FI90995C - Menetelmä kiraalisten yhdisteiden valmistamiseksi puhtaina optisina isomeereina - Google Patents

Description

90995

MENETELMÅ KIRAALISTEN YHDISTEIDEN VALMISTAMISEKSI PUHTAINA OPTISINA ISOMEEREINA

5 Keksinnon kohteena on tuotantomenetelmå kiraalisten yhdisteiden optisten isomeerien valmistamiseksi, jolloin kiraalisen ja ei-kiraalisen låhtoaineen annetaan reagoida entsyymien katalysoimana ylikriittisen hiilidioksidin ollessa reaktiovåliaineena niin, ettå pååasiassa vain toinen kiraalisen yhdisteen optinen isomeeri reagoi ja syntyy uusi kiraalinen reaktiotuote, jonka enantiomeerinen 10 puhtaus on suurempi kuin låhtoaineen optinen puhtaus.

Huomattava osa (40 %) nykyisin kåytosså olevista lååkeaineista on molekyylejå, joissa on yksi tai useampia kiraalisia keskuksia. Myos suuri osa maataloudessa kåytettåvistå tuholaisten, ja kasvitautien torjunta-aineista on kiraalisia yhdisteitå.

15 On tunnettua, ettå yleenså vain toisella kiraalisen yhdisteen optiselia isomeerillå, enantiomeerillå, on haluttu farmakologinen tai biologinen vaikutus. Kuitenkin esimerkiksi vain n. 12 % lååkeaineista valmistetaan tållå hetkellå puhtaina optisina isomeereinå. Pååosa valmistetaan ja kåytetåån raseemisina seoksina.

20 Raseemiseoksen ei-haluttu enantiomeeri on usein lååkeaineena vailla vaikutuksia, joskus se voi olla sivuvaikutusten aiheuttaja ja pahimmassa tapauksessa se voi olla myrkyllinen. On ilmeistå, ettå pååosa kiraalisista lååkeaineista ja agrokemikaaleista tulisi valmistaa ja kåyttåå puhtaina optisina isomeereinå. Uusi lainssåådånto ja uusien, edullisempien valmistustekniikoiden 25 kehittåminen tuovat velvoitteita ja mahdollisuuksia erityisesti uusien, kiraalisten lååkeaineiden valmistamiseksi puhtaina optisina isomeereinå.

On tunnettua syntetisoida optisesti aktiivisia yhdisteitå ilman entsyymejå kåyttåmållå reagensseina esimerkiksi asymmetrisellå epoksidoinnilla valmistettuja 30 vålituotteita. (Esim. K.B. Sharpless, Chemtech Nov. 1985, s. 682). Tållaisten kiraalisten reagenssien valmistaminen on monimutkaista ja ne ovat erittåin kalliita. Menetelmå on kaikenkaikkiaan kallis mikå on osasyynå siihen ettei lååkeaineita tai agrokemikaaleja valmisteta nykyistå laajemmin puhtaina 2 enantiomeereina.

On myos tunnettua valmistaa enantiomeerisesti puhtaita kiraalisia yhdisteitå 5 erottamalla raseemiseoksen enantiomeerit toisistaan kromatografisin menetelmin ( G.GCjbitz, Chromatographia Vol. 30, No 9/10,1990, 555 * 564). Voidaan kåyttåå nestekromatografiaa, jossa eluenttina on orgaanisten liuottimien seos. Useat kiinteåt, kiraaliset faasit voivat tulla nestekromatografiassa kysymykseen. Yleiskåyttoistå kiraalista pakkausmateriaalia ei kuitenkaan ole nåkopiirisså ja 10kuhunkin kiraaliseen erotukseen on nåinollen kehitettåvå oma menetelmånså. Nestekromatografisessa tuotantoprosessissa joudutaan kåyttåmåån suuria mååriå orgaanisia liuottimia, joista aiheutuu palovaaraa, tyosuojeluongelmia ja ympåristoriskejå. Lisåksi niistå jåå pieniå liuotinjååmiå tuotteisiin. Haluttu optisesti puhdas tuote joudutaan erottamaan eluentista haihduttamalla liuottimet. 15Liuottimet on edelleen puhdistettava uudelleenkåyttfiå vårten tislaamalla, mikå kuluttaa runsaasti energiaa.

