JP2023523961A - キラルピペラジン-2-カルボン酸の調製のための方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、式(I)TIFF2023523961000036.tif2643のキラルピペラジン-2-カルボン酸またはその塩の調製のための新規な方法に関する。式(I)のキラルピペラジン-2-カルボン酸誘導体は、B型肝炎ウイルス感染症の処置および予防に有用な縮合ヘテロアリールジヒドロピリミジンの調製のための重要な中間体である。
Description
式Iのキラルピペラジン-2-カルボン酸誘導体は、B型肝炎ウイルス感染症の処置および予防に有用な縮合ヘテロアリールジヒドロピリミジンの調製のための重要な中間体である(PCT公報国際公開第2015/132276号)。
キラルピペラジン-2-カルボン酸の調製のための方法は、Eichhorn et al.Tetrahedron Asymmetry,Vol.8,No.15,pp.2533-2536,1997に記載されている。ラセミピペラジン-2-カルボキサミドは、クレブシエラ・テルリゲナ(Klebsiella terrigena)およびバークホルデリア(Burkholderia)種由来の細菌細胞で速度論的に分離されている。しかしながら、技術的規模の合成のためには、単離され、特徴付けられた酵素を使用して、より高い酵素濃度および基質濃度でプロセスを行うことが望ましいであろう。したがって、本発明の目的は、技術的規模で実行することができるプロセスを作成することであった。
以下の定義は、本明細書において本発明を説明するために使用される種々の用語の意味および範囲を例示し、定義するために記載されている。
「アミノ保護基」という用語は、アミノ基の反応性を妨げるために従来使用されている酸またはルイス酸感受性置換基を指す。適切な酸またはルイス酸感受性アミノ保護基は、Green T.,「Protective Groups in Organic Synthesis」,4th Ed.by Wiley Interscience,2007,Chapter 7,696 ff.に記載されている。したがって、PGに適したアミノ保護基は、Boc(tert-ブトキシカルボニル)、ベンジル、4-メトキシベンジル、ベンズヒドリル、Fmoc(フルオレニルメトキシカルボニル)、Cbz(ベンジルオキシカルボニル)、Moz(p-メトキシベンジルカルボニル)、Troc(2,2,2-トリクロロエトキシカルボニル)、Teoc(2-(トリメチルシリル)エトキシカルボニル)、Adoc(アダマントキシカルボニル)、ホルミル、アセチルまたはシクロブトキシカルボニルから選択することができる。好ましいアミノ保護基はBocである。
化学構造中にキラル炭素が存在する場合はいつでも、そのキラル炭素に関連する全ての立体異性体が、純粋な立体異性体およびそれらの混合物として構造中に包含されることが意図される。
ピラジン-2-カルボキサミドは、広く市販されている化合物である。
接触水素化は、典型的には、金属水素化触媒および溶媒の存在下で水素を用いて行われる。
金属水素化触媒中の適切な金属は、パラジウムまたは白金、好ましくはパラジウムである。
金属は、原則として、炭素または酸化アルミニウムから選択される不活性支持体、好ましくは炭素上に適用される。支持体上の通常の金属負荷(w/w)は、0.5%~20%、好ましくは3%~15%、より好ましくは8~12%である。最も好ましい金属水素化触媒は、10%の炭素上パラジウム(10%Pd/C)である。
金属水素化触媒は、通常、ピラジン-2-カルボキサミド出発物質に対して3%~20w/w%、典型的には10w/w%の量で使用される。
溶媒は、メタノールもしくはエタノール等の脂肪族アルコールから選択される有機溶媒または水またはそれららの混合物であり得る。好ましい溶媒は水である。
前記接触水素化は、20℃~溶媒の沸点、好ましくは30℃~60℃、より好ましくは35℃~45℃の反応温度にて、5bar~50bar、好ましくは15bar~25barの水素圧で行われる。
最も好ましい実施形態では、接触水素化は、水中10% Pd/C 10w/w%触媒を用いて、40℃の反応温度および20barの水素圧で実施される。
得られたピペラジン-2-カルボキサミドは、反応混合物からの触媒の分離およびその後の濾液からの溶媒の除去等の、当業者に公知の手順によって単離することができる。
しかし、好ましい実施形態では、ピペラジン-2-カルボキサミドは単離されず、反応混合物から触媒を分離した後、工程b)でさらに処理される。
さらに好ましい実施形態では、触媒は、反応混合物から分離した後、性能を著しく低下させることなく、数回、典型的には少なくとも5回再使用することができる。適用可能であれば、触媒性能の低下は、新鮮な触媒を添加することによって補償することができる。
工程b)
工程b)は、式IIIのピペラジン-2-カルボキサミドをヒドロラーゼで酵素変換して、式Iのキラルピペラジン-2-カルボン酸を形成することを必要とする。
工程b)は、式IIIのピペラジン-2-カルボキサミドをヒドロラーゼで酵素変換して、式Iのキラルピペラジン-2-カルボン酸を形成することを必要とする。
酵素変換に適したヒドロラーゼは、典型的にはペプチダーゼ、アミダーゼまたはそれらの混合物である。
好ましい実施形態において、式Ia
