EP2086952A2 - Verfahren zur stereoselektiven synthese von chiralen epoxiden durch adh-reduktion von alpha-abgangsgruppen-substituierten ketonen und cyclisierung - Google Patents

Verfahren zur stereoselektiven synthese von chiralen epoxiden durch adh-reduktion von alpha-abgangsgruppen-substituierten ketonen und cyclisierung

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Publication number
EP2086952A2
EP2086952A2 EP07846734A EP07846734A EP2086952A2 EP 2086952 A2 EP2086952 A2 EP 2086952A2 EP 07846734 A EP07846734 A EP 07846734A EP 07846734 A EP07846734 A EP 07846734A EP 2086952 A2 EP2086952 A2 EP 2086952A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optionally substituted
chiral
radical
reduction
alcohol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07846734A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Meudt
Richard A. Wisdom
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Euticals GmbH
Original Assignee
Archimica GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Archimica GmbH filed Critical Archimica GmbH
Publication of EP2086952A2 publication Critical patent/EP2086952A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D303/00—Compounds containing three-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D303/02—Compounds containing oxirane rings
    • C07D303/08—Compounds containing oxirane rings with hydrocarbon radicals, substituted by halogen atoms, nitro radicals or nitroso radicals

Definitions

  • the invention relates to a process for the stereoselective synthesis of chiral epoxides by (R) - or (S) -alkanol dehydrogenase reduction of ⁇ -leaving group-substituted ketones to the corresponding chiral alcohols and subsequent base-induced cyclization to the corresponding epoxides (EQUATION 1 ).
  • Catalytic enantioselective standard chemical processes for the enantioselective reduction of ketones include asymmetric hydrogenation with homogeneous noble metal catalysts, reduction by organoboranes [H. C. Brown, G.G. Pai, J. Org. Chem. 1983, 48, 1784], which consist of borohydrides and chiral diols or aminoalcohols [K. Soai, T. Yamanoi, H. Hikima, J. Organomet. Chem. 1985, 290; H.C. Brown, B.T. Cho, W.S. Park, J. Org. Chem. 1987, 52, 4020], the reduction by reagents prepared from borane and aminoalcohols [S.
  • the catalytic-enantioselective standard biochemical processes for the production of chiral epoxides use fermentatively baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae) [M. de Carvalho, MT Okamoto, PJS Moran, JAR Rodrigues, Tetrahedron 1991, 47, 2073] or other microorganisms [EP 0 198 440 B1] in the so-called "whole cell method", Cryptococcus macerans [M.Imuta, KI Kawai, H. Par., J. Org. Chem. 1980, 45, 3352].
  • ⁇ -halo ketones are enzymatically reduced with the aid of whole cells, eg of Escherichia coli, or cell suspensions.
  • the keto group is stereoselectively reduced to a secondary hydroxy group.
  • ⁇ -halogen ketones are used with Carbamin Textreester- groups already having a center of chirality. From these, by enzymatic reduction, connection with two adjacent chiral centers are obtained.
  • DE 101 05 866 A1 discloses a process for the preparation of chiral, propargylic, terminal epoxides. These are prepared from ⁇ -halo-substituted propargylic ketones which are first enzymatically reacted under the action of an alcohol dehydrogenase and a system for cofactor regeneration to chiral, ⁇ -halo-substituted propargylic alcohols.
  • concentration of the starting ketone is generally 10 mM.
  • the ⁇ -halo-substituted propargylic alcohols are treated with a base.
  • the mentioned chiral, propargylic epoxides are formed.
  • the chiral alcohols are extracted with an organic solvent and then purified by column chromatography. Then they are converted to the epoxides.
  • the present process accordingly relates to a process for the preparation of chiral epoxides by reduction of ⁇ -leaving group-substituted ketones with a cell-free [R] or (S) -selective alcohol dehydrogenase (ADH) in the presence of a cofactor to the corresponding chiral alcohols and subsequent, base-induced cyclization to the corresponding chiral epoxides (EQUATION 1),
  • LG is F, Cl, Br, I 1 OSO 2 Ar, OSO 2 R 4 or OP (O) OR 4 OR 5 , and
  • Ri, R 2 and R 3 independently of one another represent hydrogen, a branched or unbranched, optionally substituted C 1 -C 20 -alkyl radical, an optionally substituted C 3 -C 10 -cycloalkyl , alkenyl radical or an optionally substituted carbo- or heterocyclic aryl radical or a radical from the group CO 2 R 4 , CONR 4 R 5 , COSR 4 , CS 2 R 4 , C (NH) NR 4 R 5 , CN, CHal 31 OAr, SAr, OR 4 , SR 4 , CHO, OH, NR 4 R 5 , Cl 1 represents F, Br, I or SiR 4 R 5 R 6 , wherein
  • R 4 , R 5 and Re independently of one another are hydrogen, a branched or unbranched, optionally substituted C 1 -C 20 alkyl radical, an optionally substituted C 3 -C 10 -cycloalkyl, alkenyl radical or an optionally substituted carbo- or heterocyclic aryl radical symbolizes characterized in that the intermediately formed alcohol II is reacted without isolation with the aid of the base to the epoxide.
  • R 1 represents phenyl which is optionally substituted with one or more halogen atoms and R 2 and R 3 are hydrogen atoms.
  • Ar is, as usual, a mononuclear or polynuclear, carbocyclic or heterocyclic aromatic radical, preferably phenyl, naphthyl, anthracenyl, furanyl, thiophenyl, benzimidazolyl, etc.
  • carbocyclic aromatic radicals contain from 6 to 20 carbon atoms as ring members the heterocyclic aromatic radicals may also be less than 6 carbon atoms.
  • the heteroatom (s) in the heterocyclic aromatic radicals are preferably one or more nitrogen, oxygen and / or sulfur (s).
  • alkyl, cycloalkyl, alkenyl, aryl or heteroaryl radicals may be further substituted, as long as the substituents do not affect the reaction.
  • substituents include halogen atoms (F, Cl, Br, I), alkyl groups (methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, te / t-butyl, etc.) or alkoxy groups (methoxy, ethoxy, propoxy, Isopropoxy, butoxy, isobutoxy, sec-butoxy, te / t-butoxy, etc.).
  • Hal is a halogen atom, in particular fluorine, chlorine, bromine or iodine.
  • Suitable ADH enzymes are (R) - or (S) -alcohol dehydrogenases.
