DE69016851T2

DE69016851T2 - Verfahren zur Herstellung von S-2,2-R1,R2-1,3-Dioxolan-4-methanol.

Info

Publication number: DE69016851T2
Application number: DE69016851T
Authority: DE
Inventors: Boer Lex De; Smet Marie Jose De
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: ATE118551T1; AU643689B2; IE902366A1; ZA905112B; IL94898A0; EP0405691A1; AU5796590A; IL94898A; NZ234296A; DD296922A5; FI903314A0; JPH03117496A; PT94527A; IE902366L; CA2020197A1; EP0405691B1; NO902881L; US4956285A; NO902881D0; DE69016851D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanols, das überwiegend oder im wesentlichen vollständig aus dem S-Isomer besteht.
S-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol ist ein wichtiges Ausgangsmaterial für die Herstellung von landwirtschaftlichen und pharmazeutischen Produkten, siehe beispielsweise J. Jurczak et al., Tetrahedron, Bd. 42, Nr. 2, S. 447-488 (1986).
In jüngster Zeit ist S-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol als eine wichtige Ausgangsverbindung für die Herstellung zahlreicher biologisch aktiver Produkte interessant geworden und insbesondere für die Herstellung von chiralen Arzneistoffen. Die Anwendung chiraler Ausgangsmaterialien in der Herstellung biologisch aktiver Produkte in optisch reiner Form ist vorteilhaft, weil sie die genaue Planung und die effiziente Verwirklichung synthetischer Wege ermöglicht. S-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan- 4-methanol ist ein wichtiges Beispiel für ein C&sub3;-Synthon und wird als Ausgangsverbindung für die Herstellung zahlreicher anderer C&sub3;-Synthone verwendet, die in großem Umfang in organichen Synthesen als ein chiraler Baustein angewendet werden. Beispielsweise kann das S-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol in der Synthese anderer chiraler Synthone, Monosaccharide, deren Derivate und anderer Polyhydroxylsysteme sowie biologisch aktiver Produkte komplexerer Struktur eingesetzt werden.
Es besteht daher nach wie vor ein großer Bedarf nach einem im technischen Maßstab ausführbaren und wirtschaftlich attraktive Ausbeute ergebenden Verfahren für die stereoselektive Herstellung des S-Stereoisomers von 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol. Die vorliegende Erfindung schafft ein derartiges Verfahren. Es wurde gefunden, daß die stereoselektive Herstellung des S-Isomers in vorteilhafter Weise unter Anwendung von Mikroorganismen oder davon abgeleiteten Substanzen ausgeführt werde kann. Darüber hinaus wurde gefunden, daß das R-Stereoisomer von 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol in vorteilhafter Weise unter Anwendung dieser Mikroorganismen oder davon abgeleiteter Substanzen in die S-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-carbonsäure übergeführt werden kann.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 244 912 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung des R-Isomers von 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3- Dioxalan-4-methanol, ausgehend vom Razemat. Gemäß dieser europäischen Patentanmeldung wird das S-Isomer zu seiner entsprechenden Säure oxidiert. Das in der Oxidation des (R)-Isomers involvierte Enzymsystem unterscheidet sich vollständig von den in der Oxidation des (S)-Isomers involvierten System. Im allgemeinen verhalten sich das (R)- und das (S)-Enantiomer einer Verbindung wie zwei unterschiedliche Substrate in enzymatischen Umwandlungsreaktionen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung von an dem S-Isomer angereichertem 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol, worin R&sub1; und R&sub2; jeweils unabhängig für Wasserstoff oder eine gegebenenfalls substituierte oder verzweigte Alkylgruppe stehen oder worin R&sub1; und R&sub2; gemeinsam mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, einen gegebenenfalls substituierten carbozyklischen Ring ausbilden, welches Verfahren das Einwirkenlassen eines Mikroorganismus oder einer davon abgeleiteten Substanz, welcher Organismus bzw. welche Substanz zum stereoselektiven Verzehr von R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol befähigt ist, auf ein Gemisch aus R- und S-2,2-R&sub1;,R&sub2;- 1,3-Dioxolan-4-methanol während einer solchen Zeitspanne umfaßt, daß R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol in dem Gemisch verbraucht wird, um ein an dem S-Isomer angereichertes 2,2- R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol zu ergeben. "Angereichert an S- Isomer" bedeutet, daß mehr als eine razemische Menge an S- Isomer vorliegt. Zweckmäßig werden wenigstens 50 Gew.