PT95404A

PT95404A - Processo para a preparacao por sintese enzimatica enantiosselectiva de esteres s(-) e r(+) da 4-hidroxi-ciclopenten-1-onas e dos seus 2',2'-dimetilpropano-1',3'-diol-cetais

Info

Publication number: PT95404A
Application number: PT9540490A
Authority: PT
Inventors: Stefan Schapohler; Thomas Scheper; Karl Schugerl
Original assignee: Europ Communities
Priority date: 1989-09-25
Filing date: 1990-09-24
Publication date: 1991-05-22
Also published as: IE903437A1; LU87593A1; DK37392A; DK37392D0; WO1991004337A1; CA2066689A1; JPH06500458A; EP0419988A1

Description

EUROPAISCHE WIRTSCHAFTSGEMEINSCHAFT "PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO POR SlNTESE ENZIMÃTXCA ENANTIOSSELECTIVA DE ÉSTERES S(-)ER(+) DAS 4-HIDROXI-CICLOPENTEN-l-ONAS E DOS SEUS 2',2'-DI-METILPROPANO-1',3'-DIOL-CETAIS" A presente invenção diz respeito a um processo para a preparação por síntese enantios selectiva enzimática de ésteres S(-) e R(+) de 4-hidroxi-ciclopenten-l-one e dos seus 2'-21-dimetilpro-pano-1',3'-diol-cetais; refere-se especialmente a um processo de preparação enantios selectiva dos ésteres designados S(-) e R(+) das seguintes fórmulas (Ia) ou (Ib)

(Ia) (Ib) que representam produtos intermediários valiosos para a síntese pretendida, isto é, estéreos selectiva ou enantios selectiva de -2-

% compostos químicos, em especial de derivados quirálicos de prosta-glandina estáveis e resistentes à armazenagem. A partir da memória descritiva publicada para-inspecçao pública do pedido de patente de invenção alemã DE-OS 37 24 721, conhece-se a maneira de proceder como, a—partir de acetato de cetal racémico Γ por eliminação hídrolítica na presença de uma enzima, isto é, por hidrólise enzimãtica, a preparação do correspondente álcool S(-) com a manutenção do éster R(+). 0 álcool S(-) contido na mistura reaccional (pH 7) é, no entanto, instável no sistema aquoso da reacção e o seu processamento para a obtenção do éster S(-) por esterificação química é tecnicamente muito complicado, obtendo-se o produto final pretendido apenas com rendimentos comparativamente pequenos. 0 objectivo da presente invenção é, portanto, proporcionar uma via para a preparação selectiva do éster S(-) e R(+) da 4-hidroxi-2-cicl-openten-l-ona e dos seus 2’ ,2’-dimetilpropano-1’, 31-diol-cetais que é tecnicamente simples e proporciona os produtos finais pretendidos com um elevado grau de pureza e rendimento. A requerente descobriu agora que se pode atingir este objectivo de acordo com a presente invenção se, ao contrário da separação enzimática enantios selectiva já conhecida do acetato de cetal racémico, se preparar em meio aquoso tamponizado de pH 7 -3-

o éster S(-) e R(+) da 4-hidroxi-2-ciclopenten-l-ona e dos seus 21,2'-dimetilpropano --1',3'-diol-cetais por síntese enzimática pretendida, isto é, estéreos selectiva ou enantios selectiva, a partir do correspondente composto de hidroxilo racémico e de um éster de ácido como doador de acilo na presença de uma enzima no seio de um dissolvente orgânico.

