JP5092465B2

JP5092465B2 - ピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法

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Publication number: JP5092465B2
Application number: JP2007063542A
Authority: JP
Inventors: 隆司元井; 昭文飯田; 陽一久古
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-03-13
Also published as: JP2008222636A

Description

本発明は，ピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法に関する。さらに詳しくは，ピペコリン酸のカルボキシル基を立体選択的にエステル化するに当たって，ピペコリン酸を式（１）に示すＮ−置換ピペコリン酸に変換した後に，アルコールを含む有機溶媒中で，立体選択性を有する生体触媒を用いてエステル化することを特徴とする，ピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法に関する。本方法によって得られる光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸エステル，また，それより得られる光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸，光学活性ピペコリン酸エステル，光学活性ピペコリン酸は，医薬品の合成原料や中間体として有用であり光学分割剤やキラルビルディングブロック等としても役立つ。

（式中の置換基Ｒはホルミル基，アセチル基，ベンジルオキシカルボニル基，またはｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基を示す）

光学活性ピペコリン酸や光学活性ピペコリン酸エステルの製造法としては，微生物変換による方法（例えば，特許文献１，２参照），化学的合成法（例えば，特許文献３参照），ジアステレオマー法（例えば，特許文献４，５参照）等がある。しかしながら，微生物変換による方法や化学合成法は生成物の蓄積濃度や収率が低いため，生成物の単離に多大なコストを要し，ジアステレオマー法は光学分割剤が高価な上，その回収を含め煩雑な単位操作が必要という問題点を抱えている。
特許第３２６６６３５号明細書国際公開第０１／４８２１６号パンフレット特開２００４−５１６０６号公報特開２０００−１７８２５３号公報特開平９−６７３４４号公報

本発明の目的は，従来技術の上記したような課題を解決し，ピペコリン酸を立体選択的にエステル化する工業的に有利な方法を確立し，医薬品の合成原料や中間体として有用なピペコリン酸骨格を有する光学活性化合物を提供することにある。

本発明者らは，懸かる課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果，アルコールを含む有機溶媒中で，立体選択性を有する生体触媒を用いて行うエステル化の反応基質として，ピペコリン酸の窒素部位に置換基を導入した式（１）に示す化合物を用いることにより，ピペコリン酸を直接エステル化する場合よりも著しく高い収率で立体選択的にエステル化できることを見出し，本発明を完成するに至った。

即ち本発明は，下記の（１）から（７）に示すピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法に関する。
（１）ピペコリン酸を式（１）に示すＮ−置換ピペコリン酸に変換した後に，アルコールを含む有機溶媒中で，立体選択性を有する生体触媒を用いてエステル化することを特徴とする，ピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。

（式中の置換基Ｒはホルミル基，アセチル基，ベンジルオキシカルボニル基，またはｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基を示す）
（２）立体選択性を有する生体触媒がエステル加水分解酵素である，（１）に記載のピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。
（３）エステル加水分解酵素がリパーゼである，（２）に記載のピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。
（４）リパーゼがキャンディダ属に属する酵母由来のものである，（３）に記載のピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。
（５）アルコールが１級または２級のアルコールである，（１）に記載のピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。
（６）１級または２級のアルコールがメタノール，エタノール，１−プロパノール，２−プロパノール，１−ブタノール，２−ブタノール，２−メチルプロパノール，１−ペンタノール，２−ペンタノール，３−ペンタノールから選ばれる一種以上である，（５）に記載の光学活性なピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。
（７）有機溶媒がジイソプロピルエーテルまたはｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテルである，（１）に記載のピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。

本発明に示すように，窒素部位に置換基を有するＮ−置換ピペコリン酸を基質とし，アルコールを含む有機溶媒中で，立体選択性を有する生体触媒を用いてエステル化する方法をとることによって，医薬品の合成原料や中間体として重要なピペコリン酸骨格を有する光学活性物質の提供が可能となる。

