SE453599B

SE453599B - Pharmaceutical intermediate malonic acid di:ester prepn.

Info

Publication number: SE453599B
Application number: SE8502051A
Authority: SE
Inventors: Karl Hult; John Boutelje; Sten Gatenbeck; Torbjorn Norin; Fredrik Bjorkling
Original assignee: Karl Hult; John Boutelje; Sten Gatenbeck; Torbjorn Norin; Fredrik Bjorkling
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1988-02-15
Also published as: SE8502051D0; SE8502051L

Abstract

It has the general formula (I), where R1 and R2 independently are hydrogen, hydroxy or lower alkoxy groups with 1-6 carbon atoms esp. methoxy. Diester is hydrolysed in the presence of a hydrolase enzyme. In particular dimethyl enter of malonic acid with the general formula (II), where R1, R2 are as above. The enzymic hydrolysis is carried out in a mixture of solvents which include water and up to 50 vol. % dimethylsulphoxides.

Description

453 599 -2 aminosyrorna är det synnerligen önskvärt att monoestrarna föreligger som (R)-enantiomerer, eftersom lan då automatiskt erhåller (S)-formen av Ci -metylaminosyrorna vid en stereo- speoifik transformation av karboxylgruppen till amin. 453 599 -2 amino acids, it is highly desirable that the monoesters be present as (R) -enantiomers, since lan then automatically obtains the (S) -form of the C 1 -methylamino acids upon a stereospecific transformation of the carboxyl group to amine.

Vid vara undersökningar av grisleveresteraskatalyserad hydro- lys av substituerade metylpropandikarboxylsyra-diestrar har vi synnerligen överraskande funnit att ett högt enantiomert överskott (e.e. - "enantiomeric excess“) till förmån för (R)-enantiomeren av monoestern erhålles om man utnyttjar dimetylestrar i stället för dietylestrar. Vi har även överraskande funnit att den enantioselektivitet som erhålles vid grisleveresteraskatalyserad hydrolys av bensylmetylpro- pandikarboxylsyra-dimetylester och derivat därav kan förbätt- ras avsevârt genom tillsats av upp till 50 volymß dimetyl- sulfoxid (DMSO). Man uppnår därvid ytterligare en ökning av mängden bildad (R)-enantiomer av monoestern.In our studies of pig liver esterase catalyzed hydrolysis of substituted methylpropanedicarboxylic acid diesters, we have found very surprisingly that a high enantiomeric excess (ee - "enantiomeric excess") in favor of the (R) -enantiomer of the monoester is obtained by using diethyl ester instead of dimethyl ester. We have also surprisingly found that the enantioselectivity obtained by pig liver esterase catalyzed hydrolysis of benzylmethylpropanedicarboxylic acid dimethyl ester and derivatives thereof can be significantly improved by the addition of up to 50 volumes of dimethylsulfoxide (DMSO). formed (R) -enantiomer of the monoester.

Dessa upptäckter ligger till grund för föreliggande uppfinning.These findings underlie the present invention.

Följaktligen avser föreliggande uppfinning enligt en första aspekt ett enzymatiskt förfarande för framställning av anan- tiomert rena monoestrar av malonsyra med den allmänna formeln I är Ûäﬁ ¿ﬁšGhMe'f“ W & vari R1 och R¿_oberoende av varandra är väte, hydroxi eller lägre alkoxi med 1-6 kolatomer, företrädesvis metoxi. _ Föreningarna med formeln I kan överföras till motsvarande Cl-metylaminosyror medelst i och för sig kända metoder. Sa- ledes kan monoestrarna med formeln 1 via aoylazidbildning underkastas Curtius-omlagringar, varefter, i fall av alkoxisubstituenter, behandling med HBr ger de enantiomert _; 453 599 rena O(-metylaminosyrorna med formeln lll.Accordingly, according to a first aspect, the present invention relates to an enzymatic process for the preparation of anantiomerically pure monoesters of malonic acid of the general formula I is Û wherein R 1 and R 2 are independently hydrogen, hydroxy or lower alkoxy. with 1-6 carbon atoms, preferably methoxy. The compounds of formula I can be converted to the corresponding C1-methylamino acids by methods known per se. Thus, the monoesters of formula 1 can be subjected to curtius rearrangements via ayl azide formation, after which, in the case of alkoxy substituents, treatment with HBr gives them enantiomerically; 453 599 pure O (-methylamino acids of formula III).

