WO2007099051A1 - Method for the production of ketones by oxygenating secondary alcohols with the aid of an alcohol dehydrogenase in the presence of a cofactor and an ketone as a cosubstrate - Google Patents

Method for the production of ketones by oxygenating secondary alcohols with the aid of an alcohol dehydrogenase in the presence of a cofactor and an ketone as a cosubstrate Download PDF

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WO2007099051A1
WO2007099051A1 PCT/EP2007/051666 EP2007051666W WO2007099051A1 WO 2007099051 A1 WO2007099051 A1 WO 2007099051A1 EP 2007051666 W EP2007051666 W EP 2007051666W WO 2007099051 A1 WO2007099051 A1 WO 2007099051A1
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WO
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ketone
group
alcohol
general formula
alcohols
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/051666
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Inventor
Christian Peschko
Jürgen STOHRER
Original Assignee
Wacker Chemie Ag
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/24Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carbonyl group
    • C12P7/26Ketones

Definitions

  • the present invention relates to an enzymatic process for the oxidation of secondary alcohols to the corresponding keto compounds.
  • Keto compounds are valuable building blocks in the synthesis of important compounds with pharmacological activity and other valuable properties.
  • Ketones are selected from the corresponding hydroxy compounds by oxidation reactions, e.g. the Oppenauer oxidation, gas-phase oxidations with air or oxygen, liquid-phase oxidations with nitric acid or bleach.
  • oxidation reactions e.g. the Oppenauer oxidation, gas-phase oxidations with air or oxygen, liquid-phase oxidations with nitric acid or bleach.
  • such processes are often unsuitable for compounds that contain other functional groups that are not stable under the oxidation conditions (e.g., Oppenauer oxidation in strongly basic). Therefore, enzyme-catalyzed processes are increasingly used for the oxidation of functionalized hydroxy compounds, wherein the oxidation reaction is carried out with living or inactivated microorganisms or with completely or partially purified, isolated enzymes.
  • dehydrogenases suitable for this purpose and in particular alcohol dehydrogenases (ADH) or oxidoreductases, are known as valuable catalysts in numerous processes for obtaining chiral products by stereoselective reduction of organic keto compounds to the corresponding chiral alcohols (Current Opinion in Chemical Biology 2004, 8, 120- 126). In these reactions, the reduction of the ketone is coupled with the simultaneous oxidation of a reducing agent (cosubstrate).
  • ADH alcohol dehydrogenases
  • oxidoreductases oxidoreductases
  • the catalyzing enzymes are derived, for example, from yeasts, horse liver, Thermoanaerobium brockii, Rhodococcus erythropolis (EP 1 499 716 A1), Lactobacillus kefir (US 5200335 A), Lactobacillus brevis (US Pat. No. 6,221,099 B1), Lactobacillus reuteri (US 2005 00191735 A1) or Rhodococcus ruber (US 2004 0157305 A1 or WO 2005/026338 Al). Frequently, overexpressed recombinant enzymes are used.
  • Alcohol dehydrogenases can in principle catalyze both the reduction of ketones and the oxidation of alcohols. From the prior art, in contrast to the reduction of ketones, only a few processes for the enzymatic oxidation of hydroxy compounds to the corresponding keto compounds by alcohol dehydrogenases are known (W. Stampfer et al., Biotechnology and Bioengineering, 2003, 81, 866-869 ).
  • acetone As the oxidizing agent acetone is used regularly.
  • ketones in particular of ketones whose oxidation capacity is increased, for example by heteroatoms in the vicinity of the carbonyl group, in comparison to acetone (referred to below as "activated ketones") is not known, only in K. Nakamura et al. , Tetrahedron Lett. 1994, 35,
  • 4375-4376 describes that in the enzyme-catalyzed oxidation of 1-aryl alcohols cyclohexanone is added as solvent for the purpose of increasing the stereoselectivity.
  • the substrate loadings attainable therewith are typically well below 1 mol / L, which leads to low space-time performances of typically less than 20 mol / m 3 h (W.Kroutil et al., Tetrahedron: Asymmetry, 2003, 14 , 275-280).
  • the known enzymatic oxidation processes using non-activated ketones such as acetone are therefore uneconomical and impractical for industrial applications.
  • the object of the invention is therefore to provide an economical enzymatic process for the preparation of ketones by oxidation of alcohols.
  • This object is achieved by a process for the preparation of ketones which is characterized in that a secondary alcohol in a reaction mixture containing water, an activated ketone as the oxidizing agent, an alcohol dehydrogenase and a cofactor is converted to the ketone.
  • the inventive method is characterized by high space-time performance at the same time low enzyme consumption and high chemical yields of up to> 95% based on the amount of secondary alcohol used, which allows a considerably easier isolation of the ketone.
  • the method according to the invention is very simple in terms of apparatus and can therefore be implemented industrially.
  • secondary alcohols it is generally possible to use chiral or achiral, racemic or enantiomerically enriched, secondary alcohols, preferably those having 3 to 40 C atoms.
  • R 1 is CH (OH) -R 2 (I)
  • R 1 and R 2 are the same or different and are selected from the group Ci-C 2 o-alkyl, C 3 -C 2 o-cycloalkyl, C 5 -C 2 o-aryl, C 2 -C 20 - heteroaryl, C C 2 -C 20 -alkenyl, C 2 -C 20 -alkynyl, C 5 -C 20 -aralkyl and C 5 - C 2 o-alkylaryl or R 1 and R 2 together with the group -CH (OH) - form a ring can consist of three to 40 ring members and R 1 and R 2 , or a ring formed by R 1 and R 2 with the group -CH (OH) -, may be optionally substituted with one or more radicals Z independently of one another, wherein
  • Z is selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine, iodine, -CN, -NO 2 , -NO, -NR 3 OR 3 , -C (O) R 3 , -SO 3 R 3 , -C (O) OR 3 , -C (O) NR 3 R 3 , or -R 3 and
  • R 3 is hydrogen or may have the meaning of R 1 and in R 1 and R 2 optionally independently one or more methylene groups by the same or different groups
  • -C (O) -NR 3 -, -N N-, -NR 3 -NR 3 -, -NR 3 -O-, -NR 3 -, -P (O) (OR 3 ) O-, -OP (O) (R 3 ) 0-, -P (R 3 ) -, -P (O) (R 3 ) -, -S-, -SS-, -S (O) -, -S (O) 2 -, -S (O) NR 3 -, -S (O) (OR 3 ) 0-, -Si (R 3 ) 2 -, -Si (R 3 ) 2 O-, -Si (R 3 ) (OR 3 ) -,
  • Preferred C 5 -C 2 o-aryl or C 2 -C 2 o-heteroaryl radicals for R 1 and R 2 are in particular selected from the group consisting of phenyl, naphthyl, indolyl, benzofuranyl, thiophenyl, pyrrolyl, pyridinyl, imidazolyl, oxazolyl , Isoxazolyl, furanyl or thiazolyl.
  • the compounds of the general formula (I) can generally also be used as salts.
  • Particularly preferred compounds of the general formula (I) are 2-hydroxyalkanes, 3-hydroxyalkanes, 4-hydroxyalkanes, 2-hydroxyalkenes, 3-hydroxyalkene, 4-hydroxyalkene, 2-hydroxyalkynes, 3-hydroxyalkynes, 4-hydroxyalkynes, ⁇ -hydroxyketones, ⁇ -hydroxyketones, ⁇ -hydroxyesters, ⁇ -hydroxyesters, ⁇ -hydroxyamides, ⁇ -hydroxyamides, CC-hydroxy alcohols, ⁇ -
  • Particularly suitable compounds of the general formula (I) are 2-butanol, 2-pentanol, 2-hexanol, 2-heptanol, 2-octanol, 2-nonanol, 2-decanol, 3-pentanol, 3-hexanol, 3-heptanol , 3-octanol, 3-nonanol, 3-decanol, 3-buten-2-ol, 4-penten-2-ol, 5-hexen-2-ol, 6-hepten-2-ol.
  • the ketones formed from alcohols of the formula (I) are not identical to the ketones of the formula (II). Likewise, the alcohols of formula (I) are not the same as the alcohols formed from ketones of formula (II) when present in mixtures side by side.
  • the compounds of the general formula (I) are used in the process according to the invention in an amount of 1% by weight to 50% by weight, based on the total volume of the reaction mixture, preferably in an amount of 3% by weight to 25% by weight, in particular of 5% by weight to 15% by weight.
  • the reaction mixture should generally have a pH of from 5 to 11, preferably from 6 to 10.
  • the reaction mixture preferably contains a buffer, in particular a potassium phosphate / potassium hydrogenphosphate, tris (hydroxymethyl) aminomethane / HCl or triethanolamine / HCl buffer having a pH of from 5 to 11, preferably a pH of from 6 to 10.
  • the buffer concentration is preferably from 5 mM to 150 mM.
  • the reaction mixture may also contain magnesium ions, for example in the form of added MgCl 2 in a concentration of 0.2 mM to 10 mM, preferably 0.5 mM to 2 mM, based on the amount of water used.
  • the reaction mixture may contain other salts such as NaCl, and other additives such as dimethyl sulfoxide, glycerol, glycol, ethylene glycol, sorbitol, mannitol or sugar.
  • the cofactor used is NADP, NADPH, NAD, NADH or salts thereof.
  • the concentration of cofactor in the aqueous phase of the reaction mixture is preferably from 0.01 mM to 0.25 mM, more preferably from 0.02 mM to 0.1 mM.
  • the reaction mixture is preferably an activated ketone of the general formula (II)
  • R 4 is selected from the group Ci-C 2 o-alkyl, C3-C2o-cycloalkyl, C 5 -C 2 o-aryl, C 2 -C 2 o-heteroaryl, C 2 -C 2 o-alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 5 - C 2 o-aralkyl and Cs-C 2 o-alkylaryl wherein
  • R 4 may optionally be substituted by one or more radicals Z, where
  • Z is selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine, iodine I, --CCNN ,, --NOOO 22 ,, --NOOO ,, --NNPR 3 OR 3 , -C (O) R 3 , -SO 3 R 3 , -C (O) OR 3 , -C (O) NR 3 R 3 , or -R 3 and
  • R is hydrogen or may have the meaning of R and
  • R 4 optionally one or more methylene groups may be replaced by identical or different groups Y, wherein
  • Y is selected from the group -C (O) -, -C (O) O-, -OC (O) -, -C (O) -NR 3 and
  • X is -C (O) R 5 , -C (O) OR 5 , -C (O) SR 5 , -C (O) NHR 5 , -C (O) NR 5 R 6 , -CN, or a group CH n Q (3- n) , where
  • Q is selected from the group fluorine, chlorine, bromine, iodine, - OC (O) R 5 , -OC (O) OR 5 , -SO 3 R 5 , -OR 5 , -SR 5 , -NO 2 , -NO , -N 3 , -NR 5 OR 6 , -CN, -C (O) R 5 , -C (O) OR 5 , -C (O) SR 5 , -C (O) NR 5 R 6 , wherein
  • R 5 and R 6 are independently hydrogen, or may have the meaning of R 4 .
  • Preferably used compounds of general formula (II) are the group 3-0xo-carboxylic acid ester, 3-0xo-carboxylic acid amide, 2-0xo-carboxylic acid ester, 2-0xo-carboxylic acid amide, 2-oxo alcohols, 2- 0xoalkohol-ester, 2-0xoether, 2-0xoalkyl- halide, 2-Oxoalkyldihalogenid, 2-0xoalkyltrihalogenid, ß-diketone associated.