  • Suitable ADH enzymes are available, for example, from Biocatalytics Ine, Juelich Chiral Solutions GmbH or X-zyme GmbH, or Sigma-Aldrich Inc. Alternatively, they can also be obtained from natural sources. Methods for identifying, characterizing, cloning and expressing such enzymes from cell material are well described and known to those skilled in the art. Also known are a number of methods that can be used to improve the properties of the enzymes, in particular as regards their activity, stability and selectivity. The method of the invention is not limited to the use of ADH enzymes from particular sources.
  • Suitable cofactors are NADPH 2 , NADH 2 , NAD or NADP, or salts thereof, more preferably NAD or NADP are used.
  • Preferred is a Loading with 0.02 to 100 mmol of cofactor per 10 mol of substrate, more preferably 0.02 to 10 mmol of cofactor per 10 mol of substrate.
  • the process according to the invention is carried out in such a way that, in the presence of a suitable system, the regeneration of the oxidizing cofactor is carried out and this is continuously reduced again during the process.
  • reactivating the oxidized cofactors typically enzymatic or other methods known to those skilled in the art are used.
  • the cofactor is recycled continuously and can thus be used in several oxidation / reduction cycles.
  • Another common method is the use of a second enzyme system in the reactor.
  • Two methods described in detail include the use of formate dehydrogenase for the oxidation of formic acid to carbon dioxide, or the use of glucose dehydrogenase for the oxidation of glucose, to name only a few.
  • the reaction is carried out in a solvent.
  • suitable solvents for the ADH reduction are those which give no side reactions, these are organic solvents such as methanol, ethanol, isopropanol, linear and branched alcohols, ligroin, butane, pentane, hexane, heptane, octane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, Cyclooctane, dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, 1, 2-dichloroethane, 1, 1, 2,2-tetrachloroethane, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, dimethylformamide, diethylformamide, dimethylacetamide, diethylacetamide, diethyl ether, diisopropyl ether, tert-butyl methyl ether , THF
  • linear or branched alcohols or linear, branched or cyclic ethers such as methanol, ethanol, isopropanol, diisopropyl ether, tert-butyl methyl ether, toluene, xylene, tetrahydrofuran (THF), dioxane, or mixtures thereof
  • very particularly preferred are ethanol, isopropanol, linear and branched alcohols, diethyl ether, diisopropyl ether, tert-butyl methyl ether, toluene, xylene, THF, dioxane, or mixtures of these.
  • the process can also be carried out without addition of solvent.
  • the organic phase After completion of epoxidation, the organic phase can be easily separated from the aqueous phase.
  • the phase separation can be done by simple
  • Solvents similar to those mentioned above, are added.
  • the aqueous phase can be additionally extracted with organic solvents to further increase the yield.
  • the epoxide may be further purified, for example by distillation or, as far as it is concerned
  • a buffer to the reaction solution in order to stabilize the pH and to ensure that the enzyme can react in the optimum pH range for its action.
  • the optimal pH range varies from enzyme to enzyme. It is usually in the range of pH 3 to 11. Suitable buffer systems are known to the person skilled in the art, so that it is not necessary to discuss this further here.
  • the reduction to the alcohols (IIa) or (IIb) can generally be carried out at temperatures in the range of 0 to +90 0 C, more preferably temperatures in the range of 0 to + 60 0 C, wherein lower temperatures generally higher Selectivities are correlated.
  • the reaction time depends on the temperature used and is generally 1 to 72 hours, especially 4 to 45 hours.
  • the reaction expediently proceeds in a 2-phase system. In this case, sufficient mixing is necessary to ensure adequate mass transfer at the phase boundary in the enzymatic reduction to the alcohol as well as in the reaction of the alcohol with a base to the epoxide.
  • stirrer speed is best suited to achieve a sufficient reaction rate.
  • the ee values of the intermediately produced alcohols are well> 95%, in most cases> 99%, with simultaneously very high tolerance to functional groups in the substrate.
  • the cyclization of the alcohols (IIa) or (IIb) to the epoxides can be carried out generally at temperatures in the range of -100 to +120 0 C, more preferably temperatures in the range of 0 to + 60 0 C.
  • the reaction time is dependent from the applied temperature and is generally 1 to 72 hours, especially 24 to 60 hours. Sufficient conversion can be ensured here, for example, by GC or HPLC reaction control.
  • the reaction solution is heated to the reaction temperature before addition of the ADH enzyme.
  • bases are suitable for the cyclization. Preference is given to amine bases, carbonates, bicarbonates, hydroxides, hydrides, alcoholates, phosphates, hydrogen phosphates, particularly preferably tertiary amines, very particularly preferably sodium hydroxide, potassium hydroxide, triethylamine or pyridine.
  • the base is preferably used stoichiometrically or superstoichiometrically with respect to the compound (IIa) or (IIb).
  • the isolation of the products is preferably carried out either by distillation or by crystallization.
  • the ee values are significantly greater than 99%, which means that no further purification is necessary.
  • the substrate breadth of this new technology is very high. It is possible to use ⁇ -leaving group-substituted ketones with aryl radicals of different substitution pattern as well as aliphatic halomethyl ketones. Chloroacetyl ketones react in particularly good yields and high ee values.
  • the new process yields a wide range of chiral epoxides in very high yields of> 85%, mostly> 90%, and very high ee values, and depending on the enzyme used, both enantiomers can be obtained.
  • the process according to the invention shall be illustrated by the following examples, without limiting the invention thereto:
  • a mixture of 2 g of 2-chloro-4'-bromo-acetophenone and 10.3 g of toluene was prepared and heated to 45 0 C. 1 ml of this substrate mixture (corresponding to about 160 mg 2-chloro-4'-bromo-acetophenone) was then added to a mixture of 2.1 ml Tris.HCl buffer (0.1 M, pH 7.1), 0 , 2 mg magnesium sulfate, 600 ⁇ L isopropanol, 1 mg NADP sodium salt and 19 U Thermoanaerobium sp. Alcoholdehydrogenase (Juelich Chiral Solutions GmbH). The suspension was shaken at 45 ° C. for 190 minutes.
  • a mixture of 5 g of 2-chloro-4'-iodo-acetophenone and 20 ml of toluene was prepared and heated to 45 0 C. 2 ml of this substrate mixture (corresponding to about 400 mg 2-chloro-4'-iodo-acetophenone) was then mixed with a mixture of 3.1 ml Tris.HCl buffer (0.1 M, pH 7.0), 1 mg of magnesium sulfate, 1 ml of isopropanol, 2 mg of NADP sodium salt and 83 U of Lactobacillus brevis alcohol dehydrogenase. The solution was shaken at 45 ° C. for 64 hours. The ketone was then converted to 89% to the alcohol, as could be determined on a sample. After adding 0.2 M NaOH and MMO further shaking at 40 0 C of the alcohol was converted into the epoxide. This had an ee> 99% (Chiral HPLC with a Chiralpak AD-RH column).
