DE69924510T2

DE69924510T2 - Verfahren zur enzymatischen kinetischen trennung von 3-phenylglycidsäure durch umesterung mittels aminoalkoholen

Info

Publication number: DE69924510T2
Application number: DE69924510T
Authority: DE
Inventors: Marco Villa; Dario Tentorio; Angelo Restelli; Sergio Riva
Original assignee: Zambon Group SpA; Zambon SpA
Current assignee: Zach System SpA
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2019-09-21
Also published as: ATE292189T1; WO2000017384A1; ES2249027T3; IT1302261B1; DE69924510D1; JP4225694B2; US6187936B1; ITMI982061A1; EP1115881A1; JP2002526086A; EP1115881B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Stereoisomerentrennung von 3-Phenylglycidaten und insbesondere betrifft sie ein Verfahren für die enzymatische kinetische Stereoisomerentrennung von 3-Phenylglycidaten durch Umesterung mit Aminoalkoholen.
Die Ester von 3-Phenylglycidsäure sind bekannte Verbindungen, die in der Literatur beschrieben sind und häufig als synthetische Zwischenprodukte verwendet werden.
Die Ester von trans-3-Phenylglycidsäure werden zum Beispiel, wenn die Stereoisomere entsprechend getrennt wurden, häufig für die Herstellung von (2R,3S)-N-Benzoyl-3-phenylisoserin, der Seitenkette von Paclitaxel, einem bekannten Medikament gegen Krebs natürlicher Herkunft (Merck Index, Ausgabe XII, Nr. 7117, Seite 1200), verwendet.
Eine weitere bedeutsame Verwendung von 3-Phenylglycidaten, und insbesondere von (2R,3S)-3-(4-Methoxyphenyl)glycidaten, ist für die Synthese der Verbindung (+)-(2S,3S)-3-Acetoxy-5-(2-dimethylaminoethyl)-2,3-dihydro-2-(4-methoxyphenyl)-1,5-benzothiazepin-4(5H)-on, einem bekannten Medikament mit Calciumblocker-Wirkung mit dem Namen Diltiazem (Merck Index, Ausgabe XII, Nr. 3247, Seite 541).
Die Herstellung von Diltiazem, die von Estern von 3-(4-Methoxyphenyl)glycidsäure ausgeht, kann nach verschiedenen Literaturverfahren ausgeführt werden, zum Beispiel nach den Verfahren, die in den britischen Patenten Nr. 1236467 und 2167063 oder in den europäischen Patenten Nr. 127882 und 158340, alle im Namen von Tanabe Seyaku Co. Ltd., beansprucht werden.
Um Diltiazem herzustellen, ist es notwendig, eine Antipodentrennung an einem der Zwischenprodukte der Synthese durchzuführen. Die Stereoisomerentrennung, die in einem Anfangsschritt des Verfahrens ausgeführt wird, ist offensichtlich insofern ökonomisch günstiger, dass der ökonomische Wert des Produkts, das der Stereoisomerentrennung unterzogen wird, geringer ist und demzufolge das entfernte Isomer keinen erheblichen Verlust darstellt.
Es ist daher vorteilhaft, Ester von 3-(4-Methoxyphenyl)glycidsäure in reiner enantiomerer Form zu haben, da die Verbindung das erste optisch aktive Zwischenprodukt der Synthese ist.
Die meisten in der Literatur berichteten Verfahren für die Herstellung von 3-Phenylglycidaten ergeben racemische Mischungen. Es ist möglich, durch geeignete Wahl des Syntheseweges und Optimierung der experimentellen Bedingungen hauptsächlich eins der zwei möglichen Enantiomerenpaare zu erhalten, zum Beispiel das Transracemat (2R*,3S*) wie im Fall der Darzens-Kondensation zwischen 4-Methoxybenzaldehyd und Methylchloracetat [J. Org. Chem., (1986), 51, 2759].
Dennoch ist es selbst beim Verfügen über das einzelne Transenantiomerenpaar, das sie ergibt, trotzdem notwendig, das gewünschte Enantiomer zu isolieren, mit einer 2R,3S absoluten Konfiguration in dem speziellen Fall von 3-(4-Methoxyphenyl)glycidaten, die für die Synthese von Diltiazem verwendet werden, oder das 2R,3S- oder 2S,3R-Enantiomer, in Abhängigkeit vom Syntheseweg, im Fall von 3-Phenylglycidaten, die für die Herstellung der Seitenkette von Paclitaxel [J. Org. Chem., (1993), 58, 1287] verwendet werden, wobei auf Stereoisomerentrennverfahren zurückgegriffen wird.
Neben herkömmlicheren Verfahren der Stereoisomerentrennung, die aus dem Umwandeln der racemischen Mischung in eine diastereoisomere Mischung durch Wechselwirkung mit einem enantiomer reinen Trennmittel für Stereoisomere und anschließend Trennen einer solchen Mischung durch klassische Verfahren, wie zum Beispiel chromatographische Reinigungen oder fraktionierte Kristallisationen, bestehen, sind die kinetischen Stereoisomerentrennverfahren wirklich attraktiv.
Solche Stereoisomerentrennverfahren basieren hingegen auf den verschiedenen Reaktionsgeschwindigkeiten von jedem Enantiomer in Bezug auf optisch aktive Reagenzien oder achirale Reagenzien, jedoch in Gegenwart von chiralen Katalysatoren.
Eine besonders wichtige Gruppe von chiralen Katalysatoren wird durch Enzyme gebildet, deren Verwendung als Trennmittel für Stereoisomere erst vor kurzem erkannt und entwickelt worden ist [A. Zaks u.a. in Drug Discovery Today, (1997), 2, 513].
