ES2336014T3 - Preparacion de pregabalina y compuestos relacionados. - Google Patents

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Junhua Tao
William E. Tully
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Abstract

Un método para preparar un compuesto de Fórmula 1, **(Ver fórmula)** o un complejo, sal, solvato o hidrato de éste farmacéuticamente aceptable, en el que R1</sup y R2 son diferentes y se selecciona cada uno independientemente de átomo de hidrógeno, alquilo C1-12, cicloalquilo C3-12, y cicloalquilo C3-12 sustituido, comprendiendo el método: (a) hacer reaccionar un compuesto de Fórmula 2, **(Ver fórmula)** o una sal de éste, con un ácido y agua para rendir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste; y (b) opcionalmente, convertir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste en un complejo, sal, solvato o hidrato farmacéuticamente aceptable, en el que R1 y R2 en la Fórmula 2 son como se han definido para la Fórmula 1.

Description

Preparación de pregabalina y compuestos relacionados.
Campo de la invención
Esta invención se refiere a métodos y materiales para preparar \gamma-aminoácidos enriquecidos enantioméricamente a través de resolución cinética enzimática, y es particularmente útil para preparar \gamma-aminoácidos que presentan afinidad de unión para la subunidad \alpha_{2}\delta del canal de calcio humano, incluyendo pregabalina y compuestos relacionados.
Discusión
La pregabalina, ácido (S)-(+)-3-aminometil-5-metil-hexanoico, está relacionada con el neurotransmisor inhibidor endógeno ácido \gamma-aminobutírico (GABA), que está implicado en la regulación de la actividad neuronal del cerebro. La pregabalina presenta actividad anti-convulsiva, como se discute en la Patente de EEUU No. 5.563.175 de R. B. Silverman et al., y se piensa que es útil para tratar, entre otras condiciones, dolor, condiciones fisiológicas asociadas con estimulantes psicomotores, inflamación, daño gastrointestinal, alcoholismo, insomnio, y varios trastornos psiquiátricos, incluyendo manía y trastorno bipolar. Véanse, respectivamente, Patente de EEUU No. 6.242.488 de L. Bueno et al., Patente de EEUU No. 6.326.374 de L. Magnus y C. A. Segal, y Patente de EEUU No. 6.001.876 de L. Singh; Patente de EEUU No. 6.194.459 de H. C. Akunne et al.; Patente de EEUU No. 6.329.429 de D. Schrier et al.; Patente de EEUU No. 6.127.418 de L. Bueno et al.; Patente de EEUU No. 6.426.368 de L. Bueno et al.; Patente de EEUU No. 6.306.910 de L. Magnus y C. A. Segal; y Patente de EEUU No. 6.359.005 de A. C. Pande.
La pregabalina se ha preparado de diferentes formas. Típicamente, se sintetiza una mezcla racémica de ácido 3-aminometil-5-metil-hexanoico y posteriormente se resuelve en sus enantiómeros R y S. Dichos métodos pueden emplear un intermedio azida, un intermedio malonato o síntesis de Hofman. Véanse, respectivamente, las Patentes de EEUU No. 5.563.175 de R. B. Silverman et al.; Patentes de EEUU Nos. 6.046.353, 5.840.956, y 5.637.767 de T. M. Grote et al.; y Patentes de EEUU Nos. 5.629.447 y 5.616.793 de B. K. Huckabee y D. M. Sobieray. En cada uno de estos métodos, el racemato se hace reaccionar con un ácido quiral (un agente de resolución) para formar un par de sales distereoisoméricas, que se separan mediante técnicas conocidas, tales como cristalización fraccionada y cromatografía. Por lo tanto, estos métodos implican un procesamiento significativo además de la preparación del racemato, que junto al agente de resolución, eleva los costes de producción. Además, el enantiómero R no deseado se desecha frecuentemente al no poder reciclarse de manera eficaz, reduciendo de esta manera el rendimiento efectivo del proceso un 50%.
La pregabalina también se ha sintetizado directamente utilizando un auxiliar quiral, (4R,5S)-4-metil-5-fenil-2-oxazolidinona. Véanse, p. ej., las Patentes de EEUU Nos. 6.359.169, 6.028.214, 5.847.151, 5.710.304, 5.684.189, 5.608.090, y 5.599.973, todas de R. B. Silverman et al. Aunque estos métodos proporcionan pregabalina con una pureza enantiomérica alta, son poco deseables para una síntesis a gran escala porque emplean reactivos comparativamente costosos (p. ej., el auxiliar quiral) que son difíciles de manejar, así como equipo criogénico especial para alcanzar las temperaturas de operación requeridas, que pueden ser tan bajas como -78ºC.
Una solicitud de patente de EEUU publicada recientemente discute un método para preparar pregabalina a través de la hidrogenación asimétrica de una olefina sustituida con ciano para producir un precursor quiral ciano del ácido (S)-3-aminometil-5-metilhexanoico. Véase la Solicitud de Patente de EEUU cedida comúnmente con la presente No. 2003/0212290 A1 de Burk et al., publicada el 13 de noviembre, 2003. El precursor ciano se reduce posteriormente para dar lugar a pregabalina. La hidrogenación asimétrica emplea un catalizador quiral que está comprendido por un metal de transición unido a un ligando bisfosfina, tal como (R,R)-Me-DUPHOS. El método resulta en un enriquecimiento sustancial de pregabalina respecto al ácido (R)-3-(aminometil)-5-metilhexanoico.
El método que se discute en la Solicitud de Patente de EEUU No. 2003/0212290 A1 representa un método viable comercialmente para preparar pregabalina, aunque por diferentes razones son deseables mejoras adicionales. Por ejemplo, los ligandos bisfosfina, incluyendo el ligando patentado (R,R)-Me-DUPHOS, frecuentemente resultan difíciles de preparar porque tienen dos centros quirales, lo que eleva su coste. Además, la hidrogenación asimétrica requiere el uso de equipo especial capaz de manejar H_{2}, lo que eleva los costes de inversión.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona materiales y métodos para preparar \gamma-aminoácidos enriquecidos enantioméricamente (Fórmula 1) tales como pregabalina (Fórmula 9). El método de la presente invención implica una resolución cinética de un intermedio racémico ciano diéster (Fórmula 4 o Fórmula 12) usando una enzima que está adaptada para hidrolizar enantioselectivamente un resto éster del intermedio. El monoéster del ácido dicarboxílico resultante (Fórmula 3 o Fórmula 11), que es sustancialmente enantiopuro, se somete a una reacción adicional para rendir los \gamma-aminoácidos enriquecidos enantioméricamente deseados (Fórmula 1 o Fórmula 9). El enantiómero que no ha reaccionado (Fórmula 5 o Fórmula 13) de la resolución cinética puede reusarse en la resolución enzimática posterior a la racemización, mejorando de esta manera el rendimiento global.
\newpage
El método reivindicado ofrece ventajas significativas respecto a procesos existentes para preparar \gamma-aminoácidos enriquecidos enantioméricamente (Fórmula 1 y Fórmula 9). Por ejemplo, los \gamma-aminoácidos ópticamente activos pueden prepararse sin usar auxiliares quirales o catalizadores de hidrogenación patentados, lo que debería dar lugar a una reducción de los costes. Debido a que los procesos enzimáticos pueden llevarse a cabo a temperatura ambiente y a presión atmosférica, los métodos reivindicados deberían minimizar los problemas de organización que resultan del uso de equipo especializado capaz de soportar presiones altas y temperaturas bajas. Como se indica en los ejemplos, la presente invención puede usarse para preparar pregabalina partiendo de un diéster sustituido con ciano racémico (Fórmula 12) con un buen rendimiento (26% a 31%) después de reciclaje en un proceso discontinuo del enantiómero que no ha reaccionado (Fórmula 13). Esto se traduce en un ahorro de aproximadamente el 50% en los costes de material respecto al método de malonato descrito más arriba.
Un aspecto de la presente invención proporciona un método para preparar un compuesto de Fórmula 1,
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1
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o un complejo, sal, solvato o hidrato de éste farmacéuticamente aceptable, en el que
R^{1} y R^{2} son diferentes y se selecciona cada uno independientemente de átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, y cicloalquilo C_{3-12} sustituido,
comprendiendo el método:
(a) hacer reaccionar un compuesto de Fórmula 2,
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2
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o una sal de éste, con un ácido y agua para rendir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste; y
(b) opcionalmente, convertir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste en un complejo, sal, solvato o hidrato farmacéuticamente aceptable, en el que R^{1} y R^{2} en la Fórmula 2 son como se han definido en la Fórmula 1.
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Otro aspecto de la presente invención proporciona un método para preparar un compuesto de Fórmula 1, más arriba, comprendiendo el método:
(a) reducir un resto ciano de un compuesto de Fórmula 6,
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3
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o una sal de éste, para rendir un compuesto de Fórmula 7,
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4
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o una sal de éste;
(b) descarboxilar el compuesto de Fórmula 7 o una sal de éste para rendir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste; y
(c) opcionalmente, convertir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste en un complejo, sal, solvato o hidrato farmacéuticamente aceptable, en el que R^{1} y R^{2} en la Fórmula 6 y en la Fórmula 7 son como se han definido más arriba en la Fórmula 1.
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El compuesto de Fórmula 6, más arriba, se prepara hidrolizando un compuesto de Fórmula 3,
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5
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o una sal de éste, en el que R^{1} y R^{2} en la Fórmula 3 son como se han definido más arriba en la Fórmula 1, y R^{3} es alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, o aril-alquilo C_{1-6}.
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Un aspecto adicional de la presente invención proporciona un método para preparar un compuesto de Fórmula 1, más arriba, comprendiendo el método:
(a) reducir un resto ciano de un compuesto de Fórmula 8,
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6
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o una sal de éste, para rendir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste; y
(b) opcionalmente, convertir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste en un complejo, sal, solvato o hidrato farmacéuticamente aceptable, en el que R^{1} y R^{2} en la Fórmula 8 son como se han definido más arriba en la Fórmula 1, y R^{5} en la Fórmula 8 es átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, o aril-alquilo C_{1-6}.
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El compuesto de Fórmula 8 se prepara descarboxilando un compuesto de Fórmula 3, más arriba, o una sal de éste, o hidrolizando y descarboxilando el compuesto de Fórmula 3 o una sal de éste, para rendir el compuesto de Fórmula 8 o una sal de éste.
Un aspecto adicional de la presente invención proporciona un método para preparar el compuesto de Fórmula 3, más arriba, o una sal de éste, comprendiendo el método:
(a) poner en contacto un compuesto de Fórmula 4,
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con una enzima para rendir el compuesto de Fórmula 3 y un compuesto de Fórmula 5,
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8
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en el que la enzima está adaptada para hidrolizar enantioselectivamente el compuesto de Fórmula 4 en el compuesto de Fórmula 3 o una sal de éste;
(b) aislar el compuesto de Fórmula 3 o una sal de éste; y
(c) opcionalmente, racemizar el compuesto de Fórmula 5 para rendir el compuesto de Fórmula 4, en el que R^{1}, R^{2}, y R^{3} en la Fórmula 4 y en la Fórmula 5 son como se han definido más arriba en la Fórmula 1 y en la Fórmula 3; y R^{4} en la Fórmula 4 y en la Fórmula 5 es el mismo o diferente de R^{3} y es alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, o aril-alquilo C_{1-6}.
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Pueden usarse muchas enzimas para hidrolizar enantioselectivamente el compuesto de Fórmula 4 en el compuesto de Fórmula 3 o una sal de éste. Las enzimas útiles incluyen lipasas, tales como las obtenidas de Thermomyces lanuginosus.
Otro aspecto de la presente invención proporciona compuestos representados por la Fórmula 2, más arriba, incluyendo complejos, sales, solvatos o hidratos de éstos, siempre que cuando uno de los sustituyentes representados por R^{1} o R^{2} en la Fórmula 2 es hidrógeno, el otro sustituyente no es alquilo C_{1-3} o alquilo C_{5}.
Un aspecto adicional de la presente invención proporciona los compuestos de Fórmula 3, Fórmula 5, Fórmula 6, y Fórmula 7, más arriba, incluyendo los complejos, sales, solvatos o hidratos de éstos, en las que
R^{1} y R^{2} son diferentes y se selecciona cada uno independientemente de átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, y cicloalquilo C_{3-12} sustituido, siempre que cuando uno de los sustituyentes representados por R^{1} o R^{2} es un átomo de hidrógeno, el otro sustituyente no es metilo; y
R^{3} y R^{4} se selecciona cada uno independientemente de alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12} o aril-alquilo C_{1-6}.
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Los compuestos útiles de Fórmula 2 a 7 incluyen aquellos en los que R^{1} es un átomo de hidrógeno y R^{2} es isobutilo.
\newpage
Un aspecto adicional de la presente invención proporciona un método para preparar un compuesto de Fórmula 9,
9
o un complejo, sal, solvato o hidrato de éste farmacéuticamente aceptable, comprendiendo el método:
(a) hacer reaccionar un compuesto de Fórmula 10,
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10
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o una sal de éste, con un ácido y agua para rendir el compuesto de Fórmula 9 o una sal de éste; y
(b) opcionalmente, convertir el compuesto de Fórmula 9 o una sal de éste en un complejo, sal, solvato o hidrato farmacéuticamente aceptable.
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Otro aspecto de la presente invención proporciona un método para preparar un compuesto de Fórmula 9, más arriba, o un complejo, sal, solvato o hidrato de éste farmacéuticamente aceptable, comprendiendo el método:
(a) reducir un resto ciano de un compuesto de Fórmula 14,
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11
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o una sal de éste, para rendir un compuesto de Fórmula 15,
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12
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o una sal de éste;
(b) descarboxilar el compuesto de Fórmula 15 o una sal de éste para rendir el compuesto de Fórmula 9 o una sal de éste; y
(c) opcionalmente, convertir el compuesto de Fórmula 9 o una sal de éste en un complejo, sal, solvato o hidrato farmacéuticamente aceptable.
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El compuesto de Fórmula 14, más arriba, puede prepararse hidrolizando un compuesto de Fórmula 11,
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13
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o una sal de éste, en el que R^{3} en la Fórmula 11 es como se ha definido más arriba en la Fórmula 3.
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Un aspecto adicional de la presente invención proporciona un método para preparar un compuesto de Fórmula 9, más arriba, o un complejo, sal, solvato o hidrato de éste farmacéuticamente aceptable, comprendiendo el método:
(a) reducir un resto ciano de un compuesto de Fórmula 16,
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14
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o una sal de éste, para rendir el compuesto de Fórmula 9 o una sal de éste; y
(b) opcionalmente, convertir el compuesto de Fórmula 9 o una sal de éste en un complejo, sal, solvato o hidrato farmacéuticamente aceptable, en el que R^{5} en la Fórmula 16 es como se ha definido más arriba en la Fórmula 8.