On myos tunnettua kåyttåå hyvåksi entsyymien stereo- eli enantiomeeristå spesifisyyttå katalysoimaan kiraalisen yhdisteen tietyn enantiomeerin synteesiå 20 orgaanisissa liuottimissa (M.Schneider, Performance Chemicals, April 1989, 28 -31). Menetelmåsså kåytettåvåt orgaaniset liuottimet ovat palovaarallisia, toksisia ja tuotteet on otettava niistå talteen tislaamalla kuten nestekromatografisissa raseemiseoksen erotusmenetelmissåkin. Menetelmåsså joudutaan myos kåsittelemåån suuria mååriå hyvin laimeita orgaanisia liuoksia.

25

On kuitenkin myos tunnettua, ettå monet entsyymit voivat katalysoida reaktioita epåenantiospesifisesti myos ylikriittisesså hiilidioksidiympåristosså (esim. US Pat. 4 925 790 ja A. Marty et. al., Biotechnology Letters, Vol 12, No 1,1990,11 - 16). Ylikriittisellå hiilidioksidilla tarkoitetaan hiilidioksidia, jonka låmpotila on korkeampi 30 kuin hiilidioksidin kriittinen låmpotila eli korkeampi kuin 32 C ja jonka paine on suurempi kuin vastaava kriittinen paine, eli suurempi kuin 72 bar. Tåsså ylikriittisesså tilassa hiilidioksidia voidaan kåyttåå liuottimena helposti haihtuville tai hydrofobisille aineille. Ylikriittinen hiilidioksidi on myrkytbn, palamaton ja halpa

II

3 90995 liuotin. Kåyttåmållå ylikriittistå hiilidioksidia reaktiovåliaineena voidaan vålttåå suurten orgaanisten liuotinmåårien kåsittelystå koituvat tyosuojelu- ja pååstoongelmat sekå paloriski. Etuna on edelleen se, ettå hiilidioksidin kierråtys 5 uudelleenkåytettåvåksi kuluttaa vain pienen osan siitå energiamååråstå, joka tarvitaan orgaanisten liuottimien talteenottamiseksi tislaamalla.

Olemme yllåttåen havainneet, ettå erååt entsyymit voivat ylikriittisesså hiilidioksidissa katalysoida selektiivisesti kiraalisten yhdisteiden toisen 10 enantiomeerin reaktioita. Havainto tekee mahdolliseksi uuden, kiraalisten yhdisteiden puhtaiden optisten isomeerien valmistusmenetelmån.

Esillå olevan keksinnon tarkoituksena on aikaansaada uusi, aikaisemmin tunnettuja menetelmiå edullisempi menetelmå kiraalisten yhdisteiden optisten 15 isomeerien valmistamiseksi. Keksinnon tarkoituksena on aikaansaada menetelmå, jossa aikaisemmista menetelmistå poiketen kåytetåån ylikriittisesså tilassa olevaa hiilidioksidia våliaineena entsyymien katalysoimissa, enantioselektiivisisså reaktioissa.

20 Keksinnon mukaisen menetelmån etuihin kuuluu se, ettå yhtå palamatonta, myrkytGntå ja halpaa liuotinta, hiilidioksidia, kåytetåån låhtoaineiden liuotuksessa, våliaineena entsyymien katalysoimissa enantioselektiivisisså reaktioissa ja mahdollisesti vielå reaktioseoksen fraktioinnissa ja tuotteiden puhdistuksessa. Menetelmån etuihin kuuluu edelleen se, ettå hiilidioksidi muodostaa låhtoaineille 25 ja reaktiotuotteille hapettumiselta suojaavan atmosfåårin. Edelleen etuihin kuuluu ylikriittisen hiilidioksidin liuotuskyvyn såådettåvyys. Tållå tarkoitetaan sitå, ettå ylikriittisen hiilidioksidin kyky liuottaa hydrofobisia aineita riippuu jyrkåsti sen tiheydestå. Tåmå ominaisuus tekee mahdolliseksi saostaa reaktioseos hiilidioksidista yksinkertaisesti alentamalla hiilidioksidin painetta. Tållå tavoin 30 hiilidioksidi saadaan erotetuksi reaktioseoksesta ja se voidaan kierråttåå takaisin låhtoaineiden liuotukseen hyvin pienellå energiankulutuksella. Keksinnon mukaisen menetelmån etuihin kuuluu edelleen se, ettå ylikriittisellå hiilidioksidilla on nestemåisiin liuottimiin verrattuna erittåin hyvåt aineensiirto-ominaisuudet.

