DE10152113C1

DE10152113C1 - Verfahren zur Herstellung von (R)- und (S)-8-Chlor-6-hydroxy-octansäurealkylestern durch enzymatische Reduktion

Info

Publication number: DE10152113C1
Application number: DE10152113A
Authority: DE
Inventors: Michael Mueller; Wolfgang Sauer; Gunter Laban
Original assignee: Viatris GmbH and Co KG
Current assignee: Meda Pharma GmbH and Co KG
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: EP1440158A1; US7157253B2; US20050032180A1; WO2003035885A1; JP2005506091A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von (R)- bzw. (S)-8-Chlor-6-hydroxy-octansäurealkylestern der allgemeinen Formel (R)-II oder (S)-II, DOLLAR F1 worin R die Bedeutung C¶1-4¶-Alkyl hat, aus 8-Chlor-6-oxo-octansäurealkylestern der allgemeinen Formel I, DOLLAR F2 worin R die obige Bedeutung hat, durch enzymatische Reduktion mittels Alkoholdehydrogenasen, wie Lactobacillus brevis oder Thermoanaerobium brokii, in Gegenwart von Cofaktorregenerierungssystemen. DOLLAR A Die erhaltenen (R)- bzw. (S)-8-Chlor-6-hydroxy-octansäureester können in bekannter Weise zu (R)-alpha-Liponsäure bzw. (s)-a-Liponsäure umgesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von (R)- und (S)-8-Chlor-6-hydroxy- octansäurealkylestern der Formel I durch enzymatische Reduktion einer geeigneten prochi ralen Ketoverbindung.

Die Synthese der α-Liponsäure im technischen Maßstab erfolgt ausgehend von 8-Chlor-6- oxo-octansäurealkylestern, welche durch NaBH₄-Reduktion in 8-Chlor-6-hydroxy-octan säurealkylester überführt werden (Lit.: Kleemann und Engel, Pharmaceutical Substances, 3^rd Ed., Thieme, 1999, S. 1860). Durch eine nachfolgende dreistufige Synthesesequenz wird die racemische α-Liponsäure in hoher Gesamtausbeute erhalten. Neben der Synthese von racemi scher α-Liponsäure ist auch die Synthese der reinen Enantiomere zum gezielten pharmazeuti schen Einsatz von großer Wichtigkeit (siehe dazu z. B. EP 04 27 247). Es bietet sich an, die Synthese der reinen Enatiomeren analog dem etablierten wirtschaftlichen Syntheseverfahren des racemischen Wirkstoffes durchzuführen. Entsprechend wurden verschiedene Methoden zur Darstellung der enantiomerenreinen Zwischenstufen entwickelt, siehe unter anderem DE- A-195 33 882. Enantioselektive Reduktionen prochiraler Ketonverbindungen zu chiralen sekundären Alkoholen, welche als Zwischenstufen in alternativen Syntheserouten zu enantiomerenreinen α-Liponsäuren führen, finden sich in DE-A-197 09 069. Bei allen Verfahren werden vielstufige Synthesesequenzen durchlaufen, die teilweise mit aufwendigen Reinigungsoperationen verbunden sind oder aber auf Racematspaltung (DE 41 37 773) basieren, wodurch - ohne Rückführung durch Racemisierung oder Inversion - die maximale Ausbeute eines Enantiomers 50% beträgt. Die niedrige Gesamtausbeute dieser Verfahren lassen diese als wirtschaftlich unrentabel erscheinen. Keines der beschriebenen Verfahren basiert auf einer direkten, einstufigen Darstellung einer enantiomerenreinen Zwischenstufe des etablierten wirtschaftlichen Verfahrens zur Synthese der racemischen α-Liponsäure.

Die Aufgabe der Erfindung bestand also darin, ein Verfahren zur Herstellung bestimmter Zwischenprodukte zur Herstellung der (R)- und (S)-α-Liponsäure und der (R)- und (S)-α- Liponsäure selber anzugeben, das eine Herstellung dieser Verbindungen sowie der Zwischenprodukte mit hoher Ausbeute und hoher Enantiomerenreinheit möglich macht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass man 8-Chlor-6-oxo-octansäurealkylester enzymatisch mittels Alkoholdehydrogenasen oder Carbonylreduktasen in Gegenwart von NAD(H) oder NADP(H) als Cofaktor reduziert. Bei dieser Umsetzung erhält man entweder den (R) oder (S)-8-Chlor-6-hydroxy-octansäurealkylester der im Anspruch angegebenen Formel (R)-II oder (S)-II.

Die Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, dass der eingesetzte Ausgangsester in einfacher Weise und sehr wirkungsvoll mittels bekannter Alkoholdehydrogenasen bzw. Carbonylreduktasen reduziert werden kann.