Viele enzymatische Verfahren für die Stereoisomerentrennung von Carbonsäuren und verwandten Estern sind in der Literatur beschrieben, siehe zum Beispiel die Überblicke, die in Angew. Chem., Int. Ed. Eng. (1985), 24, 617 und (1989), 28, 695 veröffentlicht sind.
Innerhalb dieses Bereichs sind die Verfahren, die von hydrolytischen Enzymen, wie Lipasen und Proteasen, in nichtwässrigen Medien für die kinetische Stereoisomerentrennung von Estern durch eine Umesterungsreaktion Gebrauch machen [A. Klibanov in Acc. Chem. Res. (1990), 23, 114], zum Beispiel nach dem folgenden Schema:
besonders interessant.
Unter den besten Bedingungen ist es möglich, vorzugsweise nur eins der zwei Enantiomere umzuestern und es auf diese Weise von dem anderen zu differenzieren, und dann die racemische Mischung mit fast quantitativen Ausbeuten in die Stereoisomere zu trennen.
In den oben erwähnten Verfahren ist die Wahl des Alkohols R_bOH insofern kritisch, dass er dem neu gebildeten Ester völlig verschiedene chemisch-physikalische Eigenschaften im Vergleich mit der Ausgangsverbindung garantieren muss, wobei auf diese Weise die Trennungsverfahren der zwei Ester, zum Beispiel Chromatographie, bevorzugte Kristallisation, Destillation oder Salzbildung, erleichtert werden.
Einige Verfahren zur Stereoisomerentrennung von racemischen Phenylglycidaten durch enzymatische Umesterungsverfahren werden in der Literatur berichtet.
Ein erstes Beispiel der Stereoisomerentrennung von racemischen 3-(4-Methoxyphenyl)glycidaten durch enzymatische Umesterung ist in der Patentanmeldung GB 2246351 , die im Namen des gleichen Anmelders ist, beschrieben.
Ein ähnliches Herangehen wird von Da-Ming Gou u.a. in J. Org. Chem. (1993), 58, 1287 für die Synthese der Seitenkette von Paclitaxel verwendet. Die Autoren beschreiben die Trennung von trans-Methyl-3-phenylglycidat durch eine Umesterungsreaktion, die durch die Lipase aus Mucor miehei katalysiert wird, mit Isobutylalkohol.
Die endgültige Isolierung der einzelnen Enantiomere wird durch Chromatographie oder durch fraktionierte Destillation ausgeführt, das heißt durch den Einsatz von Verfahren, die häufig für den Labormaßstab verwendet werden, sich jedoch nicht leicht auf dem industriellen Niveau anwenden lassen.
Ein ähnliches Verfahren der kinetischen Stereosimerentrennung von Phenylglycidaten, das durch Esterasen katalysiert wird, wobei der Alkohol, der in der Umesterungsreaktion verwendet wird, ein C₂-C₁₀-Alkanohol ist, wird von Tanabe in JP 06/078790 berichtet. Selbst wenn es das Erhalten des gewünschten Produkts, das heißt der bereits erwähnten (2R,3S)-3-(4-Methoxyphenyl)glycidat-Vorstufe von Diltiazem, mit einem hohen Grad an optischer Reinheit ermöglicht, ist das Verfahren insofern nicht leicht auf dem industriellen Niveau anwendbar, dass es chromatographische Verfahren für seine Isolierung ausnutzt.
Ein anderes Herangehen hingegen, das in der europäischen Patentanmeldung Nr. 498706 (Synthelabo) beschrieben ist, das einen alternativen Weg vorschlägt, um die oben erwähnten Probleme der Isolierung der einzelnen Enantiomere zu bewältigen, basiert auf dem stereoselektiven Unlöslichmachen eines einzelnen Enantiomers durch Umesterung: die enzymatische Umesterungsreaktion, die an dem racemischen trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat in Gegenwart von Natrium-4-hydroxybutyrat ausgeführt wird, führt zu der Bildung des unlöslichen Carboxyesters des (2S,3R)-Enantiomers. Das gewünschte Enantiomer (2R,3S) wird durch Filtration und Eindampfen des Filtrats wiedergewonnen.
Durch das Arbeiten unter konzentrierten Bedingungen, das vom industriellen Standpunkt aus vorzuziehen ist, erweist sich die Toluolreaktionsmischung dennoch als besonders dick, auch wegen der Gegenwart außerhalb der Phase des unlöslichen (2S,3R)-Carboxyesters und Natriumhydroxybutyrats, zusätzlich zu dem Enzym: der Niederschlag dieser Feststoffe auf der enzymatischen Oberfläche reduziert unvermeidlich seine Aktivität und macht seine Wiedergewinnung schwierig.
Mit dem Ziel, die Filtrierbarkeitseigenschaften der Suspension zu verbessern, ist es notwendig, unter ziemlich verdünnten Bedingungen zu arbeiten, zum Beispiel unter Verwendung von 3% Gew./Vol. Lösungen, wie in Beispiel 1 des oben erwähnten Patents beschrieben, alles zum Nachteil der Produktivität des Verfahrens. Aus den oben angegebenen Gründen ist das von Synthelabo beanspruchte Verfahren kaum in der Industrie anwendbar.
Nach unserem Wissen ist ein Verfahren für die enzymatische kinetische Stereoisomerentrennung von 3-Phenylglycidaten durch Umesterung mit Aminoalkoholen von einfacher industrieller Anwendbarkeit und mit bemerkenswert einfachen Isolierungsverfahren des gewünschten Enantiomers noch nie in der Literatur beschrieben worden.
