JP2009543571A - フッ素含有α−ヒドロキシカルボン酸類の製造方法 - Google Patents

Abstract

フッ素含有−ヒドロキシニトリルをニトリラーゼの存在下に加水分解することによるフッ素含有−ヒドロキシカルボン酸の製造方法を提供する。

Description

本発明は、フッ素含有α−ヒドロキシカルボン酸類の製造方法に関する。特に、本発明は、対応するフッ素含有α−ヒドロキシニトリル類の、酵素によって触媒される加水分解による、フッ素含有α−ヒドロキシカルボン酸類の製造方法に関する。フッ素含有α−ヒドロキシカルボン酸類は、エナンチオピュア（エナンチオマー的に純粋）な形態で得ることが可能である。

（Ｓ）−３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸は、治療的に有用なアミド類を製造するための重要な中間生成物である（例えば（特許文献１）を参照されたい）。

これは、例えば、以下のものの製造に用いられることが可能である。

尿失禁の治療用の候補薬物であるＫＷ７１５８。

対応するラセミ体の製造、およびエナンチオピュアな化合物へのその分離は公知であるが、しかしながら、分離のために用いられる方法は費用がかかる。例えば、（特許文献１）には、（Ｓ）−３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸の製造方法が開示されており、これによれば、対応するラセミ体は、（Ｓ）−（−）−α−メチルベンジルアミンにより、所望される（Ｓ）−３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸に転換される。多量のアミンが必要とされ、これがこの方法を費用がかかるものにしている。

（特許文献２）には、最初に、トリフルオロ酢酸エステルと鉱酸とを反応させて１，１，１−トリフルオロアセトンを得、これを、次いで、シアン化物と反応させて（Ｓ）−および（Ｒ）−３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸ニトリルを得ることによる、（Ｓ）−または（Ｒ）−３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸の製造方法が開示されている。このニトリルはＣ_１〜Ｃ_４アルコールと反応させられてプロピオン酸エステルが得られ、これが、次いで、さらなるステップにおいてエステラーゼまたはリパーゼによって反応させられて（Ｒ）−３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸とされる。生体内変換においては、後者の化合物に加えて、（Ｓ）−３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸エステルもまた得られ、これは、次いで、その後のステップにおいて（Ｓ）−３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸を得るために加水分解され得る。

欧州特許出願公開第Ａ−０ ５２４ ７８１号明細書 独国特許出願公開第１９７ ２５ ８０２ Ａ１号明細書

本発明は、従って、フッ素含有α−ヒドロキシカルボン酸類の改良された製造方法を提供することを目的とする。この方法は、特にエナンチオピュアなフッ素含有α−ヒドロキシカルボン酸、特に（Ｓ）−１，１，１−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸の製造を可能にする。

従って、本発明は、フッ素含有α−ヒドロキシニトリル類をニトリラーゼの存在下で加水分解することによるフッ素含有α−ヒドロキシカルボン酸類の製造方法を提供する。

本発明の好ましい実施形態において、フッ素含有α−ヒドロキシニトリルは、α−ヒドロキシα−Ｃ_１〜Ｃ_５−アルキルニトリルである。より具体的には、フッ素含有α−ヒドロキシα−Ｃ_１〜Ｃ_５−アルキルニトリルは、（Ｓ）−および／または（Ｒ）−３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸ニトリルである。

ニトリラーゼは、ＮＩＴ−１０２、ＮＩＴ−１０４、ＮＩＴ−１０６、ＮＩＴ−１０７、およびＮＩＴ−１０８からなる群から好適に選択される。本発明による方法において用いられるべきニトリラーゼは、好ましくは、ＮＩＴ−１０４、ＮＩＴ−１０６、ＮＩＴ−１０７、およびＮＩＴ−１０８からなる群から、より好ましくはＮＩＴ−１０４、ＮＩＴ−１０６、およびＮＩＴ−１０７からなる群から選択される。最も好ましいニトリラーゼはＮＩＴ−１０６である。

