DE69103850T2

DE69103850T2 - Alkohol-estertrennung durch kristallisierung.

Info

Publication number: DE69103850T2
Application number: DE69103850T
Authority: DE
Inventors: Neil Boaz
Original assignee: Eastman Chemical Co
Current assignee: Eastman Chemical Co
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1991-03-28
Publication date: 1995-01-12
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: CA2058306A1; JPH05500966A; US5445963A; EP0474854B1; DE69103850D1; WO1991015472A1; EP0474854A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Enantiomer-angereicherter Verbindungen aus einer Mischung, die abgeleitet werden kann aus der enzymatischen enantioselektiven Hydrolyse eines racemischen Esters oder der enzymatischen enantioselektiven Veresterung eines racemischen Alkohols. Die erhaltenen Enantiomer-angereicherten Verbindungen finden eine Vielzahl von Verwendungen als Ausgangsmaterialien für andere Verbindungen. Einige der Verbindungen sind beispielsweise brauchbar für die Herstellung von 2-Deoxy-D-ribose. Andere Verbindungen sind brauchbar bei der Herstellung von Leukotrienen.

Hintergrund Stand der Technik

Die chemoenzymatische Synthese ist eine präparative Strategie, die sowohl chemische als auch biokatalytische Schritte in einer Reaktionssequenz einsetzt. Die biokatalytischen Umsetzungen wandeln eine organische Verbindung in eine andere unter Verwendung von Enzymen, entweder isoliert oder als Teil eines biologischen Systems, um. Diese Biokatalysatoren (Enzyme) sind im Prinzip die gleichen wie irgendwelche anderen Arten von Katalysatoren. Es gibt jedoch Umstände, unter denen diese Biokatalysatoren ganz besonders brauchbar sind, insbesondere bei der Einführung einer Chiralität infolge einer Enzym-Enantiospezifität. Diese enzymatischen Reaktionen laufen unter milden Bedingungen ab und sind sehr häufig für die Umwelt akzeptabler als klassische chemische Verfahren.
Lipasen stehen optimalen Biokatalysatoren am nächsten. Sie sind isolierte extrazelluläre Enzyme, deren natürliche Funktion darin besteht, Glycerolester zu hydrolyieren. Viele haben eine breite Substratakzeptanz zur Esterhydrolyse oder unter den richtigen Bedingungen zur Alkoholveresterung. Sie sind leicht (und häufig billig) erhältlich und verhalten sich experimentell einfach, erfordern keine hinzugegebenen Kofaktoren und führen nicht zu Nebenprodukten. Es ist nicht überraschend, daß diese Enzyme zum biokatalytischen Einsatz in der organischen Chemie am gründlichsten untersucht worden sind.
Es gibt zwei Arten von Substratklassen bei den Lipase-katalysierten Reaktionen. Meso oder prochirale Substrate stellen die erste und am weitesten untersuchte Klasse dar. Die inhärente Chiralität der Lipase unterscheidet zwischen zwei prochiralen Funktionen (Ester oder Alkohole) des gleichen Moleküls, durch die eine 100%-ige Umsetzung in (optimalerweise) ein einziges Enantiomer ermöglicht wird.
Die zweite Klasse an Substraten sind die racemischen Systeme, in denen (optimalerweise) nur ein von zwei Enantiomeren erkannt und durch die Lipasen hydrolysiert (oder verestert) werden, was zu einem 50%-igen Produktumsatz und zu einer 50%-igen Rückgewinnung des Ausgangsmaterials mit entgegengesetzter Konfiguration führt. Diese Mischung muß physikalisch aufgetrennt werden, um die Enantiomerendifferenzierung zu komplettieren. Bei Substraten, in denen die Säure eher von Interesse ist als der alkoholische Teil, ist die Auftrennung oft durch einfache wäßrige Basenextraktion möglich.
Auf Alkohol basierende Substrate stellen die am meisten fordernden Auftrennungsprobleme wegen der großen physikalischen Ähnlichkeit zwischen dem Alkohol und dem Ester. Die vorliegende Erfindung ist auf Abtrennungen dieser Art gerichtet.
Die chemoenzymatische Synthese optisch aktiven Epoxybutadiens (im folgenden EpB) ist eine potentiell attraktive Herstellungsmethode, da eine leicht zugängliche Quelle für EpB kürzlich zugängig wurde. Neue, einfache und effiziente Herstellungen von optisch reinen C4-Synthonen, abgeleitet von EpB wären synthetisch brauchbar, da die meisten zur Zeit verfügbaren chiralen Synthone ein Kohlenstoffgerüst mit 3 oder 5 Kohlenstoffatomen aufweisen, entsprechend ihrer Verfügbarkeit aus natürlichen Quellen. Tatsächlich stellt die Kettenverlängerung von C3-Synthonen aus dem chiralen Pool zur Zeit das hauptsächliche Verfahren zur Herstellung optisch aktiven EpB's und des entsprechenden Diols (1, 2-Dihydroxy-3-buten) dar.
