DE3876039T2

DE3876039T2 - Verfahren zur herstellung von optisch aktiven verbindungen mit pyridin-kernen.

Info

Publication number: DE3876039T2
Application number: DE8888112789T
Authority: DE
Inventors: Masakazu Kaneoya; Manabu Uchida; Naoyuki Yoshida
Original assignee: Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp
Priority date: 1987-08-28
Filing date: 1988-08-05
Publication date: 1993-04-22
Anticipated expiration: 2008-08-06
Also published as: DE3876039D1; EP0304706A2; EP0304706A3; US4971909A; JPS6460398A; EP0304706B1; JP2691986B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Verbindungen durch eine biochemische Verfahrensweise.
Verbindungen der allgemeinen Formel:
weisen optische Isomere auf. In Formel I ist X aus Gruppen der folgenden Formel ausgewählt:
worin jedes Z¹, Z², Z³ und Z&sup4; ausgewählt ist aus Wasserstoff und Halogenatomen, einer Cyano-, Trifluormethyl-, Amino- und einer Alkylaminogruppe, aus Alkyl- und Alkoxygruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und aus Gruppen der folgenden Formel:
worin jedes W¹, W², W³, W&sup4; und W&sup5; ausgewählt ist aus Wasserstoff und Halogenatomen, einer Cyano-, Trifluormethyl-, Aminogruppe, Alkylaminogruppen und Alkyl- und Alkoxygruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen; Y ausgewählt ist aus Wasserstoff und Halogenatomen, einer Cyano- und einer Trifluormethylgruppe; R eine Alkylengruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist; n 0 oder 1 ist; Q eine Alkylengruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist; und m 0 (außer wenn Y Wasserstoff ist) oder 1 ist. Wenn diese Verbindungen die R- oder S-Verbindung nicht in reiner Form enthalten, zeigen sie in vielen Fällen nicht in hinreichendem Maße ihre physiologische Wirksamkeit oder nützlichen Eigenschaften als Materialien für Pharmazeutika, Chemikalien für die Landwirtschaft, Flüssigkristallverbindungen und dlg..
Um eine optisch aktive Substanz zu erhalten, ist es notwendig, ein durch ein chemisches Syntheseverfahren im allgemeinen erhaltenes Razemat optisch zu spalten, eine asymmetrische Synthese durchzuführen oder ein optisch aktives Ausgangsmaterial durch ein stereochemisches Syntheseverfahren umzusetzen. In vielen Fällen sind diese Verfahrensweisen mühsam und in industriellem Maßstab wenig vorteilhaft.
Deshalb ist es erwünscht, eine Verfahrenstechnik zu entwickeln, um optisch aktive Verbindungen durch ein im industriellen Maßstab vorteilhaftes Verfahren zu erhalten.
Ein bekanntes biochemisches Verfahren ist z. B. das in der ungeprüften JP-OS 59-205989 beschriebene Verfahren, wobei ein razemischer Ester mit einer Lipase hydrolysiert und ein gewünschter Alkohol erhalten werden. In diesem Fall ist der Substratester häufig in Wasser unlöslich, so daß es notwendig ist, daß emulgiert oder kräftig gerührt wird, und zwar unter Einsatz einer großen Menge an Wasser. Da ferner das Enzym wasserlöslich und gegenüber Feuchtigkeit instabil ist, benötigt man ein immobilisiertes Enzym, damit es in stabiler Form wirkt und leicht entfernt oder nach der Reaktion wieder verwendet wird.