  • Particularly preferred compounds of general formula (II) are methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, t-butyl acetoacetate, ethylene glycol bisacetoacetate, methyl benzoylacetate, ethyl benzoylacetate, methyl benzoylformate, ethyl benzoylformate, methyl pyruvate, pyruvic acid ethyl ester, methoxyacetone, 2-methoxy-cyclohexanone, 1,3-dimethoxyacetone, chloroacetone, 2,4-pentanedione.
  • the amount of activated ketone is 1 to 10 molar equivalents based on the alcohol to be oxidized in the reaction mixture, preferably 1 to 5 molar equivalents, more preferably 1.1 to 3 molar equivalents.
  • Suitable alcohol dehydrogenases are derived, for example, from hay fever liver or Rhodococcus erythropolis, which enzymes require NADH as cofactor, or from Thermoanaerobium spec, Lactobacillus kefir or Lactobacillus brevis, these enzymes requiring NADPH as cofactor.
  • Particularly suitable alcohol dehydrogenases are the alcohol dehydrogenases ADH-LB (from Lactobacillus brevis) and ADH-T (from Thermoanaerobium spec), both commercially available from Jeutelh, Garlich, Germany.
  • the alcohol dehydrogenases can be used in the process of the invention either completely purified or partially purified or used in cells containing.
  • the cells used can be native, permeabilized or lysed.
  • the volume activity of the alcohol dehydrogenases used is preferably 100 units / ml (U / ml) to 5,000 U / ml, more preferably about 1,000 U / ml.
  • reaction mixtures preferably 20,000 to 700,000 U of alcohol dehydrogenase (ADH) are available for the reaction of each 1 kg of compound of the general formula (I). Particularly preferably, the ADH are used in the reaction mixtures with more than 5 U / ml.
  • ADH alcohol dehydrogenase
  • the alcohol dehydrogenases can be selected in the process according to the invention so that the reaction of the alcohol to be oxidized takes place partially or completely stereoselectively (W. Hummel et al., Ann. N.Y. Acad. Sci. 1996, 755, 713-716).
  • the process according to the invention thus also makes it possible to prepare chiral enantiomerically pure or enriched alcohols by oxidative racemate resolution.
  • stepwise implementation of the complementary hand of an alcohol mixture can be carried out with the respective stereospecific enzymes in the manner described above.
  • the temperature of the reaction mixture is preferably from 0 0 C to 60 0 C, more preferably from 20 0 C to 40 ° C.
  • the reaction is preferably carried out at a pressure of 10 mbar to 5 bar, more preferably at a pressure of 30 mbar to 1 bar.
  • reaction time is between 30 minutes and 120 hours, preferably 1 hour to 50 hours.
  • the reaction mixture can be a homogeneous liquid phase, consist of two or more liquid phases, contain organic solvents and contain solid components. Two or more liquid phases may, for example, occur in the presence of limited or immiscible substances or of poorly or not water-miscible solvents in the reaction mixture. Solid constituents may, for example, be carrier materials for the enzymes used, such as eupergite, celite, kieselguhr or other materials known for this purpose.
  • the separation of the ketone formed during the reaction can be carried out by phase separation of the reaction mixture, or in a manner known to the skilled worker by extraction of the entire reaction mixture. reaction mixture or parts of the reaction mixture, carried out with an organic extraction phase.
  • the enzyme-containing aqueous phase can again be admixed with alcohol and / or activated ketone as the oxidizing agent and used for a further reaction.
  • the desired ketone is obtained.
  • the products thus obtained are typically characterized by yields> 95% and chemical purities> 95%.
  • the process according to the invention for the oxidation of secondary alcohols enables the preparation of ketones from alcohols under conditions which also allow the presence of further chemically sensitive functions in the educts or products which under classical chemical reaction conditions (eg Oppenauer oxidation, oxidation with air or Oxygen or oxidation processes with nitric acid or bleach).
  • activated ketones of the general formula (II) as enzyme-compatible, organic oxidizing agents
  • the process according to the invention makes it possible to use these activated ketones in enzyme-compatible concentrations.
  • the high reactivity and the enzyme compatibility of the activated ketones make possible, with low consumption of enzyme and oxidant, more complete reactions of the alcohol to be oxidized, and permit the reuse of the aqueous, enzyme-containing reaction mixture.
  • the resulting high space-time performances thus allow the cost-effective conversion of alcohols to ketones using enzymes.
  • the inventive method allows the production of functionalized ketones, which were difficult to access from corresponding alcohols by oxidation, such as. 4-pentene-2-one.
  • Example Ia was filled into a 250 mL round bottom flask with magnetic stirrer and reflux condenser, with methyl acetoacetate

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Abstract

Disclosed is a method for producing a ketone, which is characterized in that a secondary alcohol is reacted to the ketone in a reaction mixture containing water, an activated ketone, an alcohol dehydrogenase, and a cofactor.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON KETONEN DURCH OXIDATION VON SEKUNDAREN ALKOHOLEN UNTER VERWENDUNG EINER ALKOHOLDEHYDROGENASE IN GEGENWART EINES COFAKTORS UND EINES KETONS ALS COSUBSTRATMETHOD FOR THE PRODUCTION OF KETONS BY OXIDATION OF SECONDARY ALCOHOLS USING AN ALCOHOL DEHYDROGENASE IN THE PRESENCE OF A COFECTOR AND A KETONE AS A COSUBSTRATE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein enzymatisches Verfahren zur Oxidation von sekundären Alkoholen zu den entsprechenden Ketoverbindungen .The present invention relates to an enzymatic process for the oxidation of secondary alcohols to the corresponding keto compounds.
Ketoverbindungen sind wertvolle Synthesebausteine zur Herstellung wichtiger Verbindungen mit pharmakologischer Wirkung und anderen wertvollen Eigenschaften.Keto compounds are valuable building blocks in the synthesis of important compounds with pharmacological activity and other valuable properties.
Ketone sind aus den entsprechenden Hydroxyverbindungen mittels Oxidationsreaktionen wie z.B. der Oppenauer Oxidation, Gaspha- senoxidationen mit Luft oder Sauerstoff, Flüssigphasenoxidatio- nen mit Salpetersäure oder Bleichlauge zugänglich. Allerdings sind solche Verfahren oft für Verbindungen nicht geeignet, die weitere funktionelle Gruppen enthalten, die unter den Oxidati- onsbedingungen (z.B. Oppenauer Oxidation im stark basischen) nicht stabil sind. Daher werden zur Oxidation von funktionalisierten Hydroxyver- bindungen im zunehmenden Maße enzymkatalysierte Verfahren angewendet, wobei die Oxidationsreaktion mit lebenden oder inaktivierten Mikroorganismen oder mit vollständig oder teilweise gereinigten, isolierten Enzymen durchgeführt wird.Ketones are selected from the corresponding hydroxy compounds by oxidation reactions, e.g. the Oppenauer oxidation, gas-phase oxidations with air or oxygen, liquid-phase oxidations with nitric acid or bleach. However, such processes are often unsuitable for compounds that contain other functional groups that are not stable under the oxidation conditions (e.g., Oppenauer oxidation in strongly basic). Therefore, enzyme-catalyzed processes are increasingly used for the oxidation of functionalized hydroxy compounds, wherein the oxidation reaction is carried out with living or inactivated microorganisms or with completely or partially purified, isolated enzymes.
Die dafür geeigneten Dehydrogenasen und insbesondere Alkohol- Dehydrogenasen (ADH) bzw. Oxidoreduktasen sind als wertvolle Katalysatoren in zahlreichen Verfahren zur Gewinnung chiraler Produkte durch stereoselektive Reduktion von organischen Ketoverbindungen zu den entsprechenden chiralen Alkoholen bekannt (Current Opinion in Chemical Biology 2004, 8, 120-126) . Bei diesen Reaktionen ist die Reduktion des Ketons mit der gleichzeitigen Oxidation eines Reduktionsmittels (Cosubstrat) gekoppelt. Die katalysierenden Enzyme stammen beispielsweise aus Hefen, Pferdeleber, Thermoanaerobium brockii, Rhodococcus erythropolis (EP 1 499 716 Al), Lactobacillus kefir (US 5200335 A), Lactoba- cillus brevis (US 6225099 Bl), Lactobacillus reuteri (US 2005 00191735 Al) oder Rhodococcus ruber (US 2004 0157305 Al bzw. WO 2005/026338 Al) . Häufig werden dabei uberexprimierte rekombi- nante Enzyme eingesetzt.The dehydrogenases suitable for this purpose, and in particular alcohol dehydrogenases (ADH) or oxidoreductases, are known as valuable catalysts in numerous processes for obtaining chiral products by stereoselective reduction of organic keto compounds to the corresponding chiral alcohols (Current Opinion in Chemical Biology 2004, 8, 120- 126). In these reactions, the reduction of the ketone is coupled with the simultaneous oxidation of a reducing agent (cosubstrate). The catalyzing enzymes are derived, for example, from yeasts, horse liver, Thermoanaerobium brockii, Rhodococcus erythropolis (EP 1 499 716 A1), Lactobacillus kefir (US 5200335 A), Lactobacillus brevis (US Pat. No. 6,221,099 B1), Lactobacillus reuteri (US 2005 00191735 A1) or Rhodococcus ruber (US 2004 0157305 A1 or WO 2005/026338 Al). Frequently, overexpressed recombinant enzymes are used.
Alkohol-Dehydrogenasen können prinzipiell sowohl die Reduktion von Ketonen als auch die Oxidation von Alkoholen katalysieren. Aus dem Stand der Technik sind im Gegensatz zur Reduktion von Ketonen nur wenige Verfahren zur enzymatischen Oxidation von Hydroxyverbindungen zu den entsprechenden Ketoverbindungen durch Alkohol-Dehydrogenasen bekannt (W. Stampfer et al . , Bio- technology and Bioengineering, 2003, 81, 866-869).Alcohol dehydrogenases can in principle catalyze both the reduction of ketones and the oxidation of alcohols. From the prior art, in contrast to the reduction of ketones, only a few processes for the enzymatic oxidation of hydroxy compounds to the corresponding keto compounds by alcohol dehydrogenases are known (W. Stampfer et al., Biotechnology and Bioengineering, 2003, 81, 866-869 ).
In DE 10 2004 037 669 Al (Julich Enzyme Products), WO 2004 111083 A3 (Julich Enzyme Products), sowie US 2004 0265978 Al (Julich Enzyme Products) werden zwar u.a. Alkoholdehydrogenase- katalysierte Oxidationen von sekundären Alkoholen mit aliphati- sehen Ketonen und insbesondere Aceton als Oxidationsmittel beansprucht, die Autoren belegen dies allerdings mit keinem Beispiel .DE 10 2004 037 669 A1 (Julich Enzyme Products), WO 2004 111083 A3 (Julich Enzyme Products), as well as US 2004 0265978 A1 (Julich Enzyme Products), et al. Alcohol dehydrogenase-catalyzed oxidations of secondary alcohols with aliphatic ketones and in particular acetone claimed as the oxidant, the authors prove this, however, by no means.