-% des R- R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanols verbraucht, um ein 2,2-R&sub1;,R&sub2;- 1,3-Dioxolan-4-methanol zu ergeben, das an dem S-Isomer angereichert ist oder aus im wesentlichen reinem S-Isomer besteht. "Im wesentlichen rein" bedeutet, daß das R-Isomer in einem solchen Ausmaß verbraucht worden ist, daß das S-Isomer innerhalb des experimentellen Fehlers 100 %ig rein ist. Das an S-Isomer angereicherte 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol kann zumindest partiell isoliert und/oder als Ausgangsmaterial für die Herstellung anderer optisch aktiver Verbindungen verwendet werden. Vorteilhaft bedeuten sowohl R&sub1; und R&sub2; eine Alkylgruppe mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen oder bilden einen weniger als 8 Kohlenstoffatome enthaltenden carbozyklischen Ring. Vorzugsweise sind R&sub1; und R&sub2; ident. Solcherart wird in die Verbindungen keine zusätzliche Asymmetrie eingebracht. Stärker bevorzugt sind sowohl R&sub1; als auch R&sub2; jeweils eine Alkylgruppe mit 1-3 Kohlenstoffatomen oder bilden zusammen mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, einen 5 oder 6 Kohlenstoffatome enthaltenden carbozyklischen Ring aus.
Wie zuvor beschrieben, kann das Gemisch aus R- und S- Isomeren von 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol zu einem an S- Isomer angereicherten 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol umgewandelt werden. Auf diese Weise kann nur ein Teil des Gemisches in weiteren Umsetzungen ausgenützt werden, beispielweise wird, ausgehend von einem 50 Gew.-% R- und 50 Gew.-% S-Gemisch, nur die Hälfte des 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanols in nützlicher Weise verfügbar. Gemäß einer Ausführungsform des Erfindung wird R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol in vorteilhafter Weise in R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-carbonsäure übergeführt.
Auf diese Weise wird nicht nur die Herstellung von an S- Isomer angereichertem 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol möglich, gleichzeitig kann eine an S-Isomer angereicherte 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-carbonsäure erhalten werden. In dieser Weise kann im wesentlichen das R- als auch das S-2,2- R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol ausgenützt werden. Die an S-Isomer angereicherte 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-carbonsäure kann als Ausgangsverbindung für die Herstellung zahlreicher biologisch aktiver Produkte verwendet werden oder kann in das an R-Isomer angereicherte 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol umgewandelt werden, welches Isomer ebenfalls eine wichtige ausgangsverbindung darstellt.
Unter dem Ausdruck "zum stereoselektiven Verbrauch befähigte Mikroorganismen" sollen beispielweise Bakterien, Hefen und Pilze gemeint sein. Vorzugsweise werden Hefen und Pilze angewendet, stärker bevorzugt Mikroorganismen, die zur Gattung Absidia, zur Gattung Branhamella, zur Gattung Graphium, zur Gattung Trichosporon oder zur Gattung Arthrobacter gehören.
Diese Mikroorganismen werden ihres Vermögens zum stereoselektiven Verbrauch von R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol ausgewählt. Im allgemeinen können die Mikroorganismen solche sein, die:
a. in der Literatur als Organismen, die zum Oxidieren anderer Verbindungen als der hier überprüften befähigt beschrieben worden sind;
b. zur gleichen Gattung wie die unter a. beschriebenen gehören, aber aus anderen Sammlungen von Stämmen stammen und aus einer anderen Quelle isoliert worden sind;
c. zur gleichen Gattung wie die unter a. beschriebenen gehören, von denen aber noch nicht bekannt ist, daß sie zur Oxidation befähigt sind;
d. sich auf Substraten zum Vermehren als geeignet erwiesen haben, die eine erste Oxidations- oder Hydroxylierungsstufe im Abbau dieser Substrate erfordern.
In einer Ausführungsform der Erfindung können die Mikroorganismen mit dem Vermögen zum stereoselektiven Verbrauch von R- 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol durch Anwendung eines R-2,2- Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanols als Kohlenstoffquelle in einem geeigneten Medium ausgewählt werden.
Die Mikroorganismen können aus unterschiedlichen Umgebungen isoliert werden, beispielsweise:
- Ölaustritte oder Ölverschmutzungen
- mit organischen chemischen Verbindungen verunreinigte Bereiche