の(S)-ピペラジン-2-カルボン酸を、少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、より好ましくは少なくとも98%の鏡像体過剰率で形成する能力を有するヒドロラーゼが選択される。
式Iaの(S)-ピペラジン-2-カルボン酸を形成することができる好ましいヒドロラーゼの代表は、配列番号1のアミノ酸配列に少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%または少なくとも95%の同一であるアミノ酸配列を有する。
配列番号1
MRSLLWASLL SGVLAGRALV SPDEFPEDIQ LEDLLEGSQQ LEDFAYAYPE RNRVFGGKAH 60
DDTVNYLYEE LKKTGYYDVY KQPQVHLWSN ADQTLKVGDE EIEAKTMTYS PSVEVTADVA 120
VVKNLGCSEA DYPSDVEGKV ALIKRGECPF GDKSVLAAKA KAAASIVYNN VAGSMAGTLG 180
AAQSDKGPYS AIVGISLEDG QKLIKLAEAG SVSVDLWVDS KQENRTTYNV VAQTKGGDPN 240
NVVALGGHTD SVEAGPGIND DGSGIISNLV IAKALTQYSV KNAVRFLFWT AEEFGLLGSN 300
YYVSHLNATE LNKIRLYLNF DMIASPNYAL MIYDGDGSAF NQSGPAGSAQ IEKLFEDYYD 360
SIDLPHIPTQ FDGRSDYEAF ILNGIPSGGL FTGAEGIMSE ENASRWGGQA GVAYDANYHA 420
AGDNMTNLNH EAFLINSKAT AFAVATYAND LSSIPKRNTT SSLHRRARTM RPFGKRAPKT 480
HAHVSGSGCW HSQVEA 496
MRSLLWASLL SGVLAGRALV SPDEFPEDIQ LEDLLEGSQQ LEDFAYAYPE RNRVFGGKAH 60
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アスペルギルスオリゼ(Aspergillus oryzae)由来のペプチダーゼ調製物であるNovozymes製のフラボウルザイム(登録商標)1000L、Amano Enzyme Inc製のAcylase Amano、およびFluka製のペニシリウム(Penicillium)属由来のAcylase等、いくつかの酵素または酵素混合物が市販されている。
好ましい実施形態では、Novozymes製の酵素混合物フラボウルザイム(登録商標)1000L、または上で定義した配列番号1の加水分解酵素を含有する酵素調製物を使用することができる。
別の好ましい実施形態では、配列番号1のヒドロラーゼは、例えばピキア・パストリス(Pichia pastoris)等の適切な宿主で酵素を発現させ、発酵培地に分泌することによって得ることができる。
配列番号1のヒドロラーゼは、好ましくはロイシンアミドペプチダーゼ2(LAP2)である。
(R)-エナンチオマーを形成する市販の酵素は、例えば、Advanced Enzyme TechnologiesのADDZYMEバチルス・サブティリス(Bacillus subtilis)プロテアーゼであり得る。
前記酵素変換は、10℃~50℃、好ましくは20℃~30°Cの反応温度で、前記水素化工程で使用される前記溶媒中、好ましくは水中で行われる。
基質負荷は、原則として30w/v%未満、好ましくは1w/v%~25w/v%に保たれる。
典型的には、アミノ酸が7.3~8.3の間の反応pHを緩衝しているため、反応は余分な緩衝剤を必要としない。
配列番号1のヒドロラーゼのようないくつかの酵素は、適切な塩の形態で添加される亜鉛等の金属補因子の添加を必要とし得る。
酵素変換が完了すると、当業者に公知の手順にしたがって、式Iのピペラジン-2-カルボン酸を単離することができる。
しかしながら、好ましい実施形態において、式Iのキラルピペラジン-2-カルボン酸との反応混合物は、反応混合物の温度が10℃~30℃、好ましくは15℃~25℃の範囲に維持されるように、10%~37%のHCl濃度を有する塩酸水溶液を反応混合物に添加することによって、その塩酸塩に変換される。
塩酸を添加する前に、30mbar~120mbarの減圧下、30℃~50℃の温度で反応混合物を濃縮することがさらに好ましい。
これらの条件下で、式Iのキラルピペラジン-2-カルボン酸、好ましくは式Iaのピペラジン-2-カルボン酸は、通常、塩酸塩として沈殿し、フィルタにかけ、フィルタケーキを塩酸水溶液で洗浄し、乾燥した後、結晶形態で得ることができる。
適切なアミノ保護基は上に定義されるとおりであり、最も好ましいアミノ保護基PGはBoc(tert-ブトキシカルボニル)である。
Boc基の導入には、ジ-tert-ブチルジカーボネート(Boc2O)または2-(tert-ブトキシカルボニルオキシイミノ)-2-フェニルアセトニトリル(Boc ON)等の典型的なBoc化剤を使用することができるが、好ましくはBoc2Oを使用することができる。
