ES2240130T3

ES2240130T3 - Uso de ortoesteres para la sintesis de los acidos quirales en procedimientos de esterificacion irreversible biocatalizados.

Info

Publication number: ES2240130T3
Application number: ES00949401T
Authority: ES
Inventors: Raffaele Morrone; Giovanni Nicolosi; Mario Piattelli
Original assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR
Current assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2005-10-16
Anticipated expiration: 2020-07-25
Also published as: DE60020239T2; DK1196622T3; AU6277300A; ATE295897T1; WO2001007564A3; US6953678B1; DE60020239D1; JP2003521887A; ITME990005A1; PT1196622E; IT1315212B1; EP1196622B1; WO2001007564A2; EP1196622A2

Abstract

Un procedimiento para la resolución de mezclas enantioméricas de un ácido carboxílico quiral de fórmula R-COOH, en la que R es un residuo de hidrocarburo que contiene opcionalmente uno o más heteroátomos y opcionalmente mono- o polisustituidos, que comprende una reacción de esterificación de dicho ácido carboxílico en un disolvente orgánico, en presencia de una hidrolasa estereoselectiva, caracterizado porque se usa como reactivo de esterificación un ortoéster de fórmula R1- C(OR2)3, en la que R1 se selecciona entre H y alquilo C1-C4 y R2 es alquilo C1-C8 o -CH2-ariloC6-10.

Description

Uso de ortoésteres para la síntesis de los ácidos quirales en procedimientos de esterificación irreversible biocatalizados.

Los compuestos quirales enantioméricamente puros están cada vez más solicitados últimamente, ya que estos compuestos se pueden usar en varios campos diferentes (biomédico, agroalimentario, materiales especiales y similares). Los ácidos quirales racémicos se pueden conseguir por medio de esterificación en disolventes orgánicos, catalizada por hidrolasas (lipasa, esterasa, proteasa), como se ilustra a modo de ejemplo en el documento IT-1274482 y el documento IT-1275458.

Cuando un ácido RCOOH racémico reacciona con un alcohol R'OH en presencia de una hidrolasa con estereopreferencia R, este enantiómero será el que reaccione más rápido, experimentando más rápidamente la esterificación, de modo que el ácido que no ha reaccionado se enriquecerá del enantiómero S, de acuerdo con el esquema siguiente:

R-COOH + R'-OH \leftrightarrow (R) \ R-COOR' + (S) \ R-COOH + H_{2}O

Aparentemente, parece posible obtener el isómero S ópticamente puro simplemente ampliando la conversión a un valor suficientemente alto. Sin embargo la reversibilidad de esta reacción hace la situación complicada, ya que el enantiómero R, que es el más rápido en formarse, es también el que más fácilmente experimenta la hidrólisis, en detrimento de las purezas ópticas tanto del éster R como del residuo ácido S (Chen, C. S.; Wu, S. H.; Girdaukas, G. y SiH, C. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 2812-2817).

Los límites anteriormente mencionados también se encuentran en la desimetrización de las formas meso de los ácidos policarboxílicos, cuando se lleva a cabo su esterificación enantiotoposelectiva en presencia de hidrolasas.

Se han propuesto muchos enfoques para superar los problemas relacionados con la reversibilidad de la reacción de esterificación:

a) extracción del agua del equilibrio de reacción mediante adición de sales deshidratantes (Kvittingen, L.; Sjursnes, B. y Anthonsen, T. Tetrahedron 1992, 48, 2793-2802). El inconveniente del procedimiento es que las colisiones entre las partículas de sal y las de enzimas dañan éstas últimas, reduciendo así sus tiempos de vida y haciendo difícil su recuperación.

b) extracción del agua del equilibrio mediante adición de filtros moleculares (Fonteyn, F.; Blecker, C.; Lognay, G.; Marlier, M. y Severin, M. Biotechnol. Lett. 1994, 16, 693-696). Además de los inconvenientes anteriores, también se puede extraer el alcohol, particularmente en el caso de alcoholes moleculares bajos.

c) extracción del agua mediante destilación. Este procedimiento sólo se puede usar cuando el agua es el componente de más bajo punto de ebullición de la mezcla; por lo tanto no se puede usar con alcoholes o disolventes de bajo punto de ebullición.

d) reciclado de los productos de reacción para incrementar su pureza óptica (Morrone, R.; Nicolosi, G.; Patti, A. y Piatelli, M. Tetrahedron: Asymmetry 1995, 6, 1773-1778). Este procedimiento aumenta claramente los costes de producción.