Det enzynatiska förfarandet för framställning av monoestrarna med formeln I utmärkes av att man underkastar en dimetyl- ester av malonsyra med den allmänna formeln II GbMe Ü Üﬁ UhMe R: vari R1 och R2 har ovan angivna betydelser, hydrolys i när- varo av ett hydrolasenzym i en lösningsmedelsblandning, som innefattar vatten och upp till 50 volym! dimetylsulfoxid (DMSO), och därefter utvinner produkten med formeln I medelst i och för sig kända metoder.The enzymatic process for the preparation of the monoesters of formula I is characterized in that a dimethyl ester of malonic acid of general formula II is subjected to GbMe Ü Ü ﬁ UhMe R: wherein R 1 and R 2 have the meanings given above, hydrolysis in the presence of a hydrolase enzyme in a solvent mixture comprising water and up to 50 volumes! dimethyl sulfoxide (DMSO), and then the product of formula I is recovered by methods known per se.

Enligt en andra aspekt avser föreliggande uppfinning även monoestrarna med formeln I. Enligt en tredje aspekt avser uppfinningen utgångsdíestrarna med formeln Il.According to a second aspect, the present invention also relates to the monoesters of formula I. According to a third aspect, the invention relates to the starting diesters of formula II.

Diestrarna med formeln Il kan framställas genom alkylering av metylpropandikarboxylsyra-dimetylester. Så exempelvis framställes bensylmetylpropandikarboxylsyra-dimetylester, 4-metoxibensylmetylpropandikarboxylsyra-dimetylester och 3,4-dimetoxibensylmetylpropandikarboxylsyra-dimetylester genom alkylering med bensylbromid, 4-metoxibensylbromid resp. 3,4-dimetoxibensylbromid.The diesters of formula II can be prepared by alkylation of methylpropanedicarboxylic acid dimethyl ester. For example, benzylmethylpropane dicarboxylic acid dimethyl ester, 4-methoxybenzylmethylpropane dicarboxylic acid dimethyl ester and 3,4-dimethoxybenzylmethylpropane dicarboxylic acid dimethyl ester are prepared by alkylation with benzyl bromide, 4-methoxybenzyl bromide or 3,4-dimethoxybenzyl bromide.

Såsom nämnts ovan uppnås ett förbättrat enantiomert överskott av (R)~enantiomeren vid användning av dimetylestrarna i stäl- let för dietylestrarna vid förfarandet enligt uppfinningen. Sá exempelvis ger användningen av diestrarna bensylmetylpropany dikarboxylsyra-dimetylester, 4-metoxibensylmetylpropandíkar- boxylsyra-dimetylester och 3,4-dimetoxíbensylmetylpropandi- karboxylsyra-dimetylester vid grisleveresteraskatalyserad hydrolys motsvarande monoestrar med ett enantiomert överskott (e.e.) av 45%, 82% resp. 93% (R)-enantiomer. 453 599 _,, Det enantiomera överskottet (e.e.) av (R)-lnantiomer vid gris- leveresterashydrolys paverkas i hög grad av koncentrationen DHSO son användes vid hydrolysen. Det högsta enantiomera över- skottet av (R)-enantiomerer har uppnåtts med SO volynï DHSO.As mentioned above, an improved enantiomeric excess of the (R) -enantiomer is achieved by using the dimethyl esters in place of the diethyl esters in the process of the invention. For example, the use of the diesters gives the benzylmethylpropany dicarboxylic acid dimethyl ester, 4-methoxybenzylmethylpropanedicarboxylic acid dimethyl ester and 3,4-dimethoxybenzylmethylpropanedicarboxylic acid dimethyl ester in pig liver esterase catalyzed hydrolysis corresponding to a monoester with 82% or more. 93% (R) -enantiomer. The enantiomeric excess (e.e.) of (R) -nantiomer in porcine liver esterase hydrolysis is greatly affected by the concentration of DHSO used in the hydrolysis. The highest enantiomeric excess of (R) -enantiomers has been achieved with SO volynï DHSO.