Klibanov et al. berichteten von einem Verfahren, wobei ein Enzympulver direkt in ein Reaktionssystem gegeben wird (J. Am. Chem. Soc., 107, 7072 (1985)). In diesem Fall sind die Ester für die Umesterung äußerst eingeschränkt, und 2,2,2-Trichlorethylbutyrat wird als Ester verwendet. Ferner ist es wesentlich, daß ein organisches Lösungsmittel, wie Heptan und Ether, verwendet wird, was viele Probleme bei Anwendung in industriellem Maßstab aufwirft.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten Forschungsarbeiten zur Bereitstellung eines Verfahrens durch, um optisch aktive Verbindungen der obigen allgemeinen Formel (I) durch ein in industriellem Maßstab vorteilhaftes Verfahren herzustellen. Sie haben herausgefunden, daß sich razemische Verbindungen von Rohmaterialien in effizienter Weise in optisch aktive Ester und ihre Antipoden spalten lassen, und zwar durch eine biochemische Umesterungsreaktion.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Verbindungen bereitgestellt, wobei man eine Hydrolase verwendet, die (R,S)-Verbindung der obigen allgemeinen Formel (I) und einen Ester reagieren läßt, um eine Umesterungsreaktion unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen durchzuführen, und das Ganze in eine optisch aktive Verbindung aufspaltet, die in reichem Maße entweder die R- oder S-Verbindung und entsprechend den Ester der S- oder R-Verbindung enthält.
Gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird die Reaktion im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren unter wasserfreien Bedingungen durchgeführt. In diesem Verfahren ist die Verwendung einer kleinen Menge an Wasser oder eines Niedrigalkohols anstelle des Wassers nicht erforderlich, und eine Nebenreaktion findet nicht statt, wie die Hydrolyse der erhaltenen Ester und der Ester der Ausgangsverbindung und die Bildung unerwünschter Ester, so daß die Hydrolase im organischen Lösungsmittel stabil gehalten und nach der Reaktion leicht abgetrennt und wiederverwendet wird. Ferner kann das Verfahren, da die Hydrolase direkt verwendet und im organischen Lösungsmittel zur Reaktion gebracht wird, von Kontamination durch unerwünschte Mikroorganismen freigehalten werden. Demzufolge besteht keine Notwendigkeit, eine Spezialausrüstung, Antiseptika, eine Sterilisationsbehandlung usw. bereitzustellen. Es ist möglich, die Reaktion in einem offenen System durchzuführen. Ferner kann die Reaktion in derselben oder einer geringeren Menge an Lösungsmittel im Vergleich zu üblichen organischen Synthesereaktionen in hoher Substratkonzentration durchgeführt werden.
Die folgende Beschreibung erläutert die vorliegende Erfindung noch etwas spezifischer.
In der vorliegenden Erfindung sind die (R,S)-Verbindungen der Rohmaterialien Verbindungen, die allgemein erhältlich sind oder leicht synthetisiert werden können.
Es genügt auch, Ester, vorzugsweise Triglyceride, zu verwenden, die ohne jede Schwierigkeit im Handel erhältlich sind. Triacetin, Tripropionin, Tributyrin, Tristearin, Trilaurin, Trimyristin, Triolein usw. können als Triglyceride beispielhaft genannt werden. Bezüglich weiterer Ester können Methylpropionat, Ethylbutyrat, Ethylstearat, Trichlorethyllaurat, Butyllaurat, Ethylenglycoldiacetat verwendet werden.
Die erfindungsgemäß verwendete Hydrolase weist die Befähigung auf, eine Umesterungsreaktion vorzugsweise zwischen dem R- oder S-Alkohol und dem Ester zu katalysieren, wenn die Hydrolase mit dem (R,S)-Alkohol verwendet wird, und die Hydrolase kann unabhängig von ihrer Klassenzugehörigkeit eingesetzt werden. Beispielsweise sind eine Lipase, Lipoproteinlipase, Esterase usw. bevorzugt. In der folgenden Tabelle sind im Handel erhältliche Hydrolasen aufgeführt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Tabelle Handelsname Ursprung Verkäufer oder Hersteller Lipase AP Lipase M Lipase P Lipase CES Lipase CE Lipase F-AP Lipase II Lipase VIII Lipase X Lipase Paratase A Aspergillus niger Mucor javanicus Pseudomonas fluorescens Pseudomonas sp Humicola lanuginosa Rhizopus javanicus Schweinepankreas Geotrichum candidum Rhizopus delamar Chromobacterium viscosum Rhizopus niveus Amano Pharmaceutical Co., Ltd. Sigma Chemial Co., Ltd. Toyo Jozo Co., Ltd. Novo Industi A/S Nagase Biochemicals, Co., Ltd.