Constitui um objecto da presente invenção, portanto um processo para a preparação enantios selectiva de ésteres S(-) e R(+) da 4-hidroxi-ciclopenten-l-ona e dos seus 2',2'-dimetilpro-pano-1',3'-diol-cetais de fórmulas (Ia) e (Ib)

OAcilo

(Ib) (Ia) que se caracterizam pelo facto de a) se fazer reagir uma mistura racémica da 4-hidroxi-2--ciclopenten-l-ona ou dos seus 2',2'-dimetilpropano--1',3'-diol-cetais de fórmula (II) na presença de uma enzima com um éster de fórmula geral (III) como doador -4- de acilo no seio de uma fase orgânica, de preferência uma fase orgânica isenta de água, à temperatura ambiente ou a uma temperatura elevada, com formação de éster S(-) de fórmula (Ia) e com conservação do álcool R(+) de formula (Ilb) de maneira correspondente â seguinte equação química -4-

(II) (Ia) (Ilb)

+ R - OH (IV) na qual o símbolo Acilo representa um radical ácido qualquer, de preferência vim radical de um ácido carbo-xílico orgânico C-^-C22 e 0 sí™!»0!0 R representa um radical alquilo, alcenilo ou alcinilo eventualmente substituído, não ramificado ou ramificado, com um a vinte e dois átomos de carbono, de preferência com um a doze átomos de carbono e, em especial, com um a seis átomos de carbono, um grupo arilo eventualmente substituído, com seis a doze átomos de carbono, de prefe- -5- / 4 rência seis a dez átomos de carbono, ou um grupo hetero ciclíco eventualmente substituído, com cinco a dez, de preferência cinco a sete átomos no núcleo, que contém pelo menos um átomo de azoto, de oxigénio e/ou de enxofre como heteroátomo ou heteroátomos; b) se separar a mistura de produtos obtidos na fase (a) por cromatografia ou por processos de extracção num éster S(-) de fórmula (Ia) que se obtém como primeiro produto final e um álcool R(+) de fórmula (Ilb); o qual c) se transforma por esterificaçao química ou enzimática com o éster de fórmula geral (III) num éster R(+) de fórmula (Ib), o qual, por sua vez, se obtém por meio de cromatografia ou de extracção sob a forma pura como segundo produto final, correspondendo â seguinte equação química

OAcilo

H3C

+ Acilo-OR -» (III) (Ib)

+ R - OH (IV) -6- ur

De acordo com o processo da presente invenção, é possível, de maneira tecnicamente simples e económica, por síntese enzimá-tica enantios selectiva directa, ao contrário do composto de S(-)-hidroxi instável, obter os ésteres S(-) e R(+) da 4-hidroxi--2-ciclopenten-l-ona e dos seus 2',2'-dimetilpropano-1',3'-diol--cetais, que constituem produtos intermediários valiosos para a síntese de uma sintona de prostaglandina quirálica estável, susceptível de poder ser armazenado. Especialmente a 4-acetoxi--ciclopentenona, assim como o seu cetal são substâncias-chave para a síntese de substâncias naturais ciclopentanóides [veja-se a memória descritiva publicada para inspecção pública do pedido de patente de invenção alemã DE-OS 37 24 721, R. Noyori e col., "Angewandte Chemie", 96, 854 (1984) e E. Winterfeldt e col., "Angewandte Chemie", 94, 496 (1982)].

Por realização do processo de acordo com a presente invenção, obtêm-se os produtos pretendidos sob uma forma estável e com um grau de pureza e um rendimento extraordinariamente elevados.

Além disso, o processo de acordo com a presente invenção, ao contrário do processo conhecido a partir da memória descritiva publicada para inspecção pública do pedido de patente de invenção alemã DE-OS 37 24 721, apresenta as seguintes vantagens técnicas. Além de um menor número de operações de síntese, verifica-se também uma nítida diminuição da necessidade de dissolvente ; a reacção realiza-se em volumes muito pequenos; não se utilizam dissolventes de extracção venenosos ou carcinogénicos porque se -7- .NÔ pode trabalhar directamente, o que também origina uma diminuição de consumo de energia; a enzima pode separar-se facilmente (por exemplo, por filtração) e não é necessária a sua imobilização; é possível uma realização contínua com o cartucho de enzima (leito sólido) sem quaisquer dificuldades; e é desnecessária a utilização de comparticipantes na dissolução.

