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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optisch aktiven
2-Amino-ω-oxoalkansäurederivats
der Formel 1,
worin
n 0, 1, 2, 3 oder 4 ist und R
1 und R
2 jeweils unabhängig voneinander eine Alkylgruppe
mit 1-10 C-Atomen darstellen oder einen Ring mit 3 oder 4 C-Atomen
zusammen mit den O-Atomen, an welche sie gebunden sind, und dem
C-Atom, an welches die O-Atome gebunden sind, bilden.
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Die
Herstellung eines racemischen Gemisches eines 2-Amino-ω-oxoalkansäurederivats
der Formel 1 ist in Biorg. & Med.
Chem. (1995), 1237-1240 beschrieben. Das darin beschriebene Herstellungsverfahren schreitet
jedoch über
ein 8-stufiges Verfahren fort, ausgehend von 3,4-Dihydro-2H-pyran,
mit verschiedenen Schritten des Schützens und Entschützens und
ist daher sehr arbeitsaufwändig.
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Die
Erfindung liefert ein neues einfaches Konzept zur Herstellung von
2-Amino-ω-oxoalkansäurederivaten.
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Dies
wird gemäß der Erfindung
durch ein Verfahren erreicht, worin der korrespondierende Aldehyd
der Formel 2
wobei
n wie vorstehend beschrieben ist, in den entsprechenden Acetal-geschützten Aldehyd
der Formel 3
umgewandelt
wird, worin n, R
1 und R
2 wie
vorstehend beschrieben sind, der Acetalgeschützte Aldehyd in das entsprechende
Aminonitril der Formel 4
umgewandelt
wird, wobei n, R
1 und R
2 wie
vorstehend beschrieben sind, das Aminonitril in das entsprechende Aminosäureamid
der Formel 5
umgewandelt
wird, wobei n, R
1 und R
2 wie
vorstehend beschrieben sind, das Aminosäureamid einer enzymatischen,
enantioselektiven Hydrolyse unterworfen wird, wobei das R-Enantiomer
des Aminosäureamids
verbleibt und das S-Enantiomer in die S-Aminosäure umgewandelt wird und die
S-Aminosäure
isoliert wird.
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Es
wurde festgestellt, dass trotz der Tatsache, dass die Selektivität des ersten
Schrittes des Verfahrens relativ gering ist, nichtsdestotrotz ein ökonomisch
attraktives Verfahren erhalten werden kann.
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Die
optisch aktiven Verbindungen der Formel 1 sind neu und besonders
zur Ver wendung von beispielsweise Allysin, ein wichtiger Vernetzer
in Proteinen, wie in Int. J. Pept. Protein Res. (1988), 307-20 beschrieben,
und zur Herstellung von pharmazeutischen Erzeugnissen, wie beispielsweise
in EP-A-629627 beschrieben, geeignet.
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EP-A-0383403
und EP-A-0307023 betreffen beide die stereoselektive Herstellung
von Aminosäuren. Die
Aminosäuren
werden aus den entsprechenden Aminosäureamiden hergestellt, welche
durch eine Amidase zu Aminosäuren
umgewandelt werden. Das andere Enantiomer kann entweder zu dessen
Aminosäureform über eine
Schiff-Base mit Benzaldehyd umgewandelt werden oder zu dessen anderem
Enantiomer durch eine Racemase umgewandelt werden.
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EP-A-0052201
beschreibt die Herstellung eines racemischen Gemisches von 1,3-Diox(ol)an-2-yl-propionsäure aus
1,3-Diox(ol)an-2-yl-propenal unter Verwendung von HCN, NH4 und CO2, gefolgt
von der Hydrolyse mit OH-.
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JP 48 039416 A beschreibt
die Herstellung von 1,3-Dioxolan-2-yl-butanal aus Glutaraldehyd
und Glykol.
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GB-A-1124149
beschreibt die Herstellung von Aminosäuren, ausgehend von Aldehyden,
durch die Umsetzung von HCN und NH4, gefolgt
von der Hydrolyse des so erhaltenen α-Aminonitrils.
