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DE19735198A1 - Verfahren zur Racematspaltung von cis- und trans-Pyrrolopiperidin - Google Patents

Verfahren zur Racematspaltung von cis- und trans-Pyrrolopiperidin

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DE19735198A1
DE19735198A1 DE19735198A DE19735198A DE19735198A1 DE 19735198 A1 DE19735198 A1 DE 19735198A1 DE 19735198 A DE19735198 A DE 19735198A DE 19735198 A DE19735198 A DE 19735198A DE 19735198 A1 DE19735198 A1 DE 19735198A1
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Germany
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pyrrolopiperidine
acyl
diacyl
mixture
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Claus Dreisbach
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Bayer AG
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Racematspaltung von sowohl cis- als auch trans-Pyrrolopiperidin, bei dem man in Gegenwart von Enzymen ein Gemisch von Acylderivaten des cis- oder trans-Pyrrolopiperidins herstellt und dieses Gemisch nach dem Behandeln mit Säuren und Base und durch Extraktion auftrennt.
Enantiomerenreine Pyrrolopiperidine sind wichtige Zwischenprodukte für die Herstellung von Chinolon- und Naphthyridinderivaten mit antibakterieller Wirksam­ keit (siehe EP-A 550 903). In dieser EP-A ist auch ein Verfahren zur Herstellung von enantiomerenreinen cis-Pyrrolopiperidinen beschrieben, bei dem die Racemattrennung mittels Kristallisation an 6-Benzylderivaten des Pyrrolopiperidins vorgenommen wird. Nachteilig hierbei ist die aufwendige Kristallisation der Enantiomeren mit enan­ tiomeren Hilfsreagenzien, wobei beide Enantiomere jeweils mit einem Hilfsreagenz kristallisiert werden.
Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von anderen enantiomerenreinen sekundären Aminen arbeitet man mit Hydrolasen und muß mit Estern acylieren, bei denen im Säureteil in Nachbarschaft zur Carbonylfunktion ein elektronenreiches Heteroatom (z. B. Fluor) vorhanden ist (siehe DE-A 43 32 738). Fluoressigsäure und deren Ester sind schwieriger zugänglich als unsubstituierte aliphatische Carbonsäuren und deren Ester.
Bei einem bekannten Verfahren zur Racemattrennung von primären Aminen werden diese mit Lipase aus Candida antarctica und Essigsäureethylester behandelt, wobei das (R)-Isomere selektiv acyliert wird (Chimia 48, 570 (1994)). Dieses Verfahren ist jedoch auf die Racemattrennung primärer Amine beschränkt.
Es wurde nun ein Verfahren zur Racematspaltung von cis- und trans-Pyrrolopiperidin gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Gemisch, das (R,R)- und (S,S)-Pyrrolopiperidin oder (S,R)- und (R,S)-Pyrrolopiperidin enthält enzymatisch monoacyliert, so ein Gemisch (I) erhält, das (R,R)- und (S,S)-6-Acyl-pyrrolopiperidin oder (S,R)- und (R,S)-6-Acyl-pyrrolopiperidin enthält, dieses Gemisch (I) enzy­ matisch weiter acyliert, so ein Gemisch (II) erhält, das (S,S)-1,6-Diacyl- und (R,R)-6-Acyl-pyrrolipiperidin oder (S,R)-1,6-Diacyl- und (R,S)-6-Acyl-pyrrolo­ piperidin enthält, aus dem Gemisch (II) das Enzym und gegebenenfalls Lösungsmittel und überschüssiges Acylierungsmittel abtrennt, den Rest mit wäßriger Säure behandelt und durch Extraktion (S,S)-1,6-Diacyl-pyrrolopiperidin oder (S,R)-1,6- Diacyl-pyrrolopiperidin abtrennt und den Rückstand der Extraktion alkalisch stellt und durch Extraktion (R,R)-6-Acyl-pyrrolopiperidin oder (R,S)-6-Acyl-pyrrolopiperidin abtrennt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch folgendes Formelschema vereinfacht und beispielhaft aufgezeigt an der Racemattrennung von cis-Pyrrolopiperidin darge­ stellt werden:
Geht man anstelle von cis- von trans-Pyrrolopiperidin aus, so verläuft das erfindungsgemäße Verfahren analog und man erhält in der letzten Stufe die (S,R)- Diacyl- und die (R,S)-Monoacylverbindung.
Im allgemeinen wird man die beiden Acylierungsreaktionen als Eintopfreaktion durchführen und das Gemisch (I) nicht isolieren. Für diese Arbeitsweise kann man beispielsweise 1 bis 35 Mol eines Acylierungsmittels der Formel (I) pro Mol cis- oder trans-Pyrrolopiperidin einsetzen. Vorzugsweise liegt diese Menge bei 2 bis 30 Mol.