4 Tåmå hiilidioksidin ominaisuus nopeuttaa låhtoaineiden liukenemista ja ediståå aineensiirron rajoittamia reaktioita. Keksinnon mukaisen menetelmån etuihin kuuluu myos se, ettå tuotantoprosessi on kåytånnollisesti katsoen tåysin suljettu.

5 Liuotinpååstojå ei ole, jåtevesien syntyminen on erittåin våhåistå, prosessitila on hyvin suojassa vieraalta mikrobikontaminaatiolta ja prosessin osat ovat helposti tarvittaessa steriloitavissa. Hiilidioksidista ei myoskåån jåå tuotteisiin haitallisia liuotinjååmiå.

10 Keksinnon mukaisen menetelmån yksi edullinen sovellusmuoto on kiraalisen yhdisteen raseemisen seoksen resoluutio. Tåsså sovelluksessa raseemiseos ja ei-kiraalinen reagenssi saatetaan ylikriittisesså hiilidioksidissa kosketuksiin entsyymien kanssa siten, ettå pååasiassa vain toinen raseemiseoksen enantiomeeri reagoi. Syntynyt kiraalinen reaktiotuote on enantiomeerisesti I5puhdas ja eroaa raseemisesta låhtoaineesta fysikaalis-kemiallisesti niin paljon, ettå se on erotettavissa reaktioseoksesta tavanomaisin menetelmin, kuten esimerkiksi uuttamalla, kiteyttåmållå tai haihduttamalla. Saadusta enantiomeerisesti puhtaasta reaktiotuotteesta voidaan tarvittaessa edelleen valmistaa muita optisesti puhtaita isomeereja tavanomaisin kemiallisin 20 menetelmin. Menetelmån etuhin, verrattuna esimerkiksi kiraalisilla reagensseilla tehtåvåån resoluutioon, kuuluu se, ettå keksinnon mukaisessa menetelmåsså voidaan kalliiden kiraalisten reagenssien sijasta kåyttåå halpoja, yksinkertaisia aineita kuten esimerkiksi karboksyylihappoja tai alkoholeja.

25 Seuraavat esimerkit havainnollistavat menetelmån eråitå sovellusmuotoja.

Esimerkki 1 4.9 g ioninvaihtohartsiin immobilisoitua Mucor m/e/ie/'-hiivan tuottamaa lipaasia 30 (EC 3.1.1.3) punnittiin 250 ml:n tilavuiseen paineastiaan, joka suljettiin ja huuhdeltiin ilmattomaksi normaalipaineisella hiilidioksidilla. Pain east i a låmmitettiin 50°C:een ja siihen pumpattiin hiilidioksidia siten, ettå paine astian sisållå kohosi 150 bar:iin. Hiilidioksidin mukana astiaan syotettiin 0.3 ml vettå, 45 mmol I: 5 90995 raseemista ibuprofeenia ja 105 mmol propanolia, butanolia tai amyylialkoholia. Paineastian sisåltoå sekoitettiin astian sisåån sijoitetulla magneettisauvalla jota pyoritettiin astian pohjan låpi johdetulla magneettikentållå.

5

Paineastian sisållostå otettiin reaktion kuluessa pieniå nåytteitå, jotka analysoitiin kaasukromatografisesti ja nestekromatografisesti kiraalisia kolonneja kåyttåen.