ニトリラーゼＮＩＴ−１０２、ＮＩＴ−１０４、ＮＩＴ−１０６、ＮＩＴ−１０７、およびＮＩＴ−１０８は市販されている幅広い範囲ニトリラーゼであって、これらは、これらの呼称で、米国カリフォルニア州パサデナ（Ｐａｓａｄｅｎａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ）のバイオキャタリティックス社（Ｂｉｏｃａｔａｌｙｔｉｃｓ Ｉｎｃ．）から入手し得る（ニトリラーゼ：ＥＣ３．５．５．１ＣＡＳ［９０２４−９０−２］）。

これらのニトリラーゼは、中性ｐＨおよび環境温度で、ニトリルのカルボン酸への加水分解を触媒し得る。普通、プロトンの純消費または生成はなく、すなわち、ｐＨ変化はない。

本発明による方法は、一般に、６．５〜８、好ましくは７．２〜７．８のｐＨで実施される。反応温度は、通常は、２０〜４０℃の範囲内、好ましくは２５〜３５℃の範囲内である。

他の実施形態において、反応温度は、一般に少なくとも０℃であり、より好ましくは１０℃以上である。この実施形態において、この温度は、一般に、２０℃未満である。この実施形態は、用いられるシアノヒドリンが反応媒体中で分解する潜在的なリスクを有する場合に、反応収率の最適化を可能にする。

本発明の方法は、種々の反応媒体中において実施されることが可能である。本発明の方法は、しかしながら、緩衝溶液中で実施されることが好ましい。水性緩衝液が最も好ましい。

他の実施形態において、本発明による方法は、有機溶剤中において実施されることが可能である。好適な溶剤としては、例えば、特に塩化メチレンまたはクロロホルムといったクロロカーボン溶剤などのハロゲン化溶剤；ジエチルエーテル、メチル−ｔｅｒｔブチルエーテル、テトラヒドロフランまたはジオキサンなどのエーテル；特にアセトニトリルなどの有機ニトリル；および酢酸エチルなどのエステル；ジメチルホルムアミドなどのアミドタイプ溶剤；トルエンなどの芳香族溶剤が挙げられる。グリコール類などのアルコールも使用可能である。

本発明による方法の特定の実施形態において、フッ素含有α−ヒドロキシニトリルは光学的に活性であり、ならびに加水分解は、フッ素含有α−ヒドロキシニトリルが少なくとも部分的にラセミ化される条件下で実施される。このような条件は、例えば本明細書中で既述のものである。

この実施形態において、ラセミ化は、ニトリラーゼ、例えば特にＮＩＴ−１０６によって触媒されることができる。

本発明の方法において、ニトリラーゼは、固定化形態および凍結乾燥形態で用いられ得る。

「エナンチオピュアな」という用語は、本明細書において用いられるところ、普通、少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％および最も好ましくは少なくとも９９％の鏡像体過剰率（ｅｅ）値を指す。

本発明による方法における好ましい出発化合物である、３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸ニトリル（それぞれ、ラセミ混合物として、Ｒエナンチオマーおよび／またはＳエナンチオマー；以下においては、単に「基質」とも称する）は、数々の方法によって得ることが可能である。本発明によれば、１，１，１−トリフルオロアセトンとシアン化物との反応により得ることが好ましい（例えば独国特許出願公開第１９７ ２５ ８０２ Ａ１号明細書を参照されたい）。シアン化物としては、ＨＣＮ、ＮＨ_４ＣＮ、ＮａＣＮまたはＫＣＮが好適に用いられ得る。この反応は、例えば硫酸または塩酸などの鉱酸の存在下に実施されることが好ましい。一実施形態についての全反応スキームは以下のとおり表すことができる：

本発明による方法においては、α−ヒドロキシニトリルを出発化合物として用いることが特に有利であり、これは実質的に、その合成および本発明による方法におけるその使用の期間の間０℃未満の温度で保管される。好ましくは、保管温度は、−１０℃以下であり、最も好ましくは−２０℃以下である。

