KR100501953B1

KR100501953B1 - 광학활성 알코올 화합물 및 이의 에스테르 제조 방법.

Info

Publication number: KR100501953B1
Application number: KR10-2003-0023880A
Authority: KR
Inventors: 황순욱; 강나경; 유혜연
Original assignee: 엔자이텍 주식회사
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2005-07-20
Also published as: KR20040090000A

Abstract

본 발명은 고혈압 치료제의 중간체로 사용되는 하기 [반응식 1]에서 일반식 1로 표시되는 라세믹 알코올 화합물로부터 각각의 광학활성 알코올과 에스테르 유도체의 제조에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 용매상에서 아실공여체 (acyl donor)로 무수숙신산 (succinic anhydride)을 사용하고, 반응물인 라세믹 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트 또는 라세믹 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴을 유기용매에 용해시킨 후, 생촉매인 리파제 (lipase)를 사용하여 하나의 수산기를 입체선택적으로 에스테르 반응 (esterification)시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 반응 후 분리정제에 있어서 많은 어려움이 있는 기존 공정과는 달리 아실공여체 (acyl donor)로 무수숙신산을 사용함으로써 반응 후 광학활성의 알코올과 에스테르를 쉽게 분리 할 수 있으며, 수율 또한 높게 얻을 수 있는 장점이 있다.

Description

광학활성 알코올 화합물 및 이의 에스테르 제조 방법. {The method of preparing optically active alcohol and their esters.}

본 발명은 효소적 방법에 의해 하기의 일반식 1로 표시되는 라세믹 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트 (ethyl 2-hydroxy-4-phenylbutyrate) 및 라세믹 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴 (2-hydroxy-4-phenylbutyronitrile) 로 부터 각각의 광학활성 알코올과 그의 에스테르를 제조하는 방법에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는 유기용매상에 아실공여체인 무수숙신산과 하기의 라세믹 알코올 화합물을 첨가하고, 생촉매인 리파제를 사용하여 하나의 수산기를 입체선택적으로 에스테르 반응시킴으로써, 광학활성의 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트 또는 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴 및 에스테르 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다. [반응식1]

라세믹 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트로부터 리파제를 이용한 에스테르 반응에 의해 제조된 (R)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트는 고혈압 치료제로 사용되는 ACE (angiotensin-converting enzyme) inhibitor 제조를 위한 중간체로서, 에날라프릴 (enalapril) 등의 의약 제조에 사용된다.

Wang 등은 유기용매인 디클로르메탄 (dichloromethane)에 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트의 전구체인 라세믹 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴과 아실공여체인 초산비닐을 첨가하여 리파제 PS에 의한 에스테르 반응을 하였다. 반응 156 시간 후 (R)-2-히드록시-4-페닐부티로니트릴의 수율은 39 %, 광학순도는 98 % ee를 나타내었고, (S)-에스테르의 수율은 56 %, 광학순도는 69 % ee를 나타내었다 (Tetrahedron Letters, 30(15), 1917-1920, 1989). 또한 Hsu 등은 유기용매상에서, 초산비닐과 XAD-8에 고정화시킨 리파제 LPL을 사용하여 (R)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트 및 이의 (S)-에스테르를 제조하였다. 반응시간 40-52 시간 후 전환율은 48-51 %, 광학순도는 알코올이 89-98 % ee, 에스테르가 94-98 % ee 이었다 (Tetrahedron Letters, 31(44), 6403-6406, 1990). 상기의 공정들은 높은 광학순도의 알코올과 그의 에스테르를 제조하는데는 적합하지만, 반응 후 분리에 있어서 많은 어려움이 있다.

