DE69834276T2

DE69834276T2 - Verfahren zur Verbesserung der optischen Reinheit von Azetidin-2-carbonsäure

Info

Publication number: DE69834276T2
Application number: DE69834276T
Authority: DE
Inventors: Junko Ibaraki-shi Kudo; Motoo Mishima-gun Hazama; Norihiko Suita-shi Hirata
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2018-01-23
Also published as: EP0855446A2; DE69813053D1; EP1308519B1; EP0855446A3; EP1308519A1; US6410279B1; US6162621A; DE69813053T2; EP0855446B1; DE69834276D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der optischen Reinheit von optisch aktiven Azetidin-2-carbonsäure-Derivaten.
Beschreibung des Standes der Technik
Die optisch aktive Azetidin-2-carbonsäure war bekannt als ein Intermediat zum Herstellen eines Pharmazeutikums, so wie ein antithrombotisches Mittel, offenbart in EP 542525 .
Optisch aktive Azetidin-2-carbonsäure wurde hergestellt durch ein Verfahren, welches die Schritte des Umsetzens von Azetidin-2-carbonsäure, welche erhalten wurde durch ein Verfahren, offenbart im Journal of Heterocyclic Chemistry, 6, 435 (1969), mit Benzyloxycarbonylchlorid, um N-(Benzyloxycarbonyl-azetidin-2-carbonsäure zu erhalten, Aussetzen von N-(Benzyloxycarbonyl)-azetidin-2-carbonsäure einer optischen Auflösung unter Verwendung eines optisch aktiven Tyrosin-Hydrazids und dann Aussetzen der erhaltenen optisch aktiven N-(Benzyloxycarbonyl)-azetidin-2-carbonsäure einer Hydrogenolyse, um eine optisch aktive Azetidin-2-carbonsäure zu ergeben [(Journal of Heterocyclic Chemistry, 6, 993 (1969)].
Die Verfahren des Standes der Technik zum Herstellen von optisch aktiver Azetidin-2-carbonsäure wiesen jedoch Schwierigkeiten dahingehend auf, da es als Reagenz für die optische Auflösung ein optische aktives Tyrosin-Hydrazid erfordert, welches teuer ist und im industriellen Maßstab nicht leicht erhältlich ist.
In der WO 97/02241 A wird ein Verfahren zur Verbesserung der optischen Reinheit von Azetidin-2-carbonsäure beschrieben. In diesem Verfahren wird ein diastereomerenreines Tartratsalz der Azetidin-2-carbonsäure selektiv kristallisiert, gefolgt von einer Freisetzung der Aminosäure. Die selektive Kristallisierung wird vorzugsweise in einem Lösungsmittelsystem durchgeführt, das Wasser und ein oder mehrere organische Lösungsmittel, die aus einem oder mehreren Alkoholen ausgewählt sind, umfasst.
Andere Verfahren zur Trennung von optischen Stereoisomeren werden im folgenden Stand der Technik beschrieben.
DE 2123114 offenbart ein Verfahren zur optischen Trennung von Dopa durch selektive Kristallisation aus einer übersättigten Lösung, die einen Überschuss von einem der beiden optischen Isomere enthält.
GB 993892 beschreibt ein Verfahren zum Abtrennen eines optisch aktiven Isomers aus einer übersättigten Lösung einer racemischen Glutaminsäure oder eines Salzes davon durch Impfen dieser übersättigten Lösung mit Kristallen des gewünschten optischen Isomers.
US 5,019,658 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von optisch reinen Stereoisomeren aus einer geschmolzenen racemischen Mischung, die unter erhöhtem Druck gehalten wird und mit Kristallen des gewünschten optischen Isomers geimpft wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung der optischen Reinheit von Azetidin-2-carbonsäure zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung stellt Folgendes zur Verfügung: Ein Verfahren zur Verbesserung der optischen Reinheit von Azetidin-2-carbonsäure der folgenden Formel III:
wobei * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet, umfassend:

a) Umsetzen eines N-substituierten Azetidin-2-carbonsäureesters der Formel II:
wobei R¹ eine Aralkylgruppe oder eine arylierte (C₁-C₂)-Alkoxycarbonylgruppe bezeichnet und R² eine Alkylgruppe, eine Aralkylgruppe oder eine Allylgruppe bezeichnet, mit einem Enzym, das zum selektiven Hydrolysieren eines auf dem Kohlenstoffatom der Position 2 des Azetidinringes basierenden Stereoisomeren in der Lage ist; wobei das Enzym ein Enzym ist, das aus einem Mikroorganismus gewonnen wird, der zu Candida, Mucor, Humicola, Rhizopus, Aspergillus, Penicillium, Bacillus, Anthrobacter, Pseudomonas, Chromobacterium, Alkaligenes oder Achromobacter gehört. zur Herstellung einer N-substituierten Azetidin-2-carbonsäure der Formel I:
wobei R¹ und * wie oben definiert sind;
b) Umsetzen der N-substituierten Azetidin-2-carbonsäure der Formel I mit einem Reduktionsmittel, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Wasserstoff, Hydrazin und einem Salz davon, Ameisensäure und einem Salz davon in der Gegenwart eines Edelmetallkatalysators zur Herstellung eines enantiomeren Überschusses von einem der Isomere der Azetidin-2-carbonsäure;
c) Herstellen einer Lösung der Azetidin-2-carbonsäure; und
d) Kühlen der Lösung in der Gegenwart eines Impfkristalls, der bezogen auf das Kohlenstoffatom an der Position 2 dieselbe Konfiguration aufweist wie das in der Mischung aus Azetidin-2-carbonsäure-Isomeren vorhandene Überschussisomer, um selektiv das optische Isomer der Azetidin-2-carbonsäure umzukristallisieren, das bezogen auf das Kohlenstoffatom an der Position 2 des Azetidinrings dieselbe Konfiguration aufweist wie der Impfkristall.