  • Lactobacillus brevis alcohol dehydrogenase for the biological reduction of 2-chloro-1-pyridin-3-yl-ethanone was used. After 17 hours at 40 0 C, a conversion of 99% was reached. Treatment with alkali resulted in complete conversion of the alcohol to Oxirane. This had an ee value of 98.4% (determined by chiral GC 1 cyclodextrin gamma modified with trifluoroacetic acid (TFA)).
  • Example 6 2-Thiophen-3-yl-oxirane. 292 mg of 2-chloro-1-thiophen-3-yl-ethanone was dissolved in 4 ml of toluene and distributed over 2 reaction flasks. To each flask was then added 0.3 ml of isopropanol, 1.5 ml of 0.05 M sodium phosphate buffer, pH 7.1, 2 mg of NADP sodium salt and 2 mg of magnesium sulfate. The first reaction mixture was 110 U Thermoanaerobium sp. Added alcohol dehydrogenase, the second 120 U Lactobacillus brevis alcohol dehydrogenase. After shaking at 40 ° C.
  • Example 7 (R) -2- (4-Chloro-phenyl) -oxirane
  • Treatment with 0.2 ml of 10 M NaOH and a further 30 min shaking resulted in complete conversion to the epoxide with ee> 99.5% (determined by chiral HPLC using a Chiralpak AD-RH column).

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Epoxy Compounds (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung von chiralen Epoxiden durch Reduktion von α-Abgangsgruppen-substituierten Ketonen mit zellfreien (R)- oder (S)-selektiven Alkoholdehydrogenasen in Gegenwart eines Cofaktors und optional eines geeigneten Systems zur Regenerierung des oxidierten Cofaktors zu den chiralen Alkoholen und nachfolgende baseninduzierte Cyclisierung zu den chiralen Epoxiden (GLEICHUNG 1), worin LG für F, Cl, Br, I, OSO2Ar, OSO2R4 oder OP(O)OR4R5 bedeuten kann und R1, R2 und R3 unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen verzweigten oder unverzweigten, gegebenenfalls substituierten C1-C20 Alkylrest steht, einen gegebenenfalls substituierten C3-C10-Cycloalkyl- oder Alkenylrest oder einen gegebenenfalls substituierten carbo- oder heterocyclischen Arylrest oder einem Rest aus der Gruppe CO2R4, CONR4R5, COSR4, CS2R4, C(NH)NR4R5, CN, CHaI3, OAr, SAr, OR4, SR4, CHO, OH, NR4R5, Cl, F, Br, I oder SiR4R5R6 darstellt, wobei R4, R5 und R6 unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen verzweigten oder unverzweigten, gegebenenfalls substituierten C1-C20 Alkylrest steht, einen gegebenenfalls substituierten C3-C10-Cycloalkyl-, Alkenylrest oder einen substituierten carbo- oder heterocyclischen Arylrest symbolisiert, und der intermediär gebildete chirale Alkohol Il nicht isoliert wird.

Description

Verfahren zur stereoselektiven Synthese von chiralen Epoxiden durch ADH-Reduktion von α-Abgangsgruppen-substituierten Ketonen und Cyclisierung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stereoselektiven Synthese von chiralen Epoxiden durch (R)- oder (S^-Alkoholdehydrogenase-Reduktion von α- Abgangsgruppen-substituierten Ketonen zu den entsprechenden chiralen Alkoholen und nachfolgende durch eine Base induzierte Cyclisierung zu den entsprechenden Epoxiden (GLEICHUNG 1).
GLEICHUNG 1
Der Anteil chiraler Verbindungen am Gesamtmarkt für Pharma-Feinchemikalien und - Vorprodukte lag 2004 bereits bei über 40 % und wächst mit hoher Dynamik. Insbesondere enzymatische Anwendungen fallen dabei durch die höchsten Wachstumsraten in der gesamten organischen Synthese auf, je nach Studie werden bis zu 35 % jährlicher Wachstum bis zum Jahr 2010 vorhergesagt. Fast täglich erscheinen neue interessante Beschreibungen zur Herstellung von chiralen Zwischenprodukten verschiedenster Substanzklassen.
Umso erstaunlicher ist es, dass es nur wenige allgemein anwendbare Methoden zur Herstellung von chiralen Epoxiden gibt, vor allem da diese gespannten Dreiringether äußerst vielseitig in der organischen Synthese einsetzbar sind. Am häufigsten angewandt wird die Zerstörung des nicht gewünschten Enantiomeren durch Übergangsmetall-Katalyse oder durch enzymatische Katalyse und anschließende Isolierung des gewünschten Enantiomeren. Der große Nachteil dieser Methode ist der Verlust von mindestens 50 % der Substratmenge durch die notwendige Zerstörung des falschen Enantiomeren. Verbunden mit weiteren Prozessproblemen resultieren oft nur Ausbeuten von 40 % und weniger.
Katalytisch-enantioselektive chemische Standardverfahren für die enantioselektive Reduktion von Ketonen sind die asymmetrische Hydrierung mit homogenen Edelmetallkatalysatoren, die Reduktion durch Organoborane [H. C. Brown, G. G. Pai, J. Org. Chem. 1983, 48, 1784], die aus Borhydriden und chiralen Diolen oder Aminoalkoholen [K. Soai, T. Yamanoi, H. Hikima, J. Organomet. Chem. 1985, 290; H. C. Brown, B. T. Cho, W. S. Park, J.Org. Chem. 1987, 52, 4020] hergestellt werden, die Reduktion durch Reagenzien, hergestellt aus Boran und Aminoalkoholen [S. Itsuno, M. Nakano, K. Miyazaki, H. Masuda, K. Ito, H. Akira, S. Nakahama, J. Chem. Soc, Perkin Trans 1 , 1985, 2039; S. Itsuno, M. Nakano, K. Ito, A. Hirao, M. Owa, N. Kanda, S. Nakahama, ibid. 1985, 2615; A. K. Mandal, T. G. Kasar, S. W. Mahajan, D. G. Jawalkar, Synth. Commun. 1987, 17, 563], oder durch Oxazaborolidine [E. J. Corey, R. K. Bakshi, S. Shibata, J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 5551 ; E. J. Corey, S. Shibata, R. K. Bakshi, J. Org. Chem. 1988, 53, 2861]. Die großen Nachteile dieser Methoden sind die Verwendung von teuren chiralen Auxiliaren, die oftmals durch aufwendige Synthese dargestellt werden müssen, der Einsatz von Hydriden, die explosionsfähige Gase abspalten können, und der Einsatz von Schwermetallen, die das erhaltene Produkt oftmals kontaminieren und schwierig abzutrennen sind.
Die katalytisch-enantioselektiven biochemischen Standardverfahren zur Herstellung von chiralen Epoxiden nutzen fermentativ Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) [M. de Carvalho, M. T. Okamoto, P. J. S. Moran, J. A. R. Rodrigues, Tetrahedron 1991 , 47, 2073] oder andere Mikroorganismen [EP 0 198 440 B1 ,] im sogenannten „Whole-cell- Verfahren", Cryptococcus macerans [M. Imuta, K. I. Kawai, H. Ziffer, J. Org. Chem. 1980, 45, 3352].
Insbesondere die potentielle Kontamination der Produkte mit tierischen Krankheitserregern, wie z. B. im letzteren Fall, verbietet oft schon die Anwendung solcher Methoden in der Herstellung von Vorprodukten für die pharmazeutische Industrie. Ein weiterer großer Nachteil insbesondere von whole cell-Verfahren ist die aufwendige Aufarbeitung von Fermentationslösungen zur Isolierung der gewünschten Produkte. Insbesondere aber wird in der Literatur das Problem diskutiert, dass Zellen meist mehr als eine Ketoreductase enthalten, die zusätzlich oft verschiedene Enantioselektiväten aufweisen, so dass insgesamt nur ein geringer Enantiomerenüberschuß (enantiomeric excess, ee) erhalten wird.
In einer Reihe von Publikationen ist die enzymatische Reduktion von α-Halogen- ketonen mit Hilfe von isolierter Alkohol-Dehydrogenase in geringer Konzentration beschrieben. Die damit erhaltenen Halohydrin-Verbindungen, die einen mehr oder minder hohen ee-Wert aufweisen, werden isoliert und gereinigt. Es ist ferner bekannt, aus den Halohydrin-Verbindungen Epoxide herzustellen.
In dem Verfahren gemäß US Statutory Invention Registration H1.893 (Patel RN, Szarka LJ, Banerjee A and McNamee CG, 2000) werden α-Halogen-ketone enzymatisch mit Hilfe ganzer Zellen, z.B. von Escherichia coli, oder Zellsuspensionen reduziert. Dabei wird die Ketogruppe stereoselektiv zu einer sekundären Hydroxygruppe reduziert. Als Ausgangsmaterialien werden insbesondere α-Halogen-Ketone mit Carbaminsäureester- Gruppen verwendet, die bereits ein Chiralitätszentrum aufweisen. Aus diesen werden durch enzymatische Reduktion Verbindung mit zwei nebeneinander liegenden Chiralitätszentren erhalten. Die Reduktion erfolgt mit nur geringer bis mäßiger Ausbeute (in einigen Fällen nur 1 %, bestenfalls 54 %), auch die Diastereomerenreinheit ist in etlichen Fällen nicht ausreichend. Konkret offenbart ist die Reduktion von (1S)-(3-Chlor- 2-oxo- 1-benzyl-propyl)-carbaminsäure-te/t-butylester mit Hilfe ganzer Zellen oder zellfreier Extrakte und Cofaktor zu dem entsprechenden Halohydrin. Die typische Substratkonzentration liegt dabei im Bereich von 3 mM. Nach vollständiger Reaktion wird das Halohydrin durch Extrahieren isoliert und durch Umkristallisieren gereinigt. Es ist darüber hinaus offenbart, daß die chiralen Halohydrine unter der Einwirkung von Basen, wie KOH, in Epoxide umgewandelt werden können. Durch diese weitere Umsetzung bleibt die Gesamtausbeute bestenfalls gleich, in der Regel wird sie jedoch noch weiter zurückgehen. Das Verfahren ist dementsprechend großtechnisch unbrauchbar. In DE 101 05 866 A1 (Forschungszentrum Juelich GmbH, 2002), ist ein Verfahren zur Herstellung von chiralen, propargylischen, terminalen Epoxiden offenbart. Diese werden aus α-Halogen-substituierten propargylischen Ketonen hergestellt, die zunächst enzymatisch unter der Einwirkung einer Alkohol-Dehydrogenase und eines Systems zur Cofaktor-Regenerierung zu chiralen, α-Halogen-substituierten propargylischen Alkoholen umgesetzt werden. Die Konzentration des als Ausgangsmaterials dienenden Ketons beträgt allgemein 10 mM. Anschließend werden die α-Halogen-substituierten propargylischen Alkohole mit einer Base behandelt. Dabei bilden sich die genannten chiralen, propargylischen Epoxide. Die chiralen Alkohole werden mit einem organischen Lösemittel extrahiert und dann säulenchromatographisch gereinigt. Anschließend werden sie zu den Epoxiden umgesetzt. Konkret offenbart ist die Reduktion von 4- fe/t-Butyldimethylsilyl-1-chlor-3-butin-2-on zu (S)-4-teAt-Butyldimethylsilyl-1-chlor-3- butin-2-ol, das dann in einer weiteren Stufe unter Baseneinwirkung zu (S)-1-fe/t- Butyldimethylsilyl-3,4-epoxy-but-1-in umgesetzt wird. Die Reaktion verläuft mit einer Ausbeute von 55 % in der 1. Stufe und 69 % in der 2. Stufe, insgesamt beträgt die Ausbeute damit gerade einmal 38 %. Dieses Verfahren ist damit technisch unbrauchbar.
Bekannt war schließlich auch die Reduktion von α-Fluor-, α-Chlor- und α-Brom- acetophenon mit Pferdeleber-Alkoholhydrogenase (HLADH) und NADH2 [D. D. Tanner,
A. R. Stein, J. Org. Chem. 1988, 53, 1642.]. Die Ausgangskonzentration an substituiertem Acetophenon betrug etwa 10 mM. Unter den dort angegebenen
Reaktionsbedingungen wurde allein aus α-Chlor-acetophenon ein chiraler sekundärer
Alkohol erhalten, und dieser auch nur in schlechter Ausbeute. Eine Umsetzung zu dem entsprechenden Epoxid ist nicht beschrieben.
Im Stand der Technik ist bisher kein Verfahren zur Herstellung von chiralen Epoxiden offenbart, das ökonomisch sinnvoll und industriell einsetzbar ist. In den bekannten Verfahren ist die Konzentration an Keton-Startmaterial und dementsprechend an daraus gebildetem Halohydrin gering und erfordert eine aufwendige Isolierung des Halohydrins, was sie für industrielle Anwendungen unbrauchbar macht. Durch die Isolierung und Reinigung müssen zudem Nebenprodukte abgetrennt werden, die sich ansonsten in Folgestufen anreichern und in die darin ablaufenden Reaktionen beeinträchtigen können. Diese zusätzlichen Schritte lassen die Gesamtausbeute stark zurückgehen. Es wäre daher sehr wünschenswert, ein enzymatisches Verfahren zu haben, das, ausgehend von leicht zugänglichen α-Abgangsgruppen-substituierten Ketonen, möglichst stereoselektiv zu den entsprechenden chiralen Alkoholen führt, die sich durch eine nachfolgende, durch eine Base induzierte Cyclisierung in die entsprechenden chiralen Epoxiden in einer möglichst hohen Gesamtausbeute umsetzen lassen, ohne dass dabei die intermediär gebildeten chiralen Alkohole isoliert werden müssen. Der Enantiomerenüberschuß (ee) sollte dabei 90 % oder mehr, bevorzugt 95 % oder mehr, insbesondere 98 oder mehr, betragen. Durch geeignete Wahl der Alkohol-Dehydrogenase sollen beide Enantiomere prinzipiell zugänglich sein. Aufgrund der bekannten und bereits diskutierten Probleme beim Einsatz ganzer Zellen sollen zudem isolierte Alkoholdehydrogenasen Einsatz finden, die erst jüngst ausreichend zugänglich geworden sind.
Überraschend wurde nunmehr gefunden, daß sich die beschriebenen Probleme lösen lassen, wenn eine Base direkt dem Reaktionsgemisch hinzugefügt wird, unmittelbar nachdem die Biotransformation zur Bildung des Halohydrins abgeschlossen ist. Eine Isolierung des intermediär gebildeten Halohydrins ist dann nicht mehr erforderlich. Auch die proteinhaltige wässrige Phase muß nicht unbedingt abgetrennt werden. Auch kann das Keton in einer wesentlich höheren Konzentration als bisher möglich eingesetzt werden. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Epoxid ist zudem besonders rein.
Das vorliegende Verfahren betrifft demgemäß ein Verfahren zur Herstellung von chiralen Epoxiden durch Reduktion von α-Abgangsgruppen-substituierten Ketonen mit einer zellfreien [R)- oder (S)-selektiven Alkoholdehydrogenase(ADH) in Gegenwart eines Cofaktors zu den entsprechenden chiralen Alkoholen und nachfolgende, baseninduzierte Cyclisierung zu den entsprechenden chiralen Epoxiden (GLEICHUNG 1),
GLEICHUNG 1 worin LG für F, Cl, Br, I1 OSO2Ar, OSO2R4 oder OP(O)OR4OR5 steht und
Ri, R2 und R3 unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen verzweigten oder unverzweigten, gegebenenfalls substituierten C1-C2O Alkylrest steht, einen gegebenenfalls substituierten C3-Cio-Cycloalkyl-, Alkenylrest oder einen gegebenenfalls substituierten carbo- oder heterocyclischen Arylrest oder einen Rest aus der Gruppe CO2R4, CONR4R5, COSR4, CS2R4, C(NH)NR4R5, CN, CHaI31 OAr, SAr, OR4, SR4, CHO, OH, NR4R5, Cl1 F, Br, I oder SiR4R5R6 darstellt, wobei
R4, R5 und Re unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen verzweigten oder unverzweigten, gegebenenfalls substituierten C1-C20 Alkylrest steht, einen gegebenenfalls substituierten C3-Cio-Cycloalkyl-, Alkenylrest oder einen gegebenenfalls substituierten carbo- oder heterocyclischen Arylrest symbolisiert, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der intermediär gebildete Alkohol Il ohne Isolierung mit Hilfe der Base zu dem Epoxid umgesetzt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt Ri Phenyl dar, das gegebenenfalls substituiert ist mit einem oder mehreren Halogenatomen und R2 und R3 sind Wasserstoffatome.
Ar steht dabei, wie üblich, für einen einen ein- oder mehrkernigen, carbocyclischen oder heterocyclischen aromatischen Rest, bevorzugt für Phenyl, Naphthyl, Anthracenyl, Furanyl, Thiophenyl, Benzimidazolyl usw. Allgemein enthalten die carbocylischen aromatischen Reste 6 bis 20 Kohlenstoffatome als Ringglieder, bei den heterocyclischen aromatischen Resten können es auch weniger als 6 Kohlenstoffatome sein. Bei dem bzw. bei den Heteroatom(en) in den heterocyclischen aromatischen Resten handelt es sich vorzugsweise um ein oder mehrere Stickstoff-, Sauerstoff- und/oder Schwefelatom(e). Diese Erläuterungen gelten auch für die oben genannten Reste Ri bis R6, soweit es sich um carbo- oder heterocyclische Arylreste handelt.
Die Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkenyl-, Aryl- oder Heteroarylreste können noch weiter substituiert sein, solange die Substituenten die Umsetzung nicht beeinträchtigen. Solche sind beispielsweise Halogenatome (F, Cl, Br, I), Alkylgruppen (Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, sec.-Butyl, te/t-Butyl usw.) oder Alkoxygruppen (Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Isopropoxy, Butoxy, Isobutoxy, sec.-Butoxy, te/t-Butoxy usw.).
HaI steht für ein Halogenatom, insbesondere Fluor, Chlor, Brom oder Jod.
Geeignete ADH-Enzyme sind (R)- oder (S)-Alkoholdehydrogenasen. Bevorzugt werden isolierte (zellfreie) ADH-Enzyme verwendet mit einer Enzymaktivität von 0,2 bis 200 kU pro Mol Substrat, besonders bevorzugt 0,5 bis 100 kU Enzymaktivität pro Mol Substrat, am meisten bevorzugt 1 bis 50 kU Enzymaktivität pro Mol Substrat, wobei 1 U = 1 internationale Enzymaktivitätseinheit bedeutet, d.h. 1 mmol Substrat wird pro Minute in einen Initial Rate Assay umgesetzt.
Geeignete ADH-Enzyme sind beispielsweise erhältlich von Biocatalytics Ine, Juelich Chiral Solutions GmbH or X-zyme GmbH, or Sigma-Aldrich Inc. Alternativ können sie auch aus natürlichen Quellen gewonnen werden. Verfahren zur Identifizierung, Charakterisierung, Klonierung und Exprimierung solcher Enzyme aus Zellmaterial sind zahlreich beschrieben und dem Fachmann bekannt. Bekannt ist auch eine Anzahl an Verfahren, mit denen sich die Eigenschaften der Enzyme verbessern lassen, insbesondere was deren Aktivität, Stabilität und Selektivität betrifft. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Verwendung von ADH-Enzymen aus bestimmten Quellen beschränkt.