Na realização do processo de acordo com a presente invenção, utiliza-se como doador de acilo, de preferência, o éster de fórmula geral 0

II

Rx - C - 0R2 (V) na qual os símbolos R-^ e R2, que podem ser iguais ou diferentes, podem ter, cada um deles, as significações mencionadas antes para R. É especialmente preferida a utilização de éster de etilo de ácido acético (acetato de etilo) ou de um éster de glicerina de um ácido orgânico com um a vinte e dois átomos de carbono, em especial triacetina, tributirina e semelhantes, como doador de acilo, em que estes últimos se caracterizam pela sua falta de carácter venenoso e pela sua elevada velocidade de reacção.

Na realização do processo de acordo com a presente invenção, prevê-se que o processamento extractivo se realize por cromato- grafia em coluna rápida [veja-se Still e col·., "J. Org. Chem.", 43, 2 923 (1978)], como se utiliza também nos exemplos de realização seguidamente descritos mais adiante na presente memória descritiva.

Na realização da fase (c) do processo de acordo com a presente invenção, prefere-se realizar a esterificação enzimãtica em vez da esterificação química usual (com um cloreto de ácido/ /anidrido de ácido e piridina e um álcool). A realização deste processo corresponde â realização da esterificação enantios selectiva. A esterificação enzimática directa enantios selectiva de acordo com a presente invenção é especialmente vantajosa no caso do composto cetalizado em que com o 2',2'-dimetilpropano-1', 31-diol-cetal (= cetal-álcool) se pode realizar a separação completa dos enantiómeros e em que, por subsequente descetali-zação, se obtém facilmente o éster enantiomericamente puro da 4-hidroxi-ciclopentenona não cetalizada (= ceto-álcool) (por exemplo, com adição catalítica de ácido acético ou de ácido fórmico, â temperatura ambiente, por sacudimento durante uma hora ou por repouso durante quarenta e oito horas, em gel de sílica Merck número 9385).

Enquanto no caso do substrato cetónico de fórmula (II), na fase (a) do processo de acordo com a presente invenção, se utiliza como enzima, de preferência, uma esterase de fígado de porco, no caso do substrato de cetal de fórmula (II), como enzima, utili- za-se, de preferência, uma lipase, em especial uma lipase obtida a partir de Pseudomonas fluorescens (Amano Lipase P, Carga Numero LPL 05518).

Consegue-se realizar uma esterificação enzimãtica 60% enantios selectiva no substrato cetónico de acordo com a presente invenção com lipase de Pseudomonas fluorescens (por exemplo,

Amano Lipase P, Carga Numero LPL 05518 ou Rohm, EL 220-88). No caso do composto cetalizado, com as seguintes lipases pode conseguir-se a separação enantiomêrica completa : lipases de Pseudomonas fluorescens (por exemplo, Amano Lipase P, Carga Número LPL 05518 ou Rohm, EL 220-88) Candida cylindracea (fabricante, entre outros, Amano Lipase Ay, Carga Número LAY MO 3517 ou Sigma, Cat. Número L-1754, Lote Número 34F-0621), de pâncreas de porco (fabricante, entre outros, Rohm, Carga Número 7023 C, Sigma, Cat. Número L-3126, Lote Número 74F-0470) e Mucor miehei (Gist-Brocades, Carga Número 0282).

As enzimas são empregadas de preferência em excesso. As proporções em massa de enzima/álcool compreendidas entre 0,5 : 1 e 10 : 1 verificaram-se ser especialmente vantajosas, de acordo com a actividade (U) da enzima (reacção de referência : hidrólise de um triglicérido ou de um éster médio em solução, U = micromoles de equivalente de ácido gordo por minuto, a valor constante de pH em emulsão aquosa, também correspondendo âs indicações do fabricante da enzima). A lipase de Pseudomonas imobilizada da firma -10- -10-

Rohm possui, por exemplo, uma actividade específica seis vezes menor e, portanto, deve ser utilizada em proporção correspondentemente maior.