Das Lösungsmittel in Schritt c) kann Wasser, ein wassermischbares organisches Lösungsmittel oder eine Mischung daraus sein, wobei das wassermischbare Lösungsmittel ein Alkohol, vorzugsweise Methanol oder Ethanol, sein kann.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Zunächst wird das Verfahren zur Herstellung von N-substituierter Azetidin-2-carbonsäure der Formel I, wie oben definiert, beschrieben werden, welches umfasst: Umsetzen eines N-substituierten Azetidin-2-carbonsäureesters der Formel 2, wie oben definiert, mit einem Enzym, das in der Lage ist, selektiv einen Stereoisomer, basierend auf dem Kohlenstoffatom an der 2-Position des Azetidinrings, zu hydrolysieren.
Die Aralkylgruppe für R¹ bei dem N-substituierten Azetidin-2-carbonsäureester der Formel I beinhaltet eine Benyzlgruppe, eine Phenethylgruppe und eine Phenylpropylgruppe, von denen alle einen asymmetrischen Kohlenstoff haben können und beinhaltet weiterhin eine Benzhydrylgruppe und eine Triphenylmethylgruppe.
Die arylierte niedrige Alkoxycarbonylgruppe für R¹ beinhaltet (C₁-C₂)-Alkoxylgruppen mit einem Phenyl-Substituenten, welcher substituiert sein kann, beispielsweise eine Benzyloxycarbonylgruppe, p-Nitrobenzyloxycarbonylgruppe und 2-Phenylethyloxycarbonylgruppe.
Beispiele der Alkylgruppe für R² beinhalten eine (C₁-C₈) Alkylgruppe, so wie eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, so wie n-Propyl- oder i-Propyl-, und eine Butylgruppe, so wie n-Butyl-, sec-Butyl-, i-Butyl- oder t-Butylgruppe.
Beispiele der Aralkylgruppe für R² beinhalten eine Benzylgruppe, eine Phenethylgruppe und eine Phenylpropylgruppe, von denen alle einen asymmetrischen Kohlenstoff enthalten können.
Beispiele der Arylgruppe für R² beinhalten eine Phenylgruppe.
Spezifische Beispiele der N-substituierten Azetidin-2-carbonsäureester beinhalten beispielsweise:
Methyl-N-benzylazetidin-2-carboxylat,
Methyl-N-[(S)-phenylethyl]azetidin-2-carboxylat,
Methyl-N-[(R)-phenylethyl]azetidin-2-carboxylat,
Methyl-N-phenylpropylazetidin-2-carboxylat,
Methyl-N-benzhydrylazetidin-2-carboxylat,
Methyl-N-triphenylmethylazetidin-2-carboxylat,
und entsprechend eine Ethyl-, eine Propylgruppe, so wie n-Propyl oder i-Propyl-Ester, oder ein Butyl-, so wie ein n-Butyl-, sec-Butyl-, i-Butyl- oder t-Butyl-Ester.
Der N-substituierte Azetidin-2-carbonsäureester der Formel II hat zwei Stereoisomere, basierend auf dem Kohlenstoffatom an der 2-Position des Azetidinringes und kann daher eine racemische Mischung aus beiden der Stereoisomere sein, oder eine Überschussmenge eines einzelnen Stereoisomers enthalten.
Das Enzym der vorliegenden Erfindung, welches in der Lage ist, selektiv einen Stereoisomer basierend auf dem Kohlenstoff an der 2-Position des Azetidinringes zu hydrolysieren, kann eines sein, das von einem Mikroorganismus, einem Tier, einer Pflanze abgeleitet ist.
Beispiele des Enzyms, abgeleitet von einem Mikroorganismus beinhalten solche Enzyme, die zu Candida, Mucor, Humicola, Rhizopus, Aspergillus, Penicillium, Bacillus, Arthrobacter, Pseudomonas, Chromobacterium, Alkaligenes oder Achromobacter gehören. Ein Enzym, hergestellt durch einen transformierten Mikroorganismus, transformiert durch Einführen des Gens, das für das Enzym von Interesse codiert, kann ebenso verwendet werden. Die besagten Mikroorganismen können leicht durch solch ein konventionelles Verfahren wie Flüssigkultivieren kultiviert werden, welches das Inokulieren der besagten Mikroorganismen in eine sterile Flüssigkultur und Kultivieren bei 20 bis 40 °C unter Schütteln umfasst, oder durch Feststoffkultivieren, wenn nötig.
Die Enzyme können kommerziell erworben werden. Beispiele der kommerziell erhältlichen Enzyme beinhalten: Chirazym L-2 (abstammend von Candida Antarctica, Produkt von Boehringer Mannheim Com., Ltd.), Novozym 435 (abstammend von Candida Antarctica, Produkt von Novo-Nordisk Com., Ltd.), Lipase AY (abstammend von Candida Rugosa, Produkt von Amano Pharmaceuticals Com., Lts) und Lipase MY (abstammend von Candidy Cylindracea, Meito Sangyo Com., Ltd).
Beispiele der Tier-abgeleiteten Enzyme beinhalten beispielsweise Steapsin oder Pancreatin aus Schaf- oder Schweine-Innereien.
Beispiele für von Pflanzen-abgeleiteten Enzymen beinhalten ein Enzym aus Weizenkeimen.
Diese Enzyme können in verschiedenen Formen verwendet werden, beispielsweise in der Form von aufgereinigtem Enzym, nicht aufgereinigtem Enzym, Kulturlösung der Mikroorganismen, Kulturen, Zellkulturen oder einem behandelten Produkt damit. Die Enzyme oder Zellen können in der Form von immobilisiertem Enzym oder immobilisierten Zellen verwendet werden.
Die Menge des zu verwendenden Enzyms befindet sich optional in einem Bereich, in welchem ein Verschieben der Umsetzung nicht auftritt und sich die Selektivität der Umsetzung nicht verringert.
