DD285094A5 - Verfahren zur enantiomerentrennung von 3-oxo-cyclopentan-1-alkan-saeuren - Google Patents

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acid
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oxo
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iii
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Robert Kramell
Gernot Schneider
Juergen Schmidt
Guenther Sembdner
Klaus Schreiber
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Akademie Der Wissenschaften Der Ddr,Dd
Adw Der Ddr,Inst. F. Biochemie Der Pflanzen,Dd
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung eines Enantiomerengemisches von 3-Oxo-cyclopentan-1-alkansaeuren der allgemeinen Formel I durch Derivatisierung mit einer optisch aktiven Hydroxycarbonsaeure der allgemeinen Formel II. Nach Trennung und anschlieszender Spaltung der Diastereomeren der allgemeinen Formeln IIIa und IIIb erhaelt man die Enantiomeren. Beispielsweise wird die Enantiomerentrennung der Jasmonsaeure (I; * n1) mit * oder * (II; R2Phenyl) durchgefuehrt. Formeln I bis III{Enantiomerentrennung; 3-Oxo-cyclopentan-1-alkansaeuren; Hydroxycarbonsaeure; Mandelsaeure; Jasmonsaeure; Dihydrojasmonsaeure}

Description

Hierzu 1 Seite Formeln
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Enantiomerentrennung von 3-Oxo-cyclopentan-i-alkansäuren über Diastereomere. Optisch aktive S-Oxo-cyclopentan-i-alkansBuren sind für die Erforschung physiologischer und biochemischer Prozesse der Pflanze und als potentielle Wachstumsregulatoren für die Landwirtschaft sowie als Duftkomponenten für Kosmetika von Bedeutung.
Charakteristik der bekannten technischen Lesungen Für die Auftrennung eines Isomerengemisches der Jasmonsäure (I; R1 = 2'(Z)-Pentenyl, η = 1) bzw. ihres Methylesters sind
folgende Verfahren bekannt.
Die Auftrennung isomerer Jasmonsäure wurde durch Derivatisierung mit (S)-(- !-Borneol und chromatographische Trennung
der diastereomeren Bomylderivate sowie anschließende hydrolytische Zerlegunp der Diastereomeren erreicht (NISHIDA fat al.
Agric. Biol. Chem. 49,769-772 (1985]). Die Acetalisierung von racemischem Jasmonsäuremethylester mit dei.i chiralen Alkohol (2 R, 3 R)-(-)-Butandiol führte zu einem Diastereomerengemisch, dessen Trennung mittels Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) und Zerlegung reine (1S,
2 S)-(+)-Jasmonsäure und das (1R, 2 R)-(-)-Enantiomere in einer optischen Reinheit von 81 bis 82%, bezogen auf den optischen
Antipoden, lieferte (YAMANE et al. Agric. Biol. Chem. 45,1709-1711 [19811). Ein wesentlicher Nachteil der aufgeführten Verfahren besteht in der aufwendigen Trennung der erhaltenen Diastereomerengemische, die trotz des Einsatzes moderner chromatographischer Verfahren wie der HPLC-Technik erst nach
wiederholter Chromatographie gelingt und dennoch teilweise unvollständig ist.
Des weiteren wurde (±)-Jasmonsäure mit einer (S)- oder (R)-Aminosäure derivatisiert, wobei die Trennung der Diastereomerengemische durch Chromatographie an Silikagel erfolgte (KRAMELL et al. Tetrahedron 44,5791-5807 [1988]). Die Derivatisierung racemischer Acetoxyjasmonsäure (I; R1 = 5'-Acetoxy-pent-2'(Z)-enyl, η = 1) mit (S)-Phenylalaninmethylester
lieferte ein Diastereomerengemisch, das mittels HPLC getrennt v/erden konnte (BOHLMANN et al. Tetrahedron 40,2537-2540
Die nach den aufgeführten Verfahren erhaltenen Diastereomeren weisen eine stabile Amidbindung auf, so daß die zur Freisetzung der ^nantiomeren der 3-Oxo-cyclopentan-1 -essigsauren erforderliche Zerlegung der diastereomoren Derivate mit Problemen verbunden ist. Die Trennung von Enantiomerengemischen anderer 3-Oxo-cyclopentan-i -alkansäuren wurde noch
nicht beschrieben.