Los documentos EP-A-0510712 y EP-A-0407033 desvelan los procedimientos de esterificación biocatalizada para la síntesis de los ácidos quirales. El uso de ortoésteres no es desvelado por dichos documentos.

El documento US-A-4107439 desvela la preparación de ésteres que usan un ortoéster para extraer el agua de la mezcla de reacción.

Ahora se ha encontrado, y este es el objetivo de la invención, que cuando la reacción se lleva a cabo en presencia de ortoésteres, estos últimos reaccionan con el agua formada durante la reacción, haciendo por lo tanto el procedimiento irreversible.

\vskip1.000000\baselineskip

1

\newpage

Descripción de la invención

La presente invención proporciona por lo tanto un procedimiento para la resolución de mezclas enantioméricas de un ácido carboxílico quiral de fórmula

R-COOH,

en la que R es un residuo de hidrocarburo que contiene opcionalmente uno o más heteroátomos y opcionalmente mono- o polisustituidos, que comprende una reacción de esterificación de dicho ácido carboxílico en un disolvente orgánico, en presencia de una hidrolasa estereoselectiva, caracterizado porque se usa como reactivo de esterificación un ortoéster de fórmula

R^{1}-C(OR^{2})_{3},

en la que

R^{1} se selecciona entre H y alquilos C_{1}-C_{4} y R^{2} es alquilo C_{1}-C_{8} o -CH_{2}-ariloC_{6-10}.

R es preferentemente el residuo de un ácido arilpropiónico antiinflamatorio como los ácidos (\pm)-(R,S)-2-(2-fluoro-4-bifenil)-propiónico, (\pm)-(R,S)-2-(3-benzoilfenil)-propiónico, (\pm)-(R,S)-2-(4-isobutilfenil)-propiónico, (\pm)-(R,S)-2-[4-(1-oxo-2-isoindolinil)fenil]-propiónico, (\pm)-(R,S)-2-[4-(2-tenoil)fenil]-propiónico, (\pm)-(R,S)-2-(6-metoxi-2-naftil)-propiónico.

R^{1} se selecciona preferentemente entre H, metilo, etilo, n-propilo, n-butilo.

La hidrolasa estereoselectiva preferentemente es una lipasa de Candida antarctica, Candida cylindracea, Pseudomonas cepacia, Mucor miehei, Mucor javanicus, Aspergillus niger, páncreas porcino, o una proteasa de Aspergillus subtilis.

La reacción de esterificación se lleva a cabo generalmente a una temperatura de 0-50ºC, preferentemente a 45ºC. De forma similar, se puede usar un gas supercrítico, tal como CO_{2}, como disolvente de reacción.

Se puede usar la forma meso de un ácido bicarboxílico en la reacción de esterificación.

Convenientemente el procedimiento de acuerdo con la invención comprende la etapa de adición de una cantidad de agua o un alcohol con 1-8 átomos de carbono equivalentes al 1-5% en moles comparado con los moles de dicho ácido carboxílico quiral, a la mezcla de reacción, que consiste en el ácido carboxílico, la hidrolasa y el disolvente orgánico,. De este modo la reacción se activa, y después continúa gracias a la formación del alcohol que sigue a la reacción del ortoéster con el agua formada durante la reacción de esterificación.

La suspensión resultante se mantiene en agitación a la temperatura óptima para la enzima usada. El progreso de la reacción se puede controlar mediante los procedimientos analíticos habituales conocidos por los expertos en la técnica. Cuando se alcanza el valor de conversión deseado, del que depende el exceso enantiomérico de los productos deseado, la reacción se detiene mediante filtración de la enzima. Los productos de reacción se recuperan después mediante separación con procedimientos conocidos por los expertos en la técnica.

Alternativamente al uso de ortoésteres, también se pueden usar carbonatos en el procedimiento de la inven-
ción.

La irreversibilidad de la esterificación, llevada a cabo con el procedimiento de la invención, permite preparar ácidos quirales en forma enantiopura (en particular el enantiómero no preferido por la enzima) mediante la ampliación de los tiempos de reacción hasta valores de conversión superiores al 50%.