Als Oxidationsmittel wird dabei regelmäßig Aceton verwendet. Die vorteilhafte Verwendung anderer Ketone, insbesondere von Ketonen deren Oxidationsvermogen, beispielsweise durch Hetero- atome in Nachbarschaft der Carbonylgruppe, im Vergleich zu Aceton erhöht ist (im Folgenden „aktivierte Ketone" genannt), ist nicht bekannt. Lediglich in K. Nakamura et al . , Tetrahedron Lett . 1994, 35,As the oxidizing agent acetone is used regularly. The advantageous use of other ketones, in particular of ketones whose oxidation capacity is increased, for example by heteroatoms in the vicinity of the carbonyl group, in comparison to acetone (referred to below as "activated ketones") is not known, only in K. Nakamura et al. , Tetrahedron Lett. 1994, 35,
4375-4376 wird beschrieben, dass bei der enzymkatalysierten O- xidation von 1-Arylalkoholen Cyclohexanon als Losungsmittel zum Zwecke der Steigerung der Stereoselektivitat zugesetzt wird.4375-4376 describes that in the enzyme-catalyzed oxidation of 1-aryl alcohols cyclohexanone is added as solvent for the purpose of increasing the stereoselectivity.
In allen bekannten Verfahren wird das Oxidationsmittel Aceton in großem Uberschuss eingesetzt.In all known processes, the oxidant acetone is used in large excess.
In W. Kroutil et al . , Angew. Chem. , 2002, 114, 1056-1059; bzw. US 2004 0157305 Al und WO 2005/026338 Al wird ein Enzym aus Rhodococcus ruber (DSM 44541) beschrieben, welches sich durch eine hohe Stabilität gegenüber Aceton auszeichnet und daher für Oxidationen sekundärer Alkohole mit Aceton als Oxidationsmittel eingesetzt wird. Das NADH/NAD+-abhangige Enzym wird typischer- weise in Form lyophilisierter Zellen verwendet. Der Anteil an eingesetztem Aceton entspricht typischerweise drei bis zehn Mol äquivalenten bezuglich des zu oxidierenden Alkohols und betragt typischerweise 20 Volumen-% der Ansatzgroße. Die damit erreich- baren Substratbeladungen liegen typischerweise weit unter 1 mol/L, was zu niedrigen Raum-Zeit-Leistungen von typischerweise unter 20 Mol/m3h fuhrt (W. Kroutil et al . , Tetrahedron: Asym- metry, 2003, 14, 275-280) .In W. Kroutil et al. , Angew. Chem., 2002, 114, 1056-1059; or US 2004 0157305 Al and WO 2005/026338 Al an enzyme from Rhodococcus ruber (DSM 44541) is described, which is characterized by a high stability to acetone and is therefore used for oxidations of secondary alcohols with acetone as the oxidant. The NADH / NAD + -dependent enzyme is typically used in the form of lyophilized cells. The proportion of acetone used is typically three to ten molar equivalents relative to the alcohol to be oxidized and is typically 20% by volume of the batch size. The substrate loadings attainable therewith are typically well below 1 mol / L, which leads to low space-time performances of typically less than 20 mol / m 3 h (W.Kroutil et al., Tetrahedron: Asymmetry, 2003, 14 , 275-280).
Da viele Dehydrogenasen häufig nur eine geringe Stabilität gegenüber organischen Reaktionspartnern in höherer Konzentration besitzen, werden die Konzentrationen organischer Verbindungen in der Reaktionsmischung möglichst gering gehalten (W. Stampfer et al . , Biotechnology and Bioengineering, 2003, 81, 866-869).Since many dehydrogenases often have only a low stability towards organic reactants in a higher concentration, the concentrations of organic compounds in the reaction mixture are kept as low as possible (W. Stampfer et al., Biotechnology and Bioengineering, 2003, 81, 866-869).
Die Verwendung weit uberstochiometrischer Mengen Aceton als O- xidationsmittel fuhrt damit nur zu noch geringen Konzentrationen des zu oxidierenden Alkohols, was zu einer schlechten Raum- Zeit-Ausbeute fuhrt und derartige enzymatische Oxidationsver- fahren unwirtschaftlich macht. Zudem resultieren die eingesetzten hohen Mengen an Aceton in erheblichem Aufwand bei der Aufarbeitung und Entsorgung und unokonomisch hohem Verbrauch. Ferner fuhrt die Oxidation sekundärer Alkohole mit nicht- aktivierten Ketonen wie Aceton auch mit hohen Keton- Überschüssen regelmäßig nicht zu vollständigem Umsatz des eingesetzten Alkohols. Die so erreichbare unvollständige Oxidation ist aber problematisch, da eine Trennung des durch Oxidation entstandenen Ketons von dem verbleibenden eingesetzten Alkohol häufig extrem schwierig und aufwandig ist. Zudem fuhrt der un- vollständige Umsatz des eingesetzten Alkohols naturgemäß zu schlechten Ausbeuten, was besonders bei teueren Alkoholen wenig wirtschaftlich ist.The use of excessively overstoichiometric amounts of acetone as oxidant thus only leads to low concentrations of the alcohol to be oxidized, which leads to a poor space-time yield and makes such enzymatic oxidation processes uneconomical. In addition, the high amounts of acetone used in a considerable effort in the workup and disposal and unokonomisch high consumption. Furthermore, the oxidation of secondary alcohols with non-activated ketones, such as acetone, even with high ketone excesses, does not generally lead to complete conversion of the alcohol used. However, the incomplete oxidation achievable in this way is problematic, since a separation of the ketone formed by oxidation from the remaining alcohol used is often extremely difficult and expensive. In addition, the incomplete conversion of the alcohol used naturally leads to poor yields, which is not very economical, especially with expensive alcohols.
Die bekannten enzymatischen Oxidationsverfahren unter Verwen- düng nicht-aktivierter Ketone wie Aceton sind daher für industrielle Anwendungen unwirtschaftlich und wenig praktikabel. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein wirtschaftliches enzy- matisches Verfahren zur Herstellung von Ketonen mittels Oxida- tion von Alkoholen bereitzustellen.The known enzymatic oxidation processes using non-activated ketones such as acetone are therefore uneconomical and impractical for industrial applications. The object of the invention is therefore to provide an economical enzymatic process for the preparation of ketones by oxidation of alcohols.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Ketonen das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein sekundärer Alkohol in einem Reaktionsgemisch, enthaltend Wasser, ein aktiviertes Keton als Oxidationsmittel, eine Alkohol-Dehydrogenase und einen Cofaktor zu dem Keton umgesetzt wird.This object is achieved by a process for the preparation of ketones which is characterized in that a secondary alcohol in a reaction mixture containing water, an activated ketone as the oxidizing agent, an alcohol dehydrogenase and a cofactor is converted to the ketone.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch hohe Raum- Zeit-Leistungen bei zugleich niedrigem Enzymverbrauch und hohen chemische Ausbeuten von bis zu >95 % bezogen auf die eingesetzte Menge an sekundärem Alkohol aus, was eine beträchtlich leichtere Isolierung des Ketons erlaubt. Die Verwendung großer Mengen enzymschädigender Oxidationsmittel, wie dies in den bekannten Verfahren mit Aceton als Oxidationsmittel der Fall ist, wird vermieden. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren apparativ sehr einfach und somit großtechnisch umsetzbar.The inventive method is characterized by high space-time performance at the same time low enzyme consumption and high chemical yields of up to> 95% based on the amount of secondary alcohol used, which allows a considerably easier isolation of the ketone. The use of large amounts of enzyme-damaging oxidizing agents, as is the case in the known processes with acetone as the oxidizing agent, is avoided. Furthermore, the method according to the invention is very simple in terms of apparatus and can therefore be implemented industrially.
Als sekundäre Alkohole können allgemein chirale oder achirale, racemische oder enantiomer-angereicherte, sekundäre Alkohole verwendet werden, bevorzugt solche mit 3 bis 40 C-Atomen.As secondary alcohols it is generally possible to use chiral or achiral, racemic or enantiomerically enriched, secondary alcohols, preferably those having 3 to 40 C atoms.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden sekundäre Alkohole der allgemeinen Formel (I)In a preferred embodiment of the process according to the invention, secondary alcohols of the general formula (I)
R^CH(OH)-R2 (I)R 1 is CH (OH) -R 2 (I)
eingesetzt, wobeiused, where
R1 und R2 gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus der Gruppe Ci-C2o-Alkyl, C3-C2o-Cycloalkyl, C5-C2o-Aryl, C2-C20- Heteroaryl, C2-C20-Alkenyl, C2-C20-Alkinyl, C5-C20-Aralkyl und C5- C2o-Alkylaryl oder R1 und R2 zusammen mit der Gruppe -CH(OH)- einen Ring bilden können, der aus drei bis 40 Ringgliedern besteht und R1 und R2, bzw. ein durch R1 und R2 mit der Gruppe -CH(OH)- gebildeter Ring, gegebenenfalls unabhängig voneinander mit einem oder mehreren Resten Z substituiert sein können, wobeiR 1 and R 2 are the same or different and are selected from the group Ci-C 2 o-alkyl, C 3 -C 2 o-cycloalkyl, C 5 -C 2 o-aryl, C 2 -C 20 - heteroaryl, C C 2 -C 20 -alkenyl, C 2 -C 20 -alkynyl, C 5 -C 20 -aralkyl and C 5 - C 2 o-alkylaryl or R 1 and R 2 together with the group -CH (OH) - form a ring can consist of three to 40 ring members and R 1 and R 2 , or a ring formed by R 1 and R 2 with the group -CH (OH) -, may be optionally substituted with one or more radicals Z independently of one another, wherein
Z ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend Fluor, Chlor, Brom, Iod, -CN, -NO2, -NO, -NR3OR3, -C(O)R3, -SO3R3, -C(O)OR3, -C(O)NR3R3, oder -R3 undZ is selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine, iodine, -CN, -NO 2 , -NO, -NR 3 OR 3 , -C (O) R 3 , -SO 3 R 3 , -C (O) OR 3 , -C (O) NR 3 R 3 , or -R 3 and
R3 für Wasserstoff steht oder die Bedeutung von R1 haben kann und in R1 und R2 gegebenenfalls unabhängig voneinander eine oder mehrere Methylengruppen durch gleiche oder verschiedene GruppenR 3 is hydrogen or may have the meaning of R 1 and in R 1 and R 2 optionally independently one or more methylene groups by the same or different groups
Y ersetzt sein können, wobeiY can be replaced, where
Y ausgewählt ist aus der Gruppe -CR3=CR3-, -C≡C-, -C(O)-, -C(O)O-, -OC(O)-, -C(O)OC(O)-, -0-, -0-0-, -CR3=N-,Y is selected from the group -CR 3 = CR 3 -, -C≡C-, -C (O) -, -C (O) O-, -OC (O) -, -C (O) OC (O ) -, -0-, -0-0-, -CR 3 = N-,
-C(O)-NR3-, -N=N-, -NR3-NR3-, -NR3-0-, -NR3-, -P (0) (OR3) 0-, -OP(O) (R3)0-, -P(R3)-, -P(O) (R3)-, -S-, -S-S-, -S(O)-, -S(O)2-, -S(O)NR3-, -S (0) (0R3)0-, -Si(R3)2-, -Si(R3)2O-, -Si (R3) (OR3) -,-C (O) -NR 3 -, -N = N-, -NR 3 -NR 3 -, -NR 3 -O-, -NR 3 -, -P (O) (OR 3 ) O-, -OP (O) (R 3 ) 0-, -P (R 3 ) -, -P (O) (R 3 ) -, -S-, -SS-, -S (O) -, -S (O) 2 -, -S (O) NR 3 -, -S (O) (OR 3 ) 0-, -Si (R 3 ) 2 -, -Si (R 3 ) 2 O-, -Si (R 3 ) (OR 3 ) -,
-OSi(R3)2O-, -OSi (R3)2-oder -Si (R3) 20Si (R3) 2- .-OSi (R 3 ) 2 O-, -OSi (R 3 ) 2 -or -Si (R 3 ) 2 O Si (R 3 ) 2 -.
