte Trennung von Isoxazolin-Triestern in Isoxazolin-Carbonsäuren in einem Lösemittel, das Wasser sein kann oder eine Mischung aus Wasser und verschiedenen organischen Lösemitteln.
Broos J. et al ("Activity and enantioselectivity of serine proteases in transesterification reactions in organic media", Journal of the Chemical Society, Perkin transactions 1: Organic and Bio-organic Chemistry, Vol. 22, 1995, Seiten 2899–2905) beschreiben die Aktivität und Enantioselektivität von Serinproteasen bei Umesterungsreaktionen in organischen Medien.
WO 97/22712 offenbart die enzymatische Trennung von N-Acetyl-(D,L)-4-cyanophenylalaninester unter Verwendung von Subtilisin Carlsberg in einer Mischung von Acetonitril in Wasser.
Kawashiro K. et al ("Effect an organic solvents an Enantioselectivity of protease catalysis", Biotechnolgy and Bioengineering, Vol. 53, No. 1, 5. Januar 1997, Seiten 26–31) offenbaren den Effekt von organischen Lösemitteln auf die Enantioselektivität einer Proteasekatalyse, und zwar unter Verwendung von Tetrachlormethan, Toluol, Butylacetat, Tetrahydrofuran, Acetonitril und Dimethylformamid.
Nishio T et al ("Production of optically active esters and alcohols from racemic alcohols by lipase-catalyzed stereoselective transesterification in non-aqueous reaction system", Journal of Biochemistry, Vol. 105, No. 4, 1989, Seiten 510–512) beschreiben die Lipase-katalysierte Umesterung zwischen Vinylacetat und (RS)-2-Octanol oder (RS)-1-Phenylethanol in Gegenwart oder Abwesenheit von Lösemitteln, zu denen n-Hexan, Benzol, Dichlormethan, Diethylether und Aceton gehören.
Weber H.K. et al ("Watching lipase-catalyzed acylations using 1H NMR: competing hydrolysis of vinyl acetate in dry organic solvents", Tetrahedron: Asymmetry, Vol. 10, No. 14, 16. Juli 1999, Seiten 2635–2638) offenbaren katalysierte Acetylierungen von 1-Phenylethanol mit Vinylacetat in Benzol-d₆.
Lemke K. et al ("Lipase-catalysed Kinetic Resolution of Phenylethan-1,2-diol by Sequential Transesterification – the Influence of the Solvent", Tetrahedron: Asymmetry, Vol. 7, Nr. 4, 1. April 1996, Seiten 971–974) offenbaren die Trennung von Phenylethan-1,2-diol durch sequentielle Acetylierung mit Vinylacetat in Gegenwart von Lipase aus Pseudomonas cepacia, in einer Vielzahl von organischen Lösemitteln.
Lloyd R.C. et al ("Probing the specificity of the S1', leaving group, site of Subtilisin Bacillus lentus using an enzyme-catalyzed transesterification reaction", Tetrahedron: Asymmetry, Vol. 9, Nr. 4, 27. Februar 1998, Seiten 551–61), offenbaren die Subtilisin Bacillus lentus-katalysierte Umesterung zwischen N-Acetyl-L-phenylalanin-vinylester und einem Bereich von Alkoholen in t-Butanol oder Acetonitril.
Gill J. et al. ("Enantioselectivity of lipase-catalysed transesterification of 2-ethyl-1,3-propanediol: comparison of lipases from bacterial, fungal and animal sources", Tetrahedron: Asymmetry, Vol. 8, Nr. 13, 10. Juli 1997, Seiten 2227–2230) offenbaren die Lipase-katalysierte Umesterung von 2-Ethal-1,3-propandiol unter Anwendung eines Bereichs von Lipasen, in Lösemitteln, zu denen Vinylacetat, Ethylacetat, Wasser und Chloroform gehören.
Theil F. et al. (" Kinetic resolution of acyclic 1,2-diols using a sequential lipase-catalyzed transesterification in organic solvents", Journal of Organic Chemistry, Vol. 59, No. 2, 1994, Seiten 388–393) offenbaren die Trennung von 3-(Aryloxy)-1,2-propanediolen unter Anwendung eines Bereichs von Lipasen und eines Bereichs von Lösemitteln, zu denen Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, Diethylether, t-Butylmethylether, Toluol, 3-Methyl-3-pentanol und t-Amylalkohol gehören.
Es wäre wünschenswert, die kommerziellen Enzym-katalysierten Verfahren dadurch zu verbessern, dass man die Reaktionsgeschwindigkeit, die Selektivität und/oder die Umwandlung in Produkte verbessert. Es wäre auch wünschenswert, ein Lösemittel zu verwenden, das in der Lage ist, einen weiten Bereich von Reaktionssubstraten zu lösen, was die Desaktivierung des Enzyms während der Reaktion vermeidet und es gestattet, dass ein gegebenes Enzym über einen großen Bereich von Substraten wirksam verwendet werden kann.
Insbesondere besteht ein Bedürfnis für ein Enzym-katalysiertes Verfahren, das eine erste Verbindung in eine zweite Verbindung wirksamer stereoselektiv umwandeln kann als die bekannten Verfahren, die gegenwärtig kommerziell angewandt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer zweiten Verbindung auf stereoselektive Weise geschaffen, wobei das Verfahren das Umsetzen eines Ausgangsmaterials oder Substrats, das wenigstens eine erste Verbindung umfasst, mit einem Reagens in Gegenwart eines biologischen Katalysators und eines Lösemittels umfasst, das wenigstens einen (Hydro)Fluorkohlenstoff umfasst, das in Gegenwart von Wasser in einer Menge durchgeführt wird, die geringer ist als diejenige, die benötigt wird, damit das Wasser im Reaktionssystem eine separate wässrige Phase bildet.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wandelt die wenigstens eine erste Verbindung, die, beispielsweise, eine archirale Verbindung, eine racemische Mischung von Verbindungen, eine enantiomer reine Substanz, eine Mesoverbindung, eine prochirale Verbindung oder eine centrosymmetrische Verbindung sein kann, in eine spezielle chirale zweite Verbindung oder in Verbindungen auf stereoselektive Weise um. Dar unter verstehen wir, dass die erste(n) Verbindung(en), obwohl sie im Prinzip in der Lage sind, unter Bildung einer Mischung von Stereoisomeren zu reagieren, vorzugsweise oder selektiv unter dem Einfluss des biologischen Katalysators so reagieren, dass sie überwiegend und bevorzugt ausschließlich ein Enantiomer liefern. Insbesondere beziehen wir uns auf ein Verfahren, das ein spezielles Enantiomer überwiegend und vorzugsweise exklusiv liefert. Stärker bevorzugt ist die Umwandlung des Ausgangsmaterials oder Substrats eine solche, dass das gewünschte Enantiomer in einem Enantiomerenüberschuss von mehr als 50 %, stärker bevorzugt von mehr als 70 % und insbesondere von mehr als 90 % gebildet wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann gute Umwandlungen der ersten Verbindung(en) in die zweite(n) Verbindung(en) bei hohen Stereoselektivitäten gewährleisten. Die Umwandlungen und Stereoselektivitäten können besser sein als diejenigen, die in den bekannten kommerziellen Verfahren erhältlich sind, die herkömmliche Kohlenwasserstofflösemittel wie Hexan verwenden. Darüber hinaus kann das Verfahren mit einer schnelleren Geschwindigkeit ablaufen als Verfahren, die in herkömmlichen Kohlenwasserstofflösemitteln durchgeführt werden.
Es wird ferner angenommen, dass das (Hydro)Fluorkohlenstoff-Lösemittel, das in dem vorliegenden Verfahren verwendet wird, zu einem geringeren Abbau des biologischen Katalysators führt als wenn die gleiche Reaktion unter Anwendung von herkömmlichen Kohlenwasserstofflösemitteln wie Hexan durchgeführt wird. Das könnte es seinerseits ermöglichen, ein kontinuierliches Verfahren über eine längere Zeitdauer durchzuführen, bevor der Katalysator ausgetauscht wird, oder könnte in einem ansatzweise durchgeführten Verfahren eine häufigere Wiederverwendung des Katalysators ermöglichen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird in Gegenwart eines Lösemittels durchgeführt, das wenigstens einen (Hydro)Fluorkohlenstoff umfasst. Mit dem Begriff "(Hydro)Fluorkohlenstoff" meinen wir eine Verbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus den Hydrofluorkohlenstoffen und den Perfluorkohlenstoffen. Mit dem Begriff "Hydrofluorkohlenstoff" meinen wir eine Verbindung, die nur Kohlenstoff, Wasserstoff und Fluoratome enthält. Hydrofluorkohlenstofflösemittel sind bevorzugt.
Das Lösemittel befindet sich üblicherweise im flüssigen Zustand, obwohl wir die Verwendung von überkritischen Fluiden nicht ausschließen. Wenn das Lösemittel eine oder mehrere niedrigsiedende Verbindungen umfasst, die bei Raumtemperatur Gase darstellen, kann der erwünschte flüssige Zustand dadurch erhalten werden, dass man das Lösemittel auf eine geeignete niedrige Temperatur abkühlt und/oder an irgendeinem Punkt des Verfahrens überatmosphärischen Drücken aussetzt. Eine oder beide dieser Maßnahmen können angewandt werden entweder bevor oder nachdem das (Hydro)Fluorkohlenstofflösemittel mit dem Substrat, das umgesetzt werden soll, vermischt wird sowie, nötigenfalls, kontinuierlich während des Verfahrens.
Geeignete (Hydro)Fluorkohlenstoffe können ausgewählt werden aus den C_1-10, insbesondere den C_1-5 und insbesondere den C_1-4 (Hydro)Fluorkohlenstoffen.
Bevorzugte Perfluorkohlenstoffe schließen ein Hexafluorethan (R-116) und Octafluorpropan (R-218).
Bevorzugte Hydrofluorkohlenstoffe sind ausgewählt aus den C_1-10-, insbesondere den C_1–5- und speziell den C_1-4-Hydrofluoralkanen. Geeignete C_1-4-Hydrofluoralkane schließen ein Hydrofluormethane, wie beispielsweise Trifluormethan (R-23), Fluormethan (R-41) und Difluormethan (R-32); Hydrofluorethane, wie beispielsweise Pentafluorethan (R-125), 1,1,1-Trifluorethan (R-143a), 1,1,2,2-Tetrafluorethan (R-134), 1,1,1,2-Tetrafluorethan (R-134a) und 1,1-Difluorethan (R-152a); Hydrofluorpropane, wie beispielsweise 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan (R-245fa), 1,1,2,2,3-Pentafluorpropan (R-245ca), 1,1,1,2,3-Pentafluorpropan (R-245eb), 1,1,2,3,3-Pentafluorpropan (R-245ea), 1,1,1,2,3,3-Hexafluorpropan (R-236ea), 1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan (R-236cb), 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan (R-236fa), 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluorpropan (R-227ea) und 1,1,1,2,2,3,3-Heptafluorpropan (R-227ca); und Hydrofluorbutane, wie beispielsweise 1,1,1,3,3-Pentafluorbutan (R-356mfc). Die bevorzugten Hydrofluorkohlenstoffe sind R-32, R-134a, R-134, R-152a, R-143a, R-125, R-245fa, R-236ea und R-227ea, die alle niedrigsiedend sind, was ihre Entfernung aus der Reaktionsmischung am Ende des Verfahrens relativ leicht macht. Von diesen sind R-32 und R-134a besonders bevorzugt, wobei R-134a am stärksten bevorzugt ist.
Gewünschtenfalls können Lösemittel verwendet werden, die Mischungen von zwei oder mehr (Hydro)Fluorkohlenstoffen enthalten.
Das Lösemittel, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, kann zusätzlich zu dem (Hydro)Fluorkohlenstoff auch ein organisches Co-Lösemittel umfassen.
Geeignete Co-Lösemittel schließen, inter alia, fluorfreie und spezielle halogenfreie Verbindungen ein. Geeignete halogenfreie Co-Lösemittel weisen typischerweise einen Siedepunkt von 200°C oder darunter auf, beispielsweise im Bereich von –85 bis 200°C. Die bevorzugten Co-Lösemittel ha ben einen Siedepunkt von 120°C oder darunter, beispielsweise im Bereich von –85 bis 120°C, stärker bevorzugt 100°C oder darunter, beispielsweise im Bereich von –70 bis 100°C, und insbesondere von 10°C oder darunter, beispielsweise im Bereich von –60 bis 10°C. Mischungen von zwei oder mehr Co-Lösemitteln können gewünschtenfalls verwendet werden.
Geeignete Co-Lösemittel können ausgewählt werden aus dem C_2-6-, insbesondere den C_2-4-Kohlenstoffwasserverbindungen, worunter wir Verbindungen verstehen, die nur Kohlenstoff- und Wasserstoffatome enthalten. Geeignete Kohlenwasserstoffe schließen ein die Alkane und die Cycloalkane, wobei Alkane wie Ethan, n-Propan, i-Propan, n-Butan, i-Butan und n-Pentan bevorzugt sind.
Andere geeignete Co-Lösemittel schließen ein Kohlenwasserstoffether, worunter wir Verbindungen verstehen, die die Formel R¹-O-R² aufweisen, worin R¹ und R² unabhängig voneinander Kohlenwasserstoffgruppen sind, die nur Kohlenstoff- und Wasserstoffatome, wie beispielsweise C_1-6- und insbesondere C_1-3-Alkylgruppen enthalten. Geeignete Dialkylether schließen ein Dimethylether, Methylethylether und Diethylether.