前記反応は、通常、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムまたは炭酸カルシウム等のアルカリ炭酸塩、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ炭酸水素塩、水酸化ナトリウム等のアルカリ水酸化物またはトリエチルアミン等の第3級アミンから選択される塩基の存在下で行われる。好ましくは、炭酸アルカリ、より好ましくは炭酸カリウムが使用される。適切な溶媒は、水、メタノール、エタノール、アセトン、アセトニトリル、ジオキサンまたはそれらの混合物である。好ましい実施形態において、水とアセトンとの混合物が使用される。
反応は、-15℃~30℃、特に15℃~30℃の温度で行われる。
本発明のさらなる実施形態において、本発明の方法は、式X
(式中、
R1は、ハロゲンまたはC1-6-アルキルであり、
R2は、水素またはハロゲンであり;
R3は、水素またはハロゲンであり;
R4は、C1-6-アルキルであり;
R5は、水素またはカルボキシであり;
R6は、水素であり;
R7は、C1-6-アルキル、C3-7-シクロアルキル、-CmH2m-COOH、-CmH2m-C3-7-シクロアルキル-COOHまたはカルボキシフェニルであり;
mは、1~6である)
の化合物またはその薬学的に許容され得る塩もしくはエナンチオマーもしくはジアステレオマーの調製のための方法に適用し得る。式Xの化合物は、mおよびR1~R7の意味および定義ならびにそれらのプロセスと共に、PCT公開国際公開第2015/132276号に開示されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。式Xは、国際公開第2015/132276号(第22頁)の式IAAに対応する。
R1は、ハロゲンまたはC1-6-アルキルであり、
R2は、水素またはハロゲンであり;
R3は、水素またはハロゲンであり;
R4は、C1-6-アルキルであり;
R5は、水素またはカルボキシであり;
R6は、水素であり;
R7は、C1-6-アルキル、C3-7-シクロアルキル、-CmH2m-COOH、-CmH2m-C3-7-シクロアルキル-COOHまたはカルボキシフェニルであり;
mは、1~6である)
の化合物またはその薬学的に許容され得る塩もしくはエナンチオマーもしくはジアステレオマーの調製のための方法に適用し得る。式Xの化合物は、mおよびR1~R7の意味および定義ならびにそれらのプロセスと共に、PCT公開国際公開第2015/132276号に開示されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。式Xは、国際公開第2015/132276号(第22頁)の式IAAに対応する。
式Xの化合物の調製は、
d)式IV
(式中、PGはアミノ保護基である)
のキラルピペラジン-2-カルボン酸またはその塩の変換工程であって、アミンR7-NH2(式中、R7は上記のとおりである)を用いて、カップリング剤および塩基の存在下で、式V
(式中、PGおよびR7は上記のとおりである)
の混合尿素またはその塩を形成する、式IVのキラルピペラジン-2-カルボン酸またはその塩の変換工程;
e)式Vの混合尿素を環化して式VI
(式中、PGおよびR7は上記のとおりである)
のヒダントインを形成する工程;
f)式VIのヒダントインを還元して式VII
(式中、PGおよびR7は上記のとおりである)
の環状尿素を形成する工程;および
g)脱保護および式IXの化合物の形成の工程
をさらに含む。
d)式IV
のキラルピペラジン-2-カルボン酸またはその塩の変換工程であって、アミンR7-NH2(式中、R7は上記のとおりである)を用いて、カップリング剤および塩基の存在下で、式V
の混合尿素またはその塩を形成する、式IVのキラルピペラジン-2-カルボン酸またはその塩の変換工程;
e)式Vの混合尿素を環化して式VI
のヒダントインを形成する工程;
f)式VIのヒダントインを還元して式VII
の環状尿素を形成する工程;および
g)脱保護および式IXの化合物の形成の工程
をさらに含む。
好ましい実施形態において、中間体IXは、式IXaのものであってもよい。
式IVbのキラルピペラジン-2-カルボン酸誘導体の塩は、当技術分野の当業者に公知の方法によって調製することができる。
ナトリウム塩は、例えば、M.Laars et al,Tetrahedron:Asymmetry 21(2010)562-565の4.3.6の例と同様に、式IVのキラルピペラジン-2-カルボン酸誘導体をメタノール水酸化ナトリウム水溶液と反応させることによって調製することができる。
スキーム1は、中間体IXの形成をさらに示す。
混合尿素(V)は、アミンR7’-NH2塩から、カルボニルジイミダゾール(CDI)等のカップリング剤およびトリエチルアミン等の適切な塩基の存在下で、キラルピペラジン-2-カルボン酸またはその塩(IVb)とカップリングさせることによって調製することができる。適切なキラルピペラジン-2-カルボン酸塩(IVb)は、ナトリウム塩もしくはカリウム塩のようなアルカリ金属塩またはトリエチルアンモニウム塩のようなアンモニウム塩である。混合尿素(V)を塩化オキサリルで適切に環化すると、ヒダントイン(VI)が得られる。BF3・THFの存在下でのBH3・THFまたはNaBH4から選択される還元剤によるその後の還元により、環状尿素(VII)を得ることができる。R7’がエステル基である場合、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液による鹸化により、対応する酸(VIII)が得られる。化合物(VII)または(VIII)のBoc脱保護は、MIBK中の濃HClを用いて達成して、化合物(IX)を形成することができる。絶対配置を有する化合物(IXa)または(IXb)は、対応するキラル出発物質化合物(IVb)を用いたスキーム1の合成にしたがって得ることができる。