Geeignete Reaktionstemperaturen sind beispielsweise solche im Bereich 10 bis 90°C. Bevorzugt sind 30 bis 60°C.
Die Reaktionszeit für die Herstellung des Gemisches (II) kann beispielsweise im Bereich 200 bis 450 Stunden liegen. Bevorzugt sind 250 bis 350 Stunden.
Als Enzyme können z. B. Hydrolasen wie Proteasen, Esterasen oder Lipasen einge­ setzt werden. Bevorzugt sind Lipasen aus Pseudomonas oder Candida. Besonders bevorzugt ist die Lipase aus Candida antarctica.
Die Enzyme können in nativer oder immobilisierter Form eingesetzt werden. Eine Immobilisierung kann z. B. durch Mikroverkapselung oder durch Kombination mit einem organischen oder anorganischen Trägermaterial erfolgen. Als Trägermaterialien kommen z. B. Kieselgur, Ionenaustauscher, Zeolithe, Polysaccharide, Polyamide und Polystyrolharze in Frage, insbesondere Celite® und Lewatite®. Geeignet ist beispielsweise Lipase aus Candida antarctica in Form des im Handel erhältlichen Produkts Novozym® 435 (Hersteller: Fa. Novo Nordisk).
Die Menge des Enzyms kann in weiten Grenzen variiert werden. Beispielsweise können 5 bis 700 Gew.-% immobilisiertes Enzym bezogen auf eingesetztes cis- oder trans-Pyrrolopiperidin oder eine entsprechende Menge natives Enzym eingesetzt werden. Vorzugsweise liegt diese Menge bei 10 bis 600 Gew.-% immobilisiertes Enzym oder bei der entsprechenden Menge natives Enzym.
Als Acylierungsmittel kommen z. B. solche der Formel (I) in Frage
bei der
R1 und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-C12-Alkyl stehen. Die Alkylgruppen können geradkettig oder verzweigt sein. Bevorzugt stehen R1 für Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl und R2 für C1-C6-Alkyl. Besonders bevorzugt wird Essigsäureethylester eingesetzt.
Als gegebenenfalls für die Acylierungsreaktion einzusetzende Verdünnungsmittel kommen die verschiedensten organischen Lösungsmittel in Frage, beispielsweise Ether wie Diethylether oder Methyl-tert.-butylether (= MTBE), Kohlenwasserstoffe wie Toluol und halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid. Man kann auch ohne Zusatz eines besonderen Verdünnungsmittels arbeiten. Dann ist es zweckmäßig, einen Überschuß des Acylierungsmittels der Formel (I) einzusetzen.
Man erhält auf diese Weise ein Gemisch (II), das (S,S)-1,6-Diacyl und (R,R)-6-Acyl­ pyrrolopiperidin oder (S,R)-1,6-Diacyl- und (R,S)-6-Acyl-pyrrolopiperidin enthält. Dieses Gemisch wird erfindungsgemäß aufgearbeitet, indem man zunächst das Enzym abtrennt, beispielsweise durch Filtration. Das abgetrennte und gegebenenfalls gewa­ schene Enzym kann man erneut in die Acylierung von cis- oder trans-Pyrrolopiperidin oder zu sonstigen Zwecken einsetzen.
Die Abtrennung von gegebenenfalls vorhandenem Verdünnungsmittel und gegebenen­ falls vorhandenem überschüssigem Acylierungsmittel kann man durch Verdampfen, gegebenenfalls unter vermindertem Druck, durchführen.
Das nach der Abtrennung des Enzyms und gegebenenfalls des Verdünnungsmittels und überschüssigen Acylierungsmittels verbleibende Reaktionsgemisch wird nun mit wäßriger Säure behandelt. Hierfür kommen beispielsweise 2 bis 50 gew.-%ige wäßrige Schwefel-, Salz-, Phosphor- oder Essigsäure in Frage. Die Menge der wäßrigen Säure kann beispielsweise so bemessen werden, daß der pH-Wert nach der Säurezugabe bei 4 oder weniger, vorzugsweise bei 2 oder weniger liegt.
Die Behandlung mit wäßriger Säure kann z. B. bei Temperaturen von 0 bis 90°C durchgeführt werden. Bevorzugt sind 10 bis 50°C.
Zur Extraktion des nach der Behandlung mit der wäßrigen Säure vorliegenden Gemisches kann man inerte, mit Wasser nicht oder nur wenig mischbare organische Lösungsmittel verwenden. Beispiele sind chlorierte Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe und Ether.
Bevorzugt sind Toluol, MTBE, Diethylether, Methylenchlorid und Chloroform. Die Extraktion kann man beispielsweise bei 10 bis 50°C durchführen.