Ein früherer Weg beispielsweise zu S-1,2-Dihydroxy-3-buten und S-EpB ging von C6 D-Mannitol (zwei identische Dreikohlenstoffteile) als chirales Ausgangsmaterial aus (Baer, E.; Fischer, H. O. L.; J. Biol. Chem. 1939, 128, 463). Nach Bildung des terminalen (symmetrischen) Diacetonids wurde das vicinale Diol oxidativ mit Bleitetraacetat gespalten, um zwei Moleküle des instabilen Acetonids des Dreikohlenstoffsynthons R-Glyceraldehyd zu erhalten. Eine Wittig-Reaktion mit Methylentriphenylphosphoran erbrachte 1,2-Dihydroxybutenacetonid, das durch Schutzgruppenabspaltung leicht in das optisch aktive 1,2-Dihydroxybuten umgewandelt werden konnte. Monotosylierung des Diols und Basenbehandlung erbrachte optisch aktives EpB (Crawford, R. J.; Lutener, S. B.; Cockcroft, R. D. Can.; J. Chem. 1976, 54, 3364).
Die entsprechenden R-Enantiomere waren aus dem antipodischen Dreikohlenstoffsynthon S-Glyceraldehydacetonid erhältlich, das aus L-Ascorbinsäure auf verschiedenen Wegen hergestellt wurde. Nach anfänglicher differentieller Protektion der Hydroxylgruppen durch sequentielle Acetonidbildung und Methylierung, Ozonolyse und Behandlung mit Lithiumaluminiumhydrid wurde S,S- 1,2,3,4-Tetrahydroxybutan-1,2-acetonid erhalten. oxidative Spaltung mit Bleitetraacetat brachte das gewünschte S-Glyceraldehydacetonid. Diese Verbindung kann in das optisch aktive 1,2-Dihydroxy-3-buten und schließlich in R-EpB umgewandelt werden.
Alternativ kann optisch aktives 1,2-Dihydroxy-3-buten aus einem der wenigen Vierkohlenstoffatom-Synthone, das aus dem chiralen Pool erhältlich ist, nämlich Weinsäure, erhalten werden. Nach der Herstellung des Acetonids und Reduktion der Carboxylgruppe führte eine durch Ameisensäure induzierte Umlagerung und eine Hydrolyse des erhaltenen Formats zu dem gewünschten Diol. Dieses kann in das optisch aktive Epb umgewandelt werden.
Alle Herstellungswege unterliegen synthetischen Problemen. Der zuvor erwähnte Oxidationsschritt kann schwierig sein und hochtoxische (Blei) Nebenprodukte liefern. Die ersten zwei Wege umfassen auch eine aufwendige Wittig-Olefinierung des Glyceraldehydacetonids, selber eine eher instabile Verbindung. Zusätzlich ist es so, daß jeder der zwei Wege nur für ein einzelnes (aber komplementäres) Enantiomer eingesetzt werden kann, da lediglich D-Mannitol und L-Ascorbinsäure käuflich erhältlich sind. Der von Weinsäure ausgehende Weg ist wegen der Bildung von 1,4-Dihydroxy-2-buten während der Umlagerungs-Reaktion schwierig. Die Abtrennung dieses Isomers von dem gewünschten 1,2-Dihydroxy-3-buten ist nicht trivial.
In Wirklichkeit ist nur der von Weinsäure ausgehende Weg auf C4-Synthone gerichtet. Die anderen Schemata leisten sich C4- Materialien im Wege einer nachträglichen Betrachtung durch Kettenerweiterung. In einer direkteren Herangehensweise würde die Synthese von optisch aktiven C4-Synthonen aus dem entsprechenden racemischen C4-Ausgangsmaterial zu einer größeren Vielseitigkeit bei der Herstellung diverser organischer Moleküle führen. Deshalb ist die Herstellung von optisch aktivem EpB und Derivaten (aus racemischen EpB) unter Verwendung der Biokatalyse-Technologie von großem Interesse. Eine durch Lipase-katalysierte enantioselektive hydrolytische Herangehensweise an dieses Problem erscheint vielversprechend wegen des Vorhandenseins verschiedener Sauerstoffunktionalitäten in vielen EpB-Derivaten.
EpB kann in den racemischen Estern auf eine Vielzahl von Weisen umgewandelt werden. Dieser Ester wird dann der enzymatischen enantioselektiven Hydrolyse unterworfen, um eine Mischung von Enantiomer-angereichertem Alkohol und Enantiomerangereichertem Ester zu erhalten. Obwohl diese Verbindungen unter Einsatz von chromatographischen Auftrennungstechniken aufgetrennt werden können, ist dies im großen Maßstab nicht praktikabel. Unglücklicherweise ist, wie bereits zuvor erwähnt, die Auftrennung des Alkohols von dem Ester wegen der Ähnlichkeit der physikalischen Eigenschaften dieser Verbindungen schwierig.
Somit ist die vorliegende Erfindung auf das Problem der Abtrennung eines optisch aktiven Alkohols von dem verwandten optisch aktiven Ester gerichtet.