略語:
a%=面積%
AOX I=アルコールオキシダーゼI
BMMY=緩衝メタノール複合培地(酵母抽出物あり)
df=膜厚
GC=ガスクロマトグラフィー
ID=内径
L=長さ
MeOH=メタノール
MIBK=メチルイソブチルケトン
OD=光学濃度
RCF=相対遠心力
RRT=相対保持時間
XRF=蛍光X線
YPD=酵母抽出ペプトンデキストロース
a%=面積%
AOX I=アルコールオキシダーゼI
BMMY=緩衝メタノール複合培地(酵母抽出物あり)
df=膜厚
GC=ガスクロマトグラフィー
ID=内径
L=長さ
MeOH=メタノール
MIBK=メチルイソブチルケトン
OD=光学濃度
RCF=相対遠心力
RRT=相対保持時間
XRF=蛍光X線
YPD=酵母抽出ペプトンデキストロース
実施例1
(S)-ピペラジン-2-カルボン酸
a)rac-ピペラジン-2-カルボキサミドの調製
ピラジン-2-カルボキサミド(100g、812mmol)を圧力容器中の300mLの水に懸濁し、次いでアルゴンで不活性化した。10% Pd/C(無水、10.0g)をさらに30mLの水と共に反応混合物に添加して、反応器の壁をすすいだ。反応器を密封し、雰囲気を水素に交換し、反応混合物を40℃に加熱した。雰囲気を20bar H2に調整し、混合物を40℃で18時間撹拌しながら、容器内で20barの一定の水素圧を維持し、ガス消費を経時的に記録した。反応器を室温に冷却し、雰囲気をアルゴンに交換し、反応の進行をGC分析(変換は99a%超、97a%表題化合物)によって確認した。混合物をさらに170mLの水を用いてフィルタにかけて水溶液を得、次いで、その温度を25℃未満に保ちながら、濃(37%)HCl水溶液(55mL、655mmol)をゆっくり添加することによってそのpHを7.8に調整した。生成物を単離せずに、得られた溶液をそのまま次の工程に供した。
(S)-ピペラジン-2-カルボン酸
a)rac-ピペラジン-2-カルボキサミドの調製
ピラジン-2-カルボキサミド(100g、812mmol)を圧力容器中の300mLの水に懸濁し、次いでアルゴンで不活性化した。10% Pd/C(無水、10.0g)をさらに30mLの水と共に反応混合物に添加して、反応器の壁をすすいだ。反応器を密封し、雰囲気を水素に交換し、反応混合物を40℃に加熱した。雰囲気を20bar H2に調整し、混合物を40℃で18時間撹拌しながら、容器内で20barの一定の水素圧を維持し、ガス消費を経時的に記録した。反応器を室温に冷却し、雰囲気をアルゴンに交換し、反応の進行をGC分析(変換は99a%超、97a%表題化合物)によって確認した。混合物をさらに170mLの水を用いてフィルタにかけて水溶液を得、次いで、その温度を25℃未満に保ちながら、濃(37%)HCl水溶液(55mL、655mmol)をゆっくり添加することによってそのpHを7.8に調整した。生成物を単離せずに、得られた溶液をそのまま次の工程に供した。
GC方法の説明:固定相Agilent HP-5(L=30m、ID=0.32mm、df=0.25μm、最大温度350℃);温度プログラム:100℃から開始し、10℃/分の加熱速度で350℃まで、350℃で2分間保持し、次いで40℃/分で100℃まで冷却し、100℃で0.75分間保持;実行時間34.0分;入口モード:定圧;入口初期圧力:5.0psi;入口初期流量100℃(開始オーブン温度)で0.727mL/分;100℃での初期速度16.05cm/秒(開始オーブン温度);スプリット比、スプリットフロー1:30、41.38mL/分;注入量1.0μL;入口温度280℃;検出器温度320℃;検出器H2流量(燃料流量)40mL/分;検出器空気流量(酸化剤流用)400mL/分;検出器N2流量(定数構成)30mL/分;保持時間:ピラジン-2-カルボキサミド=4.56分(RRT約=0.71)、rac-ピペラジン-2-カルボキサミド=6.46分(RRT=1.0)。
b)rac-ピペラジン-2-カルボキサミドの調製(触媒再使用)
ピラジン-2-カルボキサミド(10g、81.2mmol)を、2μmフリットを有する深管を備えた圧力容器中で水50mLに懸濁した。次いで、容器をアルゴンで不活性化した。10% Pd/C(無水、1.0g)を反応混合物に添加し、反応器を密封し、雰囲気を水素に交換し、反応混合物を40℃に加熱した。雰囲気を20bar H2に調整し、混合物を40℃で18時間撹拌しながら、容器内で20barの一定の水素圧を維持し、ガス消費を経時的に記録した。反応器を室温に冷却し、雰囲気をアルゴンに交換し、反応混合物をArの過圧を使用して深層管を通して反応器から濾過した。得られた溶液をGCおよびXRF分光法によって分析して、微量のPdの存在を決定した。容器を減圧し、10gのピラジン-2-カルボキサミドおよび水(50mL)を再び満たし、フィルタにかけた触媒を再使用して水素化を繰り返した。この手順を5回繰り返し、常に98a%超の変換および92a%超の収率(GC分析によって判断)を達成し、溶液中のPdのレベルは常に2ppm超(XRF分光分析によって判断)であった。