Beispielsweise beträgt die Menge des kommerziell erhältlichen Enzyms 0,001 bis 0,5 Gewichtsteile, vorzugsweise 0,002 bis 0,2 Gewichtsteile, basierend auf einem Gewichtsteil des N-substituierten Azetidin-2-carbonsäureesters.
Die Umsetzung des Enzyms und des N-substituierten Azetidin-2-carbonsäureesters wird normalerweise in wässriger Lösung ausgeführt, welche eine wässrige Pufferlösung sein kann. Beispiele der Pufferlösung beinhalten diejenigen aus anorganischen Salzen, so wie eine wässrige Lösung aus Alkalimetall-Phosphatsalzen (z. B. wässriges Natriumphosphat, wässriges Kaliumphosphat) oder wässrige Pufferlösung aus organischen Säuresalzen, so wie Alkalimetall-Acetat (z. B. wässrige Lösung aus Natriumacetat, Kaliumacetat).
Die Menge der wässrigen Lösung, die verwendet wird, ist normalerweise nicht geringer als 0,5 mol pro Mol des N-substituierten Azetidin-2-carbonsäureesters, oder nicht mehr als 100 Gewichtsteile pro ein Gewichtsteil des Esters.
Die Umsetzung kann ebenso in der Gegenwart eines hydrophoben organischen Lösungsmittels oder eines hydrophilen organischen Lösungsmittels ausgeführt werden. Diese Lösungsmittel werden vorzugsweise verwendet, um die optische Reinheit des erhaltenen N-substituierten Azetidin-2-carbonsäureesters zu verbessern.
Beispiele des hydrophoben organischen Lösungsmittels beinhalten ein Etherlösungsmittel, so wie t-Butylmethylether oder Isopropylether, und ein Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, so wie Toluol, Hexan, Cyclohexan oder Heptan.
Beispiele des hydrophilen organischen Lösungsmittels beinhalten einen Alkohol, so wie t-Butanol, Methanol, Ethanol, Isopropanol oder n-Butanol, einen Ether, so wie Tetrahydrofuran, ein Sulfoxid, so wie Dimethylsulfoxid, ein Keton, so wie Aceton, und ein Nitril, so wie Acetonitril. Diese hydrophoben organischen Lösungsmittel oder hydrophilen organischen Lösungsmittel werden alleine oder als Mischung verwendet, enthaltend jeweils zwei oder mehr davon oder einzeln.
Wenn ein organisches Lösungsmittel verwendet wird, ist die Menge des verwendeten Lösungsmittels normalerweise nicht größer als 100 Gewichtsteile, und liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 0,1 bis 50 Gewichtsteile pro 1 Gewichtsteil des N-substituierten Azetidin-2-carbonsäureesters.
Die Umsetzung wird normalerweise ausgeführt durch Mischen von Wasser, N-substituiertem Azetidin-2-carbonsäureester und dem Enzym der vorliegenden Erfindung. Wenn das organische Lösungsmittel verwendet wird, können der Ester, das Enzym und Wasser in dem organischen Lösungsmittel gemischt werden.
Die Hydrolyse-Umsetzung kann ausgeführt werden bei einem optional eingestellten pH-Bereich und wird normalerweise ausgeführt bei pH 4 bis 10.
Die Umsetzungstemperatur befindet sich normalerweise in einem Bereich, in dem die Stabilität des Enzyms und die Reaktionsgeschwindigkeit nicht negativ beeinflusst werden, die Reaktionstemperatur ist beispielsweise 5 bis 65 °C, vorzugsweise 20 bis 50 °C.
Bei der vorliegenden Hydrolysereaktion wird ein Stereoisomer, dessen asymmetrisches Kohlenstoffatom, bezeichnet mit einem * bezeichnet ist, einer Hydrolysereaktion ausgesetzt, vorzugsweise unter Erhalt der Konfiguration an dem Kohlenstoffatom, um eine gewünschte optisch aktive N-substituierte Azetidin-2-carbonsäure herzustellen.
Nach Abschluss der Hydrolyse-Umsetzung wird die Umsetzung einem konventionellen Nachbehandlungsverfahren ausgesetzt, so wie Phasentrennung, in welchem ein angemessene Menge an Wasser oder an hydrophoben organischem Lösungsmittel hinzugefügt werden kann und/oder eine Extraktion mit einem hydrophoben organischen Lösungsmittel, wenn nötig, ausgeführt wird.
Beispiele des hydrophoben organischen Lösungsmittels beinhalten einen Ether, so wie t-Butylmethylether oder Isopropylether, ein Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, so wie Toluol, Hexan, Cyclohexan oder Heptan, ein halogeniertes Kohlenwasserstoff- Lösungsmittel, so wie Dichlormethan, Dichlorethan, Chloroform, Chlorbenzol oder o-Dichlorbenzol und einen Ester, so wie Ethylacetat, Methylacetat oder Butylacetat.
Nach der Phasentrennung oder Extraktion wird die wässrige Phase normalerweise der Verdampfung ausgesetzt, um Wasser zu entfernen und um die gewünschte optisch aktive N-substituierte Azetidin-2-carbonsäure zu erhalten, welche weiter durch Umkristallisation oder durch Säulenchromatographie, wenn nötig, aufgereinigt werden kann.
Spezifische Beispiele der optisch aktiven N-substituierten Azetidin-2-carbonsäure beinhalten: N-substituierte Azetidin-2-carbonsäure mit (S)-Konfiguration, so wie
(S)-N-Benzylazetidin-2-carbonsäure,
(S)-N-[(S)-Phenylethyl]azetidin-2-carbonsäure,
(S)-N-[(R)-Phenylethyl]azetidin-2-carbonsäure, und
(S)-N-(Phenylpropyl)azetidin-2-carbonsäure,
(S)-N-Benzhydrylazetidin-2-carbonsäure,
(S)-N-Triphenylmethylazetidin-2-carbonsäure;
und N-substituierte Azetidin-2-carbonsäure mit (R)-Konfiguration, so wie
(R)-N-Benzylazetidin-2-carbonsäure,
(R)-N-[(S)-Phenylethyl]azetidin-2-carbonsäure,
(R)-N-[(R)-Phenylethyl]azetidin-2-carbonsäure,
(R)-N-(Phenylpropyl)azetidin-2-carbonsäure,
(R)-N-Benzhydrylazetidin-2-carbonsäure, und
(R)-N-Triphenylmethylazetidin-2-carbonsäure.