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JP-A-57158743
beschreibt die Herstellung von α-Aminosäureamid
durch Inkontaktbringen von α-Aminonitril
mit NaOH und Aceton.
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In
dem Verfahren gemäß der Erfindung
wird eine der zwei Aldehydfunktionen in dem Aldehyd der Formel 2
zunächst
durch Umwandlung geschützt,
und zwar in einer an sich bekannten Weise in ein Aldehyd. Dies kann
beispielsweise mittels eines Alkohols erfolgen, beispielsweise mit
einem Alkohol mit 1-5 C-Atomen, wenn R1 und
R2 eine Alkylgruppe darstellen, oder mittels
eines Diols, insbesondere mittels 1,2-Ethandiol oder 1,3-Propandiol, ob substituiert
oder nicht, mit beispielsweise einer Alkylgruppe mit 1-5 C-Atomen,
beispielsweise 1,2-Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol oder 2,3-Butandiol,
wenn R1 und R2 den
Teil einer Ringstruktur bilden; oder über Re-Acetalisierung, beispielsweise
mittels ortho-Formiatestern.
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Die
Acetalisierung kann beispielsweise durch Inkontaktbringen des Aldehyds
der Formel 2 mit einem Alkohol oder einem Diol unter sauren Bedingungen,
beispiel sweise in der Gegenwart einer Sulfonsäure, insbesondere p-Toluolsulfonsäure, erfolgen.
Die Acetalisierung wird gegebenenfalls in der Gegenwart eines Lösungsmittels
durchgeführt.
Im Prinzip kann jedwedes Lösungsmittel,
das die Umsetzung nicht beeinträchtigt, als
ein Lösungsmittel
verwendet werden, beispielsweise aromatische Kohlenwasserstoffe,
insbesondere Benzol, Toluol und Xylol, halogenierte Kohlenwasserstoffe,
beispielsweise Dichlormethan, Ester, vorzugsweise gehinderte Ester,
insbesondere Isopropylacetal oder Isobutylacetat, und Ether, insbesondere
Methyl-t-butylether (MTBE).
Die Acetalisierung mit einem Alkohol oder Diol wird vorzugsweise
bei einer erhöhten
Temperatur durchgeführt,
beispielsweise bei einer Temperatur von zwischen 50 und 150°C, vorzugsweise
bei Rückflusstemperatur.
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Der
erhaltene Acetal-geschützte
Aldehyd wird nachfolgend in das entsprechende Aminonitril umgewandelt,
beispielsweise über
die an sich bekannte Strecker-Chemie. Dabei kann der Acetal-geschützte Aldehyd
beispielsweise in das Aminonitril in Gegenwart von Ammoniak mittels
einer Cyanidverbindung, beispielsweise HCN, NaCN oder KCN, umgewandelt
werden.
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Die
als Intermediate gebildeten Aminonitrilverbindungen der Formel 4
sind neue Verbindungen an sich. Die Erfindung betrifft somit auch
diese Intermediate.
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Das
Aminonitril wird nachfolgend in das entsprechende racemische Aminosäureamin
umgewandelt, beispielsweise wie in GB-A-1548032 beschrieben durch
Umwandeln des Aminonitrils bei einem pH-Wert von zwischen 11 und
14, vorzugsweise zwischen 12,5 und 13,5, in der Gegenwart einer
Base und eines Ketons oder Aldehyds, gegebenenfalls gefolgt von
der Hydrolyse der intermediär
gebildeten Schiff-Base in der Gegenwart von Wasser. Vorzugsweise
wird KOH oder NaOH oder eine entsprechende Base als die Base verwendet und
ein aliphatisches Keton, beispielsweise Aceton, Methylethylketon
oder Cyclohexanon, oder ein aromatischer Aldehyd, beispielsweise
Benzaldehyd, als das Keton oder der Aldehyd.
