NL9000387A

NL9000387A - Werkwijze voor het racemiseren van een optisch aktief aminozuuramide.

Info

Publication number: NL9000387A
Application number: NL9000387A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1990-02-16
Filing date: 1990-02-16
Publication date: 1991-09-16
Also published as: CS9100417A2; EP0442585A1; JP2941444B2; HU212704B; HUT56531A; DK0442585T3; CZ280920B6; KR910021367A; HU910481D0; KR0167558B1; JPH0770027A; ES2061155T3; DE69102896D1; EP0442585B1; ATE108766T1; DE69102896T2; SG133594G

Description

Uitvinder: Wilhelmus H.J. Boesten te Sittard

WERKWIJZE VOOR HET RACEMISEREN VAN EEN OPTISCH AKTIEF AMINOZUURAMIDE

-1- (15)

De uitvinding betreft een werkwijze voor het racemiseren van een optisch aktief aminozuuramide door reaktie van het aminozuuramide met een carbonzuur in aanwezigheid van een oplosmiddel en van een aldehyde.

Uit US-A-4072698 is een werkwijze bekend waarin de bereiding van optisch zuivere nitrillen, amiden of Schiffse basen van nitrillen of amiden, beschreven staat met behulp van een optisch aktief zuur in aanwezigheid van een keton of aldehyde. De genoemde publikatie is met name gericht op de bereiding van optisch zuivere nitrillen in het bijzonder 2-amino-2- (eventueel p-gesubstitueerd) fenylacetonitril, gebruik makend van optisch zuiver wijnsteenzuur en een keton. In een dergelijke werkwijze vindt impliciet racemisatie plaats van het ongewenste enantiomeer.

De in de in genoemd octrooischrift beschreven voorbeelden, gerealiseerde opbrengst aan zout van nitril en wijnsteen zuur, is echter relatief laag d.w.z. niet hoger dan 85%. Met betrekking tot aminozuuramiden en Schiffse basen worden geen experimentele gegevens genoemd, noch worden er rechte gevraagd voor de werkwijze met dergelijke verbindingen als uitgangsstof.

De uitvinding beoogt nu een werkwijze te verschaffen waarmee snelle racemisatie van optisch aktief aminozuuramide plaatsvindt met goede racemisatiegraad zonder dat er significante verliezen optreden en waarbij een hoge opbrengst aan aminozuuramide of zout van aminozuuramide en carbonzuur kan worden verkregen.

Dit wordt volgens de uitvinding hierdoor bereikt dat water wordt toegevoegd aan het reaktiemengsel en dat de hoeveelheid aldehyde 0/5-4 equivalenten bedraagt ten opzichte van de hoeveelheid aminozuuramide.

Gebleken is namelijk dat ook wanneer men uitgaat van een aminozuuramide en een aldehyde slechte racemisatiegraden worden verkregen wanneer een onvoldoende hoeveelheid aldehyde wordt toegepast of dat wanneer geen, dat wil zeggen bijvoorbeeld minder dan 0/01 equivalent ten opzichte van het amide, water aan het reaktiemengsel wordt toegevoegd een lage opbrengst wordt verkregen. Hoewel de uitvinding niet is gebonden aan enige theoretische verklaring, lijkt het erop dat door de aanwezigheid van water minder nevenreakties optreden, waardoor de verliezen lager zijn.

Verrassenderwijs is gebleken dat de racemisatie met hogere opbrengst en goede racemisatiegraad verloopt wanneer er water in het reaktiemedium aanwezig is. Dit is daarom zo verrassend omdat de racemisatie verloopt via de vorming en racemisatie van de Schiffse base, waarvan de vorming door aanwezigheid van water wordt tegengewerkt. Te verwachten is immers dat de aanwezigheid van water de evenwichtsinstelling bij vorming van de Schiffse base negatief beïnvloedt, waardoor naar verwachting minder snel racemisatie zal optreden. Daarnaast geldt dat water de oplosbaarheid van het diastereoisomere zout, dat intermediair gevormd wordt, verhoogt en bij gevolg minder zout als vaste stof kan worden gewonnen waardoor opbrengstverlaging te verwachten zou zijn.