Das andere Stereoisomer des N-substituierten Azetidin-2-carbonsäureesters, welches nicht hydrolysiert wurde, kann durch Extraktion mit einem hydrophoben organischen Lösungsmittel zurückgewonnen werden.
Als nächstes wird das Verfahren zum Herstellen einer optisch aktiven Azetidin-2-carbonsäure der Formel III, wie oben definiert, beschrieben werden, welches umfasst: Umsetzen der optisch aktiven N-substituierten Azetidin-2-carbonsäure der Formel I, erhältlich gemäß dem Verfahren, wie oben definiert, mit einem Reduktionsmittel in der Gegenwart eines Katalysators.
Der Katalysator, der bei dieser Umsetzung verwendet wird, beinhaltet beispielsweise Edelmetallkatalysatoren, so wie Palladiumkohlenstoff, Palladiumhydroxidkohlenstoff, Palladiumacetat, Palladiumchlorid, Palladiumoxid und Palladiumhydroxid. Die Menge des Katalysators beträgt normalerweise 0,0001 bis 0,5 Gewichtsteile pro 1 Gewichtsteil der optisch aktiven N-substituierten Azetidin-2-carbonsäure.
Beispiele des Reduktionsmittels beinhalten Wasserstoff, Hydrazine oder ein Salz davon, so wie Hydrazinhydrochlorid, Sulfat- oder Acetatsalz, Ameisensäure oder ein Salz davon, so wie Ammoniumformiat.
Die Umsetzung wird normalerweise in einem Lösungsmittel ausgeführt. Beispiele des Lösungsmittels beinhalten: Wasser, ein alkoholisches Lösungsmittel, so wie Methanol, Ethanol oder 2-Propanol, ein Ester-Lösungsmittel, so wie Ethylacetat, Methylacetat oder Butylacetat, ein Nitril-Lösungsmittel, so wie Acetonitril, ein aromatisches Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, so wie Toluol, Xylol oder Benzol, ein aliphatisches Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, so wie Hexan oder Heptan, ein halogeniertes Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, so wie Dichlormethan, Dichlorethan, Chloroform, Chlorbenzol oder o-Dichlorbenzol, ein Ether-Lösungsmittel, so wie Diethylether oder t-Butylmethylether, ein Amid-Lösungsmittel, so wie Acetamid, N,N-Dimethylformamid oder N,N-Dimethylacetamid. Diese Lösungsmittel können allein oder in Kombination miteinander verwendet werden. Die Menge des Lösungsmittels, das verwendet wird, beträgt normalerweise 2 bis 100 Gewichtsteile pro Gewichtsteil der optisch aktiven N-substituierten Azetidin-2-carbonsäure.
Wenn Wasserstoff als Reduktionsmittel verwendet wird, wird Wasserstoff in die Lösung der N-substituierten Azetidin-2-carbonsäure und des Katalysators eingeleitet.
Das Wasserstoffgas kann in die Umsetzungslösung eingeleitet werden, oder die Umsetzung kann in einer Wasserstoffatmosphäre bei Normaldruck bis zu komprimiertem Druck unter Rühren ausgeführt werden.
Wenn ein anderes Reduktionsmittel als Wasserstoff verwendet wird, kann das Reduktionsmittel in die Lösung der N-substituierten Azetidin-2-carbonsäure und des Katalysators hineingegeben werden.
Die Umsetzungstemperatur befindet sich normalerweise im Bereich von –50 bis 200 °C.
Nach Abschluss der Umsetzung kann die optisch aktive Azetidin-2-carbonsäure leicht erhalten oder isoliert werden durch eine konventionelle Behandlung, so wie Abfiltration des Katalysators und Verdampfung des Lösungsmittels. Das erhaltene Produkt kann weiter durch Umkristallisation oder Säulenchromatographie, wenn nötig, aufgereinigt werden.
Der Reduktionsprozess ergibt das gewünschte Produkt der Formel III, unter Erhalt der Konfiguration.
Es wird schließlich eine Beschreibung gegeben hinsichtlich des Verfahrens zur Verbesserung der optischen Reinheit von Azetidin-2-carbonsäure der wie oben definierten Formel III, welches Folgendes umfasst:
Herstellen einer Lösung von Azetidin-2-carbonsäure; und
Kühlen der Lösung in Gegenwart eines Impfkristalls von einem optionalen optischen Isomer der Azetidin-2-carbonsäure für ein selektives Rekristallisieren des optischen Isomers der Azetidin-2-carbonsäure, das bezogen auf das Kohlenstoffatom an der Position 2 des Azetidinrings dieselbe Konfiguration aufweist wie der Impfkristall.
Die Azetidin-2-carbonsäure der Formel III, die durch das vorliegende Verfahren gereinigt werden kann, besteht aus zwei Enantiomeren, welche als D-Isomer bzw. L-Isomer bezeichnet werden, wobei das Verhältnis der beiden Enantiomere nicht beschränkt ist, jedoch bevorzugt ein Enantiomerenüberschuss von einem Isomer der Azetidin-2-carbonsäure verwendet wird. Zum Beispiel ist eine Azetidin-2-carbonsäure mit einer optischen Reinheit von nicht weniger als 60 % ee bevorzugt.
Das zur Herstellung der Lösung der Azetidin-2-carbonsäure verwendete Lösungsmittel ist nicht besonders beschränkt, und es kann ein beliebiges Lösungsmittel verwendet werden, das die Azetidin-2-carbonsäure unter Ausbildung einer gleichförmigen Lösung lösen kann.