Wir haben jetzt ein Verfahren für die enzymatische kinetische Stereoisomerentrennung von enantiomeren Mischungen von 3-Phenylglycidaten, das besonders für die industrielle Anwendung geeignet ist, durch Umesterung mit Aminoalkoholen, unter nichtwässrigen Bedingungen, der enantiomeren Mischung der Ester und anschließende Trennung des umgeesterten Esters von dem nicht umgeesterten Ester durch Extraktion mit einem sauren Medium gefunden.
Daher ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die Herstellung von
umfassend die enzymatische kinetische Stereoisomerentrennung von trans-3-Phenylglycidaten der Formel
wobei:
R ein lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl ist;
R₁ Wasserstoff, ein lineares oder verzweigtes C₁-C₃-Alkyl, eine lineare oder verzweigte C₁-C₃-Alkoxygruppe, Aryl oder Halogen ist;
durch Umesterung der Mischung der Transenantiomere der Formel I, die katalysiert wird durch Enzyme in organischen Lösungsmitteln, mit Aminoalkoholen der Formel
wobei
n eine ganze Zahl zwischen 2 und 4 ist;
R₂ Wasserstoff oder ein lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl ist;
R₃ ein lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl ist; oder
R₂ und R₃ gemeinsam mit dem Stickstoffatom einen gesättigten 5- bis 7-gliedrigen Ring bilden; um eine Mischung von Transestern zu geben, umgeesterten und nicht umgeesterten, die eine entgegengesetzte absolute Konfiguration haben, mit der Formel III bzw. IV
wobei R, R₁, R₂, R₃ und n die oben angegebenen Bedeutungen haben,
und die anschließende Trennung einer solchen Mischung von Estern der Formeln III und IV.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann leicht ausgeführt werden und ermöglicht es, die einzelnen Enantiomere der racemischen Ester der Formel I mit guten Ausbeuten und hohen enantiomeren Überschüssen zu erhalten, wobei störende Reinigungsverfahren vermieden werden, mit harmlosen und im Handel erhältlichen Reagenzien.
Die Umesterungsreaktion nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird durch Reaktion zwischen einem racemischen Transester der Formel I und einem Aminoalkohol der Formel II in Gegenwart eines geeigneten Enzyms in einem nichtwässrigen Medium ausgeführt.
Die racemischen Transester der Formel I sind bekannte Verbindungen, die zum Beispiel nach der bereits angeführten Darzens-Kondensation, die von wahlweise substituierten Benzaldehyden und von den entsprechenden 2-Halogenacetaten ausgeht [J. Org. Chem., (1986), 51, 2759], leicht hergestellt werden.
Beispiele für Ester der Formel I, die in dem vorliegenden Stereoisomerentrennverfahren verwendbar sind, sind Methyl-, Ethyl- und Propylester.
Methylester werden besonders bevorzugt.
Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung findet die Umesterungsreaktion in Gegenwart eines Aminoalkohols der Formel II statt.
Beispiele für Aminoalkohole der Formel II, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sind 3-Dimethylamino-1-propanol, 2-Diethylaminoethanol, 2-Dimethylaminoethanol, 2-Methylaminoethanol, 1-(2-Hydroxyethyl)-piperidin, 1-(2-Hydroxyethyl)-pyrrolidin.
2-Dimethylaminoethanol, eine Verbindung, die leicht zu finden, kaum toxisch, flüssig bei Raumtemperatur und stabil ist, wird besonders bevorzugt.
In dem enzymatischen kinetischen Stereoisomerentrennverfahren der vorliegenden Erfindung wird der Aminoalkohol der Formel II in einem Molverhältnis, das zwischen 20:1 und 0,4:1 in Bezug auf den Ester der Formel I liegt, verwendet.
Ein solches Molverhältnis liegt vorzugsweise zwischen 10:1 und 1:1, insbesondere beträgt es 2:1.
Die Enzyme, die für den Zweck nützlich sind, können von verschiedener Art sein.
Insbesondere können Lipasen tierischen, mikrobiellen oder pflanzlichen Ursprungs verwendet werden, wie zum Beispiel Lipase aus Candida antarctica, Lipase aus Mucor miehei, Lipase aus Schweinepankreas, Lipase aus Candida cylindracea, Lipase aus Weizenkeimen, Lipase aus Chromobacterium viscosum, Lipase aus Aspergillus niger, Lipase aus Rhizopus javanicus, Lipase ausm Pennicillium cyclopium, Lipase aus Rhizopus delemar, Lipase aus Candida lipolytica, Lipase aus Pennicilium roquefortii, Lipase aus Humicola lanuginosa, Lipase aus Geotrichum candidum, Lipase aus Pseudomonas cepacea, Lipase aus Rhizopus japonicas und Lipase aus Pseudomonas fluorescens, wahlweise auf Trägermaterial.
Die Lipase aus Candida antarctica auf Trägermaterial mit dem Namen Novozim 435^® (Novo Nordisk), die Lipase PS aus Pseudomonas cepacea auf Celite-Trägermaterial (Amano), Lipase aus Schweinepankreas vom Typ II (Sigma) und die Lipase CE5 aus Humicola lanuginosa (Amano) werden besonders bevorzugt.
Die Lipase aus Candida antarctica auf Trägermaterial mit dem Namen Novozim 435^® wird wegen ihrer hohen Enantioselektivitäts-, Stabilitäts- und leichten Verfügbarkeitsmerkmalen noch mehr bevorzugt.
Die Enzyme, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, können am Ende der Reaktion wiedergewonnen und viele Male ohne Aktivitätsverlust wiederverwendet werden.
Die enzymatische Umesterungsreaktion der vorliegenden Erfindung wird in einem nichtwässrigen Medium ausgeführt.