La figura 1a muestra el cambio de la pureza óptica del sustrato que no ha reaccionado en la esterificación del flurbiprofeno racémico, que depende del tiempo de reacción, cuando se usan metanol, etanol, propanol y butanol como alcoholes, acetonitrilo como disolvente y una lipasa de Candida antarctica (con estereopreferencia R). En la figura 1b se representa el progreso de la reacción, en las mismas condiciones operativas, usando un ortoformiato (metilo, etilo, propilo y butilo respectivamente) como fuente de alcohol.

Cuando se compara el progreso de la reacción con alcoholes (figura 1a) y con ortoformiatos (figura 1b) es evidente que en la esterificación normal del flurbiprofeno el ee del sustrato que no cambia alcanza un valor máximo de 80-85 y después comienza a caer.

Por el contrario, cuando se usan los ortoformiatos el valor ee continúa incrementándose mediante la ampliación del periodo de incubación y por consiguiente del valor de conversión. Con todos los ortoformiatos probados, el valor ee del ácido que no reacciona alcanza el 95-98%.

En la figura 2 se representa la tendencia para la esterificación en el hexano del ácido 2-metilvalérico en presencia de lipasa de Candida cylindracea (estereopreferencia S). La esterificación con alcohol (figura 2a) muestra el curso habitual de las reacciones reversibles y el ee del ácido residual desciende cuando la conversión se amplía mucho más del 50%. La esterificación con el uso de ortoformiatos se realizó como una reacción irreversible (figura 2b) y con el mejor de los cuatro probados, el ortoformiato de tributilo, el valor ee del sustrato remanente obtenido es > 98.

Obviamente, el procedimiento aquí propuesto se puede usar no sólo en la resolución de ácidos quirales, sino también en la esterificación de ácidos aquirales, en particular cuando son muy caros, para incrementar el rendimiento llevando el equilibrio hasta la finalización.

Los siguientes ejemplos describen la invención con más detalle.

Ejemplo 1 Preparación de S-flurbiprofeno enantiopuro

Se añadió Novozym 435® (lipasa de Candida antarctica) (100 g) a una disolución de flurbiprofeno racémico (41 mmol, 10 g) en CH_{3}CN (1 litro) que contiene ortoformiato de tripropilo (123 mmol, 26,5 ml) y 0,1 ml de n-propanol. La mezcla se incubó a 45ºC en agitación (300 rpm) y la conversión y el ee del flurbiprofeno que no reacciona se siguieron mediante HPLC usando una columna Chirex R-NGLY y DNB (250 x 4,0 mm). Después de 6 días la conversión había alcanzado el 60% y la reacción se detuvo filtrando la enzima. La extracción en vacío del disolvente dejó un residuo que se repartió entre hexano y NaHCO_{3} acuoso (3 g en 200 ml de agua). La fase orgánica se lavó con agua, se secó sobre Na_{2}SO_{4} y se extrajo el disolvente para proporcionar 6,8 g de éster propílico de (-)-R-flurbiprofeno (rendimiento 58%, ee 64%). RMN ^{1}H (CDCl_{3}): \delta 0,89 (t, 3H, J = 7 Hz), 1,54 (d, 3H, J = 7 Hz), 1,65 (m, 2H), 3,78 (c, 1H, J = 7 Hz), 4,06 (t, 2H, J = 6 Hz), 7,1-7,6 (m, 8H). Calc. anal. para C_{18}H_{19}FO_{2}; C, 75,70; H, 6,69. Hallado: C. 75,62; H, 6,89.

La acidificación de la fase acuosa con H_{2}SO_{4} dio un precipitado de (+)-S-flurbiprofeno (3,9 g, rendimiento 39%, ee >98%). Calc. anal. para C_{15}H_{13}FO_{2}; C, 73,76; H, 5,36. Hallado: C. 73,90; H, 5,52.