(R)-enantiomer har uppnåtts med S0 volym! OHSO.(R) -enantiomers have been obtained with S0 volume! OHSO.

Ovan har nämnts användningen av grisleveresteras som exempel på hydrolasenzym vid förfarandet enligt uppfinningen. Exempel på andra enzymer för användning vid förfarandet enligt upp- finningen är kommersiellt tillgängligt ohymotrypsin ooh subtilisin. Dessa enzymer har, i likhet med grisleveresteras, fördelen att tillhandahållas till lag kostnad och är lätta att hantera.The use of pig liver esterase as an example of hydrolase enzyme in the process according to the invention has been mentioned above. Examples of other enzymes for use in the process of the invention are commercially available ohymotrypsin and subtilisin. These enzymes, like pig esterase, have the advantage of being provided at legal cost and are easy to handle.

Det enantiomera överskottet (e.e.) har bestämts medelst NHR av monoestrarna med formeln I i närvaro av optiskt ren 1-fenyletylamin.The enantiomeric excess (e.e.) has been determined by NHR of the monoesters of formula I in the presence of optically pure 1-phenylethylamine.

Uppfinningen àskàdliggöres närmare medelst följande utföringsexempel.The invention is further illustrated by the following working examples.

Eëﬁâëßâëšlßšß 1H- och '30-NHR-spektra registrerades i CDCI3 i en Bruker HP 200 spektrometer med TMS som intern standard. Analytisk gas- kromatograíi utfördes med ett PYE 204-instrument med flam- jonisationsdetektor under användning av kapillärkolonner.1H and '30 NHR spectra were recorded in CDCl3 in a Bruker HP 200 spectrometer with TMS as the internal standard. Analytical gas chromatography was performed with a PYE 204 instrument with flame ionization detector using capillary columns.

Optiska vridningar bestämdes med en Perkin Elmer 141 polarimeter. Samliga reaktioner med luft- och vattenkånsliga material utfördes under inerta betingelser (N¿ eller Ar).Optical rotations were determined with a Perkin Elmer 141 polarimeter. All reactions with air and water sensitive materials were performed under inert conditions (N¿ or Ar).

Grisleveresteras (EC 3.1.1.1) och C("ohymotrypsin (EC 3.4.21.i) tillhandahölls från Sigma. p. 453 599 -s 1,75 g (76 mmol) renskuret natrium sattes i bitar till 450 ml torr metanol. När reaktionen hade upphört tillsattes 10 g (76 mmol) nydestillerad propandikarboxylsyra-dinetylester och blandningen onrördes 0,5-1 timmar vid rumstemperatur. 13 g (76 mmol) bensylbrolid tillsattes och blandningen åter- loppskokades 0,5 timmar, varefter större delen av lösnings- medlet avlâgsnades under reducerat tryck och 100 ml av en 0,5H vattenlösning av HCl tillsattes. Extraktion med 3 x 100 ml dietyleter, torkning över magnesiumsulfat och därefter destillation gav 11,8 g (70%) bensylpropandikarboxylsyra- dimetylester. Denna produkt behandlades med 1,1 ekvivalenter natriummetoxid, löljt av en tillsats av 1,1 ekvivalenter destillerad metyljodid, på samma sätt som ovan och gav efter upparbetning och destillation 11,4 g av den i rubriken angiv- na produkten (90%, >99ï renhet) med följande fysikaliska data: 1H NHR 5.: 7,28-7,10 (ouppl. m,5H), 3,74 (s,6H), 3,23 (s,2H), 1,35 (s,3H). l3C NHR 5 :172,3, 136,0, 130,1, 128,2, 127,0, 54,9, 52,5, 41,3, 19,8.Pig liver esterase (EC 3.1.1.1) and C ("ohymotrypsin (EC 3.4.21.i)) were provided by Sigma. P. 453 599 -s 1.75 g (76 mmol) of purified sodium were added in pieces to 450 ml of dry methanol. After the reaction had ceased, 10 g (76 mmol) of freshly distilled propanedicarboxylic acid dinethyl ester were added and the mixture was stirred for 0.5-1 hours at room temperature, 13 g (76 mmol) of benzylbrolide were added and the mixture was refluxed for 0.5 hours. The product was removed under reduced pressure and 100 ml of a 0.5 H aqueous solution of HCl was added, extraction with 3 x 100 ml of diethyl ether, drying over magnesium sulphate and then distillation gave 11.8 g (70%) of benzylpropanedicarboxylic acid dimethyl ester. , 1 equivalents of sodium methoxide, followed by the addition of 1.1 equivalents of distilled methyl iodide, in the same manner as above to give, after working up and distillation, 11.4 g of the title product (90%,> 991 purity) with the following physical data: 1H NHR 5: 7.28-7.10 (ouppl. m, 5H), 3.74 (s, 6H), 3.23 (s, 2H), 1.35 (s, 3H). 13 C NHR 5: 172.3, 136.0, 130.1, 128.2, 127.0, 54.9, 52.5, 41.3, 19.8.