이러한 문제점 때문에 Sugai와 Ohta는 무수헥손산 (hexanoic anhydride)을 아실공여체로 사용하여 라세믹 2-히드록시-4-페닐부틸산으로 부터 에스테르 반응에 의해 (광학순도 99 % ee 이상) (R)-2-히드록시-4-페닐부틸산 ((R)-2-hydroxy-4-phenylbutyric acid)을 얻었다 (Agricultural and Biological Chemistry, 55(1), 293-294, 1991). 또한 Chadha와 Manohar는 라세믹 2-히드록시-4-페닐부틸산을 리파제 PS를 촉매로 사용하여 에스테르 반응에 의해 (R)-2-히드록시-4-페닐부틸산을 합성한 다음 (수율 45 %, 광학순도 99 % ee 이상), 헥산에서 결정으로 분리하였다 (Tetrahedron : Asymmetry, 6(3), 651-652, 1995). 이들의 공정은 높은 광학순도의 알코올을 얻기에 적합하지만 반응 후 에스테르 반응을 거쳐 (R)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트로 제조해야하므로 공정이 복잡하다.

이러한 이유로 가수분해 반응에 의해 (R)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트를 얻는 공정이 시도되었다. Kalaritis 등은 라세믹 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트를 아마노사의 리파제 P-30으로 가수분해 반응하여 (R)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트와 (S)-2-히드록시-4-페닐부틸산을 제조 하였다. 이때 (R)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트의 광학순도는 95 % ee 이었다 (Journal of Organic Chemistry, 55(3), 812-815, 1990). 또한 Liese 등은 완충용액/유기용매의 에멀젼 (emulsion)상에서, 리파제 PS가 고정화된 막 반응기 (membrane reactor)로 라세믹 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트를 가수분해하여, (R)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트와 (S)-2-히드록시-4-페닐부틸산을 제조하고 각각을 유기용매층과 수용액층으로 분리시켜 추출하였다. 반응 약 40 시간 후 (R)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트의 수율은 42 %, 광학순도는 99.5 % ee 이상이었다 (Enzyme and Microbial Technology, 30, 673-681, 2002). 상기의 공정들은 반응 후 분리가 용이하나 수용액 상에서 반응하므로 반응물의 용해도 등이 문제점으로 있다.

이와는 별도로 Terao 등(Chemical Pharmaceutical Bulletin, 37(6), 1653-1655, 1989)은 아실공여체로 무수숙신산을 사용하여 광학활성 알코올과 에스테르를 제조하였다. 또한 Fiaud 등(Tetrahedron Letters, 33, 6967-6970, 1992)이나 Gutman 등(Tetrahedron:Asymmetry, 4, 839-844, 1993)은 아실공여체로 무수숙신산을 사용하여 각각의 생성물인 (-)-tert-부틸 시클로부틸리덴에탄올((-)-tert-butyl cyclobutylidenethanol)(89 % ee)이나 (S)-페닐 에탄올((S)-phenyl ethanol)(100 % ee)을 제조하였고, 용매추출법에 의해 다량으로 얻을 수 있었다. 이처럼 아실공여체로 초산비닐 등을 첨가하여 반응을 시키는것 보다 무수숙신산을 사용하였을때, 반응 후 알코올과 에스테르의 분리가 용이하여 높은 광학순도의 화합물을 얻을 수 있다.

전술한 바와 같이 아실공여체로 초산비닐이나 초산이소프로페닐 등을 사용한 에스테르 반응을 통해 광학활성 알코올과 그의 에스테르를 제조하는 방법과 달리, 아실공여체로 무수숙신산을 사용함으로써 반응 후 생성물의 회수를 용이하게 함으로써, 공정이 용이하고, 경제성이 있으며, 높은 수율과 광학순도를 갖는 광학활성 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트 또는 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴 및 이들의 에스테르 제조방법을 개발하였다.