Bevorzugte C5-C2o-Aryl oder C2-C2o-Heteroaryl-Reste für R1 und R2 werden insbesondere ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Phenyl, Naphthyl, Indolyl, Benzofuranyl, Thiophenyl, Pyrrolyl, Pyridinyl, Imidazolyl, Oxazolyl, Isoxazolyl, Furanyl oder Thiazolyl.Preferred C 5 -C 2 o-aryl or C 2 -C 2 o-heteroaryl radicals for R 1 and R 2 are in particular selected from the group consisting of phenyl, naphthyl, indolyl, benzofuranyl, thiophenyl, pyrrolyl, pyridinyl, imidazolyl, oxazolyl , Isoxazolyl, furanyl or thiazolyl.
Die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) können im Allgemeinen auch als Salze eingesetzt werden.The compounds of the general formula (I) can generally also be used as salts.
Besonders bevorzugte Verbindungen der allgemeinen Formel (I) sind 2-Hydroxyalkane, 3-Hydroxyalkane, 4-Hydroxyalkane, 2- Hydroxyalkene, 3-Hydroxyalkene, 4-Hydroxyalkene, 2- Hydroxyalkine, 3-Hydroxyalkine, 4-Hydroxyalkine, γ- Hydroxyketone, δ-Hydroxyketone, γ-Hydroxyester, δ-Hydroxyester, γ-Hydroxyamide, δ-Hydroxyamide, CC-Hydroxyalkohole, ß-Particularly preferred compounds of the general formula (I) are 2-hydroxyalkanes, 3-hydroxyalkanes, 4-hydroxyalkanes, 2-hydroxyalkenes, 3-hydroxyalkene, 4-hydroxyalkene, 2-hydroxyalkynes, 3-hydroxyalkynes, 4-hydroxyalkynes, γ-hydroxyketones, δ-hydroxyketones, γ-hydroxyesters, δ-hydroxyesters, γ-hydroxyamides, δ-hydroxyamides, CC-hydroxy alcohols, β-
Hydroxyalkohole, γ-Hydroxyalkohole oder δ-Hydroxyalkohole . Insbesondere eignen sich als Verbindungen der allgemeinen Formel (I) 2-Butanol, 2-Pentanol, 2-Hexanol, 2-Heptanol, 2- Octanol, 2-Nonanol, 2-Decanol, 3-Pentanol, 3-Hexanol, 3- Heptanol, 3-Octanol, 3-Nonanol, 3-Decanol, 3-Buten-2-ol, 4- Penten-2-ol, 5-Hexen-2-ol, 6-Hepten-2-ol .Hydroxy alcohols, γ-hydroxy alcohols or δ-hydroxy alcohols. Particularly suitable compounds of the general formula (I) are 2-butanol, 2-pentanol, 2-hexanol, 2-heptanol, 2-octanol, 2-nonanol, 2-decanol, 3-pentanol, 3-hexanol, 3-heptanol , 3-octanol, 3-nonanol, 3-decanol, 3-buten-2-ol, 4-penten-2-ol, 5-hexen-2-ol, 6-hepten-2-ol.
Im erfindungsgemäßen Verfahren sind die aus Alkoholen der Formel (I) gebildeten Ketone nicht gleich den Ketonen der Formel (II) . Ebensosind die Alkohole der Formel (I) nicht gleich den Alkoholen, die aus Ketonen der Formel (II) gebildet werden, wenn diese in Mischungen nebeneinander vorliegen.In the process according to the invention, the ketones formed from alcohols of the formula (I) are not identical to the ketones of the formula (II). Likewise, the alcohols of formula (I) are not the same as the alcohols formed from ketones of formula (II) when present in mixtures side by side.
Die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) werden im erfindungsgemäßen Verfahren in einer Menge von 1 Gew.% bis 50 Gew.% bezogen auf das Gesamtvolumen des Reaktionsansatzes eingesetzt, bevorzugt in einer Menge von 3 Gew.% bis 25 Gew.%, insbesondere von 5 Gew.% bis 15 Gew.%.The compounds of the general formula (I) are used in the process according to the invention in an amount of 1% by weight to 50% by weight, based on the total volume of the reaction mixture, preferably in an amount of 3% by weight to 25% by weight, in particular of 5% by weight to 15% by weight.
Das Reaktionsgemisch sollte generell einen pH-Wert von 5 bis 11 haben, bevorzugt von 6 bis 10.The reaction mixture should generally have a pH of from 5 to 11, preferably from 6 to 10.
Das Reaktionsgemisch enthält bevorzugt einen Puffer, insbesondere einen Kaliumphosphat/ Kaliumhydrogenphosphat-, Tris (hydroxymethyl) aminomethan/ HCl- oder Triethanolamin/ HCl- Puffer mit einem pH-Wert von 5 bis 11, vorzugsweise einem pH- Wert von 6 bis 10. Die Pufferkonzentration beträgt bevorzugt von 5 mM bis 150 mM.The reaction mixture preferably contains a buffer, in particular a potassium phosphate / potassium hydrogenphosphate, tris (hydroxymethyl) aminomethane / HCl or triethanolamine / HCl buffer having a pH of from 5 to 11, preferably a pH of from 6 to 10. The buffer concentration is preferably from 5 mM to 150 mM.
Zusätzlich kann das Reaktionsgemisch auch Magnesiumionen ent- halten, beispielsweise in Form von zugesetztem MgCl2 in einer Konzentration von 0.2 mM bis 10 mM, bevorzugt 0.5 mM bis 2 mM bezogen auf die eingesetzte Wassermenge. Daneben kann das Reaktionsgemisch weitere Salze wie beispielsweise NaCl, sowie weitere Zusätze wie beispielsweise Dimethylsulfoxid, Glycerin, Glycol, Ethylenglycol, Sorbitol, Mannitol oder Zucker enthalten . Als Cofaktor werden NADP, NADPH, NAD, NADH oder deren Salze eingesetzt. Die Konzentration an Cofaktor in der wässrigen Phase des Reaktionsgemischs beträgt bevorzugt von 0,01 mM bis 0,25 mM, besonders bevorzugt von 0,02 mM bis 0,1 mM.In addition, the reaction mixture may also contain magnesium ions, for example in the form of added MgCl 2 in a concentration of 0.2 mM to 10 mM, preferably 0.5 mM to 2 mM, based on the amount of water used. In addition, the reaction mixture may contain other salts such as NaCl, and other additives such as dimethyl sulfoxide, glycerol, glycol, ethylene glycol, sorbitol, mannitol or sugar. The cofactor used is NADP, NADPH, NAD, NADH or salts thereof. The concentration of cofactor in the aqueous phase of the reaction mixture is preferably from 0.01 mM to 0.25 mM, more preferably from 0.02 mM to 0.1 mM.
Als Oxidationsmittel wird dem Reaktionsgemisch vorzugsweise ein aktiviertes Keton der allgemeinen Formel (II)As the oxidizing agent, the reaction mixture is preferably an activated ketone of the general formula (II)
R4-C(O)-X (II)R 4 -C (O) -X (II)
zugefügt, wobeiadded, where
R4 ausgewählt ist aus der Gruppe Ci-C2o-Alkyl, C3-C2o-Cycloalkyl, C5-C2o-Aryl, C2-C2o-Heteroaryl, C2-C2o-Alkenyl, C2-C20-Alkinyl, C5- C2o-Aralkyl und Cs-C2o-Alkylaryl wobeiR 4 is selected from the group Ci-C 2 o-alkyl, C3-C2o-cycloalkyl, C 5 -C 2 o-aryl, C 2 -C 2 o-heteroaryl, C 2 -C 2 o-alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 5 - C 2 o-aralkyl and Cs-C 2 o-alkylaryl wherein
R4 gegebenenfalls mit einem oder mehreren Resten Z substituiert sein kann, wobeiR 4 may optionally be substituted by one or more radicals Z, where
Z ausgewählt wird aus der Gruppe enthaltend Fluor, Chlor, Brom, I Ioodd,, --CCNN,, --NNOO22,, --NNOO,, --NNPR3OR3, -C(O)R3, -SO3R3, -C(O)OR3, -C(O)NR3R3, oder -R3 undZ is selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine, iodine I, --CCNN ,, --NOOO 22 ,, --NOOO ,, --NNPR 3 OR 3 , -C (O) R 3 , -SO 3 R 3 , -C (O) OR 3 , -C (O) NR 3 R 3 , or -R 3 and
R für Wasserstoff steht oder die Bedeutung von R haben kann undR is hydrogen or may have the meaning of R and
in R4 gegebenenfalls eine oder mehrere Methylengruppen durch gleiche oder verschiedene Gruppen Y ersetzt sein können, wobeiin R 4 optionally one or more methylene groups may be replaced by identical or different groups Y, wherein
Y ausgewählt wird aus der Gruppe -C(O)-, -C(O)O-, -OC(O)-, - C(O) -NR3 undY is selected from the group -C (O) -, -C (O) O-, -OC (O) -, -C (O) -NR 3 and
X für -C(O)R5, -C(O)OR5, -C(O)SR5, -C(O)NHR5, -C(O)NR5R6, -CN, oder eine Gruppe CHnQ(3-n) steht, wobeiX is -C (O) R 5 , -C (O) OR 5 , -C (O) SR 5 , -C (O) NHR 5 , -C (O) NR 5 R 6 , -CN, or a group CH n Q (3- n) , where
R4 und X zusammen mit der Gruppe -CO- einen Ring mit drei bis 40 Ringgliedern bilden können und n = 0 , 1 oder 2 i st undR 4 and X together with the group -CO- can form a ring with three to 40 ring members and n = 0, 1 or 2 i st and
Q ausgewählt ist aus der Gruppe Fluor, Chlor, Brom, Iod, - OC(O)R5, -OC(O)OR5, -SO3R5, -OR5, -SR5, -NO2, -NO, -N3, -NR5OR6, - CN, -C(O)R5, -C(O)OR5, -C(O)SR5, -C(O)NR5R6, wobeiQ is selected from the group fluorine, chlorine, bromine, iodine, - OC (O) R 5 , -OC (O) OR 5 , -SO 3 R 5 , -OR 5 , -SR 5 , -NO 2 , -NO , -N 3 , -NR 5 OR 6 , -CN, -C (O) R 5 , -C (O) OR 5 , -C (O) SR 5 , -C (O) NR 5 R 6 , wherein
R5 und R6 unabhängig voneinander Wasserstoff sein, oder die Bedeutung von R4 haben können.R 5 and R 6 are independently hydrogen, or may have the meaning of R 4 .