Racemisatie treedt bijvoorbeeld op in asymmetrische transformaties zoals beschreven in 'Enantiomers, Racemates and Resolutions', Jean Jacques, André Collet, Samuel H. Wllen; John Wiley & Sons, New York (1981), p. 369 ff.

Aldehyden die bij de racemisatie worden toegepast zijn bijvoorbeeld aromatische aldehyden zoals benzaldehyde, anijsaldehyde, o-, p- of m-nitrobenzaldehyde, o-, p- of m-chloorbenzaldehyde of alifatische aldehyden zoals isobutyraldehyde of isovaleraldehyde. De hoeveelheid toe te voegen aldehyde bedraagt 0,5-4,0 equivalenten ten opzichte van de hoeveelheid aminozuuramide, bij voorkeur 1-2 equivalenten.

Als uitgangsstof voor het bereiden van een racemisch mengsel van L- en D-aminozuuramide kan tevens in plaats van een optisch aktief aminozuuramide en een aldehyde, de overeenkomstige, optisch aktieve Schiffse base worden ingezet. In dit geval is het niet nodig om een extra hoeveelheid aldehyde toe te voegen. Voor het verkrijgen van een optimale opbrengst aan het zout van aminozuuramide en carbonzuur dient minimaal een t.o.v. de hoeveelheid Schiffse base, equimolaire hoeveelheid water te worden toegevoegd.

De hoeveelheid water die bij voorkeur wordt toegepast in de werkwijze volgens de uitvinding variëert per gekozen aminozuuramide en kan door de deskundige eenvouding worden bepaald. In het algemeen zal deze hoeveelheid liggen tussen 0,1 en 4 equivalenten ten opzichte van de hoeveelheid aminozuuramide.

Het is niet van belang of het water bij het begin van de reaktie wordt toegevoegd dan wel in de loop van het omzettingsproces wordt toegevoegd. Het water kan op elke willekeurige wijze worden toegevoegd, bijvoorbeeld als verdunning van de reaktanten of van het oplosmiddel.

Bijvoorkeur wordt vooraf voldoende water toegevoegd.

Uit US-A-4094904 is een werkwijze bekend voor de racemisatie van optisch aktief fenylglycineamide waarbij een optisch aktief fenylglycineamide wordt behandeld met een zuur in aanwezigheid van ketonen. De benodigde reaktietijd is daarbij echter veel langer dan bij de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt gebruik gemaakt van carbonzuren. In het algemeen zal de zuursterkte (pKa) 3 tot 5 bedragen. Voorbeelden van geschikte carbonzuren zijn azijnzuur, amandelzuur, propionzuur, benzoëzuur en 2-pyrrolidon-5-carbonzuur.

De hoeveelheid toe te passen carbonzuur kan binnen wijde grenzen variëren. Bij voorkeur wordt een overmaat carbonzuur toegepast.

Geschikte oplosmiddelen voor de racemisatie zijn bijvoorbeeld koolwaterstoffen, zoals cyclohexaan, heptaan en octaan, aromatische koolwaterstoffen zoals tolueen, xyleen en benzeen, ethers zoals methyltertiairebutylether, dioxaan, tetrahydrofuraan en anisool, esters zoals butylacetaat en ethylacetaat, ketonen zoals aceton, butanon, methylisobutylketon, carbonzuren, aldehyden of mengsels van deze stoffen. Het zal duidelijk zijn dat het oplosmiddel zo gekozen dient te worden dat het geen irreversibele chemische reakties aangaat met het aminozuuramide, het carbonzuur of het aldehyde.

De druk waarbij de werkwijze volgens de uitvinding wordt uitgevoerd is niet kritisch. Bij voorkeur wordt de werkwijze bij atmosferische druk uitgevoerd. De temperatuur kan binnen wijde grenzen variëren en bedraagt in het algemeen 20-120°C, bij voorkeur 75-10Q°C. De reaktietijd is meestal 1-24 uur, afhankelijk van onder meer het gekozen aminozuuramide en de temperatuur, bij voorkeur 1-4 uur.

