WO2007077120A1 - VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON (R) - UND (S) -4- (1-AMMONIUMETHYL) BENZOESÄUREMETHYLESTER-SULFAT AUS RACEMISCHEM 4-(l-AMIN0ETHYL)BENZ0ESÄUREMETHYLESTER DURCH LIPASE-KATALYSIERTE ENANTIOSELEKTIVE ACYLIERUNG UND ANSCHLIESSENDEM AUSFÄLLEN MIT SCHWEFELSÄURE - Google Patents

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON (R) - UND (S) -4- (1-AMMONIUMETHYL) BENZOESÄUREMETHYLESTER-SULFAT AUS RACEMISCHEM 4-(l-AMIN0ETHYL)BENZ0ESÄUREMETHYLESTER DURCH LIPASE-KATALYSIERTE ENANTIOSELEKTIVE ACYLIERUNG UND ANSCHLIESSENDEM AUSFÄLLEN MIT SCHWEFELSÄURE Download PDF

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    • C07B2200/07—Optical isomers

Definitions

  • the present invention relates to a novel process for the preparation of (R) - and (S) - 4- (1-ammoniumethyl) benzoic acid methyl ester sulfate.
  • Porcine pancreatic lipase PPL.
  • the ester used ethyl acetate
  • solvent When using other solvents or other enzymes no satisfactory results are achieved.
  • WO 95/08636 describes a process for the preparation of optically active primary and secondary amines from the corresponding racemates by enantioselective acylation in the presence of a hydrolase.
  • optically active amines represented in this way are not very storage-stable, depending on their structure, and are subject to further side reactions.
  • the invention relates to a process for the preparation of optically active 4- (1-ammonium ethyl) benzoic acid methyl ester sulfate by reacting racemic 4- (i-aminoethyl) benzoic acid methyl ester with an acylating agent in the presence of a lipase to 4- (1-aminoethyl) benzoic acid methyl ester and subsequent precipitation of methyl 4- (1-ammoniumethyl) benzoate sulfate by addition of sulfuric acid.
  • the acylating agents which are suitable for the process according to the invention are preferably carboxylic acid esters. Particular preference is given to so-called activated carboxylic acid esters in which the acid component carries a heteroatom substitution in the alpha position relative to the carbonyl carbon atom. Preference is given to using methoxyacetic acid esters as acylating agents.
  • the alcohol component of the carboxylic ester preferably consists of alkyl alcohols having a chain length of 1-6 C atoms, which may be branched or unbranched and also substituted. Particularly suitable acylating agent is methoxyacetic acid isopropyl ester.
  • lipases a multiplicity of enzymes can be used in the process according to the invention. Preference is given in particular to microbial lipases which can be isolated, for example, from yeasts or bacteria. Particularly suitable are lipases from Pseudomonas, z. B. Amano P or the lipases from Pseudomonas spec. DSM 8246 or Candida antarctica. The by Novozymes under the name Novozyme 435 ® marketed lipase (lipase B from Candida antarctica) is particularly suitable for the novel process.
  • the enzyme used can be used in native or in immobilized form.
  • solvents organic solvents are generally suitable.
  • the reaction proceeds particularly well in ethers, for example in MTBE or THF, or in hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, toluene or halogenated hydrocarbons such as methylene chloride.
  • the reaction can also be carried out in the absence of a solvent.
  • the reaction of the acylating agent with the racemic 4- (1-aminoethyl) benzoic acid methyl ester under enzyme catalysis is usually carried out at room temperature.
  • the reaction times for this are 1 to 48 hours, preferably 5 to 24 hours.
  • acylating agent From 1 to 2 mol, preferably from 1.2 to 1.6 mol, of acylating agent are added per mole of methyl 4- (1-aminoethyl) benzoate.
  • the amount of lipase to be added depends on the type of lipase and the activity of the enzyme preparation.
  • the optimum amount of lipase for the reaction can easily be determined by simple preliminary tests. As a rule, 1000 units of lipase per mole of amine are added.
  • the reaction is usefully terminated at a conversion of 50% of the racemic amine. This is usually done by removing the catalyst from the reaction space, for example by filtering off the enzyme.
  • the enantioselective reaction of the racemic 4- (1-aminoethyl) benzoic acid methyl ester with the lipase results in the corresponding acylated product (amide) from one enantiomer, while the other enantiomer remains unchanged.
  • the present mixture of amine and amide can be easily separated by conventional methods. For example, extraction or distillation processes are well suited for separating the mixture of amine and amide.
  • Which enantiomer is selectively acylated depends on the choice of lipase and can easily be determined by a preliminary experiment; For example, Novozyme® 435 selectively acylates methyl (R) -4- (1-aminoethyl) benzoate.