Bevorzugt eingesetzte Verbindungen der allgemeinen Formel (II) sind der Gruppe 3-0xo-Carbonsäure-ester, 3-0xo-Carbonsäure- amid, 2-0xo-Carbonsäure-ester, 2-0xo-Carbonsäure-amid, 2- Oxoalkohole, 2-0xoalkohol-ester, 2-0xoether, 2-0xoalkyl- halogenid, 2-Oxoalkyldihalogenid, 2-0xoalkyltrihalogenid, ß- Diketon zugehörig.Preferably used compounds of general formula (II) are the group 3-0xo-carboxylic acid ester, 3-0xo-carboxylic acid amide, 2-0xo-carboxylic acid ester, 2-0xo-carboxylic acid amide, 2-oxo alcohols, 2- 0xoalkohol-ester, 2-0xoether, 2-0xoalkyl- halide, 2-Oxoalkyldihalogenid, 2-0xoalkyltrihalogenid, ß-diketone associated.
Besonders bevorzugte Verbindungen der allgemeinen Formel (II) sind Acetessigsäure-methylester, Acetessigsäure-ethylester, Acetessigsäure-t-butylester, Ethylenglykolbisacetoacetat, Benzoylessigsäure-methylester, Benzoylessigsäure-ethylester, Benzoylameisensäure-methylester, Benzoylameisensäure-ethyl- ester, Brenztraubensäure-methylester, Brenztraubensäure- ethylester, Methoxyaceton, 2-Methoxy-cyclohexanon, 1,3- Dimethoxyaceton, Chloraceton, 2, 4-Pentandion .Particularly preferred compounds of general formula (II) are methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, t-butyl acetoacetate, ethylene glycol bisacetoacetate, methyl benzoylacetate, ethyl benzoylacetate, methyl benzoylformate, ethyl benzoylformate, methyl pyruvate, pyruvic acid ethyl ester, methoxyacetone, 2-methoxy-cyclohexanone, 1,3-dimethoxyacetone, chloroacetone, 2,4-pentanedione.
Ganz besonders bevorzugt sind Acetessigsäure-methylester und Acetessigsäure-ethylester .Very particular preference is given to methyl acetoacetate and ethyl acetoacetate.
Die Menge aktiviertes Keton beträgt 1 bis 10 Moläquivalente be- zogen auf den zu oxidierenden Alkohol im Reaktionsgemisch, bevorzugt 1 bis 5 Moläquivalente, besonders bevorzugt 1,1 bis 3 Moläquivalente .The amount of activated ketone is 1 to 10 molar equivalents based on the alcohol to be oxidized in the reaction mixture, preferably 1 to 5 molar equivalents, more preferably 1.1 to 3 molar equivalents.
Geeignete Alkohol-Dehydrogenasen stammen beispielsweise aus He- fe, Pferdeleber oder Rhodococcus erythropolis, wobei diese Enzyme als Cofaktor NADH benötigen, oder aus Thermoanaerobium spec, Lactobacillus kefir oder Lactobacillus brevis, wobei diese Enzyme als Cofaktor NADPH benötigen. Besonders geeignete Alkohol-Dehydrogenasen sind die Alkohol- Dehydrogenasen ADH-LB (aus Lactobacillus brevis) und ADH-T (aus Thermoanaerobium spec), beide kommerziell erhältlich von Jue- lieh, Jülich, Deutschland.Suitable alcohol dehydrogenases are derived, for example, from hay fever liver or Rhodococcus erythropolis, which enzymes require NADH as cofactor, or from Thermoanaerobium spec, Lactobacillus kefir or Lactobacillus brevis, these enzymes requiring NADPH as cofactor. Particularly suitable alcohol dehydrogenases are the alcohol dehydrogenases ADH-LB (from Lactobacillus brevis) and ADH-T (from Thermoanaerobium spec), both commercially available from Jeutelh, Jülich, Germany.
Die Alkohol-Dehydrogenasen können im erfindungsgemäßen Verfahren entweder vollständig gereinigt oder teilweise gereinigt eingesetzt werden oder in Zellen enthaltend verwendet werden. Die eingesetzten Zellen können dabei nativ, permeabilisiert o- der lysiert vorliegen.The alcohol dehydrogenases can be used in the process of the invention either completely purified or partially purified or used in cells containing. The cells used can be native, permeabilized or lysed.
Die Volumenaktivität der eingesetzten Alkohol-Dehydrogenasen beträgt vorzugsweise 100 Units/ml (U/ml) bis 5 000 U/ml, beson- ders bevorzugt etwa 1 000 U/ml.The volume activity of the alcohol dehydrogenases used is preferably 100 units / ml (U / ml) to 5,000 U / ml, more preferably about 1,000 U / ml.
In den Reaktionsgemischen stehen zur Umsetzung von je 1 kg Verbindung der allgemeinen Formel (I) bevorzugt 20 000 bis 700 000 U Alkohol-Dehydrogenase (ADH) zur Verfügung. Besonders bevor- zugt werden die ADH in den Reaktionsgemischen mit mehr als 5 U/ml eingesetzt.In the reaction mixtures, preferably 20,000 to 700,000 U of alcohol dehydrogenase (ADH) are available for the reaction of each 1 kg of compound of the general formula (I). Particularly preferably, the ADH are used in the reaction mixtures with more than 5 U / ml.
Die Alkoholdehydrogenasen können im erfindungsgemäßen Verfahren so ausgewählt werden, dass die Umsetzung des zu oxidierenden Alkohols teilweise oder vollständig stereoselektiv erfolgt (W. Hummel et al . , Ann. N. Y. Acad. Sei. 1996, 755, 713-716). Dabei ermöglicht der Einsatz von stereospezifischen Enzymen bei der Oxidation eines teilweise oder vollständig racemischen Alkoholgemisches in dem Fachmann bekannter Weise die bevorzugte Oxida- tion einer Händigkeit des Alkohols, wobei die dazu isomere Form nicht oder nur teilweise zum Keton umgesetzt und vom Produktgemisch abgetrennt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also auch die Herstellung chiraler enantiomerenrei- ner oder -angereicherter Alkohole durch oxidative Racematspal- tung.The alcohol dehydrogenases can be selected in the process according to the invention so that the reaction of the alcohol to be oxidized takes place partially or completely stereoselectively (W. Hummel et al., Ann. N.Y. Acad. Sci. 1996, 755, 713-716). The use of stereospecific enzymes in the oxidation of a partially or completely racemic alcohol mixture in a manner known to those skilled in the preferred oxidation of a handedness of the alcohol, the isomeric form can not or only partially converted to the ketone and separated from the product mixture. The process according to the invention thus also makes it possible to prepare chiral enantiomerically pure or enriched alcohols by oxidative racemate resolution.
Die gleichzeitige Umsetzung beider Händigkeiten eines teilweise oder vollständig racemischen Alkoholgemisches kann durch den Einsatz von Enzymen mit geringer oder ohne Stereospezifität, oder den gleichzeitigen oder aufeinanderfolgenden Einsatz von Enzymen mit komplementärer Stereospezifität bewerkstelligt werden .The simultaneous implementation of both handfulnesses of a partially or fully racemic alcohol mixture can be achieved by the use of enzymes with little or no stereospecificity, or the simultaneous or sequential use of enzymes with complementary stereospecificity.
Die schrittweise Umsetzung der komplementären Händigkeiten ei- nes Alkoholgemisches kann mit den jeweiligen stereospezifischen Enzymen in der oben beschriebenen Weise erfolgen.The stepwise implementation of the complementary hand of an alcohol mixture can be carried out with the respective stereospecific enzymes in the manner described above.
Die Temperatur des Reaktionsgemisches beträgt bevorzugt von 00C bis 600C, besonders bevorzugt von 200C bis 40°C.The temperature of the reaction mixture is preferably from 0 0 C to 60 0 C, more preferably from 20 0 C to 40 ° C.
Im Laufe der Umsetzung kann weiteres aktiviertes Keton insbesondere in Form von Ketonen der allgemeinen Formel (II), oder weiterer sekundärer Alkohol insbesondere in Form von Alkoholen der allgemeinen Formel (I) zugegeben werden.In the course of the reaction, further activated ketone, in particular in the form of ketones of the general formula (II), or further secondary alcohol, in particular in the form of alcohols of the general formula (I), may be added.
Die Umsetzung wird bevorzugt bei einem Druck von 10 mbar bis 5 bar, besonders bevorzugt bei einem Druck von 30 mbar bis 1 bar durchgeführt .The reaction is preferably carried out at a pressure of 10 mbar to 5 bar, more preferably at a pressure of 30 mbar to 1 bar.
Je nach Art und Menge der eingesetzten Alkohol-Dehydrogenasen und der eingesetzten Verbindung der allgemeinen Formel (I) beträgt die Reaktionszeit zwischen 30 min und 120 h, bevorzugt 1 h bis 50 h.Depending on the nature and amount of the alcohol dehydrogenases used and the compound of the general formula (I) used, the reaction time is between 30 minutes and 120 hours, preferably 1 hour to 50 hours.
Das Reaktionsgemisch kann eine homogene flüssige Phase sein, aus zwei oder mehr flüssigen Phasen bestehen, organische Lösemittel enthalten und feste Bestandteile enthalten. Zwei oder mehr flüssige Phasen können beispielsweise beim Vorhandensein von begrenzt oder nicht untereinander mischbarer Stoffe bzw. von schlecht oder nicht mit Wasser mischbarer Lösemittel im Reaktionsgemisch auftreten. Feste Bestandteile können beispielsweise Trägermaterialien für die eingesetzten Enzyme, wie Eupergit, Celite, Kieselgur oder andere für diese Zwecke bekannte Materialien sein.The reaction mixture can be a homogeneous liquid phase, consist of two or more liquid phases, contain organic solvents and contain solid components. Two or more liquid phases may, for example, occur in the presence of limited or immiscible substances or of poorly or not water-miscible solvents in the reaction mixture. Solid constituents may, for example, be carrier materials for the enzymes used, such as eupergite, celite, kieselguhr or other materials known for this purpose.
Die Abtrennung des bei der Umsetzung entstandenen Ketons kann durch Phasentrennung des Reaktionsgemisches erfolgen, oder in dem Fachmann bekannter Weise durch Extraktion des gesamten Re- aktionsgemisches bzw. Teilen des Reaktionsgemisches, mit einer organischen Extraktionsphase erfolgen.The separation of the ketone formed during the reaction can be carried out by phase separation of the reaction mixture, or in a manner known to the skilled worker by extraction of the entire reaction mixture. reaction mixture or parts of the reaction mixture, carried out with an organic extraction phase.
Die enzymhaltige wässrige Phase kann nach erfolgter Umsetzung eines sekundären Alkohols zum Keton und Abtrennung des Ketons erneut mit Alkohol und/oder aktiviertem Keton als Oxidations- mittel versetzt und zu einer erneuten Umsetzung verwendet werden .After completion of the reaction of a secondary alcohol with the ketone and separation of the ketone, the enzyme-containing aqueous phase can again be admixed with alcohol and / or activated ketone as the oxidizing agent and used for a further reaction.
Durch Aufreinigung des Reaktionsgemisches bzw. der organischen Extraktionslösung enthaltend das Rohproduktgemisch, beispielsweise mittels Destillation oder anderer dem Fachmann bekannter Reinigungsmethoden, wie beispielsweise Umkristallisation oder Chromatographie, erhält man das gewünschte Keton.By purifying the reaction mixture or the organic extraction solution containing the crude product mixture, for example by distillation or other cleaning methods known in the art, such as recrystallization or chromatography, the desired ketone is obtained.