De slurryconcentratie van de zouten is ongeveer 5-30 gew.% bij voorkeur 10-20 gew.%.

De uitvinding wordt nu nader toegelicht aan de hand van de voorbeelden, zonder daartoe te worden beperkt.

Elk experiment wordt uitgevoerd in een atmosfeer van stikstof.

Als analysemethode wordt dunne-laag chromatografie toegepast waarbij:

Als drager bij dunne-laag chromatografie (dlc.) silicagel Merck 60 F 254 wordt gebruikt.

De dlc.-detectiemethoden zijn: U.V. (korte golf) en nin-hydrin.

De drie dlc-eluenten en de volume verhouding waarin ze worden toegepast zijn: A CHC1, - CH-OH - NH.OH (25 gew.%) 60 45 20 B sec. butanol - mierezuur - water 75 15 10 C n-butanol - azijnzuur - ethylacetaat - water 11 11

De selectiviteit (enantiomere zuiverheid) is als volgt gedefinieerd: 50 x [<x]20d selectiviteit * 50 % + %

max. [a]2°D

De maximale specifieke rotaties van een aantal aminozuuramiden en/of de zouten ervan zijn vermeld in Greenstein and winitz vol. 2 blz. 1196-1200 alsmede in Beilstein 14 III blz. 1189.

De maximale specifieke rotaties van enkele aminozuuramiden en/of de zouten ervan zijn bekend uit US-A-4 847 412: D-fenylglycineamide.HCl: - 102,5° (c« 0,8 ; water) D-methionineamide.HCl: -18,2° (c * 1,0 ; water) D-homofenylalanineamide.1/2 I^SO^: -15,7° (c « 1,0 ; water) L-fenylalanineamide.1/2 HjSO^: +17,8° (c * 1,0 ; water)

Uit eigen waarneming is de maximale specifieke rotaties van D-p-hydroxyfenylglycineamide bekend: - 121,5° (c * 1,0 ; 1,0 N azijnzuur).

Voorbeeld I

In een kolf voorzien van een roerder, thermometer en terugvloeikoeler wordt 23,8 gram (0,10 mol) D-N-benzylideen-fenylglycineamide (selectiviteit: 99,5 %), 15,2 gram (0,10 mol) D,L-amandelzuur, 200 ml tolueen, 50 ml ethylacetaat en 2,7 ml (0,15 mol) water gedurende 4 uur geroerd bij een temperatuur van 85°C.

Na afkoelen tot 25°C wordt het amandelzure zout van D,L-fenylglycineamide gefiltreerd en op het glasfilter gewassen met 4 x 25 ml tolueen. De opbrengst aan dlc-zuiver amandelzure zout van D,L-fenylglycineamide bedraagt 29,9 gram hetgeen overeenkomt met een rendement van 99,1 %.

Van het amandelzure zout van D,L-fenylglycineamide wordt 1,0 gram opgenomen in een mengsel van 10 ml water en 10 ml 12 N zoutzuur. Het gevormde D,L-fenylglycineamide.HC1 wordt gefiltreerd en op het glasfilter gewassen met 4 x 5 ml aceton. De opbrengst aan dlc-zuiver D,L-fenylglycineamide.HCl bedraag 0,57 gram (rendement * 92,3 %). De specifieke rotatie van het aldus verkregen D,L-fenylglycineamide.HC1 bedraagt: [a]20D * - 0,6° (c * 0,8 ? water)

De selectiviteit is: 50,3 % D-enantiomeer.

Vergelijkingsexperiment A

Voorbeeld I wordt herhaald, echter zonder toevoeging van water. Het rendement aan amandelzure zout van D,L-fenylglycineamide bedraagt nu 40,4 % (12,2 gram). De specifieke rotatie van het verkregen D,L-fenylglycineamide.HCl bedraagt: [a]20D = - 0,3° (c = 0,8 ; water)

De selectiviteit is: 50,1 % D-enantiomeer.