Zusätzlich zu diesen Hydrolasen können Mikroorganismen, welche die Hydrolasen mit der obigen Befähigung erzeugen, verwendet werden, und zwar unabhängig von ihrer Spezies und ihrem Genus. Als solche Mikroorganismen können die Genera Arthrobacter, Acromobacter, Alcaligenes, Aspergillus, Chromobacterium, Candida, Mucor, Pseudomonas, Rhizopus usw. beispielhaft genannt werden. Die aus diesen Mikroorganismen erzeugten Hydrolasen können ebenfalls verwendet werden.
Zur Durchführung der vorliegenden Erfindung können (R,S)-Verbindungen und Ester wie Triglyceride ohne jegliche besondere Behandlungsverfahren eingesetzt werden.
Die Reaktion wird in typischer Weise durchgeführt, indem man eine (R,S)-Verbindung mit einem Ester, vorzugsweise einem Triglycerid, vermischt (wenn die Verbindung in dem Ester nur schwach löslich ist, wird ein organisches Lösungsmittel wie Heptan oder Toluol zugefügt), und indem man die Mischung mit einer Hydrolase wirksam in Kontakt bringt.
Die Reaktionstemperatur beträgt in geeigneter Weise 20 bis 70ºC und besonders bevorzugt 30 bis 45ºC. Die Reaktionszeit ist über einen weiten Bereich variabel, d. h. 5 bis 2000 h. Die Reaktionszeit kann durch Erhöhung der Reaktionstemperatur oder durch Verwendung einer Hydrolase mit hoher Aktivität oder durch Erniedrigung der Substratkonzentration verkürzt werden.
Der (R,S)-Alkohol, der ein Substrat darstellt, und der Ester werden in geeigneter Weise in einem Verhältnis 1:0,5 bis 1:2 Mol, und vorzugsweise 1:1,1 bis 1:1,5 Mol, vermischt.
Nach der Umesterungsreaktion kann die Hydrolase durch ein herkömmliches Filterverfahren entfernt und so wie sie ist erneut verwendet werden. Die ausreagierte Lösung, die als Filtrat vorliegt, kann in einen optisch aktiven Alkohol bzw. einen Ester aufgetrennt werden, z. B. durch Destillation oder Säulenchromatographie. Der erhaltene Ester wird hydrolysiert, und die optisch aktive Verbindung, die den Antipoden der obigen Verbindung darstellt, wird daraus abgeleitet.
Durch das vorstehend beschriebene Verfahren können der optisch aktive R- und S-Alkohol erhalten werden.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung stellen sich wie folgt dar:
(1) Eine unnötige Hydrolyse von Estern findet kaum statt, weil die Umesterungsreaktion im wesentlichen unter Bedingungen ohne Wasser durchgeführt wird.
(2) Die Hydrolase kann leicht wiedergewonnen und wiederverwendet werden.
(3) Es werden keine Spezialausrüstung und Spezialmaterialien verwendet, weil die Reaktion unter Bedingungen relativ niedriger Temperaturen und eines offenen Systems durchgeführt werden kann.
(4) Optisch aktive Substanzen werden in hoher Reinheit durch eine Einstufenreaktion erhalten.
(5) Trotz des Vorliegens einer biochemischen Reaktion kann die Substratkonzentration erhöht werden, und große Reaktionsgefäße werden nicht benötigt, da es bei der erfindungsgemäßen Reaktion keiner Pufferlösung und dgl. bedarf.
Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung noch etwas spezifischer, die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht auf diese Beispiele eingeschränkt sein.