α−ヒドロキシニトリルは、固体形態であるかまたは任意により溶液であることが可能である出発化合物の呈色が、保管に供された初期出発化合物に比して、２以下、好ましくは１以下であるガードナースケールに準拠して測定された色差を示すような様式で一般に保管される。最も好ましい保管は、ガードナースケールに準拠して測定された色差が約０に等しいような様式で行なわれる。

本発明はまた、本明細書において上述のとおり保管されたα−ヒドロキシニトリル、特に３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸ニトリルの、化学反応、特にニトリラーゼの存在下での加水分解用の出発材料としての使用に関する。

本発明による方法の他の実施形態において、（ａ）α−ヒドロキシニトリルの製造および（ｂ）ニトリラーゼの存在下でのα−ヒドロキシニトリルの加水分解は、１つの容器内（ワンポット）で実施される。この実施形態においては、α−ヒドロキシニトリルの製造を７未満のｐＨで実施することが好ましく、これにより得られたα−ヒドロキシニトリルを含有する溶液が７以上のｐＨとされ、次いで、任意により好適な緩衝剤溶液中にあってもよいニトリラーゼが添加される。

本発明の方法は、用いられるニトリラーゼが、高いエナンチオ選択性、化学的選択性および位置選択性を示すために数々の利点を提供する。加水分解は穏やかな反応条件下で起こり得るため、保護の必要性が低減される。しかも、触媒効率は高い。廃棄物が低減されると共に、多くの有機溶剤が用いられ得る。

本発明を、実施例により非限定的に以下に例示する。

実施例１〜８および１０〜１４において、ラセミ３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸ニトリルを、米国カリフォルニア州パサデナ（Ｐａｓａｄｅｎａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）のバイオキャタリティックス社（Ｂｉｏｃａｔａｌｙｔｉｃｓ Ｉｎｃ．）から入手したニトリラーゼＮＩＴ−１０１〜ＮＩＴ−１０８のうちの１種の存在下に、３０℃で加水分解した。ＫＰ_ｉ緩衝液（５０ｍＭ、ｐＨ７．５、ジチオスレイトールＤＴＴ ２．０ｍＭ、ＥＤＴＡ １．０ｍＭ）を各実施例において用いた。

〔実施例１〜９〕
ラセミ３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸ニトリル（１３．９ｍｇ、１００ｍＭ）を、ＫＰｉ緩衝液（０．８０ｍｌ）中にｐＨ７．５で溶解させた。この溶液に、ＫＰｉ緩衝液（０．２ｍｌ）中に溶解させた対応するニトリラーゼ（２ｍｇ）を添加した。これらの試験における基質の濃度は、従って、１００ｍＭであり、ニトリラーゼの濃度は２ｍｇ・ｍｌ^−１であった。

ニトリラーゼの各々を用いて得られた溶液の化学組成をガスクロマトグラフィーにより分析した。サンプル調製を以下のとおり行った：ジクロロメタン（０．４ｍｌ）を反応混合物（１．０ｍｌ）に添加した。次いで、この混合物を３０秒激しく攪拌し、その後遠心分離した。有機相（０．２ｍｌ）をビス（トリメチルシリル）トリフルオロアセタミド（ＢＳＴＦＡ）（０．０５ｍｌ）で変換した。１５分後、ガスクロマトグラフィーを実施した。

転化率（表１を参照されたい）ならびに鏡像体過剰率（実施例１０〜１４；表２を参照されたい）の判定は、以下のとおりガスクロマトグラフィーにより測定した：
カラム： ＣＰ−キラシル（Ｃｈｉｒａｓｉｌ）−ＤＥＸ ＣＢ、
フロー： ヘリウム（一定、１７ｐｓｉ［１．１７ｂａｒ］）、
インジェクタ温度： ２５０℃、
スプリット： １：１５０、
検出器温度： ２７５℃（ＦＩＤ）
温度プログラム：
ｔ＝０分：７０℃、保持１５分間；ｔ＝１５分：速度２０℃分^−１；ｔ＝１９．５分：１６０℃、保持５．５分間。