- wachshaltige Bereiche wie beispielsweise Pflanzenoberflächen
- in Zersetzung befindliches natürliches organisches Material,
- natürliche Umgebungen, in welchen die überprüfte Verbindung (oder eine verwandte Verbindung) vorliegen kann.
Auch Mikroorganismen, die die Fähigkeit zum Verbrauch von R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol durch die Einführung von neuem genetischen Material erlangt haben, werden durch den Ausdruck "zum stereoselektiven Verbrauch befähigter Mikroorganismus" umfaßt.
Dies kann erreicht werden, indem man das klonierte Gen, das ein für den stereoselektiven Verbrauch verantwortliches Polypeptid kodiert, dem Enzym, aus irgendeinem der getesteten Mikroorganismen auf einen anderen Mikroorganismus, insbesondere auf Escherichia coli, transferiert.
Andere Mikroorganismen können zu den Gattungen Saccharomyces, Kluyveromyces, Bacillus, Nocardia, Rhodococcus, Escherichia oder Corynebacterium gehören. Klonierte Gene können selektioniert werden auf ihre Fähigkeit, für ein Enzym zu kodieren, das R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol bevorzugt gegenüber S-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol zu verbrauchen vermag. Alternativ können sie durch Kreuzhybridisierung mit einem bereits selektionierten Gen, das für ein Enzym für den stereoselektiven Verbrauch kodiert, selektioniert werden.
Die Mikroorganismen können vorteilhafterweise immobilisiert werden, beispielsweise auf einem Polymergel. Dies kann mit sich vermehrenden Zellen, ruhenden Zellen und/oder abgetöten Zellen erfolgen, alternativ mit davon abgeleiteten geeigneten Enzymen, die zu einem gewissen Ausmaß gereinigt werden können, wenn eine höhere spezifische Aktivität erforderlich ist.
Daher werden mit dem Ausdruck "Mikroorganismen oder davon abgeleitete Substanzen" die Mikroorganismen in einem Vermehrungszustand, in einem Ruhezustand oder im abgetöteten Zustand, sowie davon erhaltene Extrakte, gegebenenfalls in konzentrierter oder gereinigter Form, verstanden. Beispielsweise können Enzyme, gegebenenfalls in Kombination mit z. B. künstlichen oder natürlichen Co-Faktoren verwendet werden. Für den Verbrauch des R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanols können keine fermentativ aktiven Zellen verwendet werden. Es hat sich gezeigt, daß aus den Zellen oder abgetöteten Zellen stammende Enzyme unter geeigneten Bedingungen das R-Isomer verbrauchen können. Die Mikroorganismen oder davon abgeleitete Substanzen können mehrmals verwendet werden und sind mindestens zwei Wochen lang aktiv. Selbst ohne Co-Substrat (z. B. Glucose) können die Mikroorganismen aktiv bleiben. Die Anreicherung an dem S-Isomer von 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol kann in einem geeigneten Puffer (beispielsweise 3-(N-Morphalino)propansulfonsäure, Tris(hydroxymethyl)-aminomethan oder Kaliumphosphat) sowie in physiologischen Salzen stattfinden. Es hat sich gezeigt, daß nach der Lagerung die induzierten Zellen direkt zur Anreicherung an dem S-Isomer befähigt sind.
Im spezielleren kann der Mikroorganismus für den Verbrauch von R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol eine Kultur von Absidia glauca (eine Probe dieser Art ist bei der CBS unter der Zugangsnummer 306.89 deponiert), Branhamella catarrhalis (eine Probe dieser Art ist bei der CBS unter der Zugangsnummer 307.89 deponiert) oder Graphium penicilliodes (eine Probe dieser Art ist bei der CBS unter der Zugangsnummer 318.72 deponiert), Trichosporon adeninovorans (eine Probe dieser Art ist bei der CBS unter der Zugangsnummer 8244 deponiert) und Bacterium F-7 (eine Probe dieser Art ist bei der CBS unter der Zugangsnummer 238.90 deponiert) sein. Das Bacterium F-7 ist vermutlich eine Art der Gattung Arthrobacter oder Actinomycetes.
Das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt S-2,2- R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol kann als Ausgangsmaterial für die Herstellung anderer optisch aktiver Verbindungen verwendet werden. Eine wichtige Möglichkeit ist die Herstellung von chiralen Arzneimitteln.
Es ist fur jeden Fachmann auf diesem Gebeit klar, daß jedes beliebige geeignete Verfahren angewandt werden kann, um S- und R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol in andere optisch aktive Verbindungen überzuführen.