Die so erhaltenen Produkte zeichnen sich typischerweise durch Ausbeuten >95 % und chemische Reinheiten >95 % aus.The products thus obtained are typically characterized by yields> 95% and chemical purities> 95%.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Oxidation sekundärer Alkoho- Ie ermöglicht die Herstellung von Ketonen aus Alkoholen unter Bedingungen, die auch die Anwesenheit weiterer chemisch sensibler Funktionen in den Edukten bzw. Produkten erlauben, die unter klassisch chemischen Reaktionsbedingungen (z.B. Oppenauer- Oxidation, Oxidation mit Luft bzw. Sauerstoff oder Oxidations- verfahren mit Salpetersäure oder Bleichlauge) Schaden nehmen würden .The process according to the invention for the oxidation of secondary alcohols enables the preparation of ketones from alcohols under conditions which also allow the presence of further chemically sensitive functions in the educts or products which under classical chemical reaction conditions (eg Oppenauer oxidation, oxidation with air or Oxygen or oxidation processes with nitric acid or bleach).
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die Verwendung aktivierter Ketone der allgemeinen Formel (II) als enzymkompa- tible, organische Oxidationsmittel den Einsatz dieser aktivierten Ketone in enzymverträglichen Konzentrationen. Die hohe Reaktivität und die Enzymverträglichkeit der aktivierten Ketone ermöglichen bei geringem Verbrauch von Enzym und Oxidationsmittel vollständigere Umsetzungen des zu oxidierenden Alkohols, und erlaubt den Wiedereinsatz des wässrigen, enzymhaltigen Re- aktionsgemischs . Die sich ergebenden hohen Raum-Zeit-Leistungen ermöglichen damit die kostengünstige Umsetzung von Alkoholen zu Ketonen unter Verwendung von Enzymen.By using activated ketones of the general formula (II) as enzyme-compatible, organic oxidizing agents, the process according to the invention makes it possible to use these activated ketones in enzyme-compatible concentrations. The high reactivity and the enzyme compatibility of the activated ketones make possible, with low consumption of enzyme and oxidant, more complete reactions of the alcohol to be oxidized, and permit the reuse of the aqueous, enzyme-containing reaction mixture. The resulting high space-time performances thus allow the cost-effective conversion of alcohols to ketones using enzymes.
Das erfindungsgemaße Verfahren erlaubt die Herstellung funktio- nalisierter Ketone, die bisher nur schwierig aus entsprechenden Alkoholen durch Oxidation zuganglich waren, wie z.B. 4-Penten- 2-on.The inventive method allows the production of functionalized ketones, which were difficult to access from corresponding alcohols by oxidation, such as. 4-pentene-2-one.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur enzymka- talysierten Herstellung von Ketonen aus sekundären Alkoholen geben dem Fachmann keinerlei Hinweis darauf, dass die Verwendung aktivierter Ketoverbindungen zur Umsetzung von Alkoholen unter Enzym-vertraglichen Bedingungen, ohne hohe Überschüsse an Oxidationsmittel und mit hohen Raum-Zeit-Leistungen möglich ist.The processes known from the prior art for the enzyme-catalyzed production of ketones from secondary alcohols give the expert no indication that the use of activated keto compounds for the reaction of alcohols under enzyme-contractual conditions, without high excesses of oxidizing agent and with high space Time achievements is possible.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert:The invention is further illustrated by the following examples:
Beispiel Ia:Example Ia:
Umsetzung von 4-Penten-2-ol mit Acetessigsaure-methylester und ADH-LBReaction of 4-penten-2-ol with methyl acetoacetate and ADH-LB
Durchfuhrung 100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Acetessigsaure-methylester (0.6 M), 25 U / mL ADH-LB (Rohextrakt), NADP-Dinatriumsalz (0.0415 mM) und racemischem 4-Penten-2-ol (0.5 M) wurde bei pH 8,0 in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetruhrer und Ruckflusskuhler bei 30 0C kraftig gerührt. Nach 24 Stunden wurde die Losung mit 4 x 50 mL Methyl- tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz zu Keton und die Menge an 4-Penten-2-ol in der Auswaage bestimmt.Carrying out 100 mL of a mixture of water, phosphate buffer (50 mM), methyl acetoacetate (0.6 M), 25 U / mL ADH-LB (crude extract), NADP disodium salt (0.0415 mM) and racemic 4-penten-2-ol ( 0.5 M) was stirred vigorously at pH 8.0 in a 250 mL round bottom flask with magnetic stirrer and reflux condenser at 30 0 C. After 24 hours, the solution was extracted with 4 × 50 ml of methyl tert-butyl ether (MTBE) and the product mixture was isolated by evaporation of the organic phases. By GC and NMR spectroscopy, the conversion to ketone and the amount of 4-penten-2-ol was determined in the balance.
ErgebnisResult
• Umsatz zu Keton: 24 mmol (96 % d.Th.) • 4 -Penten-2 -ol : 26 mmo1Conversion to ketone: 24 mmol (96% of theory) • 4-pentene-2-ol: 26 mmo1
• Raum-Zeit-Leistung: 10 Mol/m3h Keton• Space-time performance: 10 mol / m 3 h ketone
Beispiel Ib:Example Ib:
Umsetzung von 4-Penten-2-ol mit Acetessigsäure-methylester und ADH-TReaction of 4-penten-2-ol with methyl acetoacetate and ADH-T
Durchführungexecution
100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Acetessigsäure-methylester (0.6 M), 10 U / mL ADH-T (Rohextrakt), NADP-Dinatriumsalz (0.0415 mM) und 4-Penten-2-ol (0.5 M) von pH 8,0 wurde in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rück- flusskühler bei 30 0C kräftig gerührt. Nach 24 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl-tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz zu Keton und die Menge an 4-Penten-2-ol in der Auswaage bestimmt.100 mL of a mixture of water, phosphate buffer (50 mM), methyl acetoacetate (0.6 M), 10 U / mL ADH-T (crude extract), NADP disodium salt (0.0415 mM) and 4-penten-2-ol (0.5 M ) of pH 8.0 was stirred round bottom flask with magnetic stirrer and reflux condenser vigorously at 30 0 C in a 250 mL. After 24 hours, the solution was extracted with 4 × 50 ml of methyl tert-butyl ether (MTBE) and the product mixture was isolated by evaporation of the organic phases. By GC and NMR spectroscopy, the conversion to ketone and the amount of 4-penten-2-ol was determined in the balance.
ErgebnisResult
• Umsatz zu Keton: 24 mmol (96 % d.Th• conversion to ketone: 24 mmol (96% d.Th
• 4-Penten-2-ol : 26 mmo1 • Raum- Ze i t -Le i s tung : 10 Mol/m3h Keton• 4-penten-2-ol: 26 mmo1 • room-time: 10 mol / m 3 h ketone
Beispiel Ic:Example Ic:
Umsetzung von 4-Penten-2-ol mit Acetessigsäure-methylester, ADH-LB und ADH-TReaction of 4-penten-2-ol with methyl acetoacetate, ADH-LB and ADH-T
Durchführungexecution
100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Ace- tessigsäure-methylester (0.6 M), 10 U / mL ADH-T (Rohextrakt), 25 U / mL ADH-LB (Rohextrakt) NADP-Dinatriumsalz (0.083 mM) und 4-Penten-2-ol (0.5 M) von pH 8,0 wurde in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler bei 30 0C kräftig ge- rührt. Nach 24 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl- tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz zu Keton in der Auswaage be- stimmt.100 mL of a mixture of water, phosphate buffer (50 mM), methyl acetoacetate (0.6 M), 10 U / mL ADH-T (crude extract), 25 U / mL ADH-LB (crude extract) NADP disodium salt (0.083 mM ) and 4-penten-2-ol (0.5 M) of pH 8.0 were vigorously stirred at 30 ° C. in a 250 ml round bottom flask with magnetic stirrer and reflux condenser. stir. After 24 hours, the solution was extracted with 4 × 50 ml of methyl tert-butyl ether (MTBE) and the product mixture was isolated by evaporation of the organic phases. By GC and NMR spectroscopy, the conversion to ketone in the weight was determined.
ErgebnisResult
• Umsatz zu Keton: 48 mmol (96 % d.Th.)Conversion to ketone: 48 mmol (96% of theory)
• Raum-Zeit-Leistung: 20 Mol/m3h Keton• Space-time performance: 20 mol / m 3 h ketone
Beispiel Id:Example Id:
Wiedereinsatz der extrahierten wässrigen Phase aus Ia mit ADH- LBReuse of the extracted aqueous phase from Ia with ADH-LB
Durchführungexecution
Die nach Extraktion mit MTBE zurückbleibende Wasserphase ausThe remaining after extraction with MTBE water phase
Beispiel Ia wurde in einen 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler gefüllt, mit Acetessigsäure-methylesterExample Ia was filled into a 250 mL round bottom flask with magnetic stirrer and reflux condenser, with methyl acetoacetate
(0.06 mol) und 4-Penten-2-ol (0.05 mol) versetzt und nach Einstellen auf pH 8,0 bei 30 0C kräftig gerührt.(0.06 mol) and 4-penten-2-ol (0.05 mol) and stirred vigorously after adjustment to pH 8.0 at 30 0 C.
Nach 24 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL MTBE extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz zu Keton und die Menge an 4-Penten-2-ol in der Auswaage bestimmt.After 24 hours, the solution was extracted with 4 × 50 ml MTBE and the product mixture was isolated by evaporation of the organic phases. By GC and NMR spectroscopy, the conversion to ketone and the amount of 4-penten-2-ol was determined in the balance.
ErgebnisResult
• Umsatz zu Keton: 23 mmol (92 % d.Th.) • 4-Penten-2-ol: 27 mmo1• conversion to ketone: 23 mmol (92% of theory) • 4-penten-2-ol: 27 mmo1
• Raum-Zeit-Leistung: 9.6 Mol/m3h Keton• Space-time performance: 9.6 mol / m 3 h ketone
Beispiel Ie:Example Ie:
Wiedereinsatz der extrahierten wässrigen Phase aus Ib mit ADH-TReuse of the extracted aqueous phase from Ib with ADH-T
Durchführung Die nach Extraktion mit MTBE zurückbleibende Wasserphase aus Beispiel Ib wurde in einen 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler gefüllt, mit Acetessigsäure-methylester (0.06 mol) und 4-Penten-2-ol (0.05 mol) versetzt und nach Einstellen auf pH 8,0 bei 30 0C kräftig gerührt.execution The remaining after extraction with MTBE water phase from Example Ib was placed in a 250 mL round bottom flask with magnetic stirrer and reflux condenser, with methyl acetoacetate (0.06 mol) and 4-penten-2-ol (0.05 mol) and after adjustment to pH 8, 0 vigorously stirred at 30 0 C.
Nach 24 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL MTBE extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz zu Keton und die Menge an 4-Penten-2-ol in der Auswaage bestimmt.After 24 hours, the solution was extracted with 4 × 50 ml MTBE and the product mixture was isolated by evaporation of the organic phases. By GC and NMR spectroscopy, the conversion to ketone and the amount of 4-penten-2-ol was determined in the balance.
ErgebnisResult
• Umsatz zu Keton: 23 mmo1 '92 d.Th.• conversion to ketone: 23 mmo1 '92 d.Th.