  • Methyl 4- (1-aminoethyl) benzoate is added to the reaction at least 0.5 mol of sulfuric acid to ensure complete salt formation (conversion to 4- (1-ammonium-ethyl) -benzoic acid methyl ester sulfate).
  • Sulfuric acid can be added directly to the enzymatic acylation or after previous isolation of 4- (1-
  • Aminoethyl) benzoic acid methyl ester from the reaction medium. It is also possible to remove only the lipase from the reaction medium; this is particularly advantageous when working with immobilized lipase.
  • methyl 4- (1-ammoniumethyl) benzoate sulfate precipitates from the reaction medium and thus can be readily separated from the dissolved acylated 4- (1-aminoethyl) benzoic acid methyl ester (i.e., the amide). If both reaction products are dissolved, they can easily be separated by standard operations such as crystallization, extraction, distillation and chromatography because of their different physicochemical properties.
  • 4- (1-Ammoniumethyl) benzoic acid methyl sulfate is stable under the reaction conditions and does not undergo intermolecular amidation as observed, for example, in methyl 4- (1-aminoethyl) benzoate.
  • 4- (1-Ammoniumethyl) - benzoic acid methyl sulfate can be obtained by further purification such as recrystallization in high optical purity.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem 4-(1-Ammoniumethyl)- benzoesäuremethylester-sulfat durch Umsetzen von racemischem 4-(1- Aminoethyl)-benzoesäuremethylester mit einem Acylierungsmittel in Gegenwart einer Lipase zu 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester und anschliessendem Ausfällen von 4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat durch Zugabe von Schwefelsäure.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON (R) - UND
(S) -4- (1-AMMONIUMETHYL) BENZOESÄUREMETHYLESTΞR-SULFAT AUS RACEMISCHEM 4-(l-AMIN0ETHYL)BENZ0ESÄUREMETHYLESTER DURCH LIPASE-KATALYSIERTE ENANTIOSELEKTIVE ACYLIERUNG UND ANSCHLIESSENDEM AUSFÄLLEN MIT SCHWEFELSÄURE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Verfahren zur Herstellung von (R) - und (S)- 4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat.
Stand der Technik
Die Racematspaltung von Aminen durch Enzym-katalysierte Umsetzung mit Estern ist bekannt. Kitaguchi et al. (J. Amer. Chem. Soc. 1 11 , 3094-3095, 1989) beschreiben die Racematspaltung von Aminen mit Trifluorethylbutyrat unter Subtilisin-Katalyse. Die Enantioselektivität dieser Reaktion ist jedoch stark lösungsmittelabhäng. Selbst mit dem geeignetsten der beschriebenen Lösungsmittel (3-Methyl-3-pentanol) wird nur eine mäßige Selektivität erreicht.
In WO 91/19002 wird ein Verfahren zur chiralen Anreicherung von racemischen primären Aminen beschrieben, bei dem die Amine unter Subtilisin-Katalyse mit Ethylacetat oder Ethylbutyrat umgesetzt werden. Die dabei erzielten Enantiomerenüberschüsse sind jedoch nicht befriedigend; außerdem werden lange Reaktionszeiten von einer bis mehreren Wochen benötigt.
Gotor et al. (J. Chem. Soc. Chem. Commun. 957-958, 1988) beschreiben die enantio- selektive Acylierung von 2-Amino-butan-1-ol mit Ethylacetat unter Katalyse von
Schweinepankreas-Lipase (PPL). Dabei wird der verwendete Ester (Ethylacetat) auch als Lösungsmittel eingesetzt. Bei Verwendung anderer Lösungsmittel bzw. anderer Enzyme werden keine befriedigenden Ergebnisse erzielt.
Von Brieva et al. (J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1386-1387, 1990) wird die enantio- selektive Synthese von Amiden aus racemischen primären Aminen durch Umsatz mit 2-Chlorpropionat unter Katalyse von Subtilisin in Hexan oder Candida cylindracea Li- pase in 3-Methyl-3-pentanol beschrieben.
WO 95/08636 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven primären und sekundären Aminen aus den entsprechenden Racematien durch enantioselektive Acylierung in Gegenwart einer Hydrolase.
20050462 DP/08.12.2006 Die so dargestellten optisch aktiven Amine sind jedoch abhängig von ihrer Struktur nicht sehr lagerstabil und unterliegen weiteren Nebenreaktionen.
Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, das die Herstellung von optisch aktivem 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester in hoher Ausbeute, optischer Reinheit und in hoher Lagerstabilität gewährleistete.
Beschreibung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem 4-(1- Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat durch Umsetzen von racemischem 4- (i-Aminoethyl)-benzoesäuremethylester mit einem Acylierungsmittel in Gegenwart einer Lipase zu 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester und anschliessendem Ausfällen von 4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat durch Zugabe von Schwefelsäure.