Ｒ_ｔ（基質、第１のエナンチオマー、ＴＭＳ−誘導体）： ２．５６分、
Ｒ_ｔ（基質、第２のエナンチオマー、ＴＭＳ−誘導体）： ２．６１分、
Ｒ_ｔ（生成物、第１のエナンチオマー、ＴＭＳ−誘導体）： ８．４４分、
Ｒ_ｔ（生成物、第２のエナンチオマー、ＴＭＳ−誘導体）： ８．７９分、
Ｒ_ｔ（副生成物）： ２．８１分（おそらくはビス−ＴＭＳ−誘導体）。

ニトリラーゼＮＩＴ−１０１〜ＮＩＴ−１０８を用いた上記条件下で実施したすべての反応の、５分間後、５時間後、２４時間後、および４８時間後の転化率が表１にまとめられている。基質濃度の低減の観点からの転化を、すべての酵素反応について検出した（実施例１〜８）。しかしながら、基質転化における低減はまた、ニトリラーゼが用いられなかった実施例９についても観察された。従って、この基質は水中では不安定である。高い転化は、それぞれ、酵素ＮＩＴ−１０２、ＮＩＴ−１０４、ＮＩＴ−１０６、ＮＩＴ−１０７およびＮＩＴ−１０８を用いた実施例２、４、６、７および８において観察された。特に、酵素ＮＩＴ−１０４およびＮＩＴ−１０７は、基質が５時間以内に９０％超で転化されたことから、転化の明らかな増大を示した（それぞれ実施例４および７を参照されたい）。残りの実施例においては、５時間後に初期転化率の増大が少なくとも観察された。

実施した反応のいずれにおいても、基質のエナンチオマーの一方が他方より速くカルボン酸に転化されることはなかった。反応時間とは無関係に、基質の鏡像体過剰率（酵素を含有しない反応を含む）は、常に１０％未満であった。この現象は、例えば、用いた反応条件下での基質のラセミ化により説明され得る。このようなラセミ化は、所望の生成物の高い化学収率の達成が可能な限りにおいて有利である。

［実施例１０〜１４］
完全な転化の後の反応混合物の組成を明らかにするために、ニトリラーゼＮＩＴ−１０２、ＮＩＴ−１０４、ＮＩＴ−１０６、ＮＩＴ−１０７、およびＮＩＴ−１０８のそれぞれとの反応を、半プレパラティブスケール（５．０ｍｌ）で、３０℃で、溶剤としてＫＰ_ｉ緩衝液（５０ｍＭ、ｐＨ７．５、ＤＴＴ２．０ｍＭ、ＥＤＴＡ１．０ｍＭ）中で以下のとおり反復した。

基質（ラセミ３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸ニトリル；７０．０ｍｇ、１００ｍＭ）を、ＫＰ_ｉ緩衝液（４．００ｍｌ）中に溶解した。この溶液に、ＫＰｉ緩衝液（１．０ｍｌ）中に溶解させた対応するニトリラーゼ（１０ｍｇ）を添加した。これらの試験における基質の濃度は、従って、１００ｍＭであり、ニトリラーゼの濃度は２ｍｇ・ｍｌ^−１であった。転化が完了した後、反応混合物をＨＣｌ（ｐＨ１．０）で酸性化した。反応混合物を、次いで、メチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル（ＭｔＢＥ）で２回抽出した。一緒にした有機相をＮａ_２ＳＯ_４で乾燥させ、溶剤を減圧下で除去した。

ニトリラーゼの各々を用いて得られた溶液の化学組成をガスクロマトグラフィーにより分析した。サンプル調製を以下のとおり行った。粗生成物（５ｍｇ）をＭｔＢＥ（０．２ｍｌ）中に溶解させ、次いで、ＢＳＴＦＡ（０．０５ｍｌ）を添加した。１５分後、ガスクロマトグラフィー分析を実施した。結果を表２に示す。