Das Extrakt enthält dann das hergestellte (S,S)-1,6-Diacyl-pyrrolopiperidin oder (S,R)-1,6-Diacyl-pyrrolopiperidin. Durch Entfernen des Extraktionsmittels, z. B. durch Verdampfung, gegebenenfalls bei vermindertem Druck, kann man es isolieren.
Nunmehr wird der Rückstand der Extraktion alkalisch gestellt. Hierzu kann man z. B. Alkalihydroxide, Alkalicarbonate, Alkalihydrogencarbonate, Calciumhydroxid oder Ammoniak als solche oder in wäßriger Lösung bzw. Suspension verwenden. Be­ vorzugt sind 20 bis 50 gew.-%ige wäßrige Natron- und Kalilauge. Die Menge des Mittels zum Alkalischstellen kann z. B. so bemessen werden, daß nach dessen Zugabe pH-Wert von 7,5 oder mehr, vorzugsweise von 9 oder mehr, vorliegt.
Das nunmehr vorliegende alkalische Gemisch wird ebenfalls extrahiert. Hierfür kommen die oben beschriebenen organischen Lösungsmittel und Temperaturen in Frage. Das Extrakt enthält dann das hergestellte (R,R)-6-Acyl-pyrrolopiperidin oder (R,S)-6-Acyl-pyrrolopiperidin. Durch Entfernen des Extraktionsmittels, z. B. durch Verdampfung, gegebenenfalls bei vermindertem Druck, kann man es isolieren.
Auf diese Weise gelingt es, cis- oder trans-Pyrrolopiperidin in seine optischen Antipoden zu trennen und das (S,S)- oder (S,R)-Isomere in Form des 1,6-Diacylderivates und das (R,R)- oder (R,S)-Isomere in Form des 6-Acylderivates erhalten. Aus diesen Acylderivaten kann man gewünschtenfalls das jeweilige Pyrrolopiperidin in freier Form erhalten, wenn man die Acylgruppe(n) nach an sich bekannten Verfahren abspaltet (siehe z. B. Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, 4. Auflage, Seite 432).
Mit der erfindungsgemäßen Racematspaltung erhält man die optischen Antipoden im allgemeinen in optischen Ausbeuten von mindestens 90% ee und in chemischen Ausbeuten von mindestens 25%. Häufig liegen die optischen Ausbeuten über 95% ee und die chemischen Ausbeuten über 35%.
Die erfindungsgemäße Racemattrennung hat die zusätzlichen Vorteile, daß es beide Enantiomere in einem Schritt liefert und mit kostengünstig zugänglichen Acylierungs­ mitteln durchgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Gemische, die (R,R)- und (S,S)-6-Acyl­ pyrrolopiperidine enthalten (weiter oben sind solche Gemische auch als Gemisch (I) bezeichnet worden). Bei den Acylgruppen kann es sich z. B. um solche handeln, die einen C1-C12-Alkylrest aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen C1-C4-Alkylrest, insbesondere um einen Methylrest. Bevorzugte Gemische sind solche, die (R,R)- und (S,S)-6-Acetylpyrrolopiperidin enthalten.
Erfindungsgemäße Gemische (I) kann man im Prinzip so herstellen, wie oben bei der Herstellung der Gemische (II) beschrieben, jedoch mit dem Unterschied, daß man für die Acylierungsreaktion eine kürzere Reaktionszeit einhält. Die Reaktionszeit zur Herstellung von Gemischen (I) kann z. B. 10 Minuten bis 20 Stunden, vorzugsweise 0,5 bis 10 Stunden betragen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch (S,S)-1,6-Diacyl-pyrrolopiperidine als solche. Bei den Acylgruppen kann es sich z. B. um solche handeln, die einen C1-C12-Alkylrest aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen C1-C4-Alkylrest, insbesondere um einen Methylrest. Ein bevorzugtes derartiges Diacyl-pyrrolopiperidin ist (S,S)-1,6-Diacetyl-pyrrolopiperidin.
Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich auch (R,R)-6-Acyl-pyrrolopiperidine und (R,R)-1,6-Diacyl-pyrrolopiperidine.
Beispiele
Die Enantiomerenüberschüsse wurden durch GC an Cyclodextrin-Säulen, die Kon­ figuration durch Vergleich mit authenthisch synthetisierten Pyrrolopiperidinen bestimmt.