본 발명의 목적은 무수숙신산을 이용하여 리파제에 의한 에스테르 반응 후,용매추출에 의해 광학활성 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트 또는 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴 및 이들의 에스테르의 회수를 용이하게 함으로써, 공정의 용이함과 높은 광학순도의 알코올과 그의 에스테르의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조 방법은 유기용매에 무수숙신산과 라세믹 알코올을 첨가시킨 후, 리파제를 첨가하여 에스테르 반응시키는 것으로 이루어진다. 제조된 에스테르는 반응 후 염기성 수용액 (탄산나트륨 수용액 등)을 가하여 유기용매로부터 분리ㆍ추출한 후, 수산화나트륨(NaOH) 수용액으로 가수분해하여 다시 광학활성의 알코올로 회수할 수 있다.

이하 본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 유기용매에 무수숙신산과 라세믹 알코올을 첨가시킨 후, 리파제를 첨가하여 일정 온도에서 에스테르 반응을 시켰으며, 이로부터 각각의 (R)-알코올과 (S)-에스테르를 제조하였다. 반응 후, 생성된 에스테르 유도체는 탄산나트륨 (Na₂CO₃) 수용액을 가하여 추출한 후, 수산화나트륨(NaOH) 수용액으로 가수분해하여 광학순도가 높은 (S)-알코올로 회수할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 리파제는 상업적으로 판매되는 것을 사용하거나 필요에 따라서는 제조하여 사용할 수 있다. 상업적으로 판매되는 리파제로는 노보(Novo)사의 노보자임 435(CAL), 아마노 (Amano)사의 PS, PS-C, PS-D, 시그마 (Sigma)사의 CRL (Candida rugosa) 등이 있으나 이에 한정된 것은 아니다. 또한 아실공여체로는 초산비닐 (vinyl acetate), 프로피온산비닐 (vinyl propionate), 부틸산비닐 (vinyl butyrate) 등이 있다. 한편 본 발명에 사용 가능한 유기 용매는 이소프로필에테르 (isopropylether), t-부틸메틸에테르 (t-butylmethylether), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofurane), 메틸렌클로라이드 (methylenechloride) 등이 있다.

상기 에스테르 반응 후, 별도의 전처리 과정없이 상등액을 채취하여 가스크로마토그래피 (도남인스트루먼트사, 모델 DS 6200)를 이용하여 라세믹 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트와 라세믹 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴의 전환율을 계산하였다. 분석조건으로는 SEG 사의 BP-1 모세관 칼럼 (내경 0.53 mm, 길이 30 m)을 70 ℃에서 5분간 가열하고, 분당 10 ℃씩 220 ℃까지 승온시킨 후, 220 ℃에서 10분간 정치시켰다. 담체 (carrier)로는 헬륨 기체를 분당 2 ml의 속도로 흘리고, 230 ℃에서 FID (flam ionization detector)를 사용하여 검출하였다. 이때, 라세믹 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트의 머무름 시간 (RT)은 20.2 분에서, 라세믹 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴의 머무름 시간은 19.3 분에서 각각 검출되었다.

한편 광학활성 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트 또는 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴의 광학순도는 키랄 칼럼 (Daicel사, Chiralcel OD-H)을 장착한 HPLC (Lab Alliance사, 모델 201)로 분석하였다. 광학활성 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트의 경우, 이동상으로 헥산과 이소프로파놀의 혼합용액 (90:10)을 분당 0.5 ml로 흘려주었으며, 광학활성 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴은 이동상으로 헥산과 이소프로파놀의 혼합용액 (85:15)를 분당 0.5 ml로 흘려주어 UV 흡광도 220 nm에서 분석하였다. 이때, (R)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트의 머무름 시간은 17.5 분, (S)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트의 머무름 시간은 12.5 분에서 검출되었고, (R)-2-히드록시-4-페닐부티로니트릴의 머무름 시간은 16.23 분, (S)-2-히드록시-4-페닐부티로니트릴의 머무름 시간은 15.09 분에서 각각 검출 되었다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예에 본 발명의 범주가 한정된 것은 아니다.