In der Literatur findet man gewisse Hinweise, dass sich Dehydrogenasen zur Synthese von chiralen Verbindungen eignen könnten (siehe unter anderem Kragl und Kula, in Stereoselective Biotransformations, Herausgeber R. Patel, Marcel Dekker, 2000, Seiten 839-866.) Die allgemeinen Aussagen dieser und ähnlicher Literaturstellen lassen sich aber nicht auf komplexe Ausgangsverbindungen übertragen. Ein Fachmann befürchtet hier regelmäßig Nebenreaktionen sowie eine verminderte Enantioselektivität. So konnte in der Literatur nur ein Beispiel für die biokatalytische Reduktion eines Chlorethylketons gefunden werden (Mele et al., J. Org. Chem. 1991, 56, 6019). Hierbei wird durch Ganzzellbiotransformation (Saccharomyces cerevisiae) ein Chlorethyl-aryl-keton zum chiralen sekundären Alkohol reduziert. Die Reduktion verläuft weder hoch chemo- noch hoch enantioselektiv. Bei der Reduktion von Chlorethylketonen mit Biokatalysatoren, die wie im Fall von Verbindungen der Formel I einen zweiten sperrigen Substituenten besitzen, ist aufgrund des hohen Raumanspruches der Substituenten eine Vorhersage, ob ein bestimmter Biokatalysator eine solche Verbindung als Substrat akzeptiert, nicht möglich.

In der DE 100 56 025 A1 (nicht vorveröffentlicht) wird die Reduktion von 8-Chlor-6-oxo- octansäurealkylestern mittels eines Bioorganismus als Biokatalysator beschrieben.

Aus J. Org. Chem. 66, 8682-84 (2001) geht hervor, dass man ein 8-Chlor-3-hydroxy- octansäurealkylester durch Reduktion aus dem entsprechenden Keton mit gereinigter Carbonyl reduktase und ganzen Zellen erhalten kann. Die EP 0 939 132 A1 offenbart eine enzymatische Reduktion von 4-Halogen-3-ketobuttersäureestern. In J. Org. Chem. 63, 1102-08 (1998) wird die Reduktion von 3-Chlor-4-keto-octansäureethylestern beschrieben. Aus EP 0 487 986 A2 ist bekannt (3S)-3-Hydroxyoctandisäurediester zur Herstellung von Liponsäure durch Reduktion mit Bäckerhefe zu erhalten.

Überraschenderweise zeigen verschiedene Alkoholdehydrogenasen und Carbonylreduktasen eine hohe Akzeptanz bezüglich der Verbindungen der Formel I als Substrat (analytischer Assay), welche auch in präparativen Umsetzungen bestätigt werden konnte.

Die Erfindung wird in Anspruch 1 und weiteren abhängigen Ansprüchen genauer angegeben. Die Konfiguration der erhaltenen 8-Chlor-6-hydroxy-octansäurealkylester wird von dem eingesetzten Enzym bestimmt. So werden durch Reduktion von 8-Chlor-6-oxo-octansäure alkylestern mittels Alkoholdehydrogenase aus Thermoanaerobium brokii enantiomerenreine (R)-8-Chlor-6-hydroxy-octansäurealkylester erhalten. Im Falle der Reduktion mittels Lactobacillus brevis Alkoholdehydrogenase wird enantioselektiv (S)-8-Chlor-6-hydroxy- octansäurealkylester (ee < 65%) gebildet. Enzyme, welche eine Aktivität mit den Verbindungen der Formel I als Substrat zeigen, sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt. Die Enzyme sind kommerziell erhältlich.

Die Ausgangsverbindungen zur Herstellung der Zwischenprodukte, die prochiralen-8-chlor-6- oxo-octansäurealkylester können auf bekanntem Wege gewonnen werden (L. J. Reed et al., J. Am. Chem. Soc. 1955, 774, 416).
Y-ADH: Hefe-Alkoholdehydrogenase
HL-ADH: Pferdeleber-ADH
READH: Rhodococcus erythropolis-ADH
CPCR: Candida parapsilosis-Carbonylreduktase
CBADH: Candida boidinii-ADH
LKADH: Lactobacillus kefir-ADH
LBADH: Lactobacillus brevis-ADH
TBADH: Thermoanaerobium brokii-ADH
TEA: Triethanolamin
Tris: Trishydroxymethylaminomethan
Kpi: Gemisch Monokalium- und Dikaliumphosphat
DTT: Dithiothreitol

Für präparative Umsetzungen erweist es sich als vorteilhaft ein Cofaktorregenerierungssystem in die enzymatische Biotransformation einzubeziehen. Als besonders vorteilhaft erweisen sich Cofaktorregenerierungssysteme, welche eine Gleichgewichtsverschiebung der Hauptreaktion bewirken. So kann beispielsweise im Fall von Reduktionen mit Lactobacillus brevis Alkoholdehydrogenase vorteilhaft eine substratgekoppelte Cofaktorregenerierung in Gegen wart eines Überschusses eines sekundären Alkohols (z. B. 2-Propanol) erfolgen. Alternativ können enzymgekoppelte Cofaktorregenerierungssysteme (z. B. Formiatdehydrogenase (FDH)/Formiat) eingesetzt werden, die dazu genutzt werden können, NAD(P) zu NAD(P)H zu reduzieren. Das entstehende CO₂ aus der Oxidation des Cosubstrates Natrium-Formiat entweicht als Gas und wird so dem Gleichgewicht entzogen. Es sind sowohl NAD- als auch NADP-abhängige Formiatdehydrogenasen in der Literatur beschrieben und kommerziell erhältlich.