単離した粗生成物を実施例１〜９について上述した条件下でＧＣにより分析した。生成物は、すべての反応において非対称的に生じたように思われた。比較的低い鏡像体過剰率（ｅｎａｎｔｉｏｍｅｒｉｃ ａｃｃｅｓｓ）で基質の高転化率が達成された実施例１０を除き、得られた鏡像体過剰率は、中程度〜高いものであった。最良の結果はＮＩＴ−１０６を用いて得られた（ｅｅ＞９９％、高単離収率）。

ＮＩＴ−１０６により触媒された反応から単離した粗生成物について、融点および比旋光度を測定した：
融点＝１０２．５〜１０４℃
比旋光度＝［α］_Ｄ ^２０＝−１５．３°±２

所望の生成物である、３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸が得られたことを融点により確めた。比旋光度の値は、得られた化合物が［Ｓ］配置を有することを示す。これはまた、この酵素的に生成された化合物のＧＣデータを、市販されている［Ｓ］−３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸から得られたものと比較することによっても確めることができる。

ＮＩＴ１０６は、Ｓエナンチオマーについて＞９９％の鏡像体過剰率値（ｅｅ−値）をもたらした。驚くべきことに、ＮＩＴ１０６は、しかも、残存しているＲ−エナンチオマーのラセミ化を触媒することができる。ＮＩＴ−１０６は、それ故、Ｓエナンチオマーを選択的に生成するために理想的なニトリラーゼである（Ｓエナンチオマーに対する非対称的な方法）。

実施例１５
ラセミ３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸ニトリルを、１，１，１−トリフルオロアセトンとＮａＣＮ水溶液との、４０％硫酸の存在下における１５℃未満の温度での反応により調製した。生成物をジクロロメタンで抽出し、後者を蒸発させて、所与の呈色を有する生成物を得た。この生成物を−２０℃で６日間保持した。この生成物は、ガードナースケールに準拠して測定される呈色差を示さなかった。

Claims (13)

1. フッ素含有α−ヒドロキシニトリルをニトリラーゼの存在下に加水分解する工程を含む、フッ素含有α−ヒドロキシカルボン酸の製造方法。
2. 前記フッ素含有α−ヒドロキシニトリルがα−ヒドロキシα−Ｃ_１〜Ｃ_５−アルキルニトリルである、請求項１に記載の方法。
3. 前記フッ素含有α−ヒドロキシα−Ｃ_１〜Ｃ_５−アルキルニトリルが（Ｓ）−および／または（Ｒ）−３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸ニトリルである、請求項２に記載の方法。
4. 前記ニトリラーゼが、ＮＩＴ−１０２、ＮＩＴ−１０４、ＮＩＴ−１０６、ＮＩＴ−１０７、およびＮＩＴ−１０８からなる群から選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記ニトリラーゼが、ＮＩＴ−１０４、ＮＩＴ−１０６およびＮＩＴ−１０７から好ましく選択される、請求項４に記載の方法。
6. 前記ニトリラーゼがＮＩＴ−１０６である、請求項５に記載の方法。
7. 前記加水分解が、２０〜４０℃の温度で実施される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記加水分解が、０〜２０℃の温度で実施される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記加水分解が、６．５〜８のｐＨで実施される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記加水分解が、有機溶剤中で実施される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記フッ素含有α−ヒドロキシニトリルが光学活性であり、ならびに前記加水分解が、前記フッ素含有α−ヒドロキシニトリルが少なくとも部分的にラセミ化される条件下で実施される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記ラセミ化が前記ニトリラーゼによって触媒される、請求項９に記載の方法。
13. 生成物の呈色が、２以下であるガードナースケールに準拠して測定された色差を示すような様式で保管されたα−ヒドロキシニトリル、特に３，３，３−トリフルオロ２−ヒドロキシ２−メチルプロピオン酸ニトリルの、化学反応、特にニトリラーゼの存在下での加水分解用の出発材料としての使用。