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Nach
der Umwandlung des Aminonitrils in das Aminosäureamid wird das Reaktionsgemisch
vorzugsweise zunächst
einer Behandlung mit einem Aldehyd, beispielsweise einem Benzaldehyd,
unterworfen, wonach die Schiff-Base des Aminosäureamids erhalten wird und
jedwede gebildete racemische Aminosäure in Lösung verbleibt. Eine solche
Behandlung zeigt den Vorteil, dass die gewünschte (S)-Aminosäure in einem
höheren
enantiomeren Überschuss
erhalten werden kann.
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Vorzugsweise
wird ein Benzaldehyd zur Bildung der Schiff-Base des Ami nosäureamids
verwendet.
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Ein
Vorteil von Benzaldehyd besteht darin, dass es leicht ist, die Schiff-Base
abzutrennen und den Benzaldehyd wiederzugewinnen. Ein anderer Vorteil
von Benzaldehyd besteht darin, dass er mit Wasser nicht mischbar
ist, wovon als ein Ergebnis dessen er noch mehr bevorzugt ist als
andere Exraktionsmittel zur Verwendung als Extraktionsmittel, da
die gebildete Schiff-Base des optisch aktiven Aminosäureamids
sich in dem Benzaldehyd löst
und die anderen Komponenten des Reaktionsgemisches in der Wasserphase.
Es wurde überraschenderweise
festgestellt, dass die Hydrolyse der Schiff-Base des Aminosäureamids,
was in dem Salz des Aminosäureamids
resultiert, durchgeführt
werden kann, ohne die Acetalfunktion signifikant zu verschlechtern.
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"Benzaldehyd" wird hier verstanden,
substituierte Benzaldehyde, wie niedere (1-4 C)-Alkylbenzaldehyde, Halogenbenzaldehyde,
Nitrobenzaldehyde und niedere (1-4 C)-Alkoxybenzaldehyde, einzuschließen.
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Die
Reaktion mit Benzaldehyd, was in der Bildung einer Schiff-Base resultiert,
kann beispielsweise bei einer Temperatur von zwischen 20 und 60°C, vorzugsweise
zwischen 35 und 45°C,
durchgeführt
werden. Wenn äquimolare
Mengen an Benzaldehyd, beispielsweise 0,9-2, insbesondere 0,95-1,1 Äquivalente,
relativ zudem Aminosäureamid,
zur Bildung der Schiff-Base ohne ein unterschiedliches Lösungsmittel
für die Schiff-Base
des Amids verwendet werden, wird ein Präzipitat der Schiff-Base des
Aminosäureamids
erhalten. Die anderen Komponenten verbleiben in der Mutterlauge
gelöst.
Wenn ein Überschuss
an Benzaldehyd verwendet wird, wirkt der Benzaldehyd nicht nur als
ein Reaktionsmittel, sondern auch als ein Lösungsmittel, und es werden
zwei Schichten erhalten. Es ist auch möglich, Gemische von Benzaldehyd
und anderen Lösungsmitteln
zu verwenden, beispielsweise Gemische mit aromatischen Kohlenwasserstoffen,
beispielsweise Toluol, Ketone, beispielsweise Methylisobutylketon,
halogenierte Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Chloroform oder
Dichlormethan; Ester, beispielsweise Ethylacetat und Butylacetat.
Die organische Phase kann nachfolgend als solche zur Hydrolyse der
Schiff-Base des Aminosäureamids
zu dem Aminosäureamid
verwendet werden oder sie kann einer Konzentrierung unterworfen
werden, wonach die Schiff-Base des Aminosäureamids als ein Feststoff
ausfällt.
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Das
Aminosäureamid
kann aus der entsprechenden Schiff-Base in einer einfachen Weise
rückgewonnen
werden, durch Azidifizierung mit einer starken Säure, beispiel sweise Schwefelsäure, bis
ein pH-Wert von zwischen 3 und 5, vorzugsweise zwischen 3,5 und
4,5, erhalten worden ist, wobei die Schiff-Base sich unter Bildung
des Aldehyds und des entsprechenden Salzes des Aminosäureamids
zersetzt.