ピラジン-2-カルボキサミド(10g、81.2mmol)を、2μmフリットを有する深管を備えた圧力容器中で水50mLに懸濁した。次いで、容器をアルゴンで不活性化した。10% Pd/C(無水、1.0g)を反応混合物に添加し、反応器を密封し、雰囲気を水素に交換し、反応混合物を40℃に加熱した。雰囲気を20bar H2に調整し、混合物を40℃で18時間撹拌しながら、容器内で20barの一定の水素圧を維持し、ガス消費を経時的に記録した。反応器を室温に冷却し、雰囲気をアルゴンに交換し、反応混合物をArの過圧を使用して深層管を通して反応器から濾過した。得られた溶液をGCおよびXRF分光法によって分析して、微量のPdの存在を決定した。容器を減圧し、10gのピラジン-2-カルボキサミドおよび水(50mL)を再び満たし、フィルタにかけた触媒を再使用して水素化を繰り返した。この手順を5回繰り返し、常に98a%超の変換および92a%超の収率(GC分析によって判断)を達成し、溶液中のPdのレベルは常に2ppm超(XRF分光分析によって判断)であった。
c)(S)-ピペラジン-2-カルボン酸二塩酸塩の調製
実施例1aのrac-ピペラジン-2-カルボキサミド溶液(105g;812mmolを約555mLの水にpH7.8で溶解)のpH調整溶液に、酵素触媒(フラボウルザイム(登録商標)1000L(Novozyme)、50mL)を添加し、反応物を室温で22時間撹拌した。反応をHPLCでモニターし、20時間後に47a%の酸形成を示した。
実施例1aのrac-ピペラジン-2-カルボキサミド溶液(105g;812mmolを約555mLの水にpH7.8で溶解)のpH調整溶液に、酵素触媒(フラボウルザイム(登録商標)1000L(Novozyme)、50mL)を添加し、反応物を室温で22時間撹拌した。反応をHPLCでモニターし、20時間後に47a%の酸形成を示した。
得られた反応混合物を減圧下(30~120mbar、45℃)で約400mLに濃縮し、続いて濃(37%)HCl水溶液を反応混合物(190mL、2.28mol)に45分間にわたって添加し、(S)-ピペラジン-2-カルボン酸二塩酸塩を沈殿させ、完全な生成物沈殿を確実にするために4時間攪拌した。
得られた結晶を濾別し、HCl(3N、120mL、360mmol)で洗浄し、減圧下(5mbar、45℃、24時間)で乾燥させ、純度87a%および99%超eeの所望の生成物が収率38%(62g)で得られた。
LCキラル法の説明(ee-決定用)-固定相:Astec Chirobiotic T(L=25cm、ID=4.6mm、粒径=5μm)。
溶離液:A)リン酸カリウム50mM pH7.0 B)メタノール;ポンププログラム:アイソクラティック90A:10B、実行時間13分、流量:1.0mL/分;カラムオーブン温度:10℃;注入量:2μL;検出:DAD198nm。
保持時間:(S)-ピペラジン-2-カルボン酸=4.42分、(R)-ピペラジン-2-カルボン酸=4.82分、rac-ピペラジン-2-カルボキサミド=10.43分。
c)(S)-ピペラジン-2-カルボン酸二塩酸塩のNMRデータ
1H NMR(600 MHz,D2O)δ ppm:4.17(dd,J=11.3,3.9 Hz,1 H),3.91(dd,J=14.1,3.8 Hz,1 H),3.73(dt,J=14.0,3.3 Hz,1 H),3.69-3.63(m,1 H),3.48-3.41(m,2 H),3.39-3.33(m,1 H).
c)(S)-ピペラジン-2-カルボン酸二塩酸塩のNMRデータ
1H NMR(600 MHz,D2O)δ ppm:4.17(dd,J=11.3,3.9 Hz,1 H),3.91(dd,J=14.1,3.8 Hz,1 H),3.73(dt,J=14.0,3.3 Hz,1 H),3.69-3.63(m,1 H),3.48-3.41(m,2 H),3.39-3.33(m,1 H).
d)配列番号1の分取を使用した(S)-ピペラジン-2-カルボン酸の調製。
d1)配列番号1の酵素調製:
酵素DNA配列をピキア・パストリス発現/組込みプラスミドに組み込み、線状化後、相同組換えによって配列をAOX I遺伝子座にMut+野生型ピキア・パストリス株のゲノムに安定に組み込んだ。ゼオシン抗生物質耐性マーカーを使用して、発現カセットが組み込まれた組換え株を選択した。標的タンパク質発現は、内因性誘導性AOX Iプロモーターの制御下にあり、発現されたタンパク質は、S.セレビシエ(S.cerevisiae)α接合因子分泌シグナルペプチドとの切断可能なN末端融合を介して培養上清に分泌された。
d1)配列番号1の酵素調製:
酵素DNA配列をピキア・パストリス発現/組込みプラスミドに組み込み、線状化後、相同組換えによって配列をAOX I遺伝子座にMut+野生型ピキア・パストリス株のゲノムに安定に組み込んだ。ゼオシン抗生物質耐性マーカーを使用して、発現カセットが組み込まれた組換え株を選択した。標的タンパク質発現は、内因性誘導性AOX Iプロモーターの制御下にあり、発現されたタンパク質は、S.セレビシエ(S.cerevisiae)α接合因子分泌シグナルペプチドとの切断可能なN末端融合を介して培養上清に分泌された。
組換え株の単一コロニーの一晩培養物を、抗生物質選択なしのYPD培地(Sigma Aldrich Y1375、既製の媒体粉末)で増殖させた。