Noch andere geeignete Co-Lösemittel können ausgewählt werden aus den Amiden, Sulfoxiden, Alkoholen, Ketonen, Carbonsäuren, Carbonsäurederivaten, anorganischen Säuren und Nitroverbindungen.
Geeignete Amid-Co-Lösemittel schließen ein die N,N'-Dialkylamide und Alkylamide, z.B. Dimethylformamid und Formamid.
Geeignete Sulfoxid-Co-Lösemittel schließen ein die Dialkylsulfoxide, z.B. Dimethylsulfoxid. Geeignete Alkohol-Co- Lösemittel schließen ein die aliphatischen Alkohole, insbesondere die Alkanole. Geeignete Alkanole können ausgewählt werden aus den C_1-6-, insbesondere den C_1-3-Alkanolen wie beispielsweise Methanol, Ethanol, 1-Propanol und 2-Propanol.
Geeignete Keton-Co-Lösemittel schließen die aliphatischen Ketone, insbesondere die Dialkylketone wie Aceton.
Geeignete Cabonsäure-Co-Lösemittel schließen ein Ameisensäure und Essigsäure.
Geeignete Carbonsäurederivate zur Verwendung als Co-Lösemittel schließen ein die Anhydride, z.B. Acetanhydrid, und die C_1-6 insbesondere die C_1-3-Alkylester von C_1-6, insbesondere C_1-3-Alkansäuren, z.B. Ethylacetat.
Geeignete Nitroverbindungen zur Verwendung als Co-Lösemittel schließen ein die Nitroalkane und Nitroarylverbindungen, z.B. Nitromethan und Nitrobenzol.
Obwohl das nicht bevorzugt ist, umfassen dann, wenn ein organisches Co-Lösemittel verwendet wird, die Lösemittelmischungen typischerweise von 80,0 bis 99,0 Gew.-% des (Hydro)Fluorkohlenstoffs und von 1 bis 20 Gew.-% des Co-Lösemittels. Vorzugsweise umfasst die Lösemittelmischung von 90,0 bis 99,0 Gew.-% des (Hydro)Fluorkohlenstoffs und von 1 bis 10,0 Gew.-% des Co-Lösemittels. Je stärker die Polarität des Co-Lösemittels ansteigt, desto mehr ist es im Allgemeinen erwünscht, weniger des Co-Lösemittels zu verwenden, um Probleme mit einer Desaktivierung des Enzyms zu vermeiden.
Da Wasser für eine ordnungsgemäße Funktion der meisten Enzyme erforderlich ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren typischerweise in Gegenwart einer wenigstens geringen Menge von Wasser durchgeführt. Die Menge an Wasser, die verwendet wird, ist jedoch eine solche, dass das Wasser keine separate Phase in dem Reaktionssystem ausbildet. Der Grund dafür ist, dass ein Ziel des vorliegenden Verfahrens darin besteht, die Enzymfunktion in einer Umgebung zu haben, die überwiegend aus dem (Hydro)Fluorkohlenstofflösemittel zusammengesetzt ist. Die Menge an Wasser wird unterhalb des Sättigungsgrades des Lösemittels, das verwendet wird, gehalten. Stärker bevorzugt wird die Reaktion in Gegenwart von weniger als 1 Gew.-% Wasser durchgeführt, bezogen auf das Gesamtgewicht des Lösemittels.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Gegenwart eines biologischen Katalysators durchgeführt. Unter einem "biologischen Katalysator" verstehen wir einen Katalysator, der in biologischen Geweben oder Systemen angetroffen wird. Spezielle biologische Katalysatoren für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die Enzyme und Abzyme. Der biologische Katalysator muss, selbstverständlich, in der Lage sein, eine stereoselektive Umwandlung des Substrats in die zweite Verbindung zu katalysieren.
Typischerweise wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung in Gegenwart eines einzigen Katalysators durchgeführt, obwohl wir die Möglichkeit der Verwendung von Katalysatormischungen nicht ausschließen.
Geeignete Enzyme zur Verwendung in dem vorliegenden Verfahren können aus irgendwelchen der sechs Enzymklassen ausgewählt werden, die weiter oben identifiziert wurden.
Die Enzyme können in dem Sinne diskret sein, dass sie aus dem biologischen Gewebe isoliert wurden, in dem sie norma lerweise zu finden sind, oder durch Überexpression in einem Wirtsorganismus produziert wurden. Diese diskreten Enzyme können so verwendet werden wie sie sind oder sie können unter Anwendung von Standard-Literaturverfahren lyophilisiert werden, z.B. wie beschrieben wird in Fitzpatrick, P.A., Klibanov, A.M., J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 3166. Wir haben jedoch gefunden, dass wenigstens einige Enzyme in der Lage sind, in einem (Hydro)Fluorkohlenstofflösemittel genauso wirksam auch ohne vorhergehende Lyophilisierung zu funktionieren, weshalb sie die Möglichkeit bieten, einen erheblichen Verfahrensschritt zu vermeiden.
Die Enzyme, lyophilisiert oder nicht, sind üblicherweise unter Anwendung von Standard-Literaturverfahren immobilisiert. Beispielsweise kann das Enzym auf einer festen, unlöslichen Matrix immobilisiert sein, beispielsweise durch physikalische Absorption oder Bindung. Geeignete Matrices schließen inter alia, Glas, Diatomeenerde, Kieselsäure und organische Polymere wie Polystyrol- und Polyacrylat-Homopolymere und Copolymere ein.
Alternativ können die Enzyme Teil einer gesamten Zellkultur sein, wie beispielsweise einer lebenden Zellkultur, z.B. Lactobacillus acidophilus, einer ruhenden Zellkultur, z.B. getrockneter Bäckerhefe, die durch warmes Wasser aktiviert werden kann, oder einer nicht-lebensfähigen Zellkultur, die das Enzym und den oder die benötigten Cofaktoren(en) enthält, z.B. tote Hefe. Die gesamte Zellkultur, die das Enzym enthält, ist üblicherweise an einer festen, unlöslichen Matrix immobilisiert, beispielsweise durch physikalische Adsorption oder Bindung, unter Anwendung von Standard-Literaturverfahren. Die oben diskutierten Matrices können für diesen Zweck verwendet werden.
Bevorzugte Enzyme zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren schließen diejenigen der Hydrolase-Kategorie ein. Spezielle Enzyme sind die Proteasen, wie beispielsweise Subtisilin carlsberg und Subtilisin BPN, die Lipasen, wie beispielsweise Porcine Pankreas-Lipase, Candida antarctica B-Lipase und Pseudomonas cepacia-Lipase, sowie die Glycosidasen wie α- und β-Galactosidase aus Aspergillus oryzea.
Abzyme sind katalytische Antikörper, d.h. Antikörper, die in der Lage sind, spezifische chemische Reaktionen zu katalysieren. Ein geeignetes Abzym kann der Aldolase-Antikörper 38C2 sein.
Die Abzyme können lyophilisiert und/oder immobilisiert sein, wie weiter oben in Beziehung auf die Enzyme diskutiert wurde.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Allgemeinen bei einer Temperatur durchgeführt, die eine annehmbare Reaktionsgeschwindigkeit gewährleistet sowie eine Komponentenlöslichkeit und die einen erheblichen Abbau des biologischen Katalysators, der ersten Verbindung(en) und der zweiten Verbindung(en) vermeidet. Typischerweise wird das Verfahren bei einer Temperatur im Bereich von –60 bis 120°C durchgeführt, vorzugsweise im Bereich von –30 bis 80°C und insbesondere im Bereich von 0 bis 60°C, beispielsweise bei etwa 20°C.
Das Verfahren kann bei atmosphärischen, unter atmosphärischen oder überatmosphärischen Drücken durchgeführt werden. Der genaue Betriebsdruck hängt, inter alia, ab von dem verwendeten Lösemittel, insbesondere dessen Siedepunkt. Bevorzugte Betriebsdrücke liegen im Bereich von 10 bis 20.000 kPa (0,1 bis 200 bar), stärker bevorzugt im Bereich von 50 bis 3.000 kPa (0,5 bis 30 bar) und insbesondere im Bereich von 100 bis 1.500 kPa (1 bis 15 bar).
Das Gewichtsverhältnis des (Hydro)Fluorkohlenstofflösemittels zu dem Substrat, das umgesetzt werden soll, liegt vorzugsweise im Bereich von 1:1 bis 1000:1, stärker bevorzugt im Bereich von 1:1 bis 500:1 und insbesondere im Bereich von 1:1 bis 10:1. Der biologische Katalysator wird typischerweise in sehr geringen Mengen verwendet, beispielsweise in der Größenordnung von 10^–3 bis 10^–4 mol % Katalysator, bezogen auf das Substrat. Die genaue Menge hängt von der Aktivität des Enzyms ab.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Nutzen auf verschiedene stereoselektive Umwandlungen angewandt werden. Es ist besonders nützlich zur Herstellung von Verbindungen, die als Zwischenstufen bei der Herstellung von pharmazeutischen Verbindungen verwendet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet, eine racemische Mischung oder racemische Modifikation dadurch zu trennen, dass man die Mischung mit einem Reagens in Gegenwart des biologischen Katalysators und von (Hydro)Fluorkohlenstofflösemittel reagieren lässt, so dass vorzugsweise oder selektiv eines der Enantiomeren, die die Mischung bilden, reagiert, so dass eine neue Enantiomerverbindung gebildet wird, während das andere Enantiomere weitgehend oder völlig unumgesetzt zurückbleibt.
Entsprechend wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Trennung einer racemischen Mischung geschaffen, wobei das Verfahren die Umsetzung dieser Mischung mit einem Reagens in der Gegenwart eines biologischen Katalysators und eines Lösemittels umfasst, das wenigstens einen (Hydro)Fluorkohlenstoff umfasst, so dass vorzugsweise oder selektiv eines der Enantiomeren, die die racemische Mischung bilden, in eine neue enantiomere Verbindung umgewandelt wird.
Die racemische Mischung, die gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung getrennt wird, kann sein eine racemische Mischung von R- und S-Alkoholen, R- und S-Carbonsäuren oder Estern, R- und S-Aminosäureestern, R- und S-Aminen, R- und S-Thiolen oder R- und S-Amiden. Vorzugsweise ist es eine Mischung von R- und S-Aminosäureestern. Diese spezielle Trennung wird bewirkt, indem man vorzugsweise oder selektiv eine funktionelle Gruppe, die an den bzw. an die chirale(n) Kohlenstoffe(n) entweder des R- oder S-Enantiomers angefügt sind, umwandelt. Der biologische Katalysator ist vorzugsweise ein Enzym.
Bei einer speziellen Ausführungsform wird das Verfahren angewandt, um die racemischen N-P-dl-Phenylalaninalkylester zu trennen, worin P für eine Schutzgruppe steht, und zwar durch eine Umesterungsreaktion, bei der die Alkoxygruppe entweder des R- oder S-Enantiomers bevorzugt und vorzugsweise selektiv durch Reaktion mit einem Alkanol ausgetauscht wird, der eine andere Alkoxygruppe liefert. Gewöhnlich ist es das S-Enantiomer, das in die Umesterungsreaktion eintritt. Die bevorzugten Schutzgruppen sind Acetyl und Trifluoracetyl, und der bevorzugte Alkylester ist der Propylester, so dass die bevorzugten racemischen Mischungen die N-Acetyl-dl-Phenylalaninpropylester und die N-Trifluoracetyl-dl-Phenylalaninpropylester sind. Der bevorzugte Alkohol ist Methanol. Der biologische Katalysator ist vorzugsweise ein Enzym, stärker bevorzugt eine Protease und noch stärker bevorzugt Subtilisin carlsberg.
Das Molverhältnis des N-P-dl-Phenylalaninalkylesters zu dem Alkanol liegt vorzugsweise im Bereich von 1:0,1 bis 1:100, stärker bevorzugt im Bereich von 1:1 bis 1:50 und insbesondere im Bereich von 1:1 bis 1:10.
Die Reaktionszeit liegt typischerweise im Bereich von 0,1 bis 48 Stunden, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 36 Stunden und insbesondere im Bereich von 1 bis 24 Stunden.
Die vorzugsweise/selektive Umesterung des R- oder S-Enantiomers (normalerweise des S-Enantiomers) des racemischen N-Pdl-Phenylalaninalkylesters ist so, dass das gewünschte Enantiomer typischerweise mit einem Enantiomerenüberschuss von mehr als 50 % gebildet wird, vorzugsweise von mehr als 70 % und insbesondere von mehr als 90 %, z.B. 100 %.
Die Trennung des racemischen N-Acetyl-dl-phenylalaninpropylesters unter Verwendung von Methanol und unter Annahme eines 100 %igen Enantiomerenüberschusses des S-Enantiomers wird in Gleichung (1) gezeigt.
Gleichung (1)
Die Trennung des N-Trifluoracetyl-dl-phenylalaninpropylesters unter Verwendung von Methanol (wiederum unter der Annahme, dass das S-Enantiomer in 100 % Enantiomerenüberschuss gebildet wird) würde analog ablaufen.
Bei einer anderen Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet, um racemisches 1-Phenylethanol durch eine Umesterungsreaktion zu trennen, bei der die OH-Gruppe von entweder dem R- oder S-Enantiomer bevorzugt und vorzugsweise selektiv durch Reaktion mit einem Reagens ausgetauscht wird. Das Reagens, das verwendet wird, ist vorzugsweise ein Acyldonor, z.B. ein Enolester wie ein Vinyl- oder Isopropenylalkanoat oder ein Alkoxyenolester. Das bevorzugte Reagens ist Vinylacetat. Gewöhnlich ist es das R-Enantiomer, das der Umesterung unterliegt. Der biologische Katalysator ist vorzugsweise eine Lipase, beispielsweise Candida antarctica B Lipase.
