DE19735198A1 - Verfahren zur Racematspaltung von cis- und trans-Pyrrolopiperidin - Google Patents
Verfahren zur Racematspaltung von cis- und trans-PyrrolopiperidinInfo
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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.
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.
Die Enantiomerenüberschüsse wurden durch GC an Cyclodextrin-Säulen, die Kon
figuration durch Vergleich mit authenthisch synthetisierten Pyrrolopiperidinen
bestimmt.
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).
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.
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.
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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