酵素を産生するために、BMMY培地(110mL)中の発現培養物に、対応するYPD一晩培養物を500mL振盪フラスコを使用して最終OD600が1になるまで接種した。培養物中の標的タンパク質発現を、1% MeOH(v/v)の添加によるAOXプロモーターの活性化によって誘導した。追加の1.5%(v/v)メタノールを発現の3日間の過程にわたって24時間に2回(3日間で合計6×1.5mLの100% MeOH)添加し、培養物を28℃、180rpmで振盪した。
3日後、発現培養上清を遠心分離(RCF 12000xg、15分)によって清澄化し、-80℃で凍結し、その後、さらなる処理工程を行わずに凍結乾燥した(-80℃/100μbar)。
得られた凍結乾燥粉末を、さらなる精製工程を行わずに使用した。
d2)(S)-ピペラジン-2-カルボン酸の調製
rac-ピペラジン-2-カルボキサミド(2g、15mmol)を2N HCl(6mL、12mmol)に溶解し、水を添加して(2mL)、pH7.8のrac-2-ピペラジンカルボキサミドの20%(w/v)溶液を得た。
rac-ピペラジン-2-カルボキサミド(2g、15mmol)を2N HCl(6mL、12mmol)に溶解し、水を添加して(2mL)、pH7.8のrac-2-ピペラジンカルボキサミドの20%(w/v)溶液を得た。
この溶液(1mL)のアリコートに、配列番号1を含有する酵素調製物(100mg、凍結乾燥粉末)およびZnCl2溶液(1M、20μL)を添加した。
反応物を、Eppendorf ThermoMixer C中で振盪しながら室温で2日間インキュベートした。
反応混合物は、22a%および98%超eeの所望の生成物(S)-ピペラジン-2-カルボン酸を形成した。
実施例2
(S)-ピペラジンカルボン酸二塩酸塩
a)(S)-ピペラジンカルボン酸二塩酸塩(フラボウルザイム)の調製
実施例1aのrac-2-ピペラジンカルボキサミド溶液(105g;812mmolを約555mLの水にpH7.8で溶解)のpH調整溶液に、酵素触媒(100g、フラボウルザイム(登録商標)1000L(Novozymes))を添加し、反応物を室温で21時間撹拌した。反応をHPLCでモニターし、52%の酸形成を示した。
(S)-ピペラジンカルボン酸二塩酸塩
a)(S)-ピペラジンカルボン酸二塩酸塩(フラボウルザイム)の調製
実施例1aのrac-2-ピペラジンカルボキサミド溶液(105g;812mmolを約555mLの水にpH7.8で溶解)のpH調整溶液に、酵素触媒(100g、フラボウルザイム(登録商標)1000L(Novozymes))を添加し、反応物を室温で21時間撹拌した。反応をHPLCでモニターし、52%の酸形成を示した。
得られた反応混合物を減圧下(30~120mbar、45℃)で約530gに濃縮し、続いて20~23℃に冷却(氷冷)した後、濃(37%)HCl水溶液(190mL、2.28mol、2.8当量)を30分間にわたって添加して、(S)-ピペラジンカルボン酸二塩酸塩を沈殿させた。さらに4.5時間撹拌することにより、室温での完全な生成物沈殿が保証される。
得られた結晶を濾別し、HCl(3N、120mL、360mmol)で洗浄し、高真空で一晩乾燥させると、純度97a%および99.1%eeの所望の生成物が収率40%(69g)で得られた。
b1)ロイシンアミドペプチダーゼ2(LAP2)の酵素調製
当技術分野の当業者に知られているように、10L規模で発酵槽内で発現を行ったという変形を用いて、実施例1、d1)と同様に酵素を産生した。
当技術分野の当業者に知られているように、10L規模で発酵槽内で発現を行ったという変形を用いて、実施例1、d1)と同様に酵素を産生した。
2並列培養10LのLAP 2フェドバッチピキア・パストリスバイオリアクターを、グリセロールを炭素源として使用してフェドバッチモードで26時間増殖させた。グリセロール供給物を枯渇させた後、培養体積の3%の100%メタノールをパルス添加することによって組換えLAP2タンパク質発現を誘導し、これを前のパルスを枯渇させた後に約26回繰り返し、合計96時間のランタイムを行った。上清を合わせ、0.2μM PES Repligen中空糸膜(12L/分の供給流、0.07MPaの膜貫通圧)を用いてフィルタにかけ;残りの1.2Lの保持液を4×500mLのdH2Oで洗浄し、次いで廃棄した。得られた濾液を、10kDa mPES Repligen中空糸膜(12L/分の供給流、0.12MPaの膜貫通圧)を用いて約2Lに濃縮した。濃縮物を、10Lの25mM酢酸ナトリウム緩衝液、100mM NaCl、0.5mM ZnCl2、pH5.6緩衝液を使用して、12L/分の供給流および0.12MPaの膜貫通圧で一定体積で緩衝液交換した。次いで、得られた溶液を約1.25Lに濃縮し、0.2μm mPESボトルトップフィルタを用いてフィルタ滅菌した。
b2)(S)-ピペラジンカルボン酸二塩酸塩(LAP2)の調製
実施例1aのrac-2-ピペラジンカルボキサミド溶液(105g;812mmolを約555mLの水にpH7.8で溶解)のpH調整溶液に、酵素触媒を添加し(25mlのロイシンアミドペプチダーゼ2(LAP2)製剤;配列番号1)、反応物を室温で19時間攪拌した。反応をHPLCでモニターし、20時間後に53%の酸形成を示した。得られた反応混合物を減圧下(30~120mbar、45℃)で約500gに濃縮し、続いて20~23℃に冷却(氷冷)した後、濃(37%)HCl水溶液(190mL、2.28mol、2.8当量)を30分間にわたって添加して、(S)-ピペラジンカルボン酸二塩酸塩を沈殿させた。さらに4.5時間撹拌することにより、室温での完全な生成物沈殿が保証される。