Na realização do processo de acordo com a presente invenção, na fase (a), utiliza-se como dissolvente orgânico, de preferencia, um hidrocarboneto como n-heptano, i-octano, etc. ou vim éster, em especial acetato de ciclo-hexilo, especialmente do éster utilizado como doador de acilo, em especial tributirina. A esterificação realizada na fase (a) do processo de acordo com a presente invenção pode efectuar-se â temperatura ambiente ou a uma temperatura elevada, de preferência a uma temperatura compreendida dentro do intervalo de 40°C a 75°C, em especial de 58°C a 62°C e, de maneira muito especial, a 60°C. 0 dissolvente orgânico e o álcool de fórmula (II) são empregados na fase (a) do processo de acordo com a presente invenção, de preferência numa proporção em massa compreendida entre 4 : 1 e 100 : 1, em especial entre 5 : 1 e 10 : 1, em que a proporção de dissolvente para álcool depende fundamentalmente da solubilidade no álcool empregado. A enzima e o álcool de fórmula (II) são empregados na fase (a) do processo de acordo com a presente invenção, de preferência numa proporção em massa compreendida entre 0,5 : 1 e 10 : 1, em -11- especial 0,5 : 1 a 1,5 : le, de maneira muito especial, entre 0,7: 1 e 0,9 : 1.

De acordo com um aperfeiçoamento especialmente preferido do processo de acordo com a presente invenção, em vez da esterifi-cação do álcool R(+) de fórmula (Ilb), na fase (c) pode realizar-se a racemização do álcool e a recuperação do mesmo na operação (a), pelo que se pode obter a esterificação enantios selectiva completa do composto de hidroxi racêmico de fórmula (II) com obtenção do éster S(-) de fórmula (Ia). A realização da reacção e a proporção dos enantiómeros podem ser seguidas com a utilização de cromatografia em fase liquida sob elevada pressão (HPLC, com uma coluna de HPLC quirá-lica Daicel OA, com um agente de eluição constituído por n-hexano/ jisopropanol a 10 : 1) ou por cromatografia em fase gasosa capilar (coluna Lipodex® A de Macherey & Nagel). Os pormenores deste processo correspondem ao trabalho normal laboratorial (tendo em atenção as indicações dos fabricantes). A determinação das proporções dos enantiómeros e a configuração absoluta pode finalmente realizar-se de acordo com os métodos usuais por ressonância magnética nuclear protónica do éster de Mosher [veja-se J. A. Dale e col. , "JACS", 9_5, 512 - 519 (1973) e a memória descritiva publicada para inspecção pública do pedido de patente de invenção alemã DE-OS 37 24 721]. -12- A enzima utilizada de acordo com a presente invenção pode empregar-se sob a forma livre, isto é, dissolvida ou suspensa num meio reaccional orgânico, ou sob a forma imobilizada, por exemplo sob a forma encerrada num substrato polimérico.

As fórmulas anteriormente indicadas Ia, Ib, II e Ilb significam fórmulas de combinação em que as fórmulas de estrutura da 4-hidroxi-ciclopenten-l-ona e dos seus derivados de éster, por um lado, assim como os seus 2',21-dimetilpropano-1',31-diol-cetais e dos seus derivados de éster, por outro lado, são reunidos para simplificação das equações químicas. Assim, por exemplo, a fórmula (II) representa uma combinação das fórmulas (II*) e (II")

(II) (II1) (II")

Tendo em atenção a definição anterior, o decurso do processo de acordo com a presente invenção, no caso da utilização de acetato de etilo como doador de acilo para os dois compostos de partida 4-hidroxi-ciclopenten-l-ona (A) e dos seus 2',2'-dimetil-propano-1',3'-diol-cetais (B) pode representar-se esquematicamente da seguinte forma (Ac = acetilo) -13- A)

