PL177372B1

PL177372B1 - Sposób otrzymywaniaoptycznie czynnych alkoholi aromatycznych

Info

Publication number: PL177372B1
Application number: PL95307917A
Authority: PL
Inventors: Bogdan Jarosz; Antoni Siewiński
Original assignee: Akad Rolnicza
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1999-11-30
Also published as: PL307917A1

Abstract

1. Sposób otrzymywania optycznie czynnych alkoholi aromatycznych stanowiących mieszaninę enancjomeryczną, z przewagą jednego z enancjomerów, o wzorach ogólnych 2.A i 2.B, gdzie R1 i R2 oznaczają grupę arylową i alkilową lub dwie grupy arylowe, drogąbiotransformacji z wykorzystaniem kultury mikroorganizmu namnożonego na sterylnej pożywce płynnej, znamienny tym, że do enancjospecyficznej redukcji substratu, którym są prochiralne ketony o wzorze ogólnym 1, gdzie R1 i r2 oznaczają grupy arylową i alkilową lub dwie grupy arylowe, stosuje się gatunek Nigrospora oryzae.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania optycznie czynnych alkoholi, o wzorach ogólnych 2.A i 2.B, z przewagąjednego z enancjomerów'.

Znane są sposoby otrzymywania optycznie czynnych alkoholi na drodze biotransformacji z wykorzystaniem systemów enzymatycznych drobnoustrojów (A. Siewiński, Bull. Acad. Polon. Sci. Ser. sci. chim. 17, 475, 1969 oraz G. Fantin, M. Fogagnolo, A. Medici, P. Pedrini, S. Poli, Tetrahedron: Asymmetry 4, 1607, 1993). W wyżej wymienionych przypadkach otrzymywano alkohole homo- i heteroaromatyczne z odpowiednich prochiralnych ketonów, przy czym biotransformację prowadzono przy użyciu kultur drobnoustrojów Rhodotorula mucilaginosa i Bacillus stearothermophilus.

Znane są też sposoby otrzymywania optycznie czynnych alkoholi aromatycznych (patenty PL 144 3913,144 395), w których do biotransformacji wykorzystywane są całe rośliny Spirodela oligorrhiza. System enzymatyczny tej rośliny hydrolizuje enancjospecyficznie estry racemicznych alkoholi aromatycznych do alkoholi optycznie czynnych.

Optycznie czynne alkohole otrzymać można też na drodze chemicznej przez redukcję prochiralnych ketonów aromatycznych (A. Hirao, S. Itsuno, S. Nakahama, N. Yamazaki - Journal of the Chemical Society. Chemical Communications, 1981, 315; S. Itsuno, K. Ito, A. Hirao, S. Nakahama - Journal of the Chemical Society. Chemical Communications, 1983,469).

Celem wynalazku jest wykorzystanie systemu enzymatycznego szczepu gatunku Nigrospora oryzae do enancjospecyficznej redukcji prochiralnych ketonów'.

Sposób według wynalazku polega na wprowadzaniu do kultury płynnej mikroorganizmu Nigrospora oryzae, namnożonej na sterylnej pożywce płynnej, substratu w postaci prochiralnego ketonu, o wzorze ogólnym 1. Pod działaniem systemu enzymatycznego kultury Nigrospora oryzae następuje enancjospecyficzna redukcja grupy karbonylowej prochiralnego ketonu do optycznie czynnego alkoholu. Stanowi on mieszaninę enancjomeryczną, z przewagąjednego z enancjomerów, o wzorze ogólnym 2.A i 2.B, gdzie R1 i r2 oznaczają grupy: arylową i alkilową lub dwie grupy arylowe.

Korzystnie jest gdy prochiralnymi ketonami są ketony typu aromatycznego posiadające jedną lub dwie grupy aromatyczne, w tym aromatyczne układy heterocykliczne z azotem w pierścieniu sześcioczłonowym albo siarką w pierścieniu pięcioczłonowym, jako jedynym

177 372 heteroatomem pierścienia. Korzystnie też jest gdy stężenie ketonu w stosunku do kultury drobnoustroju, namnożonej na sterylnej pożywce płynnej zawierającej 2,5% ekstraktu maltozowego, wynosi od 0,1 do 3,0 g/dm³. Korzystnie też jest gdy substrat, który jest trudno rozpuszczalny w roztworze wodnym, w celu jego lepszego rozproszenia w namnożonej kulturze mikroorganizmu, najpierw rozpuszcza się w niewielkiej ilości rozpuszczalnika organicznego takiego jak np. etanol, izopropanol lub aceton.