実施例1aのrac-2-ピペラジンカルボキサミド溶液(105g;812mmolを約555mLの水にpH7.8で溶解)のpH調整溶液に、酵素触媒を添加し(25mlのロイシンアミドペプチダーゼ2(LAP2)製剤;配列番号1)、反応物を室温で19時間攪拌した。反応をHPLCでモニターし、20時間後に53%の酸形成を示した。得られた反応混合物を減圧下(30~120mbar、45℃)で約500gに濃縮し、続いて20~23℃に冷却(氷冷)した後、濃(37%)HCl水溶液(190mL、2.28mol、2.8当量)を30分間にわたって添加して、(S)-ピペラジンカルボン酸二塩酸塩を沈殿させた。さらに4.5時間撹拌することにより、室温での完全な生成物沈殿が保証される。
得られた結晶を濾別し、HCl(3N、120mL、360mmol)で洗浄し、高真空で一晩乾燥させると、純度98a%および99%超eeの所望の生成物が収率41%(69g)で得られた。
実施例3
a)(2S)-4-tert-ブトキシカルボニルピペラジン-2-カルボン酸の調製
(S)-ピペラジン-2-カルボン酸二塩酸塩(10.8g;50mmol)および炭酸カリウム(7.3g;53mmol)をアセトン水溶液(アセトン17gおよび水85g)中で合わせた。得られた溶液をセライト(1g)でフィルタにかけ、前の工程から残っている酵素残渣を除去した。アセトン(17g)中のBoc無水物(12g)の溶液を4時間にわたって溶液に投入し、その間に生成物が徐々に結晶化した。投入終了後、水(2g)中重炭酸カリウム(0.42g)を用いて反応混合物のpHをpH6からpH7に戻した。撹拌を一晩続けて、完全な生成物沈殿を確実にした。残渣をフィルたにかけ、アセトン水溶液(アセトン11gおよび水1g)およびアセトン(12g)で洗浄し、湿潤ケーキを45℃/12mbarで一晩乾燥させて、表題化合物8.8gを得た。
a)(2S)-4-tert-ブトキシカルボニルピペラジン-2-カルボン酸の調製
(S)-ピペラジン-2-カルボン酸二塩酸塩(10.8g;50mmol)および炭酸カリウム(7.3g;53mmol)をアセトン水溶液(アセトン17gおよび水85g)中で合わせた。得られた溶液をセライト(1g)でフィルタにかけ、前の工程から残っている酵素残渣を除去した。アセトン(17g)中のBoc無水物(12g)の溶液を4時間にわたって溶液に投入し、その間に生成物が徐々に結晶化した。投入終了後、水(2g)中重炭酸カリウム(0.42g)を用いて反応混合物のpHをpH6からpH7に戻した。撹拌を一晩続けて、完全な生成物沈殿を確実にした。残渣をフィルたにかけ、アセトン水溶液(アセトン11gおよび水1g)およびアセトン(12g)で洗浄し、湿潤ケーキを45℃/12mbarで一晩乾燥させて、表題化合物8.8gを得た。
(2S)-4-tert-ブトキシカルボニルピペラジン-2-カルボン酸のNMRおよびMSデータ。
1H NMR(600 MHz,D2O)δ ppm:4.30(ddd,J=14.6,4.1,1.0 Hz,1H),4.04(br s,1H),3.78(dd,J=10.0,4.0 Hz,1H),3.45(br d,J=12.8 Hz,1H),3.33(ddd,J=14.5,10.9,3.3 Hz,1H),3.39(br s,1H),3.15(ddd,J=12.9,10.7,3.8 Hz,1H),1.48(s,9H)
MS [M-H]- m/z=229.1にて。
1H NMR(600 MHz,D2O)δ ppm:4.30(ddd,J=14.6,4.1,1.0 Hz,1H),4.04(br s,1H),3.78(dd,J=10.0,4.0 Hz,1H),3.45(br d,J=12.8 Hz,1H),3.33(ddd,J=14.5,10.9,3.3 Hz,1H),3.39(br s,1H),3.15(ddd,J=12.9,10.7,3.8 Hz,1H),1.48(s,9H)
MS [M-H]- m/z=229.1にて。
b)(2S)-4-tert-ブトキシカルボニルピペラジン-2-カルボン酸の調製
(S)-ピペラジンカルボン酸二塩酸塩(50g;246mmol)、アセトン(77.9g)および水(347g)の混合物に、炭酸カリウム(34g;246mmol)の水(47.2g)中溶液をゆっくり添加した。得られた溶液をセライト(5g)と共に10分間攪拌し、フィルタにかけ、前の工程から残っている酵素残渣を除去した。フィルタにかけた残渣をアセトン水溶液(アセトン13gおよび水34g)で洗浄した。20℃で、Boc無水物(56.4g、259mmol)のアセトン(77.9g)中の溶液を4時間にわたって溶液に投入し、その間に生成物が徐々に結晶化した。投入終了後、重炭酸カリウム(12.3g)および水(50g)からなる調製溶液15mlを用いて、反応混合物のpHをpH5.5からpH7に調整した。撹拌を一晩続けて、完全な生成物沈殿を確実にした。残渣をフィルタにかけ、アセトン水溶液(アセトン44gおよび水4g)およびアセトン(40g)で洗浄し、湿潤ケーキを43℃/5mbarで6時間乾燥させて、表題化合物38.25gを得た。