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El compuesto de Fórmula 16 puede prepararse descarboxilando (p. ej., calentando) el compuesto de Fórmula 11, más arriba, o una sal de éste, o hidrolizando y descarboxilando el compuesto de Fórmula 11 o una sal de éste.
Un aspecto adicional de la presente invención proporciona un método para preparar el compuesto de Fórmula 11, más arriba, o una sal de éste, comprendiendo el método:
(a) poner en contacto un compuesto de Fórmula 12,
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15
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con una enzima para rendir el compuesto de Fórmula 11 y un compuesto de Fórmula 13,
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en el que la enzima está adaptada para hidrolizar enantioselectivamente el compuesto de Fórmula 12 en el compuesto de Fórmula 11 o una sal de éste;
(b) aislar el compuesto de Fórmula 11 o las sales de éste; y
(c) opcionalmente, racemizar el compuesto de Fórmula 13 para rendir el compuesto de Fórmula 12, en el que
R^{3} en la Fórmula 12 y en la Fórmula 13 es como se ha definido en la Fórmula 3, más arriba; y
R^{4} en la Fórmula 12 y en la Fórmula 13 es el mismo o diferente de R^{3} y es alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, o aril-alquilo C_{1-6}.
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En el método para preparar el compuesto de Fórmula 11, las sales correspondientes del compuesto de Fórmula 11 incluyen aquellas seleccionadas de sales de metales alcalinos, tal como sal de potasio; sales de aminas primarias, tal como sal de t-butil amina; y sales de aminas secundarias. Además, las enzimas útiles incluyen lipasas, tales como las obtenidas de Thermomyces lanuginosus.
Otro aspecto de la presente invención proporciona un compuesto seleccionado de:
ácido 3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico,
ácido (3S)-3-ciano-2- etoxicarbonil-5-metil-hexanoico,
ácido (2S,3S)-3-ciano-2- etoxicarbonil-5-metil-hexanoico,
ácido (2R,3S)-3-ciano-2- etoxicarbonil-5-metil-hexanoico,
éster etílico del ácido 3-ciano-2- etoxicarbonil-5-metil-hexanoico,
éster etílico del ácido (R)-3-ciano-2- etoxicarbonil-5-metil-hexanoico,
ácido 4-isobutil-2-oxo-pirrolidina-3-carboxílico,
ácido (S)-4-isobutil-2-oxo-pirrolidina-3-carboxílico,
ácido 3-ciano-2-carboxi-5-metil-hexanoico,
ácido (S)-3-ciano-2-carboxi-5-metil-hexanoico,
ácido 3-aminometil-2-carboxi-5-metil-hexanoico, y
ácido (S)-3-aminometil-2-carboxi-5-metil-hexanoico,
incluyendo complejos, sales, solvatos e hidratos de éstos y enantiómeros contrarios de éstos.
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La presente invención incluye todos los complejos y sales, tanto si son farmacéuticamente aceptables como si no lo son, solvatos, hidratos, y formas polimórficas de los compuestos descritos. Determinados compuestos pueden contener un grupo alquenilo o cíclico, de manera que son posibles los estereoisómeros cis/trans (o Z/E), o pueden contener un grupo ceto u oxima, de manera que puede ocurrir tautomerismo. En dichos casos, la presente invención incluye de manera general todos los isómeros Z/E y las formas tautoméricas, en forma pura, sustancialmente pura o mezclas.
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Descripción breve de los dibujos
La Fig. 1 representa un esquema para preparar \gamma-aminoácidos enriquecidos enantioméricamente (Fórmula 1).
La Fig. 2 representa un esquema para preparar diésteres sustituidos con ciano (Fórmula 4).
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Descripción detallada Definiciones y abreviaturas
A no ser que se indique otra cosa, la descripción usa las definiciones proporcionadas más abajo. Algunas de las definiciones y fórmulas pueden incluir un guión ("-") para indicar un enlace entre átomos o un punto de unión a un átomo o grupo de átomos definidos o no. Otras definiciones y fórmulas pueden incluir un signo igual ("=") o un símbolo de identidad ("\equiv") para indicar un enlace doble o un enlace triple, respectivamente. Determinadas fórmulas también pueden incluir uno o más asteriscos ("*") para indicar centros estereogénicos (asimétricos o quirales), aunque la ausencia de asterisco no indica que el compuesto carezca de un estereocentro. Dichas fórmulas pueden referirse al racemato o a los enantiómeros individuales o a los diastereómeros individuales, que pueden o no ser puros o sustancialmente puros.
Los grupos "sustituidos" son aquellos en los que uno o más átomos de hidrógeno se han reemplazado por uno o más grupos distintos del hidrógeno, siempre que se cumplan los requerimientos de valencia y que de la sustitución resulte un compuesto estable químicamente.
"Alrededor de" o "aproximadamente", cuando se usa en relación con una variable numérica que se puede medir, se refiere al valor indicado de la variable y a todos los valores de la variable que se encuentran dentro del error experimental del valor indicado (p. ej., en el intervalo de confianza 95% para la media) o dentro de \pm10 por ciento del valor indicado, dependiendo de cual sea mayor.
"Alquilo" se refiere a grupos hidrocarbonados saturados de cadena lineal y ramificada, que tienen generalmente un número de átomos de carbono específico (es decir, alquilo C_{1-6} se refiere a un grupo alquilo que tiene 1, 2, 3, 4, 5, ó 6 átomos de carbono y alquilo C_{1-12} se refiere a un grupo alquilo que tiene 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, ó 12 átomos de carbono). Los ejemplos de grupos alquilo incluyen, sin limitación, metilo, etilo, n-propilo, i-propilo, n-butilo, s-butilo, i-butilo, t-butilo, pent-1-ilo, pent-2-ilo, pent-3-ilo, 3-metilbut-1-ilo, 3-metilbut-2-ilo, 2-metilbut-2-ilo, 2,2,2-trimetilet-1-ilo y n-hexilo.
"Alquenilo" se refiere a grupos hidrocarbonados de cadena lineal y ramificada que tienen uno o más enlaces carbono-carbono insaturados, y que generalmente tienen un número de átomos de carbono específico. Los ejemplos de grupos alquenilo incluyen, sin limitación, etenilo, 1-propen-1-ilo, 1-propen-2-ilo, 2-propen-1-ilo, 1-buten-1-ilo, 1-buten-2-ilo, 3-buten-1-ilo, 3-buten-2-ilo, 2-buten-1-ilo, 2-buten-2-ilo, 2-metil-1-propen-1-ilo, 2-metil-2-propen-1-ilo, 1,3-butadien-1-ilo y 1,3-butadien-2-ilo.
"Alquinilo" se refiere a grupos hidrocarbonados de cadena lineal o ramificada que tienen uno o más enlaces carbono-carbono triples, y que generalmente tienen un número de átomos de carbono específico. Los ejemplos de grupos alquinilo incluyen, sin limitación, etinilo, 1-propin-1-ilo, 2-propin-1-ilo, 1-butin-1-ilo, 3-butin-1-ilo, 3-butin-2-ilo y 2-butin-ilo.
"Alcanoilo" y "alcanoilamino" se refieren, respectivamente, a alquilo-C(O)- y alquilo-C(O)-NH-, en los que alquilo es como se ha definido más arriba, y que generalmente incluyen un número de átomos de carbono específico, incluyendo el carbono carbonilo. Los ejemplos de grupos alcanoilo incluyen, sin limitación, formilo, acetilo, propionilo, butirilo, pentanoilo y hexanoilo.
"Alquenoilo" y "alquinoilo" se refieren, respectivamente, a alquenilo-C(O)- y alquinilo-C(O)-, en los que alquenilo y alquinilo son como se han definido más arriba. Las referencias a alquenoilo y alquinoilo incluyen generalmente un número de átomos de carbono específico, excluyendo el carbono carbonilo. Los ejemplos de grupos alquenoilo incluyen, sin limitación, propenoilo, 2-metilpropenoilo, 2-butenoilo, 3-butenoilo, 2-metil-2-butenoilo, 2-metil-3-butenoilo, 3-metil-3-butenoilo, 2-pentenoilo, 3-pentenoilo y 4-pentenoilo. Los ejemplos de grupos alquinoilo incluyen, sin limitación, propinoilo, 2-butinoilo, 3-butinoilo, 2-pentinoilo, 3-pentinoilo y 4-pentinoilo.
"Alcoxi", "alcoxicarbonilo", y "alcoxicarbonilamino", se refieren, respectivamente, a alquilo-O-, alquenilo-O, y alquinilo-O; a alquilo-O-C(O)-, alquenilo-O-C(O)-, alquinilo-O-C(O)-; y a alquilo-O-C(O)-NH-, alquenilo-O-C(O)-NH-, y alquinilo-O-C(O)-NH-, en los que alquilo, alquenilo y alquinilo son como se han definido más arriba. Los ejemplos de grupos alcoxi incluyen, sin limitación, metoxi, etoxi, n-propoxi, i-propoxi, n-butoxi, s-butoxi, t-butoxi, n-pentoxi y s-pentoxi. Los ejemplos de grupos alcoxicarbonilo incluyen, sin limitación, metoxicarbonilo, etoxicarbonilo, n-propoxicarbonilo, i-propoxicarbonilo, n-butoxicarbonilo, s-butoxicarbonilo, t-butoxicarbonilo, n-pentoxicarbonilo y s-pentoxicarbonilo.
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"Alquilamino", "alquilaminocarbonilo", "dialquilaminocarbonilo", "alquilsulfonilo""sulfonilaminoalquilo", y "alquilsulfonilaminocarbonilo" se refieren, respectivamente, a alquilo-NH-, alquilo-NH-C(O)-, alquilo_{2}-N-C(O)-, alquilo-S(O_{2})-, HS(O_{2})-NH-alquilo-, y alquilo-S(O)-NH-C(O)- en los que alquilo es como se ha definido más arriba.
"Aminoalquilo" y "cianoalquilo" se refieren, respectivamente, a NH_{2}-alquilo y N\equivC-alquilo, en los que alquilo es como se ha definido más arriba.
"Halo" y "halógeno" pueden usarse indistintamente, y se refieren a flúor, cloro, bromo, y yodo.
"Haloalquilo", "haloalquenilo", "haloalquinilo", "haloalcanoilo", "haloalquenoilo", "haloalquinoilo", "haloalcoxi", y "haloalcoxicarbonilo" se refieren, respectivamente, a grupos alquilo, alquenilo, alquinilo, alcanoilo, alquenoilo, alquinoilo, alcoxi, y alcoxicarbonilo sustituidos con uno o más átomos de halógeno, en los que alquilo, alquenilo, alquinilo, alcanoilo, alquenoilo, alquinoilo, alcoxi, y alcoxicarbonilo se han definido más arriba. Los ejemplos de grupos haloalquilo incluyen, sin limitación, trifluorometilo, triclorometilo, pentafluoroetilo y pentacloroetilo.
"Hidroxialquilo" y "oxoalquilo" se refieren, respectivamente, a HO-alquilo y O=alquilo, en los que alquilo se ha definido más arriba. Los ejemplos de grupos hidroxialquilo y oxoalquilo incluyen, sin limitación, hidroximetilo, hidroxietilo, 3-hidroxipropilo, oxometilo, oxoetilo y 3-oxopropilo.
"Cicloalquilo" se refiere a anillos hidrocarbonados saturados monocíclicos y bicíclicos, que tienen generalmente un número específico de átomos de carbono que comprende el anillo (es decir, cicloalquilo C_{3-7} se refiere a un grupo cicloalquilo que tiene 3, 4, 5, 6 ó 7 átomos de carbono como miembros del anillo). El cicloalquilo puede estar unido a un grupo o a un sustrato en cualquier átomo del anillo, a no ser que dicha unión no cumpla con los requerimientos de valencia. De la misma forma, los grupos cicloalquilo pueden incluir uno o más sustituyentes distintos del hidrógeno, a no ser que dicha sustitución no cumpla con los requerimientos de valencia. Los sustituyentes útiles incluyen, sin limitación, alquilo, alquenilo, alquinilo, haloalquilo, haloalquenilo, haloalquinilo, alcoxi, alcoxicarbonilo, alcanoilo, y halo, como se han definido más arriba, e hidroxi, mercapto, nitro, y amino.
Los ejemplos de grupos cicloalquilo monocíclicos incluyen, sin limitación, ciclopropilo, ciclobutilo, ciclopentilo y ciclohexilo. Los ejemplos de grupos cicloalquilo bicíclicos incluyen, sin limitación, biciclo[1.1.0]butilo, biciclo[1.1.1]pentilo, biciclo[2.1.0]pentilo, biciclo[2.1.1]hexilo, biciclo[3.1.0]hexilo, biciclo[2.2.1]heptilo, biciclo[3.2.0]heptilo, biciclo[3.1.1]heptilo, biciclo[4.1.0]heptilo, biciclo[2.2.2]octilo, biciclo[3.2.1]octilo, biciclo[4.1.1]octilo, biciclo[3.3.0]octilo, biciclo[4.2.0]octilo, biciclo[3.3.1]nonilo, biciclo[4.2.1]nonilo, biciclo[4.3.0]nonilo, biciclo[3.3.2]decilo, biciclo[4.2.2]decilo, biciclo[4.3.1]decilo, biciclo[4.4.0]decilo, biciclo[3.3.3]undecilo, biciclo[4.3.2]undecilo y biciclo[4.3.3]dodecilo, que pueden estar unidos a un grupo o a un sustrato en cualquier átomo del anillo, a no ser que dicha unión no cumpla con los requerimientos de valencia.
"Cicloalquenilo" se refiere a anillos hidrocarbonados monocíclicos y bicíclicos que tienen uno o más enlaces carbono-carbono insaturados y que tienen generalmente un número específico de átomos de carbono que comprende el anillo (es decir, cicloalquenilo C_{3-7} se refiere a un grupo cicloalquenilo que tiene 3, 4, 5, 6 ó 7 átomos de carbono como miembros del anillo). El cicloalquenilo puede estar unido a un grupo o a un sustrato en cualquier átomo del anillo, a no ser que dicha unión no cumpla con los requerimientos de valencia. De la misma forma, los grupos cicloalquenilo pueden incluir uno o más sustituyentes distintos del hidrógeno, a no ser que dicha sustitución no cumpla con los requerimientos de valencia. Los sustituyentes útiles incluyen, sin limitación, alquilo, alquenilo, alquinilo, haloalquilo, haloalquenilo, haloalquinilo, alcoxi, alcoxicarbonilo, alcanoilo, y halo, como se han definido más arriba, e hidroxi, mercapto, nitro, y amino.