Organische Lösungsmittel, die als Lösungsmittel für die Reaktion verwendbar sind, sind zum Beispiel aromatische Lösungsmittel, wie Benzol, Chlorbenzol, Xylol oder Toluol, Kohlenwasserstoffe, wie n-Hexan, Cyclohexan oder n-Heptan, Ether, wie Diethylether, Diisopropylether, tert-Butylmethylether, Tetrahydrofuran oder Dioxan, Ketone, wie Methylethylketon oder Aceton, Alkohole, wie tert-Butanol oder 2-Methyl-2-butanol, aprotische dipolare Lösungsmittel, wie Acetonitril, oder chlorierte Lösungsmittel, wie Methylenchlorid, oder Mischungen davon.
Aus praktischen Gründen wird Toluol bevorzugt verwendet.
Die Umesterungsreaktion der vorliegenden Erfindung kann eine reversible Reaktion sein, insbesondere wenn der austretende Alkohol ROH eine hohe Nucleophilie aufweist. Mit dem Ziel, das Reaktionsgleichgewicht in die gewünschte Richtung zu verschieben, können viele Strategien adoptiert werden, zum Beispiel können Ester der Formel I, wobei der Rest R von einem schwach nucleophilen Alkohol abstammt, die elektronenentziehende Gruppen in α- oder β-Stellung aufweisen, oder vom Vinyltyp, die nichtreaktive Carbonylverbindungen erzeugen, oder Anhydride der Formel I, wobei R einen Acylrest darstellt, verwendet werden.
Daher fällt die Verwendung von Estern, wobei R zum Beispiel einen 2-Fluorethyl-, 2,2,2-Trifluorethyl-, 2-Chlorethyl-, 2,2,2-Trichlorethyl-, Cyanomethyl-, 2-Nitropropyl-, Vinyl- und einen Isopropenylrest oder einen Acylrest, wie Formyl, Acetyl oder Propionyl, darstellt, auch in den Bereich der vorliegenden Erfindung.
Ein alternatives Herangehen hingegen besteht aus dem Erhöhen der Konzentration des Aminoalkohols der Formel II oder dem Entfernen des Alkohols ROH, der während des Umesterungsverfahrens freigesetzt wird. Die Entfernung des Alkohols ROH kann mit Hilfe von verschiedenen Verfahren ausgeführt werden, zum Beispiel durch Absorption an inerten Materialien oder durch Destillation bei reduziertem Druck, vorzugsweise durch azeotrope Destillation.
Besonders bevorzugt wird die Entfernung des Alkohols ROH durch azeotrope Destillation.
Beispiele für inerte Materialien, die zum Absorbieren von Alkoholen verwendbar sind, sind Molsiebe, vorzugsweise die 5 Å Molsiebe im Fall von Methanol (Union Carbide Typ 5 Å, 1/8 Zoll Stäbe, Fluka).
Die azeotrope Entfernung des Alkohols ROH kann durch Zugeben einer geeigneten Menge eines zweiten Lösungsmittels, das je nach der Art des zu entfernenden Alkohols ausgewählt wird, zu dem Reaktionsmedium erreicht werden. Dieses zweite Lösungsmittel ergibt gemeinsam mit dem Alkohol ROH und wahlweise auch mit dem Lösungsmittel für die Reaktion und dem Aminoalkohol ein azeotropes System mit einem Siedepunkt, der niedriger ist als der des Alkohols ROH selbst. Auf diese Art und Weise, durch Entfernen des Azeotrops durch schwaches Erwärmen und unter reduziertem Druck und durch Erneuern des wahlweise verdampften Aminoalkohols, ist es möglich, das Verschieben des Reaktionsgleichgewichts zu begünstigen, ohne drastische experimentelle Bedingungen zu verwenden, die mit der chemischen Stabilität der Substrate und mit der Aufrechterhaltung einer hohen enzymatischen Enantioselektivität unvereinbar sind.
In dem Fall zum Beispiel, in dem der Alkohol ROH Methanol ist, kann das zweite Lösungsmittel, das zur Herstellung des Azeotrops verwendbar ist, Methylcyclohexan sein.
Ein wichtiger Parameter in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist die Reaktionstemperatur, insofern, dass sie nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch die Enantioselektivität des enzymatischen Systems beeinflusst.
Im Allgemeinen arbeitet es bei der Temperatur, die die höchste Löslichmachung der Substrate und die Entfernung des wahlweisen azeotropen Systems durch Destillation, gemeinsam mit einer idealen enzymatischen Aktivität, ermöglicht.
Der verwendbare Temperaturbereich kann zum Beispiel von 5 bis 50°C variieren, bei Umgebungsdruck oder unter Vakuum. Vorzugsweise arbeitet es zwischen 10 und 30°C, insbesondere bei Raumtemperatur.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist die Phase der Isolierung der Reaktionsprodukte besonders praktisch und leicht zu verwirklichen.
Im Allgemeinen verläuft sie durch Entfernen des Enzyms auf Trägermaterial und der wahlweisen Molsiebe durch Filtrieren und durch Extrahieren des Filtrats zuerst mit Wasser, um den Überschuss an wasserlöslichem Aminoalkohol der Formel II zu eliminieren, und dann mit einer sauren wässrigen Phase: das umgeesterte Produkt der Formel IV und das nicht umgeesterte Produkt der Formel III befinden sich in der sauren wässrigen Phase bzw. in der organischen Phase.
Die Säurewäschen werden unter Verwendung von wässrigen Lösungen organischer oder anorganischer Säuren, wie zum Beispiel Essigsäure, Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Sulfonsäure, unter solchen Zugabekonzentrationen und -bedingungen, dass ein pH-Wert des Mediums gewährleistet wird, der ausreichend ist, um die Aminfunktion in ein Salz zu überführen, und der mit der chemischen Stabilität des gewünschten Enantiomers vereinbar ist, ausgeführt.