W sposobie według wynalazku układ enzymatyczny Nigrospora oryzae redukuje enancjospecyficznie substrat, którym jest prochiralny keton o wzorze ogólnym 1, do optycznie czynnej mieszaniny enancjomerycznej alkoholi, o wzorze ogólnym 2.A i 2.B, z przewagą jednego z enancjomerów. Z przedstawionych poniżej 12-stu przykładów wykonania, w 9-ciu przypadkach jest to enancjomer o konfiguracji absolutnej „S” (alkohole o wzorach 4.A - 20.A) i znaku skręcalności optycznej (-), w trzech przypadkach - enancjomer R (alkohole 22.B - 26.B).

Po zakończeniu transformacji, trwającej od 4 do 20 dni w temperaturze 25 - 30°C przy stałym wstrząsaniu z częstością około 1 s, przeprowadza się ekstrakcję mieszaniny poreakcyjnej za pomocą rozpuszczalnika organicznego, np. chloroformu, chlorku metylenu, octanu etylu lub innego nie mieszającego się z wodą. Po kilkakrotnej ekstrakcji, połączone ekstrakty suszy się a następnie odparowuje. Uzyskaną miaszaninę, zawierającą optycznie czynne alkohole, ewentualnie część nieprzereagowanego substratu oraz niewielką ilość metabolitów własnych Nigrospora oryzae, rozdziela się w chromatografii kolumnowej. W ten sposób otrzymuje się optycznie czynne alkohole z wydajnością preparatywną od 15 do 79% i o czystości optycznej od 5 do prawie 100%. Strukturę otrzymanych alkoholi oznacza się spektralnie lub przez porównanie, w chromatografie gazowym, ich sygnałów z sygnałami wzorcowych alkoholi, na kolumnach z wypełnieniami chiralnymi, jak Chrompack WCOT Fused Silica, CPCyclodextrin-2,3,6-M-19; 25 m (średnica wewnętrzna 0,25 mm, grubość wypełnienia 0,25 pm).

Optycznie czynne alkohole, otrzymane sposobem według wynalazku, mogą być stosowane w spektroskopii NMR, w asymetrycznej syntezie kwasów 2-aryloksypropionowych znanych jako regulatory wzrostu - oraz w syntezie związków wchodzących w skład niektórych leków (naproxen).

Przebieg reakcji sposobem według wynalazku przedstawiono na rysunku, gdzie wzory 1, 2.A i 2.B są wzorami ogólnymi - z prochiralnego ketonu (wzór 1) powstaje optycznie czynny alkohol (wzory 2.A i 2.B), będący mieszaniną enancjomeryczną z przewagą jednego z enancjomerów, a wzory 3.A - 26.A i 3.B - 26.B są wzorami związków otrzymywanych w przedstawionych przykładach wykonania.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania.

Przykład 1.Do kolby o pojemności 2000 ml z 750 ml pożywki zawierającej 2,5% wagowych ekstraktu maltozowego o składzie: maltoza - 80%, białko - 6%, dekstryny - 2% oraz sole mineralne - 1%, przenosi się ze skosu agarowego, namnożone komórki szczepu Mikrospora oryzae. Hodowlę inkubuje się przez 12 dni w temperaturze 27°C, przy ciągłym wstrząsaniu z częstotliwością około 2 s'¹. Po tym czasie dodaje się 0,728 g acetofenonu o wzorze 3, rozpuszczonego w 1 ml acetonu. Kolbę z zawartością reagującej z substratem kultury Nigrospora oryzae wytrząsa się przez 9 dni. Po upływie tego czasu całość ekstrahuje się sześciokrotnie chloroformem, porcjami po 50 ml. Połączone ekstrakty suszy się bezwodnym siarczanem magnezu a następnie odparowuje pod zmniejszonym ciśnieniem. Uzyskaną mieszaninę rozdziela się w preparatywnej chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym Kieselgel 60, 230 - 400 mesh ASTM (Merck), stosując jako eluent mieszaninę heksan: czterochlorek węgla: aceton w stosunku 75:10:1 a następnie tę samą mieszaninę w stosunku 25:10:1. Uzyskuje się preparatywnie produkt (mieszaninę S - (-) - 1-fenyloetanolu o wzorze

4.A i R- (+) - 1-fenyloetanolu o wzorze 4.B w ilości 0,35 g, co stanowi 44% wagowych wydajności. [α]^26,2546 -49,3°, c = 20,3 w etanolu.