"Cicloalcanoilo" y "cicloalquenoilo" se refieren a cicloalquilo-C(O)- y cicloalquenilo-C(O)-, respectivamente, en los que cicloalquilo y cicloalquenilo se han definido más arriba. Las referencias a cicloalcanoilo y cicloalquenoilo incluyen generalmente un número de átomos de carbono específico, excluyendo el carbono carbonilo. Los ejemplos de grupos cicloalcanoilo incluyen, sin limitación, ciclopropanoilo, ciclobutanoilo, ciclopentanoilo, ciclohexanoilo, cicloheptanoilo, 1-ciclobutenoilo, 2-ciclobutenoilo, 1-ciclopentenoilo, 2-ciclopentenoilo, 3-ciclopentenoilo, 1-ciclohexenoilo, 2-ciclohexenoilo y 3-ciclohexenoilo.
"Cicloalcoxi" y "cicloalcoxicarbonilo" se refieren, respectivamente, a cicloalquilo-O- y cicloalquenilo-O y a cicloalquilo-O-C(O)- y cicloalquenilo-O-C(O)-, en los que cicloalquilo y cicloalquenilo se han definido más arriba. Las referencias a cicloalcoxi y cicloalcoxicarbonilo incluyen generalmente un número de átomos de carbono específico, excluyendo el carbono carbonilo. Los ejemplos de grupos cicloalcoxi incluyen, sin limitación, ciclopropoxi, ciclobutoxi, ciclopentoxi, ciclohexoxi, 1-ciclobutenoxi, 2-ciclobutenoxi, 1-ciclopentenoxi, 2-ciclopentenoxi, 3-ciclopentenoxi, 1-ciclohexenoxi, 2-ciclohexenoxi y 3-ciclohexenoxi. Los ejemplos de grupos cicloalcoxicarbonilo incluyen, sin limitación, ciclopropoxicarbonilo, ciclobutoxicarbonilo, ciclopentoxicarbonilo, ciclohexoxicarbonilo, 1-ciclobutenoxicarbonilo, 2-ciclobutenoxicarbonilo, 1-ciclopentenoxicarbonilo, 2-ciclopentenoxicarbonilo, 3-ciclopentenoxicarbonilo, 1-ciclohexenoxicarbonilo, 2-ciclohexenoxicarbonilo y 3-ciclohexenoxicarbonilo.
"Arilo" y "arileno" se refieren a grupos aromáticos monovalentes y divalentes, respectivamente, incluyendo grupos aromáticos monocíclicos de 5 y 6 miembros que contienen 0 a 4 heteroátomos seleccionados independientemente de nitrógeno, oxígeno, y azufre. Los ejemplos de grupos arilo monocíclicos incluyen, sin limitación, fenilo, pirrolilo, furanilo, tiofenilo, tiazolilo, isotiazolilo, imidazolilo, triazolilo, tetrazolilo, pirazolilo, oxazolilo, isooxazolilo, piridinilo, piracinilo, piridacinilo y pirimidinilo. Los grupos arilo y arileno también incluyen grupos bicíclicos y tricíclicos, incluyendo anillos de 5 y 6 miembros descritos más arriba fusionados. Los ejemplos de grupos arilo multicíclicos incluyen, sin limitación, naftilo, bifenilo, antracenilo, pirenilo, carbazolilo, benzoxazolilo, benzodioxazolilo, benzotiazolilo, benzoimidazolilo, benzotiofenilo, quinolinilo, isoquinolinilo, indolilo, benzofuranilo, purinilo e indolicinilo. Los grupos arilo y arileno pueden estar unidos a un grupo o a un sustrato en cualquier átomo del anillo, a no ser que dicha unión no cumpla con los requerimientos de valencia. De la misma forma, los grupos arilo y arileno pueden incluir uno o más sustituyentes distintos del hidrógeno, a no ser que dicha sustitución no cumpla con los requerimientos de valencia. Los sustituyentes útiles incluyen, sin limitación, alquilo, alquenilo, alquinilo, haloalquilo, haloalquenilo, haloalquinilo, cicloalquilo, cicloalquenilo, alcoxi, cicloalcoxi, alcanoilo, cicloalcanoilo, cicloalquenoilo, alcoxicarbonilo, cicloalcoxicarbonilo, y halo, como se han definido más arriba, e hidroxi, mercapto, nitro, amino, y alquilamino.
"Heterociclo" y "heterociclilo" se refieren a anillos monocíclicos o bicíclicos saturados, parcialmente insaturados, o insaturados que tienen de 5 a 7 o de 7 a 11 miembros en el anillo, respectivamente. Estos grupos tienen miembros en el anillo constituidos por átomos de carbono y por 1 a 4 heteroátomos que son independientemente nitrógeno, oxígeno, o azufre, y pueden incluir cualquier grupo bicíclico en el que cualquiera de los heterociclos monocíclicos definidos más arriba esté fusionado con un anillo de benceno. Los heteroátomos nitrógeno y azufre pueden estar oxidados opcionalmente. El anillo heterocíclico puede estar unido a un grupo o a un sustrato en cualquier heteroátomo o átomo de carbono, a no ser que dicha unión no cumpla con los requerimientos de valencia. De la misma forma, cualquier carbono o nitrógeno miembro del anillo puede incluir un sustituyente distinto del hidrógeno, a no ser que dicha sustitución no cumpla con los requerimientos de valencia. Los sustituyentes útiles incluyen, sin limitación, alquilo, alquenilo, alquinilo, haloalquilo, haloalquenilo, haloalquinilo, cicloalquilo, cicloalquenilo, alcoxi, cicloalcoxi, alcanoilo, cicloalcanoilo, cicloalquenoilo, alcoxicarbonilo, cicloalcoxicarbonilo, y halo, como se han definido más arriba, e hidroxi, mercapto, nitro, amino, y alquilamino.
Los ejemplos de heterociclos incluyen, sin limitación, acridinilo, azocinilo, bencimidazolilo, benzofuranilo, benzotiofuranilo, benzotiofenilo, benzoxazolilo, benzotiazolilo, benzotriazolilo, benzotetrazolilo, benzoisoxazolilo, benzoisotiazolilo, benzoimidazolinilo, carbazolilo, 4aH-carbazolilo, carbolinilo, cromanilo, cromenilo, cinolinilo, decahidroquinolinilo, 2H, 6H-1,5,2-ditiacinilo, dihidrofuro[2,3-b]tetrahidrofurano, furanilo, furazanilo, imidazolidinilo, imidazolinilo, imidazolilo, 1H-indazolilo, indolenilo, indolinilo, indolicinilo, indolilo, 3H-indolilo, isobenzofuranilo, isocromanilo, isoindazolilo, isoindolinilo, isoindolilo, isoquinolinilo, isotiazolilo, isoxazolilo, morfolinilo, naftiridinilo, octahidroisoquinolinilo, oxadiazolilo, 1,2,3-oxadiazolilo, 1,2,4-oxadiazolilo, 1,2,5-oxadiazolilo, 1,3,4-oxadiazolilo, oxazolidinilo, oxazolilo, oxazolidinilo, pirimidinilo, fenantridinilo, fenantrolinilo, fenacinilo, fenotiacinilo, fenoxatiinilo, fenoxacinilo, ftalacinilo, piperacinilo, piperidinilo, pteridinilo, purinilo, piranilo, piracinilo, pirazolidinilo, pirazolinilo, pirazolilo, piridacinilo, piridooxazol, piridoimidazol, piridotiazol, piridinilo, piridilo, pirimidinilo, pirrolidinilo, pirrolinilo, 2H-pirrolilo, pirrolilo, quinazolinilo, quinolinilo, 4H-quinolicinilo, quinoxalinilo, quinuclidinilo, tetrahidrofuranilo, tetrahidroisoquinolinilo, tetrahidroquinolinilo, 6H-1,2,5-tiadiacinilo, 1,2,3-tiadiazolilo, 1,2,4-tiadiazolilo, 1,2,5-tiadiazolilo, 1,3,4-tiadiazolilo, tiantrenilo, tiazolilo, tienilo, tienotiazolilo, tienooxazolilo, tienoimidazolilo, tiofenilo, triacinilo, 1,2,3-triazolilo, 1,2,4-triazolilo, 1,2,5-triazolilo, 1,3,4-triazolilo, y xantenilo.
"Heteroarilo" y "heteroarileno" se refieren, respectivamente, a heterociclos o grupos heterociclilo monovalentes y divalentes, como se han definido más arriba, que son aromáticos. Los grupos heteroarilo y heteroarileno representan un subconjunto de grupos arilo y arileno, respectivamente.
"Arilalquilo" y "heteroarilalquilo" se refieren, respectivamente, a aril-alquilo y heteroarilalquilo, en los que arilo, heteroarilo, y alquilo se han definido más arriba. Los ejemplos incluyen, sin limitación, bencilo, fluorenilmetilo e imidazol-2-il-metilo.
"Arilalcanoilo", "heteroarilalcanoilo", "arilalquenoilo", "heteroarilalquenoilo", "arilalquinoilo", y "heteroarilalquinoilo" se refieren, respectivamente, a aril-alcanoilo, heteroaril-alcanoilo, aril-alquenoilo, hereoaril-alquenoilo, aril-alquinoilo, y heteroaril-alquinoilo, en los que arilo, heteroarilo, alcanoilo, alquenoilo, y alquinoilo se han definido más arriba. Los ejemplos incluyen, sin limitación, benzoilo, bencilcarbonilo, fluorenoilo, fluorenilmetilcarbonilo, imidazol-2-oilo, imidazol-2-il-metilcarbonilo, feniletencarbonilo, 1-feniletencarbonilo, 1-fenil-propencarbonilo, 2-fenil-propencarbonilo, 3-fenil-propencarbonilo, imidazol-2-il-etencarbonilo, 1-(imidazol-2-il)-etencarbonilo, 1-(imidazol-2-il)-propencarbonilo, 2-(imidazol-2-il)-propencarbonilo, 3-(imidazol-2-il)-propencarbonilo, feniletincarbonilo, fenilpropincarbonilo, (imidazol-2-il)-etincarbonilo e (imidazol-2-il)-propincarbonilo.
"Arilalcoxi" y "heteroarilalcoxi" se refieren, respectivamente, a aril-alcoxi y heteroaril-alcoxi, en los que aril, heteroaril, y alcoxi se han definido más arriba. Los ejemplos incluyen, sin limitación, benciloxi, fluorenilmetiloxi e imidazol-2-il-metiloxi.
"Ariloxi" y "heteroariloxi" se refieren, respectivamente, a arilo-O- y heteroarilo-O-, en los que arilo y heteroarilo se han definido más arriba. Los ejemplos incluyen, sin limitación, fenoxi e imidazol-2-iloxi.
"Ariloxicarbonilo", "heteroariloxicarbonilo", "arilalcoxicarbonilo", y "heteroarilalcoxicarbonilo" se refieren, respectivamente, a ariloxi-C(O)-, heteroariloxi-C(O)-, arilalcoxi-C(O)-, y heteroarilalcoxi-C(O)-, en los que ariloxi, heteroariloxi, arilalcoxi, y heteroarilalcoxi se han definido más arriba. Los ejemplos incluyen, sin limitación, fenoxicarbonilo, imidazol-2-iloxicarbonilo, benciloxicarbonilo, fluorenilmetiloxicarbonilo e imidazol-2-il-metiloxicarbonilo.
"Grupo saliente" se refiere a cualquier grupo que deja una molécula durante un proceso de fragmentación, incluyendo reacciones de sustitución, reacciones de eliminación, y reacciones de adición-eliminación. Los grupos salientes pueden ser nucleófugos, en los que el grupo sale con un par de electrones que previamente habían servido como enlace entre el grupo saliente y la molécula, o pueden ser electrófugos, en los que el grupo sale sin el par de electrones. La capacidad de un grupo saliente nucleófugo de salir depende de su fuerza básica, siendo las bases más fuertes los peores grupos salientes. Los grupos salientes nucleófugos más comunes incluyen nitrógeno (p. ej., de sales de diazonio); sulfonatos, incluyendo alquilsulfonatos (p. ej., mesilato), fluoroalquilsulfonatos (p. ej., triflato, hexaflato, nonaflato, y tresilato), y arilsulfonatos (p. ej., tosilato, brosilato, closilato, y nosilato). Otros incluyen carbonatos, iones haluro, aniones carboxilato, iones fenolato, y alcóxidos. Algunas bases más fuertes, tales como NH_{2} y OH pueden resultar grupos salientes mejores mediante tratamiento con un ácido. Los grupos salientes electrófugos más comunes incluyen el protón, CO_{2}, y metales.
"Exceso enantiomérico" o "ee" es una medida, para una muestra determinada, del exceso de un enantiómero respecto a una muestra racémica de un compuesto quiral y se expresa como porcentaje. El exceso enantiomérico se define como 100 x (er - 1) / (er + 1), en la que "er" es la proporción del enantiómero más abundante respecto al enantiómero menos abundante.
"Exceso diastereomérico" o "de" es una medida, para una muestra determinada, del exceso de un diastereómero respecto a una muestra que tiene cantidades iguales de diastereómeros y se expresa como porcentaje. El exceso diastereomérico se define como 100 x (dr - 1) / (dr + 1), en la que "dr" es la proporción de un diastereómero más abundante respecto a un diastereómero menos abundante.
"Estereoselectivo", "enantioselectivo", "diastereoselectivo", y variantes de éstos, se refieren a un determinado proceso (p. ej., hidrólisis de éster, hidrogenación, hidroformilación, acoplamiento \Pi-alil paladio, hidroxilación, hidrocianación, metátesis de olefinas, hidroacilación, isomerización de alilaminas, etc.) que rinde más de un estereoisómero, enantiómero, o diastereoisómero que de otro, respectivamente.
"Alto nivel de estereoselectividad", "alto nivel de enantioselectividad", "alto nivel de diastereoselectividad", y variantes de éstas, se refieren a un determinado proceso que rinde productos que tienen un exceso de un estereoisómero, enantiómero, o diastereoisómero, que comprende al menos aproximadamente un 90% de los productos. Para un par de enantiómeros o diastereómeros, un alto nivel de enantioselectividad o diastereoselectividad corresponderá a un ee o de al menos de aproximadamente 80%.
"Enriquecido estereoisoméricamente", "enriquecido enantioméricamente", "enriquecido diastereoméricamente", y variantes de éstos, se refieren, respectivamente, a una muestra de un compuesto que tiene más de un estereoisómero, enantiómero o diastereómero que de otro. El grado de enriquecimiento puede determinarse mediante el % del producto total, o para un par de enantiómeros o diastereómeros, mediante ee o de.