Ejemplo 2 Preparación de ácido (R)-2-metilvalérico enantiopuro

Se añadió lipasa de Candida cylindracea (50 g) a una disolución de ácido 2-metilvalérico racémico (86,2 mmol, 10 g) en hexano (500 ml) que contiene ortoformiato de tributilo (86,2 mmol, 23 ml) y 0,1 ml de n-butanol. La mezcla se incubó a 45ºC en agitación (300 rpm). La conversión y el ee del butiléster se siguieron mediante CG usando una columna de \beta-ciclodextrina (dimetilpentilbetacdx/OV1701 3:7). Después de 48 horas la conversión había alcanzado el 65% y la reacción se detuvo filtrando la enzima. Después de repartirla con NaHCO_{3} acuoso (3 g en 200 ml de agua) la fase del hexano se secó sobre Na_{2}SO_{4} y se evaporó en vacío para proporcionar 9,6 g de éster butílico del ácido (S)-2-metilvalérico (rendimiento 65%, ee 53%). Datos de EM de acuerdo con lo publicado en la bibliografía (Kim Ha, J.; Lindsay, R. C.; J. Food Compos. Anal. 1989, 2, 118-131). Calc. anal. para C_{10}H_{20}O_{2}; C, 69,72; H, 11,70. Hallado: C, 69,98; H, 11,84.

La fase acuosa se acidificó con H_{2}SO_{4}, se extrajo tres veces con hexano y se combinó la fase orgánica. La extracción en vacío del hexano dio 3,5 g de ácido (R)-2-metilvalérico (rendimiento 35%, ee >97%). [a]_{D}^{20} = 18,2 (puro); ([a]_{D}^{20} = 18,4 (puro), según la bibliografía); Levene, P. A.; Marker, R. E. J. Biol. Chem. 1932, 98,1). Calc. anal. para C_{6}H_{12}O_{2}; C, 62,04; H, 10,41. Hallado: C. 62,31; H, 10,52.

Claims

1. Un procedimiento para la resolución de mezclas enantioméricas de un ácido carboxílico quiral de fórmula

R-COOH,

en la que R es un residuo de hidrocarburo que contiene opcionalmente uno o más heteroátomos y opcionalmente mono- o polisustituidos, que comprende una reacción de esterificación de dicho ácido carboxílico en un disolvente orgánico, en presencia de una hidrolasa estereoselectiva, caracterizado porque se usa como reactivo de esterificación un ortoéster de fórmula

R^{1}-C(OR^{2})_{3},

en la que R^{1} se selecciona entre H y alquilo C_{1}-C_{4} y R^{2} es alquilo C_{1}-C_{8} o -CH_{2}-ariloC_{6-10}.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que R^{1} se selecciona entre H, metilo, etilo, n-propilo, n-butilo.

3. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicha hidrolasa estereoselectiva es una lipasa seleccionada entre Candida antarctica, Candida cylindracea, Pseudomonas cepacia, Mucor miehei, Mucor javanicus, Aspergillus niger, páncreas porcino, o una proteasa de Aspergillus subtilis.

4. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha reacción de esterificación se lleva a cabo a una temperatura de 0-50ºC, preferentemente a 45ºC.

5. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende la etapa de adición de una cantidad de agua o un alcohol con 1-8 átomos de carbono equivalentes al 1-5% en moles comparado con los moles de dicho ácido carboxílico quiral a la mezcla de reacción.

6. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se usa como sustrato en dicha reacción de esterificación la forma meso de un ácido bicarboxílico.

7. Un procedimiento según las reivindicaciones anteriores 1-6, en el que dicho ácido carboxílico se selecciona entre los ácidos (\pm)-(R,S)-2-(2-fluoro-4-bifenil)-propiónico, (\pm)-(R,S)-2-(3-benzoilfenil)-propiónico, (\pm)-(R,S)-2-(4-isobutilfenil)-propiónico, (\pm)-(R,S)-2-[4-(1-oxo-2-isoindolinil)fenil]-propiónico, (\pm)-(R,S)-2-[4-(2-tenoil)fenil]-propiónico, (\pm)-(R,S)-2-(6-metoxi-2-naftil)-propiónico.

8. El uso de un ortoéster de fórmula

R^{1}-C(OR^{2})_{3}

en la que R^{1} se selecciona entre H y alquilo C_{1}-C_{4} y R^{2} es un alquilo C_{1}-C_{8} o un -CH_{2}-ariloC_{6-10},

en combinación con una hidrolasa estereoselectiva en la resolución de mezclas enantioméricas de ácidos quirales carboxílicos.

9. El uso según la reivindicación 8, en el que dicha hidrolasa es una lipasa seleccionada entre Candida antarctica, Candida cylindracea, Pseudomonas cepacia, Mucor miehei, Mucor javanicus, Aspergillus niger, páncreas porcino, o una proteasa de Aspergillus subtilis.