Das Molverhältnis des 1-Phenylethanols zu dem Acyldonor liegt vorzugsweise im Bereich von 1:0,1 bis 1:100, stärker bevorzugt im Bereich von 1:1 bis 1:50, beispielweise bei 1:20.
Die Reaktionszeit liegt typischerweise im Bereich von 0,1 bis 48 Stunden, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 36 Stunden und insbesondere im Bereich von 1 bis 24 Stunden.
Die bevorzugte/selektive Umesterung des R- oder S-Enantiomers (normalerweise des R-Enantiomers) des racemischen 1-Phenylethanols ist so, dass das gewünschte Enantiomer typischerweise in einem Enantiomerenüberschuss von mehr als 50 %, vorzugsweise von mehr als 70 % und insbesondere von mehr als 90 %, z.B. von 100%, gebildet wird.
Die Trennung des racemischen 1-Phenylethanols unter Verwendung von Vinylacetat und unter Annahme eines 100 %igen Enantiomerenüberschusses des R-Enantiomers ist in Gleichung (2) gezeigt.
Gleichung (2)
Bei einer anderen Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet, um ein spezielles Enantiomer bevorzugt und beispielsweise selektiv aus einer Mesoverbindung herzustellen, indem man die Mesoverbindung mit einem Reagens in Gegenwart des biologischen Katalysators und eines Lösemittels umsetzt, das wenigstens einen (Hydro)Fluorkohlenstoff umfasst, wobei das Verfahren in Gegenwart von Wasser in einer Menge durchgeführt wird, die geringer ist als diejenige, die benötigt wird, damit das Wasser eine separate wässrige Phase in dem Reaktionssystem bildet. Die Reaktion dieser Mesoverbindung wird auch als Desymmetrisierung bezeichnet, da die Mesoverbindung, die deshalb symmetrisch ist, weil sie ihrem Spiegelbild überlagert werden kann, in ein enantiomeres Produkt umgewandelt wird. Ein Enantiomer kann natürlich seinem Spiegelbild nicht überlagert werden.
Demgemäß wird durch die Vorliegende Erfindung gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung eines speziellen Enantiomers bevorzugt oder selektiv aus einer Mesoverbindung bereitgestellt, wobei das Verfahren die Umsetzung der Mesoverbindung mit einem Reagens in Gegenwart eines biologischen Katalysators und eines Lösemittels um fasst, das wenigstens einen (Hydro)Fluorkohlenstoff umfasst, wobei das Verfahren in Gegenwart von Wasser in einer Menge durchgeführt wird, die geringer ist als diejenige, die benötigt wird, damit das Wassers eine separate wässrige Schicht in dem Reaktionssystem bildet.
Das Verfahren wird durchgeführt, indem man bevorzugt oder selektiv eine funktionelle Gruppe, die an eines der chiralen Kohlenstoffatome angefügt ist, bevorzugt oder selektiv ersetzt oder umwandelt.
Die Mesoverbindung ist bevorzugt cis-4-Cyclopenten-1,3-diol, und das Reagens, das verwendet wird, ist vorzugsweise ein Acyldonor, z.B. ein Enolester, wie ein Vinyl- oder Isopropenylalkanoat, oder ein Alkoxyenolester. Das bevorzugte Reagens ist Vinylacetat. Es können jedoch auch andere Mesoverbindungen und andere Reagenzien verwendet werden.
Der biologische Katalysator ist vorzugsweise ein Enzym, und wenn die Mesoverbindung cis-4-Cyclopenten-1,3-diol ist, ist das Enzym vorzugsweise eine Lipase und stärker bevorzugt Porcine Pankreas-Lipase, Candida antarctica B-Lipase oder Pseudomonas cepacia-Lipase.
Die Reaktion kann in Gegenwart eines gehinderten Amins, insbesondere eines tertiären Amins, wie Triethylamin, durchgeführt werden. Die Anwesenheit des Amins kann zu schnelleren Reaktionsgeschwindigkeiten und höheren Umwandlungen beitragen. Das Weglassen des Amins kann jedoch zu einer einfacheren Reinigung der rohen Reaktionsmischung stromab führen.
Die Reaktion von meso-cis-4-Cyclopenten-1,3-diol mit Vinylacetat läuft so ab wie in Gleichung (3) gezeigt ist.
Gleichung (3)
Es wird angenommen, dass das Verfahren in zwei Stufen abläuft. Die erste Stufe ist die stereoselektive Bildung des enantiomeren Mono-Acetatprodukts, d.h. (1R, 3S)-(+)-4-Cyclopenten-1,3-diol-1-acetat (a), (1S, 3R)-(–)-4-Cyclopenten-1,3-diol-1-acetat (b) oder eine Mischung der Enantiomeren (a) und (b), wobei eines der Enantiomeren im Überschuss vorliegt. Wenn als Enzym Porcine Pankreas-Lipase, Candida antarctica B-Lipase oder Pseudomonas cepacia-Lipase verwendet wird, neigt Enantiomer (b) dazu, vorzugsweise und häufig exklusiv gebildet zu werden.
In der zweiten Stufe wandelt sich das Mono-Acetat (a) und/oder (b) weiter unter Bildung des Diacetats cis-4-Cyclopenten-1,3-diacetat durch Reaktion mit einem weiteren Molekül des Vinylacetats um. Das Diacetat ist natürlich eine weitere Mesoverbindung. Beide der Mono-Acetatprodukte sind Schlüssel-Ausgangsmaterialien bei der Synthese von Prostaglandinen, Prostacyclinen und Thromboxanen.
Das Mol-Verhältnis des cis-4-Cyclopenten-1,3-diols zu dem Vinylacetat liegt vorzugsweise im Bereich von 1:0,1 bis 1:100, stärker bevorzugt im Bereich von 1:1 bis 1:50 und insbesondere im Bereich von 1:1 bis 1:20.
Die Reaktionszeit liegt typischerweise im Bereich von 0,1 bis 48 Stunden, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 36 Stunden und insbesondere im Bereich von 1 bis 24 Stunden.
Die Reaktion des cis-4-Cyclopenten-1,3-diols mit dem Vinylacetat läuft normalerweise so ab, dass das vorzugsweise/selektiv gebildete Enantiomer (normalerweise (1S, 3R)(–)4-Cyclopenten-1,3-diol-1-acetat) in einem Enantiomerenüberschuss von mehr als 50 %, stärker bevorzugt von mehr als 70 % und insbesondere von mehr als 90 %, z.B. von 100 %, gebildet wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet, ein spezielles Enantiomer bevorzugt und vorzugsweise selektiv aus einer prochiralen Verbindung durch Umsetzung der prochiralen Verbindung mit einem Reagens in Gegenwart des biologischen Katalysators und eines (Hydro)Fluorkohlenstofflösemittels herzustellen, wobei das Verfahren in Gegenwart von Wasser in einer Menge durchgeführt wird, die geringer ist als diejenige, die benötigt wird, damit das Wasser eine separate wässrige Schicht in dem Reaktionssystem bildet. Die Reaktion der prochiralen Verbindung wird auch als Desymmetrisierung bezeichnet, weil ein optisch inaktiver Vorläufer in ein weniger symmetrisches optisch aktives Produkt umgewandelt wird.
Demgemäß wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines speziellen Enantiomers bevorzugt oder selektiv aus einer prochiralen Verbindung geschaffen, wobei das Verfahren die Umsetzung der prochiralen Verbindung mit einem Reagens in Gegenwart eines biologischen Katalysators und eines Lösemittels umfasst, das wenigstens einen (Hydro)Fluorkohlenstoff umfasst, wobei das Verfahren in Gegenwart von Wasser in einer solchen Menge durchgeführt wird, die geringer ist als diejenige, die benötigt wird, damit das Wasser eine separate wässrige Schicht in dem Reaktionssystem bildet.
Das Verfahren wird durchgeführt, indem man bevorzugt oder selektiv wenigstens ein achirales Kohlenstoffatom in ein chirales Kohlenstoffatom mit vier unterschiedlichen funktionellen Gruppen um das chirale Zentrum umwandelt.
Die prochirale Verbindung ist vorzugsweise 2-Ethylpropan-1,3-diol, und das Reagens, das verwendet wird, ist vorzugsweise ein Acyldonor, z.B. ein Enolester, wie beispielsweise ein Vinyl- oder Isopropenylalkanoat, oder ein Alkoxyenolester. Das bevorzugte Reagens ist Vinylacetat. Es können jedoch auch andere prochirale Verbindungen und andere Reagenzien verwendet werden.
Der biologische Katalysator ist vorzugsweise ein Enzym, und wenn die prochirale Verbindung 2-Ethylpropan-1,3-diol ist, ist das Enzym vorzugsweise eine Lipase und stärker bevorzugt Pseudomonas cepacia-Lipase.
Die Reaktion von 2-Ethylpropan-1,3-diol mit Vinylacetat läuft ab, wie in Gleichung (4) gezeigt ist.
Gleichung (4)
Wie in Gleichung (4) gezeigt ist, wird das prochirale 2-Ethylpropan-1,3-diol zuerst in die Mono-Acetat-Verbindung 1-Hydroxy-3-acetoxy-2-ethylpropan umgewandelt. Diese Umwandlung kann zu der Bildung des R- oder S-Enantiomers exklusiv führen oder kann zur Bildung einer Mischung der beiden Enantiomeren führen, wobei eines der beiden dominiert. Wenn Pseudomonas cepacia-Lipase als Enzym verwendet wird, neigt das R-Enantiomer dazu, bevorzugt und häufig exklusiv gebildet zu werden.
Danach kann das Mono-Acetat weiter unter Bildung des Diacetats 2-Ethylpropan-1,3-diacetat umgewandelt werden, durch Reaktion mit einem weiteren Molekül des Vinylacetats. Das Diacetat ist natürlich ebenfalls prochiral.
Beide Mono-Acetatprodukte sind Schlüssel-Aufbaublöcke bei der Synthese von Platelet-Activating Factor (wie beschrieben ist in Faber, K., Biotransformations in Organic Chemistry, Springer-Verlag, 1997).
Das Mol-Verhältnis des 2-Ethylpropan-1,3-diols zu dem Vinylacetat liegt vorzugsweise im Bereich von 1:0,1 bis 1:100, stärker bevorzugt im Bereich von 1:1 bis 1:50 und insbesondere im Bereich von 1:1 bis 1:10.
Die Reaktionszeit liegt typischerweise im Bereich von 0,1 bis 48 Stunden, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 36 Stunden und insbesondere im Bereich von 1 bis 24 Stunden.
Die Reaktion des 2-Ethylpropan-1,3-diols mit dem Vinylacetat läuft normalerweise so ab, dass das Enantiomer, das bevorzugt/selektiv gebildet wird (normalerweise das R-Enantiomer) in einem Enantiomerenüberschuss von mehr als 50 %, stärker bevorzugt von mehr als 70 % und insbesondere von mehr als 90 %, z.B. 100 %, gebildet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann im ansatzweisen Betrieb oder kontinuierlich durchgeführt werden. Wenn ein (Hydro) Fluorkohlenstofflösemittel verwendet wird, das einen Siedepunkt unter Umgebungstemperatur aufweist, ist der Reaktionsbehälter typischerweise ein Druckbehälter, der in der Lage ist, den erhöhten Drücken zu widerstehen.
Bei dem ansatzweisen Verfahren wird das (Hydro)Fluorkohlenstofflösemittel am Ende des Verfahrens entfernt, beispielsweise durch Entspannungsverdampfung, wenn der (Hydro)Fluorkohlenstoff bei Umgebungstemperaturen ein Gas ist, oder durch Destillation, um eine rohe Reaktionsmischung zu gewinnen, die dann erforderlichenfalls gereinigt werden kann, um die gewünschte(n) zweite(n) Verbindung(en) zu isolieren.
Bei einem kontinuierlichen Verfahren wird ein Reaktantenstrom, der das (Hydro)Fluorkohlenstofflösemittel und die Recktanten umfasst, kontinuierlich durch einen Reaktionsbehälter gefördert, der den Katalysator enthält. Typischerweise wird der Reaktantenstrom über ein Bett eines immobilisierten Katalysators geleitet. Die rohe Reaktionsmischung, die den Reaktionsbehälter verlässt, wird dann behandelt, z.B. in einem Lösemittelverdampfer, um das (Hydro)Fluorkohlenstofflösemittel zu entfernen und eine oder mehrere gewünschte zweite Verbindungen zu gewinnen, die sich in dem Verfahren gebildet haben. Das (Hydro)Fluorkohlenstofflösemittel, das entfernt wurde, kann gewünschtenfalls kondensiert und zurückgeführt werden, um die erforderlichen Lösemittelbestände minimal zu machen. Nichtumgesetztes Ausgangsmaterial kann ebenfalls zurückgeführt werden, wenn es gewünscht wird.
Wenn Lösemittel wiederverwendet werden soll, umfasst ein geeignetes Wiedergewinnungssystem für niedrigsiedende Lösemittel, worunter wir Lösemittel verstehen, die einen Siedepunkt von 25°C oder darunter aufweisen, z.B. von 0°C oder darunter, einen Verdampfer, in den die rohe Reaktionsmischung, die aus dem Prozess erhalten wird, geleitet wird, einen Kompressor zum Komprimieren des in dem Verdampfer erzeugten Dampfes sowie einen Kondensator zum Abkühlen des komprimierten Dampfes, der aus dem Kompressor erhalten wird. Das Lösemittel wird aus der rohen Reaktionsmischung im Verdampfer durch Entspannungsverdampfung entfernt, die durch die Saugwirkung aus dem Kompressor ausgelöst wird, und der Lösemitteldampf, der auf diese Weise erzeugt wurde, gelangt dann zu dem Kompressor, der ein Diaphragma-Kompressor sein kann, wo er komprimiert wird. Aus dem Kompressor gelangt der Lösemitteldampf zu dem Kondensator, wo er abgekühlt wird und in die flüssige Form zurückkehrt, um das Verfahren wieder zu beschicken oder ggf. in einen Lösemittelbehälter, der das Lösemittel an das Verfahren liefert. Der Kondensator, der die Form einer Rohrwendel aufweisen kann, kann innerhalb des Verdampfers angeordnet werden, so dass die latente Kondensationswärme wenigstens einen Teil der Energie liefert, die zum Verdampfen des Lösemittels benötigt wird.