• 4-Penten-2-ol: 27 mmo1• 4-pentene-2-ol: 27 mmo1
• Raum-Zeit-Leistung: 9.6 Mol/m3h Keton• Space-time performance: 9.6 mol / m 3 h ketone
Beispiel 2a:Example 2a:
Umsetzung von Hexan-2-ol mit Acetessigsäure-methylester und ADH-LBReaction of hexan-2-ol with methyl acetoacetate and ADH-LB
Durchführungexecution
100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Acetessigsäure-methylester (0.54 M), 25 U/mL ADH-LB (Rohextrakt), NADP-Dinatriumsalz (0.0415 mM) und Hexan-2-ol (0.49 M) von pH100 mL of a mixture of water, phosphate buffer (50 mM), methyl acetoacetate (0.54 M), 25 U / mL ADH-LB (crude extract), NADP disodium salt (0.0415 mM) and hexan-2-ol (0.49 M) of pH
6,5 wurde in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler bei 30 0C kräftig gerührt. Nach 6 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl-tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz und die Ausbeute an Hexan-2-on in der Auswaage bestimmt.6.5 was vigorously stirred at 30 ° C. in a 250 ml round bottom flask with magnetic stirrer and reflux condenser. After 6 hours, the solution was extracted with 4 × 50 ml of methyl tert-butyl ether (MTBE) and the product mixture was isolated by evaporation of the organic phases. By GC and NMR spectroscopy, the conversion and yield of hexane-2-one was determined in the balance.
ErgebnisResult
• Hexan-2-on Ausbeute: 21 mmo1 d.Th.Hexane-2-one yield: 21 mmo1 of theory
• Hexan-2-ol: 28 mmolHexane-2-ol: 28 mmol
• Raum-Zeit-Leistung: 35 Mol/m3h Hexan-2-on Bei spiel 2b :Space-time performance: 35 mol / m 3 h hexane-2-one In game 2b:
Umsetzung von Hexan-2-ol mit Acetessigsäure-methylester und ADH-TReaction of hexan-2-ol with methyl acetoacetate and ADH-T
Durchführungexecution
100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Acetessigsäure-methylester (0.54 M), 10 U/mL ADH-T (Rohextrakt), NADP-Dinatriumsalz (0.0415 mM) und Hexan-2-ol (0.49 M) von pH 6,5 wurde in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler bei 30 0C kräftig gerührt. Nach 6 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl-tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz und die Ausbeute an Hexan-2-on in der Auswaage bestimmt.100 mL of a mixture of water, phosphate buffer (50 mM), methyl acetoacetate (0.54 M), 10 U / mL ADH-T (crude extract), NADP disodium salt (0.0415 mM) and hexan-2-ol (0.49 M) of pH 6.5 was stirred vigorously in a 250 ml round bottom flask with magnetic stirrer and reflux condenser at 30 ° C. After 6 hours, the solution was extracted with 4 × 50 ml of methyl tert-butyl ether (MTBE) and the product mixture was isolated by evaporation of the organic phases. By GC and NMR spectroscopy, the conversion and yield of hexane-2-one was determined in the balance.
ErgebnisResult
• Hexan-2 -on Ausbeute : 21 mmol (86 % d.Th.) • Hexan-2 -ol : 28 mmol• hexane-2-ye yield: 21 mmol (86% of theory) • hexane-2-ol: 28 mmol
• Raum-Zeit-Leistung: 35 Mol/m3h Hexan-2-onSpace-time performance: 35 mol / m 3 h hexane-2-one
Beispiel 2c:Example 2c:
Umsetzung von Hexan-2-ol mit Acetessigsäure-methylester, ADH-LB und ADH-TReaction of hexan-2-ol with methyl acetoacetate, ADH-LB and ADH-T
Durchführungexecution
100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Ace- tessigsäure-methylester (0.54 M), 10 U/mL ADH-T (Rohextrakt), 25 U/mL ADH-LB (Rohextrakt) NADP-Dinatriumsalz (0.083 mM) und Hexan-2-ol (0.49 M) von pH 6,5 wurde in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler gefüllt und bei 30 0C kräftig gerührt. Nach 6 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl-tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz und die Ausbeute an He- xan-2-on in der Auswaage bestimmt. Ergebni s100 mL of a mixture of water, phosphate buffer (50 mM), acetic acid methyl ester (0.54 M), 10 U / mL ADH-T (crude extract), 25 U / mL ADH-LB (crude extract) NADP disodium salt (0.083 mM ) and hexane-2-ol (0.49 M) of pH 6.5 was filled in a 250 mL round bottom flask with magnetic stirrer and reflux condenser and stirred vigorously at 30 ° C. After 6 hours, the solution was extracted with 4 × 50 ml of methyl tert-butyl ether (MTBE) and the product mixture was isolated by evaporation of the organic phases. By GC and NMR spectroscopy, the conversion and yield of hexan-2-one was determined in the weight. Result
• Hexan-2-on Ausbeute: 43 mmol (87 % d.Th.)Hexane-2-one yield: 43 mmol (87% of theory)
• Raum-Zeit-Leistung: 72 Mol/mJh Hexan-2-on• space-time power: 72 mol / m J h hexane-2-one
Beispiel 2d:Example 2d:
Umsetzung von Hexan-2-ol mit 2 Äquivalenten Acetessigsäure- methylester, ADH-LB und ADH-TReaction of hexan-2-ol with 2 equivalents of methyl acetoacetate, ADH-LB and ADH-T
Durchführungexecution
100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Ace- tessigsäure-methylester (1.00 M), 10 U/mL ADH-T (Rohextrakt), 25 U/mL ADH-LB (Rohextrakt) NADP-Dinatriumsalz (0.083 mM) und Hexan-2-ol (0.49 M) von pH 6,5 wurde in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler gefüllt und bei 30 0C kräftig gerührt. Nach 6 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl-tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz und die Ausbeute an He- xan-2-on in der Auswaage bestimmt.100 mL of a mixture of water, phosphate buffer (50 mM), acetic acid methyl ester (1.00 M), 10 U / mL ADH-T (crude extract), 25 U / mL ADH-LB (crude extract) NADP disodium salt (0.083 mM ) and hexane-2-ol (0.49 M) of pH 6.5 was filled in a 250 mL round bottom flask with magnetic stirrer and reflux condenser and stirred vigorously at 30 ° C. After 6 hours, the solution was extracted with 4 × 50 ml of methyl tert-butyl ether (MTBE) and the product mixture was isolated by evaporation of the organic phases. By GC and NMR spectroscopy, the conversion and yield of hexan-2-one was determined in the weight.
Ergebnis • Hexan- 2 - on Ausbeute : 48 mmol ' 98 d . Th . )• Result hexane-2 - one Yield: 48 mmol '98 d. Th. )
• Raum- Zeit-Lei stung : 80 Mol /m3h Hexan-2 -on• Space-time performance: 80 mol / m 3 h hexane-2-one
Beispiel 3:Example 3:
Oxidation von 1-Phenyl-ethanol mit Acetessigsäure-ethylester, ADH-LB und ADH-TOxidation of 1-phenylethanol with ethyl acetoacetate, ADH-LB and ADH-T
Durchführung 100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Acetessigsäure-ethylester (0.54 M), 10 U/mL ADH-T (Rohextrakt), 25 U/mL ADH-LB (Rohextrakt) NADP-Dinatriumsalz (0.083 mM) und 1- Phenyl-ethanol (0.49 M) von pH 6,5 wurde in einem 250 mL Rund- kolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler gefüllt und bei 30 0C kräftig gerührt. Nach 6 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl-tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz und die Ausbeute an Acetophenon in der Auswaage bestimmt.Procedure 100 mL of a mixture of water, phosphate buffer (50 mM), ethyl acetoacetate (0.54 M), 10 U / mL ADH-T (crude extract), 25 U / mL ADH-LB (crude extract) NADP disodium salt (0.083 mM) and 1-phenyl-ethanol (0.49 M) of pH 6.5 was dissolved in a 250 mL round bottom filled with magnetic stirrer and reflux condenser and stirred vigorously at 30 ° C. After 6 hours, the solution was extracted with 4 × 50 ml of methyl tert-butyl ether (MTBE) and the product mixture was isolated by evaporation of the organic phases. By GC and NMR spectroscopy, the conversion and yield of acetophenone in the balance was determined.