Beispiel 1

3 g Hydrolase (hergestellt von Amano Pharmaceutical Co., Ltd., Lipase "Amano" P), 7,3 g (0,059 Mol) (R,S)-1-(4-Pyridyl)ethanol und 19,7 g (0,065 Mol) Tributyrin werden in einen dreihalsigen Kolben gegeben und unter Rühren 6 Tage lang bei 35ºC zur Reaktion gebracht. Nach Beendigung der Reaktion wurden die Hydrolase durch Filtration entfernt, das Filtrat durch Destillation unter vermindertem Druck eingeengt und die gewünschten Verbindungen durch Säulenchromatographie isoliert. Als Ergebnis wurden 3,0 g S-(-)-1-(4-Pyridyl)ethanol (Ausbeute: 82,6 %, [alpha]D = -26,6º (C=1,0, EtOH)) und R-1-(4'-Pyridyl)ethylbutyrat erhalten. Das erhaltene R-1-(4'-Pyridyl)ethylbutyrat wurde durch Alkali hydrolysiert, und 1,8 g R-(+)-1-(4-Pyridyl)ethanol (Ausbeute: 49,5 %, [alpha]D = +32,4º (C=1,0, EtOH)) wurden erhalten.
Die erhaltenen Verbindungen wurden durch Strukturanalyse mit NMR und Messung der optischen Rotation identifiziert.

Beispiel 2

3,4 g Hydrolase (hergestellt von Amano Pharmaceutical Co., Ltd., Lipase "Amano" P), 8,4 g (0,068 Mol) (R,S)-1-(3-Pyridyl)ethanol und 22,7 g (0,075 Mol) Tributyrin wurden in einen dreihalsigen Kolben gegeben und unter Rühren 16 Tage lang bei 35ºC zur Reaktion gebracht. Nach Beendigung der Reaktion wurden die Hydrolase durch Filtration entfernt, das Filtrat durch Destillation unter vermindertem Druck eingeengt und die gewünschten Verbindungen durch Säulenchromatographie isoliert. Als Ergebnis wurden 4,3 g S-(-)-1-(3-Pyridyl)ethanol (Ausbeute: 102,7 %, [alpha]D = -25,0º (C=1,0, EtOH)) und R-1-(3'-Pyridyl)ethylbutyrat erhalten. Ferner wurde R-1-(3'-Pyridyl)ethylbutyrat durch Alkali hydrolysiert, und 3,6 g R-(+)-1-(3-Pyridyl)ethanol (Ausbeute: 86,0 %, [alpha]D = +49,3º (C=1,0, EtOH)) wurden erhalten.
Die erhaltenen Verbindungen wurden durch Strukturanalyse mit NMR und Messung der optischen Rotation identifiziert.

Beispiel 3

3,9 g Hydrolase (hergestellt von Amano Pharmaceutical Co., Ltd., Lipase "Amano" P), 9,7 g (0,079 Mol) (R,S)-1-(2-Pyridyl)ethanol und 26,2 g (0,087 Mol) Tributyrin wurden in einen dreihalsigen Kolben gegeben und unter Rühren 16 Tage lang bei 35ºC zur Reaktion gebracht. Nach Beendigung der Reaktion wurden die Hydrolase durch Filtration entfernt, das Filtrat durch Destillation unter vermindertem Druck eingeengt und die gewünschten Verbindungen durch Säulenchromatographie isoliert. Als Ergebnis wurden 2,59 g S-(-)-1-(2-Pyridyl)ethanol (Ausbeute: 72,8 %, [alpha]D = -23,0º (C=1,0, EtOH)) und R-1-(2'-Pyridyl)ethylbutyrat erhalten. Ferner wurde R-1-(2'-Pyridyl)ethylbutyrat durch Alkali hydrolysiert, und 3,54 g R-(+)-1-(2-Pyridyl)ethanol (Ausbeute: 53,2 %, [alpha]D = +45,0º (C=1,0, EtOH)) wurden erhalten.
Die erhaltenen Verbindungen wurden durch Strukturanalyse mit NMR und Messung der optischen Rotation identifiziert.
Die in den Beispielen 1 bis 3 erhaltenen Verbindungen sind nützliche Ausgangsmaterialien zur Herstellung der Verbindungen der Formel: A : 2, 3 oder 4-Pyridyl
Diese Verbindungen eignen sich als Dotierungsmittel, die spirale Strukturen für Flüssigkristallmoleküle in Flüssigkristallzusammensetzungen ergeben.
Ferner eignet sich die Verbindung des Beispiels 2 als Ausgangsmaterial für die Verbindung (II), die eine Zwischenproduktverbindung des Akuamidins ist (III, pharmakologisch interessantes Alkaloid; J. Am. Chem. Soc. 101, 6742 (1979), M. R. Uskovic, et al.).