Ein weiteres geeignetes Wiedergewinnungssystem für niedrigsiedende Lösemittel umfasst einen Lösemittel-Wiedergewinnungskreis, der einen Verdampfer umfasst, in den die Reaktionsmischung, die aus dem Verfahren erhalten wird, geleitet wird, und in dem das Lösemittel verdampft wird sowie einen Kondensator, in dem der Dampf, der aus dem Verdampfer erhalten wird, abgekühlt wird und in die flüssige Form zurückgeführt wird, um wieder in dem Verfahren eingesetzt zu werden oder ggf. in einen Lösemittelbehälter überführt wird, der Lösemittel an das Verfahren liefert. Das Erhitzen des Verdampfers und das Kühlen des Kondensators kann unabhängig voneinander durchgeführt werden, bei einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch ein externes Wärmepumpensystem dazu verwendet, sowohl den Verdampfer zu erhitzen als auch den Kondensator zu kühlen. Das externe Wärmepumpensystem umfasst einen Verdampfern, einen Kompressor, einen Kondensator und ein Expansionsventil, die nacheinander in einem Kreis angeordnet sind, durch die man ein Wärmeübertragungsfluid strömen lässt. Der Verdampfer des externen Wärmepumpensystems, der die Form einer Rohrwendel aufweisen kann, ist innerhalb oder auf dem Umfang des Kondensators des Lösemittel-Wiedergewinnungskreises angeordnet, so dass die Verdampfung des Wärmeübertragungsfluids in dem Verdampfer den Kondensator abkühlt und für die Kondensation des Lösemitteldampfes sorgt, der durch den Lösemittel-Wiedergewinnungskreis strömt. Der Dampf, der in dem Verdampfer des externen Wärmepumpensystems erzeugt wird, wird dann komprimiert und gelangt in den Kondensator, wo er kondensiert und wärme abgibt. Der Kondensator des externen Wärmepumpensystems, der ebenfalls die Form einer Rohrwendel aufweisen kann, ist innerhalb oder um die Außenseite des Verdampfers des Lösemittel-Wiedergewinnungskreises angeordnet, so dass die latente Wärme der Kondensation, die mit der Kondensation des Wärmeübertragungsfluids verknüpft ist, die Wärme liefert, die benötigt wird, um das Lösemittel zu verdampfen, das durch den Lösemittel-Wiedergewinnungskreis hindurchtritt. Das kondensierte Wärmeübertragungsfluid wird dann durch ein Expansionsventil in den Verdampfer zurückgeführt, wodurch der Kreislauf des externen Wärmepumpensystems vervollständigt wird.
Als eine Alternative zu einem externen Wärmepumpensystem kann ein externes zirkulierendes Wärmeübertragungsfluid ver wendet werden, um die Wärme der Lösemittelkondensation dem Verdampferbehälter zuzuführen, um Wärme zur Lösemittelverdampfung zu liefern.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren abgeschlossen ist, kann die rohe Reaktionsmischung einer Reinigungsstufe unterzogen werden, um das gewünschte Produkt zu isolieren. Das reine Produkt kann dann einer oder mehreren weiteren Synthesestufen unterzogen werden, beispielsweise um eine pharmazeutische Verbindung zu liefern. Alternativ kann die rohe Reaktionsmischung direkt in einer weiteren Synthese verwendet werden. Geeignete Reinigungstechniken schließen diejenigen ein, die in der chemischen Synthese routinemäßig angewandt werden, wie Chromatographie, Kristallisation und Destillation.
In den Figuren:
1 ist eine Kurve für den zeitlichen Verlauf der Reaktionen, die in Beispiel 6 untersucht wurden.
2 ist eine Kurve des zeitlichen Verlaufs der Pseudomonas cepacia-katalysierten Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol in R-134a, wie sie in Beispiel 7 untersucht wurde.
3 ist eine Kurve des zeitlichen Verlaufs der Pseudomonas cepacia-katalysierten Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol in R-32, wie sie in Beispiel 7 untersucht wurde.
4 ist eine Kurve des zeitlichen Verlaufs der Pseudomonas cepacia-katalysierten Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol in R-227ea, wie sie in Beispiel 7 untersucht wurde.
5 ist eine Kurve des zeitlichen Verlaufs für die Pseudomonas cepacia-katalysierte Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol in THF-Et₃N, wie sie in Beispiel 7 untersucht wurde.
6 ist eine Kurve des zeitlichen Verlaufs der Novozym 435-katalysierten Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol in R-134a, wie sie in Beispiel 7 untersucht wurde.
7 ist eine Kurve des zeitlichen Verlaufs der Novozym 435-katalysierten Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol in R-32, wie sie in Beispiel 7 untersucht wurde.
8 ist eine Kurve des zeitlichen Verlaufs der Novozym 435-katalysierten Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol in R-227ea, wie sie in Beispiel 7 untersucht wurde.
9 ist eine Kurve des zeitlichen Verlaufs der Novozym 435-katalysierten Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol in THF-Et₃N, wie sie in Beispiel 7 untersucht wurde.
10 ist eine Kurve des zeitlichen Verlaufs der Pseudomonas cepacia-katalysierten Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol in allen vier Lösemitteln, die in Beispiel 7 verwendet wurden, die den Verbrauch des Diols zeigt.
11 ist eine Kurve des zeitlichen Verlaufs der Novozym 435-katalysierten Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol in allen vier Lösemitteln, die in Beispiel 7 verwendet wurden, die den Verbrauch des Diols zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr durch die folgenden Beispiele illustriert, jedoch nicht eingeschränkt.
Allgemeine Arbeitsweisen
Herstellung von N-Trifluoracetyl-dl-Phenylalaninpropylester
Der racemische N-Trifluoracetyl-dl-Phenylalaninpropylester wurde unter Anwendung des Verfahrens hergestellt, das beschrieben wird von Curphey, T. J., J. Org. Chem. 1979, 44, 2805–2807, und zwar wie folgt:
Einem ofengetrockneten Kolben wurde Phenylalanin zugesetzt. Der Kolben wurde dann mit N₂ -Gas und DMF (Lösemittel) gespült, und es wurden Diisopropylethylamin (1 Äquivalent) und Ethyltrifluoracetat (1,25 Äquivalente) zugesetzt. Man ließ die Lösung bei 50°C 17 Stunden rühren, und dann wurde Propyliodid zugesetzt (1,25 Äquivalente). Man ließ die Lösung weitere 72 Stunden rühren. Das Rohprodukt wurde reextrahiert und durch Säulenchromatographie unter Anwendung einer Gradientenelution isoliert. Beginnend mit 400 ml Hexan wurde die Polarität allmählich dadurch erhöht, dass man 300 ml 9:1 Hexan:Ethylacetat, dann 300 ml 4:1 Hexan:Ethylacetat, dann 200 ml 3,5:1 Hexan:Ethylacetat und schließlich 200 ml 2:1 Hexan:Ethylacetat verwendete. Die isolierte Ausbeute betrug 4,17 g, 28 %. Das isolierte Produkt wurde dann weiter durch Kugelrohrdestillation gereinigt, gefolgt von einer Rekristallisation aus einer Mischung aus Petrolether und Ethylacetat (entsprechend 9:1). Der gereinigte N-Trifluoracetyl-dl-phenylalaninpropylester war ein weißer kristalliner Feststoff. Die Produktidentität wurde durch NMR- und GC-Massenspektroskopie bestätigt.
Herstellung von 2-Ethylpropan-1,3-diol
Das 2-Ethylpropan-1,3-diol wurde wie folgt hergestellt:
Zu einer Lösung von Diethylethylmalonat (2,0 g, 10,7 mmol) wurde eine Suspension von LiAlH₄ (2,5 Äquivalente) in trockenem Ethanol bei 0°C zugegeben. Man ließ die Reaktionsmischung unter Rühren auf Raumtemperatur erwärmen, und sie wurde nach einer Stunde eine weitere Stunde am Rückfluss erhitzt. Nach dem Kühlen in einem Eisbad wurde 1 ml destilliertes Wasser zu der Reaktionsmischung unter Rühren zugesetzt, gefolgt von 1 ml von 2 M NaOH-Lösung. Die Mischung wurde dann filtriert, und das Filtrat wurde mit Ethylacetat gewaschen. Die kombinierten Waschlösungen wurden bei vermindertem Druck eingedampft, wobei ein gelbes Öl zurückblieb, das durch Blitzchromatographie auf Kieselgel unter Verwendung von 5:1 Ethylacetat:Hexan als Lösemittel gereinigt wurde. Das Öl wurde in 75 %iger Ausbeute erhalten. Die Produktidentität wurde durch NMR- und GC-Massenspektroskopie bestätigt.
R-134a und R-32 wurden von Ineos Fluor Ltd. geliefert und ohne weitere Reinigung verwendet. Beide Lösemittel wurden unter autogenem Druck im flüssigen Zustand gehalten, indem man die Reaktion in kunststoffüberzogenen Standard 10 ml Glas-Aerosolflaschen durchführte.
Die Enzyme wurden von Aldrich Chemical Company, Sigma Chemical Company oder Fluka Chemical Company erhalten und ohne weitere Behandlung verwendet, oder aber nach Lyophilisierung unter Anwendung der Arbeitsweise, die beschrieben wird in Fitzpatrick, P.A. Klibanov, A.M., J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 3166.
Die Hydrofluorkohlenstoffe (R-134a, R-32 und R-227ea) wurden von Ineos Fluor Limited geliefert. Alle anderen Chemikalien und Lösemittel wurden von Aldrich Chemical Company oder Sigma Chemical Company bezogen und ohne weitere Reinigung verwendet.
Aerosole wurden von Ineos Fluor Limited geliefert.
Gaschromatogramme wurden unter Verwendung eines Shimadzu-GC-17a-Instruments, das mit einer HP SE-54 Kapillarsäule (25 m × 0,21 mm i.d.)ausgerüstet war, aufgezeichnet. Chirale Gaschromatogramme wurden erhalten mit einem Chrompack CP9001 Instrument, das mit einer Chiraldex GTA-Kapillarsäule ausgerüstet war (30 m × 0,25 mm i.d.). In beiden Fällen wurden Flammenionisationsdetektoren verwendet und die Ansprechfaktoren wurden für individuelle Substanzen unter Verwendung von Standardlösungen geeicht. Die Proben, die aus der Reaktionsmischung entnommen wurden, wurden in Dichlormethanlösemittel aufgenommen und, wenn erforderlich, wurde Naphthalin als ein interner Standard verwendet.
Beispiel 1 Subtilisin carlsberg-katalysierte Trennung von racemischem N-Acetyl-dl-Phenylalaninpropylester
In diesem Beispiel wurde die Trennung des racemischen N-Acetyl-dl-Phenylalaninpropylesters durch Umwandlung des S-Enantiomers der racemischen Mischung in den entsprechenden Methylester unter Verwendung von Subtilisin carlsberg untersucht. Die Reaktion wurde in näheren Einzelheiten weiter oben erläutert.
Eine Lösung von 10 mM N-Acetyl-dl-Phenylalaninpropylester und 200 mM Methanol wurde in jedem der Lösemittel Hexan, Tetrahydrofuran und Acetonitril hergestellt. Zu 4 ml jeder Lösung wurden 4,0 mg lyophilisiertes Subtilisin carlsberg gegeben. Die resultierenden Suspensionen wurden bei Raumtemperatur gerührt, und zu Zwecken der Analyse mittels Gaschromatographie im Hinblick auf Ausbeute und Enantiomerenüberschuss wurden periodisch Proben genommen.
Die gleiche Reaktion wurde auch untersucht unter Verwendung von R-134a und R-32 als Lösemittel. Zwei Mischungen von 10 mM N-Acetyl-dl-Phenylalaninpropylester, 200 mM Methanol und 4,0 mg lyophilisierten Subtilisin carlsberg wurden in Glas-Aerosolflaschen hergestellt. Die Aerosolflaschen wurden mit einem Deckel versehen, die Deckel durch Börteln befestigt und eine abgewogene Menge des flüssigen Hydrofluorkohlenstoff-Lösemittels wurde durch das Aerosolventil aus einem größeren Druckbehälter zugeführt. Die resultierenden Suspensionen wurden dann magnetisch bei Raumtemperatur gerührt, und periodisch wurden Proben der Reaktionsmischung für eine Analyse durch Gaschromatographie entnommen, und zwar auf Ausbeute und Enantiomerenüberschuss. Die Proben wurden entfernt, indem man einen Teil der Reaktionsmischung durch ein Ventil in eine Probenampulle abließ. Der Hydrofluorkohlen stoff verdampfte bei diesem Prozess, wobei der wenig flüchtige Rest der Reaktionsmischung in der Probenampulle zurückblieb. Dieser Rest wurde in einer bekannten Lösemittelmenge aufgenommen, die, so erforderlich, einen internen Standard für die GC-Analyse enthielt.