Voorbeeld II t/m VIII

Voorbeeld I wordt herhaald voor verschillende amiden of Schiffse basen (SB) daarvan. Als oplosmiddel wordt een mengsel van tolueen (t) en ethylacetaat(e) waarvan de volumeverhouding t/e is weergegeven in tabel 1. Als aldehyde wordt benzaldehyde toegepast. De uitgangsprudkten, de toegevoegde stoffen en de hoeveelheid daarvan, en de resultaten zijn weergegeven in tabel 1.

Tabel 1

Voorbeeld Oplosmiddel uitgangsprodukt water aldehyde Slurry T tijd opbrengst selectiviteit (eg) (eg.) concen.

IX t/e = 4/1 SB-Is-valineamide 1/5 0 10% 85°C 3 u. 96,6% 96,1% VI t/e = 4/1 SB-D-leusineamide 1,5 0 11% 85°C 3 u. 95,4% 85,8% IV t/e = 4/1 SB-D-homofenylalanine- 1,5 0 13% 85°C 3 u. 88,2% 72,9% amide V t/e = 3/1 SB-D-methionineamide 1,5 0 7% 80°C 3 u. 82,0% 67,6% VI t/e = 4/1 SB-D-fenylglycineamide 1,5 0 12% 85°C 3 u. 98,7% 51,2% VII t/e = 4/1 D-p-hydroxyfenylgly- 2,5 1 13% 85°C 3 u. 97,5% 61,7% cineamide VIII t/e = 4/1 SB-L-fenylalanineamide 1,5 0 13% 85°C 3 u. 92,4% 59,3%

Voorbeeld IX t/m XIII en vergelijkingsexperiment B

Op dezelfde wijze als in voorbeeld I wordt optisch aktief fenylglycineamide of de overeenkomstige base ervan (selectiviteit op t * 0 : 100 %) geracemiseerd in verschillende mengsels van azijnzuur, benzaldehyde en water als oplosmiddel. De samenstelling van het oplosmiddel en de resultaten bij gegeven reactietijd (t in minuten) zijn weergegeven in tabel 2.

Bij hogere temperatuur en bij overmaat carbonzuur wordt de racemisatie aanzienlijk versneld. Bij afwezigheid van benzaldehyde treedt geen racemisatie op.

Tab·! 2

Voorbeeld Oplosmiddel uitgangsprodukt percentage eq. eq. eq. T [ ]^ t [ ]t=t selectiviteit PGA a.z. water BA [min.] IX a/w = 99/1 D-SB-PGA 4,0% 95 3,0 0 25°C - 2,661° 90 -0,166° 53,1% B a/w a 99/1 D-PGA 2,5% 95 3,0 0 25°C - 4,075° 30 -4,055° 99,8% X BA D-PGA 3,6% 1 1,5 66,6 25°C - 0,555“ 45 -0,548° 99,4% XX BA D-PGA 3,6% 1 1,5 66,6 80°C - 0,555° 20 -0,225° 70,3% XII BA D-PGA 2,8% 22 2,0 66,6 25°C - 0,375° 90 -0,240° 82,0% 150 -0,175° 73,3%

Afkortingen: a/w = volumeverhoduing azijnzuur/water in een azijnzuur-water mengsel BA = Benzaldehyde a.z. = azijnzuur SB-PGA = Schiffse base van fenylglycineamide en benzaldehyde

Tabel 2 toont aan dat de aanwezigheid van aldehyde, als zodanig of in de vorm van de Schiffsebase, nodig is voor het optreden van racemisatie. Daarnaast blijkt de invloed van de temperatuur op de racemisatiesnelheid.

Voorbeeld XIII t/m XIX

De Schiffse base (SB) van diverse aminozuuramiden (selectiviteit op t » 0 : 100 %), zoals aangegeven in tabel 3, wordt als 2 gew.%-oplossing geracemiseerd bij een temperatuur van 25°C op dezelfde wijze als in voorbeeld I.