OH

I ou reracemização alcalina/ácida

+ Ac-OR

OAc B)

^ou reracemização alcalina/ácida

-14-

Os parâmetros reaccionais apropriados para a acilação de acordo com o processo da presente invenção dependem de condições marginais que se modificam, por exemplo, das produções em massa ou da respectiva actividade da enzima respectivamente utilizada, da escolha do radical ácido pretendido (por exemplo, ácido acéticor ácido butírico, ácido oleico) e semelhantes. Os parâmetros óptimos para a acilação pelo processo de acordo com a presente invenção são especialmente os seguintes :

Enzima : esterase de fígado de porco ou lipase de Pseudomonas fluores-cens (Amano Lipase P, Carga NQ LPL 05518), Dissolvente (LM) : triacetina (triacetato de glicerina, completamente neutro para o meio ambiente porque é um produto natural), Produção em massa de éster seco (LM)/cetal-álcool 6 : 1, Proporção em massa enzima/cetal-álcool : 1 : 1, Temperatura de reacção : 40°C + 1°C, Teor de água da enzima : 3,17% (enzima liofilizada, empregada na reacção directa-mente como é fornecida pelo fabricante). -15-* A presente invenção é esclarecida mais completamente por meio dos seguintes Exemplos, sem ser limitada de qualquer forma por eles.

EXEMPLOS EXEMPLO 1

Em um balão de fundo redondo de 10 ml, em banho de óleo a 40°C, dotado com agitador magnético, fizeram-se reagir 521,3 mg (= 2,83 milimoles) de cetal-álcool, 511,3 mg de Amano Lipase P (Carga Número LPL 05518) em 3 ml (=3,1 gramas = 9 milimoles) de tributirina.

Depois de quarenta e cinco horas, interrompeu-se a reacçao, separou-se a enzima por filtração, lavou-se com acetona e colocou-se sobre um filtrado numa coluna contendo 50 gramas de gel de sílica (gel de sílica rápido Merck 60, Número 9385) e separou-se com um diluente constituído por éter de petróleo/éter a 2 : 1.

Obtiveram-se 240,1 mg (= 0,98 milimole) de butirato de S(-)-cetal (pureza enantiomérica >95%, HPLC) e 281,2 mg (= 1,53 milimoles) de R(+)-cetal-álcool (pureza enantiomérica > 95%, HPLC). EXEMPLO 2

Em um balão de fundo redondo de 10 ml, em banho de óleo a 60°C, dotado de agitador magnético, fizeram-se reagir 2 ml de acetato de ciclo-hexilo seco (13,6 milimoles), 250 mg de Amano Lipase P (como no Exemplo 1) e 308,0 mg (= 1,68 milimoles) de cetal-álcool.

Depois de vinte horas, interrompeu-se a reacção, separou-se a enzima por filtração, lavou-se com acetona e separou-se o filtrado numa coluna com 50 gramas de gel de sílica (Merck, NQ 9385) com uma mistura de éter de petróleo/éter (1 : 1).

Rendimento : 140,2 miligramas (0,76 milimole) de R(+)-cetal--álcool ( > 95% de pureza enantiomérica de acordo com HPLC e espectro de ressonância magnética nuclear protónica do éster de Mosher) e 203,4 mg (= 0,83 milimole) de butirato de S(-)-cetal ( ^ 95% de pureza enzimática de acordo com HPLC).