Równolegle z chromatograficznym rozdziałem preparatywnym mieszaniny poreakcyjnej oznacza się jej skład za pomocą kapilarnego chromatografu gazowego GC Hewlett Packard 5890 przy zastosowaniu kolumny o wypełnieniu chiralnym: WCOT Fused Silica CP-Cyclodex.itrin-B-2,3,6-M-19, stosując następujący program temperaturowy: 80°C - 2 min. a następnie narost temperatury w tempie 4°C min'¹. Na podstawie uzyskanych wyników po4

177 372 miaru stwierdzono, że w mieszaninie poreakcyjnej występuje 2% nieprzereagowanego acetofenonu o wzorze 3 oraz 98% (wydajność chemiczna) optycznie czynnych alkoholi R - (+) 1-fenyloetanolu o wzorze 4.B i S - (-) -1-fenyloetanolu o wzorze 4.A, o czystości enancjomerycznej (ee) 90%, z enancjomerem S w przewadze. Identyfikację obu enancjomerycznych alkoholi uzyskuje się przez porównanie ich czasów retencji z czasem retencji wzorca (alkoholu) otrzymanego na drodze rutynowej redukcji chemicznej substratu (ketonu).

Przykład 2-12. Hodowlę kultury przygotowuje się tak jak w przykładzie 1 a proces redukcji ketonów prowadzi się według danych przedstawionych syntetycznie w tabeli, gdzie przedstawiono kolejno:

- prochiralne ketony - nazwy chemiczne (kolumna 2),

- mieszaninę enancjomerycznych, optycznie czynnych alkoholi - nazwy chemiczne oraz numery ich wzorów przedstawionych na rysunku (kolumna 3),

- stężenia substratów (kolumna 4),

- czas transformacji, w dniach (kolumna 5),

- wydajność preparatywną, w °/o oraz nazwę i stosunek składników eluentu (kolumna 6),

- wydajność chemiczną (stosunek ilości substratu do produktu) i skład enancjomeryczny alkoholi, oznaczone metodą chromatografu gazowej na adsorbencie chiralnym, przy podanym programie temperaturowym (kolumny 7 i 8),

- skręcalność właściwą optycznie czynnego alkoholu (kolumna 9). Znak skręcalności jest podstawą do ustalenia absolutnej konfiguracji dla wszystkich otrzymanych alkoholi, po porównaniu z danymi literaturowymi.

W przypadku produktów transformacji: p-nitroacetofenonu o wzorze 9, 2-acetylonaftalenu o wzorze 13, 2-acetylopirydyny o wzorze 17, 4-acetylopirydyny o wzorze 19, tetralonu o wzorze 23 i 4-benzoilopirydyny o wzorze 25 - jednokrotna chromatografia jest niewystarczająca z powodu obecności metabolitów własnych we frakcji zawierającej produkt. Dlatego też chromatografię tę powtarza się dwu- trzykrotnie, aż do osiągnięcia zadawalającego stopnia oczyszczenia produktu. Ponadto, w przypadku produktu transformacji benzoilopirydyny o wzorze 25, podane warunki w GC nie pozwalają na ustalenie składu enancjomerycznego otrzymanych alkoholi o wzorach 26.A i 26.B.

Podane w tabeli oznaczenia składników eluentów (rozpuszczalników) mają następujące znaczenie: A - aceton, B - benzen, C - czterochlorek węgla, Cf - chloroform, H - heksan, 1 - izopropanol, M - metanol, Om - octan metylu.

177 372

Tabela

[α] 546 (c, g/100ml, rozpuszczalnik)

CD

UJ CO ó CM II O o CO σ> 7 Ό <S Vł

u— O oo’ τϊ- σί II o 0 ~ CO t< Tl- 1 «Ο O ’Τ tN <✓, 2

*♦— o oo’ tJ- σ> 11 <□ o oo o T r*> — C*4 1Λ

L*— O O) CM II O o CM Tfr T OO O <*) TT η «λ

X Tl^-’ CO II o OO !< m l Ό C4 -e r-ł 2

o r-Z II c^ o CO łÓ 1 CJ >o \o «Τ >— >^Ί

M— O cm’ co co’ 11 o_ o Tl- o CM 1 Ό oo tt r-ł «η 2

L«— O 10 05 11 o_ 0 LO TT 1 ¢0 <S K) Έ

ee [%] mieszaniny alkoholi **

o o 5 _łĆ c 3 (0 §

oo

O σ>

ć E o τΤ 7r> ro c. ro Έ* E o O 00

O)