Kokeen jålkeen paineastian sisålto johdettiin paineenalennusventtiilin kautta 10 atmosfåårisesså paineessa olevaan astiaan. Paineenalennuksessa reaktioseoksen komponentit saostuivat hiilidioksidista. Ne pisaroituivat ja laskeutuivat keruuastian pohjalle. Reaktioseoksen liuottimena ollut ylikriittinen hiilidioksidi kaasuuntui ja poistui keruuastian ylåosasta.

15 Analyysitulosten mukaan ibuprofeenin S-enantiomeerin esteroitymisnopeus nåiden alkoholien kanssa oli noin yhdeksånkertainen verrattuna ibuprofeenin R-enantiomeerin esteråitymisnopeuteen.

Reaktio S-ibuprofeenin esterin 20 enantiomeerinen _puhtaus_ S,R-lbuprofeeni + amyylialkoholi 85 % S,R-lbuprofeeni + butyylialkoholi 85 % S,R-lbuprofeeni + propyylialkoholi 85 % S,R-lbuprofeeni + etyylialkoholi 85 %

Taulukko 1. Raseemisen ibuprofeenin ja alkoholien vålisesså lipaasin katalysoimassa reaktiossa syntyneen S-ibuprofeenin propyyliesterin enantiomeerinen puhtaus kun 25 % raseemisesta ibuprofeenista on reagoinut.

30

Esimerkki 2 6

Esimerkisså 1 kuvatussa koejårjestelysså vaihdeltiin hiilidioksidin mukana 5 reaktoriin syotettåvån veden mååråå reaktion nopeuden ja enantioselektiivisyyden kannalta optimaalisen kosteuden loytamiseksi. Reaktiolåhtoaineina kaytettiin raseemista ibuprofeenia ja propanolia. Tulokset olivat taulukossa 2 esitetyn mukaisia.

Tulosten mukaan edullinen vesipitoisuus reaktionopeuden kannalta on 0.35 - 1.3 10 ml vettå / I hiilidioksidia. Syntyvån esterin enantiomeeriseen puhtauteen vesipitoisuudella ei ollut vaikutusta.

15 S-ibuprofeenin esterin

Hiilidioksidin Reaktionopeus enantiomeerinen vesipitoisuus puhtaus mmol / ml /1 (kg lipaasia * h) % 0__6J__85.4 20 0.3__6JJ__84.5 0.35__6JJ__84.1 0.55__8J5__84.4 0.85__8Λ__84.4 1.3__416__83.6 25 1.75 3.5 85.3

Taulukko 2. Ylikriittisen hiilidioksidin vesipitoisuuden vaikutus raseemisen ibuprofeenin konversionopeuteen ja syntyvån kiraalisen esterin enantiomeeriseen puhtauteen lipaasin katalysoimassa ibuprofeenin ja propanolin 3Q esteråitymisreaktiossa.

I;

Esimerkki 3.

7 90995

Esimerkisså 1 kuvatussa koejårjestelysså vaihdeltiin raseemisen ibuprofeenin 5 kanssa reagoivan ei-kiraalisen propanolin pitoisuutta tarkoituksella selvittåå propanoliylimåårån vaikutus ibuprofeenin reaktionopeuteen ja syntyvån esterin enantiomeeriseen puhtauteen. Raseemisen ibuprofeenin pitoisuus tåsså koesarjassa oli 12 mmol/litra. Tulokset on esitetty taulukossa 3.

10 Tåsså koesarjassa reaktionopeuden kannalta edulliseksi propanoliylimååråksi osoittautui 3-16 mol propanolia / mol ibuprofeenia. Syntyvån S-ibuprofeenin propyyliesterin enantiomeeriseen puhtauteen propanoliylimåårållå ei ollut ratkaisevaa vaikutusta.

15

Propanolipitoisuus Reaktionopeus S-ibuprofeenin propyyliesterin enantiomeerinen puhtaus 20 mmol /1 mmol / _(kg entsyymiå * h)__%_ 30 5.6 82.9 40 9.8 83.5 60 9.6 83.5 80 10.8 84 25 110 10.4 82.6 210__9^2__80.1

Taulukko 3. Propanolipitoisuuden vaikutus raseemisen ibuprofeenin konversio-nopeuteen ja syntyvån kiraalisen S-ibuprofeeniesterin enantiomeeriseen 30 puhtauteen lipaasin katalysoimassa esteroitymisreaktiossa.

