Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania optycznych izomerów kwasów 2-chlorow- copropionowych przez rozdzielanie racematów tych kwasów, Kwasy 2-fenoksypropionowe i ich estry sa szeroko stosowane jako srodki chwastobójcze. Jednakze, tylko izomery optyczne tych zwiazków o konfiguracji bezwzglednej R sa biologicznie czynne, totez, dla zwiekszenia dzia¬ lania chwastobójczego, zmniejszenia wielkosci stosowanych dawek i unikniecia skutków ubocz¬ nych, korzystnie jest stosowac izomer R tego zwiazku, a nie racemiczna mieszanine.Kwasy 2-fenoksypropionowe wytwarza sie zwykle na drodze reakcji kwasów 2-chlorowco-, zwlaszcza 2-chloro- lub 2-bromo-propionowych, z fenolami. Jezeli jako produkt wyjsciowy sto¬ suje sie optycznie czysty kwas 2-chloro.wcopropionowy, to otrzymuje sie optycznie czysty izo¬ mer kwasu 2-fenoksypropionowego. Jednakze, w wyniku znanych syntez otrzymuje sie zwykle kwa¬ sy 2-chlorowcopropionowe w postaci racemicznych mieszanin, które nastepnie trzeba rozdzielac.Racemiczne mieszaniny kwasów 2-chlorowcopropionowych mozna rozdzielac chemicznie lub enzymatycznie. Rozdzielanie na drodze chemicznej, np. przez frakcjonowana krystalizacje, jest na ogól pracochlonne, malo wydajne i wymaga dlugiego czasu. Znane dotychczas metody en- zymatycznego rozdzielania polegaja na katalizowanej lipaza asymetrycznej hydrolizie estrów kwasów 2-chlorowcopropionowych w srodowisku wodnym.Zgodnie z wynalazkiem, rac.ematy kwasów 2-chlorowcopropionowych rozdziela sie na izo¬ mery optyczne na drodze enzymatycznie katalizowanej asymetrycznej estryfikacji, prowadzonej w srodowisku organicznym. Do tej selektywnej estryfikacji jednego tylko optycznego izomeru z raceraatu kwasu 2-chlorowcopropionowego jako katalizator stosuje sie stereospecyficzna li¬ paze. Proces ten mozna prowadzic w organicznym rozpuszczalniku, poniewaz stereospecyficzne2 148 128 lipazy moga dzialac w zasadniczo bezwodnych srodowiskach organicznych, katalizujac estry- fikacje przede wszystkim tylko Jednego optycznego izomeru z racemicznej mieszaniny kwasów 2-chlorowcopropionowych. Zestryfikowany izomer optyczny mozna oddzielac latwo od izomeru nie zestryfikowanego, otrzymujac poszczególne izomery optyczne. Oddzielony izomer zestry¬ fikowany mozna dalej stosowac jako taki lub poddawac hydrolizie, wytwarzajac odpowiadajacy mu izomer optyczny kwasu 2-chlorowcopropionowego.Jak wspomniano wyzej, wynalazek jest oparty na nieoczekiwanym stwierdzeniu, ze ste- reospecyficzne lipazy moga katalizowac proces selektywnej estryfikacji kwasów 2-chlorowco- propionowych w bezwodnym srodowisku organicznym. Na przyklad, lipaza z drozdzy Candida cy¬ lindracea w srodowisku organicznych rozpuszczalników katalizuje przede wszystkim estryfi- kacje kwasów (+)-R-2-chlorowcopropionawych i dzeki temu moze byc stosowana do rozdzielania racemicznych mieszanin kwasów 2-chlorowcopropionowych w srodowiskach organicznych.Zgodnie z wynalazkiem, proces ten prowadzi sie w ten sposób, ze wytwarza sie miesza¬ nine racemicznego kwasu 2-chlorowcopropionowego, alkoholu i stereospecyficznej lipazy w or¬ ganicznym rozpuszczalniku. Jako kwas 2-chlorowcopropionowy mozna stosowac kwas 2-bromo- lub 2-chloropropionowy, a do jego estryfikacji stosuje sie dowolny alkohol, mogacy dawac ester z kwasem 2-chlorowcopropionowym. Korzystnie stosuje sie w tym celu pierwszorzedowe alkohole alifatyczne, takie jak metanol, etanol, propanol albo n-butanol. Jako srodowisko reakcji mozna stosowac rózne rozpuszczalniki organiczne, np. heksan, benzen, chloroform, dwuchloro- metan, eter naftowy lub toluen. Rozpuszczalniki te moga byc zasadniczo bezwodne.Jako stereospecyficzna lipaze mozna stosowac dowolna lipaze (EC.3.1,1.3). Do selek¬ tywnej estryfikacji izomeru R kwasów 2-chlorowcopropionowych korzystnie stosuje sie wspom¬ niana wyzej lipaze z drozdzy Candida cylindracea. Mozna tez stosowac lipaze z trzustki wie¬ przowej, ale jej dzialanie i stereoselektywnosc w srodowiskach organicznych nie sa tak wy¬ sokie jak lipazy z C. cylindracea. W procesie wedlug wynalazku mozna tez stosowac i inne lipazy, np. lipaze z kielków pszenicy oraz lipazy z Rhizopus arrhacus, Geotrichum candidum, Rhizopus delamar i Chromobacterium viscosum, wytwarzane przez firme Sigma Chemical Co., St. Louis, Missouri, St. Zj. Am., a takze z gatunków Aspergillus niger, Mucor i Pseudoraonas, wytwarzane przez Amano International Enzyme Company, Troy, Virginia, St. Zj. Am. ' Handlowe preparaty lipaz zwykle zawieraja razem z enzymem pewna ilosc wody. Wydaje sie, ze enzymy powinny byc w pewnym stopniu uwodnione, gdyz odwodnione calkowicie nie sa aktywne w bezwodnych srodowiskach organicznych. Z tego tez wzgledu, do organicznego rozpusz¬ czalnika dodaje sie enzym uwodniony.Reakcje prowadzi sie az do przeprowadzenia zadanej ilosci optycznego izomeru kwasu 2-chlorowcopropionowego w jego ester, przy czym dazy sie do uzyskania mozliwie najwyzszej wydajnosci pod wzgledem chemicznym i optycznym. Jezeli zadanym produktem jest ester optycz¬ nego izomeru kwasu 2-chlorowcopropionowego, to reakcje nalezy przerwac, gdy stopien przemia¬ ny jest nizszy niz okolo 50#, zas gdy ma byc wytwarzany izomer kwasu, to stopien konwersji powinien byc wyzszy niz 50#. Stopien przemiany w ester mozna sledzic znanymi metodami, np. na drodze chromatografii gazowej.Nie przereagowany izomer kwasu 2-chlorowcopropionowego i izomer zestryfikowany moz¬ na rozdzielac metodami stosowanymi do oddzielania kwasów od ich estrów, na przyklad chroma¬ tograficznie lub na drodze ekstrakcji woda. W ten sposób uzyskuje sie jeden izomer optyczny kwasu, a oddzielony ester mozna poddawac hydrolizie, otrzymujac optyczny izomer kwasu 2-chlorowcopropionowego, odpowiadajacy izomerowi w estrze.Jezeli zadanym produktem jest nie przereagowany izomer, to izomer zestryfikowany mozna poddawac hydrolizie i racemizacji wytwarzajac mieszanine racemiczna kwasu 2-chlorowco¬ propionowego i te mieszanine mozna ponownie poddawac rozdzielaniu. Powtarzajac ten proces mozna zasadniczo wszystek pierwotny racemat przeprowadzic w zadany izomer. Korzystna metode148 128 3 hydrolizowania i racemizacji estru opisano ponizej, przy omawianiu syntezy kwasów 