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer optisch aktiven Verbindung mit einem Pyridingerüst, wobei man unter Verwendung einer Hydrolase unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen einen Ester und eine (R,S)-Verbindung der allgemeinen Formel:

zur Reaktion bringt,

worin X ausgewählt ist aus Gruppen der folgenden Formeln:

worin jedes Z¹, Z², Z³ und Z&sup4; ausgewählt ist aus Wasserstoff und Halogenatomen, einer Cyanogruppe, Trifluormethylgruppe, Aminogruppe, Alkylaminogruppen, Alkyl- und Alkoxygruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und aus Gruppen der folgenden Formel:

worin jedes W¹, W², W³, W&sup4; und W&sup5; ausgewählt ist aus Wasserstoff und Halogenatomen, einer Cyano-, Trifluormethyl-, Aminogruppe, Alkylaminogruppen und Alkyl- und Alkoxygruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;

Y ausgewählt ist aus Wasserstoff und Halogenatomen, einer Cyano- und Trifluormethylgruppe;

R eine Alkylengruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist; n 0 oder 1 ist;

Q eine Alkylengruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist; und m 0 (außer wenn Y Wasserstoff ist) oder 1 ist,

um eine Umesterungsreaktion durchzuführen,

und wobei man das Ganze in eine optisch aktive Verbindung spaltet, die in reichem Maße entweder die R- oder S-Verbindung und entsprechend den Ester der S- oder R-Verbindung enthält.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Hydrolase Lipase AP aus Aspergillus niger, Lipase M aus Mucor javanicus, Lipase P aus Pseudomonas fluorescens, Lipase CES aus Pseudomonas sp, Lipase CE aus Humicola lanuginosa, Lipase F-AP aus Rhizopus javanicus, Lipase II aus Schweinepankreas, Lipase VIII aus Geotrichum candidum, Lipase X aus Rhizopus delamar, Lipase aus Chromobacterium viscosum, Paratase A aus Aspergillus niger oder Lipase aus Rhizopus niveus ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, worin die Hydrolase Lipase P ist, die aus Pseudomonas fluorescens stammt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Ausgangsester ein Triglycerid ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, worin das Triglycerid Tributyrin ist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 4, worin X eine 4-Pyridylgruppe, Y ein Wasserstoffatom, Q eine Methylengruppe und n 0 sind.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, 3 oder 5, worin die Ausgangsverbindung der Formel (I) (R,S)-1-(4-Pyridyl)ethanol ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 4, worin X eine 3-Pyridylgruppe, Y ein Wasserstoffatom, Q eine Methylengruppe und n 0 sind.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, 3 oder 5, worin die Ausgangsverbindung der Formel (I) (R,S)-1-(3-Pyridyl)ethanol ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 4, worin X eine 2-Pyridylgruppe, Y ein Wasserstoffatom, Q eine Methylengruppe und n 0 sind.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1, 3 oder 5, worin die Ausgangsverbindung der Formel (I) (R,S)-1-(2-Pyridyl)ethanol ist.