Offenbarung der Erfindung

Es wird ein Verfahren zur Trennung eines Enantiomer-angereicherten 1-Tosyloxy-2-acyloxy-3-butens und eines Enantiomer-angereicherten 1-Tosyloxy-2-hydroxy-3-butens aus einer ersten Mischung, die beide Verbindungen enthält, offenbart. Dieses Verfahren schließt die folgenden Schritte ein:
(a) Bildung einer Lösung der Mischung in einem Lösungsmittel, wobei das Lösungsmittel eine organisches Lösungsmittel umfaßt;
(b) Bringen der in (a) gebildeten Lösung auf eine Temperatur, bei der das meiste des Enantiomer-angereicherten 1-Tosyloxy-2-hydroxy-3-butens ausfällt, wobei das meiste des Enantiomer-angereicherten 1-Tosyloxy-2-acyloxy-3-butens in Lösung verbleibt; und
(c) Trennung der in (b) gebildeten Ausfällung von der Lösung.
Die vorliegende Erfindung ist ganz besonders vorteilhaft, da beide der Enantiomer-angereicherten Antipoden gewonnen werden.
Andere Verfahren gewinnen eines der Antipoden durch Zerstörung des anderen der Antipoden, wodurch die Gesamtausbeute des Verfahrens vermindert wird.
Die Erfindung ist ganz besonders brauchbar bei der Trennung von Alkohol und Ester, die durch die enzymatische enantioselektive Hydrolyse eines racemischen Acetats oder enzymatische enantioselektive Veresterung eines racemischen Alkohols gebildet werden, wobei der racemische Alkohol oder das Acetat jeweils wiederum aus 3,4-Epoxy-1-buten gebildet wurde. Somit ist die vorliegende Erfindung ganz besonders geeignet für die Trennung einer Mischung, enthaltend Enantiomer-angereichertes 1-Tosyloxy-2-hydroxy-3-buten und 1-Tosyloxy-2-Acyloxy-3-buten.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Mischung wiedergegeben durch:
worin R eine Gruppe, ausgewählt aus H, geradkettiges oder verzweigtkettiges subsituiertes oder nicht substituiertes Alkyl, Aryl, substituiertes Aryl, Arylalkyl, nicht-Stickstoff-enthaltendes Heteroaryl oder substituiertes Heteroaryl oder Halogen ist. Die oben bestimmten Substituenten können ausgewählt werden aus Halogen, Alkoxy, Aryloxy, Cyano, Arylthio, Alkylthio.
Erfindungsgemäß wird eine Lösung der Mischung, die aufzutrennen ist, in einem organischen Lösungsmittel gebildet. Brauchbare organische Lösungsmittel schließen ein: Dialkylether, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Ester aliphatischer Säuren, aromatiche Kohlenwasserstoffe, niedere Alkohole (C1-4) oder Mischungen davon. Spezifische Beispiele für polare Lösungsmittel schließen ein: Toluol, Diethylether, Methanol, Isopropanol und Butylacetat. Ganz besonders brauchbare Lösungsmittel sind entweder polare oder aromatische Lösungsmittel, wie Dialkylether (polar) und Toluol (aromatisch).
In manchen Fällen ist es wünschenswert, zusätzlich zu dem obigen bevorzugten Lösungsmitteln ein nicht-polares Lösungsmittel einzusetzen, um die Rekristallisation zu unterstützen. Ein nicht-polares Lösungsmittel ist ganz besonders brauchbar, wenn das andere Lösungsmittel Toluol, Diethylether oder Butylacetat ist. Brauchbare nicht-polare Lösungsmittel schließen ein: aliphatische oder alicyclische Kohlenwasserstoffe oder Mischungen davon. Spezifische Beispiele für nicht-polare Lösungsmittel, die erfindungsgemäß geeignet sind, schließen Hexan, Heptan, Pentan und Cyclohexan ein. Die Mischung wird üblicherweise in dem ersten Lösungsmittel aufgelöst und dann wird das optionale nicht-polare Lösungsmittel hinzugegeben. Die Auflösung findet bei Raumtemperaturen oder bei milder Erwärmung (beispielsweise bis etwa 40ºC) statt.
Das Verhältnis des ersten zu dem nicht-polaren Lösungsmittel ist nicht kritisch, wenn ein nicht-polares Lösungsmittel eingesetzt wird. üblicherweise ist das Verhältnis zwischen etwa 5/1 und 0,2/1.
Das zur Zeit bevorzugte Lösungsmittel ist eine etwa 1: 1-Mischung von Toluol und Heptan. Geringere Volumina des Lösungsmittels werden bei dieser Mischung benötigt. Weiterhin wird Toluol wegen erwünschter physikalischer Eigenschaften, beispielsweise Siedepunkt und Flainmpunkt, bevorzugt.
In dem zweiten Verfahrens schritt wird die Lösung auf eine Temperatur gebracht, bei der die Hydroxyverbindung ausfällt, wobei die Acyloxyverbindung im Überstand in Lösung verbleibt. Diese Temperatur ist typischerweise bei oder unterhalb von Raumtemperatur. Bevorzugte Temperaturen sind im Bereich zwischen etwa 25ºC und etwa -25ºC. In dem dritten Verfahrensschritt wird die Ausfällung von dem Überstand beispielsweise durch Vakuumfiltrierung entfernt.
Während der Rekristallisationsstufe verbleibt etwas der Hydroxyverbindung in Lösung (der Überstand) mit der Acyloxyverbindung. Diese Verunreinigung kann durch eines der Verfahren, das Hydroxyverbindungen verbraucht, entfernt werden, so daß die gewünschte Enantiomer-angereicherte Acyloxyverbindung in Lösung verbleibt.
Die gewonnene Enantiomer-angereicherte Acyloxyverbindung kann durch einfache Hydrolyse in die Hydroxyverbindung umgewandelt werden. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren beide optische Konfigurationen des Alkohols aus der Ursprungsmischung aus beispielsweise einem R-Alkohol und S-Ester erbringen. Der R-Alkohol fällt aus der Lösung aus, während der S-Alkohol leicht aus dem S-Ester in dem Überstand hergestellt werden kann.
Beide der erhaltenen Hydroxy-Tosylate können durch Rekristallisation auf im wesentlichen optische Reinheit gereinigt werden.
Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren nach einer bevorzugten Ausgestaltung durch das folgende Reaktionsschema wiedergegeben werden: POLARES LÖSUNGSMITTEL PRÄZIPITAT