Es werden bevorzugt Wasser oder ein wassermischbares hydrophiles anorganisches Lösungsmittel oder eine Mischung daraus verwendet.
Beispiele des hydrophilen organischen Lösungsmittels umfassen: ein Alkohollösungsmittel wie Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol oder Ethylenglycol, ein Carbonsäurelösungsmittel wie Ameisensäure oder Essigsäure, ein Etherlösungsmittel wie Tetrahydrofuran, Dioxan, Monoglym (Ethylenglycoldimethylether) oder Diglym (Diethylenglycoldimethylether), oder Aceton, Acetonitril, N,N-Dimethylformamid, N,N-Dimethylacetamid oder Dimethylsulfoxid. Diese Lösungsmittel können allein oder in Kombination davon verwendet werden. Bevorzugte Lösungsmittel sind Methanol oder Ethanol unter den hydrophilen organischen Lösungsmitteln und eine Mischlösungsmittel aus Wasser und Methanol oder Ethanol, wobei deren Verhältnis nicht besonders eingeschränkt ist.
Im Hinblick auf die Ausbeute wird die Azetidin-2-carbonsäure für gewöhnlich in einem Lösungsmittel bei 0 °C bis zum Siedepunkt des verwendeten Lösungsmittels, vorzugsweise bei nicht weniger als Raumtemperatur, weiter bevorzugt nicht weniger als 30 °C, noch weiter bevorzugt nicht weniger als 50 °C gelöst.
Die Menge des zu verwendenden Lösungsmittels variiert mit der Art des Lösungsmittels. Im Hinblick auf die Ausbeute ist zumindest eine derartige Menge des Lösungsmittels bevorzugt, welche die Azetidin-2-carbonsäure bei einer Temperatur von nicht mehr als der Siedetemperatur des verwendeten Lösungsmittels löst, und ist als minimal mögliche Menge des Lösungsmittels bevorzugt. Mit anderen Worten, die Menge beträgt vorzugsweise 1- bis 1,1-fach die Menge des Lösungsmittels, die eine gesättigte Lösung an Azetidin-2-carbonsäure bei einer bestimmten Lösungstemperatur erzeugt. Eine solche Menge des Lösungsmittels kann vorab durch herkömmliche Verfahren bestimmt werden.
Das Abkühlen der auf diese Weise hergestellten Lösung von Azetidin-2-carbonsäure wird bei einer Rate von 1 bis 50 °C pro Stunde, vorzugsweise 3 bis 20 °C pro Stunde durchgeführt. Die Abkühlungsrate muss nicht konstant sein, sondern kann allmählich oder schrittweise verändert werden.
Die durch das Abkühlen erreichte Endtemperatur der Lösung kann gegebenenfalls festgelegt werden und liegt vorzugsweise im Bereich von –80 bis +50 °C, vorzugsweise –50 bis +30 °C, weiter bevorzugt –30 bis +10 °C.
Ein Abkühlen der Lösung in der Gegenwart eines Impfkristalls von einem optischen Isomer der Azetidin-2-carbonsäure rekristallisiert selektiv das optische Isomer der Azetidin-2-carbonsäure, das im Hinblick auf das Kohlenstoffatom der Position 2 des Azetidinrings dieselbe Konfiguration aufweist wie der Impfkristall.
Für gewöhnlich besitzt der Impfkristall dieselbe Konfiguration im Hinblick auf das Kohlenstoffatom an der Position 2 wie das Überschussisomer, das in der Mischung der Isomere der Azetidin-2-carbonsäure vorhanden ist.
Ein Impfkristall mit höherer optischer Reinheit ist bevorzugt, zum Beispiel ist ein Kristall von nicht weniger als 97 % ee weiter bevorzugt, wobei zum Zweck des Erhalts einer Azetidin-2-carbonsäure mit hoher optischer Reinheit 99 % ee noch weiter bevorzugt sind.
Die Menge des Impfkristalls der optisch aktiven Azetidin-2-carbonsäure ist nicht besonders eingeschränkt. Es werden für gewöhnlich nicht weniger als 0,0001 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, vorzugsweise 0,001 Gew.-% bis 0,08 Gew.-% an abzutrennender Azetidin-2-carbonsäure verwendet.
Der Impfkristall kann einmal oder, falls notwendig, mehrmals zu der Lösung der Azetidin-2-carbonsäure gegeben werden, zu jeder Zeit, vorzugsweise wenn die Lösung sich in einem gesättigten oder übersättigten Bereich befindet, aber vor dem Beginn einer Kristallisation der gelösten Azetidin-2-carbonsäure in der Lösung. Er wird vorzugsweise während des Abkühlens zugegeben.
Typischerweise wird der Impfkristall auf folgende Weise zugegeben. Der Impfkristall wird zu einer Lösung der Azetidin-2-carbonsäure gegeben, die auf eine Temperatur von 1 bis 30 °C unterhalb der Temperatur gekühlt wurde, bei der die Azetidin-2-carbonsäure gelöst wurde, und die Lösung wird dann weiter gekühlt oder auf derselben Temperatur gehalten, um das gewünschte Produkt zu kristallisieren, wobei im Hinblick auf die Ausbeute die Lösung vorzugsweise gekühlt wird. Sobald die Kristalle in der Lösung erscheinen, wird die Lösung für eine gewisse Zeit stehen gelassen, zum Beispiel während weniger als 20 Stunden, vorzugsweise während einer halben bis 10 Stunden, weiter bevorzugt während 1 bis 5 Stunden. Die Kristalle können zum Beispiel durch Filtration gesammelt werden, wodurch das gewünschte Produkt von der Mischung der optischen Isomere der Azetidin-2-carbonsäure getrennt wird.
Die folgenden Beispiele illustrieren die vorliegende Erfindung weiter im Detail, aber sind nicht limitierend für die vorliegende Erfindung auszulegen.