Die absolute Konfiguration der optischen Isomere der 8-Chlor-6-hydroxy-octansäurealkyl ester der Formel I wurde mittels Vergleich der Vorzeichen der spezifischen optischen Dreh werte mit Literaturdaten (Gewald et al., DE 195 33 881) bestimmt. Weiterhin wurden die relativen Gehalte der optischen Isomere der 8-Chlor-6-hydroxy-octansäurealkylester der For mel I durch GC an Säulen mit chiraler Phase mit einer Nachweisgrenze von < 0.5% ermittelt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die (R)- und (S)-8-Chlor-6-hydroxy-octansäure alkylester der Formel I auf einfache und wirtschaftliche Weise in hoher chemischer und opti scher Ausbeute (theoretisch 100% chemische und optische Ausbeute) in einem einstufigen Verfahren zugänglich zu machen.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der in dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen enantiomerenreinen Octansäurealkylester zur Herstellung von (R)- oder (S)-α- Liponsäure in an sich bekannter Weise. Üblicherweise werden in den bekannten Verfahren die Chlorhydroxyoctansäurealkylester in die korrespondierenden Dichloroctansäurealkylester umgewandelt. Die bekannte Liponsäurestruktur erhält man dann in einem weiteren Reaktionsschritt durch Schwefeleinführung.

Als Beispiel für die enantioselektive Herstellung eines 8-Chlor-6-hydroxy-octansäurealkyl esters entsprechend der vorliegenden Erfindung wird im folgendem Schema die Herstellung des enantiomerenreinen (R)-8-Chlor-6-hydroxy-octansäuremethylesters gezeigt.

In analoger Weise sind (S)-8-Chlor-6-hydroxy-octansäurealkylester zugänglich, indem als Biokatalysator beispielsweise Lactobacillus brevis Alkoholdehydrogenase eingesetzt wird. Die Synthese von (+)- und (-)- α-Liponsäuren ausgehend von (+)- und (-)-8-Chlor-6-hydroxy- octansäurealkylestern kann entsprechend den bekannten Verfahren durchgeführt werden. Die Erfindung wird durch nachfolgendes Beispiel näher erläutert.

Beispiel 1

100 mg (0.5 mmol) 8-Chlor-6-oxo-octansäuremethylester (Substrat), gelöst in 50 ml 50 mM TRIS-Puffer pH 7, enthaltend 0.1 mM DTT und 0.5 mM NADP, werden mit jeweils 2 U/ mg(Substrat) TBADH und FDH (NADP-abhängig) versetzt und bei 37°C gerührt. Aufarbeitung nach Standardmethoden liefert enantiomerenreinen (ee < 99.5%) (R)-8-Chlor-6- hydroxy-octansäuremethylester (Produkt).

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von (R)-8-Chlor-6-hydroxy-octansäurealkylestern der Formel (R)-II,
worin R jeweils die Bedeutung C_1-4-Alkyl hat, dadurch gekennzeichnet, dass man 8-Chlor- 6-oxo-octansäurealkylester der Formel I enzymatisch mittels Alkoholdehydrogenasen oder Carbonylreduktasen in Gegenwart von NAD(H) oder NADP(H) als Cofaktor reduziert.

2. Verfahren zur Herstellung von (S)-8-Chlor-6-hydroxy-octansäurealkylestern der Formel (S)-II,
worin R jeweils die Bedeutung C_1-4-Alkyl hat, dadurch gekennzeichnet, dass man 8-Chlor- 6-oxo-octansäurealkylester der Formel I enzymatisch mittels Alkoholdehydrogenasen oder Carbonylreduktasen in Gegenwart von NAD(H) oder NADP(H) als Cofaktor reduziert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Alkoholdehydroge nase aus Thermoanaerobium brokii einsetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Alkoholdehydroge nase aus Lactobacillus brevis einsetzt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Cofaktorre generierungssystem, welches eine Gleichgewichtsverschiebung der Reduktion bewirkt, in die enzymatische Reduktion einbezieht.

6. Verfahren zur Herstellung der (R) oder (S)-α-Liponsäure, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach einem der vorstehenden Verfahren erhaltener (R)- oder (S)-8-Chlor-6-hydroxy- octansäurealkylester in an sich bekannter Weise umgesetzt wird.