Sobald die Mischung der Ester der Formel III und IV zwischen der organischen Phase bzw. der sauren wässrigen Phase aufgeteilt ist, kann sie dann zur Wiedergewinnung des Produktes der Formel III aus der organischen Phase durch einfaches Eindampfen voranschreiten.
Das so erhaltene Rohprodukt weist eine solche optische Reinheit auf, um zum Beispiel seine direkte Verwendung für die Herstellung von Diltiazem nach den bereits in der Literatur beschriebenen synthetischen Verfahren zu ermöglichen, ohne dass weitere Aufarbeitungen und Reinigungen benötigt werden.
Es ist hingegen möglich, den enantiomeren Überschuss des so isolierten Rohesters durch anschließende Kristallisation durch Impfen der geeigneten gesättigten Lösung mit Kristallen der homochiralen Verbindung weiter zu erhöhen.
Das Stereoisomerentrennverfahren der vorliegenden Erfindung basiert auf den verschiedenen Reaktionsgeschwindigkeiten der zwei Enantiomere unter den Bedingungen der enzymatischen Katalyse: das Enantiomer, das vorzugsweise die Umesterungsreaktion untergeht, kann sich je nach Art des verwendeten Enzyms unterscheiden.
Wenn zum Beispiel von der racemischen Transmischung von Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat und in Gegenwart der Lipase aus Candida antarctica (Novozim 435^®) ausgegangen wird, wird das Enantiomer (2S,3R) vorzugsweise umgeestert, während der Antipode (2R,3S), der ein nützliches Zwischenprodukt für die Synthese von Diltiazem ist, unverändert bleibt. In einem solchen Fall wird das nützliche Enantiomer durch Eindampfen der organischen Phase wiedergewonnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden die Lipase und der Aminoalkohol der Formel II zu der Lösung des racemischen Transesters der Formel I in dem geeigneten organischen Lösungsmittel und in Gegenwart des zweiten Lösungsmittels, das zur Herstellung des Azeotrops ausgewählt wurde, bei Raumtemperatur zugegeben. Die Suspension wird unter Rühren und unter azeotropen Destillationsbedingungen, wobei das Lösungsmittel, das zweite Lösungsmittel und der Aminoalkohol entsprechend erneuert werden, für die Zeit gehalten, die zur Vollendung der Umesterung notwendig ist, und dann filtriert. Das so wiedergewonnene Enzym wird mit einem organischen Lösungsmittel gewaschen und für spätere Reaktionen wiederverwendet. Das Filtrat wird zuerst mit Wasser gewaschen, dann mit der sauren Lösung bis zur vollständigen Entfernung des Aminoesters der Formel IV, zur Trocke eingedampft, um den homochiralen Rohester der Formel III zu ergeben, der wahlweise durch Impfen mit einer optisch reinen Probe des Esters der Formel III kristallisiert oder als solcher verwendet werden kann.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist leicht zu verwirklichen und ermöglicht es, die homochiralen Glycidester der Formel I mit guten Ausbeuten und hohen enantiomeren Überschüssen zu erhalten.
Die Ausgangsester der Formel I können durch die Darzens-Reaktion reibungslos als eine fast ausschließlich Transmischung von Enantiomeren hergestellt werden. Dies ermöglicht es, die anschließende enzymatische Stereoisomerentrennung direkt an dem Rohprodukt der Reaktion auszuführen, wobei zusätzliche Reinigungsverfahren vermieden werden.
Die milden Reaktionsbedingungen und insbesondere die Verwendung von nichtwässrigen Lösungsmitteln und einer gemäßigten Temperatur machen das Verfahren besonders geeignet für die Ester von 3-Phenylglycidsäure, die Substrate sind, die durch eine hohe Instabilität gekennzeichnet sind. In Wirklichkeit sind die experimentellen Bedingungen des vorliegenden Verfahrens derartig, um die hydrolytischen Spaltungsreaktionen des Epoxidrings des gewünschten Enantiomers zu minimieren, was eine gute Wiedergewinnung ermöglicht.
Darüber hinaus ermöglicht die beträchtliche Löslichkeit der Phenylglycidate in der organischen Phase und die Abwesenheit der Bildung von Feststoffen während der Reaktion, dass das vorliegende Verfahren in konzentrierten organischen Lösungen ausgeführt wird, und garantiert daher eine höhere Produktivität in Bezug auf das bereits angeführte Verfahren, das in der europäischen Patentanmeldung Nr. 498706 (Synthelabo) beschrieben ist, was das Verfahren der vorliegenden Erfindung für die industrielle Anwendungen besonders geeignet macht.
Ein weiterer interessanter Gesichtspunkt des vorliegenden Verfahrens ist die Verwendung von besonders stabilen Enzymen, die praktisch und am Ende der Reaktion durch einfache Filtration wiedergewinnbar sind, die eine gute enzymatische Aktivität behalten und die daher für mehrere Produktionszyklen wiederverwendet werden können.
Schließlich ist ein wichtiger Vorteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung das wesentlich vereinfachte endgültige Isolierungsverfahren des gewünschten Enantiomers: die endgültige Trennung der Enantiomere, die die Gegenwart der basischen Einheit ausnutzt, die während des Umesterungsverfahrens erworben wurde und die die praktisch quantitative Wiedergewinnung des gewünschten Esters ermöglicht, bietet in Wirklichkeit einen großen praktischen Vorteil, da sie extrem praktisch, vielseitig und billiger als alternative Verfahren, wie Chromatographien oder Destillationen, ist.