Beispiel 1
10 g racemisches cis-Pyrrolopiperidin wurden in 250 ml Ethylacetat gelöst und mit 60 g Novocym® 435 versetzt. Dann wurde 14 Tage bei 40°C langsam gerührt. Das Enzym wurde abfiltriert und der Filterkuchen mit Ethylacetat gewaschen. Die vereinigten organischen Lösungen wurden einrotiert. Der Rückstand wurde in 100 ml 10 gew.-%iger wäßriger Salzsäure gelöst und 4 mal mit je 100 ml Chloroform extrahiert. Die organischen Phasen wurden vereinigt, getrocknet und einrotiert. Man erhielt 6,43 g (S,S)-1,6-Diacetyl-pyrrolopiperidin (38% der Theorie, Reinheit über 95%, Fp. 58 bis 60°C). Die wäßrige Phase wurde mit 45 gew.-%iger wäßriger Natronlauge alkalisch gestellt (pH über 10) und 4 mal mit je 100 ml Chloroform extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden mit Natriumsulfat getrocknet und einrotiert. Man erhielt 8,2 g (R,R)-6-Acetylpyrrolopiperidin mit 96,5 Gew.-% Gehalt (= 62% der Theorie, Fp. 83,6 bis 84,2°C).
Beispiel 2
1 g (S,S)-1,6-Diacetyl-pyrrolopiperidin wurde in 10 ml konzentrierter wäßriger Salz­ säure gelöst und 24 Stunden unter Rückfluß gekocht. Dann wurde mit wäßriger Natronlauge alkalisch gestellt und 3 mal mit je 20 ml Chloroform extrahiert. Die ver­ einigten organischen Phasen wurden über Natriumsulfat getrocknet und einrotiert. erhielt 0,55 g (S,S)-Pyrrolopiperidin (= 95% der Theorie). Eine Racemisierung wurde nicht beobachtet.
Beispiel 3
1 g (R,R)-6-Acetyl-pyrrolopiperidin wurde in 10 ml konzentrierter wäßriger Salzsäure gelöst und 24 Stunden unter Rückfluß gekocht. Dann wurde mit wäßriger Natron­ lauge alkalisch gestellt und 3 mal mit je 20 ml Chloroform extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden über Natriumsulfat getrocknet und einrotiert. Man erhielt 0,7 g (R,R)-Pyrrolopiperidin (= 93% der Theorie). Eine Racemisierung wurde nicht beobachtet.

Claims (9)

1. Verfahren zur Racematspaltung von cis- und trans-Pyrrolopiperidin, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch, das (R,R)- und (S,S)-Pyrrolopiperidin oder (S,R)- und (R,S)-Pyrrolopiperidin enthält, enzymatisch monoacyliert, so Gemisch (I) erhält, das (R,R)- und (S,S)-6-Acyl-pyrrolopiperidin oder (S,R)- und (R,S)-6-Acyl-pyrrolopiperidin enthält, dieses Gemisch (I) enzymatisch weiter acyliert, so ein Gemisch (II) erhält, das (S,S)-1,6-Diacyl- und (R,R)-6-Acyl-pyrrolipiperidin oder (S,R)-1,6-Diacyl- und (R,S)-6-Acyl­ pyrrolopiperidin enthält, aus dem Gemisch (II) das Enzym und gegebenenfalls Lösungsmittel und überschüssiges Acylierungsmittel abtrennt, den Rest mit wäßriger Säure behandelt und durch Extraktion (S,S)-1,6-Diacyl-pyrrolopiperidin oder (S,R)-1,6-Diacyl-pyrrolopiperidin abtrennt und den Rückstand der Extraktion alkalisch stellt und durch Extraktion (R,R)-6-Acyl-pyrrolopiperidin oder (R,S)-6-Acyl-pyrrolopiperidin abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Acylierungsmittel solche der Formel (I) einsetzt
bei der
R1 und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-C12-Alkyl stehen
und die beiden Acylierungsreaktionen als Eintopfreaktion bei 10 bis 90°C durchführt.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Enzym eine Hydrolase in nativer oder immobilisierter Form einsetzt.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als wäßrige Säure 2 bis 50 gew.-%ige Schwefel-, Salz-, Phosphor- oder Essig­ säure in einer Menge einsetzt, daß der pH-Wert nach der Säurezugabe bei 4 oder weniger liegt.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Rückstand nach der Extraktion mit Alkalihydroxid, Alkalicarbonat, Alkalihydrogencarbonat, Calciumhydroxid oder Ammoniak bis zu einem pH-Wert von 7,5 oder höher alkalisch stellt.
6. Gemische, die (R,R)- und (S,S)-6-Acyl-pyrrolopiperidine enthalten.
7. (S,S)-1,6-Diacyl-pyrrolopiperidine.
8. (R,R)-6-Acyl-pyrrolopiperidine.
9. (R,R)-1,6-Diacyl-pyrrolopiperidine.
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EP2679588A4 (de) * 2011-10-14 2014-03-12 Shanghai Puyi Chemical Technology Co Ltd Asymmetrisches syntheseverfahren, zugehöriges rohmaterial und verfahren zur herstellung von (s,s-)2,8-diazabicyclo-[4,3,0-]nonan

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