Esimerkki 4.

8

Esimerkisså 1 kuvatussa koejårjestelysså vaihdeltiin reaktiolåmpotilaa ja painetta. 5 Niiden vaikutus raseemisen ibuprofeenin ja propanolin vålisen reaktion nopeuteen ja syntyvån kiraalisen S-ibuprofeenin propyyliesterin enantiomeeriseen puhtauteen on esitetty taulukossa 4.

Låmpotila Paine Reaktionopeus S-ibuprofeenin propyyliesterin 0 enantiomeerinen ___puhtaus_ C__bar__mmol / (kg * h) % 50 250 7.9 83 50 150 11.7 83.5 50 110 22.1 82.6 15 36 150 7.3 83.8 42 150 10.7 82.3 62 150 9.2 83.7

Taulukko 4. Låmpotilan ja paineen vaikutus raseemisen ibuprofeenin ja 20 propanolin esteroitymisnopeuteen lipaasin katalysoimassa reaktiossa.

Esimerkki 5.

25 Esimerkisså 1 kuvatussa koejårjestelysså kåytettiin kiraalisena, raseemisena låhtoaineena 45 mmol 2-oktanolia ja ei-kiraalisena reagenssina 105 mmol heksaanihappoa. Syntyvån esterin tuottonopeus kokeessa oli 12.5 mmol esteriå kg lipaasia ja tuntia kohti. Syntyneen R-2-oktanolin enantiomeerinen puhtaus oli 84 % kun 50 % raseemisesta 2-oktanolista oli reagoinut.

II

30

Esimerkki 6.

9 90995

Esimerkisså 1 kuvatussa koejårjestelysså kåytettiin kiraalisena, raseemisena 5 låhtoaineena 45 mmol ibuprofeenin propyyliesteriå ja ei-kiraalisena reagenssina 105 mmol amyylialkoholia. Alkoholyysireaktion nopeudeksi mitattiin 17.5 mmol ibuprofeenin amyyliesteriå / (kg lipaasia * h). Syntyneen S-ibuprofeenin amyyliesterin enantiomeerinen puhtaus oli 60 % kun 25 % raseemisesta låhtoaineesta oli reagoinut 10 15 20 25 30

Claims (3)

1: Menetelmå kiraalisten yhdisteiden valmistamiseksi optisina isomeereina t u η n e t t u siitå, ettå a) karboksyylihappojen tai estereiden ryhmiin kuuluvaa yhdistettå ja sen kanssa reagoivaa alkoholia, jolloin toinen reagoivista yhdisteistå on kiraalinen ja toinen ei-kiraalinen, liuotetaan ylikriittisessa tilassa oievaan hiilidioksidiin, b) saatu kiraalisen ja ei-kiraalisen yhdisteen liuos ylikriittisessa tilassa olevassa hiilidioksidissa saatetaan kosketukseen lipaasiryhmåån (EC 3.1.1.3) kuuluvan, Mucor miehei- hiivan tuottaman entsyymin kanssa lampotilassa 35 - 70 C ja paineessa 80 - 250 bar, jolloin ylikriittisessa tilassa olevassa hiilidioksidissa on 0.4 - 1.5 ml vettå hiilidioksidilitraa kohti siten, ettå pååosin vain yksi kiraalisen yhdisteen stereoisomeerinen muoto reagoi ei-kiraalisen yhdisteen kanssa.

2: Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå t u η n e t t u siitå, ettå ylikriittisessa tilassa oievaan hiilidioksidiin liuotettava kiraalinen yhdiste muodostaa raseemisen seoksen.

3: Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå t u η n e t t u siitå, ettå ylikriittisesså tilassa oievaan hiilidioksidiin liuotettava kiraalinen yhdiste on raseeminen ibuprofeeni. 90995