"Estereoisómero sustancialmente puro", "enantiómero sustancialmente puro", "diastereómero sustancialmente puro", y variantes de éstos, se refieren, respectivamente, a una muestra que contiene un estereoisómero, enantiómero, o diastereómero, que comprende al menos aproximadamente el 95% de la muestra. Para pares de enantiómeros y diastereómeros, un enantiómero o diastereómero sustancialmente puro corresponderá a muestras que tienen un ee o de aproximadamente de 90% o mayor.
Un "estereoisómero puro", "enantiómero puro", "diastereómero puro", y variantes de éstos, se refieren, respectivamente, a una muestra que contiene un estereoisómero, enantiómero, o diastereómero, que comprende al menos aproximadamente el 99,5% de la muestra. Para pares de enantiómeros y diastereómeros, un enantiómero puro o diastereómero puro corresponderá a muestras que tienen un ee o de aproximadamente de 99% o mayor.
"Enantiómero contrario" se refiere a una molécula que es una imagen especular no superponible de una molécula de referencia, que puede obtenerse invirtiendo todos los centros estereogénicos de la molécula de referencia. Por ejemplo, si la molécula de referencia tiene una configuración estereoquímica S absoluta, el enantiómero contrario tiene una configuración estereoquímica R absoluta. De la misma forma, si la molécula de referencia tiene una configuración estereoquímica S,S absoluta, el enantiómero contrario tiene una configuración estereoquímica R,R absoluta.
"Estereoisómeros" de un compuesto específico se refieren al enantiómero contrario del compuesto y a cualquier diastereoisómero o isómero geométrico (Z/E) del compuesto. Por ejemplo, si el compuesto especificado tiene una configuración estereoquímica S,R,Z, sus estereoisómeros incluirán su enantiómero contrario que tiene la configuración R,S,Z , sus diastereómeros que tienen la configuración S,S,Z y la configuración R,R,Z , y sus isómeros geométricos que tienen la configuración S,R,E, configuración R,S,E, configuración S,S,E y configuración R,R,E.
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"Valor de enantioselectividad" o "E" se refiere a la proporción de las constantes de especificidad para cada enantiómero de un compuesto que se ha sometido a reacción o conversión química y puede calcularse (para el enantiómero S) a partir de la expresión,
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en la que K_{S} y K_{R} son las constantes de velocidad de primer orden para la conversión de los enantiómeros S y R, respectivamente; K_{SM y} K_{RM} son las constantes de Michaelis para los enantiómeros S y R, respectivamente; \chi es la conversión fraccionaria del sustrato; ee_{p} y ee_{s} son el exceso enantiomérico del producto y del sustrato (reactante), respectivamente.
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"Unidad de Lipasa" o "LU" se refiere a la cantidad de enzima (en g) que libera 1 \mumol de ácido butírico titulable/min cuando se pone en contacto tributyrin y un emulsionante (goma arábiga) a 30ºC y pH 7.
"Solvato" se refiere a un complejo molecular que comprende un compuesto descrito o reivindicado y una cantidad estequiométrica o no estequiométrica de una o más moléculas de disolvente (p. ej., EtOH).
"Hidrato" se refiere a un solvato que comprende un compuesto descrito o reivindicado y una cantidad estequiométrica o no estequiométrica de agua.
"Complejos, sales, solvatos, o hidratos farmacéuticamente aceptables" se refiere a complejos, sales de adición de ácido o base, solvatos o hidratos de compuestos reivindicados y descritos, que están en el alcance del criterio médico, adecuados para utilizarse en contacto con los tejidos de los pacientes sin producir toxicidad, irritación, respuesta alérgica, y semejantes, con una proporción beneficio/riesgo razonable, y eficaces para su uso pretendido.
"Pre-catalizador" o "precursor del catalizador" se refiere a un compuesto o conjunto de compuestos que se convierten en un catalizador antes de ser usados.
"Tratar" se refiere a revertir, aliviar, inhibir el progreso de, o prevenir un trastorno o condición al que se aplica dicho término, o prevenir uno o más síntomas de dicho trastorno o condición.
"Tratamiento" se refiere al acto de "tratar", como se ha definido inmediatamente más arriba.
La Tabla 1 lista las abreviaturas usadas a lo largo de la especificación.
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TABLA 1 Lista de Abreviaturas
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En algunos de los esquemas de reacciones y ejemplos que aparecen más adelante, determinados compuestos pueden prepararse usando grupos protectores, que evitan reacciones químicas no deseadas en sitios que serían reactivos. Los grupos protectores también pueden usarse para incrementar la solubilidad o para modificar de otra forma las propiedades físicas de un compuesto. Para una discusión de las estrategias de los grupos protectores, una descripción de materiales y métodos para instalar y eliminar grupos protectores, y una recopilación de grupos protectores útiles para los grupos funcionales comunes, incluyendo aminas, ácidos carboxílicos, alcoholes, cetonas, y aldehídos, véase T. W. Greene y P.G. Wuts, Protecting Groups in Organic Chemistry (1999) y P. Kocienski, Protective Groups (2000).
Además, algunos de los esquemas y ejemplos que aparecen más adelante pueden omitir detalles de reacciones habituales, incluyendo oxidaciones, reducciones, etc, que son conocidos para expertos en la técnica de la química orgánica. Los detalles de dichas reacciones pueden encontrarse en varios tratados, incluyendo Richard Larock, Comprehensive Organic Transformations (1999), y la serie de múltiples volúmenes editada por Michael B. Smith y otros, Compendium of Organic Synthetic Methods (1974-2003). Generalmente, los materiales y reactivos de partida pueden obtenerse a partir de fuentes comerciales o pueden prepararse a partir de fuentes bibliográficas.
Generalmente, las transformaciones químicas descritas a lo largo de la especificación pueden llevarse a cabo usando cantidades sustancialmente estequiométricas de reactantes, aunque determinadas reacciones pueden beneficiarse usando un exceso de uno o más de los reactantes. Además, muchas de las reacciones descritas a lo largo de la especificación, incluyendo la hidrólisis enantioselectiva del diéster racémico (Fórmula 4) descrita con detalle más adelante, pueden llevarse a cabo aproximadamente a RT, pero determinadas reacciones pueden requerir el uso de temperaturas mayores o menores, dependiendo de las cinéticas de la reacción, rendimientos, y semejantes. Además, muchas de las transformaciones químicas pueden emplear uno o más disolventes compatibles, que pueden influir en la velocidad y rendimiento de la reacción. Dependiendo de la naturaleza de los reactantes, el o los disolventes pueden ser disolventes próticos polares, disolventes apróticos apolares, disolventes no polares, o alguna combinación. Cualquier referencia en la descripción a un intervalo de concentración, intervalo de temperatura, intervalo de pH, intervalo de carga de catalizador, etc, tanto si expresamente se usa la palabra "intervalo" como si no, incluye los puntos finales indicados.
La presente invención proporciona materiales y métodos para preparar \gamma-aminoácidos ópticamente activos (Fórmula 1) incluyendo sales, ésteres, amidas, o profármacos de éstos farmacéuticamente aceptables. Los compuestos de Fórmula 1 incluyen los sustituyentes R^{1} y R^{2}, que se han definido más arriba. Por lo tanto, los compuestos de Fórmula 1 útiles incluyen aquellos en los que R^{1} es un átomo de hidrógeno y R^{2} es alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, o cicloalquilo C_{3-12} sustituido, o aquellos en los que R^{2} es un átomo de hidrógeno y R^{1} es alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, o cicloalquilo C_{3-12} sustituido. Los compuestos de Fórmula 1 particularmente útiles incluyen aquellos en los que R^{1} es un átomo de hidrógeno y R^{2} es alquilo C_{1-6} o cicloalquilo C_{3-7}, o aquellos en los que R^{2} es un átomo de hidrógeno y R^{1} es alquilo C_{1-6} o cicloalquilo C_{3-7}. Los compuestos de Fórmula 1 especialmente útiles incluyen aquellos en los que R^{1} es un átomo de hidrógeno y R^{2} es alquilo C_{1-4}, como pregabalina (Fórmula 9).
La Fig. 1 muestra un proceso para preparar \gamma-aminoácidos ópticamente activos (Fórmula 1). El proceso incluye la etapa de poner en contacto o combinar una mezcla de reacción, que está comprendida por un diéster sustituido con ciano (Fórmula 4) y agua, con una enzima para rendir una mezcla de productos que incluye un monoéster de ácido dicarboxílico ópticamente activo (Fórmula 3) y un diéster ópticamente activo (Fórmula 5). El diéster sustituido con ciano (Fórmula 4) tiene un centro estereogénico, que está indicado con un asterisco ("*"), y como se describe más adelante, puede prepararse según un esquema de reacción mostrado en la Fig. 2. Antes de entrar en contacto con la enzima, el diéster sustituido con ciano (Fórmula 4) comprende típicamente una mezcla racémica (equimolar) del diéster de Fórmula 5 y su enantiómero contrario. Los sustituyentes R^{1}, R^{2}, y R^{3} en la Fórmula 3, Fórmula 4, y Fórmula 5, y el sustituyente R^{4} en la Fórmula 4 y Fórmula 5 son como se han definido más arriba respecto a la Fórmula 1. Generalmente, y a no ser que se indique de manera diferente, cuando un identificador de sustituyente particular (R^{1}, R^{2}, R^{3}, etc.) se define por primera vez respecto a una fórmula, el mismo identificador de sustituyente usado en una fórmula posterior tendrá el mismo significado que en la fórmula anterior.
La enzima (o biocatalizador) puede ser cualquier proteína que, teniendo poco o ningún efecto sobre el compuesto de Fórmula 5, catalizará la hidrólisis de su enantiómero contrario para rendir el monoéster de ácido dicarboxílico (Fórmula 3). Las enzimas útiles para hidrolizar enantioselectivamente el compuesto de Fórmula 4 a Fórmula 3 pueden incluir así hidrolasas, incluyendo lipasas, determinadas proteasas, y otras esterasas enantioselectivas. Dichas enzimas pueden obtenerse a partir de varias fuentes naturales, incluyendo órganos animales y microorganismos. Véase, p. ej., la Tabla 2 para una lista no limitativa de hidrolasas disponibles comercialmente.
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TABLA 2 Hidrolasas Disponibles Comercialmente
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Como se muestra en la sección de los Ejemplos, las enzimas útiles para la conversión enantioselectiva del diéster sustituido con ciano (Fórmula 4 y Fórmula 12) al monoéster del ácido dicarboxílico ópticamente activo deseado (Fórmula 3 y Fórmula 11) incluyen lipasas. Las lipasas particularmente útiles incluyen enzimas obtenidas del microorganismo Thermomyces lanuginosus, tales como las disponibles en Novo-Nordisk A/S con el nombre comercial LIPOLASE® (CAS no. 9001-62-1). Las enzimas LIPOLASE® se obtienen por fermentación sumergida de un microorganismo Aspergillus oryzae modificado genéticamente con ADN de Thermomyces lanuginosus DSM 4109 que codifica la secuencia de aminoácidos de la lipasa. LIPOLASE® 100L y LIPOLASE® 100T están disponibles como una disolución líquida y un sólido granulado, respectivamente, teniendo cada una una actividad nominal de 100 kLU/g. Otras formas de LIPOLASE® incluyen LIPOLASE® 50L, que tiene la mitad de actividad que LIPOLASE® 100L, y LIPOZYME® 100L, que tiene la misma actividad que LIPOLASE® 100L, pero es de grado alimentario.
Para identificar las enzimas adecuadas pueden usarse varias técnicas de cribado. Por ejemplo, pueden cribarse muchas enzimas disponibles comercialmente usando técnicas de cribado de alto rendimiento descritas en la sección de los Ejemplos más adelante. Pueden cribarse otras enzimas (o fuentes microbianas de enzimas) usando técnicas de aislamiento por enriquecimiento. Dichas técnicas implican típicamente el uso de medios con limitación de carbono o limitación de nitrógeno suplementados con un sustrato de enriquecimiento, que puede ser el sustrato racémico (Fórmula 4) o un compuesto estructuralmente similar. Se seleccionan microorganismos potencialmente útiles para investigaciones adicionales tomando como base su capacidad de crecer en medios que contienen el sustrato de enriquecimiento. Estos microorganismos se evalúan posteriormente para estudiar su capacidad de catalizar enantioselectivamente la hidrólisis del éster poniendo en contacto suspensiones de las células microbianas con el sustrato racémico y ensayando la presencia del monoéster del ácido dicarboxílico ópticamente activo deseado (Fórmula 3) usando métodos analíticos tales como HPLC quiral, cromatografía gas-líquido, y LC/MS.
Una vez que se ha aislado un microorganismo que tiene la actividad hidrolítica requerida, puede emplearse ingeniería enzimática para mejorar las propiedades de la enzima que produce. Por ejemplo, y sin limitación, puede usarse la ingeniería enzimática para incrementar el rendimiento y la enantioselectividad de la hidrólisis del éster, para ampliar los intervalos de operación de temperatura y pH de la enzima y para mejorar la tolerancia de la enzima a disolventes orgánicos. Las técnicas útiles de ingeniería enzimática incluyen métodos de diseño racionales, tales como mutagénesis específica de sitio, y técnicas de evolución dirigida in vitro que utilizan ciclos sucesivos de mutagénesis aleatoria, expresión génica y cribado de alto rendimiento para optimizar las propiedades deseadas. Véase, p. ej., K. M. Koeller y C.-H. Wong, "Enzymes for chemical synthesis", Nature 409:232-240 (11 Ene. 2001), y las referencias citadas
en ésta.
La enzima puede estar en la forma de células microbianas completas, células microbianas permeabilizadas, extractos de células microbianas, enzimas parcialmente purificadas y enzimas purificadas. La enzima puede comprender una dispersión de partículas que tienen un tamaño medio de partícula, basado en el volumen, de menos de aproximadamente 0,1 mm (dispersión fina) o de aproximadamente 0,1 mm o mayor (dispersión gruesa). Las dispersiones enzimáticas gruesas ofrecen ventajas potenciales de procesamiento sobre las dispersiones finas. Por ejemplo, las partículas enzimáticas gruesas pueden usarse repetidamente en procesos discontinuos, o en procesos semi-continuos o continuos, y pueden separarse habitualmente (p. ej., por filtración) de otros componentes de la bioconversión más fácilmente que las dispersiones finas de enzimas.