Geeignete Cofaktoren sind NADPH2, NADH2, NAD oder NADP, oder deren Salze, wobei besonders bevorzugt NAD oder NADP verwendet werden. Bevorzugt ist eine Beladung mit 0,02 bis 100 mmol Cofaktor pro 10 Mol Substrat, besonders bevorzugt 0,02 bis 10 mmol Cofaktor pro 10 MoI Substrat. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt, dass in Gegenwart eines geeigneten Systems zur Regenerierung des oxidierenden Cofaktors gearbeitet und dieser während des Verfahrens kontinuierlich wieder reduziert wird. Zur Reaktivierung der oxidierten Cofaktoren kommen typischerweise enzymatische oder andere dem Fachmann bekannte Methoden zum Einsatz.
So wird beispielsweise durch Kopplung der Reduktion mit der Oxidation von Isopropanol zu Aceton mit ADH der Cofaktor kontinuierlich recycled und kann so in mehreren Oxidations/Reduktionscyclen eingesetzt werden.
Eine andere gebräuchliche Methode ist der Einsatz eines zweiten Enzymsystems im Reaktor. Zwei eingehend beschriebene Methoden sind beispielsweise der Einsatz von Formiatdehydrogenase zur Oxidation von Ameisensäure zu Kohlendioxid, oder der Einsatz von Glukose Dehydrogenase zur Oxidation von Glukose, um nur einige zu nennen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Reaktion in einem Lösungsmittel durchgeführt. Geeignete Lösungsmittel für die ADH-Reduktion sind dabei solche, die keine Nebenreaktionen ergeben, dies sind organische Lösungsmittel wie Methanol, Ethanol, Isopropanol, lineare und verzweigte Alkohole, Ligroin, Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Cyclopentan, Cyclohexan, Cycloheptan, Cyclooctan, Dichlormethan, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, 1 ,2-Dichlorethan, 1 ,1 ,2,2-Tetrachlorethan, Methylacetat, Ethylacetat, Propylacetat, Butylacetat, Dimethylformamid, Diethylformamid, Dimethylacetamid, Diethylacetamid, Diethylether, Diisopropylether, tert.-Butyl-methylether, THF, Dioxan, Acetonitril, Toluol, XyIoI oder Gemische aus diesen. Bevorzugt sind lineare oder verzweigte Alkohole oder lineare, verzweigte oder cyclische Ether, wie Methanol, Ethanol, Isopropanol, Diisopropylether, terf.-Butyl- methylether, Toluol, XyIoI, Tetra hydrofu ran (THF), Dioxan, oder Gemische aus diesen, ganz besonders bevorzugt sind Ethanol, Isopropanol, lineare und verzweigte Alkohole, Diethylether, Diisopropylether, fert.-Butyl-methylether, Toluol, XyIoI, THF, Dioxan, oder Gemische aus diesen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren auch ohne Zusatz von Lösungsmittel durchgeführt werden.
Nach beendeter Epoxidierung kann die organische Phase auf einfache Weise von der wäßrigen Phase getrennt werden. Die Phasenseparation kann dabei durch einfaches
Zusammenfließen erfolgen. Sie kann auch durch allgemein bekannte Mittel, wie
Zentrifugieren oder Filtrieren unterstützt werden. Gegebenenfalls kann ein weiteres
Lösungsmittel, ähnlich den oben genannten, hinzugefügt werden. Die wäßrige Phase kann zusätzlich mit organischen Lösungsmitteln extrahiert werden, um die Ausbeute noch weiter zu steigern. Falls erforderlich oder gewünscht, kann das Epoxid noch weiter gereinigt werden, beispielsweise durch Destillation oder, soweit es sich um einen
Feststoff handelt, durch Umkristallisieren.
In einigen Fällen empfiehlt es sich, der Reaktionslösung einen Puffer hinzuzusetzen, um den pH zu stabilisieren und sicher zu gehen, dass das Enzym in dem für seine Wirkung optimalen pH-Bereich reagieren kann. Der optimale pH-Bereich ist von Enzym zu Enzym unterschiedlich. Er liegt üblicherweise im Bereich von pH 3 bis 11. Geeignete Puffersysteme sind dem Fachmann bekannt, so dass an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen werden muss.
Die Reduktion zu den Alkoholen (IIa) oder (IIb) kann dabei im allgemeinen bei Temperaturen im Bereich von 0 bis +900C durchgeführt werden, besonders bevorzugt Temperaturen im Bereich von 0 bis + 600C, wobei tiefere Temperaturen im allgemeinen mit höheren Selektivitäten korreliert sind. Die Reaktionsdauer ist abhängig von der angewandten Temperatur und beträgt im allgemeinen 1 bis 72 Stunden, insbesondere 4 bis 45 Stunden. Die Reaktion läuft zweckmäßig in einem 2-Phasensystem ab. Dabei ist eine ausreichende Durchmischung notwendig, um einen ausreichenden Stoffaustausch an der Phasengrenze bei der enzymatischen Reduktion zum Alkohol wie auch bei der Umsetzung des Alkohols mit einer Base zum Epoxid zu gewährleisten. Durch Versuche im Labor- oder Technikumsmaßstab läßt sich bestimmen, welche Rührergeschwindigkeit am besten geeignet ist, um eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen. Die ee-Werte der intermediär erzeugten Alkohole liegen dabei bei deutlich >95 %, in den meisten Fällen bei >99 %, bei gleichzeitig sehr hoher Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen im Substrat.
Die Cyclisierung der Alkohole (IIa) oder (IIb) zu den Epoxiden kann dabei im allgemeinen bei Temperaturen im Bereich von -100 bis +1200C durchgeführt werden, besonders bevorzugt Temperaturen im Bereich von 0 bis + 600C. Die Reaktionsdauer ist abhängig von der angewandten Temperatur und beträgt im allgemeinen 1 bis 72 Stunden, insbesondere 24 bis 60 Stunden. Ausreichender Umsatz kann hierbei z.B. durch GC- oder HPLC-Reaktionskontrolle sichergestellt werden.
Bevorzugt wird die Reaktionslösung vor Zugabe des ADH-Enzyms auf die Reaktionstemperatur temperiert.