以下，本発明を詳細に説明する。
本発明で使用される式（１）で示される化合物は，ピペコリン酸の窒素部位に置換基を導入したものであり，置換基としてはホルミル基，アセチル基，ベンジルオキシカルボニル基，またはｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基が挙げられる。ピペコリン酸の窒素部位に置換基を導入する方法としては，例えば，塩基性条件下で基質であるピペコリン酸と，ニ炭酸−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルまたは塩化ベンジルオキシカルボニルを反応させる方法等が挙げられる。このようなピペコリン酸の窒素部位に置換基を導入したＮ−置換ピペコリン酸を原料とすることにより，本発明の立体選択性を有する生体触媒を用いたエステル化反応は極めて高い反応収率を持つこととなる。また，反応液中に含まれる光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸エステルと光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸は，反応液に塩基性物質と水を加え混合することによって，後者の光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸のみを水溶性の塩となすことができるので，有機溶媒に溶解しているＮ−置換ピペコリン酸エステルと容易に分離することが可能となる。

本発明に使用される生体触媒としてはアルコールを含む有機溶媒中でＮ−置換ピペコリン酸を立体選択的にエステル化する能力を有するものであれば特に由来は限定されない。このような能力を有する生体触媒としては，エステル加水分解酵素，例えば、微生物由来のリパーゼを挙げることができる。即ち，例えば，キャンディダ属，アスペルギルス属，アルカリゲネス属，またはシュードモナス属等に属する微生物由来のものを挙げることができ，中でも，キャンディダ属に属する酵母由来のリパーゼ，特に，キャンディダアンタルクティカ（Ｃａｎｄｉｄａａｎｔａｒｃｔｉｃａ）が産生するリパーゼをその好適な例として挙げることができる。

本発明で用いられる有機溶媒中のアルコールとしては１級または２級のアルコールが挙げられ，具体的にはメタノール，エタノール，１−プロパノール，２−プロパノール，１−ブタノール，２−ブタノール，２−メチルプロパノール，１−ペンタノール，２−ペンタノール，３−ペンタノールが用いられる。中でも好ましいのはメタノール，エタノールであり，より好ましくはメタノールである。

本発明で使用される有機溶媒としては，生体触媒を用いた反応を阻害しないものであり，適度な沸点を有し，基質および光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸エステルをよく溶解し，かつ，水と層分離する有機溶媒が選ばれる。このような条件を満たすものとしては，ｎ−ヘキサン，ｎ−ヘプタンなどの脂肪族炭化水素類，ベンゼン，トルエンなどの芳香族炭化水素類，またはジエチルエーテル，ジイソプロピルエーテル，ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテルなどのエーテル類が挙げられる。これらの有機溶媒は単独，または互いに混合して用いることができる。また，有機溶媒中に含まれる水分は少ないことが望ましく，好ましくは１．０重量％以下，より好ましくは０．５重量％以下であることが転化率よく生体触媒反応を行う上で望ましい。

本発明における立体選択的なエステル化反応は有機溶媒中，式（１）で示されるＮ−置換ピペコリン酸とアルコールを生体触媒の存在下で反応させることにより実施される。この際，Ｎ−置換ピペコリン酸の有機溶媒に対する濃度は１〜３０重量％が好ましく，より好ましくは５〜１５重量％である。また，エステル化剤であるアルコールの濃度は有機溶媒に対して１〜３０重量％が好ましく，１〜１０重量％がより好ましい。なお，Ｎ−置換ピペコリン酸とアルコールのモル比は１：１〜１：１０が好ましく，１：１〜１：５がより好ましい。

使用される生体触媒の量は，経済性や反応後の生成物の精製等を考慮すると少ない方が好ましいが，極端に少ないと反応速度の点で不利である。これらのことを考慮すると使用される生体触媒の量は基質であるＮ−置換ピペコリン酸に対して１〜３０重量％が好ましく，５〜１５重量％がより好ましい。

生体触媒には反応に適した温度範囲があるため，使用する生体触媒および反応液組成に応じ好適な反応温度を選ぶ必要がある。本発明における好ましい反応温度範囲は３０〜９０℃であり，反応温度が３０℃を下回ると十分な反応速度が得られず，９０℃を上回ると熱変性により生体触媒活性が低下し反応速度が落ちるので不利となる。なお，一般的に生体触媒を担体に固定化することによって耐熱性を付与することができので，反応速度を高める上で有用である。