Las dispersiones enzimáticas gruesas útiles incluyen cristales enzimáticos entrecruzados (CLEC) y agregados enzimáticos entrecruzados (CLEA), que están comprendidos principalmente por la enzima. Otras dispersiones gruesas pueden incluir enzimas inmovilizadas sobre o en un soporte insoluble. Los soportes sólidos útiles incluyen matrices de polímeros comprendidas por alginato de calcio, poliacrilamida, EUPERGIT®, y otros materiales poliméricos, así como matrices inorgánicas, tales como CELITE®. Para una descripción general de CLEC y otras técnicas de inmovilización de enzimas, véase la Patente de EEUU No. 5.618.710 de M. A. Navia y N. L. St. Clair. Para una discusión general de CLEA, incluyendo su preparación y uso, véase la Solicitud de Patente de EEUU No. 2003/0149172 de L. Cao y J. Elzinga et al. Véanse también A. M. Anderson, Biocat. Biotransform, 16:181 (1998) y P. López-Serrano et al., Biotechnol. Lett. 24:1379-83 (2002) para una discusión de la aplicación de tecnología CLEC y CLEA a
una lipasa.
La mezcla de reacción puede comprender una única fase o puede comprender múltiples fases (p. ej., un sistema de dos o tres fases). Así, por ejemplo, la hidrólisis enantioselectiva mostrada en la Fig. 1 puede tener lugar en una única fase acuosa, que contiene la enzima, el sustrato inicialmente racémico (Fórmula 4), el diéster ópticamente activo no deseado (Fórmula 5), y el monoéster del ácido dicarboxílico ópticamente activo deseado (Fórmula 3). Alternativamente, la mezcla de reacción puede comprender un sistema de múltiples fases que incluye una fase acuosa en contacto con una fase sólida (p. ej., enzima o producto), una fase acuosa en contacto con una fase orgánica, o una fase acuosa en contacto con una fase orgánica y una fase sólida. Por ejemplo, la hidrólisis enantioselectiva puede realizarse en un sistema de dos fases comprendido por una fase sólida, que contiene la enzima, y una fase acuosa, que contiene el sustrato inicialmente racémico, el diéster ópticamente activo no deseado, y el monoéster del ácido dicarboxílico ópticamente activo deseado.
Alternativamente, la hidrólisis enantioselectiva puede realizarse en un sistema de tres fases comprendido por una fase sólida, que contiene la enzima, una fase orgánica que contiene inicialmente el sustrato racémico (Fórmula 4), y una fase acuosa que contiene inicialmente una pequeña fracción del sustrato racémico. Debido a que el monoéster del ácido dicarboxílico ópticamente activo deseado (Fórmula 3) tiene un pKa menor que el del diéster ópticamente activo que no reacciona (Fórmula 5) y, por lo tanto, presenta una solubilidad acuosa mayor, la fase orgánica se enriquece en el diéster que no reacciona mientras que la fase acuosa se enriquece en el monoéster del ácido dicarboxílico deseado al tener lugar la reacción.
Las cantidades del sustrato racémico (Fórmula 4) y del biocatalizador usadas en la hidrólisis enantioselectiva dependerán, entre otras cosas, de las propiedades del diéster sustituido con ciano y la enzima particular. Generalmente, sin embargo, la reacción puede emplear un sustrato que tiene una concentración inicial de aproximadamente 0,1 M a aproximadamente 3,0 M, y en muchos casos, que tiene una concentración inicial de aproximadamente 1,5 M a aproximadamente 3,0 M. Además, la reacción puede emplear generalmente una carga enzimática de aproximadamente 1% a aproximadamente 10%, y en muchos casos, puede emplear una carga enzimática de aproximadamente 3% a aproximadamente 4% (v/v).
La hidrólisis enantioselectiva puede realizarse en intervalos amplios de temperatura y pH. Por ejemplo, la reacción puede realizarse a una temperatura de aproximadamente 10ºC hasta una temperatura de aproximadamente 50ºC, pero se realiza típicamente a aproximadamente RT. Dichas temperaturas permiten generalmente una conversión sustancialmente completa (p. ej., aproximadamente 42% a aproximadamente 50%) del racemato (Fórmula 4) en un periodo de tiempo razonable (aproximadamente 2 h a aproximadamente 24 h) sin desactivar la enzima. Además, la hidrólisis enantioselectiva puede realizarse a un pH de aproximadamente 5 hasta un pH de aproximadamente 10, más típicamente a un pH de aproximadamente 6 hasta un pH de aproximadamente 9, y frecuentemente a un pH de aproximadamente 6,5 hasta un pH de aproximadamente 7,5.
En ausencia de un control del pH, el pH de la mezcla de reacción disminuirá al efectuarse la hidrólisis del sustrato (Fórmula 4) debido a la formación del monoéster del ácido dicarboxílico (Fórmula 3). Para compensar este cambio, la reacción de hidrólisis puede hacerse con un control interno del pH (es decir, en presencia de un tampón adecuado) o puede hacerse con un control externo del pH mediante la adición de una base. Los tampones adecuados incluyen fosfato de potasio, fosfato de sodio, acetato de sodio, acetato de amonio, acetato de calcio, BES, BICINE, HEPES, MES, MOPS, PIPES, TAPS, TES, TRICINE, Tris, TRIZMA®, u otros tampones que tienen un pKa de aproximadamente 6 a un pKa de aproximadamente 9. La concentración del tampón varía generalmente de aproximadamente 5 mM a aproximadamente 1 mM, y típicamente varía de aproximadamente 50 mM a aproximadamente 200 mM. Las bases adecuadas incluyen disoluciones acuosas comprendidas por KOH, NaOH, o NH_{4}OH, que tienen concentraciones que varían de aproximadamente 0,5 M a aproximadamente 15 M, o más típicamente, que varían de aproximadamente 5 M a aproximadamente 10 M. También pueden usarse otros aditivos inorgánicos tales como acetato de calcio.
Después o durante la conversión enzimática del racemato (Fórmula 4), el monoéster del ácido dicarboxílico ópticamente activo deseado (Fórmula 3) se aísla a partir de la mezcla de productos usando técnicas estándar. Por ejemplo, en el caso de una reacción en discontinuo con una única fase (acuosa), la mezcla de productos puede extraerse una o más veces con un disolvente orgánico no polar, tal como hexano o heptano, que separa el monoéster del ácido dicarboxílico deseado (Fórmula 2) y el diéster que no ha reaccionado (Fórmula 5) en fases acuosas y orgánicas, respectivamente. Alternativamente, en el caso de una reacción con múltiples fases que emplea fases acuosas y orgánicas enriquecidas en el monoéster deseado (Fórmula 3) y el diéster que no ha reaccionado (Fórmula 5), respectivamente, el monoéster y el diéster pueden separarse en discontinuo después de la reacción, o pueden separarse de forma semi-continua o continua durante la hidrólisis enantioselectiva.
Como se indica en la Fig. 1, el diéster que no ha reaccionado (Fórmula 5) puede aislarse a partir de la fase orgánica y racemizarse para rendir el sustrato racémico (Fórmula 4). El racemato resultante (Fórmula 4) puede reciclarse o combinarse con sustrato racémico no convertido, que se somete posteriormente a conversión enzimática para dar la Fórmula 3 como se ha descrito más arriba. El reciclado del diéster que no ha reaccionado (Fórmula 5) incrementa el rendimiento global de la hidrólisis enantioselectiva por encima del 50%, incrementando así la economía atómica del método y disminuyendo los costes asociados con la eliminación de los enantiómeros no deseados.
El tratamiento del diéster (Fórmula 5) con una base que es lo suficientemente fuerte para extraer un protón ácido \alpha del resto malonato resulta generalmente en la inversión del centro estereogénico y en la generación del sustrato racémico (Fórmula 4). Las bases útiles incluyen bases orgánicas, tales como alcóxidos (p. ej., etóxido de sodio), aminas alifáticas lineales, y aminas cíclicas, y bases inorgánicas, tales como KOH, NaOH, y NH_{4}OH. La reacción se realiza en un disolvente compatible, incluyendo disolventes polares próticos, tales como EtOH o disolventes polares apróticos, tales como MTBE. Las temperaturas de reacción por encima de RT mejoran típicamente el rendimiento del proceso de racemización.
Como se muestra en la Fig. 1, el monoéster del ácido dicarboxílico sustancialmente enantiopuro (Fórmula 3) puede convertirse en un \gamma-aminoácido ópticamente activo (Fórmula 1) usando al menos tres métodos diferentes. En un método, el monoéster (Fórmula 3) se hidroliza en presencia de un catalizador ácido o un catalizador básico para rendir un ácido dicarboxílico sustituido con ciano ópticamente activo (Fórmula 6) o la sal correspondiente. El resto ciano del ácido dicarboxílico resultante (o su sal) se reduce para rendir un ácido \gamma-amino dicarboxílico ópticamente activo (Fórmula 7) o una sal correspondiente, que se descarboxila posteriormente por tratamiento con un ácido, por calentamiento, o ambos, para rendir el \gamma-aminoácido ópticamente activo deseado (Fórmula 1). El resto ciano puede reducirse por reacción con H_{2} en presencia de cantidades catalíticas de níquel de Raney, paladio, o platino, o por reacción con un agente reductor, tal como LiAlH_{4} o BH_{3}-Me_{2}S-. Los ácidos útiles para las reacciones de hidrólisis y descarboxilación incluyen ácidos minerales, tales como HClO_{4}, HI, H_{2}SO_{4}, HBr, y HCl. Los catalizadores básicos útiles para la reacción de hidrólisis incluyen varios hidróxidos y óxidos de metales alcalinos y alcalinotérreos, incluyendo LiOH, NaOH, y KOH.
En otro método, el monoéster del ácido dicarboxílico (Fórmula 3) se somete a una ciclación reductora para formar una 3-carboxi-pirrolidin-2-ona cíclica ópticamente activa (Fórmula 2), que se trata posteriormente con un ácido para rendir el \gamma-aminoácido enantioméricamente enriquecido deseado (Fórmula 1). La ciclación reductora puede realizarse haciendo reaccionar el monoéster (Fórmula 3) con H_{2} en presencia de cantidades catalíticas de níquel de Raney, paladio, o platino. Pueden usarse uno o más ácidos para hidrolizar y descarboxilar el ácido lactámico resultante (Fórmula 2), incluyendo ácidos minerales tales como HClO_{4}, HI, H_{2}SO_{4}, HBr, y HCl, y ácidos orgánicos, incluyendo HOAc, TFA, y p-TSA. La concentración de los ácidos puede variar de aproximadamente 1N a aproximadamente 12 N, y la cantidad de los ácidos puede variar de aproximadamente 1 eq a aproximadamente 7 eq. Las reacciones de hidrólisis y descarboxilación pueden realizarse a una temperatura de aproximadamente RT o mayor, o a una temperatura de aproximadamente 60ºC o mayor, o una temperatura en el intervalo de aproximadamente 60ºC a aproximadamente 130ºC.
En un tercer método, el resto éster del monoéster del ácido dicarboxílico (Fórmula 3) se hidroliza en primer lugar para proporcionar el ácido dicarboxílico sustituido con ciano (Fórmula 6 o su sal) como se ha descrito más arriba. El ácido dicarboxílico resultante (o su sal) se descarboxila posteriormente para proporcionar un ácido carboxílico sustituido con ciano ópticamente activo o su sal (Fórmula 8 en la que R^{5} es un átomo de hidrógeno, aunque R^{5} también puede ser alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, o aril-alquilo C_{1-6} como se indica más adelante). Pueden usarse las mismas condiciones usadas para descarboxilar el ácido lactámico (Fórmula 2) o el ácido \gamma-amino dicarboxílico (Fórmula 7). En lugar de hidrolizar en primer lugar el resto éster, el monoéster del ácido dicarboxílico (Fórmula 3) puede descarboxilarse en primer lugar directamente a un monoéster sustituido con ciano (Fórmula 8) calentando la disolución acuosa del monoéster del ácido dicarboxílico (como una sal) a una temperatura de aproximadamente 50ºC hasta reflujo. También pueden usarse las condiciones Krapcho (DMSO/NaCl/agua). En cualquier caso, el resto ciano del compuesto de fórmula 8 se reduce posteriormente para proporcionar el \gamma-aminoácido ópticamente activo (Fórmula 1). Además del níquel de Raney, pueden usarse varios catalizadores diferentes para reducir el resto ciano de los compuestos de Fórmula 3, 6 y 8. Éstos incluyen, sin limitación, catalizadores heterogéneos que contienen de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 20%, y más típicamente, de aproximadamente 1% a aproximadamente 5%, en peso, de metales de transición tales como Ni, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, e Ir, incluyendo óxidos y combinaciones de éstos, que están típicamente en soportes de varios materiales, incluyendo Al_{2}O_{3}, C, CaCO_{3}, SrCO_{3}, BaSO_{4}, MgO, SiO_{2}, TiO_{2}, y ZrO_{2}. Muchos de estos metales, incluyendo Pd, pueden estar recubiertos con una amina, sulfuro, o un segundo metal, tal como Pb, Cu, o Zn. Los catalizadores útiles incluyen catalizadores de paladio tales como Pd/C, Pd/SrCO_{3}, Pd/Al_{2}O_{3}, Pd/MgO, Pd/CaCO_{3}, Pd/BaSO_{4}, PdO, Pd negro, y PdCl_{2}, que contienen de aproximadamente 1% a aproximadamente 5% Pd, tomando como base el peso. Otros catalizadores útiles incluyen Rh/C, Ru/C, Re/C, PtO_{2}, Rh/C, y RuO_{2}.
La reducción catalítica del resto ciano se realiza típicamente en presencia de uno o más disolventes polares, incluyendo sin limitación, agua, alcoholes, éteres, ésteres y ácidos, tales como MeOH, EtOH, IPA, THF, EtOAc, y HOAc. La reacción puede realizarse a temperaturas que varían de aproximadamente 5ºC a aproximadamente 100ºC, aunque son comunes las reacciones a RT. Generalmente, la proporción sustrato a catalizador puede variar de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1.000:1, tomando como base el peso, y la presión de H_{2} puede variar de aproximadamente presión atmosférica, 0 psig (1x10^{2} kiloPascales), a aproximadamente 1.500 psig (1,0x10^{1} megaPascales). Más típicamente, las proporciones sustrato a catalizador varían de aproximadamente 4:1 a aproximadamente 20:1, y las presiones de H_{2} varían de aproximadamente 25 psig (2,7x10^{2} kiloPascales) a aproximadamente 150 psig (1,1x10^{3} kiloPascales).