Beispiel 1
N-Benzylazetidin-2-carbonsäuremethylester (1,4 g) wurde in 40 ml t-Butylmethylether bei 20 bis 25 °C gelöst und eine Minute lang gerührt und 70 mg Enzym (Chirazym L-2), suspendiert in 2 ml Wasser, wurde hinzugegeben und die resultierende Lösung wurde auf 40 °C erhitzt und 14 Stunden lang gerührt.
Die abgesetzte Lösung wurde in eine wässrige und eine organische Phase getrennt. Die wässrige Phase wurde zweimal mit t-Butylmethylether (5 ml) gewaschen, um eine wässrige Lösung aus optisch aktiver N-Benzylazetidin-2-carbonsäure und einer kom binierten organischen Phase aus N-Benzylazetidin-2-carbonsäuremethylester zu ergeben.
Die extrahierte wässrige Phase wurde einer Hochleistungs-Flüssigchromatographie-Analyse ausgesetzt [Säule: SIMICHIRAL OA-3100, 4,6 mm ϕ × 25 cm (Produkt von SUMIKA Analysis Center). Optische Reinheit und Ausbeute von N-Benzylazetidin-2-carbonsäure wird bestimmt und in Tabelle 1 hierunter aufgeführt.
Beispiel 2
Zu der wässrigen Lösung aus N-Benzylazetidin-2-carbonsäure, die oben erhalten wurde, wurden 170 mg 10 %igen Pd(OH)2 (Wassergehalt: 43 %) bei Raumtemperatur hinzugegeben und es wurde 18 Stunden lang unter Wasserstoffatmosphäre bei Raumtemperatur gerührt, dann wurde die Lösung auf 40 °C erhitzt und weiterhin 34 Stunden lang gerührt. Dann wurde die Lösung filtriert, um ein Filtrat aus Azetidin-2-carbonsäure zu ergeben, welches einer Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie-Analyse ausgesetzt wurde [Säule: SIMICHIRAL OA-6000, 4,6 mm ϕ × 15 cm (Produkt von SUMIKA Analysis Center), wobei der Gehalt an Azetidin-2-carbonsäure und das Isomerenverhältnis analysiert wurden. Das Verhältnis des (S)-Isomers der optisch aktiven Azetidin-2-carbonsäure betrug 99,2 %.
Beispiele 3 bis 8
4 mg des Enzyms (kommerziell erhältlich) beschrieben in Tabelle 1, 0,5 ml 0,1 M Phosphat-Pufferlösung (pH 7,0) und 0,5 ml t-Butylmethylether werden bei 20 bis 25 °C gemischt und die resultierende Mischung wurde gerührt und dann wurden 40 mg wässrige Lösung aus N-Benzylazetidin-2-carbonsäuremethylester hinzugefügt und auf 40 °C erhitzt und 2 Stunden lang gerührt.
Dann wurde die Lösung mit 2 ml Toluol gewaschen und getrennt, um eine wässrige Phase aus optisch aktiven N-Benzylazetidin-2-carbonsäure und eine organische Phase aus N-Benzylazetidin-2-carbonsäuremethylester zu ergeben. Resultate der gleichen Analyse wie in Beispiel 1 sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Beispiel 9
4 mg des Enzyms (ChirazymL-2), 0,5 ml einer 0,1M Phosphatpufferlösung (pH 7,0) und 0,5 ml t-Butylmethylether werden bei 20 bis 25 °C gemischt und die resultierende Mischung wurde gerührt und dann wurden 40 mg N-Benzylazetidin-2-carbonsäuremethylester hinzugefügt und auf 40 °C erhitzt und 2 Stunden lang gerührt.
Dann wurde die Lösung mit 2 ml Toluol gewaschen und getrennt, um eine wässrige Phase aus optisch aktiver N-Benzylazetidin-2-carbonsäure und eine organische Phase aus N-Benzylazetidin-2-carbonsäuremethylester zu ergeben. Resultate derselben Analyse wie in Beispiel 1 sind in Tabelle 2 gezeigt.
Beispiele 10 bis 12
Dieselben Verfahren, wie beschrieben in Beispiel 9, wurden ausgeführt, außer daß ein Lösungsmittel, beschrieben in Tabelle 2, verwendet wurde, anstelle von t-Butylmethylether und eine wässrige Phase aus optisch aktiver N-Benzylazetidin-2-carbonsäure und eine organische Phase aus N-Benzylazetidin-2-carbonsäuremethylester wurden erhalten. Resultate der Analyse, wie verwendet in Beispiel 1, sind gezeigt in Tabelle 2.
Tabelle 2
Beispiel 13
N-Benzylazetidin-2-carbonsäuremethylester (1 g), 90 mg t-Butanol, 90 mg Wasser wurden bei 20 bis 25 °C vermischt und 180 mg Chirazym L-2 wurden untergemischt und die resultierende Lösung wurde auf 40 °C erhitzt und 2 Stunden lang gerührt. Danach wurden 1 ml Wasser hinzugefügt und mit 4 ml t-Butylmethylether dreimal gewaschen, um eine wässrige Lösung aus optisch aktiver N-Benzylazetidin-2-carbonsäure zu erhalten. Die kombinierten organischen Phasen ergaben eine Lösung aus N-Benzylazetidin-2-carbonsäuremethylester.
Die Analyse wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 ausgeführt und die Resultate sind in Tabelle 3 hierunter gezeigt.
Tabelle 3
Beispiele 14 und 15
4 mg des Enzyms (kommerziell erhältlich) beschrieben in Tabelle 4, 0,5 ml einer 0,1 M Phosphatpufferlösung (pH 7,0) und 0,5 ml t-Butylmethylether wurden bei 20 bis 25 °C gemischt und die resultierende Mischung wurde gerührt und dann wurden 40 mg wässrige Lösung aus N-[(S)-Phenylethyl]azetidin-2-carbonsäuremethylester hinzugefügt und die Mischung wurde auf 40 °C erhitzt und 2 Stunden lang gerührt.