Claims

-17- REIVINDI CAÇÕES 1.- Processo para a preparação enantiosselectiva àos ésteres S(-) e R(+) das 4-hidroxi-ciclopenten-l-onas e dos 2',2'--dimetilpropano-1',3'-diol-cetais de fórmulas gerais

-18-

caracterizado pelo facto de: a) se fazer reagir tuna mistura racémica de 4-hidroxi--2-ciclopenten-l-onas ou dos seus 2',2 '-dimetilpropano-1',3'--diol-cetais de fórmula (II) , na presença de uma enzima, c.om um ester de fórmula geral (III) como doador de acilo, em fase orgânica, com formação do correspondente éster S (-) de fórmula ge ral (Ia), do álcool R(+) de fórmula (Ilb) e do álcool de fórmula geral (IV)

(II) (lia) (Ilb) + R - OH (IV) em que acilo representa o radical de um ácido qualquer, de preferência o radical de um ácido orgânico C]_-C22 e o símbolo R representa um grupo alquilo, alcenilo ou alcinilo de cadeia não ramificada ou ramificada, eventualmente substituí do, com 1 a 22, de preferência, 1 a 12 e, em especial, 1 a 6 átomos de carbono, um grupo arilo eventualmente substituído, com -19- / 6 a 12, de preferência, 6 a 10 átomos de carbono ou um grupo heterocíclico eventualmente substituído com 5 a 10, de preferência, 5 a 7 átomos no anel, o qual contêm pelo menos um átomo de azoto, de oxigénio e/ou de enxofre como heteroãtomo(s); b) se separar a mistura de produtos obtida na fase a) por cromatografia ou extracçao no éster S(-) de fõrmula geral (Ia), que é obtido .como o. primeiro produto final, e no álcool R(+) de fõrmula (Ilb) que, c) por esterificação química ou enzimãtica com um es ter de formula geral (III), se transforma -no éster R(+) de fõr mula geral (Ib), o qual, por sua vez, e obtido como o segundo produto final sob a forma- pura por cromatografia ou extracçao, de acordo com o seguinte esquema reaccional

(Ilb) (Ib) + R - OH (IV) 2.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza -20- U do pelo facto de, como doador de acilo, se utilizar um éster de fórmula geral O II Rx - c.- OR2 (V) na qual e , iguais ou diferentes, têm, respectivamente, o signifi cado definido na reivindicação 1 para R.
3. - Processo de.acordo.com a reivindicação 1 ou 2, carac-terizado pelo facto de, como doador de acilo, se utilizar aceta to de etilo ou um triéster de glicerina de um acido orgânico com até 22 átomos de carbono, em especial, triacetina ou tribu-tirina.
4. - Processo de acordo com uma qualquer .das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo facto de, no caso do substrato de cetona.de fórmula (II), se utilizar esterase de fígado de porco como enzima.
5. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo facto de, no caso do substrato de cetal de fórmula (II), se utilizar lipase de Pseudomonas fluorescens, como enzima.
6. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindica- -21-

çoes 1 a 5, caracterizado pelo facto de, na fase a), como dissolvente orgânico, se utilizar um hidrocarboneto e/ou um éster, de preferência, o éster utilizado como doador de acilo.
7. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo facto de a reesterificação na fa se a) se realizar â temperatura ambiente ou a temperatura eleva da, de. preferência, a uma temperatura compreendida entre 40° e 75°C, de preferência, entre 58° e 62°C e, em especial, à temperatura de 60°C.
8. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo facto de, na fase a), se utilizar o dissolvente orgânico e o álcool de fórmula geral (III) numa proporção em massa compreendida entre 4:1 e 100:1, de preferência, entre 5:1 e 10:1.
9. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo facto de, na fase a), se utilizar a enzima e o álcool de fórmula geral (III) numa proporção em massa compreendida entre 0,5:1 e 10:1, de preferência, entre 0,5:1 e 1,5:1 e, em especial, entre 0,7:1 e 0,9:1.
10. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo facto de, na fase c), em vez da 22-

t .¾ esterificação do álcool R(+) de fórmula (Ilb) se realizar uma racemização do álcool R(+) e uma reciclagem do mesmo para a fa se a) para a transformação enantiosselectiva completa do comp-posto racémico de fórmula (II) no éster S(-) de fórmula geral (Ia) . Lisboa, 24 de Setembro de 1990 G Agente Oficial da Propriedade Industrial