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Abtrennung eines optisch aktiven Alkohols von einem optisch aktiven Ester. Die Herstellung einer typischen Mischung dieser Art wird diskutiert werden. In diesem Verfahren wird EpB zuerst in ein racemisches Acetat umgewandelt. Dieses Acetat wird dann enzymatischer Hydrolyse unterworfen, um die gewünschte Ausgangsmischung zu erhalten. Es ist wohl selbstverständlich, daß das Verfahren zum Erhalten der gewünschten Mischung, sowie die bestimmte Mischung selber, nicht für die Erfindung im breitesten Sinne kritisch ist. Der vorgeschlagene Weg ist bloß ein bevorzugter Weg.
Ein brauchbarer racemischer Ester als Ausgangssubstrat zur enzymatischen Hydrolyse kann aus EpB auf zwei Wegen hergestellt werden. Aus Effizienzgründen wurde eine Tosylatgruppe als 1- Alkoxy-Substituent ausgewählt, um einen leichten intramolekularen Austausch zu ermöglichen, um Enantiomer-angereichertes Epb für den weiteren Einsatz zu bilden. Zusätzlich wurde bereits über die enzymatische Hydrolyse von tosylierten Glycerolderivaten berichtet (Hamaguchi, S.; Ohashi, T.; Watanabe, K.; Agric. Biol. Chem. 1986, 50, 1629). Andere Gruppen als Tosylat können verwendet werden, wenn andere Überlegungen wichtiger werden.
Das 1-Tosyloxy-2-acetoxy-3-buten-Substrat ist auch deshalb bevorzugt, da es mit hoher R-Enantioselektivität durch gewöhnliche Lipasen hydrolysiert werden kann, was einen schnellen Weg zu optisch aktivem EpB ermöglicht.
Das racemische Acetat als Substrat wurde durch eines von zwei Verfahren hergestellt. Der Diolweg begann mit racemischem 1,2- Dihydroxy-3-buten, das hergestellt werden konnte durch Umsetzung von EpB mit Wasser unter neutralen Bedingungen oder mit Säurekatalyse. Das Diol wurde mit p-Toluolsulfonylchlorid (p- Tscl) in Pyridin bei 4ºC behandelt, um das gewünschte Monotosylat zu erhalten, das mit etwa 10% des entsprechenden Ditosylats verunreinigt war. Das Monotosylat konnte selektiv kristallisiert werden, wodurch reines Tosylat in 61%-iger Ausbeute erhalten wurde. Das Hydroxytosylat wurde unter normalen Bedingungen acetyliert (Ac20, Et3N, CH2C12), um Acetoxytosylat (das gewünschte racemische Acetat) mit 93%-iger Ausbeute zu erhalten. Der Diolweg wird durch Folgendes wiedergegeben: WÄRME Pyridin REKRISTALLISATION RACEMISCHER ESTER
Alternativ konnte das Acetoxytosylat durch anfängliche Reaktion von EpB mit Essigsäure unter Palladium (0)-Katalyse hergestellt werden, wodurch 1-Hydroxy-2-acetoxy-3-buten erhalten wurde. Tosylierung unter normalen Bedingungen (p-TsCl, Et3N, CH2C12, 88%) erbrachte das gewünschte Produkt. Die isomere Inkonsistenz des Monoacetatmaterials (Acetylwanderung während der destillativen Aufreinigung) und die Untrennbarkeit der Positionsisomere der drei Zwischenprodukte führen jedoch zu signifikanten Problemen, da die unerwünschten Isomere die enzymatische Hydrolyse komplizierten. Deshalb wird die erstere (Diol) Herstellung bevorzugt.
Im nächsten Schritt wurde der racemische Ester in Gegenwart einer Lipase hydrolysiert (übliche Lipasen, wie SAM-II , abgeleitet von Pseudomonas fluorescens und Lipase PS-30 , abgeleitet von Pseudomonas cepacia, beide kommerzielle erhältlich durch Amano International Enzyme Company).
Die enzymatische enantioselektive Hydrolyse des racemischen Esters schreitet voran unter Verwendung lediglich einer kleinen Menge (beispielsweise 50 mg Rohlipase/0,1 mol racemischer Ester) der Lipase aus Pseudomonas fluorescens oder aus Pseudomonas cepacia. Die Reaktion kann als Emulsion in einem wäßrigen pH-7-Phosphatpuffer unter automatischen Titrierungsbedingungen durchgeführt werden ("pH Stat", Endpunkt pH 7,00), was dazu führt, daß die Reaktion unter Aufnahme von 1,000 N NaOH stattfindet. Die Reaktion kann bei etwa 50%-igem Umsatz abgestoppt werden, was das R-Enantiomer des optisch aktiven Alkohols und nicht umgesetzten S-Ester erbringt. Die R-Selektivität der Hydrolyse ist sehr hoch, was beide Enantiomere mit hoher optischer Reinheit bringt (beide > 80% enantiomeren Überschuß (ee) mit einem Verhältnis der R- zu S-Hydrolyserate (E- Wert) zwischen 200 und 300. Dies wird unter "Enantiomer-angereichert" verstanden. (Der E-Wert wird entsprechend der Verfahren bestimmt, wie sie beschrieben sind in (a) Chen, C. S.; Fujimoto, Y.; Girdaukas, G.; Sih, C. J. J.; Am. Chem. Soc. 1982, 104, 7294, oder (b) Chen, C. S.; Wu, S. H.; Girdaukas, G.; Sih, C. J.; J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 2812). In ähnlicher Weise bedeutet "im wesentlichen optisch rein" > 98%ee.
Alternativ kann die aus Pseudomonas Novo sp. ATCC 21808 isolierte Lipase verwendet werden, was die gleiche konf igurationelle Selektivität erbringt mit einem E-Wert von oberhalb von 300.
Eine Lösung oder gut dispergierte Emulsion ist wichtig für den Erfolg einer enzymatischen Hydrolyse-Reaktion. In manchen Fällen bildete die Mischung des optisch aktiven Alkohols und optischen aktiven Esters ein unerwünschtes Gel vor der Vervollständigung der Hydrolyse, was zu einem frühzeitigen Reaktionsabbruch führte. Einen 9:1 pH 7-Puffer: Tetrahydrofuran-Lösungsmittelmischung verhinderte dieses Problem und erbrachte weiterhin eine schnellere Hydrolyse-Reaktion (Geschwindigkeit um den Faktor 2 gestiegen), ohne daß Enantioselektivität aufgegeben wurde (E-Werte von bis zu 254 wurden beobachtet). Die enzymatische Hydrolyse wird durch das Folgende wiedergegeben: Lipase pH-7-PUFFER ALKOHOL Ester