2-feno- ksypropionowych• Rozdzielanie racematu kwasu 2-chlorowcopropionowego na drodze prowadzonej zgodnie z wynalazkiem asymetrycznej estryfikacji katalizowanej lipaza raa powazne zalety, w porówna¬ niu ze znana asymetryczna hydroliza przy uzyciu lipazy jako katalizatora. Przede wszystkim nie trzeba uprzednio przeprowadzac kwasów 2-chlorowcopropionowych w estry, gdyz stosujac odpowiednia lipaze mozna uzyskac zadany izomer optyczny z uniknieciem jednego etapu synte¬ zy* Poza tym, poniewaz lipazy sa nierozpuszczalne w organicznych rozpuszczalnikach, przeto po zakonczeniu rozdzielania mozna je latwo odzyskiwac i stosowac ponownie. Trzecia powazna zaleta procesu wedlug wynalazku jest to, ze lipazy sa znacznie trwalsze w srodowiskach or¬ ganicznych niz w wodnych.Kwasy 2-chlorowcopropionowe sa produktami wyjsciowymi do wytwarzania kwasów 2-feno- ksypropionowych, bedacych cennymi herbicydami. Wynalazek umozliwia wytwarzanie optycznie czystego izomeru optycznego S kwasu chlorowcopropionowego, stosowanego do wytwarzania op¬ tycznie czystego kwasu (+)-R-2-fenoksypropionowego, to jest izomeru biologicznie czynnego.Wytwarzanie tego zwiazku oraz jego odpowiednio podstawionych izomerów przedstawia schemat 1.We wzorach wystepujacych w tym schemacie X oznacza atom chloru lub bromu, R' ozna¬ cza rodnik w alkoholu stosowanym do estryfikacji, korzystnie nizszy rodnik alkilowy, np. metylowy, etylowy, n-propylowy lub n-butylowy, a Y i Z oznaczaja podstawniki pierscienia fenolowego, takie jak atomy chlorowców, rodniki alkilowe, np. metylowe i etylowe, grupy hydroksylowe i nitrowe. Stosujac odpowiednio podstawione fenole, takie jak np. 2,4-dwuchlo- rofenol, 4-chlorofenol, 2-metylo-4-chlorofenol lub 2,4f5-trójchlorofenol, mozna wytwarzac odpowiednio podstawione kwasy 2-fenoksypropionowe.Przy wytwarzaniu enancjomeru R kwasów 2-fenoksypropionowych jako produkt wyjsciowy trzeba stosowac enancjomer S kwasu 2-chlorowcopropionowego. Jak podano na schemacie 1, sto¬ suje sie taka stereospecyficzna lipaze, która katalizuje przede wszystkim estryfikowanie tylko jednego izomeru kwasu 2-chlorowcopropionowego. Jak podano wyzej, do tego celu nadaje sie zwlaszcza lipaza z Candida cylindracea. Proces prowadzi sie w srodowisku jednego z wy¬ zej podanych rozpuszczalników organicznych.Po przeprowadzeniu izomeru R w jego ester, produkt ten oddziela sie od nie przere- agowanego izomeru S, który nastepnie poddaje sie w obecnosci zasady reakcji z fenolem lub z fenolem podstawionym, otrzymujac kwas 2-fenoksypropionowy, ewentualnie podstawiony. Pod¬ czas tej reakcji zachodzi inwersja atomu wegla w pozycji 2 i powstaje izomer R kwasu 2-fe- noksypropionowego. W razie potrzeby mozna ten izomer zestryfikowac. Inny sposób wytwarza¬ nia estru izomeru R kwasu 2-fenoksypropionowego polega na estryfikowaniu izomeru S kwasu 2-chlorowcopropionowego i nastepnie reakcji tego estru z fenolem.Jak podano na schemacie 1, zestryfikowany enancjomer R kwasu 2-chlorowcopropiona- wego mozna zawracac w procesie, poddawac go hydrolizie i racemizacji i z otrzymanej miesza¬ niny racemicznej wytwarzac