Förfarandet ovan upprepade: men under användning av de lämp- liga utgàngsmaterialen ifråga, varvid följande föreningar framställdes. 1H NMR 8 1 7,02 , 6,79 , 3,77 3,72 , 3,17 , 1,34 . '3c una 6": 172,1, 153,4, 130,9, 127,7, 113,1, 54,9, 54,3, 52,2, 40,2, 19,5. 1 H Nna 6 = 6,3-6,35 , 3,35 cs,3H>, 3,34 , 3,73 , 3,17 , 1,35 cs,3H>. '3c NMR 6": 172,3, 143,5, 143,0, 123,4, 122,3, 113,3, 110,9, ss,7, s2,4, 40,9, 19,3. 453 599 _, Allmänt förfarande: reaktionerna utfördes i 20 ml buffrade satser innehlllande 25% DHSO med tris(hydroxiletyl)anino- metan (Tri:-HCl, 0,37SH, pH 7,5), 100-150 ng (25 mh) utgångs- diester ooh 1-2 mg grisleveresteras eller 100-350 mg 0(-chymo- trypsín. Reaktionstenperaturen hölls vid 22-2506. Reaktioner- _ na övervakades medelst gaskronatografianalyser av dietyleter- extrakt av reaktionsblandningen i närvaro av en intern stan- dard (n-alkaner). Efter fullbordad reaktion (ohymotrypsin 24-48 timmar, grisleveresteras 4-12 timmar) surgjordes bland- ningen (2H H01) och produkten extraherades med dietyleter.The above procedure was repeated: but using the appropriate starting materials in question, whereby the following compounds were prepared. 1 H NMR δ 1 7.02, 6.79, 3.77 3.72, 3.17, 1.34. '3c una 6 ": 172.1, 153.4, 130.9, 127.7, 113.1, 54.9, 54.3, 52.2, 40.2, 19.5. 1 H Nna 6 = 6.3-6.35, 3.35 cs, 3H>, 3.34, 3.73, 3.17, 1.35 cs, 3H> .3 C NMR δ ": 172.3, 143.5 , 143.0, 123.4, 122.3, 113.3, 110.9, ss, 7, s2.4, 40.9, 19.3. 453 599 _, General procedure: the reactions were performed in 20 ml buffered batches containing 25% DHSO with tris (hydroxylethyl) aninomethane (Tri: -HCl, 0.37SH, pH 7.5), 100-150 ng (25 mh) starting diester ooh 1-2 mg of pig liver esterase or 100-350 mg 0 (-chymotrypsin. The reaction temperature was maintained at 22-2506. The reactions were monitored by gas chromatographic analyzes of diethyl ether extracts of the reaction mixture in the presence of an internal standard ( After completion of the reaction (ohymotrypsin 24-48 hours, pig liver esterified 4-12 hours), the mixture was acidified (2H HO 1) and the product was extracted with diethyl ether.

Rening genom aterextraktion (NaHCQ3), surgöring (2N HCI) och extraktion gav 90-98% av den önskade produkten.Purification by re-extraction (NaHCl 3), acidification (2N HCl) and extraction gave 90-98% of the desired product.