Für die Cyclisierung sind prinzipiell alle Basen geeignet. Bevorzugt sind Aminbasen, Carbonate, Hydrogencarbonate, Hydroxyde, Hydride, Alkoholate, Phosphate, Hydrogenphosphate, besonders bevorzugt tertiäre Amine, ganz besonders bevorzugt Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Triethylamin oder Pyridin. Bevorzugt wird die Base dabei stöchiometrisch oder überstöchiometrisch in Bezug auf die Verbindung (IIa) oder (IIb) eingesetzt.
Die Isolierung der Produkte wird bevorzugt entweder destillativ oder durch Kristallisation vorgenommen. Im Allgemeinen sind durch die Eigenschaften der Enzyme die ee-Werte deutlich größer 99 %, wodurch keine weitere Aufreinigung erforderlich ist.
Die Substratbreite dieser neuen Technologie ist sehr hoch. Es können α- Abgangsgruppen-substituierte Ketone mit Arylresten unterschiedlichen Substitutionsmusters ebenso gut eingesetzt werden wie aliphatische Halogenmethylketone. Chloracetylketone reagieren hierbei in besonders guten Ausbeuten und hohen ee-Werten.
Das neue Verfahren liefert damit in sehr hohen Ausbeuten, von >85 %, meist >90%, und sehr hohen ee-Werten eine breite Palette an chiralen Epoxiden, wobei in Abhängigkeit vom eingesetzten Enzym beide Enantiomere erhalten werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren soll durch die nachfolgenden Beispiele erläutert werden, ohne die Erfindung darauf zu beschränken:
Beispiel 1 : (S)-2-(4-Fluor-phenyl)-oxiran
Eine Mischung aus 150 ml Na-Phosphat-Puffer (0,1 M, pH 7,0), 22,2 g 2-Chlor-4'-fluor- acetophenon, 60 ml Isopropanol, 50 ml Diisopropylether, 30 mg NADP-Natriumsalz und 2750 U Lactobacillus brevis Alcoholdehydrogenase von Juelich Chiral Solutions GmbH wurde bei 20 0C 64 Stunden gerührt. Die Reaktionskontrolle ergab einen Umsatz von 95 %. Zu dieser Lösung wurde 20 ml Natriumhydroxid-Lösung (10 M) gegeben und weitere 2 Stunden gerührt. Die Reaktionskontrolle zeigte vollständigen Umsatz des Alkohols ins Epoxid. Zu dieser Reaktionsmischung wurden 2 g Celite Hyflo gegeben, filtriert und das Filtrat anschließend mit Methyl-fe/t-butylether (MTBE) extrahiert. Die organischen Extrakte wurden destilliert. Es wurden 15 g Produkt isoliert (Ausbeute 84 %, ee > 99 %, chirale GC (Cyclodextrin ß, BetaDex-Supelco), Reinheit 99 % (GC a/a).
Beispiel 2: (R)-2-(4-Brom-phenyl)-oxiran
Eine Mischung aus 2 g 2-Chlor-4'-brom-acetophenon und 10,3 g Toluol wurde hergestellt und auf 45 0C erwärmt. 1 ml dieser Substrat-Mischung (entsprechend etwa 160 mg 2-Chlor-4'-brom-acetophenon) wurde dann hinzugefügt zu einer Mischung aus 2,1 ml Tris.HCI Puffer (0,1 M, pH 7,1), 0,2 mg Magnesiumsulfat, 600 μL Isopropanol, 1 mg NADP-Natriumsalz und 19 U Thermoanaerobium sp. Alcoholdehydrogenase (Juelich Chiral Solutions GmbH). Die Suspension wurde bei 45 0C 190 Minuten lang geschüttelt. Eine Probe zeigte danach einen 94 %igen Umsatz des eingesetzten Ketons zu dem entsprechenden Alkohol. Nach Hinzufügen von 0,1 ml 10 M NaOH und weiterem Schütteln bei 45 0C für 1 Stunde war der Alkohol zum Epoxid umgesetzt. Dieser zeigte einen ee-Wert von mehr als 99,5% (bestimmt durch chirale HPLC unter Verwendung einer Chiralpak AD-RH Säule).
Die Verwendung einer Alkoholdehydrogenase entgegengesetzter Stereoselektivität aus Lactobacillus brevis bei der Biotransformation führte zu (S)-4-Brom-phenyloxiran mit einem ee >99,5% Beispiel 3 (S)-2-(4-lod-phenyl)-oxiran
Eine Mischung aus 5 g 2-Chlor-4'-iod-acetophenon und 20 ml Toluol wurde hergestellt und auf 45 0C erwärmt. 2 ml dieser Substrat-Mischung (entsprechend etwa 400 mg 2-Chlor-4'-iod-acetophenon) wurde dann vermischt mit einer Mischung aus 3,1 ml Tris.HCI Puffer (0,1 M, pH 7,0), 1 mg Magnesiumsulfat, 1 ml Isopropanol, 2 mg NADP- Natriumsalz und 83 U Lactobacillus brevis Alkoholdehydrogenase. Die Lösung wurde bei 45 0C 64 Stunden lang geschüttelt. Das Keton war danach zu 89 % zum Alkohol umgesetzt, wie sich an einer Probe bestimmen ließ. Nach Hinzufügen von 0,2 mMO M NaOH und weiterem Schütteln bei 40 0C war der Alkohol zum Epoxid umgesetzt. Dieser hatte einen ee >99% (Chirale HPLC mit einer Chiralpak AD-RH Säule).
Bei Verwendung einer Alkoholdehydrogenase entgegengesetzter Stereoselektivität aus Thermoanaerobium sp. Bei der Biotransformation wurde das (R)-Enantiomer mit einem ee>99,5% erhalten.
Beispiel 4: Chirales 2-Oxiranyl-pyridin
Zu 2 ml einer Lösung von 2-Chlor-1-pyridin-2-yl-ethanon in Toluol wurden eine Mischung aus 1 ml 0.05M Natriumphosphate Puffer, pH7, 1 ,5 mg NADP-Natriumsalz, 1 ,4 mg Magnesiumsulfate, 0,3 ml Isopropanol and 124 U Lactobacillus brevis Alcoholdehydrogenase hinzugegeben. Nach Schütteln bei 40 C für 17 Stunden zeigte eine Analyse eine 85% Umsetzung des 2-Chlor-1-pyridin-2-yl-ethanon zu dem chiralen Alkohol. Durch Behandeln mit NaOH wurde das entsprechende Epoxide mit einem ee-Wert von 98% erhalten (bestimmt durch chirale GC, Cyclodextrin ß, BetaDex- Supelco).
Bei Verwendung einer Alkoholdehydrogenase entgegengesetzter Stereoselektivität aus Thermoanaerobium sp. wurde das spiegelbildliche Epoxid-Enantiomer mit einem ee of 98,5% erhalten.