przez rozdzielanie izomer S tego kwasu. Zabiegi te mozna powta¬ rzac az do przeprowadzenia calosci racemicznego kwasu 2-chlorowcopropionowego w izomer S.Korzystny, jednostopniowy proces równoczesnego hydrolizowania i racemizacji zestry- fikowanego izomeru polega na^tym, ze izomer ten poddaje sie dzialaniu stezonego kwasu o wzorze HX, w którym X oznacza atom chlorowca takiego samego jak znajdujacy sie w kwasie 2-chlorowcopropionowym. Ester dodaje sie do wodnego roztworu stezonego kwasu chlorowcowo- dorowego, ogrzewa i utrzymuje mieszanine w temperaturze okolo 50-100°C az do zakonczenia procesu hydrolizy. Otrzymuje sie racernat kwasu 2-chlorowcopropionowego. Wynalazek zilustro¬ wano ponizej w przykladach.Przyklad I. Rozdzielanie kwasu 2-chloropropionowego na izomery optyczne.Przebieg tego procesu przedstawia schemat 2.4 148 128 4,34 g (0,04 mola) kwasu 2-chloropropionowego i 11,0 ml (0,12 mola) butanolu-1 rozpuszcza sie w 400 ml heksanu, dodaje 2,0 g (5 mg/ml) lipazy z Candida cylindracea i wytrzasa mie¬ szanine silnie w temperaturze 30°C. Stopien przemiany ocenia sie metoda chromatografii ga¬ zowej.W celu wytworzenia estru, zatrzymuje sie reakcje w chwili, gdy ilosc wytworzonego estru wynosi 42% teoretycznej ilosci, to jest po uplywie 6 godzin. Roztwór przesacza sie, przesacz plucze czterokrotnie 0,5m roztworem wodoroweglanu sodowego, a nastepnie trzykrot¬ nie woda, po czym suszy nad MgSO. i odparowuje w obrotowym parowniku. Pozostalosc przede- stylowuje sie pod cisnieniem 1330 Pa, w temperaturze 71~73°C, otrzymujac 2,4 g (86,8% wy¬ dajnosci teoretycznej) estru butylowego kwasu (+)-R-2-chloropropionowego. Czystosc produk¬ tu (chromatografia gazowa) wynosila 98,7% i skrecalnosc wlasciwa [oC] * = +7,48° (c » 1, CHC1-).W celu wytworzenia nie estru, lecz kwasu, reakcje prowadzi sie w sposób opisany wyzej, stosujac takie same ilosci produktów wyjsciowych, ale zatrzymuje sie proces po wy¬ tworzeniu 68% estru^ to jest po uplywie 14,5 godziny. Po odsaczeniu plucze sie przesacz czterokrotnie 0,5m roztworem NaHCO,, faze wodna plucze sie dwuchlorometanera, zakwasza 6n kwasem solnym do wartosci pH 1,5 i ponownie ekstrahuje czterokrotnie dwuchlorometanem. Po¬ laczone roztwory organiczne suszy sie nad MgSO., odparowuje rozpuszczalnik i pozostalosc, stanowiaca surowy kwas, przedestylowuje pod cisnieniem 1463 Pa, w temperaturze 81-83°C.Otrzymuje sie 1,33 g.(95,7% wydajnosci teoretycznej) kwasu (-)-S-2-chloropropionowego o czystosci 98,3% i skrecalnosci wlasciwej [d] 25 = -15,1° (c = 1, CHC1-). Wskaznik ten, w zestawieniu z danymi zawartymi w publikacji W. Gaffield i W. G. Galleta, Tetrahedron 27, 915 (1971), oznacza nadmiar enancjomeru wynoszacy 95%.Przyklad II. Rozdzielanie kwasu 2-bromopropionowego na izomery optyczne.Proces prowadzi sie zgodnie ze schematem 3» postepujac w sposób analogiczny do opisanego w przykladzie I. Stosuje sie mieszanine 6,1 g (0,4 mola) kwasu 2-broraopropionowego, 11 ml (0,12 mola) butanolu-1 i 2,0 g lipazy z Candida cylindracea w 400 ml heksanu. Reakcje przerywa sie po uplywie 6 godzin, gdy stopien przemiany wynosi 