Den enligt exempel 1a) framställda diestern gav den i rubri- ken angivna föreningen med följande karakteristika: /oI/O=4,3° <1==1,a3 0111:13) 111 111111 <5' 1 1,3-1,1 111111-1311. 111.511), 3,11 15,311), 3,31 111, .1=13,3 112, 111), 3,21 ca, .1=13,e. 112, 111), 1,12 15,311), '3c 111111 61 111,3, 112,4, 135,1, 130,1, 123,3, 121,1, 54,9, 52,1, 41,5, 20,0. _____...______-______ ____ _ __ _______-__ __ __________ ___-m_- Den enligt exempel lb) framställda diestern gav den i rubri- ken angívna föreningen med följande karakteristika: /0¿/D=4,2°<1-.~=2,5, c1-1c13) 111 1111126 = 1,03 11,211), 3,13 10,211), 3,13 15,311), 3,14 15,311), 3,29 (u, .1=13,9 11:, 111), 3,10 cd, .)=13,9 11:, 111), 1,33 15,311). 'zc 11111151 111,3, 112,3, 153,1, 131,1, 121,6, 113,1, 55,1, 55,0, 52,5, 40,5, 19,3. c) , ___-_ ___..__________ ____ __________ __ _______..__ ___-__ 'I Den i exempel 10) framställda diestern gav den i rubriken an- givna föreningen med följande karakteristika: 453 599 101/ -s,a°'<=-o,as, cucl > 1H una 6"» e,a-5,6 cm,aH>, z,a2 D \ 3 <=,sH>, 3,19 , 3,13 <=,3H>, 3,23 , s,1o, 1,sa <=,3H>, '3c NMn.§ = 111,5, 112.3, 14a,e, 14a,1, 12a,o, 122,4, 113,3, 111,0, ss,1, ss,o, 52,6, 41,0, 19,9. $§2:S¥:me§xA1sn!lslenin___ 0,25 g (1,12 mmol) (R)-bensylnetylprcpandikarboxylsyra-mono- metylester upplöstes 1 0,25 nl vatten och 0,5 ml aceton vid OOC. 0,14 g (1,34 mmol) trietylamin i 2,5 ml aceton och där- efter 155 mg (1,7k mmol) etylklorformiat i 1 ml aoeton till- sattes långsamt.The diester prepared according to Example 1a) gave the title compound with the following characteristics: / oI / O = 4.3 ° <1 == 1, a3 0111: 13) 111 111111 <5 '1 1.3-1 , 1 111111-1311. 111,511), 3,11 15,311), 3,31 111, .1 = 13,3 112, 111), 3,21 ca, .1 = 13, e. 112, 111), 1,12 15,311), '3c 111111 61 111.3, 112.4, 135.1, 130.1, 123.3, 121.1, 54.9, 52.1, 41.5 , 20.0. _____...______-______ ____ _ __ _______-__ __ __________ ___- m_- The diester prepared according to Example 1b) gave the compound indicated in the heading with the following characteristics: / 0¿ / D = 4.2 ° <1 -. ~ = 2.5, c1-1c13) 111 1111126 = 1,03 11,211), 3,13 10,211), 3,13 15,311), 3,14 15,311), 3,29 (u, .1 = 13, 9 11 :, 111), 3,10 cd,.) = 13,9 11 :, 111), 1,33 15,311). zc 11111151 111.3, 112.3, 153.1, 131.1, 121.6, 113.1, 55.1, 55.0, 52.5, 40.5, 19.3. c), ___-_ ___..__________ ____ __________ __ _______..__ ___-__ 'In the diester prepared in Example 10), the title compound gave the following characteristics: 453 599 101 / -s, a ° '<= - o, as, cucl> 1H una 6 "» e, a-5,6 cm, aH>, z, a2 D \ 3 <=, sH>, 3,19, 3,13 <=, 3H >, 3.23, s, 1o, 1, sa <=, 3H>, '3c NMn.§ = 111.5, 112.3, 14a, e, 14a, 1, 12a, o, 122.4, 113.3 , 111.0, ss, 1, ss, o, 52.6, 41.0, 19.9. -benzylmethylpropanedicarboxylic acid monomethyl ester was dissolved in 0.25 nl of water and 0.5 ml of acetone at 0 ° C, 0.14 g (1.34 mmol) of triethylamine in 2.5 ml of acetone and then 155 mg (1.7k mmol Ethyl chloroformate in 1 ml of acetone was added slowly.