Darüber hinaus sind die gemäßigten pH-Bedingungen, die in dem Trennverfahren verwendet werden, völlig mit der geringen Stabilität der säureempfindlichen Substrate, wie die Ester von 3-Phenylglycidsäure, die Gegenstand der Erfindung sind, vereinbar.
Schließlich machen die Verwendung von milden Reaktionsbedingungen und insbesondere die Verwendung von nichtwässrigen Lösungsmitteln, die Nutzung von besonders stabilen Enzymen, die praktisch und am Ende der Reaktion wiedergewinnbar sind, die Handhabung von einfachen Aminoalkoholen, wie zum Beispiel 2-Dimethylaminoethanol, das bemerkenswert vereinfachte endgültige Isolierungsverfahren der einzelnen Enantiomere, die hohe Produktivität und das Erhalten von homochiralen 3-Phenylglycidaten mit guten Ausbeuten und hohem enantiomeren Überschüssen das Verfahren der vorliegenden Erfindung für die industrielle Anwendungen besonders geeignet.
Mit dem Ziel, die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen, ohne sie jedoch zu limitieren, werden jetzt die folgenden Beispiele gegeben.
Beispiel 1
Stereoisomerentrennung von racemischem trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat durch enzymatische Umesterung mit 2-Dimethylaminoethanol unter Veränderung des Enzyms
Einige Umesterungsversuche an racemischem trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat mit 2-Dimethylaminoethanol unter Verwendung verschiedener Lipasen, insbesondere der Lipase aus Candida antarctica auf Trägermaterial mit dem Namen Novozim 435[0074] ^® (450 U/100 mg trockenes Produkt, Novo Nordisk), der PS-Lipase aus Pseudomonas cepacea auf Celite-Trägermaterial (375 U/50 mg trockenes Produkt, Amano), der Typ II Lipase aus Schweinepankreas (1.33 0U/100 mg trockenes Produkt, Sigma) und der CE5 Lipase aus Humicola lanuginosa (550 U/100 mg trockenes Produkt, Amano), wurden ausgeführt. Die enzymatische Enantioselektivität E wurde nach der folgenden Formel von Sih [see J. Am. Chem. Soc. (1982), 104, 7294] berechnet:
wobei c den Umwandlungsgrad darstellt, während ee_s der enantiomere Überschuss des verbleibenden Substrats ist.
Die Reaktionen wurden durch Auflösen des racemischen trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidats (21 mg, 0,1 mmol) in tert-Butylmethylether (0,8 ml) und durch Zugeben von 2-Dimethylaminoethanol (0,2 ml, 2 mmol) und des kommerziellen enzymatischen Präparats (10/50/100 mg) zu der Lösung ausgeführt; die erhaltene Suspension wurde bei Raumtemperatur und unter Rühren für die in der Tabelle angegebene Zeit belassen.
Der Umwandlungsgrad c und der enantiomere Überschuss ee_s der Reaktionen wurden durch HPLC-Analyse unter den folgenden analytischen Bedingungen eingeschätzt (Tabelle I):
Tabelle I
Die analytischen Proben wurden durch Abziehen eines Teils der Reaktion, Filtrieren, geeignetes Verdünnen der organischen Lösung durch Zugeben einer 95:5-Mischung von Petrolatum:Ethylacetat und danach Waschen mit einer 0,05 M Essigsäure/Natriumacetat-Pufferlösung bei pH = 5 hergestellt. Die organische Phase, die abgetrennt und über Natriumsulfat getrocknet wurde, wurde direkt für die HPLC-Analyse verwendet.
Die verwendeten speziellen experimentellen Bedingungen und die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II zusammengefasst:
Tabelle II
In den angegebenen Beispielen wurde das 2S,3R-Enantiomer vorzugsweise umgeestert, während das Enantiomer, das für die Diltiazem-Synthese nützlich ist, unverändert blieb.
Aus den in der Tabelle angegebenen Daten wird sichtbar, dass die verwendeten Enzyme gute Enantioselektivitätscharakteristiken zeigen.
Beispiel 2
Stereoisomerentrennung von racemischem trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat durch enzymatische Umesterung mit 2-Dimethylaminoethanol unter Veränderung des Lösungsmittels
Nach einem Verfahren, das dem in Beispiel 1 angegebenen ähnelte, wurden einige Umesterungsversuche von racemischem trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat mit 2-Dimethylaminoethanol in Gegenwart von Novozim 435^® bei Raumtemperatur unter Verwendung von verschiedenen Lösungsmitteln, beginnend mit den folgenden Ausgangsmaterialien:
racemisches trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat (21 mg, 0,1 mmol)
2-Dimethylaminoethanol (0,2 ml, 2 mmol)
Lösungsmittel (0,8 ml)
Novozim 435^® (10 mg)
ausgeführt.
Die Werte für c und ee_s, die auf der Basis der HPLC-Analyse, die nach dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren ausgeführt wurde, berechnet wurden, sind in der folgenden Tabelle angeordnet:
Tabelle III
Aus den angegebenen Werten für E kann festgestellt werden, dass erhebliche Unterschiede des enzymatischen Verhaltens durch Verändern des verwendeten Lösungsmittels nicht existieren.
Beispiel 3
Stereoisomerentrennung von racemischem trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat durch enzymatische Umesterung unter Veränderung des Aminoalkohols
Nach einem Verfahren, das dem in Beispiel 1 angegebenen ähnelte, wurden einige Umesterungsversuche von racemischem trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat mit Novozim 435^®, in Toluol und bei Raumtemperatur, unter Verwendung von verschiedenen Aminoalkoholen, beginnend mit den folgenden Ausgangsmaterialien:
racemisches trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat (Me-PGA)
Aminoalkohol
Toluol
Novozim 435^®
Molsiebe 5 Å
ausgeführt.