Die für das erfindungsgemässe Verfahren geeigneten Acylierungsmittel sind bevorzugt Carbonsäureester. Besonders bevorzugt sind sogenannte aktivierte Carbonsäureester, bei denen die Säurekomponente in alpha-Position zum Carbonylkohlenstoffatom eine Heteroatomsubstitution trägt. Bevorzugt werden Methoxyessigsäureester als Acylierungsmittel eingesetzt. Die Alkoholkomponente des Carbon sä ureesters besteht bevorzugt aus Alkylalkoholen mit einer Kettenlänge von 1-6 C-Atomen, die verzweigt oder unverzweigt und auch substituiert sein können. Besonders geeignetes Acylierungsmit- tel ist Methoxyessigsäureisopropylester.
Als Lipasen können in dem erfindungsgemässen Verfahren eine Vielzahl von Enzymen eingesetzt werden. Bevorzugt werden vor allem mikrobielle Lipasen, die beispielsweise aus Hefen oder Bakterien isolierbar sind. Besonders gut geeignet sind Li- pasen aus Pseudomonas, z. B. Amano P oder die Lipasen aus Pseudomonas spec. DSM 8246 oder Candida antarctica. Die von der Firma Novozymes unter dem Namen Novozyme 435® vertriebene Lipase (Lipase B aus Candida antarctica) ist besonders gut für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet.
Das verwendete Enzym kann in nativer oder in immobilisierter Form eingesetzt werden. Als Lösungsmittel sind generell organische Lösungsmittel geeignet. Besonders gut verläuft die Reaktion in Ethern, beispielsweise in MTBE oder THF, oder in Kohlenwasserstoffen wie Hexan, Cyclohexan, Toluol oder halogenierten Kohlenwasserstoffen wie Methylenchlorid. Die Umsetzung kann allerdings auch in Abwesenheit eines Lösungs- mittels durchgeführt werden.
Die Umsetzung des Acylierungsmittels mit dem racemischen 4-(1-Aminoethyl)- benzoesäuremethylester unter Enzymkatalyse wird üblicherweise bei Raumtemperatur ausgeführt. Die Reaktionszeiten dafür betragen 1 bis 48 Stunden, bevorzugt 5-24 Stunden.
Pro Mol 4-(1-Aminoethyl)-benzoesäuremethylester wird 1 bis 2 Mol, bevorzugt 1 ,2 bis 1 ,6 Mol Acylierungsmittel zugesetzt.
Die zuzusetzende Menge an Lipase hängt von der Art der Lipase und der Aktivität der Enzympräparation ab. Die für die Reaktion optimale Lipasemenge kann leicht durch einfache Vorversuche ermittelt werden. In der Regel werden 1000 Units Lipase pro imMol Amin zugesetzt.
Der Reaktionsverlauf lässt sich leicht mit üblichen Methoden beispielsweise mittels
Gaschromatographie verfolgen. Im Falle der Racematspaltung beendet man die Reaktion sinnvollerweise bei einem Umsatz von 50% des racemischen Amins. Dies geschieht in der Regel durch Entfernen des Katalysators aus dem Reaktionsraum, beispielsweise durch Abfiltrieren des Enzyms.
Durch die enantioselektive Umsetzung des racemischen 4-(1-Aminoethyl)- benzoesäuremethylester mit der Lipase entsteht aus dem einen Enantiomer das entsprechend acylierte Produkt (Amid), während das andere Enantiomer unverändert bleibt. Das nun vorliegende Gemisch aus Amin und Amid lässt sich mit üblichen Me- thoden leicht trennen. Gut geeignet zur Trennung des Gemisches aus Amin und Amid sind beispielsweise Extraktions- oder Destillationsverfahren. Welches Enantiomer selektiv acyliert wird ist von der Wahl der Lipase abhängig und kann leicht durch einen Vorversuch ermittelt werden; Novozyme® 435 beispielsweise acyliert selektiv den (R)- 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester.
Nach erfolgter Herstellung von optisch aktivem 4-(1- Aminoethyl)benzoesäuremethylester wird dieser durch Zugabe von Schwefelsäure in optisch aktives 4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat überführt. Pro mol
4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester werden mindestens 0.5 mol Schwefelsäure zu der Reaktion gegeben, um eine vollständige Salzbildung (Überführung in 4-(1- Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat) zu gewährleisten.
Die Zugabe von Schwefelsäure kann direkt an die enzymatische Acylierung erfolgen oder aber nach vorangehender Isolierung von 4-(1-
Aminoethyl)benzoesäuremethylester aus dem Reaktionsmedium. Man kann auch nur die Lipase aus dem Reaktionsmedium entfernen; dies wird besonders vorteilhaft dann angewendet, wenn mit immobilisierter Lipase gearbeitet wird.