Die Recktanten und Produkte zeigten eine gute Löslichkeit in jedem der untersuchten Lösemittel. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1

Lösemittel	Zeit (Stunden)	Umwandlung (%)	Enantiomeren-Überschuss (% S-Enantiomer)
Hexan	0,25	1,2	–
	0,5	3,5	–
	1	8,9	100
	2	17	–
	19	19,8	100
Acetonitril	0,25	0,4	–
	0, 5	0,8	–
	1	1,2	–
	2	1,4	–
	19	4,1	100
Tetrahydrofuran	0,25	0,8	–
	0,5	1,2	–
	1	1,6	–
	2	2,9	–
	19	7,9	100
R-134a	0,25	7,1	–
	0,5	11,2	–
	1	17,3	–
	2	22,2
	19	23,4	100
R-32	0,25	0,51	–
	0,5	3,2	–
	1	8,3	–
	2	10,2	–
	19	13,4	100

Es ergibt sich klar aus Tabelle 1, dass R-134a eine raschere Reaktion und eine größere Endumwandlung liefert als die herkömmlichen Lösemittel wie Hexan. Hexan wird im Allgemeinen als bestes herkömmliches Lösemittel für das Verfahren von Beispiel 1 angesehen. R-32 zeigt ein gutes Verhalten im Vergleich mit jedem von Acetonitril und Tetrahydrofuran und erreicht Hexan in den frühen Abschnitten der Reaktion bis zu etwa 1 Stunde. Sowohl R-134a als auch R-32 zeigen eine hervorragende Enantioselektivität.
Beispiel 2 Subtilisin carlsberg-katalysierte Trennung von racemischem N-Trifluoracetyl-dl-phenylalaninpropylester