Efter 30 minuter vid 000 tillsattes droppvis 165 mg (1,74 mmol) natríumazid i 0,5 ml vatten. 1 timme senare hälldes blandningen i ett överskott av isvatten och extraherades med dietyleter, torkades över magnesiumsulfat och koncentrerades under reducerat tryck. Ràprodukten upplöstes 1 2 nl toluen och upphettades till 10000 till dess kvâvgas ej längre utvecklades.After 30 minutes at 000, 165 mg (1.74 mmol) of sodium azide in 0.5 ml of water were added dropwise. 1 hour later, the mixture was poured into an excess of ice water and extracted with diethyl ether, dried over magnesium sulfate and concentrated under reduced pressure. The crude product was dissolved in 2 nl of toluene and heated to 10,000 until nitrogen gas no longer developed.

Avligsnande av toluenet under reducerat tryck gav praktiskt taget rent isocyanat, såsom kunde utläsas av dess -1 IR-spektrum (2270 om ). Isooyanatet suspenderades i en 20- procentig vattenlösning av HCI och àterloppskokades 3 timmar.Removal of the toluene under reduced pressure gave practically pure isocyanate, as could be deduced from its -1 IR spectrum (2270 om). The isocyanate was suspended in a 20% aqueous solution of HCl and refluxed for 3 hours.

Den pà så sätt bildade ràprodukten renades genom jonbytarkromatcgraíi (Dowex 50 HX 8) genom eluering med 1M NH,0H.'Detta förfarande gav 170 mg (86%) av den i rubriï ken angivna föreningen. Ett analytiskt prov erhölls genom kristallisation ur metanol. 1 /C%4D=-22 ° smp. :os-3o9°c case.) H NMR - 7,4-1,2 , 3,26 cd, :=14,2 Hz, 1H>, 2,91 <1, J=14,2 Hz, 1H>, 1,52 , c NMR 6": 11a,6, 453 599 -a 136,8, 132,6, 131,5, 130,3, 64,7, 45,2, 24,9_ Vi*The crude product thus formed was purified by ion exchange chromatography (Dowex 50 HX 8) eluting with 1M NH 4 OH. This procedure gave 170 mg (86%) of the title compound. An analytical sample was obtained by crystallization from methanol. 1 / C% 4D = -22 ° m.p. : os-309 ° C case.) 1 H NMR - 7.4-1.2, 3.26 cd,: = 14.2 Hz, 1H>, 2.91 <1, J = 14.2 Hz, 1H> , 1.52, c NMR δ ": 11a, 6, 453 599 -a 136.8, 132.6, 131.5, 130.3, 64.7, 45.2, 24.9_ Vi *

Claims

453 599 Eeàenähraz

Enantionally pure nonoesters of nalonic acid (propanedicarecarboxylic acid) of the general formula I (__ qKæzH M "f" R1 out * m2 e Ra wherein R1 and Ra are independently hydrogen, hydroxy or lower alkoxy having 1-6 carbon atoms, preferably methoxy.

Benzylmethylpropanedicarboxylic acid monomethyl ester according to claim 1.

4-Methoxybenzylmethylpropanedicarboxylic acid mononethyl ester according to claim 1.

The 3,4-dimethoxybenzylmethylpropanedicarboxylic acid monomethyl ester according to claim 1.

A process for the preparation of a monoester according to claim 1 of the formula I M? GhMe "" R; Where R: wherein R 1 and R 2 are independently hydrogen, hydroxy or lower alkoxy of 1-6 carbon atoms, preferably methoxy, the corresponding diester being subjected to hydrolysis in the presence of a hydrolase enzyme, characterized therefrom Subject to a dimethyl ester of malonic acid of the general formula II wherein R7 and Ra have the meanings given above, enzymatic hydrolysis in a solvent mixture comprising water and up to 50 volume: dimethyl sulfoxide (DHSO) and then the product of formula I is recovered by methods known per se.

Process according to Claim 5, characterized in that the enzymatic hydrolysis is carried out with pig liver esterase.

Process according to Claim 5, characterized in that the enzymatic hydrolysis is carried out with chymotrypsin.

Hellan products for the preparation of the monoesters according to claim 1, characterized in that they have the formula II ü & Me RL wawzM ﬂ R: wherein R1 and R¿ are independently hydrogen, hydroxy or lower alkoxy having 1-6 carbon atoms, preferably methoxy.