Beispiele, die die Verwendung von S- und R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3- Dioxolan-4-methanol für die herstellung von optisch aktiven Verbindungen erläutern, sind beispielweise aus J. Jurczak et al., Tetrahedron Report Nr. 195, Tetrahedron 42 (1986), S. 447- 488 und aus dem Technical Information Bulletin 225, September 1983 von Janssen Chimica (Belgien) bekannt.
Die optisch aktiven Verbindungen können in pharmazeutischen oder landwirtschaftlichen Produkten verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein zum stereoselektiven Verbrauch von R- 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol befähigter Mikroorganismus etwa 0,5 bis 10 Tage kultiviert, wonach Zellen des Mikroorganismus in einem flüssigen Nährmedium suspendiert werden und das Gemisch aus R- und S-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol der Einwirkung der Zellen unterworfen wird.
Nach der vorstehend erwähnten Aktivierung während etwa 0,5 bis 10 Tagen können die Zellen aus dem Kulturmedium isoliert werden, bevor die Zellen in dem flüssigen Nährmedium suspendiert werden.
Zum Vermehren des für den selektiven Verzehr von R-2,2- R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol verwendeten Mikroorganismus können übliche Kulturmedien verwendet werden, die eine assimilierbare Kohlenstoffquelle (z. B. Gluctose, Lactat, Saccharose usw.), eine assimilierbare Stickstoffquelle (z. B. Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat, Ammoniumchlorid usw.) mit einem Mittel für eine organische Nährstoffquelle (z. B. Hefeextrakt, Malzextrakt, Pepton, Fleischextrakt usw.) und eine anorganische Nährstoffquelle (z. B. Phosphat, Magnesium, Kalium, Zink, Eisen und andere Metalle in Spurenmengen) enthalten.
Ein weiteres bevorzugtes Kulturmedium ist ein YPD-Medium, das gegebenenfalls mit einem oder mit mehreren Bestandteilen angereichert ist. Ein aus 20 g/l Bactopepton (Handelsmarke), 10 g/l Hefeextrakt und 20 g/l Glucose bestehendes YPD-Medium kann verwendet werden. Vor der Verwendung wird das Medium zweckmäßig 30 Minuten lang bei 110ºC sterilisiert.
Ein anderes bevorzugtes Kulturmedium ist ein Magermilchmedium, das gegebenenfalls mit einem oder mit mehreren Bestandteilen angereichert ist, z. B. ein Magermilchmedium mit einem Gehalt an 10 % Magermilch aus Magermilchpulver, das in zweckmäßiger Weise 30 Minuten lang bei 110ºC vor Gebrauch sterilisiert worden ist.
Beispiele von Anreicherungskomponenten für das Magermilchmedium umfassen Maxatase (Handelsmarke; Gist-Brocades).
Während der Vermehrung des Mikroorganismus wird vorzugsweise eine Temperatur von 0 bis 45ºC und ein pH-Wert von 3,5 bis 9 aufrechterhalten. Vorzugsweise wird der Mikroorganismus bei einer Temperatur von 20 bis 37ºC und bei einem pH-Wert von 5 bis 9 vermehrt. Die während des Wachstums des Mikroorganismus erforderlichen aeroben Bedingungen können mittels beliebiger der gut eingeführten Verfahrensmaßnahmen sichergestellt werden, vorausgesetzt, daß die Sauerstoffzufuhr genügt um den Metabolismusbedarf des Mikroorganismus abzudecken. Dies wird am zweckmäßigsten erzielt, indem man Sauerstoff, zweckmäßig in Form von Luft, zuführt und gegebenenfalls gleichzeitig die Reaktionsflüssigkeit schüttelt oder rührt. Während des Verbrauchs von R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol durch den Mikroorganismus kann der Mikroorganismus unter Anwendung eines vorstehend erwähnten gewöhnlichen Kulturmediums in einer Wachstumsphase sein.
Während des Verbrauchs von R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol durch den Mikroorganismus kann ein übliches Kulturmedium verwendet werden, das erforderlichenfalls eine assimilierbare Kohlenstoffquelle (z. B. Glucose, Lactat, Saccharose usw.), erforderlichenfalls eine assimilierbare Stickstoffquelle (beispielsweise Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat, Ammoniumchlorid usw.) erforderlichenfalls mit einer organischen Nährstoffquelle (z. B. Hefeextrakt, Malzextrakt, Pepton, Fleischextrakt usw.) und erforderlichenfalls eine anorganische Nährstoffquelle (z. B. Phosphat, Magnesium, Kalium, Zink, Eisen und andere Metalle in Spurenmengen) enthält.
Vorteilhafterweise kann während der Anreicherung des S- Isomers ein BHI, ein PSIII-Salzmedium, ein hydrolysiertes Magermilchmedium, ein YPD-Medium (wie oben beschrieben) oder ein Magermilchmedium (wie oben beschrieben) verwendet werden, das gegebenenfalls mit einem oder mit mehreren Bestandteilen angereichert ist.
Es kann ein BHI-Medium (brain-heart infusion) mit einem Gehalt an 0,037 g/l BHI (Oxoid (Handelsmarke)) mit auf pH 7.0 eingestelltem pH-Wert verwendet werden. Vor Gebrauch wird dieses Medium zweckmäßig 20 Minuten lang bei 120ºC sterilisiert.