Beispiel 1 wurde unter Verwendung von 10 mM N-Trifluoracetyl-dl-phenylalaninpropylester statt des N-Acetyl-dl-Phenylalaninpropylesters wiederholt. Dieses Beispiel wurde durchgeführt, um die Empfindlichkeit des Enzym-Lösemittel-Paars im Hinblick auf eine Substratspezifität zu testen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2

Lösemittel	Zeit (Stunden)	Umwandlung (%)	Enantiomeren-Überschuss (% S-Enantiomer)
Hexan	0,25	1,6	–
	0, 5	2,8	–
	1	4,2	–
	2	9,2	–
	19	21,1	100
	72	23,3	100
Tetrahydrofuran	0,25	0	–
	0,5	0	–
	1	0	–
	2	0,3	–
	19	0,63	–
	72	1,3	–
R-134a	0,25	3,7	–
	0,5	5,0	–
	1	5,8
	2	9,2	–
	19	22,1	100
	72	33,4	100
R-32	1	5,9	–
	18	10	100

Es zeigt sich klar, dass bei der Verwendung der fluorierten N-Schutzgruppe R-134a eine deutliche Verbesserung der Umwandlung im Vergleich mit derjenigen bringt, die in Hexan erhalten wird. Außerdem scheint das Verfahren, wenn das Lösemittel R-134a ist, in einer annehmbaren Geschwindigkeit über die 72 Stunden hinaus abzulaufen, während die Geschwindigkeit, die für Hexan erhalten wird, beträchtlich niedriger ist. Das kann andeuten, dass R-134a das Enzym in geringerem Maße abbaut als Hexan. Diese Eigenschaft könnte es dem Enzym gestatten, in höherem Maße wiederverwendet zu werden in Hydrofluorkohlenstofflösemitteln als in den herkömmlichen organischen Lösemitteln, und zwar mit den daraus folgenden wirtschaftlichen Vorteilen.
Die Reaktionsgeschwindigkeit in Tetrahydrofuran ist im Vergleich zu Beispiel 1 beträchtlich vermindert. Das zeigt, dass es die Hydrofluorkohlenstofflösemittel, im Gegensatz zu herkömmlichen Lösemitteln einer ähnlichen Polarität wie beispielsweise Tetrahydrofuran, den Enzymen ermöglichen können, mit höherer Wirksamkeit über einen Bereich von Substraten zu funktionieren.
Beispiel 3 Lipase-katalysierte Reaktion von meso-cis-4-Cyclopenten-1,3-diol
In diesem Beispiel wurden die Enzym-katalysierten Reaktionen von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol mit Vinylacetat in R-134a und Tetrahydrofuran unter Verwendung von Porcine Pankreas-Lipase verglichen. Diese Reaktion wurde weiter oben im Detail erläutert, und sie führt zu der bevorzugten Bildung eines speziellen Enantiomers. Das befolgte Verfahren war dasjenige, das beschrieben wird in Theil et al., Tetrahedron, 1991, 47, 7569.
Das Diol (1,0012 g, 1,0 mmol) und Triethylamin (0,070 g, 0,7 mmol) wurden zu 0,5 g Porcine Pankreas-Lipase (PPL) und Vinylacetat (0,600 g, 7 mmol) zugegeben. 2 ml eines Lösemittels wurden sofort zugegeben, und die Reaktionsmischung magnetisch bei Raumtemperatur für eine definierte Zeit gerührt. Die Reaktion unter Verwendung von R-134a wurde in einer Glas-Aerosolflasche unter Anwendung genau der gleichen Technik durchgeführt, wie in Beispiel 1 beschrieben wird.
Material wurde aus der Reaktionsmischung zur GC-Analyse auf sowohl Ausbeute als auch Enantiomerenüberschuss entfernt, und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3

Lösemittel Zeit (Stunden) Ausbeute a + b (%) Ausbeute c (%) EnantiomerenÜberschuss (% b-Enantiomer)

Tetrahydrofuran 2,5 49,2 40,3 88

R-134a 2,5 49,1 43,3 87

a = (1R, 3S)-(+)-4-Cyclopenten-1,3-diol-1-acetat
b = (1S, 3R)-(–)-4-Cyclopenten-1,3-diol-1-acetat
c = cis-4-Cyclopenten-1,3-diacetat

Tabelle 3 zeigt, dass in Gegenwart von Triethylamin R-134a ein genauso wirksames und selektives Lösemittel ist wie Tetrahydrofuran bei der Desymmetrisierungsreaktion unter Anwendung von Porcine Pankreas-Lipase. Theil et al. hatten gefunden, dass Tetrahydrofuran das wirksamste der herkömmlichen nicht-wässrigen Lösemittel war.
Beispiel 4 Lipase-katalysierte Reaktion von meso-cis-4-Cyclopenten-1,3-diol

Beispiel 3 wurde unter Verwendung von Pseudomonas cepacia-Lipase wiederholt. R-32 wurde ebenfalls untersucht, und diese Reaktion wurde wie die Reaktion in R-134a in einer Glas-Aerosolflasche durchgeführt. Im Falle der Hydrofluorkohlenstofflösemittel wurde kein Triethylamin zugesetzt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4

Lösemittel	Zeit (Stunden)	Ausbeute a + b (%)	Ausbeute c (6)	Enantiomeren-Überschuss (% b-Enantiomer)
Tetrahydrofuran	0,5	21,5	24,1	–
	2	68,4	23	9,4
	19	49,5	50,5	100
R-134a	0,5	25,4	9,9	–
	2	50,2	31,0	61
	19	45,3	55,5	100
R-32	0,5	20,5	3,1	–
	2	36,2	7,0	73
	19	52,8	40,5	100

a = (1R, 3S)-(+)-4-Cyclopenten-1,3-dio1-1-acetat
b = (1S, 3R)-(–)-4-Cyclopenten-1,3-diol-1-acetat
c = cis-4-Cyclopenten-1,3-diacetat