Die Werte für c und ee_s, die auf der Basis der HPLC-Analyse, die nach dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren ausgeführt wurde, berechnet wurden, sind in der folgenden Tabelle IV angeordnet:
Tabelle IV
Die Aminoalkohole, die in dem Verfahren der enzymatischen Umesterung, die Gegenstand der Erfindung ist, verwendet werden, führen zu im Wesentlichen vergleichbaren Umwandlungen und enantiomeren Überschüssen.
Beispiel 4
Stereoisomerentrennung von racemischem trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat mit 2-Dimethylaminoethanol unter Veränderung der Temperatur
Nach einem Verfahren, das dem in Beispiel 1 angegebenen ähnelte, wurden einige Umesterungsversuche unter Variieren der Systemtemperatur ausgeführt.
Die erhaltenen Ergebnisse und die entsprechenden experimentellen Bedingungen sind in der folgenden Tabelle V angegeben:
Tabelle V
Aus den experimentellen Daten ist ersichtlich, dass die Enantioselektivität des enzymatischen Präparats bei Veränderung der Temperatur aufrechterhalten wird.
Beispiel 5
Stereoisomerentrennung des Methylesters von racemischer trans-3-(4-Methoxyphenyl)glycidsäure in Gegenwart von Molsieben
Der Methylester von racemischer trans-3-(4-Methoxyphenyl)glycidsäure (10 g) wurde in Toluol (34 g) gelöst. Novozim 435^® (1 g), gemahlene Molsiebe 5 Å (15 g) und 2-Dimethylaminoethanol (8.7 g) wurden nacheinander zu der Lösung zugegeben.
Die Suspension wurde für 3–4 Stunden bei Raumtemperatur unter Rühren gehalten und dann unter Vakuum filtriert. Das Enzym und die Molsiebe wurden mit Toluol (20 g) gewaschen und die Toluolphasen gesammelt.
Die vereinigte Toluolphase (54,9 g) enthielt den Methylester von trans-3-(4-Methoxyphenyl)glycidsäure (4,72 g; c = 52.8%).
Wasser, das auf 0°C gekühlt wurde (100 g), wurde zu der Toluollösung zugegeben und für 30 Minuten unter Rühren gehalten. Nach der Phasentrennung wurden Wasser, das auf 0°C gekühlt wurde (80 g), und, langsam unter Rühren bis zu einem pH von 6,8, eine 85%ige Phosphorsäurelösung (1,4 g) und Wasser (20 g) zu der organischen Phase zugegeben.
Die Lösung wurde für 1 Stunde unter Rühren gehalten, wobei der pH von 6,8 durch anschließende Zugaben der vorher hergestellten Phosphorsäurelösung aufrechterhalten wurde.
Nachdem die Phasen getrennt worden waren, wurden Wasser, das auf 0°C gekühlt wurde (80 g), und die Phosphorsäurelösung bis zu einem pH von 6,8 zu der Toluolphase zugegeben. Sie wurde für 3 Stunden unter Rühren gehalten, wobei die Lösung bei einem pH von 6,8 durch Zugeben der Säurelösung (20 g) gehalten wurde, dann wurden die Phasen getrennt und die wässrige Phase mit Toluol extrahiert.
Die gesammelten Toluolphasen enthielten den Methylester von trans-3-(4-Methoxyphenyl)glycidsäure (4,56 g), mit einem enantiomeren Verhältnis von 2R,3S:2S,3R von 90:10 (Ausbeute an dem 2R,3S-Enantiomer gleich 82%).
Die Toluollösung wurde unter reduziertem Druck eingedampft, wobei 4,7 g Rohprodukt wiedergewonnen wurden.
Zu dem Produkt wurde Toluol (5 g) zugegeben, auf 50°C bis zu vollständiger Auflösung erwärmt und dann die Kristallisation durch Zugabe einiger Kristalle des Methylesters von (2R,3S)-3-(4-Methoxyphenyl)glycidsäure eingeleitet.
Die Mischung wurde in 2 Stunden auf 0°C gekühlt und für 1 Stunde bei dieser Temperatur gehalten. Der Niederschlag wurde filtriert, mit Toluol, das auf 0°C vorgekühlt worden war (1,7 g), gewaschen und in einem Ofen bei 60°C unter Vakuum für 4 Stunden getrocknet. Es wurden 3,1 g Produkt mit einem enantiomeren Verhältnis von 2R,3S:2S,3R von 99:1 (Kristallisationsausbeute an dem 2R,3S-Enantiomer gleich 75%) erhalten.
Beispiel 6
Stereoisomerentrennung von racemischem trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat mit 2-Dimethylaminoethanol unter azeotropen Destillationsbedingungen
Der Methylester von racemischer trans-3-(4-Methoxyphenyl)glycidsäure (12 g) wurde in Toluol (58 ml) gelöst. Novozim 435^® (1 g), 2-Dimethylaminoethanol (12 ml) und Methylcyclohexan (10 ml) wurden nacheinander zu der Lösung zugegeben.
Die Suspension wurde für 4 Stunden unter Rühren gehalten, wobei das Azeotrop durch Vakuumdestillation (P = 4 kPa (30 mmHg), T = 25°C) entfernt wurde und die verdampften Lösungsmittel und 2-Dimethylaminoethanol durch anschließende Zugaben (Toluol 6 ml, Methylcyclohexan 24 ml, 2-Dimethylaminoethanol 12 ml) erneuert wurden.