1H NMR(600 MHz,D2O)δ ppm:4.30(ddd,J=14.6,4.1,1.0 Hz,1H),4.04(br s,1H),3.78(dd,J=10.0,4.0 Hz,1H),3.45(br d,J=12.8 Hz,1H),3.33(ddd,J=14.5,10.9,3.3 Hz,1H),3.39(br s,1H),3.15(ddd,J=12.9,10.7,3.8 Hz,1H),1.48(s,9H)
MS [M-H]- m/z=229.1にて。
(S)-ピペラジンカルボン酸二塩酸塩(50g;246mmol)、アセトン(77.9g)および水(347g)の混合物に、炭酸カリウム(34g;246mmol)の水(47.2g)中溶液をゆっくり添加した。得られた溶液をセライト(5g)と共に10分間攪拌し、フィルタにかけ、前の工程から残っている酵素残渣を除去した。フィルタにかけた残渣をアセトン水溶液(アセトン13gおよび水34g)で洗浄した。20℃で、Boc無水物(56.4g、259mmol)のアセトン(77.9g)中の溶液を4時間にわたって溶液に投入し、その間に生成物が徐々に結晶化した。投入終了後、重炭酸カリウム(12.3g)および水(50g)からなる調製溶液15mlを用いて、反応混合物のpHをpH5.5からpH7に調整した。撹拌を一晩続けて、完全な生成物沈殿を確実にした。残渣をフィルタにかけ、アセトン水溶液(アセトン44gおよび水4g)およびアセトン(40g)で洗浄し、湿潤ケーキを43℃/5mbarで6時間乾燥させて、表題化合物38.25gを得た。
1H NMR(600 MHz,D2O)δ ppm:4.30(ddd,J=14.6,4.1,1.0 Hz,1H),4.04(br s,1H),3.78(dd,J=10.0,4.0 Hz,1H),3.45(br d,J=12.8 Hz,1H),3.33(ddd,J=14.5,10.9,3.3 Hz,1H),3.39(br s,1H),3.15(ddd,J=12.9,10.7,3.8 Hz,1H),1.48(s,9H)
MS [M-H]- m/z=229.1にて。
Claims (18)
- 前記接触水素化が、金属水素化触媒および溶媒の存在下で水素を用いて行われる、請求項1または2に記載の方法。
- 前記金属水素化触媒が、PdまたはPt、好ましくはPdであり、0.5w/w%~20w/w%、好ましくは3w/w%~15%、より好ましくは8~12w/w%の、支持体上の金属負荷、および、炭素または酸化アルミニウム、より好ましくは炭素から選択される不活性担体を有する、請求項3に記載の方法。
- 前記溶媒は、メタノールもしくはエタノール等の脂肪族アルコールから選択される有機溶媒または水またはそれらの混合物であるが、好ましくは水である、請求項3または4に記載の方法。
- 前記接触水素化が、20℃~前記溶媒の沸点、好ましくは30℃~60℃の反応温度にて、5bar~50bar、好ましくは15bar~25barの水素圧で行われる、請求項3~5のいずれか一項に記載の方法。
- 工程a)で得られた式IIIのピペラジン-2-カルボキサミドが単離されず、工程b)でインサイチュでさらに処理される、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記水素化触媒が再使用される、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- 工程b)の前記酵素変換に使用される前記ヒドロラーゼが、ペプチダーゼもしくはアミダーゼまたはそれらの混合物である、請求項1に記載の方法。
- 前記ヒドロラーゼが、配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%または少なくとも95%同一であるアミノ酸配列を有する、請求項9または10に記載の方法。
- 前記ヒドロラーゼが、酵素混合物フラボウルザイム(登録商標)または配列番号1のヒドロラーゼを含有する酵素調製物である、請求項9または10に記載の方法。
- 前記酵素変換が、10℃~50℃、好ましくは20℃~30°Cの反応温度で、前記水素化工程a)で使用される前記溶媒中、好ましくは水中で行われる、請求項9~12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記酵素変換の後、前記反応温度が-15℃~30℃の範囲に維持されるように塩酸水溶液を反応混合物に添加することによって、式Iのキラルピペラジン-2-カルボン酸がその塩酸塩に変換される、請求項9~13のいずれか一項に記載の方法。
- 式IX
の化合物、またはそのエナンチオマーもしくは立体異性体の形成をさらに含み、
d)式IV
のキラルピペラジン-2-カルボン酸またはその塩の変換工程であって、アミンR7-NH2(式中、R7は上記のとおりである)を用いて、カップリング剤および塩基の存在下で、式V
の混合尿素またはその塩を形成する、式IVのキラルピペラジン-2-カルボン酸またはその塩の変換工程;
e)式Vの混合尿素を環化して式VI
のヒダントインを形成する工程;
f)式VIのヒダントインを還元して式VII
の環状尿素を形成する工程;および
g)脱保護および式IXの化合物の形成の工程
を含む、請求項15または16に記載の方法。
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