Auf Basis der Ergebnisse in Tabelle 4 scheinen sowohl R-134a als auch R-32 eine höhere Selektivität in Richtung der Erzeugung des chiralen Mono-Esters (b) in den frühen Stufen der Reaktion zu zeigen als Tetrahydrofuran. Das zeigt sich an dem beträchtlich höheren Enantiomerenüberschuss in den Produkten der 2 Stunden-Stufe. Zusätzlich zu dieser verbesserten Selektivität zeigten R-134a und R-32 einen hohen Grad und eine hohe Geschwindigkeit der Umwandlung in Abwesenheit von jeglichem zugesetzten Triethylamin, was möglicherweise eine einfachere Stromab-Produktisolation und Reinigung ermöglicht.
Beispiel 5 Lipase-katalysierte Reaktion von 2-Ethylpropan-1,3-diol
In diesem Beispiel wurden die Enzym-katalysierten Reaktionen von 2-Ethylpropan-1,3-diol mit Vinylacetat in R-134a, R-32 und Chloroform unter Verwendung von Pseudomonas cepacia-Lipase untersucht. Diese Reaktion wurde weiter oben in näheren Einzelheiten erläutert und führt zu der bevorzugten Bildung eines speziellen Enantiomers.
Die Ergebnisse, die erhalten wurden, wurden mit Literaturdaten verglichen, die in Chloroform erhalten wurden (wie beschrieben in Theil et al., Tetrahedron, 1991, 47, 7569).
1,0 mmol Diol, 3,9 mmol Vinylacetat und 0,1112 g Pseudomonas cepacia-Lipase wurden mit 2 ml eines Lösemittels vermischt und magnetisch bei Raumtemperatur 19 Stunden gerührt. Die Reaktionen unter Verwendung von R-134a und R-32 wurden in Glas-Aerosolflaschen durchgeführt, wobei genau die gleiche Technik angewandt wurde wie in Beispiel 1 beschrieben wird. Die Mischung wurde als Probe untersucht und mittels GC auf sowohl Ausbeute und Enantiomerenüberschuss analysiert, und die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5

Lösemittel Zeit (Stunden) Ausbeute R und S Enantiomere (%) Enantiomeren-Überschuss (% R-Enantiomer)

Chloroform 19 70 –

R-134a 19 91 98

R-32 19 46 32

Chloroform* – 88 19

^*Daten erhalten aus Theil et al., Tetrahedron, 1991, 47, 7569.

Wie im Falle der Reaktionen der Beispiele 3 und 4 zeigen die Umwandlungen in R-134a und R-32 ganz klar einen beträchtlich höheren Grad an Enantioselektivität, als er in dem herkömmlichen Lösemittel Chloroform beobachtet wird.
Beispiel 6 Lipase-katalysierte Auflösung von racemischem 1-Phenylethanol
In diesem Beispiel wurde die Auflösung von racemischen 1-Phenylethanol durch Umwandlung des R-Enantiomers der racemischen Mischung in das entsprechende Acetat unter Verwendung von Candida antarctica B-Lipase untersucht. Das Verfahren wurde unter Verwendung verschiedener Hydrofluorkohlenstofflösemittel und unter Verwendung von Hexan durchgeführt.
Die unter Verwendung eines Hydrofluorkohlenstoffs als Lösemittel durchgeführten Reaktionen wurden wie folgt durchgeführt.
Novozym 435 (0,0095 g; 95 Einheiten – 10.000 Einheiten/g (Immobilisierte Candida antarctica B-Lipase)) wurden dem 1-Phenylethanol (0,0620 g; 0,5 mmol) und Vinylacetat (0,8609 g, 10 mmol) in einem Aerosol zugegeben. Das Aerosol wurde verschlossen und mit R-134a (6,0500 g; 5,00 ml), oder R-32 (4,8000 g, 5,00 ml), oder R-227ea (6,93000 g; 5,00 ml) beschickt. Die Reaktion wurde magnetisch bei Raumtemperatur (etwa 20°C) gerührt. Proben wurden periodisch abgezogen durch Inversion des Aerosols und Drücken des Ventils, was zum Herausdrücken eines kleinen Volumens (etwa 50 μl) der Reaktionslösung in eine Glasampulle führt. Die Probe wurde dann in Dichlormethan (0,1 ml) aufgelöst und durch Gaschromatographie analysiert.
Die Reaktion unter Verwendung von Hexan als Lösemittel wurde wie folgt durchgeführt:
Novozym 435 (0,0095 g; 95 Einheiten – 10.000 Einheiten/g (Immobilisierte Candida antarctica B-Lipase)) wurde zu dem 1-Phenylethanol (0,0620 g; 0,5 mmol) und Vinylacetat (0,8609 g; 10 mmol) in einer Suppelco^TM -Ampulle gegeben. Danach wurde das Hexan (5,00 ml) zugesetzt. Die Reaktion wurde magnetisch bei Raumtemperatur (etwa 20°C) gerührt. Unter Verwendung einer Hamilton Spritze (1 μl) wurden periodisch Proben von 1 μl entnommen und durch Gaschromatographie analysiert.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. Der zeitliche Verlauf der Reaktionen in jedem Lösemittel ist graphisch in 1 dargestellt. Tabelle 6

Lösemittel Zeit (h) Umwandlung (%)^a Enantiomeren-Überschuss (S) (%) Enantiomeren-Überschuss (R)(%)^b

R-134a 5 49 96 99

R-227ea 5,5 49 96 99

R-32 5 50 >99 >99

Hexan 8 46 85 99

^abestimmt durch GC; ^bbestimmt durch Chiral-GC

Bis heute war allgemein akzeptiert, dass die Umesterungsreaktionen, die von Lipasen katalysiert werden, am wirksamsten in apolaren hydrophoben Lösemitteln wie einem Hexan ablaufen (stärker polare Lösemittel können dem Enzym sein essentielles Wasser entziehen). (G. Kirchner, M.P. Scollar, A.M. Klibanov J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 7072–7076 und A.
Zaks, A.M. Klibanov Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1985, 82, 3192–3196). Die Auflösung von 1-Phenylethanol in verschiedenen Hydrofluorkohlenstoffen wurde mit der Auflösung von 1-Phenylethanol unter identischen Bedingungen in Hexan verglichen. Wie aus den Ergebnissen in Tabelle 6 erkennbar ist, ist die Reaktion in allen der untersuchten Hydrofluorkohienstoffe überlegen, und zwar sowohl was Ausbeute angeht als auch Enantiomerenüberschuss (e.e).
1 ist eine Kurve des zeitlichen Verlaufs für die in diesem Beispiel untersuchten Lösemittel. 1 zeigt klar die überlegene Aktivität von Novozym 435 in den getesteten Hydrofluorkohlenstofflösemitteln; die Reaktionsgeschwindigkeiten in den Hydrofluorkohlenstofflösemitteln sind größer als in Hexan. Unter Verwendung von R-32 wurde eine Trennungsausbeute von 50 % eines jeden Enantiomers mit einem Enantiomerenüberschuss von >99 % für jedes davon (S-1 und R-3) erhalten. Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn die Reaktion in R-134a oder R-227ea durchgeführt wurde. Wenn die Reaktion jedoch in Hexan durchgeführt wurde, waren die erhaltenen Ausbeuten und optischen Reinheiten geringer.
Beispiel 7 Lipase-katalysierte Reaktion von meso-cis-4-Cuclopenten-1,3-diol unter Verwendung von Candida antarctica B-Lipase oder Lipase von Pseudomonas cepacia
In diesem Beispiel wurden die Enzym-katalysierten Reaktionen von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol mit Vinylacetat unter Verwendung von Candida antarctica B-Lipase oder von Lipase aus Pseudomonas cepacia untersucht. Die Reaktionen wurden durchgeführt in jedem von R-134a, R-32, R-227ea und THF-Et₃N.
Die Reaktionen unter Verwendung eines Hydrofluorkohlenstoffs als Lösemittel wurden wie folgt durchgeführt:
Novozym 435 (0,0010 g; 10 Einheiten – 10.000 Einheiten/g (Immobilisierte Candida antarctica B-Lipase)) oder Lipase aus Pseudomonas cepacia (0,0050 g, 0463 Einheiten – 92,6 Einheiten/g (pulverisiertes lyophilisiertes Enzym)) wurden zu dem cis-4-Cyclopenten-1,3-diol (0,0050 g; 0,05 mmol)) und Vinylacetat (0,0869 g; 1 mmol)) in einem Aerosol zugegeben. Das Aerosol wurde verschlossen und mit R-134a (6,0500 g; 5,00 ml), oder R-32 (4,8000 g; 5,00 ml), oder R-227ea (6,93000 g; 5,00 ml) beschickt. Die Reaktion wurde magnetisch bei Raumtemperatur (etwa 20°C) gerührt. Proben wurden periodisch durch Inversion des Aerosols und Drücken des Ventils abgezogen, was zum Herausdrücken eines kleinen Volumens (etwa 50 μl) der Reaktionslösung in eine Glasampulle führte.
Die Proben wurden dann in Dichlormethan (0,1 ml) aufgelöst und durch Gaschromatographie analysiert.
Die Reaktionen in wasserfreiem THF-Et₃N wurden wie folgt durchgeführt:
Novozym 435 (0,0010 g; 10 Einheiten – 10.000 Einheiten/g (Immobilisierte Candida antarctica B)) oder Lipase aus Pseudomonas cepacia (0,0050 g, 0,463 Einheiten – 92,6 Einheiten/g (pulverisiertes lyophilisiertes Enzym)) wurden einer Lösung (5,00 ml) des cis-4-Cyclopenten-1,3-diols (0,0050 g, 0,05 mmol), Vinylacetat (0,0869 g; 1 mmol)) und Triethylamin (0,0101 g; 0,1 mmol (Et₃N) in wasserfreiem THF (5,00 ml) in einer Suppelco^TM-Ampulle zugegeben. Die Reaktion wurde magnetisch bei Raumtemperatur (etwa 20°C) gerührt. Unter Verwendung einer Hamilton-Spritze (μl) wurden 1 μl-Proben periodisch abgenommen und durch Gaschromatographie analysiert.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 wiedergegeben. Die zeitlichen Verläufe der Reaktion in jedem Lösemittel sind für jedes Enzym graphisch in den 2 bis 11 dargestellt. In den 2 bis 9 steht MAc für Monoacetat, DAc für Diacetat, Diol für cis-4-Cyclopenten-1,3-diol und e.e. steht für Enantiomerenüberschuss. Tabelle 7