Beispiel 5: Chirales 3-Oxiranyl-pyridin
In einem Verfahren ähnlich dem im Beispiel 5 beschriebenen wurde Lactobacillus brevis Alkoholdehydrogenase für die biologische Reduktion von 2-Chlor-1 -pyridin-3-yl- ethanon eingesetzt. Nach 17 Stunden bei at 40 0C war ein Umsatz von 99% erreicht. Die Behandlung mit Alkali führte zu einer vollständigen Umsetzung des Alkohols zum Oxiran. Dieses hatte einen ee-Wert von 98,4 % (bestimmt durch chirale GC1 Cyclodextrin-gamma, modifiziert mit Trifluoressigsäure (TFA)).
Beispiel 6: 2-Thiophen-3-yl-oxiran. 292 mg 2-Chlor-1-thiophen-3-yl-ethanon wurde in 4 ml Toluol gelöst und auf 2 Reaktionskolben verteilt. In jeden Kolben wurden dann 0,3 ml Isopropanol, 1 ,5 ml 0,05 M Natriumphosphat Puffer, pH 7,1 , 2 mg NADP-Natriumsalz und 2 mg Magnesiumsulfat gegeben. Der ersten Reaktionsmischung wurden 110 U Thermoanaerobium sp. Alkoholdehydrogenase hinzugefügt, der zweiten 120 U Lactobacillus brevis Alkoholdehydrogenase. Nach Schütteln bei 40 0C für 64 Stunden war ein Umsatz von >99% erreicht (bestimmt durch GC). In jeden Kolben wurden dann 0,25 ml 10M Natriumhydroxid gegeben und das Schütteln anschließend eine weitere Stunde lang fortgesetzt. Die Umsetzung zum Epoxid war dann vollständig. Eine polarimetrische Analyse der organischen Phase zeigte einen Drehwert von - 0,34° bei Verwendung von Lactobacillus brevis Alkoholdehydrogenase, während sie bei Verwendung von Alkoholdehydrogenase aus Thermoanaerobium sp einen Drehwert von + 0,33° aufwies (die Werte gelten für die verdünnte Lösung).
Beispiel 7: (R)- 2-(4-Chlor-phenyl)-oxiran Ein Reaktionskolben, der 0,3 g 2-Chlor-4'-chlor-acetophenon, 2 ml Toluol, 2,5 ml Tris.HCI Puffer (0,1 M, pH 7), 2,5 mg Magnesiumsulfat, 800 μL Isopropanol, 2 mg NADP-Natriumsalz und 76 U Thermoanaerobium sp Alkoholdehydrogenase enthielt, wurde bei 40 0C für 18 Stunden geschüttelt. Anhand einer Probe zeigte sich die Umsetzung zum Alkohol (>99%). Eine Behandlung mit 0,2 ml 10 M NaOH und weitere 30 min Schütteln führte zu einer vollständigen Umsetzung zum Epoxid mit einem ee >99,5% (bestimmt durch chirale HPLC unter Verwendung einer Chiralpak AD-RH Säule).
Bei Verwendung von Lactobacillus brevis Alkoholdehydrogenase wurde das (S)- Enantiomer mit einem ee von 99% erhalten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von chiralen Epoxiden durch Reduktion von σ> Abgangsgruppen-substituierten Ketonen mit zellfreien (R)- oder (S)-selektiven Alkoholdehydrogenasen in Gegenwart eines Cofaktors zu den entsprechenden chiralen Alkoholen und nachfolgende baseninduzierte Cyclisierung zu den entsprechenden chiralen Epoxiden (GLEICHUNG 1),
GLEICHUNG 1 worin LG für F, Cl, Br, I, OSO2Ar, OSO2R4 oder OP(O)OR4OR5 steht und
Ri, R2 und R3 unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen verzweigten oder unverzweigten, gegebenenfalls substituierten C1-C20 Alkylrest steht, einen gegebenenfalls substituierten C3-Cio-Cycloalkyl- oder Alkenylrest oder einen gegebenenfalls substituierten carbo- oder heterocyclischen Arylrest oder einen Rest aus der Gruppe CO2R4, CONR4R5, COSR4, CS2R4, C(NH)NR4R5, CN, CHaI3, OAr, SAr, OR4, SR4, CHO, OH, NR4R5, Cl, F, Br, I oder SiR4R5R6 darstellt, wobei
R4, R5 und Rβ unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen verzweigten oder unverzweigten, gegebenenfalls substituierten C1-C20 Alkylrest steht, einen gegebenenfalls substituierten C3-Cio-Cycloalkyl-, Alkenylrest oder einen substituierten carbo- oder heterocyclischen Arylrest symbolisiert,
dadurch gekennzeichnet, dass der intermediär gebildete chirale Alkohol Il nicht isoliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion in einem 2-Phasensystem durchgeführt wird und daß die Phase mit dem intermediär gebildeten Alkohol vor der baseninduzierten Epoxid-Bildung abgetrennt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der intermediär gebildete Alkohol in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass (R)- oder (S)-Alkoholdehydrogenasen mit einer Enzymaktivität von 0,2 bis 200 kU pro Mol Substrat verwendet werden.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die enzymatische Reduktion in Gegenwart eines Cofaktors wie beispielsweise NADPH2, NADH2, NAD oder NADP durchgeführt wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oxidierte Cofaktor wieder reduziert wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass LG für F, Cl, Br, oder I steht.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion in einem organischen Lösungsmittel durchgeführt wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion und die nachfolgende Cyclisierung bei 0 bis + 600C durchgeführt wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ee-Werte der intermediär erzeugten Alkohole sowie der Epoxide bei >95 % ee liegen.
11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Base für die Cyclisierung zum Epoxid ein Amin, bevorzugt Triethylamin oder Pyridin, ein Carbonat, ein Hydrogencarbonat, ein Alkalimetallhydroxid, ein Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Übergangsmetallalkoholat, ein Phosphat oder ein Hydrogenphosphat verwendet wird.
12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionslösung vor Zugabe des ADH-Enzyms auf die Reaktionstemperatur temperiert wird.
13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Enzym in Bezug auf die Ausgangsverbindung in katalytischen Mengen eingesetzt wird.
14. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung der Produkte destillativ oder durch Kristallisation vorgenommen wird.
15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Ri Phenyl darstellt, das gegebenenfalls substituiert ist mit einem oder mehreren Halogenatomen und daß R2 und R3 Wasserstoffatome sind.
IIb MIb
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