In der Regel fällt das 4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat aus dem Reaktionsmedium aus und kann somit leicht vom gelösten acylierten 4-(1-Aminoethyl)- benzoesäuremethylester (d.h. dem Amid) abgetrennt werden. Falls beide Reaktions- produkte gelöst vorliegen, können sie leicht aufgrund ihrer verschiedenen physikochemischen Eigenschaften durch Standardoperationen wie Kristallisation, Extraktion, Destillation und Chromatographie getrennt werden.
4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat ist unter den Reaktionsbedingun- gen stabil und erfährt keine intermolekulare Amidierung wie sie beispielsweise bei 4-(1- Aminoethyl)benzoesäuremethylester beobachtet wird. 4-(1-Ammoniumethyl)- benzoesäuremethylester-sulfat kann durch weitere Reinigung wie Umkristallisieren in hoher optischer Reinheit erhalten werden.
Experimenteller Teil Beispiel 1
Herstellung von (S)-4-(1-Ammoniumethyl)-benzoesäuremethylester-sulfat (S-1 -Sulfat)
Figure imgf000006_0001
Durchführung:
Eine Lösung von 4-(1-Aminoethyl)-benzoesäuremethylester 1 (17.9 g, 0.1 mol) in Toluol (150 ml_) wurde mit Methoxyessigsäure-isopropylester MEIPE (19.8 g, 0.15 mol) und Novozym 435 (500 mg) versetzt und bei Raumtemperatur gerührt. Nach 24 Stunden war It. HPLC-Analytik alles R-1 zum R-Amid R-2 umgesetzt und nur noch unumgesetztes S- Amin S-1 nachweisbar. Das Enzym wurde über Kieselgur abgesaugt, der Filterrückstand mit Toluol (20 mL) gewaschen und das Filtrat unter Rühren mit Schwefelsäure (6.45 g einer 38%-igen Lösung in Wasser, 25 mmol) versetzt. Dabei fiel ein weißer, voluminöser Niederschlag aus. Man saugte das ausgefallene Salz ab, wusch mit Toluol (2 x 20 mL) und kristallisierte den Filterrückstand aus Wasser (10 mL) um. Man isolierte 8.9 g (78%) Sulfat S-1 als weißen, kristallinen Feststoff, das darin gebundene S-Amin S-1 war It. HPLC-Analytik enantiomerenrein. Schmelzpunkt: 280 °C (Zersetzung), Drehwert: [α]o= - 3.5° (c=1 in H2O).
Die vereinten Toluol-Filtrate wurden noch einmal mit Wasser (10 mL) gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingeengt. Der verbliebene Rückstand wurde im Ölpum- penvakuum bei 50 °C von restlichem Lösungsmittel befreit. Man behielt 11 g (88%) R- Amid R-2 als schmierigen Feststoff (Fp.: 50 - 60 °C) zurück, das It. GC-Analytik zu 90% rein war.
1H-NMR-Spektren: Amin 1 :
1H-NMR (400 MHz, CDCI3) δ= 1.40 (d, J= 7 Hz, 3H); 1.60 (s, breit, 2H), 3.90 (s, 3H), 4.15 (q, J= 7 Hz, 1 H), 7.45 und 8.03 (AA, BB -System, JAB= 10.7 Hz, 4H).
S-Amin-Sulfat S-1 -Sulfat:
1H-NMR (400 MHz, D2O) δ= 1.65 (d, J= 7 Hz, 3H); 3.95 (s, 3H), 4.65 (q, J= 7 Hz, 1 H), 7.60 und 8.10 (AA, BB -System, JAB= 10.7 Hz, 4H).
R-Am id R-2: 1H-NMR (400 MHz, CDCI3) δ= 1.55 (d, J= 7 Hz, 3H); 3.42 (s, 3H), 3.88 und 3.93 (AB- System, JAB= 15 Hz, 2H), 3.90 (s, 3H), 5.23 (sept, J= 7 Hz, 1 H), 6.80 (d (breit), J= 7 Hz, 1 H), 7.40 und 8.03 (AA, BB -System, JAB= 10.7 Hz, 4H).

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem 4-(1-Ammoniumethyl)- benzoesäuremethylester-sulfat durch Umsetzen von racemischem 4-(1- Aminoethyl)-benzoesäuremethylester mit einem Acylierungsmittel in Gegenwart einer Lipase zu 4-(1-Aminoethyl)benzoesäuremethylester und anschliessendem Ausfällen von 4-(1-Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat durch Zugabe von Schwefelsäure.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Acylierungsmittel ein Methoxyessigsäureester verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Lipase Novo- zyme® 435 verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in einem Lösungsmittel durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor Zugabe der Schwefelsäure das Enzym aus dem Reaktionsmedium entfernt wird.
6. (S)-4-(1 -Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat
7. (R)-4-(1 -Ammoniumethyl)benzoesäuremethylester-sulfat
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