Als oplosmiddel wordt een mengsel van azijnzuur en water in een verhouding azijnzuur/water = 99/1 toegepast. De draaiingshoek [a]t en de selectiviteit (sel.) na 30 en na ongeveer 1200 minuten zijn weergegeven in tabel 3.

Ook bij deze lage racemisatietemperatuur treedt relatief snel racemisatie op.

Tabel 3

Vb. SB [alt=0 t ^a^t»t sel* XIII D-leucineamide -0,525° 30 -0,492° 96,9% 1210 -0,341° 82,5% XIV L-alanineamide +1,970° 30 +1,450° 86,8% 1200 +0,066° 51,7% XV D-o-chloorfenyl- -0,730° 30 -0,500“ 84,2% glycineamide 1150 -0,007° 50,5% XVI D-homofenyl- -0,095° 30 -0,063“ 83,2% alanineamide 1140 -0,050° 76,3% XVII L-methionine- -0,190° 30 -0,078° 70,5% amide 1100 0,000 50,0% XVIII D-fenylalanine- +2,160° 30 +1,790° 91,4% amide 1080 +0,327“ 57,6% XIX D-fenylglycine- -1,626° 30 -1,140° 85,1% amide 1070 0,000° 50,0%

Voorbeeld XX

Asymmetrische transformatie van D,L-fenylglycineamide met amandelzuur (in situ racemisatie).

In een reaktiekolf voorzien van een roerder, thermometer en terugvloeikoeler wordt 15,0 gram (0,10 mol) D,L-fenylglycineamide, 15,2 gram (0,10 mol) D-amandelzuur, 230 ml van een oplosmiddel dat een mengsel is van ethylacetaat en tolueen in een volumeverhouding van 1 op 3, 20.4 g anysaldehyde (0,15 mol) en 1,8 gram (0,10 mol) water gedurende 3½ uur geroerd bij een temperatuur van 84°C.

Na afkoelen tot 20°C (0,5 uur) wordt het gevormde diastereoisomere zout van L-fenylglycineamide en D-amandelzuur (LD-zout) gefiltreerd en op het glasfilter gewassen met 4 x 25 ml tolueen. De opbrengst aan dunne laagchromatografisch zuiver LD-zout na drogen bedraag 29,2 gram hetgeen overeenkomt met een rendement van 96,7%.

De specifieke rotatie van het optisch zuivere LD-zout (herkristallisatie) bedraagt: [a]2°D + 4,0° (c * 1,0 ; water)

Van het verkregen diastereoisomere LD-zout wordt 1,0 gram gesuspendeerd in 10 ml water waarna onder roeren 10 ml 12 N zoutzuur wordt toegevoegd. Na filtratie en wassen op het glasfilter van de gevormde L-fenylglycineamide.HC1 kristalmassa met 4 x 10 ml aceton bedraagt de specifieke rotatie van het verkregen dlc-zuivere L-fenylglycineamide.HCl zout (opbrengst * 0,55 gram; rendement « 88,7%): [<x]20d « +102,1° (c - 0,8 ; water)

De selectiviteit d.w.z. de optische zuiverheid van het fenylglycineamide.HCl zout is 99,8%.

Voorbeeld XXI

Op dezelfde wijze als in voorbeeld XX wordt nu 2 eq. isobutyraldehyde toegevoegd waarbij als oplosmiddel een ethylacetat/tolueen mengsel met mengverhouding 1/4 wordt toegepast. Er wordt 3 uur geroerd bij 80°C. De opbrengst bedraagt nu 92,4%; de selectiviteit 99,8%.

Voorbeeld XXII

Asymmetrische tranformatie van D,L-p-hydroxy-fenylglycineamide met L-amandelzuur (in situ racemisatie).

In een reactiekolf voorzien van een roerder, thermometer en terugvloeikoeler wordt 8,3 gram (0,05 mol) D,L-p-hydroxyfenylglycineamide, 7,6 gram (0,05 mol) L-amandelzuur, 125 ml tolueen, 25 ml dioxaan, 14,1 g (0,1 mol) o-chloor-benzaldehyde en 0,9 gram (0,05 mol) water gedu.rende 2,5 uur geroerd bij een temepratuur van 86°C.