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Das
freie Aminosäureamid
kann nachfolgend aus dem Salz durch Behandlung mit einer Base, beispielsweise
mit Triethylamin, erhalten werden. Vorzugsweise wird die Umwandlung
des Salzes in das freie Aminosäureamid
mittels eines (stark) basischen Ionenaustauschers, beispielsweise
Amberlyst 26TM oder IRA 900TM durchgeführt.
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Die
Aminosäureamide
der Formel 5 und die Schiff-Basen davon der Formel 6
welche
als Intermediate erhalten werden, sind neue Verbindungen per se.
Die Erfindung betrifft somit auch diese Intermediate, sowohl in
racemischer Form als auch in optisch aktiver Form, insbesondere
die Aminosäureamide
mit einem e.e. von größer als
80%, vorzugsweise größer als
90%, mehr bevorzugt größer als
95%, am meisten bevorzugt größer als
98%, insbesondere größer als
99%.
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Das
Aminosäureamid
wird nachfolgend einer enantioselektiven, enzymatischen Hydrolyse
unterworfen, worin das S-Enantiomer selektiv in die entsprechende
Säure umgewandelt
wird und das R-Enantiomer unbeeinflusst verbleibt. Das (S)-2-Amino-ω-oxoalkansäurederivat kann anschließend mit
einem e.e. von mehr als 90%, insbesondere mehr als 95%, mehr bevorzugt
als 98%, insbesondere mehr als 99%, erhalten werden. Die enantioselektive
enzymatische Hydrolyse wird vorzugsweise in einer wässrigen
Umgebung durchgeführt. Es
ist jedoch auch möglich,
ein organisches Lösungsmittel
zu verwenden. Die Temperatur ist nicht besonders kritisch und liegt
beispielsweise zwischen 0 und 60°C,
vorzugsweise zwischen 20 und 50°C.
Der pH-Wert, bei welchem die enzymatische Hydrolyse durchgeführt wird,
liegt vorzugsweise zwischen 5 und 10,5, insbesondere zwischen 8,0
und 9,5. Eine Amidase, beispielsweise eine Amidase, abgeleitet von
dem Stamm Aspergillus, Mycobacterium, Aeromonas, Bacillus, Pseudomonas
oder Ochrobactrum, ist zur Verwendung als das Enzym geeignet. Bevorzugt
wird eine Amidase, abgeleitet von Pseudomonas putida oder von Ochrobactrum
anthropi, verwendet.
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Nach
beispielsweise der Entfernung des (R)-Enantiomers des Aminosäureamids
als die Schiff-Base oder Konzentration und Behandlung mit Alkohol,
beispielsweise Isopropanol, kann das optisch aktive (S)-2-Amino-ω-oxoalkansäurederivat
erhalten werden. Die Schiff-Base des (R)-Enantiomers des Aminosäureamids
kann gegebenenfalls in das freie Aminosäureamid umgewandelt werden,
welches dann gegebenenfalls unter milden Bedingungen hydrolysiert
werden kann, beispielsweise über
eine (nicht-stereoselektive) enzymatische Hydrolyse, wie in EP-A-179523
beschrieben, unter Verwendung von Rhodococcus erythropolis oder
einem Extrakt davon, um das (R)-2-Amino-ω-alkansäurederivat zu erhalten. Die
optisch aktiven (R)-2-Amino-ω-oxoalkansäurederivate
sind neue Verbindungen mit verschiedenen sehr interessanten Anwendungen. Die
Verbindungen der Formel 7
![Figure 00070001](https://patentimages.storage.googleapis.com/3b/f1/fd/1257ffbd07e967/00070001.png)
sind beispielsweise
zur Verwendung bei der Herstellung von D-Pipecolinsäurederivaten geeignet, wie
beispielsweise in J.O.C. (1990), 5551-3, und in Bioorg. & Med. Chem. (1995),
1237-1240 beschrieben, welche im Gegenzug an sich zur Herstellung
verschiedener pharmazeutischer Erzeugnisse verwendet werden, wie
beispielsweise in EP-A-672665, DE-A-3702943 und US-A-5409946 beschrieben.