	Pseudomonas Cepacia
Lösemittel	Zeit (h)	Ausbeute Monoacetat (%)^a	Enantiomerenüberschuss Monoacetat (%)^b
R-134a	3,5	53	>99
R-32	5	60	>99
R-227ea	3	42	>99
THF-Et₃N	17	43	>99
Novozym 435
R-134a	4	55	>99
R-32	5,5	55	>99
R-227ea	3	61	>99
THF-Et₃N	48	42	91

^abestimmt durch GC und ^bbestimmt durch Chiral-GC

Bis heute war allgemein akzeptiert, dass das beste Lösemittelsystem für die Reaktion von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol und Vinylacetat katalysiert durch Lipasen das THF-Et₃N-System ist (F. Theil, H. Schick, G. Winter, G. Reck Tetrahedron 1991, 47, 7569–7582, S.R. Ghorpade, R. K. Kharul, R.R. Joshi, U.R. Kalkote, T. Ravindranathan, Tetrahedron Asymmetry 1999, 10, 891–899 und C.R. Johnson, S.J. Bis Tetrahedron Lett. 1992, 33, 7287–7290). Die Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol in verschiedenen Hydrofluorkohlenstoffen wurde daher mit der gleichen Reaktion verglichen, die unter identischen Bedingungen in THF-Et₃N durchgeführt wurde. Es ist anhand der Ergebnisse, die in Tabelle 7 gezeigt werden, evident, dass die Reaktion unter Verwendung von Pseudomonas cepacia-Lipase bei einer Durchführung in R-32 oder R-134a der in THF-Et₃N durchgeführten Reaktion überlegen ist (und zwar nach Maßgabe der höheren Ausbeuten des Monoacetat-Produkts). Wenn die Reaktion in R-227ea durchgeführt wird, ist die Ausbeute des Monoacetat-Produkts grob derjenigen äquivalent, die erhalten wird, wenn die Reaktion in THF-Et₃N durchgeführt wird, wobei jedoch die Ausbeute in einer sehr viel kürzeren Zeit erreicht wird. Wenn Novozym 435-Lipase verwendet wurde, wurden überlegene Ausbeuten des Monoacetat-Produkts in allen der verwendeten Hydrofluorkohlenstofflösemittel erhalten, und kürzere Reaktionszeiten ergaben einen größeren Enantiomerenüberschuss im Vergleich mit einer Durchführung der Reaktion in THF-Et₃N.
Das wird auch durch die 2 bis 11 illustriert. Beispielsweise zeigt 10 die überlegenen Reaktionsgeschwindigkeiten in Hydrofluorkohlenstofflösemitteln, und zwar illustriert durch die Steilheit der Kurven, die den Verbrauch von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol darstellen. Ähnliche Schlussfolgerungen können bei einer Betrachtung von Figur 11 gezogen werden. Es ist klar, dass die Reaktionsgeschwindigkeiten in den Hydrofluorkohlenstofflösemitteln als sehr viel größer ermittelt wurden als in THF-Et₃N. Für die von Pseudomonas cepacia-Lipase katalysierte Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol ist die Reaktion in R-32 die effizienteste, indem sie eine 50 %ige Ausbeute des Monoacetat-Produkts mit einem 99 %igen Enantiomerenüberschuss liefert.
Im Falle der von Novozym 435-Lipase katalysierten Desymmetrisierung von cis-4-Cyclopenten-1,3-diol wurde die Reaktion in 227ea als effizienteste ermittelt, die eine 61 %ige Ausbeute des Monoacetat-Produkts mit einem 99 %igen Enantiomerenüberschuss ergab.

Claims

Verfahren zur stereoselektiven Herstellung einer zweiten Verbindung, wobei das Verfahren die Umsetzung eines Substrats, das wenigstens eine erste Verbindung umfasst, mit einem Reagens in Gegenwart eines biologischen Katalysators und eines Lösemittels umfasst, das wenigstens einen (Hydro)Fluorkohlenstoff umfasst, und das durchgeführt wird in Gegenwart von Wasser in einer Menge, die geringer ist als diejenige, die benötigt wird, damit das Wasser in dem Reaktionssystem eine separate wässrige Phase bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der biologische Katalysator ein Enzym ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Enzym eine Hydrolase ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Enzym ausgewählt ist aus Proteasen und Lipasen.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Enzym Teil einer Kultur vollständiger Zellen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der biologische Katalysator ein Abzym ist.
Verfahren nach irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Substrat so umgesetzt wird, dass ein Enantiomer in einem Enantiomerenüberschuss von mehr als 50 % gebildet wird.
Verfahren zur Auftrennung einer racemischen Mischung, wobei das Verfahren das Umsetzen der Mischung mit einem Reagens in Gegenwart eines biologischen Katalysators und eines Lösemittels umfasst, das wenigstens einen (Hydro)Fluorkohlenstoff umfasst, um auf diese Weise vorzugsweise oder selektiv eines der Enantiomeren, die die racemische Mischung bilden, in eine neue enantiomere Verbindung umzuwandeln, wobei das Verfahren in Gegenwart von Wasser in einer Mege durchgeführt wird, die geringer ist als diejenige, die benötigt wird, damit das Wasser in dem Reaktionssystem eine separate wässrige Phase bildet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die racemische Mischung eine Mischung aus R- und S-Alkoholen, R- und S-Carbonsäuren, R- und S-Carbonsäureestern, R- und S-Aminosäureestern, R- und S-Aminen, R- und S-Thiolen oder R- und S-Amiden ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die racemische Mischung eine Mischung von R- und S-Aminosäureestern oder eine Mischung von R- und S-Alkoholen ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die racemische Mischung eine Mischung von N-P-dl-Phenylalaninalkylestern ist, wobei P eine Schutzgruppe bezeichnet, und wobei das Reagens ein Alkanol ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die racemische Mischung eine Mischung von N-Acetyl-dl-Phenylalaninpropylestern oder eine Mischung von N-Trifluoracetyldl-Phenylalaninpropylestern ist und das Alkanol Methanol ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die racemische Mischung eine Mischung von 1-Phenylethanolen ist und das Reagens Vinylacetat ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die neue enantiomere Verbindung mit einem Enantio merenüberschuss von mehr als 50 % gebildet wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 14, wobei der biologische Katalysator ein Enzym ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Enzym eine Hydrolase ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Enzym eine Protease ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Enzym Subtilisin carlsberg ist.
Verfahren zur Herstellung eines speziellen Enantiomers überwiegend oder selektiv aus einer Meso-Verbindung, wobei das Verfahren die Umsetzung der Meso-Verbindung mit einem Reagens in Gegenwart eines biologischen Katalysators und eines Lösemittels umfasst, das wenigstens einen (Hydro)Fluorkohlenstoff umfasst, und das durchgeführt wird in Gegenwart von Wasser in einer Menge, die geringer ist als diejenige, die benötigt wird, damit das Wasser in dem Reaktionssystem eine separate wässrige Phase bildet.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Meso-Verbindung cis-4-Cyclopenten-1,3-diol ist und das Reagens ein Acyldonor ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Acyldonor ein Enolester ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Acyldonor Vinylacetat ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die Reaktion in Gegenwart eines gehinderten Amins durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das gehinderte Amin ein tertiäres Amin ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 19 bis 24, wobei das spezielle Enantiomer in einem Enantiomerenüberschuss von mehr als 50 % gebildet wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 19 bis 25, wobei der biologische Katalysator ein Enzym ist.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Enzym eine Hydrolase ist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Enzym eine Lipase ist.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Enzym Porcine Pankreas-Lipase, Candida antarctica B-Lipase oder Pseudomonas cepacia-Lipase ist.
Verfahren zur Herstellung eines speziellen Enantiomers vorzugsweise oder selektiv aus einer prochiralen Verbindung, wobei das Verfahren die Umsetzung der prochiralen Verbindung mit einem Reagens in Gegenwart eines biologischen Katalysators und eines Lösemitels umfasst, das wenigstens einen (Hydro)Fluorkohlenstoff umfasst, und das durchgeführt wird in Gegenwart von Wasser in einer Menge, die geringer ist als diejenige, die benötigt wird, damit das Wasser in dem Reaktionssystem eine separate wässrige Phase bildet.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die prochirale Verbindung 2-Ethylpropan-1,3-diol ist und das Reagens ein Acyldonor ist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Acyldonor ein Enolester ist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Acyldonor Vinylacetat ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 30 bis 33, wobei das partielle Enantiomer in einem Enantiomerenüberschuss von mehr als 50 % gebildet wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 30 bis 34, wobei der biologische Katalysator ein Enzym ist.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Enzym eine Hydrolase ist.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei das Enzym eine Lipase ist.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Enzym Pseudomonas cepacia-Lipase ist.
Verfahren nach irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Lösemittel wenigstens ein ^C1-10^-Hydro fluoralkan umfasst.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei das wenigstens eine C_1-10-Hydrofluoralkan aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Difluormethan (R-32), Pentafluorethan (R-125), 1,1,1-Trifluorethan (R-143a), 1,1,2,2-Tetrafluorethan (R-134), 1,1,1,2-Tetrafluorethan (R-134a), 1,1-Difluorethan (R-152a), 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan (R-245fa), 1,1,1,2,3,3-Hexafluorpropan (R-236ea) und 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluorpropan (R-227ea).
Verfahren nach Anspruch 40, wobei das Lösemittel wenigstens eines von Difluormethan (R-32) und 1,1,1,2-Tetra fluorethan (R-134a) umfasst.
Verfahren nach irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine (Hydro)Fluorkohlenstoff in Kombination mit einem Co-Lösemittel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei das Co-Lösemittel halogenfrei ist.
Verfahren nach irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, wobei sich das Lösemittel in flüssigem Zustand befindet.
Verfahren nach irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, das außerdem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Menge von Wasser, die verwendet wird, geringer ist als 1 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht des Lösemittels.