Na afkoelen tot 30°C (3/4 uur) wordt het gevormde diastereoisomere zout van D-p-hydroxyfenylglycineamide en L-amandelzuur (DL-zout) gefiltreerd en op het glasfilter gewassen met 5 x 20 ml ethylacetaat. De opbrengst aan dlc-zuiver DL-zout bedraagt 14,4 gram hetgeen overeenkomt met een rendement van 90,3%. De specifieke rotatie van het optisch zuivere DL-zout (herkristallisatie) bedraagt: [a]20D - -8,1° (c « 1,0 ; water).

Van het DL-zout wordt 1,6 gram bij 50°C opgelost in 20 ml water waarna onder roeren 1 ml 25 gew.% ammonia wordt toegevoegd. Na afkoelen tot 20°C, filtratie en wassen van de gevormde D-p-hydroxyfenylglycineamide kristallen met respectievelijk 3 x 10 ml water en 3 x 10 ml methanol bedraagt de specifieke rotatie van het dlc-zuivere D-p-hydroxyfenylglycineamide (opbrengst * 0,8 gram; rendement = 95,8%): [a]2®D = - 121° (c = 1,0 ; 1,0 N azijnzuur)

Het percentage D-enantiomeer bedraagt 99,8 %.

Claims

1. Werkwijze voor het racemiseren van een optisch aktief aminozuuramide door reaktie van het aminozuuramide met een carbonzuur in aanwezigheid van een oplosmiddel en van een aldehyde, met het kenmerk, dat water wordt toegevoegd aan het reaktiemengsel en dat de hoeveelheid aldehyde 0,5-4 equivalenten bedraagt ten opzichte van de hoeveelheid aminozuuramide.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoeveelheid aldehyde 1-2 equivalenten bedraagt berekend to.v. de hoeveelheid aminozuuramide.

3. Werkwijze voor het racemiseren van een optisch aktieve Schiffse base van een aminozuuramide door reaktie van de Schiffse base met een carbonzuur in aanwezigheid van een oplosmiddel, met het kenmerk, dat vóór en/of tijdens de reaktie tevens tenminste een, ten opzichte van de hoeveelheid Schiffse base equivalente hoeveelheid water aan het reaktiemengsel wordt toegevoegd.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3 waarbij het water aan het begin van de reaktie wordt toegevoegd.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het reaktiemengsel wordt gehouden op een temperatuur tussen 75 en 100°C.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, waarbij het aminozuuramide fenylglycineamide voorstelt.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, waarbij het aminozuuramide alanineamide voorstelt.

8. Werkwijze volgens een der cocnlusies 1-5, waarbij het aminozuuramide methionineamide voorstelt.

9. Werkwijze volgens een der cocnlsuies 1-5, waarbij het aminozuuramide o-chloorfenylglycineamide voorstelt.

10. Werkwijze volgens een der conclusies 1-9, waarbij vervolgens het verkregen zout het geracemiseerde aminozuuramide en het carbonzuur wordt gewonnen.

11. Werkwijze voor het racemiseren van een optisch aktief aminozuuramide zaols beschreven en toegelicht aan de hand van de voorbeelden. UITTREKSEL Werkwijze voor het racemiseren van een optisch aktief aminozuuramide door reactie van het aminozuuramide met een carbonzuur in aanwezigheid van een oplosmiddel, van water en van 0,5-4 equivalenten berekend ten opzichte van de hoeveelheid aminozuuramide van een aldehyde. In plaats van een aminozuuramide kan ook de Schiffse base van een aminozuuramide en een aldehyde worden toegepast, waarbij dan geen extra aldehyde hoeft te worden toegevoegd en de benodigde hoeveelheid water ten minste 1 equivalent ten opzichte van de hoeveelheid Schiffse base bedraagt. Met deze werkwijze vordt een snelle racemisatie en een hoge opbrengst aan zout van het geracemiseerde aminozuuramide en het carbonzuur verkregen.