Eine andere interessante Verwendung der Verbindungen der Formel
7 ist die Verwendung als Intermediat zur Herstellung von D-Prolin,
welches beispielsweise zur Herstellung von Elitriptan verwendet
wird, wie in 'Drugs
of the Future' (1997),
221-223, beschrieben, welches hier durch Bezugnahme eingeschlossen
ist. Die Erfindung betrifft auch diese neuen Verbindungen, insbesondere
die optisch aktiven (R)-2-Amino-ω-alkansäurederivate
mit einem e.e. von größer als 80%,
vorzugsweise größer als
90%, insbesondere größer als
95%.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Beispiele, ohne darauf
beschränkt
zu sein, näher erläutert.
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Beispiel I
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Herstellung von 4-(1,3-Dioxolan-2-yl)-1-butanal über die
Acetalisierung von Glutardialdehyd mit Ethylenglykol
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Toluol
(1 Liter), Ethylenglykol (155 Gramm, 2,5 mol) und p-Toluolsulfonsäure (1 Gramm)
wurden nacheinander zu einer 50%igen Lösung von Glutaraldehyd in Wasser
(500 Gramm, 2,5 mol) dosiert. Das Gemisch wurde auf Rückflusstemperatur
erwärmt.
Das Wasser wurde mittels einer Dean-Stark-Vorrichtung azeotrop entfernt.
Sobald sämtliches
Wasser mittels der Dean-Stark-Vorrichtung entfernt worden war (annähernd 6 Stunden),
wurde die Lösung
auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Natriumbicarbonat
(2,1 Gramm) und Wasser (250 ml) wurden zu der Lösung gegeben. Nach halbstündigem heftigem
Rühren
wurden die Schichten getrennt.
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Das
Waschen der Toluolphase wurde zweimal wiederholt. Anschließend wurde
die Toluolphase in einem Rotationsfilmverdampfer verdampft, wonach
ein schwach gelbes Öl
erhalten wurde. Der Gehalt an 4-(1,3-Dioxolan-2-yl)-1-butanal betrug
50% (G.C.). Ausbeute = 35%.
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Beispiel II
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Herstellung der Schiff-Base
des 2-Amino-5-(1,3-dioxolan-2-yl)pentansäureamids über die Strecker-Reaktion von
4-(1,3-Dioxolan-2-yl)-1-butanal
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Natriumcyanid
(49 Gramm, 1 mol) und Ammoniumacetat (77 Gramm, 1 mol) wurden nacheinander
zu einer 25%igen Lösung
von Ammoniak in Wasser (500 ml) gegeben. Nach einer Stunde war das
in Beispiel I erhaltene Öl
(288 Gramm, 1 mol) tropfenweise zu dieser Lösung zugegeben. Nach 5-stündigem weiteren
Rühren
wurden Aceton (100 ml) und eine 45%ige Lösung von Kaliumhydroxid in
Wasser (10 ml) nacheinander zu dieser Lösung dosiert. Nach 3 Stunden
wurde Eisessig (7 ml) zugegeben. Die Lösung wurde auf 400 Gramm mittels
eines Rotationsfilmverdampfers konzentriert, Wasser (600 ml) und
Toluol (150 ml) wurden zu dem Konzentrat gegeben. Nach halbstündigem Rühren wurden
die Schichten getrennt. Benzaldehyd (74 Gramm) wurde langsam zu
der Wasserphase unter heftigem Rühren
dosiert. Der gebildete weiße
Niederschlag wurde durch Filtration entfernt und mit Wasser gewaschen.