Es kann ein PSIII-Salzmedium mit der folgenden Zusammensetzung verwendet werden:
Kaliumdihydrogenphosphat (2,1 g/l),
Ammoniummonohydrogenphosphat (1,0 g/l),
Ammoniumsulfat (0,9 g/l).
Kaliumchlorid (0,2 g/l),
Natriumcitrat (0,29 g/l),
Kalziumsulfat.2H&sub2;0 (0,005 g/l),
Magnesiumsulfat.7H&sub2;0 (0,2 g/l),
Ammoniumeisen(II)sulfat.6H&sub2;0 (2,5 mg/l),
Zinksulfat.7H&sub2;0 (0,5 ml/g),
Manganchlorid.4H&sub2;0 (0,3 mg/l),
Kupfersulfat.5H&sub2;0 (0,15 mg/l),
Kobaltchlorid.6H&sub2;0 (0,15 mg/l),
Orthoborsäure (0,05 mg/l),
Natriummolybdat.2H&sub2;0 (0,055 mg/l) und
Kaliumiodid (0,1 mg/l), pH-Werteinstellung auf 6.8.
Vor Gebrauch wird das PSIII-Salzmedium zweckmäßig 30 Minuten lang bei 120ºC sterilisiert.
Hydrolysiertes Magermilchmedium:
Magermilchpulver (Oxoid (Handelsmarke)) 100 g/l, pH-Einstellung auf 7.8 und Zugabe von 25 ml einer filtrierten Maxatase (40 g/l); Rühren der Fertiglösung bei 40ºC während einer Stunde und Einstellung des pH-Wertes auf 7.0. Vor Gebrauch wird das Medium zweckmäßig 30 Minuten lang bei 110ºC sterilisiert.
Der Mikroorganismus kann im Ruhezustand aufbewahrt werden, beispielsweise durch Ausschließen der assimilierbaren Kohlenstoffquelle oder durch Ausschließen der Stickstoffquelle. Während dieses Stadiums kann eine Temperatur von 0 bis 45ºC und ein pH-Wert von 3.5 bis 9 aufrechterhalten werden.
Vorzugsweise werden die Mikroorganismen bei einer Temperatur von 20 bis 37ºC und bei einem pH-Wert von 5 bis 9 aufbewahrt. Die während dieser Stufe erforderlichen aeroben Bedingungen können nach jeder beliebigen der gut eingeführten Methoden sichergestellt werden, vorausgesetzt, daß die Sauerstoffzufuhr ausreicht, um den Metabolismusbedarf der Mikroorganismen abzudecken. Dies wird in zweckmäßiger Weise durch Zuführen von Sauerstoff, zweckmäßig in Form von Luft und gegebenenfalls gleichzeitiges Schütteln oder Rühren der Reaktionsflüssigkeit sichergestellt. Das S- und etwaiges verbliebenes R-2,2-R&sub1;,R&sub2;- 1,3-Dioxolan-4-methanol kann dann nach der vorstehend beschriebenen Transformation gewonnen und nach jeder beliebigen, an sich für derartige Produkte bekannte Methoden gereinigt werden.
Die Mikroorganismen können auf Schrägagarkulturen, eingefroren in 50 %igem Glycerin oder in gefriergetrockneter Form, aufbewahrt werden. Erforderlichenfalls können nach beliebigen der gut eingeführten Verfahrensweisen Vorkulturen dieser Mikroorganismen bereitet werden, beispielsweise können die Mikroorganismen in Bouillon oder in BHI (brain heart infusion) 24 Stunden bei 30ºC in einem Rotationsschüttler inkubiert werden. Es kann ein Bouillonmedium mit der folgenden Zusammensetzung verwendet werden: Lab Lemco L 29 (Fleischextrakt, Oxoid (Handelsmarke) (9 g/l)), Bactopepton (Handelsmarke) (10 g/l) und Natriumchlorid ( 5 g/l), wobei der pH-Wert auf 7.6 eingestellt ist. Vor Gebrauch wird dieses Medium zweckmäßig 20 Minuten lang bei 120ºC sterilisiert.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Die Mikroorganismen (Hefen und Pilze) wurden 24-48 Stunden bei 26ºC in 125 ml-Prallblechkolben mit einem Gehalt an 25 ml YPD-Medium vermehrt. Danach wurde die Zellmasse durch Zentrifugieren gewonnen und in 25 ml 10 %igem hydrolysiertem Magermilchmedium (Hydrolysiertes Magermilchmedium: Magermilchpulver (Oxoid) 100 g/l; pH-Einstellung auf 7.8 und Zugabe von 25 ml einer 40 g/l Maxataselösung (Handelsmarke); Rühren der Fertiglösung bei 40ºC während einer Stunde und Einstellung des pH- Wertes auf 7.0; Sterilisation: 30 Minuten bei 110ºC) resuspendiert. Es wurden etwa 1,5 g/l R,S-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol (razemisches Gemisch) zugesetzt. Die Gemische wurden in 125 ml-Prallblechkolben 48 Stunden lang bei 26ºC geschüttelt.
Die Gemische wurden mit 35 ml Ethylacetat extrahiert. Auf diese Art wurden etwa 40 % des 2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanols zurückgewonnen. Anschließend wurde eine Kultur jeder Form herangezogen, extrahiert und das verbliebene 2,2-R&sub1;,R&sub2;- 1,3-Dioxolan-4-methanol wurde analysiert. Die Enantiomerenverteilung wurde durch Ausbildung von Diastereoisomeren mit N,O- Bis-(trimethylsilyl)-trifluoracetamid (BSTFA) bestimmt, die auf einer chiralen Komplexierungskolonne getrennt wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt. Tabelle 1 Enantiomerenverhältnis Mikroorganismus Absidia glauca Branhamella catarrhalis Graphium penicillioides *Die angegebenen Werte wurden hinsichtlich der Extraktionsverluste korrigiert.