Substratherstellung und enzymatische Hvdrolyse

Diolherstellung

Zugabe von Wasser zu EDB

Es wurde EpB (250 g) 800 ml Wasser hinzugegeben, gefolgt von 10 g eines sauren Harzes. Die Reaktionsmischung wurde bei Raumtemperatur über Nacht gerührt. Der Katalysator wurde durch Filtration entfernt und das Filtrat wurde bei vermindertem Druck konzentriert. Die Destillation des Restes (60-65ºC/1 mm) erbrachte 3,4-Dihydroxy-but-1-en in 85%-iger Ausbeute. ¹H-NMR (CDC13): 5,9 (m, 1H); 5,4-5,2 (m, 2H); 4,25 (m, 1H); 3,7 (m, 1H); 3,5 (m, 1H); 2,3 (br s, 1H). Ir(CC14): 3600, 3499 (breit), 2900, 2880 cm&supmin;¹. Ms: 87, 70, 57, 42, 31, 29 m/e.

1-Tosyloxy-2-hydroxy-3-buten

(Racemischer Ester, Diolweg)

Es wurde 1,2-Dihydroxy-3-buten (20,00 g; 0,227 mol; 1,05 äquival) in Pyridin (200 ml) aufgelöst. Die Reaktionsmischung wurde in einem Eisbad abgekühlt und es wurde p-Toluolsulfonylchlorid (p-TsCl) (41,11 g; 0,216 mol) in vier Teilen über 30 Minuten hinzugegeben. Nach gründlicher Vermischung wurde die Reaktionsmischung bei 4ºC über 18 h belassen, nach welcher Zeit Dünnschicht-Chromatographieanalyse (im folgenden kurz TLC) kein p-TsCl anzeigte. Die Mischung wurde auf etwa die Hälfte des Ursprungsvolumens durch verminderten Druck in einem 40ºC-Wasserbad konzentriert und dann mit Ether (200 ml) verdünnt. Die Mischung wurde mit Wasser (100 ml), eiskalter 3 N HCl gewaschen, bis die Spülungen sauer blieben (2x100 ml) und mit Natriumbicarbonat (100 ml) gesättigt. Nach Trocknung der organischen Lösung (MgSO4) wurde das Lösungsmittel entfernt, was 41,73 g einer 91:9-Mischung (¹H-NMR-Analyse) der gewünschten Verbindung und des entsprechenden Ditosylates erbrachte. Das Rohprodukt verfestigte sich nach mehreren Tagen bei -20ºC. Es wurde aus Methylenchlorid (50 ml) durch Zugabe von Hexan (100 ml) und Abkühlen auf -20ºC rekristallisiert, was zwei Ausbeuten (insgesamt 33,33 g; 61%) der gewünschten Verbindung, die gemäß TLC-Analyse rein war, erbrachte, Schmelzpunkt 38- 44ºC.
¹H-NMR (300 MHz, CDC13): 7,800 (2H, d, J=8,25 Hz); 7,356 (2H, d, J=8,19 Hz); 5,751 (1H, ddd, J=5,38, 10,46, 16,55 Hz); 5,378 (1H, br d, J=17,05 Hz); 5,247 (1H, br d, J=10,48 Hz); 4,396 (1H, m); 4,066 (1H, dd, J=3,39, 10,20 Hz); 3,906 (1H, dd, J=7,41, 10,22 Hz); 2,451 (3H, s); 2,276 (1H, d, J=4,50 Hz). IR (KBr, cm&supmin;¹): 3520 (s,b); 1650 (w); 1600 (s); 1350 (s); 1170 (s). Verbrennungsanalyse: Theoretisch - C, 54,53; H, 5,82; N, 0. Gefunden - C, 54,84; H, 5,86; N, < 0,3.