Die Isolierung des gewünschten Produkts wurde auf eine Weise, die der in Beispiel 5 beschrieben ähnelte, ausgeführt, was das 2R,3S-Enantiomer mit vergleichbarer Ausbeute und vergleichbarem enantiomeren Überschuss ergab.
Beispiel 7
Stereoisomerentrennung von racemischem trans-Methyl-3-(4-methoxyphenyl)glycidat mit 2-Dimethylaminoethanol unter Verwendung von wiederverwertetem Novozim 435^®
Nach einem Verfahren, das dem in Beispiel 6 angegebenen ähnelte, wurden einige Umesterungsversuche ausgeführt, um die Stabilität des Enzyms einzuschätzen, wenn es mehrere Male in späteren Reaktionen wiederverwendet wird. Nach jeder Reaktion wurde das Enzym durch Filtration wiedergewonnen, mit Toluol gewaschen, an der Luft und bei Raumtemperatur getrocknet und in der späteren Reaktion wiederverwendet.
Die folgenden Ausgangsmaterialien und Bedingungen wurden eingesetzt:
Die zusätzlichen experimentellen Variablen und die erhaltenen Ergebnisse wurden in der folgenden Tabelle VI erfasst:
Tabelle VI
Auf der Basis der konstanten Werte für den Umwandlungsgrad und den enantiomeren Überschuss kann geschlossen werden, dass das verwendete enzymatische System durch eine hohe Stabilität gekennzeichnet war und dass es daher in weiteren späteren Zyklen wiederverwendet werden kann, wobei die gleiche Effizienz beibehalten wird.

Claims

Verfahren für die Herstellung von
umfassend die enzymatische kinetische Stereoisomerentrennung von Trans-3-phenylglycidaten der Formel
wobei R ein lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl ist; R₁ Wasserstoff, ein lineares oder verzweigtes C₁-C₃-Alkyl, eine lineare oder verzweigte C₁-C₃-Alkoxygruppe, Aryl oder Halogen ist; durch Umesterung der Mischung der Transenantiomere der Formel I, die katalysiert wird durch Enzyme in organischen Lösungsmitteln, mit Aminoalkoholen der Formel
wobei n eine ganze Zahl zwischen 2 und 4 ist; R₂ Wasserstoff oder ein lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl ist; R₃ ein lineares oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl ist; oder R₂ und R₃ gemeinsam mit dem Stickstoffatom einen gesättigten 5- bis 7-gliedrigen Ring bilden; um eine Mischung von Transestern zu geben, umgeesterten und nicht umgeesterten, die eine entgegensetzte absolute Konfiguration haben, mit der Formel III bzw. IV
wobei R, R₁, R₂, R₃ und n die oben angegebenen Bedeutungen haben, und die anschließende Trennung einer solchen Mischung von Estern der Formeln III und IV.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei R Methyl ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Aminoalkohol der Formel II gewählt wird unter 3-Dimethylamino-1-propanol, 2-Diethylaminoethanol, 2-Dimethylaminoethanol, 2-Methylaminoethanol, 1-(2-Hydroxy-ethyl)-piperidin, 1-(2-Hydroxyethyl)-pyrrolidin.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Aminoalkohol der Formel II 2-Dimethylaminoethanol ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Molverhältnis von Aminoalkohol (II) und Trans 3-Phenylglycidat (I) zwischen 20:1 und 0,4:1 liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Molverhältnis von Aminoalkohol (II) und Trans 3-Phenylglycidat (I) 2:1 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Enzym eine Lipase ist, die gewählt wird unter Lipase aus Candida antarctica, Lipase aus Mucor miehei, Lipase aus Schweinepankreas, Lipase von Candida cylindracea, Lipase aus Weizenkeimen, Lipase aus Chromobacterium viscosum, Lipase aus Aspergillus niger, Lipase aus Rhizopus javanicus, Lipase aus Pennicillium cyclopium, Lipase aus Rhizopus delemar, Lipase aus Candida lipolytica, Lipase aus Pennicilium roquefortii, Lipase aus Humicola lanuginosa, Lipase aus Geotrichum candidum, Lipase aus Pseudomonas cepacea_y Lipase aus Rhizopus japonicus und Lipase aus Pseudomonas fluorescens, wahlweise auf Trägermaterial.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Enzym Lipase aus Candida antarctica auf Trägermaterial ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem die Wiedergewinnung des Enzyms am Ende der Reaktion, und, wahlweise, seine Wiederverwendung in einem späteren Zyklus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das organische Lösungsmittel gewählt wird unter aromatischen Lösungsmitteln, Kohlenwasserstoffen, Äthern, Ketonen, Alkoholen, aprotischen polaren Lösungsmitteln, chlorierten Lösungsmitteln, oder Mischungen davon.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das organische Lösungsmittel gewählt wird unter Benzol, Chlorbenzol, Xylol, Toluol, n-Hexan, Cyclohexan, n-Heptan, Diethylether, Diisopropylether, Tertiärbutylmethylether, Tetrahydrofuran, Dioxan, Methylethylketon, Aceton, Tertiärbutanol, 2-Methyl-2Butanol, Acetonitril, Methylenchlorid oder Mischungen davon.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Lösungsmittel für die Reaktion Toluol ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Alkohol ROH, der bei der Umesterung freigesetzt wird, mit Molsieben entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Alkohol ROH, der bei der Umesterung freigesetzt wird, durch azeotrope Destillation in Gegenwart eines geeigneten zweiten Lösungsmittels entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die umgeesterten Ester IV und die nicht umgeesterten Ester III durch saure wässrige Extraktion getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 für die Herstellung von Methyl (2R,3S)-3-(4-Methoxyphenyl)glycidat.
Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 für die Herstellung von Diltiazem.