Beispiel 2

Branhamella catarrhalis CBS 307.89 wurde 24 bis 48 Stunden bei 26ºC in 100 ml-Prallblechkolben mit einem Gehalt an 25 ml YPD-Medium vermehrt. Hierauf wurde die Zellenmasse durch Zentrifugieren gesammelt und in 25 ml 10 %ige hydrolysierte Magermilchmedium resuspendiert, das 1,5 mg/l R,S-2,2-Dimethyl- 1,3-dioxolan-4-methanol enthielt. Die Gemische wurden 48 Stunden lang in 100 ml-Prallblechkolben bei 26ºC geschüttelt.
Die Gemische wurden mit 25 ml Ethylacetat extrahiert. Auf diese Weise wurden etwa 40 % des 2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4- methanols zurückgewonnen. Hierauf wurde eine Kultur jeder Form genommen, extrahiert und das verbliebene 2,2-Dimethyl-1,3- dioxolan-4-methanol wurde analysiert. Die Enantiomerenverteilung wurde durch Ausbildung von Diastereoisomeren mit N,O- Bis-(trimethylsilyl)-trifluoracetamid (BSTFA) bestimmt, die auf einer chiralen Komplexierungskolonne CP Cyclodex B 236 M gaschromatographisch getrennt wurden. Es zeigte sich, daß das S-2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol 67 % des gesamten 2,2- Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanols ausmachte (1,3 g/l).

Beispiel 3

Trichosporon adeninovorans CBS 8244 wurde in 100 ml Prallblech-Erlenmeyerkolben mit einem Gehalt an 25 ml YPD- Medium in einem Schüttelinkubator 24 bis 48 Stunden bei 30ºC vorgezüchtet. 1 ml Proben der Kultur wurden zu 100 ml- Erlenmeyerkolben zugesetzt, die 25 ml BHI oder hydrolysiertes Magermilchmedium enthielten. R,S-2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4- methanol wurde auf eine Endkonzentration von 2,0 g/l zugesetzt. Nach 48 Stunden Inkubation wurde die Enantiomerenverteilung von R,S-2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol bestimmt, wie in Beispiel 2 beschrieben. Enantiomerenverteilung Mediumzusammensetzung 2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanolmenge (g/l) hydrolysierte Magermilch

Beispiel 4

Graphium penicillioides CBS 318.72 wurde auf GSM-Medium in 100 ml-Prallblech-Erlenmeyerkolben in einem Schüttelinkubator 24 bis 48 Stunden bei 30ºC vorgezüchtet. 1 ml Proben der Kultur wurden verwendet, um 25 ml BHI-Medium, PSIII-Medium und hydrolysiertes Magermilchmedium zu beimpfen, die jeweils 2 g/l R,S-2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol in 100 ml Erlennmeyerkolben enthielten. Nach 48stündiger Inkubation bei 30ºC wurde das verbliebene R,S-2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4- methanol, wie in Beispiel 2 beschrieben, ermittelt. Enantiomerenverteilung Mediumzusammensetzung 2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanolmenge (g/l) PSIII + 0,1 % Glycerin + 0,01 % Hefeextrakt hydrolysierte Magermilch