c E o to ω co c. ro s E o O co

co

c E o* LO L0 ro c ro Iz E o O 00

O CO

ć E o“ lo ro c ro c* E o o o b-

TT 05

ć E o LO lo ro c ro S E V o O CO

O

ć £ o CM lo ro c ro Cl· E LO o O TJ

co v~

c E O 7?· lo ro c ro Έ* E CM, °O 00

0 0

c | 0 M- lo ro c ro 0 0 co

S*<S g N ·=> o ro f ό b >s φ §-s

co o> cm

05 co V v

co r- tZl CM

CM Μ^- ÓÓ LO

CM 05 ĆO

TT Μ ĆD LO

V TT 05 LO

co 05 TT

Wydajność preparatywna, [%], Eluent w chromatografii kolumnowej

co

o - < ó I

04 O _ ó £ i? < δ X

O in CM E rO £? r i X 5T c\i in ·'- ·»- CO £ $ 9 o O Ri ^x E ⁿ O o X

CM ro o co ć> LO CO CM -- < O X

<n 1/5 co -M- < O X

ĆO o °° CM < CD X

ΙΌ CM LO CM E O δ o χ CM CO ó m o to E O δ X

ĆM < δ X v CM CO x- tri < δ X

W δ SS. —, □ © E 2.

LO

CD

b-

CO

co

CO

O

M- X^-

05

Tfr

b~ 05 O

TT CO o

TT CO v

CM LO V

TT LO o

to o

r-- CO

CM b» 0

Sć z> O O cl

co

ó c Tf ro — φ < u ® o A £

° m ro co ’ο — o < Ξ <0 o V c* c °

O 00 ro oo O Λ — oo o o. |

GO © O >Λ Φ ó< 2 Εδώ Ę •X ° V >

o ^m C CM ro v o. ._ 2 < o ™ C >> o

o CD s ? φ £ < >« Tj· •f ii ^ro E CM, θ

o CD (D ζϊ- 'S — O < >. <6 ω V 2? CM O

co i i Ί g < ra co ? φ *“ CM >S X 0 $

ro lo _Q 3 ω

CM

c g m a> u_ 2 y φ § o ro

jh <ę o § V a $ co θ ro

ό O ® o ·§ V φ s MT 2 ro

£Z O c 05 o CD S-o S § k_ Έ Tf

c o c Φ uO »o o.

c ^5 ro co ro v— c o £ - S Q? > O ro CM

c 'φ o m *o ^2 φ y υ > ro CM

ro c >% •O ^b- Έ. 0 0 2? § Φ > 0 ro CM

< 3 CL~

-

CsJ

CO

'Χ

LO

to

r^-

00

177 372

θ'

CD

Ε ι_

Ο *·— (Λ

C

CU

C α>

Ν ο

*c ο

Ν

Ο

Ω_

Ζ3

Σ3

Ό

Ο

Τ3 ζ:

j5 ω

_Q zs (/) <D c

ZJ (/) o

o _SĆ

CU

C

O ♦N

CU

L_ >v

O ♦CO o c CU o

- rt>

O O O O w φ ω α>

5 S CU CU CU ω w w Ό Ό Ό O O O a a α CU CU CU ccc

177 372

Wzór 4Λ

Wzór 12. A

Wzór 12.B

177 372

HO .H

Wzór 17

Wzór 14.A

y y ”

Wzór 25

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania optycznie czynnych alkoholi aromatycznych stanowiących mieszaninę enancjomeryczną, z przewagą jednego z enancjomerów, o wzorach ogólnych 2.A i 2.B, gdzie R¹ i R² oznaczają grupę arylową i alkilową lub dwie grupy arylowe, drogą biotransformacji z wykorzystaniem kultury mikroorganizmu namnożonego na sterylnej pożywce płynnej, znamienny tym, że do enancjospecyficznej redukcji substratu, którym sąprochiralne ketony o wzorze ogólnym 1, gdzie R1 i R2 oznaczają grupy arylową i alkilową lub dwie grupy arylowe, stosuje się gatunek Nigrospora oryzae.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prochilarnymi ketonami są ketony typu aromatycznego posiadające jedną lub dwie grupy aromatyczne, w tym aromatyczne układy heterocykliczne z azotem w pierścieniu sześcioczłonowym albo siarką w pierścieniu pięcioczłonowym, jako jedynym heteroatomem pierścienia.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie ketonu w stosunku do kultury mikroorganizmu, namnożonej na sterylnej pożywce płynnej zawierającej 2,5% ekstraktu maltozowego, wynosi od 0,1 do 3,0 g/dm³.