1-Tosyloxy-2-acetoxy-3-buten

Das zuvor erhaltene Tosylat (25,00 g; 0,103 mol) wurde in Methylenchlorid (125 ml) gelöst und auf 0ºC abgekühlt. Es wurde Diethylamin (21,5 ml; 0,155 mol; 1,5 äquival) hinzugegeben, gefolgt von tröpfchenweise Essigsäureanhydrid (11,7 ml; 0,124 mol; 1,2 äquival). Man ließ die Reaktionsmischung auf Raumtemperatur erwärmen und nach 2,5 Tagen war kein Ausgangstosylat mittels TLC-Analyse beobachtbar. Die Mischung wurde in Ether (250 ml) gegossen, mit Wasser (2x50 ml) und gesättigtem Natriumbicarbonat (50 ml) gewaschen, getrocknet (MgSO4) und konzentriert. Das Rohprodukt wurde mit einem pH-7-Puffer (100 ml) über 1,5 h gerührt, um irgendeinen Überschuß an Essigsäureanhydrid zu hydrolysieren, und mit Ether (3x50 ml) extrahiert. Die vereinigten Etherextrakte wurden getrocknet (MgSO4) und konzentriert, was 27,51 g (93%) des Acetatproduktes erbrachte. ¹H-NMR (300 MHz, CDC13): 7,786 (2H, d, J=8,26 Hz); 7,355 (2H, d, J=8,03 Hz); 5,710 (1H, ddd, J=6,23, 10,54, 17,05 Hz); 5,396 (1H, m); 5,324 (1H, d, J=16,72 Hz); 5,279 (1H, d, J=10,63 Hz); 4,09 (2H, m); 2,453 (3H, s); 2,017 (3H, s). IR (dünner Film, cm&supmin;¹): 1740 (s); 1645 (w); 1600 (m); 1360 (s); 1175 (s).
Optisch aktiver R-(+)-Alkohol ([α]D²&sup0; +7,14º(c. 1,036, Methanol)) erbrachte R-(+)-Ester, [α]D²&sup0; +5,30º (c. 1,246, Methanol), durch dieses Verfahren.

Enzymatische enantioselektive Hydrolyse des racemischen Esters unter Verwendung von SAM-II

Der zuvor beschriebene racemische Ester (25,76 g; 90,6 mmol) und pH-7-Phosphatpuffer (90 g) wurden vereinigt und unter pH- Stat-Bedingungen heftig gerührt (automatische Titration - pH 7,00 Endpunkt). Sobald sich der pH-Wert stabilisiert hatte, wurde die Lipase aus Pseudomonas fluorescens (SAM II) (50 mg) hinzugegeben. Die Mischung wurde über 15 h unter pH-Stat-Bedingungen gerührt, zu welcher Zeit 45,54 ml von 1,000 N NaOH verbraucht waren. Die Mischung wurde mit Methylenchlorid (3x100 ml) extrahiert, getrocknet (Na2SO4) und konzentriert, was 23,47 g (98% Materialgewinnung) der Mischung von Alkohol und Ester erbrachte. Ein Teil (etwa 350 mg) wurde Kurzwegchromatographiert (Elution mit 1:2 Ethylacetat:Hexanen), was R-Alkohol (148 mg; 92% ee) und S-Ester (195 mg; 94% ee) erbrachte. Der enantiomere Überschuß wurde bestimmt unter Verwendung analoger Verfahren, wie sie beschrieben sind bei Dale et al., J. arg. Chem., 1969, Bd. 33, S. 2543.
R-Alkohol: [α]D²&sup0; +7,14º (c. 1,036, Methanol)
S-Ester: [α]D²&sup0; -5,29º (c. 1,324, Methanol)
Alle anderen Eigenschaften sind wie zuvor für den Alkohol und den Ester beschrieben.

Enzymatische enantioselektive Hydrolyse des racemischen Esters unter Verwendung der Lipase aus Pseudomonas Novo Sp. ATCC 21808

Der wie zuvor hergestellte racemische Ester (1,42 g; 5,00 mmol) und pH-7-Phosphatpuffer (20 g) wurden vereinigt und uner pH-Stat-Bedingungen (automatische Titration - pH 7,00 Endpunkt) heftig gerührt. Sobald sich der pH-Wert bei 7,00 stabilisiert hatte, wurde eine Ammoniumsulfatsuspension der Lipase aus Pseudomonas Novo Sp. ATCC 21808 (1,00 ml) hinzugegeben. Die Mischung wurde über 4 h unter pH-stat-Bedingungen gerührt, zu welcher Zeit 2,471 ml von 1,000 N NaOH verbraucht waren (49,4% Umsatz). Die Mischung wurde mit Methylenchlorid auf (3x20 ml) extrahiert, getrocknet (MgSO4) und konzentriert. Das Rohprodukt wurde Kurzweg-chromatographiert unter Verwendung von 3:1-Hexanen:Ethylacetat als Elutionsmittel, was 670 mg (47%; 92% ee) des S-Esters und 447 mg (37%; 98%) ee) des R-Alkohols (eine überlappende Fraktion) erbrachte. Der enantiomere Überschuß wurde unter Verwendung eines analogen Verfahrens bestimmt, wie sie beschrieben wird von Dale et al., J. Org. Chem., 1969, Bd. 33, S. 2543.
R-Alkohol: [α]D²&sup0; +7,14º (c. 1,036, Methanol)
S-Ester: [α]D²&sup0; -5,29º (c. 1,324, Methanol).
Alle Eigenschaften des Alkohols und des Esters sind wie zuvor beschrieben.
Die Reduktion des Olefins des R-Alkohols erbrachte das entsprechende (-)-1,2-Butandiolmonotosylat. Es ist bekannt, daß diese Verbindung die R-(-)-Konfiguration aufweist (Hamaguchi, et al., Agri. Biol. Chem. Bd. 50, S. 1629 (1986)).
Die folgenden Beispiele werden zum weiteren Verständnis der Erfindung unterbreitet:

Beispiel 1

Auftrennung von 1-Tosyloxy-2-acetoxy-3-buten und 1-Tosyloxy-2-hydroxy-3-buten durch Rekristallisation unter Verwendung von Ether und Hexan

Es wurde eine etwa 1:1-Mischung von R-1-Tosyloxy-2-hydroxy-3- buten (92% ee) und S-1-Tosyloxy-2-acetoxy-3-buten (82% ee) (1118,3 g; vereinigt 4,63 mol maximum) in warmem Diethylether aufgelöst (1 l) und mit Hexanen verdünnt (1 l). An Phasentrennung und Ausfällung schloß sich eine Abkühlung der Mischung auf -20ºC über 2 Tage an. Dies erbrachte 513,5 g eines Feststof fes, der aus der Hydroxyverbindung und der Acetoxyverbindung in einem Verhältnis von 86:14 durch ¹H-nmr-Analyse bestand. Der Feststoff wurde in warmem Ether (1 l) aufgelöst, verdünnt mit Hexanen (1,5 l) und über 1,5 Tage auf -20ºC abgekühlt, was 424,1 g (38% Ausbeute des racemischen Esters) eines Enantiomer-angereicherten 1-Tosyloxy-2-hydroxy-3-butens erbrachte. Es wurde kein Esterrest durch ¹H-NMR und Dünnschicht-Chromatographie (TLC) -Analyse festgestellt.
Die vereinigten Mutterflüssigkeiten wurden konzentriert, was 684,4 g einer Mischung der Acetoxyverbindung und der Hydroxyverbindung erbrachte (73:27, jeweils durch ¹H-nmr-Analyse). Alle Eigenschaften des Alkohols und des Esters sind die vorstehend angegebenen.

Zerstörung des restlichen racemischen Alkohols unter Verwendung von (Tetramethylammoniumacetat)

Die 73:27-Mischung von S-Ester und Alkohol aus den Rekristallisationsmutterflüssigkeiten (10,00 g; 37,3 mmol insgesamt, 27,2 mmol Ester und 10,1 mmol Alkohol) wurde in Aceton (50 ml) aufgelöst. Es wurde Tetramethylammoniumacetat (3,36 g; 25,25 mmol; 2,5 äquival basierend auf dem Alkohol) hinzugegeben, und die Reaktionsmischung wurde bei Raumtemperatur über Nacht gerührt, wobei der Alkohol vollständig verbraucht wurde, wie durch TLC-Analyse bestimmt wurde. Die Reaktionsmischung wurde mit Ether (100 ml) verdünnt, mit Wasser gewaschen (3x25 ml), getrocknet (MgSO4) und konzentriert, was 7,64 g des rohen S- Esters erbrachte. Alle Eigenschaften des S-Esters sind wie oben angegeben.

Optisch reines Hvdroxvtosvlat

Der rohe S-Ester (7,64 g; 27,2 mmol maximum) aus der vorherigen Reaktion wurde in Methanol (35 ml) aufgelöst und es wurden 3,5 ml konzentrierte Salzsäure hinzugegeben. Die Reaktionsmischung wurde bei Raumtemperatur über 2,5 Tage gerührt, wobei der Ester vollständig verbraucht wurde, wie durch TLC-Analyse bestimmt. Die Reaktionsmischung wurde mit Ether verdünnt (70 ml), mit gesättigtem Natriumcarbonat (3x25 ml) gewaschen, getrocknet (MgSO4) und konzentriert, was 5,10 mg an rohem 5-Alkohol erbrachte, etwa 82% ee. Dieses wurde aus warmem Ether (2,5 ml/g) durch Zugabe von Hexanen (5 ml/g) rekristallisiert, bis im wesentlichen optisch reiner (> 99% ee) erreicht waren (zwei Rekristallisationen), was 4,10 g (25% Ausbeute des racemischen Esters) erbrachte. Alle Eigenschaften des S-Alkohols sind wie oben angegeben.
Somit erbrachte das erfindungsgemäße Verfahren den R-Alkohol aus der Ausfällung (Präzipitat) und den S-Alkohol aus dem Überstand.