45%. Ester wyosobnia sie sposobem podanym w przykladzie I, otrzymujac 3,31 g (88,290 wydajnosci teoretycznej) estru butylowego kwasu (+)-R-2-bromopropionowego o temperaturze wrzenia 84-86°C pod cisnieniem 1862 Pa, którego czystosc okreslona metoda chromatografii gazowej wynosi 97,4% i [ot] = = +18,4° (c - 1, CHC13).W drugiej próbie stosuje sie skladniki reakcji w ilosciach podanych wyzej, ale reakcje przerywa sie po uplywie 14,5 godziny, gdy stopien przemiany estru wynosi 78%.Postepujac dalej w sposób podany w przykladzie I, otrzymuje sie 1,29 g (96,1% wydajnosci teoretycznej) kwasu (-)-S-2-bromopropionowego o temperaturze wrzenia 97™98°C pod cisnie¬ niem 1463 Pa i o czystosci 98,7% oraz/ófj 23 = -26,4° (c = 1, CHG1-), ee = 99,8%1.Wyniki podobne do opisanych w przykladach I i II uzyskuje sie prowadzac proces roz¬ dzielania w srodowisku toluenu, eteru naftowego, chlorku metylenu, chloroformu i eteru dwu- etylowego.Zastrzezenia patentowe i. Sposób rozdzielania racematów kwasów 2-chlorowcopropionowych, znamienny tym, ze mieszanine racemicznego kwasu 2-chlorowcopropionowego, alkoholu i stereospesy- ficznej lipazy w organicznym srodowisku poddaje sie reakcji w warunkach, w których lipaza katalizuje estryfikuje przede wszystkim tylko jednego optycznego izomeru kwasu 2-chloro¬ wcopropionowego, po czym zestryfikowany izomer kwasu 2-chlorowcopropionowego oddziela sie od izomeru nie zestryfikowanego, otrzymujac jeden optyczny izomer kwasu 2™chlorowcopropio--148 128 5 ze jako kwas 2-chlorowco- ze Jako alkohol stosuje ze jako stereospecyficzna ze jako organiczne srodo- nowego i ester drugiego optycznego izomeru tego kwasu. 2. Sposób wedlug zastrz. 1t znamienny tym, propionowy stosuje sie kwas 2-bromo- lub 2-chloropropionowy. 3. Sposób wedlug zastrz, 1, znamienny tym, sie metanol, etanol, n-propanol lub n-butanol. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, lipaze stosuje sie lipaze z Candida cylindracea. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, wisko stosuje sie heksan, benzen, chloroform, dwuchlorometan, eter naftowy lub toluen. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze otrzymany zestryfiko- wany izomer poddaje sie hydrolizie, wytwarzajac odpowiadajacy mu optyczny izomer kwasu 2-chlorowcopropionowego. 7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze otrzymany zestryfikowa- ny izomer poddaje sie hydrolizie oraz racemizacji, wytwarzajac racemiczny kwas 2-chlorowco- propionowy i wszystkie etapy procesu, to jest estryfikacje, rozdzielanie, hydrolize i race- mizacje powtarza sie az do przeprowadzenia calkowitej ilosci wyjsciowego racematu kwasu 2-chlorowcopropionowego w optycznie czynny izomer tego kwasu* 8. Sposób wedlug zastrz. 7t znamienny tym, ze zestryfikowany izomer poddaje sie hydrolizie i racemizacji rozpuszczajac ester w stezonym roztworze wodnym kwasu o wzorze HX, w którym X oznacza atom takiego chlorowca, jaki znajduje sie w wyjsciowym kwasie 2-chlorowcopropionowym i otrzymany roztwór utrzymuje sie w temperaturze okolo 50 - 100°C. PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL