DE69407049T2 - Verfahren zur enzymatischen herstellung von beta-lactam derivaten und abtrennung von d-phenylglycine amid - Google Patents
Verfahren zur enzymatischen herstellung von beta-lactam derivaten und abtrennung von d-phenylglycine amidInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines β-Lactam-Derivats, wobei ein β-Lactam-Kern in einer enzymatischen Reaktion mit D-Phenylglycinamid gekuppelt wird und das Enzym, das feste Phenylglycin und das β-Lactam-Derivat abgetrennt werden.
- Die enzymatische Kupplung eines β-Lactam-Kerns und eines Acylierungsmittels zur Bildung eines β-Lactam-Derivats ist in WO-A-9201061 beschrieben. Als Acylierungsmittel sind insbesondere Ester und Amide von Phenylglycin und p-Hydroxyphenylglycin beschrieben. Die Gewinnung und Reinigung des Produkts erfolgt auf bekannte Weise, beispielsweise durch Kristallisation. Obwohl das Produkt auf diese Weise in guter Ausbeute und hoher Reinheit erhalten werden kann, ist es in der Praxis schwierig, die in der Reaktionsmischung zurückbleibenden Substanzen zum Zwecke der Wiederverwendung voneinander zu trennen, wie nicht umgesetztes Phenylglycinamid, nicht umgesetzter β-Lactam-Kern, in Lösung befindliches gebildetes Phenylglycin, β-Lactam-Derivat, das nach der Kristallisation in Lösung verbleibt.
- Da bei der enzymatischen Kupplungsreaktion Phenylglycinamid in großem Überschuß in bezug auf den β-Lactam-Kern vorhanden ist - das optimale Molverhältnis von Phenylglycinamid zu β-Lactam- Kern liegt häufig zwischen 2 und 9 - ist es, um eine hohe Ausbeute aus der enzymatischen Reaktion sicherzustellen, besonders wichtig, das nicht-umgesetzte Phenylglycinamid zurückzugewinnen, um ein wirtschaftlich attraktives Verfahren zu erhalten.
- Die Erfindung sieht nun ein Verfahren vor, mittels welchem mehr als 85% des Phenylglycinamids in reiner Form auf einfache Weise zurückgewonnen werden kann, selbst bevor das β-Laktam- Derivat abgetrennt wird.
- Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die nach der enzymatischen Reaktion erhaltene Mischung, aus welcher Mischung mindestens das Enzym und das feste Phenylglycin entfernt worden sind, mit einem geeigneten Aldehyd mit einem pH-Wert zwischen 7,5 und 8,5 behandelt wird, wodurch die Schiffsche Base von Phenylglycinamid gebildet wird, und die Schiffsche Base des Phenylglycinamids abgetrennt wird.
- Man fand überraschenderweise, daß auf diese Weise die Schiffsche Base des Phenylglycinamids gebildet wird, während der Aldehyd mit den anderen Verbindungen (Ammen) keine Schiffschen Basen bildet, was heißt, daß die anderen Verbindungen in der Mischung gelöst bleiben. Dies ist umso überraschender, als allgemein bekannt ist, daß Amine, wenn sie mit einem Aldehyd in Kontakt gebracht werden, reagieren, um eine Schiffsche Base zu bilden und dann als solche ausfallen. Die β-Lactame, die in der Reaktionsmischung vorliegen, bleiben jedoch offenbar praktisch vollständig gelöst, wogegen offensichtlich das Phenylglycinamid praktisch vollständig mit dem zugesetzten Aldehyd reagiert hat.
- Es sei auch darauf hingewiesen, daß in US-A-4172846 ein Verfahren zur Trennung von L-Phenylglycin von D-Phenylglycinamid über die Bildung einer Schiffschen Base beschrieben ist. Diese Veröffentlichung lehrt nichts über die mögliche selektive Abtrennung von Phenylglycinamid aus der Mischung, die auch β-Lactame enthält. Außerdem wird in den Beispielen die Trennung in allen Fällen bei einem pH-Wert von etwa 10,5 durchgeführt, welche pH-Werte aufgrund der Instabilität der β-Lactam-Derivate bei einem derart hohen pH-Wert für das vorliegende Verfahren nicht in Frage kommen. Die pH-Werte im erfindungsgemäßen Verfahren liegen zwischen 7,5 und 8,5. Bei solchen pH-Werten liegt ein Teil des Phenylglycinamids in der Reaktionsmischung in Salzform vor, und infolgedessen wird die Bildung von Schiffscher Base verhindert.
- Die Mischung, die erhalten wird, nachdem das Enzym und das feste Phenylglycin aus der nach der enzymatischen Kupplungsreaktion erhaltenen Reaktionsmischung entfernt worden sind, wird im allgemeinen das gebildete β-Lactam-Derivat, D-Phenylglycin- Amid, den verbleibenden β-Lactam-Kern und das gebildete D- Phenylglycin in Mengen, bezogen auf das gebildete β-Lactam- Derivat, von beispielsweise 1-7 Äquiv. D-Phenylglycinamid, 0,02- 1 Äquiv. β-Lactam-Kern, 0,1-2 Äquiv. D-Phenylglycin, enthalten. Die Erfindung betrifft auch die Entfernung von Phenylglycinamid aus einer solchen Mischung.
- Das erfindungsgemäße Verfahren bietet auch den Vorteil, daß D-Phenylglycinamid auf einfache Weise, beispielsweise mittels Filtration oder Extraktion, und in reiner Form abgetrennt werden kann. Vorzugsweise wird das D-Phenylglycinamid abgetrennt, bevor das β-Lactam-Derivat über Kristallisation gewonnen wird. Denn dies bietet den zusätzlichen Vorteil, daß die Gewinnung des β- Lactam-Derivats als Produkt vereinfacht wird, da die Löslichkeit des β-Lactam-Derivats höher ist, wenn das D-Phenylglycinamid noch in der Mischung vorhanden ist. Das β-Lactam-Derivat kann auf bekannte Weise gewonnen und gereinigt werden.
- Im Rahmen der Erfindung wird unter β-Lactam-Derivat ein halbsynthetisches β-Lactam verstanden, das durch Acylierung eines β-Lactam-Kerns mit einer aktivierten Form von D-Phenylglycin als Acylierungsmittel erhalten wurde. Sie werden hauptsächlich als Antibiotika, wie Ampicillin, Cefalexin und Cefachlor, verwendet. Bekannte β-Lactam-Kerne sind beispielsweise 6- Aminopenicillansäure (6-APA), 7-Aminocephalosporansäure (7-ACA), 7-Amino-3-chlor-3-cephem-4-carboxylat, 7-Aminodesacetoxycephalosporansäure (7-ACDA), usw.
- Die enzymatische Kupplungsreaktion kann auf bekannte Weise durchgeführt werden, beispielsweise wie in WO-A-92/01061 beschrieben.
- Das beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Enzym kann jedes geeignete Enzym sein, das als Katalysator für die Umsetzung wirkt. Das Enzym kann von bekannten Microorganismen, wie Acetobacter, Aeromonas, Aphanocladium, Athrobacter, Bacillus Cephalosporium, Carynebacteri um, Escherichia, Flavobacterium, Pseudomonas und Xanthomonas abstammen.
- Das bei der enzymatischen Reaktion verwendete D-Phenylglycinamid kann als freies D-Phenylglycinamid oder als Salz einer Säure, beispielsweise einer Säure mit einem pKa < 5, wie Essigsäure, Ameisensäure, Schwefelsäure, Salzsäure oder Salpetersäure, angewendet werden.
- Die Konzentration der Reaktanten ist nicht kritisch und ist vorzugsweise so gewählt, daß nach Beendigung der enzymatischen Reaktion alle Komponenten, außer dem gebildeten D-Phenylglycin, gerade noch in Lösung sind. Wasser kann als Lösungsmittel verwendet werden, doch ist auch die Verwendung eines organischen Lösungsmittels möglich. Die Temperatur, bei welcher die enzymatische Reaktion durchgeführt wird, liegt meistens zwischen 0 und 40ºC; der pH-Wert liegt meistens zwischen 5 und 8,5.
- Vorzugsweise wird Benzaldehyd bei der Bildung der Schiffschen Base von D-Phenylglycinamid verwendet.
- Benzaldehyd ist insoferne vorteilhaft, als die Abtrennung der Schiffschen Base und die Rückgewinnung von Benzaldehyd einfach sind. Ein anderer Vorteil von Benzaldehyd ist, daß er mit Wasser nicht mischbar ist, so daß er als Extraktionsmittel anderen Extraktionsmitteln bei weitem vorgezogen wird, weil sich die resultierende Schiffsche Base des optisch aktiven Phenylglycinamids im Benzaldehyd löst und die anderen Komponenten der Reaktionsmischung in der Wasserphase.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit anderen Aldehyden durchgeführt werden, vorausgesetzt, daß sie den folgenden Anforderungen entsprechen:
- 1. sie sollten mit Wasser nicht mischbare Schiffsche Basen des D-Phenylglycinamids leicht bilden;
- 2. die gebildeten Schiffschen Basen sollten leicht zerfallen, ohne daß der Aldehyd zerfällt;
- 3. es sollte einen deutlichen Unterschied in der Löslichkeit in Wasser und in organischen Lösungsmitteln zwischen den Schiffschen Basen des D-Phenylglycinamids und den anderen Komponenten der Reaktionsmischung geben.
- Benzaldehyd und substituierte Benzaldehyde sind ausgezeichnete Beispiele für Verbindungen, die allen diesen Anforderungen sehr gut entsprechen.
- Unter Benzaldehyd werden auch substituierte Benzaldehyde, wie Niedrigalkylbenzaldehyd, Halogenbenzaldehyd, Nitrobenzylaldehyd und Niedrigalkoxybenzylaldehyd, verstanden. Niedrigalkyl oder Niedrigalkoxy bedeutet Alkyl oder alkoxy mit 1-5 C- Atomen.
- Die Umsetzung mit Benzaldehyd unter Bildung von Schiffscher Base kann bei Temperaturen von 0-50ºC, vorzugsweise 5-45ºC, durchgeführt werden. Wenn für die Bildung der Schiffschen Base äquimolare Mengen an Benzaldehyd, beispielsweise 0,9-2, insbesondere 0,95-1,1 Äquivalentebezogen auf das Phenylglycinamid ohne andere Lösungsmittel für die Schiffsche Base des Amids verwendet werden, wird ein Präzipitat der Schiffschen Base des D-Phenylglycinamids erhalten. Die anderen Komponenten bleiben in der Mutterlauge gelöst. Wenn ein Überschuß an Benzaldehyd verwendet wird, wirkt der Benzaldehyd nicht nur als Reaktionsmittel, sondern auch als Lösungsmittel, und es werden zwei Schichten erhalten. Es ist auch möglich, Mischungen von Benzaldehyd und anderen Lösungsmitteln zu verwenden, wie Mischungen mit Toluol, Chloroform, Methylisobutylketon, Tetrachlorethen, Ethylacetat und Butylacetat.
- Die Gewinnung des D-Phenylglycinamids aus der entsprechenden Schiffschen Base kann einfach durch Ansäuerung mit einer äquimolaren Menge einer starken Säure, z.B. Schwefelsäure (bis zu pH = 2-3), bewirkt werden, was zum Zerfall der Schiffschen Base in den Aldehyd und D-Phenylglycinamid führt. Das so erhaltene D- Phenylglycinamid kann zum enzymatischen Kupplungsschritt zurückgeführt werden.
- Die Erfindung wird mittels des folgenden Beispiels weiter erläutert.
- In einen 500 ml Kolben wurden nacheinander zugegeben (entsprechend einer Reaktionsmischung, die nach enzymatischer Herstellung von Cefalexin erhalten worden war, gefolgt von einer Entfernung des Enzyms und des festen D-Phenylglycins): 0,56 g 7-ADCA, 15,1 g Cefalexin.1 H&sub2;O; 1,18 g D-Phenylglycin, 19,9 g D-Phenylglycinamid.½H&sub2;SO&sub4;, 185,4 g H&sub2;O, 8,1 g H&sub2;SO&sub4; (98%) und 19,8 g 25% Ammoniaklösung.
- Der pH-Wert dieser Lösung (250,0 g) war 8,0.
- Bei 20ºC wurde 1 Äquiv. (10,6 g) Benzaldehyd während 5 min unter Rühren zugegeben. Nach 2 Stunden wurde die resultierende weiße feste Substanz abfiltriert, mit 3×20 ml H&sub2;O gewaschen und getrocknet.
- Ausbeute an D-Phenylglycinamid-Schiffscher Base: 20,8 g (> 99% rein); Mengen an Cefalexin, Phenylglycin und 7-ADCA jeweils weniger als 0,5%.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung eines β-Lactam-Derivats, wobei in
einer enzymatischen Reaktion ein β-Lactam-Kern mit
D-Phenylglycinamid gekuppelt wird und das Enzym, das feste
D-Phenylglycin und das β-Lactam-Derivat abgetrennt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß aus der nach der enzymatischen Reaktion
erhaltenen Mischung zunächst zumindest das Enzym und das feste
D-Phenylglycin entfernt worden sind, die übrige Mischung mit
einem geeigneten Aldehyd bei einem pH-Wert von zwischen 7,5 und
8,5 behandelt wird, wodurch die Schiffsche Base des
D-Phenylglycinamids abgetrennt wird und danach das β-Lactam-Derivat
abgetrennt wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines β-Lactam-Derivats, wobei in
einer enzymatischen Reaktion ein β-Lactam-Kern mit
D-Phenylglycinamid gekuppelt wird, bei welchem Verfahren das
D-Phenylglycinamid zurückgewonnen wird und das Enzym, das feste D-
Phenylglycin und das β-Lactam-Derivat abgetrennt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß die nach der enzymatischen Rekation
erhaltene Mischung, aus welcher Mischung zumindest das Enzym, das feste
D-Phenylglycin und das β-Lactam-Derivat entfernt worden sind,
mit einem geeigneten Aldehyd bei einem pH-Wert zwischen 7,5 und
8,5 behandelt wird und die Schiffsche Base des
D-Phenylglycinamids abgetrennt wird.
3. Verfahren zur Rückgewinnung eines D-Phenylglycinamids aus
einer Mischung, welche ein (3-Lactam-Derivat, D-Phenylglycinamid,
D-Phenylglycin und einen 3-Lactam-Kern enthält, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mischung mit einem geeigneten Aldehyd
behandelt wird, wodurch die Schiffsche Base des D-Phenylglycinamids
gebildet wird, und die Schiffsche Base des D-Phenylglycinamids
abgetrennt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mischung, bezogen auf die Menge an β-Lactam-Derivat, 1-7
Äquivalente D-Phenylglycinamid, 0,1-2 Äquivalente D-Phenylglycin und
0,02-1 Äquivalente β-Lactam-Kern enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der β-
Lactam-Kern ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend
6-Aminopenicillansäure, 7-Aminocephalosporansäure, 7-Amino-3-chlor-3-
cephem-4-carboxylat und 7-Aminodesacetoxy-cephalosporansäure.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
Benzaldehyd als Aldehyd verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die
Behandlung mit dem Aldehyd bei einer Temperatur von 5-45ºC
erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, wobei 0,95-1,1
Äquivalente Benzaldehyd, bezogen auf die Menge des
D-Phenylglycinamids, verwendet werden.
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