Todos los métodos anteriores pueden usarse para convertir el monoéster sustancialmente enantiopuro (Fórmula 3) en el \gamma-aminoácido ópticamente activo (Fórmula 1), pero cada uno puede ofrecer determinadas ventajas sobre los otros. Por ejemplo, después del tratamiento ácido del proceso que emplea ciclación reductora, el ácido lactámico (Fórmula 2) puede aislarse y purificarse extrayéndolo en un disolvente orgánico, mientras que el ácido dicarboxílico sustituido con ciano (Fórmula 6) pude ser más difícil de aislar debido a su solubilidad acuosa comparativamente mayor. El aislamiento del ácido lactámico (Fórmula 2) reduce el arrastre de las impurezas solubles en agua en la mezcla del producto final y permite una mayor concentración de reactante (p. ej., aproximadamente 1 M a aproximadamente 2 M) durante la hidrólisis y descarboxilación, incrementando así el rendimiento del proceso. Además, la descarboxilación directa por calentamiento de la disolución acuosa del monoéster del ácido dicarboxílico (Fórmula 3) proporciona el cianomonoéster (Fórmula 8) con una alta pureza enantiomérica. Este compuesto puede separarse del medio de reacción por extracción en un disolvente orgánico o por separación de fases directa, asegurando una eliminación eficaz de las impurezas inorgánicas por la fase de agua. Un alto rendimiento de la reacción y la eliminación de condiciones fuertemente ácidas son dos ventajas de este método.
La Fig. 2 ilustra un proceso para preparar diésteres sustituidos con ciano (Fórmula 4), que pueden servir como sustratos para la hidrólisis enzimática enantioselectiva mostrada en la Fig. 1. El proceso incluye una condensación aldólica cruzada, que comprende hacer reaccionar una cetona no simétrica o un aldehído (Fórmula 17) con un diéster del ácido malónico (Fórmula 18) en presencia de cantidades catalíticas de una base para rendir un diéster del ácido malónico \alpha,\beta-insaturado (Fórmula 19) en el que R^{1}, R^{2}, R^{3}, y R^{4} son como se han definido más arriba respecto a la Fórmula 1. Este tipo de reacción aldólica cruzada se conoce como una Condensación Knoevenagel, que se describe en varias revisiones bibliográficas. Véase, p. ej., B. K. Wilk, Tetrahedron 53:7097-7100 (1997) y las referencias citadas en ésta.
Generalmente, puede usarse cualquier base capaz de generar un ion enolato a partir del diéster del ácido malónico (Fórmula 18), incluyendo aminas secundarias, tales como di-n-propilamina, di-i-propilamina, pirrolidina, y sus sales. La reacción puede incluir un ácido carboxílico, tal como HOAc, para neutralizar el producto y para minimizar la enolización de la cetona no simétrica o del aldehído (Fórmula 17). Las reacciones que implican cetonas no simétricas también pueden emplear ácidos de Lewis, incluyendo tetracloruro de titanio, cloruro de cinc, y acetato de cinc, para facilitar la reacción. La reacción se realiza típicamente en un disolvente hidrocarbonado bajo condiciones de reflujo. Los disolventes útiles incluyen hexano, heptano, ciclohexano, tolueno, y metil t-butil éter, con la eliminación azeotrópica de agua.
En una etapa posterior, una fuente de cianuro, tal como HCN, acetona cianohidrina, un cianuro de metal alcalino (NaCN, KCN), o un cianuro de metal alcalinotérreo (cianuro de magnesio), se somete a una adición conjugada al \beta-carbono del diéster del ácido malónico \alpha,\beta-insaturado (Fórmula 19). La reacción se realiza típicamente en uno o más disolventes polares próticos, incluyendo EtOH, MeOH, n-propanol, isopropanol, o disolventes polares apróticos, tal como DMSO. El procesamiento ácido posterior rinde el diéster sustituido con ciano (Fórmula 4). Para una aplicación del método mostrado en la Fig. 2 para preparar un precursor de pregabalina (Fórmula 12), véase la Patente de EEUU No. 5.637.767 de Grote et al.
Los enantiómeros (S) o (R) deseados de cualquiera de los compuestos descritos en la presente memoria pueden enriquecerse más mediante resolución clásica, cromatografía quiral, o recristalización. Por ejemplo, los \gamma-aminoácidos ópticamente activos (Fórmula 1 o Fórmula 9) pueden hacerse reaccionar con un compuesto enantioméricamente puro (p. ej., ácido o base) para rendir un par de diastereoisómeros, cada uno de ellos compuesto por un único enantiómero que se separan mediante, por ejemplo, recristalización fraccionada o cromatografía. El enantiómero deseado se regenera posteriormente a partir del diastereoisómero apropiado. Además, el enantiómero deseado puede enriquecerse más frecuentemente por recristalización en un disolvente adecuado cuando está disponible en una cantidad suficiente (p. ej., típicamente no mucho menos de aproximadamente 85% ee, y en algunos casos, no mucho menos de aproximadamente 90% ee).
Como se describe a lo largo de la especificación, muchos de los compuestos descritos tienen estereoisómeros. Algunos de estos compuestos pueden existir como enantiómeros únicos (compuestos enantiopuros) o mezclas de enantiómeros (muestras enriquecidas y racémicas), los cuales, dependiendo del exceso relativo de un enantiómero sobre otro en una muestra, pueden presentar actividad óptica. Dichos estereoisómeros, que son imágenes especulares no superponibles, poseen un eje estereogénico o uno o más centros estereogénicos (es decir, quiralidad). Otros compuestos descritos pueden ser estereoisómeros que no son imágenes especulares. Dichos estereoisómeros, que se conocen como diastereoisómeros, pueden ser quirales o aquirales (no contienen centros estereogénicos). Incluyen moléculas que contienen un grupo alquenilo o cíclico, de manera que son posibles los estereoisómeros cis/trans (o Z/E), o moléculas que contienen uno o más centros estereogénicos, en los que la inversión de un único centro estereogénico genera un diastereoisómero correspondiente. A no ser que se indique o que aclare de otra manera (p. ej., mediante el uso de estereoenlaces, descriptores de estereocentro), el alcance de la presente invención incluye generalmente el compuesto de referencia y sus estereoisómeros, ya sean puros (p. ej., enantiopuro) o mezclas (p. ej., enriquecidas enantioméricamente o racémicas).
Algunos de los compuestos también pueden contener un grupo ceto u oxima, de manera que puede ocurrir tautomerismo. En dichos casos, la presente invención incluye generalmente las formas tautoméricas, ya sean puras o mezclas.
Muchos de los compuestos descritos en esta descripción, incluyendo los representados por la Fórmula 1 y Fórmula 9, son capaces de formar sales farmacéuticamente aceptables. Estas sales incluyen, sin limitación, sales de adición a ácidos (incluyendo diácidos) y sales con bases. Las sales de adición a ácidos farmacéuticamente aceptables incluyen sales no tóxicas obtenidas de ácidos inorgánicos tales como clorhídrico, nítrico, fosfórico, sulfúrico, bromhídrico, yodhídrico, fluorhídrico y fosforoso, así como sales no tóxicas obtenidas de ácidos orgánicos, tales como ácidos alifáticos mono y dicarboxílicos, ácidos alcanoicos sustituidos con fenilo, ácidos alcanodioicos, ácidos aromáticos, ácidos sulfónicos alifáticos y aromáticos. Dichas sales incluyen sulfato, pirosulfato, bisulfato, sulfito, bisulfito, nitrato, fosfato, monohidrógenofosfato, dihidrógenofosfato, metafosfato, pirofosfato, cloruro, bromuro, yoduro, acetato, trifluoroacetato, propionato, caprilato, isobutirato, oxalato, malonato, succinato, suberato, sebacato, fumarato, maleato, mandelato, benzoato, clorobenzoato, metilbenzoato, dinitrobenzoato, fthlato, bencenosulfonato, toluenosulfonato, fenilacetato, citrato, lactato, malato, tartrato, y metanosulfonato.
Las sales con bases farmacéuticamente aceptables incluyen sales no tóxicas obtenidas de bases, incluyendo cationes metálicos, tales como cationes de metales alcalinos o alcalinotérreos, así como aminas. Los ejemplos de cationes metálicos adecuados incluyen, sin limitación, cationes de sodio (Na^{+}), cationes de potasio (K^{+}), cationes de magnesio (Mg^{2+}), y cationes de calcio (Ca^{2+}). Los ejemplos de aminas adecuadas incluyen, sin limitación, N,N'-dibenciletilendiamina, cloroprocaína, colina, dietanolamina, diciclohexilamina, etilendiamina, N-metilglucamina, procaína y t-butil amina. Para una discusión de sales de adición a ácido y base útiles, véase S. M. Berge et al., "Pharmaceutical Salts", 66 J. of Pharm. Sci., 1-19 (1977); véase también Stahl y Wermuth, Handbook of Pharmaceutical Salts: Properties, Selection, and Use (2002).
Se puede preparar una sal de adición a ácido (o a base) farmacéuticamente aceptable poniendo en contacto una base libre de un compuesto (o ácido libre) o zwitterion con una cantidad suficiente de un ácido (o base) deseado para producir una sal no tóxica. Si la sal precipita de la disolución, puede aislarse por filtración; si no, la sal puede recuperarse evaporando el disolvente. También se puede regenerar la base libre (o ácido libre) poniendo en contacto la sal de adición a ácido con una base (o la sal de base con un ácido). Aunque determinadas propiedades físicas de la base libre (o ácido libre) y su sal de adición a ácido respectiva (o sal de base) pueden ser diferentes (p. ej., solubilidad, estructura cristalina, higroscopicidad), la base libre y la sal de adición a ácido de un compuesto (o su ácido libre y su sal de base) son las mismas para los propósitos de esta descripción.
Los compuestos descritos y reivindicados pueden existir tanto en forma no solvatada como solvatada y como otros tipos de complejos además de las sales. Los complejos útiles incluyen clatratos o complejos de inclusión compuesto-anfitrión en los que el compuesto y el anfitrión están presentes en cantidades estequiométricas o no estequiométricas. Los complejos útiles también pueden contener dos o más componentes orgánicos, inorgánicos u orgánicos e inorgánicos en cantidades estequiométricas o no estequiométricas. Los complejos resultantes pueden estar ionizados, parcialmente ionizados o no ionizados. Para una revisión de dichos complejos, véase J. K. Haleblian, J. Pharm. Sci. 64(8): 1269-88 (1975). Los solvatos farmacéuticamente aceptables también incluyen hidratos y solvatos en los que el disolvente de cristalización puede estar sustituido isotópicamente, p. ej., D_{2}O, d_{6}-acetona, d_{6}-DMSO. Generalmente, para los propósitos de esta descripción, las referencias a una forma no solvatada de un compuesto también incluyen la forma solvatada o hidratada correspondiente del compuesto.
Los compuestos descritos también incluyen todas las variaciones isotópicas farmacéuticamente aceptables, en las que al menos un átomo se reemplaza con un átomo que tiene el mismo número atómico, pero una masa atómica diferente de la masa atómica que se encuentra habitualmente en la naturaleza. Los ejemplos de isótopos adecuados para incluirse en los compuestos descritos incluyen, sin limitación, isótopos de hidrógeno, tales como ^{2}H y ^{3}H; isótopos de carbono, tales como ^{13}C y ^{14}C; isótopos de nitrógeno, tales como ^{15}N; isótopos de oxígeno, tales como ^{17}O y ^{18}O; isótopos de fósforo, tales como ^{31}P y ^{32}P; isótopos de azufre, tales como ^{35}S; isótopos de flúor, tales como ^{18}F; e isótopos de cloro, tales como ^{36}Cl. El uso de variaciones isotópicas (p. ej., deuterio, ^{2}H) puede suponer determinadas ventajas terapéuticas que resultan de una mayor estabilidad metabólica, por ejemplo, una vida media in vivo incrementada o unos requerimientos reducidos de dosificación. Además, determinadas variaciones isotópicas de los compuestos descritos pueden incorporar un isótopo radiactivo (p. ej., tritio, ^{3}H, o ^{14}C), que puede ser útil en estudios de distribución tisular del fármaco y/o sustrato.
Ejemplos
Se pretende que los ejemplos siguientes sean ilustrativos y no limitativos, y representan realizaciones específicas de la presente invención.
Materiales y métodos generales
El cribado enzimático se realizó usando placas de 96 pocillos, que se describe en D. Yazbeck et al., Synth. Catal. 345:524-32 (2003). Todas las enzimas usadas en la placa de cribado (véase la Tabla 2) se obtuvieron de proveedores enzimáticos comerciales incluyendo Amano (Nagoya, Japón), Roche (Basel, Suiza), Novo Nordisk (Bagsvaerd, Dinamarca), Altus Biologics Inc. (Cambridge, MA), Biocatalytics (Pasadena, CA), Toyobo (Osaka, Japón), Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) y Fluka (Buchs, Suiza). Las reacciones de cribado se realizaron en un Eppendorf Thermomixer-R (VWR). Las resoluciones enzimáticas a gran escala posteriores emplearon LIPOLASE® 100L y LIPOLASE®100T, que están disponibles en Novo-Nordisk A/S (CAS no. 9001-62-1).
Resonancia magnética nuclear
Se obtuvieron espectros ^{1}H RMN a trescientos MHz y ^{13}C RMN a 75 MHz en un BRUKER 300 UltraShield^{TM} equipado con una sonda 5 mm PHQNP auto sintonizable. Los espectros se adquirieron generalmente cerca de RT, y se emplearon rutinas autobloqueo, autoshim y autoganancia estándar. Las muestras se giraron habitualmente a 20 Hz para los experimentos 1D. Los espectros de ^{1}H RMN se adquirieron usando pulsos con un ángulo de 30 grados, tiempo de espera entre pulsos de 1,0 s y 16 escaneos a una resolución de 0,25 Hz/punto. La ventana de adquisición fue típicamente 8.000 Hz de +18 a -2 ppm (Referencia TMS a 0 ppm) y el procesamiento fue con un ensanchamiento de línea de 0,3 Hz. El tiempo típico de adquisición fue 5-10 s. Los espectros regulares de ^{13}C RMN se adquirieron usando pulsos con un ángulo de 30 grados, tiempo de espera entre pulsos de 2,0 s y 2.048 escaneos a una resolución de 1 Hz/punto. La anchura espectral fue típicamente 25 KHz de +235 a -15 ppm (Referencia TMS a 0 ppm). Se aplicó continuamente un desacoplamiento de protón y se aplicó un ensanchamiento de línea de 1 Hz durante el procesamiento. El tiempo típico de adquisición fue 102 min.