Ziel der Erfindung
Es ist das Ziel der Erfindung, optisch aktive Vertreter vom Typ der 3-Oxo-cyclopentan-i-alkansäuren für die praktische Anwendung in der Landwirtschaft und in der kosmetischen Industrie sowie für die Wirkungsanalyse auf dem Gebiet der Forschung bereitzustellen.
-2- 285 094 Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, optisch aktive S-Oxo-cyclopentan-Valkansäuren durch Auftrennung eines Enantiomerengemlsches über solche Dlastereomeren zu gewinnen, die einfacher und effektiver zu trennen sind und anschließend unproblematisch zerlegt werden können.
Eifindungsgemäß wird das dai lurch erreicht, daß man Er.antiomerengemische von S-Oxo-cyclopentan-i-alkansäuren der allgemeinen Formel I mit eine' chiralen Hydroxycarbonsäure der allgemeinen Formel Il derivatisiert, die erhaltenen Diastereomeren der allgemeinen Formeln III a und III b trennt und anschließend hydrolytisch zerlegt. In den allgemeinen Formeln bedeuten R1 Pentyl, Pentenyl, Pentinyl, substituiertes Pentyl, substituiertes Pentenyl oder substituiertes Pentinyl, wobei der Si bstituent beispielsweise eine Hydroxy- oder Acetoxygruppe sein kann, R2 Alkyl oder Phenyl und η 1 bis 7. Für die Praxis von Interesse Ist das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise für die Enantiomerentrennung von Jasmonsäure (I; R1 = 2'(Z)-Pentenyl, η = 1) oder Dihydrojasmonsäure (I; R1 = n-Pentyl, η = 1).
Zur Darstellung der diastereomeren Derivate der allgemeinen Formeln III a und III b wird die Carboxygruppe der 3-Oxocyclopentan-1-alkansäuren aktiviert. Eine vorteilhafte Ausführung besteht in der Mischanhydrid-Methode, wobei die Reaktion mit einem Chlorkohlensäureester, bevorzugt Chloramelsensäureisobutylester, in Anwesenheit einer tertiären Base, beispielsweise Triethylamin, In einem aprotischen Lösungsmittel, wie Tetrahydrofuran, durchgeführt wird. Die Aktivierung erfolgt in der Kälte, im allgemeinen bei etwa -100C. Das erhaltene gemischte Anhydrid wird ohne Isolierung zur Derivatisierung eingesetzt.
Erfindungsgemäß führt man die Derivatisierung der aktivierten 3-Oxo-cyclopentan-i-alkansäuren mit der chiralen Hydroxycarbonsäure der allgemeinen Formel Il in einem aprotischen Lösungsmittel, beispielsweise in zyklischen Ethern, in Gegenwart eines tertiären Amins, vorzugsweise Triethylamin oder Tri-n-butylamin, durch. Dabei arbeitet man im allgemeinen bei Temperaturen zwischen 0°C und Raumtemperatur. Als Hydroxycarbonsäure der allgemeinen Formel Il wird für das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere (R)-H- oder (S)-(+)-Mandelsäure (II; R2 = Phenyl) eingesetzt. Die Diastereomeren der allgemeinen Formeln lila und IHb c ithalten eine freie, unsubstituierte Carboxygruppe, was besonders vorteilhaft für die chromatographische Trennung der Diastereomerengemische ist. Die Diastereomeren lila und IIIb kann man sowohl mittels Umkehrphasen-HPLC als auch durch Normalphasenchromatographie an unmodifiziertem Silikagel trennen. Die hydrolytische Zerlegung der Diastereomeren der allgemeinen Formeln III a und III b führt man mit einer anorganischen Base, beispielsweise einam Alkalihydroxid, oder mit einer Mineralsäure, bevorzugt Salzsäure, durch. Dabei arbeitet man bei Raumtemperatur oder unter Erwärmen, beispielsweise auf 600C. Die freigesetzten Enantiomeren von 3-Oxo-cyclopentan-ialkansäuren