Beispiel 5

Unter Anwendung der nachstehenden Methode wurden Mikroorganismen isoliert, die zur enantiospezifischen Umwandlung von R-2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol in die korrespondierende Säure aus einem R,S-Gemisch von 2,2-Dimethyl- 1,3-dioxolan-4-methanol befähigt sind. 1 Gramm einer Bodenprobe wurde in PSIII suspendiert und zentrifugiert. Der Überstand wurde zu 25 ml PSIII-Medium zugesetzt, das 1 g/l R-2,2- Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol enthielt. Die Kultur wurde in einem Schüttelinkubator 30 Stunden lang bei 30ºC inkubiert. Verdünnungen wurden auf Agarplatten ausplattiert, die 1 g/l R- 2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol enthielten, und nach 4tägiger Inkubation bei 30ºC wurden Einzelzellenkolonien- Isolierungen vorgenommen, bis Monokulturen erhalten wurden. Hierauf wurden die Isolate auf BHI-Medium 24 Stunden lang bei 30ºC vorgezüchtet, und das Vermögen auf eine spezifische Oxidation des R-Enantiomers in einem R,S-Gemisch von 2,2- Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol wurde überprüft. 1 ml wurde zum Beimpfen von 25 ml Medium in einem 100 ml Erlenmeyerkolben verwendet, der PSIII, 0,1 % Glycerin, 0,01 % Hefeextrakt und 1,5 g/l RS-2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol enthielt. Nach 48 Stunden Inkubation bei 30ºC wurde das verbliebene RS-2,2- Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol bestimmt, wie in Beispiel 2 beschrieben. Unter Anwendung dieser Selektionsmethode wurden Mikroorganismen isoliert, die zur enantiospezifischen Oxidation des R-Isomers in einem R,S-Gemisch von 2,2-Dimethyl-1,3- dioxolan-4-methanol befähigt sind und solcherart eine Anreicherung an dem S-Isomer ergeben. Als Beispiel wurde Bacterium F-7 bei der CBS hinterlegt.

Beispiel 6

Bacterium F-7 (CBS 238.90) wurde in 25 ml BHI- Flüssigmedium in 100 ml Erlenmeyer-Schüttelkolben vorgezüchtet. Die Zellen wurden 24 Stunden bei 30ºC in einem Schüttelinkubator vermehrt.
Hierauf wurde 1 ml dieser Kultur zum Beimpfen von 25 ml Medium verwendet, das PSIII, 0,1 % Glycerin (Gewicht/Volumen), 0,01 % Hefeextrakt (Gewicht/Volumen) und 1,5 g/l Km-2,2- Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol enthielt. Nach 48 Stunden Inkubation bei 30ºC wurden die Gemische extrahiert und, wie in Beispiel 2 beschrieben, analysiert. Es wurde eine Menge von 0,2 g/l S-Enantiomer und von 0,01 g/l R-Enantiomer von 2,2- Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol gewonnen, entsprechend einem Enantiomerenüberschuß von 90 % des S-Enantiomers.

Beispiel 7

Bacterium F-7 (CBS 238.90) wurde, wie vorstehend beschrieben, vorgezüchtet. Unter Anwendung der gleichen Methode wurden 4 Erlenmeyerkolben (ohne Prallblech) mit einem Gehalt an PSIII und an variierenden Mengen R,S-2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan- 4-methanol beimpft. Nach 72 Stunden Inkubation wurden die verbleibenden R- und S-Enantiomere, wie vorstehend beschrieben, bestimmt. Enantiomerenverteilung Ausgangs-2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol (g/l) 2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanolmenge (g/l)

Beispiel 8

Bacterium F-7 (CBS 238.90) wurde, wie in Beispiel 5 beschrieben, auf BHI-Medium vorgezüchtet. 1 ml der Kultur wurde zum Beimpfen von PSIII-Medium verwendet, das 2,5 g/l R,S-2,2- Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol enthielt, und wurde auf einem Schüttelinkubator 72 Stunden lang bei 30ºC vermehrt. Hierauf wurde das verbliebene R,S-2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol bestimmt, wie in Beispiel 2 beschrieben, und 0,52 g/l wurden zurückgewonnen. Es zeigte sich, daß 76 % des R,S-2,2-Dimethyl- 1,3-dioxolan-4-methanols als das S-Isomer vorlagen.
Unter Anwendung von HPLC-Methoden wurde 2,2-Dimethyl-1,3- dioxolan-4-carbonsäure detektiert. Das Inkubationsmedium wurde mit Perchlorsäure behandelt, um die 2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan- 4-carbonsäure zu Aceton und Glycerinsäure zu hydrolysieren, und diese wurde durch HPLC unter Anwendung von Aminex HPX 87 H (Biorad) bestimmt.
Weiterhin wurde überprüft, welches Enantiomer der Säure gebildet worden war. Die Säure wurde durch Extraktion unter Anwendung von CDCl&sub3; aus dem angesäuerten Inkubationsmedium abgetrennt. Das R- und S-Enantiomer wurde durch Zugabe von Naphthylethylamin getrennt, und Diastereoisomere wurden ausgebildet. Die Protonen-NMR zeigte, daß die 2,2-Dimethyl-1,3- dioxolan-4-carbonsäure zu 80 % als S-Enantiomer vorlag.