Dann wurde die Lösung mit 2 ml Toluol gewaschen und aufgetrennt, um eine wässrige Phase optisch aktiver N-Benzylazetidin-2-carbonsäure und eine organische Phase aus N-Benzylazetidin-2-carbonsäuremethylester zu ergeben. Resultate derselben Analyse wie in Beispiel 1 sind in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
Beispiel 16
4 mg des Enzyms (kommerziell erhältlich), beschrieben in Tabelle 5, 2 ml einer 0,1 M Phosphatpufferlösung (pH 7,0) und 0,2 ml n-Hexan werden bei 20 bis 25 °C gemischt und die resultierende Mischung wurde gerührt und dann wurden 40 mg N-[(R)- Phenylethyl]azetidin-2-carbonsäuremethylester hinzugefügt, und das Ganze wurde auf 40 °C erhitzt und 9 Stunden lang gerührt.
Dann wurde die Lösung mit 2 ml Toluol gewaschen und aufgetrennt, um eine wässrige Phase aus optisch aktiver N-[(R)-Phenylethyl]azetidin-2-carbonsäure und eine organische Phase aus N-[(R)-Phenylethyl]azetidin-2-carbonsäuremethylester zu ergeben. Resultate derselben Analyse wie in Beispiel 1 sind in Tabelle 5 gezeigt.
Tabelle 5
Beispiel 17 und 18
4 mg des Enzyms (kommerziell erhältlich), beschrieben in Tabelle 6, und 2 ml 0,1 M Phosphatpufferlösung (pH 7,0) werden bei 20 bis 25 °C gemischt und die resultierende Mischung wurde gerührt und dann wurden 40 mg N-[(R)-Phenylethyl]azetidin-2-carbonsäuremethylester hinzugefügt und das Ganze wurde auf 40 °C erhitzt und 2 Stunden lang gerührt.
Dann wurde die Lösung mit 2 ml Toluol gewaschen und getrennt, um eine wässrige Phase aus optische aktiver N-[(R)-Phenylethyl]azetidin-2-carbonsäure und eine organische Phase aus N-[(R)-Phenylethyl]azetidin-2-carbonsäuremethylester zu ergeben. Resultate derselben Analyse wie in Beispiel 1 sind in Tabelle 6 gezeigt.
Tabelle 6
Beispiel 19
Es wurde Azetidin-2-carbonsäure (8,59 g; L-Isomer, 86,8 % ee) zu einem Mischlösungsmittel aus 18,0 g an Wasser und 54,0 g an Methanol gegeben und bei 70 °C vollständig gelöst. Die Lösung wurde bei 8 °C/h auf 60 °C gekühlt, und es wurde ein Impfkristall aus L-Azetidin-2-carbonsäure (0,5 mg, optische Reinheit: 99,9 % ee) dazugegeben und mit derselben Rate auf –10 °C weiter gekühlt und bei dieser Temperatur während 2 Stunden gehalten, um Kristalle von L-Azetidin-2-carbonsäure zu erhalten.
Das kristalline Produkt wurde durch Filtration gesammelt, um L-Azetidin-2-carbonsäure (5,64 g; L-Isomer > 99,9 % ee) zu erhalten.
(Ausbeute basierend auf der eingesetzten Azetidin-2-carbonsäure: 66%, Ausbeute basierend auf der L-Azetidin-2-carbonsäure: 70 %).
Beispiel 20
Es wurde Azetidin-2-carbonsäure (4,81 g; L-Isomer, 88,3 % ee) zu einem Mischlösungsmittel aus 12,1 g an Wasser und 62,2 g an Methanol gegeben und bei 70 °C vollständig gelöst. Die Lösung wurde bei 8 °C/h auf 65 °C gekühlt, und es wurde ein Impfkristall aus L-Azetidin-2-carbonsäure (0,5 mg, optische Reinheit: 99,9 % ee) dazugegeben und mit derselben Rate auf –2 °C weiter gekühlt und bei dieser Tempera tur während 2 Stunden gehalten, um Kristalle von L-Azetidin-2-carbonsäure zu erhalten.
Das kristalline Produkt wurde durch Filtration gesammelt, um L-Azetidin-2-carbonsäure (3,33 g; L-Isomer > 99,9 % ee) zu erhalten.
(Ausbeute basierend auf der eingesetzten Azetidin-2-carbonsäure: 69%, Ausbeute basierend auf der L-Azetidin-2-carbonsäure: 74 %).
Beispiel 21
Es wurde Azetidin-2-carbonsäure (3,76 g; L-Isomer, 94,0 % ee) zu einem Mischlösungsmittel aus 7,3 g Wasser und 20,5 g an Methanol gegeben und bei 70 °C vollständig gelöst. Die Lösung wurde bei 8 °C/h auf 65 °C gekühlt, und es wurde ein Impfkristall aus L-Azetidin-2-carbonsäure (0,5 mg, optische Reinheit: 99,9 % ee) dazugegeben und mit derselben Rate auf –2 °C weiter gekühlt und bei dieser Temperatur während 4 Stunden gehalten, um Kristalle von L-Azetidin-2-carbonsäure zu erhalten.
Das kristalline Produkt wurde durch Filtration gesammelt, um L-Azetidin-2-carbonsäure (2,68 g; L-Isomer > 99,9 % ee) zu erhalten.
(Ausbeute basierend auf der eingesetzten Azetidin-2-carbonsäure: 71 %, Ausbeute basierend auf der L-Azetidin-2-carbonsäure: 73 %).