der allgemeinen Formel I werden anschließend gereinigt, vorzugsweise durch Chromatographie oder Destillation. Die größte Bedeutung hat das erfindungsgemäße Verfahren für die Enantiomerentrennung der Jasmonsäure (I; R1 = 2'(Z)-Pentenyl, η = 1). Die einfachere Trennbarkeit der erfindungsgemäß hergestellten Diastereomeren stellt einen entscheidenden Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren zur Racematspaltung der Jasmonsäure dar, die zur Trennung der Diastereomerengemische den mehrmaligen Einsatz der HPLC-Technik erfordern. Die Säulenchromatographie der durch Derivatisierung von Jasmonsäure mit optisch aktiver Mandelsäure erhaltenen Diastereomeren III a und III b an unmodifiziertem Silikagel führt bereits im ersten Trennschritt zu einer starken Anreicherung der diastereomeren Derivate, so daß man nach einer zweiten Trennoperation reine Diastereomeren erhält. Bei Einsatz der HPLC-Methode können die Diastereomeren bereits durch einmalige Chromatographie getrennt werden. Ausgehend von (Rl-(-)-Mandelsäure tritt das diastereomere Derivat der (1R, 2 R)-(—!-Jasmonsäure (HIb) in der Elutionsfolge vor dem Diastereomeren lila auf. Bei Einsatz von (S)-(+)-Mandelsäure weisen die Diastereomeren ein inverses Elutionsprofil auf, wobei das diastereomere Derivat der (1S, 2S)-(+)-Jasmonsäure (lila) vor dem Diastereomeren III b eluiort wird. Die erhaltenen Diastereomeren O-[(1 R, 2 R)-(-)-Jasmonoyl]-(R)-mandelsäure und O-[(1 S, 2 S)-(+)-Jasmonoyl]-(S)-mandelsäure kann man kristallisieren. Zur Freisetzung der Enantiomeren der Jasmonsäure hydrolysiert man die Diastereomeren lila bzw. INb beispielsweise mit 1 molarer Natronlauge oder 1 molarer Salzsäure 12 Stunden bei Raumtemperatur und erhält nach chromatographischer Reinigung (1S, 2S)-(+!-Jasmonsäure bzw.(1 R, 2 R)-(-)-Jasmonsäure. Die Erfindung wird nachfolgend durch Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Ausführungsbeisplele
Beispiel 1
Trennung racemischer Jasmonsäure mit (R)-(-l-Mandelsäure
Eine Lösung von 630 mg (3 mmol) racemischer Jasmonsäure in 10 ml abs. Tetrahydrofuran wird bei etwa -10°C mit 0,42 ml Chlorameisensäureisobutylester und 0,45ml Triethylamin versetzt. Nach 30min filtriert man den Niederschlag ab, gibt das Filtrat bei 4°C zu 760 mg (5 mmol) (R)-(-l-Mandelsäure, gelöst in 10 ml abs. Tetrahydrofuran und 0,75 ml Triethylamin, und läßt 12 h bei Raumtemperatur rühren. Nach Einengen i. Vak. wird der Rückstand an Silikagel mit dem Eluenten A (n-Hexan/EtOAc/ HOAc = 60/40/1 [v/v]) Chromatographien. Die mit dem jeweiligen Diastereomeren angereicherten Fraktionen werden mit dem Eluenten B (CHCI3ZEtOAcZHOAc = 180/20/3 [v/v]) rechromatographiert,wobei das Diastereomere lila (133mg; [α]2/ -36,6°; Carbonyl-Cotton-Effekt a = +86,1 [c = 0,29, MeOH]) nach dem Diastereomeren IHb (119mg; [α]" -141,1°; a = -69,6 [c = 0,21, MeOH]) eluiert. Das Diastereomere IHb kristallisiert aus einem Chloroform/n-Hexan-Gemisch (Schmp. 125-128°C).
."dur Freisetzung von (1S, 2S)-(+)-Jasmonsäure werden 100mg des Diastereomeren IHa (R1 = 2'(Z)-Pentenyl) in MeOH gelöst und mit 1N NaOH hydrolysiert. Anschließend wird mit verdünnter HCI angesäuert, mit Chloroform extrahiert und der Rückstand der organischen Phase zweimal an Silikagel mit den Eluenten A und C (CHCI3ZMeOHZH2O = 140/20/1 IvN]) Chromatographien.