실시예 1

아실공여체로 무수숙신산 1 % (v/v)과 액상의 라세믹 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트 1 % (v/v)가 포함된 t-부틸메틸에테르 5 ml가 들어있는 바이알에, 리파제 PS-D 4 % (w/v)를 넣고, 45 ℃에서 반응하였다. 75 시간 후에 상기의 분석 방법에 따라 전환율과 광학순도를 분석하였다. 또한 리파제를 분리한 후, 2M 탄산나트륨(Na₂CO₃) 수용액을 가하여 (S)-에틸 2-O-석시닐-4-페닐부티레이트 ((S)-ethyl 2-O-succinyl-4-phenylbutyrate)가 다량으로 존재하는 에스테르를 추출한 뒤 1 M 수산화나트륨 (NaOH)에 의해 가수분해하여 82.6 % ee의 (S)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트를 얻었다. 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트의 전환율은 60.0 %, (R)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트의 광학순도는 99.5 % ee였다.

실시예 2-3

실시예 1에 사용된 리파제 PS-D 대신에 하기 표 1에 명시한 리파제를 사용하여 반응을 수행하였다. 반응 전환율 및 (R)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트의 광학순도는 다음과 같다.

표 1

실시예	리파제 종류	반응시간 (hr)	전환율 (%)	알코올 광학순도 (% ee)
2	PS-C	89	60	99.0
3	CAL	98	42.8	17.2

실시예 4

실시예 2에서 사용한 유기용매 t-부틸메틸에테르 대신 이소프로필에테르를 사용하여 75 시간 동안 반응 하였다. 이때, 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트의 전환율은 55.4 %, (R)-에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트의 광학순도는 99.4 % ee였다.

실시예 5

실시예 1에서 사용한 라세믹 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트 대신 라세믹 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴을 사용하였고, 리파제 PS-D 대신 PS를 사용하여 144 시간동안 반응을 수행하였다. 또한 리파제를 분리한 후, 2M 탄산나트륨(Na₂CO₃) 수용액을 가하여 (S)-2-O-석시닐-4-페닐부티로니트릴 ((S)-2-O-succinyl-4-phenylbutyronitrile)이 다량으로 존재하는 에스테르를 추출한 뒤 1 M 수산화나트륨 (NaOH)에 의해 가수분해하여 42 % ee의 (S)-2-히드록시-4-페닐부티로니트릴을 얻었다. 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴의 전환율은 61.4 %, (R)-2-히드록시-4-페닐부티로니트릴의 광학순도는 52 % ee였다.

실시예 6-7

실시예 5에서 사용한 리파제 PS 대신 하기 표 2에 명시한 리파제를 사용하여 반응을 수행하였다. 반응 전환율 및 (R)-2-히드록시-4-페닐부티로니트릴의 광학순도는 다음과 같다.

표 2

실시예	리파제 종류	반응시간 (hr)	전환율 (%)	알코올 광학순도 (% ee)
6	PS-D	113	52	66.7
7	CAL	160	67.2	44

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 광학활성 에틸 2-히드록시-4-페닐부티레이트 또는 광학활성 2-히드록시-4-페닐부티로니트릴과 이들의 에스테르를 제조함에 있어서, (R)-알코올 및 (S)-에스테르가 혼합되있는 생성물로부터 회수가 용이하여 (R)-알코올과 (S)-에스테르를 모두 얻을 수 있어 수율이 좋으며, 높은 광학순도의 (R)-알코올 및 (S)-에스테르를 얻을 수 있으므로 실제 생산 공정에 매우 유용하다.

Claims

하기 [반응식1]에서 일반식 1로 표시되는 라세믹 알코올 화합물과 무수숙신산을 유기용매에 첨가한 후, 리파제 효소를 촉매로 사용하여 에스테르 반응시키는 것을 특징으로하는 (R)- 및 (S)-알코올의 제조방법.

[반응식1]

상기 반응식에서 X는 CO₂Et, CN 임을 특징으로 한다.
삭제