本発明を実施する上で反応圧力に特別な制限はなく，減圧，常圧，加圧の何れでもよい。

上記方法によってＮ−置換ピペコリン酸のＤ体またはＬ体の何れか一方を立体選択的にエステル化し，光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸エステルと光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸を含む有機溶媒溶液に変換することができる。

本発明により得られる光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸エステルと光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸は何れも有機溶媒に溶解するが，塩基性の水溶液（例えば炭酸ナトリウム水溶液など）を添加すると光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸は塩を形成し有機溶媒に対する溶解度が著しく低下し，水に対する溶解度が極めて高くなる。この性質を利用して光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸エステルと光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸の分離を行うことができる。即ち，立体選択的なエステル化反応後の反応液に炭酸ナトリウム水溶液などを添加すれば，立体選択的にエステル化されなかった光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸のみをナトリウム塩の形で水層へ移すことができ，有機溶媒層に存在する立体選択的にエステル化された光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸エステルと分離することができる。

有機溶媒層の光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸エステルは有機溶媒を留去すれば単離することが可能であり，必要に応じて再結晶などの手法を用いて精製することも可能である。また，水層に存在する光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸の塩は，塩酸などの酸水溶液で処理（中和）することで光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸として得ることができ，また必要に応じて精製することも可能である。

更に本発明によれば，立体選択的なエステル化反応によって得られた光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸エステルを加水分解することによりラセミ化を起こすことなく光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸に変換することも可能である。

また公知の方法に基づいて，光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸やそのエステルから窒素部位の置換基を脱離することにより，ラセミ化を起こすことなく光学活性ピペコリン酸や光学活性ピペコリン酸エステルを得ることが可能である。尚，医薬品の合成原料や中間体として用いられる光学活性ピペコリン酸類には窒素部位を保護した構造を有するものが多く，その場合は，本発明の実施によって得られた光学活性Ｎ−置換ピペコリン酸やそのエステルをそのままの形で使用することもできるので，製薬における原料需要の面からも大変有利である。

以下，実施例および比較例をもって本発明をさらに詳しく説明するが，本発明はこれらの例にのみ限定されるものではない。なお，光学純度の分析は，光学分割カラム（CHIRALCEL OD−H／ダイセル化学工業製）を用いたＨＰＬＣで行った。

実施例1
（１）Ｎ−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸の製造
ラセミ体のピペコリン酸3.9g（30mmol）とニ炭酸−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル6.6g（30mmol）を，ｔｅｒｔ−ブチルアルコール7.5gと水15gの混合溶媒に加えた後，25℃の条件下で24%−ＮａＯＨ水溶液9.7gを滴下した。滴下終了後27℃で3時間反応させ，反応後にｔｅｒｔ−ブチルアルコールを減圧下で留去した。次いで，18℃の条件下で塩酸を滴下し中和した後，5℃に冷却し結晶を析出させた。得られた結晶を濾別し，水洗後，減圧乾燥を行いラセミ体のＮ−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸5.6g（24mmol）を得た（ラセミ体のピペコリン酸に対する収率=81%）。
（２）Ｌ−Ｎ−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸メチルエステルの製造
上記のようにして製造したラセミ体のＮ−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸0.3g（1.3mmol），メタノール0.1g，固定化酵素Chirazyme L2,c−f,C2（ロシュ・ダイアグノスティック社製）0.1gをジイソプロピルエーテル3.0gに加え，80℃で7時間振盪し，立体選択的なエステル化反応を行った。その結果，Ｌ−Ｎ−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸メチルエステル0.13gを得た（ラセミ体に含まれるＬ−Ｎ−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸に対する収率82%，光学純度98%ee）。

実施例２
Ｌ−Ｎ−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸エチルエステルの製造
実施例1と同様にして製造したラセミ体のＮ−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸1.0g（4.4mmol），エタノール0.45g，固定化酵素Chirazyme L2,c−f,C2（ロシュ・ダイアグノスティック社製）0.1gをジイソプロピルエーテル9.0gに加え，80℃で8時間振盪し，立体選択的なエステル化反応を行った。その結果，Ｌ−Ｎ−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸エチルエステル0.5gを得た（ラセミ体に含まれるＬ−Ｎ−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸に対する収率84%，光学純度98%ee）。

