DE69315720T2 - Verfahren zur Trennung von 1,2-Isopropylidenglycerinbenzoylester-Enantiomeren - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen der optischen Isomeren von 1,2-Isopropylidenglycerin der Formel (I)
• Insbesondere betrifft die Erfindung die enzymatische Hydrolyse des entsprechenden Esters von 1,2-Isopropylidenglycerin, die in Gegenwart eines colösungsmittels durchgeführt wird und an die sich eine Kristallisation anschließt.
• Es wurden bereits Versuche zur Auftrennung der optischen Isomeren des Alkohols der Formel (I) gemacht.
• In dieser Hinsicht kann auf einen Artikel in J. Org. Chem., Bd. 43 (1978), S. 4876 verwiesen werden, wonach ein chemisches Verfahren unter Oxidation von D-Mannit herangezogen wird. Dieses Verfahren stellt das derzeit angewandte Herstellungsverfahren dar, ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß Bleitetraacetat, das stark toxisch und teuer ist, als Oxidationsmittel verwendet wird.
• In EP-A-244 912 wird ein Verfahren zur stereoselektiven mikrobiobgischen Oxidation von razemischem 1,2-Isopropylidenglycerin [nachstehend als (R,S)-(I) bezeichnet) unter Bildung seiner rechtsdrehenden Form [nachstehend als (R)-(I) bezeichnet] und die entsprechende Carbonsäure in der rechtsdrehenden Form (R), die &guivalent zur linksdrehenden Form des Alkohols [nachstehend als (S)-(I) bezeichnet] ist.
• Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es direkt das (R)- Isomere von (I) liefert, für das ein geringeres Anwendungsinteresse besteht. Der Zugang zum (S)-Isomeren ist nur möglich, indem man die entsprechende (R)-Säure mit Hydriden reduziert, eine Reaktion, die im großtechnischen Maßstab schwierig durchzuführen ist.
• Schließlich beschreibt das italienische Patent 1 217 669 ein Verfahren zur stereoselektiven mikrobiologischen Hydrolyse des Benzoylesters von razemischem Isopropylidenglycerin unter Bildung von (S)-(I) und (S)- (II), entsprechend (R)-(I).
• Dieses Verfahren ist mit den typischen Nachteilen von Umsetzungen unter Verwendung von vollständigen Zellen behaftet, beispielsweise einer starken Verdünnung und der Schwierigkeit zur Gewinnung der Produkte aus der Zellsuspension.
• Die Anmelderin hat nunmehr festgestellt, daß es möglich ist, die vorerwähnten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, indem man die optischen Isomeren von l,2-Isopropylidenglycerin durch ein enzymatisches Verfahren unter Einsatz sehr einfacher, kostengünstiger Reagenzien und Reaktionsstufen trennt, wobei man die reinen Enantiomeren in hohen Ausbeuten erhält.
• Somit wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Trennen der optischen Isomeren aus einem razemischen Gemisch von 1,2-Isopropylidenglycerinbenzoylester der Formel (II) bereitgestellt
• welches folgende Schritte umfaßt:
• (a) partielle stereoselektive enzymatische Hydrolyse von l,2-Isopropylidenglycerinbenzoylester der Formel (II), wobei die Hydrolyse mittels einer Lipase in Phosphatpuffer in Gegenwart eines Colösungsmittels durchgeführt wird, welches aus der aus linearen oder verzweigten C&sub2;-C&sub5;- aliphatischen Ethern oder heterocyclischen Ethern bestehenden Gruppe ausgewählt ist und wobei die Reaktion bei 50%iger Umwandlung unterbrochen wird,
• (b) Abtrennen des an Enantiomerem angereicherten Benzoylesters (II) von dem an (5)-Enantiomerem angereicherten Alkohol durch Extraktion mit Hexan und
• (c) Kristallisation von (R,S)-Benzoylester (II) in razemischer Form aus der an (S)-Enantiomerem angereicherten Benzoylesterfraktion, die aus Stufe (b) stammt, aus einem aliphatischen C&sub5;-C&sub8;-Kohlenwasserstofflösungsmittel, wobei hauptsächlich das selektiv erhaltene (S)-Enantiomere des Benzoylesters (II) in der Mutterlauge zurückbleibt.
• Besonders überraschend ist der Befund, daß der Ester der Formel (II) in der Form des reinen Enantiomeren flüssig ist, jedoch in der razemischen Form kristallisiert. Dies steht in völligem Gegensatz zu den bisherigen Kenntnissen. Beispielsweise führt ein Artikel in "Chimica Oggi", Juli-August 1991 ("Kristallisationstechniken für die großtechnische Synthese von reinen Enantiomeren") klar aus, daß die reinen Enantiomeren im allgemeinen in kristalliner Form vorliegen.
• Unter Ausnutzung dieser Eigenschaft des Esters der Formel (II) ist es daher möglich, von einem Gemisch von Enantiomeren des gleichen Esters, das in bezug auf eines der beiden Isomeren angereichert ist, auszugehen, um die razemische Fraktion vom Überschuß des reichlicher vorhandenen Isomeren abzutrennen. Dieses Verfahren ist nur im Fall des Esters der Formel (II) anwendbar. Andere Ester, die unterschiedliche Acylgruppen enthalten, wie Acetate, Butyrate, Phenylacetate und dergl., und von der Anmelderin getestet wurden, sind sowohl in der razemischen als auch in der optisch reinen Form flüssig.
• Als Lösungsmittel für die Kristallisation werden C&sub5;-C&sub8;-aliphatische Kohlenwasserstoffe verwendet, wobei Hexan bevorzugt wird. Werden stärker polare Lösungsmittel eingesetzt, so löst sich das Razemat ebenfalls, was offensichtlich zu Schwierigkeiten bei der Trennung zwischen dem Razemat und den reinen Enantiomeren führt.
• Die Kristallisation wird durchgeführt, indem man den Ester der Formel (II) im Lösungsmittel dispergiert und 24 Stunden auf -24ºC kühlt. In der Praxis wird ein Gewichtsverhältnis von Ester (II) zu Lösungsmittel von 1:4 bis 1:1 und vorzugsweise von 1:2 angewandt.
• Um das in bezug auf den Ester der Formel (II) angereicherte Gemisch zu erhalten, bedient sich das erfindungsgemäße Verfahren einer enzymatischen Hydrolyse des Esters, der durch freie oder immobilisierte Lipase in Gegenwart eines Colösungsmittels katalysiert wird.
• Bei Arbeiten mit einer freien Lipase wird die enzymatische Hydrolyse durchgeführt, indem man den razemischen Ester (R,S)-(II), der in einem Colösungsmittel gelöst ist, zu einer gepufferten Lösung des Enzyms gibt.
• Ist die Lipase innerhalb einer Hohlfaservorrichtung immobilisiert, so ist diese Vorrichtung mit zwei Einlässen, nämlich einem oberen Einlaß und einem Einlaß an der Oberseite, die für die Pufferlösung bzw. für den razemischen Ester (R,S)-(II) in Lösung im Colösungsmittel bestimmt sind, und mit zwei Auslässen, nämlich einem unteren Auslaß und einem Auslaß an der Unterseite, die für (S)-(I) in wäßriger Lösung bzw. für (S)-(II) in Lösung im Colösungsmittel bestimmt sind, versehen.
• Beim Unterbrechen der Reaktion bei 50%iger Umwandlung entspricht die optische Reinheit des Alkohols (S)-(I), d. h. dem Reaktionsprodukt, und des nicht-umgesetzten Esters (S)-(II) ≤60%.
• (S)-(I) kann chemisch unter Bildung von (R)-(II) zurückverestert und sodann in der Kristallisationsstufe eingesetzt werden. Der razemische Ester (R,S)-(II), das Nebenprodukt der Kristallisation, kann in die enzymatische Hydrolysereaktion zurückgeführt werden.
• Das gesamte erfindungsgemäße Verfahren wird durch das Schema I besser erläutert.
• Das verwendete Colösungsmittel bewirkt eine erhebliche Verbesserung der Stereoselektivität der Hydrolyse.
• Lineare oder verzweigte aliphatische C&sub2;-C&sub5;-Ether, unter denen Diisopropylether oder Methyl-tert.-butylether bevorzugt werden, oder heterocydische Ether, unter denen Dioxan oder Tetrahydrofuran bevorzugt werden, haben sich als Colösungsmittel als besonders geeignet erwiesen.
• Die Menge des in bezug zur Pufferlösung verwendeten Colösungsmittels kann von 5 bis 50% (Vol./Vol.) und vorzugsweise von 10 bis 25% (Vol./Vol.) variieren.
• Bei der verwendeten Pufferlösung handelt es sich vorzugsweise um einen Phosphatpuffer.
• Der pH-Wert der verwendeten Pufferlösung beträgt 6 bis 8 und vorzugsweise 7.
• Die enzymatische Hydrolysereaktion wird bei einer Temperatur von 15 bis 40ºC und vorzugsweise von 25 bis 35ºC durchgeführt.
• Das Substrat (II) wird in einer Konzentration von 1 bis 10 Gew.-% und vorzugsweise von 5 Gew.-5% verwendet.
• Das Enzym wird je nach dem Typ des verwendeten Enzyms in einem auf das Substrat (II) bezogenen Gewichtsverhältnis von 1/100 bis 1/1 verwendet. Als besonders wirksam gegenüber dem Substrat (II) haben sich die Lipase Amano PS aus Pseudomonas cepacea (Produkt der Fa. Amano Pharmaceutical Co. Ltd., Japan) und die Lipase OF von Candida cylindracea (Produkt der Fa. Sankyo Company Ltd., Japan) erwiesen.
• Schließlich lassen sich die Ester (R)-(II) und (S)-(II) in Form der reinen Enantiomeren in die Alkohole (S)-(I) bzw. (R)-(I) umwandeln, indem man sich bekannter Verfahren bedient, beispielsweise einer alkalischen Hydrolyse mit Methanol in Gegenwart von NaOH oder KOH oder einer Alkoholyse, ohne daß Änderungen in der optischen Reinheit auftreten.
• Die Alkohole (S)-(I) und (R)-(I) werden großtechnisch in breitem Umfang als Zwischenprodukte bei der Herstellung von chiralen Arzneistoffen, wie (R)-(-)-Carnitin, (S)-beta-Blockern, (5)-antiviralen Mitteln, analgetischen Arzneistoffen und dergl., verwendet.
• Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben, die aber keine Beschränkung darstellen sollen.
Beispiel 1 a) Hydrolyse von (R,S)-(II) mit PS-Lipase in Pufferlösung
• 20 g (R,S)-Benzoyl-1,2-isopropylidenglycerin (II) wurden zu einer Lösung von 15 g Amano PS-Lipase in 400 ml 0,01 N Phosphatpuffer vom pH- Wert 7 bei einer Temperatur von 30ºC gegeben. Die Suspension wurde unter Konstanthaltung des pH-Werts durch Zugabe einer 2 N NaOH-Lösung heftig gerührt. Proben des Reaktiosgemisches wurden periodisch entnommen und durch HPLC (Hochdruck-Flüssigchromatographie) analysiert, wobei man eine Säule mit einer chiralen stationären Phase (Säule: Chiracel Daicel OB) und ein 9/1-Gemisch von Hexan/Isopropanol als Laufmittel mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 ml/min einsetzte. Nach 8 Stunden wurde die Umsetzung bei einer Umwandlung von 50% unterbrochen. Der nicht-umgesetzte Ester (II) wurde durch Extraktion mit Hexan aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt. Die organische Phase wurde über Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Man erhielt 9,5 g (S)-(-)-(II); [a]D25 = -3,30 (c = 1, CHCl&sub3;) mit 38% überschüssigem Enantiomeren (e.e.) Der Alkohol (1) wurde nach Sättigung mit NaC1 aus der wäßrigen Phase durch Extraktion mit Essigsäureethylester gewonnen. Nach Trocknen über Natriumsulfat und Eindampfen des Lösungsmittels erhielt man 5,2 g (S)- (+)-(I); [α]D25 = +4,5º (c = 1, MeOH) und e.e. = 39%.
b) Kristallisation von (II)
• 9,5 g (S)-(-)-(II) (e.e. 38%) wurden zu 19 ml Hexan gegeben. Das Gemisch wurde auf -24ºC gehalten. Nach 24 Stunden kam es zur Abscheidung von 5,6 g einer festen Phase, die im wesentlichen aus dem razemischen Ester (II) bestand; [α]D25 = -0,5º (c = 1, CHCl&sub3;).
• Aus dem Überstand wurden nach Abdampfen des Hexans unter vermindertem Druck 3,6 g (S)-(-)-(II) erhalten; [α]D25 = -8,10 (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 94%, Ausbeute = 18%.
• 5,2 g des Alkohols (S)-(+)-(I) (e.e. = 39%) und 6,7 ml Triethylamin wurden in 50 ml CH&sub2;Cl&sub2; gelöst. 5,5 ml Benzoylchlorid in Lösung in 10 ml CH&sub2;Cl&sub2; wurden tropfenweise zu der Lösung gegeben. Nach Abfiltrieren des Triethylaminhydrochlorids wurde der Überstand mit Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Man erhielt 8,8 g des Esters (R)-(+)-(II), der zu 16 ml Hexan gegeben wurde. Dieses Gemisch wurde bei -24ºC belassen. Nach 24 Stunden kam es zur Abscheidung von 5,4 g einer festen Phase, die im wesentlichen aus dem razemischen Ester (II) bestand; [α]D25 = -0,4º (c = 1, CHCl&sub3;).
• Nach Abdampfen des Hexans unter vermindertem Druck aus dem Überstand erhielt man 3,4 g (R)-(+)-(II); [α]D25 = -8,2º (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 95%, Ausbeute = 17,0%.
Beispiel 2 a) Hydrolyse von (R,B)-(II) mit PS-Lipase in Phosphatpuffer/Dioxan
• 20 g (R,S)-Benzoyl-1,2-isopropylidenglycerin (II) wurden zu einer Lösung von 15 g Amano PS-Lipase in 300 ml 0,01 N Phosphatpuffer vom pH- Wert 7 und 100 ml Dioxan gegeben. Die Umsetzung wurde gemäß Beispiel 1a durchgeführt. Nach 11 Stunden wurde die Reaktion bei einer Umwandlung von 50% unterbrochen. Man erhielt 9,4 g (S)-(-)-(II); [α]D25 = -5,4º (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 63%; sowie 5,3 g (S)-(+)-(I); [α]D25 = +7,1º (c = 1, MeOH), e.e. = 62%.
b) Kristallisation von (II)
• Das in Beispiel ib) beschriebene Kristallisationsverfahren wurde zur Bildung von 5,9 g (S)-(-)-(II) herangezogen; [α]D25 = -8,0º (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 93%, Ausbeute = 29,5%; sowie zur Bildung von 5,6 g (R)- (+)-(II); [α]D25 = +8,2º (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 95%, Ausbeute = 28,0%; sowie von 6,9 g (R,S)-(II), das in die enzymatische Hydrolysereaktion zurückgeführt werden konnte.
Beispiel 3 a) Hydrolyse von (R,S)-(II) mit PS-Lipase in Phosphatpuffer/Isopropylether
• 20 g (R,S)-Benzoyl-1,2-isopropylidenglycerin (II) wurden zu einer Lösung von 15 g Amano PS-Lipase in 300 ml 0,01 N Phosphatpuffer vom pH- Wert 7 und 100 ml Isopropylether gegeben. Die Umsetzung wurde gemäß Beispiel 1a durchgeführt. Nach 18 Stunden wurde die Reaktion bei einer Umwandlung von 50% unterbrochen. Man erhielt 9,6 g (S)-(-)-(II); [α]D25 = -5,00 (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 60% sowie 5,3 g (S)-(+)-(I); [α]D25 = +6,8º (c= 1, MeOH), e.e. = 59%.
b) Kristallisation von (II)
• Das in Beispiel 1b) beschriebene Kristallisationsverfahren wurde durchgeführt. Man erhielt 5,8 g (S)-(-)-(II); [α]D25 = -8,2º (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 95%, Ausbeute = 29,0%; 5,3 g (R)-(+)-(II); [α]D25 = +8,1º (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 94%, Ausbeute = 26,6%; sowie 7,6 g (R,S)-(II), das in die enzymatische Hydrolysereaktion zurückgeführt werden konnte.
Beispiel 4 a) Hydrolyse von (R,S)-(II) mit OF-Lipase in Pufferlösung
• 20 g (R,S)-Benzoyl-1,2-isopropylidenglycerin (II) wurden zu einer Lösung von 1,0 g OF-Lipase in 400 ml 0,01 N Phosphatpuffer vom pH-Wert 7 bei 30ºC gegeben. Die Umsetzung wurde gemäß Beispiel 1a durchgeführt. Nach 30 Minuten wurde die Reaktion bei einer Umwandlung von 50% unterbrochen. Man erhielt 9,5 g (S)-(-)-(II); [α]D25 = -1,4º (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 16%; sowie 5,4 g (S)-(+)-(I); [α]D25 = +1,90 (c = 1, MeOH), e.e. = 17%.
b) Kristallisation von (II)
• Das in Beispiel 1b) beschriebene Kristallisationsverfahren wurde durchgeführt. Man erhielt 1,5 g (S)-(-)-(II); [α]D25 = -8 1º (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 94%, Ausbeute = 7,5%; 1,6 g (R)-(+)-(II); [α]D25 +8,0º (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 93%, Ausbeute = 8,0%; sowie 15,6 g (R,S)-(II), das in die enzymatische Hydrolysereaktion zurückgeführt werden konnte.
Beispiel 5 a) Hydrolyse von (R,S)-(II) mit OF-Lipase in Phosphatpuffer/Methyl- tert. -butylether
• 20 g (R,S)-Benzoyl-1,2-isopropylidenglycerin (II) wurden zu einer Lösung von 1,0 g OF-Lipase in 350 ml 0,01 N Phosphatpuffer vom pH-Wert 7 und 50 ml Methyl-tert.-butylether gegeben. Die Umsetzung wurde gemäß Beispiel 1a durchgeführt. Nach 30 Minuten wurde die Reaktion bei einer Umwandlung von 50% unterbrochen. Man erhielt 9,5 g (S)-(-)-(II); [α]D25 = -3,3º (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 39%; sowie 5,3 g (S)-(+)-(I); [α]D25 = +4,5º (c = 1, MeOH), e.e. = 39%.
b) Kristallisation von (II)
• Das Kristallisationsverfahren von Beispiel 1b) wurde durchgeführt. Man erhielt 37 g (S)-(-)-(II); [α]D25 = -8,2º (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 95%, Ausbeute = 18,5%; 3,5 g (R)-(+)-(II); [α]D25 = +8,0º (c = 1, CHCl&sub3;), e.e. = 93%, Ausbeute = 17,5%; sowie 11,3 g (R,S)-(II), das in die enzymatische Hydrolysereaktion zurückgeführt werden konnte. Schema I

Claims (16)

1. Verfahren zum Trennen der optischen Isomeren aus einem razemischen Gemisch von 1,2-Isopropylidenglycerinbenzoylester der Formel (II):

welches folgende Schritte umfaßt:

(a) partielle stereoselektive enzymatische Hydrolyse von 1,2-Isopropylidenglycerinbenzoylester der Formel (II), wobei die Hydrolyse mittels einer Lipase in Phosphatpuffer in Gegenwart eines coläsungsmittels durchgeführt wird, welches aus der aus linearen oder verzweigten C&sub2;-C&sub5;-aliphatischen Ethern oder heterocyclischen Ethern bestehenden Gruppe ausgewählt ist und wobei die Reaktion bei 50 %iger Umwandlung unterbrochen wird,

(b) Abtrennen des an Enantiomerem angereicherten Benzoylesters (II) von dem an (S)-Enantiomerem angereicherten Alkohol durch Extraktion mit Hexan und

(c) Kristallisation von (R,S)-Benzoylester (II) in razemischer Form aus der an (S)-Enantiomerem angereicherten Benzoylesterfraktion, die aus Stufe (b) stammt, aus einem aliphatischen C&sub5;-C&sub8;-Kohlenwasserstofflösungsmittel, wobei hauptsächlich das selektiv erhaltene (S)-Enantiomere des Benzoylesters (II) in der Mutterlauge zurückbleibt.

2. Verfahren nach Ansprüch 1, welches weiterhin umfaßt:

(a') das Verestern des an (5)-Enantiomerem angereicherten Alkohols, der in Stufe (b) erhalten wird, unter Bildung des an (R)-Enantiomerem angereicherten Benzoylesters der Formel (II) und

(b') die Kristallisation Von (R,S)-Benzoylester (II) in razemischer Form von dem aus Stufe (a') stammenden an (R)- Enantiomerem angereicherten Alkohol aus aliphatischen C&sub5;-C&sub8;- Kohlenwaserstoffen, wobei hauptsächlich das selektiv erhaltene (R)-Enantiomere(II) in der Mutterlauge zurückbleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kristallisationslösungsmittel Hexan ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kristallisation durch Dispergieren des Esters (II) in dem Kristallisationslösungsmittel und 24-stündiges Kühlen auf -24ºC durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gewichtsverhältnis von Ester (II) : Lösungsmittel zwischen 1:4 und 1:1 liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Gewichtsverhältnis von Ester (II) Lösungsmittel 1:2 beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der aliphatische Ether als Colösungsmittel Dusopropylether oder Methyl-tert.- butylether ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das heterocyclische Colösungsmittel Dioxan oder Tetrahydrofuran ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge des Colösungsmittels zwischen 5 und 50 Vol.-% (V/V), bezogen auf den Phosphatpuffer, liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Menge des colösungsmittels zwischen 10 und 25 Vol.-% (V/V), bezogen auf den Phosphatpuffer, liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die enzymatische Hydrolysereaktion bei einer Temperatur Von 15 bis 40ºC durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die enzymatische Hydrolysereaktion bei einer Temperatur von 25 bis 35ºC durchgeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ester (II) in einer Konzentration von 1 bis 10 Gew.-% eingesetzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Ester (II) in einer Konzentration von 5 Gew.-% eingesetzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Enzym Lipase aus Pseudomonas cepacea oder aus Candida cylindracea ist.

16. Verfahren nach Anspruch 151 wobei das Enzym in einem Gewichtsverhältnis zu dem Ester (II) von 1/100 bis 1/1 eingesetzt wird.