Nach Trocknen betrug die Ausbeute der Schiff-Base von 2- Amino-5-(1,3-dioxolan-2-yl)pentansäureamid
195 Gramm (Ausbeute 70%). Reinheit >98%. (1H-NMR).
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Beispiel III
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Herstellung von (S)-2-Amino-5-(1,3-dioxolan-2-yl)pentansäure über die
enzymatische Spaltung von 2-Amino-5-(1,3-dioxolan-2-yl)pentansäureamid
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Die
Schiff-Base von 2-Amino-5-(1,3-dioxolan-2-yl)pentansäureamid
(240 Gramm, 0,87 mol) wurde in Toluol (1000 ml) und Wasser (1500
ml) suspendiert. Konzentrierte Schwefelsäure (44,5 Gramm, 0,44 mol)
wurde langsam unter heftigem Rühren
zudosiert, so dass der pH-Wert oberhalb 4,0 blieb. Nach der Zudosierung der
Schwefelsäure
wurden die Schichten getrennt. Die Wasserphase wurde nachfolgend über einen
stark basischen Ionenaustauscher (Typ IRA 900) geleitet. Die sulfatfreie
Wasserphase wurde nachfolgend auf einen pH-Wert von 9,0 mit Essigsäure gebracht.
Pseudomonas putida (40 Gramm) wurde zu dieser Lösung gegeben. Nach 8-stündigem Rühren bei
37°C wurden
Decalite (30 Gramm) und tropfenweise Benzaldehyd (51 Gramm, 0,48
mol) nacheinander zu der Suspension zudosiert. Der gebildete Niederschlag
wurde mittels Filtration entfernt. Das erhaltene Filtrat wurde auf
etwa 450 Gramm mittels eines Rotationsfilmverdampfers konzentriert.
Nach Erwärmen
auf 65°C
wurde Isopropanol (900 Gramm) zu der Lösung gegeben. Nach langsamem
Abkühlen
auf -5°C
wurden die gebildeten weißen
Kristalle abgefiltert und nacheinander mit Eiswasser und Isopropanol
gewaschen.
Ausbeute an (S)-2-Amino-5-(1,3-dioxolan-2-yl)pentansäure: 42
Gramm (26%).
Schmelzpunkt = 258°C
Reinheit >99% (Titration)
E.e. >99% (HPLC)
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Beispiel IV
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Herstellung von (S)-2-Amino-5-(1,3-dioxolan-2-yl)-pentansäure über die
enzymatische Spaltung von 2-Amino-5-(1,3-dioxolan-2-yl)pentansäureamid
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Eisessig
wurde zu der nach der Toluolextraktion (siehe Beispiel II) erhaltenen
Wasserphase gegeben, so dass der pH-Wert 9,0 wurde. Bei 37°C wurde Pseudomonas
putida zu dieser Wasserphase gegeben. Nach 8-stündigem Rühren wurde die Wasserphase
behandelt, wie in Beispiel III beschrieben.
Ausbeute an (S)-2-Amino-5-(1,3-dioxolan-2-yl)pentansäure = 11%.
Reinheit
= 95% (HPLC), e.e. >99%
(HPLC).
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Beispiel V
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Herstellung von (S)-2-Amino-5-(1,3-dioxolan-2-yl)pentansäure über die
enzymatische Spaltung von 2-Amino-5-(1,3-dioxolan-2-yl)pentansäureamid
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Die
nach der Hydrolyse der Schiff-Base mit Schwefelsäure (siehe Beispiel III) erhaltene
Wasserphase wurde auf einen pH-Wert von 9,0 mittels Triethylamin
gebracht. Bei 37°C
wurde Pseudomonas putida nachfolgend zu dieser Lösung dosiert und nach 8-stündigem Rühren wurde
diese weiterverarbeitet, wie in Beispiel III beschrieben.
Ausbeute
an (S)-2-Amino-5-(1,3-dioxolan-2-yl)pentansäure = 24%.
Reinheit =
76% (HPLC), e.e. >99%
(HPLC).