実施例３
（１）Ｎ−ベンジルオキシカルボニルピペコリン酸の製造
ラセミ体のピペコリン酸3.9g（30mmol）と24%−ＮａＯＨ水溶液5.3g（32mmol）を水15gに加え，撹拌下，10℃で塩化ベンジルオキシカルボニル5.6g（33mmol）を滴下した。滴下終了後，反応液のpHをアルカリ性にするため24%−ＮａＯＨ水溶液をさらに6.0g（36mmol）加え，25℃で3時間反応させた。この反応液をエーテル30mlで2回洗浄した後，得られた水層に塩酸を少しずつ加えpHを2にした。この水層を酢酸エチル30mlで3回抽出し得られた酢酸エチルを水洗した後，減圧下で酢酸エチルの一部（約半量）を留去した。貧溶媒としてヘキサン15ｍｌを加え，析出した結晶を濾別後，減圧乾燥を行い，ラセミ体のＮ−ベンジルオキシカルボニルピペコリン酸5.4g（21mmol）を得た（ラセミ体のピペコリン酸に対する収率＝68%）。
（２）Ｌ−Ｎ−ベンジルオキシカルボニルピペコリン酸メチルエステルの製造
上記のようにして製造したラセミ体のＮ−ベンジルオキシカルボニルピペコリン酸0.5g（1.9mmol），メタノール0.2g，固定化酵素Chirazyme L2,c−f,C2（ロシュ・ダイアグノスティック社製）0.12gをジイソプロピルエーテル5.0gに加え，80℃で10時間振盪し，立体選択的なエステル化反応を行ったところ，Ｌ−Ｎ−ベンジルオキシカルボニルピペコリン酸メチルエステル0.2gを得た（ラセミ体に含まれるＬ−Ｎ−ベンジルオキシカルボニルピペコリン酸に対する収率80%，光学純度98%ee）。

実施例４
Ｌ−Ｎ−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸メチルエステルの製造
実施例1と同様にして製造したラセミ体のＮ−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸0.3g（1.3mmol），メタノール0.1g，固定化酵素Chirazyme L2,c−f,C2（ロシュ・ダイアグノスティック社製）0.1gを，ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル3.2gに加え，80℃で7.5時間振盪し，立体選択的なエステル化反応を行った。その結果，L−N−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸メチルエステル0.13gを得た（ラセミ体に含まれるL−N−ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルピペコリン酸に対する収率80%，光学純度98%ee）。

比較例1
Ｌ−ピペコリン酸メチルエステルの製造
ラセミ体のピペコリン酸1.6g(12mmol)，メタノール0.9g，固定化酵素Chirazyme L2,c−f,C2（ロシュ・ダイアグノスティック社製）0.2gを，ジイソプロピルエーテル28.8gに加え，80℃で24時間振盪し，立体選択的なエステル化反応を行った。その結果，Ｌ−ピペコリン酸メチルエステル0.1gを得た（ラセミ体に含まれるL−ピペコリン酸に対する収率16%，光学純度24%ee）。

Claims

ピペコリン酸を式（１）に示すＮ−置換ピペコリン酸に変換した後に，アルコールを含む有機溶媒中で，立体選択性を有する生体触媒を用いてエステル化することを特徴とする，ピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。

（式中の置換基Ｒはホルミル基，アセチル基，ベンジルオキシカルボニル基，またはｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基を示す）
立体選択性を有する生体触媒がエステル加水分解酵素である，請求項１に記載のピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。
エステル加水分解酵素がリパーゼである，請求項２に記載のピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。
リパーゼがキャンディダ属に属する酵母由来のものである，請求項３に記載のピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。
アルコールが１級または２級のアルコールである，請求項１に記載のピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。
１級または２級のアルコールがメタノール，エタノール，１−プロパノール，２−プロパノール，１−ブタノール，２−ブタノール，２−メチルプロパノール，１−ペンタノール，２−ペンタノール，３−ペンタノールから選ばれる一種以上である，請求項５に記載の光学活性なピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。
有機溶媒がジイソプロピルエーテルまたはｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテルである，請求項１に記載のピペコリン酸の立体選択的なエステル化方法。