Espectrometría de masa
La Espectrometría de Masa se realizó en un HEWLETT PACKARD 1100MSD usando HP Chemstation Plus Software. La LC estaba equipada con un sistema LC cuaternaria 1100 de Agilent y un manipulador de líquidos Agilent como un auto muestreador. Los datos se adquirieron bajo ionización por electropulverización con ACN/agua (que contiene 0,1% ácido fórmico) como disolvente (10% ACN a 90%, 7 min). Temperaturas: sonda 350ºC, fuente 150ºC. La descarga de la corona fue 3.000 V para los iones positivos y 3.000 V para los iones negativos.
Cromatografía líquida de alta resolución
La Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC) se realizó en un instrumento 1100 AGILENT TECHNOLOGIES equipado con un automuestreador Agilent 220 HPLC, bomba cuaternaria y un detector UV. La LC se controló con un PC usando HP Chemstation Plus Software. La HPLC quiral en fase normal se realizó usando columnas de HPLC Quiral obtenidas de Chiral Technologies (Exton, PA) y Phenomenex (Torrance, CA).
Cromatografía de gases
La Cromatografía de Gases (GC) se realizó en un sistema 110 volt Agilent 6890N network GC equipado con un detector FID con electrómetro, un inyector capilar para operación en split/splitless Serie 7683, una placa de relés que monitoriza cuatro eventos externos y una impresora/graficador incorporado. El exceso enantiomérico del diéster (Fórmula 13, R^{3}=R^{4}=Et) y monoéster (Fórmula 11, R^{3}=Et) se realizaron usando una columna CHIRALDEX G-TA (30 m x 0,25 mm), con helio como gas transportador y a 135ºC. En dichas condiciones, el monoéster se descompone para proporcionar éster etílico del ácido (S)-3-ciano-5-metil-hexanoico, y se determinó ee tomando como base el producto de descomposición. Las columnas quirales GC usadas en el análisis se obtuvieron de Astec, Inc (Whippany, NJ).
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Ejemplo 1 Cribado enzimático mediante la hidrólisis enzimática del éster etílico del ácido (R/S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 20) para rendir ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 21)
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El cribado enzimático se realizó usando un kit de cribado compuesto por enzimas individuales depositadas en pocillos diferentes de una placa de 96 pocillos, que se preparó previamente según un método descrito en D. Yazbeck et al., Synth. Catal. 345:524-32 (2003). Cada uno de los pocillos tenía un volumen vacío de 0,3 ml (placa con pocillos poco profundos). Un pocillo de la placa de 96 pocillos contenía sólo tampón fosfato (10 \muL, 0,1 M, pH 7,2), otro pocillo contenía sólo ACN (10 \muL), y cada uno de los pocillos restantes contenía una de las 94 enzimas listadas en la Tabla 2 (10 \muL, 100 mg/mL). Antes de usarlo, el kit de cribado se sacó del almacenamiento a -80ºC y se dejó que las enzimas se descongelaran a RT durante aproximadamente 5 min. Se dispensó tampón fosfato de potasio (85 \muL, 0,1 M, pH 7,2) en cada uno de los pocillos usando una pipeta multicanal. El sustrato concentrado (Fórmula 20, 5 \muL) se añadió posteriormente a cada pocillo mediante una pipeta multicanal y las 96 mezclas de reacción se incubaron a 30ºC y 750 rpm. Las reacciones se pararon y se muestrearon después de 24 h transfiriendo cada una de las mezclas de reacción a pocillos diferentes de una segunda placa de 96 pocillos. Cada uno de los pocillos tenía un volumen vacío de 2 mL (placa con pocillos profundos) y contenía EtOAc (1 mL) y HCl (1N, 100 \muL). Los componentes de cada pocillo se mezclaron aspirando los contenidos del pocillo con una pipeta. La segunda placa se centrifugó y se transfirieron 100 \muL del sobrenadante orgánico de cada pocillo a pocillos diferentes de una tercera placa de 96 pocillos (placa poco profunda). Los pocillos de la tercera placa se sellaron posteriormente usando una cubierta penetrable. Una vez que los pocillos estuvieron sellados, la tercera placa se transfirió a un sistema GC para la determinación de la pureza
óptica (ee).
La Tabla 3 lista las enzimas, nombre comercial, proveedor y valor E para algunas de las enzimas que se cribaron. Para una enzima dada, el valor E puede interpretarse como la reactividad relativa de un par de enantiómeros (sustratos). Los valores E listados en la Tabla 3 se calcularon a partir de los datos de HPLC (conversión fraccionada, \chi, y ee) usando un programa informático denominado Ee2, que está disponible en la Universidad de Graz. Generalmente, las enzimas que presentan S-selectividad y un valor E de aproximadamente 35 o mayor son adecuadas para un aumento de escala.
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TABLA 3 Resultados de las Reacciones de Cribado del Ejemplo 1
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Ejemplo 2 Resolución enzimática del éster etílico del ácido (R/S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 20) para rendir sal de potasio del ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 23) y éster etílico del ácido (R)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 22)
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Un reactor (392 L) equipado con agitación vertical se cargó con tampón de fosfato de potasio (292,2 L, 10 mM, pH 8,0) y LIPOLASE® 100L, tipo EX (3,9 L). La mezcla se agitó a 800 RPM durante 1 min y se añadió KOH (2 M) para ajustar el pH a 8,0. Se añadió éster etílico del ácido (R/S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 20, 100 kg) y la mezcla resultante se tituló con NaOH aq (50%) durante la hidrólisis para mantener un pH de 8,0. El grado de la reacción se monitorizó por HPLC (columna C_{18}, 4,6 mm x 150 mm, detección a 200 nm). Después de alcanzar una conversión de aproximadamente 40-45% (p. ej., después de aproximadamente 24 h) la mezcla de reacción se transfirió a un embudo de separación. La mezcla acuosa se extrajo con heptano (205 L). Se añadió EtOH (absoluto) (hasta aproximadamente 5% v/v) para romper una ligera emulsión que se forma y las capas acuosa y orgánica se separaron. La etapa de extracción se repitió dos veces, y la capa acuosa que contiene la sal de potasio del ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 23) se concentró más en vacío (p. ej., 25-50% de su volumen original). Las capas orgánicas que contienen el éster etílico del ácido (R)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 22) se combinaron, se secaron y se concentraron. El éster de dietilo resultante se racemizó posteriormente según el Ejemplo 6. MS m/z [M+H]^{+}227. ^{1}H RMN (300 MHz, D_{2}O): \delta 2,35 (dd, 6H), 2,70 (t, 3H), 2,85 (m, 1H), 2,99 (m, 1H), 3,25 (m, 1H), 4,75 (m, 1H), 5,60 (q, 2H). ^{13}C RMN (75 ppm, D_{2}O) \delta 172,19, 171,48, 122,85, 62,70, 59,49, 40,59, 31,83, 27,91, 23,94,21,74,14,77.
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Ejemplo 3 Resolución enzimática del éster etílico del ácido (R/S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 20) para rendir la sal de potasio del ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 23) y el éster etílico del ácido (R)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 22)
Un reactor (3,92 L) equipado con agitación vertical se cargó con tampón de acetato de calcio (1,47 L, 100 mM, pH 7,0) y éster etílico del ácido (R/S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 20, 1 kg). La mezcla se agita a 1.100 RPM durante 5 min y se añade KOH (5 M) para ajustar el pH a 7,0. Se añade LIPOLASE® 100L, tipo EX (75 mL) y la mezcla resultante se titula con KOH (5 M) durante la hidrólisis para mantener un pH de 7,0. El grado de la reacción se monitoriza por HPLC (columna C_{18}, 4,6 mm x 150 mm, detección a 200 nm). Después de alcanzar una conversión de aproximadamente 42% a 45% (p. ej., después de aproximadamente 20-25 h) la mezcla de reacción se transfiere a un embudo de separación. La mezcla acuosa se extrae con hexano (100% v/v). Se añade EtOH (absoluto) (hasta aproximadamente 5% v/v) para romper una ligera emulsión que se forma y las capas acuosa y orgánica se separan. La etapa de extracción se repite dos veces para obtener una capa acuosa que contiene la sal de potasio del ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 23), que puede usarse en las transformaciones posteriores sin aislamiento. Las capas orgánicas que contienen el éster etílico del ácido (R)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 22) se combinan, se secan y se concentran. El éster de dietilo resultante se racemiza posteriormente según el Ejemplo 6.
Ejemplo 4 Preparación del ácido (S)-4-isobutil-2-oxo-pirrolidina-3-carboxílico (Fórmula 10) a partir de la sal de potasio del ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 23)
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Se cargó un recipiente con una disolución acuosa que contiene la sal de potasio del ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 23, 411 L del Ejemplo 2). Se añadió Níquel de Raney (50% disolución aq, Sigma-Aldrich) a la mezcla y se introdujo hidrógeno gas en el recipiente durante un periodo de 20 h para mantener una presión de 50 psig en el espacio de cabeza del recipiente a lo largo de la reacción. La reacción de hidrogenación se monitorizó por la toma de H_{2} y análisis de HPLC (columna C_{18}, 4,6 mm x 150 mm, detección a 200 nm) de los contenidos del recipiente. Después de la reacción, la mezcla acuosa se filtró para eliminar el catalizador, Ni de Raney. El pH de la disolución concentrada se ajustó a 3,0 usando 37% HCl (aproximadamente 14 L). La disolución resultante se extrajo tres veces con EtOAc (50% v/v). Las capas orgánicas combinadas se concentraron en vacío para rendir el ácido (S)-4-isobutil-2-oxo-pirrolidina-3-carboxílico (Fórmula 10). MS m/z [M+H]^{+}186.1.130. ^{13}C RMN (75 ppm, CDCl_{3}) \delta 175,67, 172,23, 54,09, 47,62, 43,69, 37,22, 26,31, 23,34, 22,54. Rendimiento 40-42%; 97% ee.
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Ejemplo 5 Preparación de la pregabalina (Fórmula 9) a partir del ácido (S)-4-isobutil-2-oxo-pirrolidina-3-carboxílico (Fórmula 10)
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El recipiente de un reactor (60 L) se cargó con ácido (S)-4-isobutil-2-oxo-pirrolidina-3-carboxílico (Fórmula 10), HCl (36-38%, 30 L), y agua (29 L). Se añadió HOAc (1 L) a la disolución y la suspensión de sólidos resultante se calentó durante 36-38 h a 80ºC y durante 6 h adicionales a 110ºC. El grado de la reacción se monitorizó por HPLC (columna C_{18}, 4,6 mm x 150 mm, detección a 200 nm). El agua y el exceso de HCl se evaporaron para rendir un aceite, que se lavó con MTBE (2 x 15 L). Se añadió agua al aceite y la mezcla se agitó hasta que la disolución fue transparente. El pH de la disolución se ajustó a 5,2-5,5 usando KOH (aproximadamente 6 kg), lo que resultó en la precipitación de la pregabalina. La mezcla se calentó hasta 80ºC y posteriormente se enfrió hasta 4ºC. Después de 10 h, la pregabalina cristalina se filtró y se lavó con IPA (12 L). El filtrado se concentró en vacío para rendir un aceite residual. Se añadieron agua (7,5 L) y EtOH (5,0 L) al aceite residual y la mezcla resultante se calentó hasta 80ºC y se enfrió hasta 4ºC. Después de 10 h, una segunda producción de cristales de pregabalina se filtró y se lavó con IPA (1 L). Los cristales de pregabalina combinados se secaron en un horno de vacío a 45ºC durante 24 h. MS m/z [M+H]^{+}
160.1340. ^{1}H RMN (300 MHz, D_{2}O): \delta 2,97 (dd, J = 5,4, 12,9 Hz, 1H), 2,89 (dd, J = 6,6, 12,9 Hz, 1H), 2,05-2,34 (m, 2H), 1,50-1,70 (sept, J = 6,9 Hz, 1H), 1,17 (t, J = 7,0 Hz, 2H), 0,85 (dd, J = 2,2, 6,6 Hz, 6H). ^{13}C RMN (75 ppm, D_{2}O) \delta 181,54, 44,32, 41,28, 32,20, 24,94, 22,55, 22,09. Rendimiento 80-85%; ee > 99,5%.
Ejemplo 6 Preparación del éster etílico del ácido (R/S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 20) mediante la racemización del éster etílico del ácido (R)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 22)
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Un reactor se cargó con el éster etílico del ácido (R)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 22, 49,5 kg) y EtOH (250 L). Se añadió etóxido de sodio (21% p/p en EtOH, 79,0 L, 1,1 eq) a la mezcla, que se calentó hasta 80ºC durante 20 h. Después de terminar la reacción, se dejó que la mezcla se enfriara hasta RT y se neutralizó mediante la adición de HOAc (12,2 L). Después de la evaporación del EtOH, se añadió MTBE (150 L) a la mezcla y la disolución resultante se filtró y se evaporó para rendir el éster etílico del ácido (R/S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 20) con un rendimiento cuantitativo.
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Ejemplo 7 Preparación del éster etílico del ácido (S)-3-ciano-5-metil-hexanoico (Fórmula 24) a partir del ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 21)
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Un matraz de fondo redondo de 50 mL se cargó con ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 21, 3,138 g, 13,79 mmoles), NaCl (927 mg, 1,15 eq), agua desionizada (477 \muL, 1,92 eq) y DMSO (9,5 mL). La mezcla resultante se calentó hasta 88ºC y se mantuvo a esa temperatura durante 17 h. Se tomó una muestra para análisis por LC y LC/MS, que mostraron la presencia del material de partida (Fórmula 21) y los productos (Fórmula 24 y Fórmula 25). La temperatura de la mezcla se incrementó posteriormente hasta 135ºC y se dejó que reaccionara durante 3,5 h adicionales. Se tomó una segunda muestra para análisis por LC y LC/MS, que mostraron la ausencia de material de partida (Fórmula 21) y mostraron, además de los productos deseados (Fórmula 24 y Fórmula 25), la presencia de subproductos no identificados. Éster etílico del ácido (S)-3-ciano-5-metil-hexanoico (Fórmula 24): 97,4% ee después de 88ºC; 97,5% ee después de 135ºC.
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Ejemplo 8 Determinación de la pureza óptica (ee) del ácido (S)-4-isobutil-2-oxo-pirrolidina-3-carboxílico (Fórmula 10)
La pureza óptica del ácido (S)-4-isobutil-2-oxo-pirrolidina-3-carboxílico (Fórmula 10) se determinó mediante un método de derivatización. Una muestra de ácido (S)-4-isobutil-2-oxo-pirrolidina-3-carboxílico se esterificó con EtOH en presencia de una cantidad catalítica de HCl seco en dioxano a 70ºC. El éster lactama resultante se analizó por HPLC (CHIRALPAK AD-H, 4,6 mm x 250 mm) usando una fase móvil de hexano y EtOH (95:5), una velocidad de flujo de 1,0 mL/min, volumen de inyección de 10\muL, temperatura de la columna de 35ºC, y detección a 200 nm.