ErgebnisResult
• Acetophenon Ausbeute: 46 mmol (94 % d.Th.) • Raum-Zeit-Leistung: 77 Mol/m3h Acetophenon • acetophenone yield: 46 mmol (94% of theory) • space-time performance: 77 mol / m 3 h acetophenone

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Verfahren zur Herstellung eines Ketons das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein sekundärer Alkohol in einem Reakti- onsgemisch, enthaltend Wasser, ein aktiviertes Keton, eine Alkohol-Dehydrogenase und einen Cofaktor, zu dem Keton umgesetzt wird.A process for producing a ketone which comprises reacting a secondary alcohol in a reaction mixture containing water, an activated ketone, an alcohol dehydrogenase and a cofactor to which ketone is added.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Alkohole eine Verbindung der allgemeinen2. The method according to claim 1, characterized in that the secondary alcohols are a compound of the general
Formel (I)Formula (I)
R^CH(OH)-R2 (I) oder ein Salz dieser Verbindung ist, wobeiR 1 is CH (OH) -R 2 (I) or a salt of this compound, wherein
R1 und R2 gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus der Gruppe Ci-C2o-Alkyl, C3-C2o-Cycloalkyl, C5-C2o-Aryl, C2-C2o-Heteroaryl, C2-C2o-Alkenyl, C2-C2o-Alkinyl, C5-C2O- Aralkyl und C5-C2o-Alkylaryl oder R1 und R2 zusammen mit der Gruppe -CH(OH)- einen Ring bilden können, der aus drei bis 40 Ringgliedern besteht und R1 und R2, bzw. ein durch R1 und R2 mit der Gruppe -R 1 and R 2 are identical or different and are selected from the group Ci-C2o-alkyl, C3-C2o-cycloalkyl, C 5 -C2o-aryl, C2-C2o-heteroaryl, C 2 -C 2 o-alkenyl , C 2 -C 2 o-alkynyl, C 5 -C 2 O-aralkyl and C 5 -C 2 o-alkylaryl or R 1 and R 2 together with the group -CH (OH) - can form a ring consisting of consists of three to 40 ring members and R 1 and R 2 , or one by R 1 and R 2 with the group -
CH(OH)- gebildeter Ring, unabhängig voneinander mit einem oder mehreren Resten Z substituiert sein können, wobei Z ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend Fluor, Chlor, Brom, Iod, -CN, -NO2, -NO, -NR3OR3, -CHO, -SO3H, -COOH oder -R3 undCH (OH) - formed ring, independently of one another may be substituted by one or more radicals Z, wherein Z is selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine, iodine, -CN, -NO 2 , -NO, -NR 3 OR 3 , -CHO, -SO 3 H, -COOH or -R 3 and
R3 für Wasserstoff steht oder die Bedeutung von R1 haben kann und in R1 und R2 gegebenenfalls unabhängig voneinander eine o- der mehrere Methylengruppen durch gleiche oder verschiede- ne Gruppen Y ersetzt sein können, wobeiR 3 is hydrogen or may have the meaning of R 1 and in R 1 and R 2 may optionally be replaced independently of one another one or more methylene groups by identical or different groups Y, wherein
Y ausgewählt ist aus der Gruppe -CR3=CR3-, -C≡C-, -C(O)-,Y is selected from the group -CR 3 = CR 3 -, -C≡C-, -C (O) -,
-C(O)O-, -OC(O)-, -C(O)OC(O)-, -0-, -0-0-, -CR3=N-, -C(O)-NR3-, -N=N-, -NR3-NR3-, -NR3-0-, -NR3-, -P (0) (OR3) 0-, -OP(O) (R3)0-, -P(R3)-, -P(O) (R3)-, -S-, -S-S-, -S (O)-, - S (O)2-, -S (O)NR3-, -S (0) (0R3)0-, -Si (R3)2-, -Si (R3)2O-, --C (O) O-, -OC (O) -, -C (O) OC (O) -, -O-, -O-O-, -CR 3 = N-, -C (O) -NR 3 -, - N = N-, -NR 3 -NR 3 -, -NR 3 -O-, -NR 3 -, -P (O) (OR 3 ) 0 -, -OP (O) (R 3 ) 0-, -P (R 3) -, -P (O) (R 3) -, -S-, -SS-, -S (O) -, - S (O) 2 -, -S (O) NR 3 -, -S (0) (0R 3) 0-, -Si (R 3) 2 -, -Si (R 3) 2 O-, -
Si (R3) (OR3) -, -OSi (R3)2O-, -OSi (R3) 2-oder -Si (R3) 20Si (R3) 2- . Si (R 3) (OR 3) -, -OSi (R 3) 2 O-, -OSi (R 3) 2 -or -Si (R 3) 2 0Si (R 3) 2 -.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Alkoholeausgewählt ist aus der Gruppe 2-Hydroxyalkane, 3-Hydroxyalkane, 4-Hydroxyalkane, 2- Hydroxyalkene, 3-Hydroxyalkene, 4-Hydroxyalkene, 2- Hydroxyalkine, 3-Hydroxyalkine, 4-Hydroxyalkine, γ- Hydroxyketone, δ-Hydroxyketone, γ-Hydroxyester, δ-Hydroxyester, γ-Hydroxyamide, δ-Hydroxyamide, OC- Hydroxyalkohole, ß-Hydroxyalkohole, γ-Hydroxyalkohole und δ-Hydroxyalkohole .3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the secondary alcohol is selected from the group 2-hydroxyalkanes, 3-hydroxyalkanes, 4-hydroxyalkanes, 2-hydroxyalkenes, 3-hydroxyalkenes, 4-hydroxyalkenes, 2-hydroxyalkynes, 3 Hydroxyalkynes, 4-hydroxyalkynes, γ-hydroxyketones, δ-hydroxyketones, γ-hydroxyesters, δ-hydroxyesters, γ-hydroxyamides, δ-hydroxyamides, OC-hydroxy alcohols, β-hydroxy alcohols, γ-hydroxy alcohols and δ-hydroxy alcohols.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Cofaktor ausgewählt ist aus Verbindungen der Gruppe NAD, NADP, NADH, NADPH und deren Salzen .4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the cofactor is selected from compounds of the group NAD, NADP, NADH, NADPH and salts thereof.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das aktivierte Keton eine Verbindung der allgemeinen Formel (II)5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the activated ketone is a compound of general formula (II)
R4-C(O)-X (II) ist, wobeiR 4 is -C (O) -X (II) wherein
R4 ausgewählt ist aus der Gruppe Ci-C2o-Alkyl, C3-C20-R 4 is selected from the group Ci-C2o-alkyl, C3-C20-
Cycloalkyl, C5-C2o-Aryl, C2-C2o~Heteroaryl, C2-C2o~Alkenyl,Cycloalkyl, C 5 -C 20 -aryl, C 2 -C 20 -heteroaryl, C 2 -C 20 -alkenyl,
C2-C2o-Alkinyl, C5-C2o-Aralkyl und C5-C2o-Alkylaryl wobeiC 2 -C 2 o-alkynyl, C 5 -C 2 o-aralkyl and C 5 -C 2 o-alkylaryl where
R4 gegebenenfalls mit einem oder mehreren Resten Z substi- tuiert sein kann, wobeiR 4 may optionally be substituted by one or more radicals Z, where
Z ausgewählt ist aus der Gruppe Fluor, Chlor, Brom, Iod, -Z is selected from the group fluorine, chlorine, bromine, iodine, -
CN, -NO2, -NO, -NR3OR3, -C(O)R3, -SO3R3, -C(O)OR3,CN, -NO 2 , -NO, -NR 3 OR 3 , -C (O) R 3 , -SO 3 R 3 , -C (O) OR 3 ,
-C(O)NR3R3, und -R3 und-C (O) NR 3 R 3 , and -R 3 and
R3 für Wasserstoff steht oder die Bedeutung von R4 hat und in R4 gegebenenfalls eine oder mehrere Methylengruppen durch gleiche oder verschiedene Gruppen Y ersetzt sein können, wobeiR 3 is hydrogen or has the meaning of R 4 and in R 4 optionally one or more methylene groups may be replaced by identical or different groups Y, wherein
Y ausgewählt ist aus der Gruppe -C(O)-, -C(O)O-, -OC(O)-,Y is selected from the group -C (O) -, -C (O) O-, -OC (O) -,
-C (0) -NR3 und X für -C(O)R5, -C(O)OR5, -C(O)SR5, -C(O)NHR5, -C(O)NR5R6, --C (O) -NR 3 and X is -C (O) R 5 , -C (O) OR 5 , -C (O) SR 5 , -C (O) NHR 5 , -C (O) NR 5 R 6 , -
CN, oder eine Gruppe CHnQ(3-n) steht, oder R R44 uunndd XX zzuussaammmmeenn mmiitt ddeerr GGrruuppppee --CCOO-- einen Ring mit drei bis 40 Ringgliedern bilden können und n = 0 , 1 oder 2 i s t undCN, or a group CH n Q ( 3 - n) stands, or RR 44 and XX zzuussaammmmeenn mmiitt ddeerr GGrruuppppee --CCOO-- can form a ring with three to 40 ring members and n = 0, 1 or 2 and
Q ausgewählt ist aus der Gruppe Fluor, Chlor, Brom, Iod, - OC(O)R5, -OC(O)OR5, -SO3R5, -OR5, -SR5, -NO2, -NO, -N3, - NR5OR6, -CN, -C(O)R5, -C(O)OR5, -C(O)SR5, -C(O)NR5R6, wobei R5 und R6 unabhängig voneinander Wasserstoff sind, oder die Bedeutung von R4 haben.Q is selected from the group fluorine, chlorine, bromine, iodine, - OC (O) R 5 , -OC (O) OR 5 , -SO 3 R 5 , -OR 5 , -SR 5 , -NO 2 , -NO , -N 3 , - NR 5 OR 6 , -CN, -C (O) R 5 , -C (O) OR 5 , -C (O) SR 5 , -C (O) NR 5 R 6 , wherein R 5 and R 6 are independently hydrogen or have the meaning of R 4 .
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der allgemeinen Formel (II) ausgewählt sind aus der Gruppe 3-0xo-Carbonsäure-ester, 3-0xo- Carbonsäure-amid, 2-0xo-Carbonsäure-ester, 2-0xo- Carbonsäure-amid, 2-0xoalkohole, 2-0xoalkohol-ester, 2- Oxoether, 2-0xoalkylhalogenid, 2-Oxoalkyldihalogenid, 2- Oxoalkyltrihalogenid, ß-Diketon.6. The method according to claim 5, characterized in that the compounds of general formula (II) are selected from the group 3-0xo-carboxylic acid ester, 3-0xo- carboxylic acid amide, 2-0xo-carboxylic acid ester, 2- 0xo-carboxylic acid amide, 2-0xoalkohole, 2-0xoalkohol-ester, 2-oxoether, 2-0xoalkylhalogenid, 2-Oxoalkyldihalogenid, 2-Oxoalkyltrihalogenid, ß-diketone.
7. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der allgemeinen Formel (II) ausgewählt sind aus der Gruppe Acetessigsäure-methylester, Acetessigsäure-ethylester, Acetessigsäure-t-butylester, Ethylenglykolbisacetoacetat, Benzoylessigsäure- methylester, Benzoylessigsäure-ethylester, Benzoylameisensäure-methylester, Benzoylameisensäure- ethylester, Brenztraubensäure-methylester, Brenztraubensäure-ethylester, Methoxyaceton, 2-Methoxy- cyclohexanon, 1, 3-Dimethoxyaceton, Chloraceton, 2,4- Pentandion .7. The method according to claim 5, characterized in that the compounds of general formula (II) are selected from the group of methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, t-acetoacetate, ethylene glycol bisacetoacetate, methyl benzoylacetate, ethyl benzoylacetate, benzoylformic acid methyl ester, benzoylformic acid ethyl ester, pyruvic acid methyl ester, pyruvic acid ethyl ester, methoxyacetone, 2-methoxycyclohexanone, 1, 3-dimethoxyacetone, chloroacetone, 2,4-pentanedione.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundärer Alkohol in einer Menge von 1 Gew.% bis 50 Gew.% bezogen auf das Gesamtvolumen des Reaktionsansatzes eingesetzt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the secondary alcohol in an amount of 1 wt.% To 50 wt.% Based on the total volume of the reaction mixture is used.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aktiviertes Keton in einer Menge von 1 bis 10 Moläquivalente bezogen auf den zu oxidierenden Alkohol im Reaktionsgemisch eingesetzt wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that activated ketone is used in an amount of 1 to 10 molar equivalents based on the alcohol to be oxidized in the reaction mixture.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ADH in dem Reaktionsgemisch in einer Aktivität von mehr als 5 U/ml vorliegt.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the ADH is present in the reaction mixture in an activity of more than 5 U / ml.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass pro kg der Verbindung der allgemeinen Formel (I) 20 000 bis 700 000 U Alkohol-Dehydrogenase (ADH) zur Verfügung stehen.11. The method according to any one of claims 2 to 10, characterized in that per kg of the compound of general formula (I) 20 000 to 700 000 U alcohol dehydrogenase (ADH) are available.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Cofaktor in der wässrigen Phase in einer Konzentration von 0,01 mM bis 0,25 mM vorliegt.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the cofactor is present in the aqueous phase in a concentration of 0.01 mM to 0.25 mM.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem pH-Bereich von 5 bis 11 durchgeführt wird.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that it is carried out in a pH range of 5 to 11.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einer Temperatur von 00C bis 600C durchgeführt wird.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that it is carried out at a temperature of 0 0 C to 60 0 C.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Keton mittels eines mit Wasser nicht mischbaren, organischen Lösungsmittels aus dem Reak- tionsansatz extrahiert wird wobei neben dem ketonhaltigen organischen Lösungsmittel eine enzymhaltige wässrige Phase erhalten wird.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the ketone is extracted tion tion by means of a water-immiscible organic solvent from the reaction, wherein in addition to the ketone-containing organic solvent, an enzyme-containing aqueous phase is obtained.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die enzymhaltige wässrige Phase aus16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the enzyme-containing aqueous phase
Anspruch 15 mit einem sekundären Alkohol und/oder aktiviertem Keton versetzt wird der sekundären Alkohol zu dem gewünschten Keton umgesetzt wird.Claim 15 is added with a secondary alcohol and / or activated ketone, the secondary alcohol is converted to the desired ketone.
17. Verwendung eines aktivierten Ketons der allgemeinen Formel (II) als Oxidationsmittel in einer enzymatischen katalysierten Oxidation eines sekundären Alkohols. 17. Use of an activated ketone of the general formula (II) as oxidizing agent in an enzymatic catalyzed oxidation of a secondary alcohol.
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