Beispiel 22
Es wurde Azetidin-2-carbonsäure (9,12 g; L-Isomer, 89,9 % ee) zu einem Mischlösungsmittel aus 16,6 g an Wasser und 74,6 g an Methanol gegeben und bei 80 °C vollständig gelöst. Die Lösung wurde bei 7 °C/h auf 70 °C gekühlt, und es wurde ein Impfkristall aus L-Azetidin-2-carbonsäure (1 mg, optische Reinheit: 99,9 % ee) dazu gegeben und mit derselben Rate auf 0 °C weiter gekühlt und bei dieser Temperatur während 2 Stunden gehalten, um Kristalle von L-Azetidin-2-carbonsäure zu erhalten.
Das kristalline Produkt wurde durch Filtration gesammelt, um L-Azetidin-2-carbonsäure (5,95 g; L-Isomer > 99,9 % ee) zu erhalten.
(Ausbeute basierend auf der eingesetzten Azetidin-2-carbonsäure: 65%, Ausbeute basierend auf der L-Azetidin-2-carbonsäure: 69 %).
Beispiel 23
Es wurde Azetidin-2-carbonsäure (31,6 g; D-Isomer, 74,9 % ee) zu einem Mischlösungsmittel aus 41,6 g an Wasser und 230,9 g an Methanol gegeben und bei 67 °C vollständig gelöst. Die Lösung wurde bei 10 °C/h auf 65 °C gekühlt, und es wurde ein Impfkristall aus D-Azetidin-2-carbonsäure (1 mg, optische Reinheit: 99,9 % ee) dazugegeben und mit derselben Rate auf 0 °C weiter gekühlt und bei dieser Temperatur während 2 Stunden gehalten, um Kristalle von D-Azetidin-2-carbonsäure zu erhalten.
Das kristalline Produkt wurde durch Filtration gesammelt, um D-Azetidin-2-carbonsäure (14,2 g; D-Isomer > 99,9 % ee) zu erhalten.
(Ausbeute basierend auf der eingesetzten Azetidin-2-carbonsäure: 45%, Ausbeute basierend auf der D-Azetidin-2-carbonsäure: 51 %).
Beispiel 24
21,02 g N-Benzylazetidin-2-carbonsäuremethylester, 592 g t-Butylmethylether und 40 g Wasser werden bei 20 bis 25 °C gemischt, und dann werden 1,41 g Enzym (Chirazym L-2) hinzugefügt, und die resultierende Lösung wurde auf 40 °C erhitzt und 14 Stunden lang gerührt. Die abgesetzte Lösung wurde getrennt in eine wässrige Phase und eine organische Phase. Die wässrige Phase wurde zweimal mit t-Butylmethylether gewaschen, um eine wässrige Lösung aus optisch aktiver N-Benzylazeti din-2-carbonsäure und eine kombinierte organische Phase aus N-Benzylazetidin-2-carbonsäuremethylester zu ergeben. Die Ergebnisse derselben Analyse wie in Beispiel 1 sind in Tabelle 7 gezeigt.
Tabelle 7
Beispiel 25
10,0 g N-Benzylazetidin-2-carbonsäureethylester, 29,6 g t-Butylmethylether und 26,7 g Wasser werden bei 20 bis 25 °C gemischt, und dann wurden 0,333 g Enzym (Chirazym L-2) hinzugefügt und die resultierende Lösung wurde auf 40 °C erhitzt und 7 Stunden lang gerührt. Die abgesetzte Lösung wurde in eine wässrige Phase und eine organische Phase getrennt. Die wässrige Phase wurde zweimal mit t-Butylmethylether gewaschen, um eine wässrige Lösung aus optisch aktiver N-Benzylazetidin-2-carbonsäure und eine kombinierte organische Phase aus N-Benzylazetidin-2-carbonsäureethylester zu ergeben. Resultate derselben Analyse wie in Beispiel 1 sind in Tabelle 8 gezeigt.
Tabelle 8

Claims

Verfahren zur Verbesserung der optischen Reinheit von Azetidin-2-carbonsäure der folgenden Formel III:
wobei * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet, umfassend: a) Umsetzen eines N-substituierten Azetidin-2-carbonsäureesters der Formel II:
wobei R¹ eine Aralkylgruppe oder eine arylierte (C₁-C₂)-Alkoxycarbonylgruppe bezeichnet und R² eine Alkylgruppe, eine Aralkylgruppe oder eine Allylgruppe bezeichnet, mit einem Enzym, das zum selektiven Hydrolysieren eines auf dem Kohlenstoffatom der Position 2 des Azetidinringes basierenden Stereoisomeren in der Lage ist; wobei das Enzym ein Enzym ist, das aus einem Mikroorganismus gewonnen wird, der zu Candida, Mucor, Humicola, Rhizopus, Aspergillus, Penicillium, Bacillus, Anthrobacter, Pseudomonas, Chromobacterium, Alkaligenes oder Achromobacter gehört. zur Herstellung einer N-substituierten Azetidin-2-carbonsäure der Formel I:
wobei R¹ und * wie oben definiert sind; b) Umsetzen der N-substituierten Azetidin-2-carbonsäure der Formel I mit einem Reduktionsmittel, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Wasserstoff, Hydrazin und einem Salz davon, Ameisensäure und einem Salz davon in der Gegenwart eines Edelmetallkatalysators zur Herstellung eines enantiomeren Überschusses von einem der Isomere der Azetidin-2-carbonsäure; c) Herstellen einer Lösung der Azetidin-2-carbonsäure; und d) Kühlen der Lösung in der Gegenwart eines Impfkristalls, der bezogen auf das Kohlenstoffatom an der Position 2 dieselbe Konfiguration aufweist wie das in der Mischung aus Azetidin-2-carbonsäure-Isomeren vorhandene Überschussisomer, um selektiv das optische Isomer der Azetidin-2-carbonsäure umzukristallisieren, das bezogen auf das Kohlenstoffatom an der Position 2 des Azetidinrings dieselbe Konfiguration aufweist wie der Impfkristall.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel in Schritt c) Wasser, ein wassermischbares organisches Lösungsmittel oder eine Mischung daraus ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das wassermischbare Lösungsmittel ein Alkohol ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Alkohol Methanol oder Ethanol ist.