Unter diesen Bedingungen werden 33,2mg (1S, 2S)-(+)-Jasmonsäure ([al" +84,1°; a = +71,9 [c = 0,53, MeOH]) erhalten.
Die unter analogen Bedingungen durchgeführte Zerlegung des Diastereomeren III b (R1 = 2'(Z)-Pentenyl) liefert nach Chromatographie 35,5mg (1R, 2R)-(-)-Jasmonsäure ([al" -80,0°; a = -72,3 [c = 0,61, MeOH]).
Beispiel 2 Trennung racemischer Jasmonsäure mit (SM+l-Mandelsäure
320mg (1,5mmol)(±)-Jasmonsäure werden In BmI abs. Tetrahydrofuran gelöst und mit 0,21 ml Chlorameisensäurebutylester in Gegenwart von 0,225ml Triethylamin bei etwa -100C aktiviert. Nach 33min gibt man das Filtrat bei 40C zu einer Lösung von 456 mg (3 mmol) (S)-(+)-Mandelsäure und 0,45 ml Triethylamin In 5 ml abs. Tetrahydrofuran und läßt 12 h rühren. Nach Einengen i. Vak. erfolgt die Trennung des Diastereomerengemlsches mittels präparativer HPLC: Lichrosorb RP18 (7μηι, 10 χ 260mm) Eluent:MeOH/0,2%HOAc = 65/35 (v/v),4ml/min, Detektion bei 230nm,tR(lila) = 23,5min, t„ (IHb) = 26,1 min; jeweils injizierte Menge: max. 6 mg. In derElutionsfolgo tritt das Diastereomere HIa (108 mg; [a]Se+137,6°;a = +72,0 [c = 0,24, MeOH)) vordem Diastereomeren III b (89mg; [a]" +42,9"; a = -89,9 [c = 0,50, MeOH]) aus. Das Diastereomere III a kristallisiert aus einem Chloroform/n-Hexan-Gemisch (Schmp. 129-131 "C).
Zur Freisetzung von (1S, 2S)-(+)-Jasmons8ure wird das Diastereomere IHa (20mg) mit 1N Salzsäure 12h hydrolysiert. Die Chromatographie des Chloroform-Extraktes an Silikagel mit den Eluenten A und C liefert 12,6mg des EnaMiomeren ([α]" +84,7°; a = +76,9 (c = 0,50, MeOH)). Die hydrolytische Zerlegung des Diastereomeren HIb unter analogen Bedingungen führt zur Gewinnung von 11,0mg (1R, 2R)-(-)-Jasmonsäure ([α]" -81,4°; a = -76,7 [c = 0,44, MeOH)).
(CHJ
COOH
2'n
R2~CH-C00H OH
Il
"^0--CH-COOH

Claims (7)

1. Verfahren zur Enantiomerentrennung von S-Oxo-cyclopentan-i-alkansäuren der allgemeinen Formel I, gekennzeichnet dadurch, daß man das Enantiomerengemisch mit einer chiralen Hydroxycarbonsäure der allgemeinen Formel Il derivatisiert, die erhaltenen Diastereomeren der allgemeinen Formeln III a und III b trennt und anschließend hydrolytisch zerlegt, wobei in den allgemeinen Formeln R1 Pentyl, Pentenyl, Pentinyl, substiuiertes Pentyl, substituiertes Pentenyl oder substituiertes Pentinyl, R2 Alkyl oder Phenyl und η = 1 bis 7 bedeuten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß man die 3-Oxo-cyclopentan-1-alkansäuren in aktivierter Form in Gegenwart eines tertiären Amins in einem aprotischen Lösungsmittel mit der chiralen Hydroxycarbonsäure umsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß man als Lösungsmittel zyklische Ether einsetzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß man als chirale Hydroxycarbonsäure (RM-)-Mandelsäure oder (S)-(+)-Mandelsäure (II; R2 = Phenyl) verwendet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man die Enantiomerentrennung bei Jasmonsäure (I; R1 = 2'(Z)-Pentenyl, η = 1) vornimmt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß man die Diastereomeren der allgemeinen Formeln III a und III b mit einer anorganischen Base hydrolytisch zerlegt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß man die Diastereomeren der allgemeinen Formeln III a und HIb mit einer Mineralsäu 'θ hydrolytisch zerlegt.
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