Beispiel 9

Absidia glauca CBS 306.89 wurde in 25 ml BHI-Medium in 100 ml-Schüttelkolben in einem Schüttelinkubator 24 bis 48 Stunden bei 30ºC vorgezüchtet. 1 ml Proben der Kultur wurden zum Beimpfen von 25 ml BHI-Medium zugesetzt das 1,5 g/l KA-2,2- Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol enthielt. Nach 48 Stunden Inkubation wurde die Enantiomerenverteilung von R,S-2,2- Dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol bestimmt, wie in Beispiel 2 beschrieben, und es zeigte sich, daß 55 % des R,S-2,2-Dimethyl- 1,3-dioxolan-4-methanols in Form des S-Enantiomers vorlagen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines an dem S-Isomer angereicherten 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanols, worin R&sub1; und R&sub2; jeweils unabhängig für Wasserstoff oder eine gegebenenfalls substituierte oder verzweigte Alkylgruppe stehen, oder worin R&sub1; und R&sub2; zusammen mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, einen gegebenenfalls substituierten carbozyklischen Ring ausbilden, welches ein Einwirkenlassen eines Mikroorganismus oder einer davon abgeleiteten Substanz, der bzw. die zum stereoselektiven Verbrauch von R-2,2- R&sub1;,R&sub2;-1,3-dioxolan-4-methanol befähigt ist, auf ein Gemisch von R- und S-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol während einer solchen Zeitdauer, daß das R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3- Dioxolan-4-methanol in dem Gemisch verbraucht wird, unter Bildung eines an dem S-Isomer angereicherten 2,2-R&sub1;,R&sub2;- 1,3-Dioxolan-4-methanols umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Zeitdauer derart ist, daß mindestens 50 % von R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4- methanol verbraucht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Alkylgruppen weniger als 6 Kohlenstoffatome enthalten oder worin der carbozyklische Ring weniger als 8 Kohlenstoffatome enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, worin R&sub1; und R&sub2; identisch sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, worin R&sub1; und R&sub2; H oder eine Alkylgruppe mit 1-3 Kohlenstoffatomen bedeuten, oder worin R&sub1; und R&sub2;, zusammen mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, einen 5 oder 6 Kohlenstoffatome enthaltenden carbozyklischen Ring ausbilden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, worin der Mikroorganismus ein Bakterium, eine Hefe oder ein Pilz ist, die zur Gattung Absidia, Gattung Branhamella, Gattung Graphium, Gattung Trichosporon oder Gattung Arthrobacter gehören.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin der verwendete Mikroorganismus Absidia glauca, Branhamella catarrhalis, Graphium penicillioides, Trichosporon adeninovorans oder Bacterium F-7 (CBS 238.90) oder eine Mutante hievon ist, die zum stereoselektiven Verbrauch von R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3- Dioxolan-4-methanol, worin R&sub1; und R&sub2; wie in Anspruch 1 definiert sind, in einem Reaktionsgemisch befähigt sind, das beide Isomere des 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4- methanolderivats enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin der verwendete Mikroorganismus Absidia glauca (CBS 306.89), Branhamella catarrhalis (CBS 307.89), Graphium penicillioides (CBS 318.72) Trichosporon adeninovorans (CBS 8244) oder Bacterium F-7 (CBS 238.90) ist.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Mikroorganismus oder die davon abgeleitete Substanz entweder als wachsende Zelle, als ruhende Zelle, als abgetötete Zelle oder als ein Enzym immobilisiert ist.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das verbrauchte R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol im wesentlichen in S-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-carbonsäure umgewandelt wird.

11. Verfahren zur Herstellung von 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4- methanol, das an dem R-Isomer angereichert ist, umfassend die Umwandlung von S-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-carbonsäure, die nach dem Verfahren gemäß Anspruch 10 hergestellt worden ist, in R-2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol.

12. Mikroorganismen, ausgewählt aus der aus Absidia glauca (CBS 306.89), Branhamella catarrhalis (CBS 307.89), Bacterium F-7 (CBS 238.90) und Mutanten hievon bestehenden Gruppe, die zum stereoselektiven Verbrauch von R-2,2- R&sub1;,R&sub2;-1,3-Dioxolan-4-methanol, worin R&sub1; und R&sub2; wie in Anspruch 1 beschrieben sind, in einem Reaktionsgemisch befähigt sind, das beide Isomere des 2,2-R&sub1;,R&sub2;-1,3- Dioxolan-4-methanolderivats enthält.