Zerstörung des restlichen Alkohols unter Verwendung von Kaliumbicarbonat

Der 73:27-Mischung von S-Ester und Alkohol aus des Rekristallisationsmutterflüssigkeiten (10,07 g; 37,5 mmol insgesamt, 27,4 mmol Ester und 10,1 mmol Alkohol) wurde in Ethylenglykol (37,5 ml) aufgelöst. Es wurde Kaliumbicarbonat (5,05 g; 50,5 mmol; Ester äquival bezogen auf Alkohol) hinzugegeben und die Reaktionsmischung wurde über Nacht bei Raumtemperatur (14 h) heftig gerührt, wobei der Alkohol vollständig verbraucht wurde, wie durch TLC-Analyse gezeigt werden konnte. Diese Mischung wurde mit Wasser (40 ml) verdünnt, extrahiert mit Ether (3x30 ml), getrocknet (MgSO4) und konzentriert, was 8,17 g des rohen S-Esters erbrachte, der zur weiteren Reinigung eingesetzt wurde.

Optisch reines S-Hydroxytosylat

Der rohe S-Ester (8,17 g; 27,4 mmol maximal) wurde in Methanol aufgelöst (40 ml) und es wurde konzentrierte Salzsäure (4 ml) hinzugegeben. Die erhaltene Lösung wurde bei Raumtemperatur über 24 h gerührt, um den Ester vollständig zu verbrauchen, wie durch TLC-Analyse bestimmt. Die Reaktionsmischung wurde sorgfältig mit gesättigtem Natriumbicarbonat (40 ml) verdünnt, um die HCl zu neutralisieren und mit Ether (3x20 ml) extrahiert. Die vereinigten Extrakte wurden getrocknet (MgSO4) und konzentriert, was 6,29 g des S-Alkohols erbrachte, etwa 82% ee. Dieses Material wurde dreimal aus warmem Ether (2,5 ml/g) durch Zugabe von Hexanen (5 ml/g) rekristallisiert, bis im wesentlichen optische Reinheit (> 99% ee) erreicht wurde (4,68 g; 29% Ausbeute des racemischen Esters). Alle Eigenschaften des S-Alkohols sind wie oben angegeben.

Beispiel 2

Abtrennung von 1-Tosyloxy-2-acetoxy-3-buten und 1-Tosyloxy-2-hydroxy-3-buten durch Rekristallisation unter Verwendung von Toluol und Heptan

Eine etwa 1:1-Mischung von S-1-Tosyloxy-2-hydroxy-3-buten (> 95% ee) und R-1-Tosyloxy-2-acetoxy-3-buten (> 95% ee) (185,55 g; vereinigt 0,70 mol maximum) wurde in Toluol (85 ml; 1 ml/g Hydroxytosylat) bei Raumtemperatur aufgelöst. Es wurde Heptan (85 ml; 1 Volumen) unter heftigem Rühren hinzugegeben. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur über 30 Minuten gerührt, nach welcher Zeit die Kristallisation begonnen hatte. Die Mischung wurde auf 4ºC über Nacht (kein Rühren) abgekühlt und die Ausfällung wurde aufgenommen und mit kaltem Toluol gewaschen, was 61,41 g (36%) der Hydroxyverbindung, verunreinigt mit etwa 1% Acetat, erbrachte. Rekristallisation dieses Materials aus warmem (etwa 40ºC) Toluol (122 ml; 2 ml/g) durch Abkühlen auf 4ºC erbrachte 53,13 g (31%) an im wesentlichen optisch reinem S- Hydroxytosylat, frei von irgendwelchen Acetatverbindungen gemäß ¹H-NMR und TLC-Analyse.
Konzentrierung der anfänglichen Mutterflüssigkeiten erbrachte 123,97 g eines 75:25 Verhältnisses von Acetat zu Hydroxyverbindungen. Reines Acetat konnte gewonnen werden, wie oben in Beispiel 1 beschrieben.

Claims

1. Verfahren zur Trennung eines Enantiomer-angereicherten 1-Tosyloxy-2-acyloxy-3-butens und eines Enantiomer-angereicherten 1-Tosyloxy-2-hydroxy-3-butens aus einer ersten Mischung, die beide Verbindungen enthält, wobei das Verfahren folgende Schritte einschließt:

(a) Bildung einer Lösung der Mischung in einem organischen Lösungsmittel,

(b) Bringen der in (a) gebildeten Lösung auf eine Temperatur, bei der das meiste des Enantiomer-angereicherten 1-Tosyloxy-2-hydroxy-3-butens ausfällt, wobei das meiste des Enantiomer-angereicherten 1-Tosyloxy-acyloxy-3-butens in Lösung verbleibt und

(c) Trennung der in (b) gebildeten Ausfällung von der Lösung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel eine Mischung eines polaren und eines nicht-polaren Lösungsmittels umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Verhältnis des polaren zum nicht-polaren Lösungsmittel zwischen etwa 5/1 und 0,2/1 ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Mischung durch folgende Strukturen wiedergegeben wird:

worin R eine Gruppe, ausgewählt aus H, geradkettiges oder verzweigtkettiges substituiertes oder nicht substituiertes Alkyl, Aryl, substituiertes Aryl, Arylalkyl, nicht Stickstoff enthaltendes Heteroaryl oder substituiertes Heteroaryl oder Halogen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die erste Mischung durch enzyinatische enantioselektive Hydrolyse eines racemischen Esters erhalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin sich der racemische Ester von Epoxybutadien ableitet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, worin das organische Lösungsmittel eine Mischung aus Diethylether und Hexan ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel eine Toluol/Heptan-Mischung in einem Verhältnis von etwa 1/1 ist.