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Ejemplo 9 Determinación de la pureza óptica (ee) de la pregabalina (Fórmula 9)
La pureza óptica de la pregabalina se analizó mediante un método de derivatización. Una muestra de pregabalina se derivatizó con reactivo de Marfey (1-fluoro-2-4-dinitrofenil-5-L-alanina amida) y se analizó por HPLC (columna LUNA C_{18}(2), 0,46mm x 150 mm, 3 \muL) usando una fase móvil de NaPO_{4} acuoso (20 nM, pH 2,0) y ACN (90:10 durante 10 min, 10:90 durante 3 min, 90: 10 durante 5 min), una velocidad de flujo de 1,2 mL/min, un volumen de inyección de 10 \muL, temperatura de la columna de 35ºC, y detección a 200 nm.
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Ejemplo 10 Resolución enzimática del éster etílico del ácido (R/S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 20) para rendir la sal de sodio del ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 23) y el éster etílico del ácido (R)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 22)
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Un reactor (16.000 L) equipado con agitación vertical se carga con acetato de calcio (254 kg), agua desionizada (1.892,7 kg) y LIPOZYME® TL 100 L (LIPOLASE® de grado alimentario, 983,7 kg). Después de una mezcla completa, se carga el éster etílico del ácido (R/S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 20, 9.000 kg, 85% ensayo de pureza) y la mezcla se agita durante 24 h. Se añade NaOH (2.068 kg de una disolución al 30%) durante el transcurso de la reacción para mantener el pH a 7,0. El grado de la reacción se monitoriza por HPLC (columna C_{18}, 4,6 mm x 150 mm, detección a 200 nm). Después de alcanzar una conversión de aproximadamente 42% a 45% (p. ej., después de aproximadamente 20-25 h) se paran el titulador y la agitación. La fase orgánica se separa inmediatamente y la fase acuosa se lava dos veces con tolueno (780 kg). La capa acuosa que contiene la sal de sodio del ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 23) se usa en las transformaciones posteriores (Ejemplo 11) sin aislamiento. Las capas orgánicas que contienen el éster etílico del ácido (R)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 22) se combinan y se concentran. El éster de dietilo resultante se racemiza posteriormente según el Ejemplo 6.
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Ejemplo 11 Preparación del éster etílico del ácido (S)-3-ciano-5-metil-hexanoico (Fórmula 24) a partir de la sal de sodio del ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico (Fórmula 23)
36
Un reactor (16.000 L) equipado con agitación vertical se carga con la disolución acuosa final del Ejemplo 10 (9.698,6 L, que contiene la sal de sodio del ácido (3S)-3-ciano-2-etoxicarbonil-5-metil-hexanoico, Fórmula 23), NaCl (630 kg) y tolueno (900 L). La mezcla se agita durante 2 h en condiciones de reflujo (75-85ºC). La agitación se para; la fase orgánica se separa inmediatamente y la fase acuosa se lava dos veces con tolueno (900 L). Las capas orgánicas, que contienen el éster etílico del ácido (S)-3-ciano-5-metil-hexanoico (Fórmula 24) se combinan y se concentran. El éster etílico (Fórmula 24) se hidroliza posteriormente según el Ejemplo 12.
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Ejemplo 12 Preparación de la sal de potasio del ácido (S)-3-ciano-5-metil-hexanoico (Fórmula 26) a partir del éster etílico del ácido (S)-3-ciano-5-metil-hexanoico (Fórmula 24)
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37
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Un reactor (12.000 L) equipado con agitación vertical se carga con el éster etílico del ácido (S)-3-ciano-5-metil-hexanoico (Fórmula 24, 2.196 L del Ejemplo 11). Se añaden KOH (1.795,2 kg, disolución al 45%, p/p) y H_{2}O (693,9 kg) a la mezcla de reacción con agitación vigorosa. La temperatura se mantiene a 25ºC. Después de 4 h, la mezcla de reacción se carga en un recipiente de hidrogenación (Ejemplo 13) sin procesamiento adicional.
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Ejemplo 13 Preparación de la pregabalina (Fórmula 9) a partir de la sal de potasio del ácido (S)-3-ciano-5-metil-hexanoico (Fórmula 26)
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38
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Un hidrogenador (12.000 L) se carga con agua (942,1 L) y con la mezcla de reacción del Ejemplo 12, que contiene la sal de potasio del ácido (S)-3-ciano-5-metil-hexanoico (Fórmula 26, 4.122,9 L). Se añade una suspensión de níquel de Raney (219,6 kg, 50% p/p en H_{2}O). La hidrogenación se realiza bajo 50 psig a 35ºC. Después de 6 h, el níquel de Raney se filtra y el filtrado resultante se transfiere a un reactor (16.000 L) para cristalización. Después de añadir H_{2}O (1.098 L), el pH de la disolución se ajusta a 7,0-7,5 usando HOAc (864,7 kg). El precipitado resultante se filtra y se lava una vez con H_{2}O (549 L) y dos veces con IPA (2.586 L cada una). El sólido se recristaliza con IPA (12.296 L) y H_{2}O (6.148 L). La mezcla se calienta hasta 70ºC y posteriormente se enfría hasta 4ºC. Después de 5-10 h, el sólido cristalino se filtra, se lava con IPA (5.724 L), y se seca en un horno de vacío a 45ºC durante 24 h para proporcionar pregabalina como un sólido cristalino blanco (1.431 kg, rendimiento global 30,0%, pureza 99,5% y 99,75% ee).
Debe indicarse que, tal y como se usan en esta especificación y en las reivindicaciones adjuntas, los artículos singulares tales como "un", "una", y "el o la", pueden referirse a un único objeto o a una pluralidad de objetos a no ser que el contexto indique claramente otra cosa. Así, por ejemplo, la referencia a una composición que contiene "un compuesto" puede incluir un único compuesto o dos o más compuestos. Debe entenderse que se pretende que la descripción anterior sea ilustrativa y no restrictiva. Muchas realizaciones serán evidentes para los expertos en la técnica después de leer la descripción anterior. Por lo tanto, el alcance de la invención debe determinarse con referencia a las reivindicaciones adjuntas e incluye el alcance completo de los equivalentes a los que dichas reivindicaciones tienen derecho.

Claims (13)

1. Un método para preparar un compuesto de Fórmula 1,
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380
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o un complejo, sal, solvato o hidrato de éste farmacéuticamente aceptable, en el que
R^{1} y R^{2} son diferentes y se selecciona cada uno independientemente de átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, y cicloalquilo C_{3-12} sustituido,
comprendiendo el método:
(a) hacer reaccionar un compuesto de Fórmula 2,
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39
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o una sal de éste, con un ácido y agua para rendir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste; y
(b) opcionalmente, convertir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste en un complejo, sal, solvato o hidrato farmacéuticamente aceptable, en el que R^{1} y R^{2} en la Fórmula 2 son como se han definido para la Fórmula 1.
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2. El método de la reivindicación 1, que comprende además reducir el resto ciano de un compuesto de Fórmula 3,
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40
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o una sal de éste, para rendir el compuesto de Fórmula 2 o una sal de éste, en el que
R^{1} y R^{2} en la Fórmula 3 son como se han definido para la Fórmula 1; y
R^{3} en la Fórmula 3 es alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12} o aril-alquilo C_{1-6}.
\newpage
3. El método de la reivindicación 2, que comprende además:
(a) poner en contacto un compuesto de Fórmula 4,
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41
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con una enzima para rendir el compuesto de Fórmula 3, o una sal de éste, y un compuesto de Fórmula 5,
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42
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en el que la enzima está adaptada para hidrolizar enantioselectivamente el compuesto de Fórmula 4 en el compuesto de Fórmula 3 o una sal de éste;
(b) aislar el compuesto de Fórmula 3 o una sal de éste; y
(c) opcionalmente, racemizar el compuesto de Fórmula 5 para rendir el compuesto de Fórmula 4, en el que
R^{1}, R^{2}, y R^{3} en la Fórmula 4 y Fórmula 5 son como se han definido para la Fórmula 3; y
R^{4} en la Fórmula 4 y en la Fórmula 5 es el mismo o diferente de R^{3} y es alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, o aril-alquilo C_{1-6}.
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4. Un método para preparar un compuesto de Fórmula 1,
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43
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o un complejo, sal, solvato o hidrato de éste farmacéuticamente aceptable, en el que
R^{1} y R^{2} son diferentes y se selecciona cada uno independientemente de átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, y cicloalquilo C_{3-12} sustituido,
\newpage
comprendiendo el método:
(a) reducir un resto ciano de un compuesto de Fórmula 6,
44
o una sal de éste, para rendir un compuesto de Fórmula 7,
45
o una sal de éste;
(b) descarboxilar el compuesto de Fórmula 7 o una sal de éste para rendir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste; y
(c) opcionalmente, convertir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste en un complejo, sal, solvato o hidrato farmacéuticamente aceptable, en el que R^{1} y R^{2} en la Fórmula 6 y en la Fórmula 7 son como se han definido para la Fórmula 1.
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5. Un método para preparar un compuesto de Fórmula 1,
46
o un complejo, sal, solvato o hidrato de éste farmacéuticamente aceptable, en el que
R^{1} y R^{2} son diferentes y se selecciona cada uno independientemente de átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, y cicloalquilo C_{3-12} sustituido,
comprendiendo el método:
(a) descarboxilar un compuesto de Fórmula 3,
47
\newpage
o una sal de éste, o hidrolizar y descarboxilar el compuesto de Fórmula 3 o una sal de éste, para rendir un compuesto de Fórmula 8,
48
o una sal de éste;
(b) reducir un resto ciano del compuesto de Fórmula 8 o una sal de éste, para rendir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste; y
(c) opcionalmente, convertir el compuesto de Fórmula 1 o una sal de éste en un complejo, sal, solvato o hidrato farmacéuticamente aceptable, en el que
R^{1} y R^{2} en la Fórmula 3 y Fórmula 8 son cada uno como se ha definido para la Fórmula 1;
R^{3} en la Fórmula 3 es alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12} o aril-alquilo C_{1-6}; y
R^{5} en la Fórmula 8 es átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12} o aril-alquilo C_{1-6}.
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6. un método para preparar un compuesto de Fórmula 3,
49
o una sal de éste, en el que
R^{1} y R^{2} son diferentes y se selecciona cada uno independientemente de átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, y cicloalquilo C_{3-12} sustituido, y
R^{3} es alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12} o aril-alquilo C_{1-6},
comprendiendo el método:
(a) poner en contacto un compuesto de Fórmula 4,
50
\newpage
con una enzima para rendir el compuesto de Fórmula 3 y un compuesto de Fórmula 5,
51
en el que la enzima está adaptada para hidrolizar enantioselectivamente el compuesto de Fórmula 4 en el compuesto de Fórmula 3 o una sal de éste;
(b) aislar el compuesto de Fórmula 3 o una sal de éste; y
(c) opcionalmente, racemizar el compuesto de Fórmula 5 para rendir el compuesto de Fórmula 4, en el que
R^{1}, R^{2}, y R^{3} en la Fórmula 4 y Fórmula 5 son como se han definido más arriba para la Fórmula 3; y
R^{4} en la Fórmula 4 y Fórmula 5 es el mismo o diferente de R^{3} y es alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, o aril-alquilo C_{1-6}.
\vskip1.000000\baselineskip
7. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que R^{1} es un átomo de hidrógeno y R^{2} es isobutilo en compuestos de Fórmula 1 a Fórmula 8.
8. Un compuesto de Fórmula 2,
52
incluyendo las sales de éste, en el que
R^{1} y R^{2} son diferentes y se selecciona cada uno independientemente de átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, y cicloalquilo C_{3-12} sustituido, siempre que cuando uno de los sustituyentes representado por R^{-1} o R^{2} es hidrógeno, el otro sustituyente no es alquilo C_{1-3} o alquilo C_{5}.
\vskip1.000000\baselineskip
9. Un compuesto de Fórmula 3,
53
incluyendo las sales de éste, en el que
R^{1} y R^{2} son diferentes y se selecciona cada uno independientemente de átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, y cicloalquilo C_{3-12} sustituido, siempre que cuando uno de los sustituyentes representados por R^{1} o R^{2} es un átomo de hidrógeno, el otro sustituyente no es metilo; y
R^{3} es alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12} o aril-alquilo C_{1-6}.
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10. Un compuesto de Fórmula 5,
54
incluyendo las sales de éste, en el que
R^{1} y R^{2} son diferentes y se selecciona cada uno independientemente de átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, y cicloalquilo C_{3-12} sustituido, siempre que cuando uno de los sustituyentes representados por R^{1} o R^{2} es un átomo de hidrógeno, el otro sustituyente no es metilo; y
R^{3} y R^{4} se selecciona cada uno independientemente de alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12} o aril-alquilo C_{1-6}.
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11. Un compuesto de Fórmula 6,
\vskip1.000000\baselineskip
55
incluyendo las sales de éste, en el que
R^{1} y R^{2} son diferentes y se selecciona cada uno independientemente de átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, y cicloalquilo C_{3-12} sustituido, siempre que cuando uno de los sustituyentes representados por R^{1} o R^{2} es un átomo de hidrógeno, el otro sustituyente no es metilo.
\vskip1.000000\baselineskip
12. Un compuesto de Fórmula 7,
\vskip1.000000\baselineskip
56
\newpage
incluyendo las sales de éste, en el que
R^{1} y R^{2} son diferentes y se selecciona cada uno independientemente de átomo de hidrógeno, alquilo C_{1-12}, cicloalquilo C_{3-12}, y cicloalquilo C_{3-12} sustituido, siempre que cuando uno de los sustituyentes representados por R^{1} o R^{2} es un átomo de hidrógeno, el otro sustituyente no es metilo.
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13. El compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12 seleccionado, respectivamente, de:
ácido (S)-4-isobutil-2-oxo-pirrolidina-3-carboxílico;
ácido (3S)-3-ciano-2- etoxicarbonil-5-metil-hexanoico,
ácido (2S,3S)-3-ciano-2- etoxicarbonil-5-metil-hexanoico,
ácido (2R,3S)-3-ciano-2- etoxicarbonil-5-metil-hexanoico;
éster etílico del ácido (R)-3-ciano-2- etoxicarbonil-5-metil-hexanoico;
ácido (S)-3-ciano-2-carboxi-5-metil-hexanoico; y
ácido (S)-3-aminometil-2-carboxi-5-metil-hexanoico;
incluyendo las sales de éstos y los enantiómeros contrarios de éstos.
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