光学活性的1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯衍生物的制备方法 描述
本发明涉及对映体富集的用下式表示的1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯衍生物的制备方法：式中R1是氢、烷基、芳基或环烷基，R2是酰基。本发明特别涉及使上述衍生物进一步反应，产生对映体富集的用式IV表示的相应1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯化合物
对映体富集的式IV表示的1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯，如(1R，4S)-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯是制备碳环核苷如carbovir(Campbell等，J.Org.Chem.1995，60 4602-4616)的重要中间体。
在下文中，“对映体富集的”化合物可理解为一种对映体过量20％的化合物。
至今已知有许多制备(1R，4S)-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯的方法。例如，WO 97/45529揭示了一种(1R，4S)-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯的生物工程制备方法。该方法以外消旋地顺-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯为原料，使用将其作为唯一碳源、唯一氮源或唯一碳氮源的微生物。该方法的缺点是必须在发酵池中进行。
本发明的目的是提供一种制备对映体富集的式I和II表示的1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯衍生物和对映体富集的式IV表示的1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯化合物的可供选择的简单和低成本的方法。
上述目的用权利要求1、5和7中所述的方法来实现。
本发明的目的按权利要求1来实现，即在酰化剂的存在下用水解酶将式III表示的外消旋的1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯衍生物式中R1是氢、或任意取代的直链或支链C1-8烷基、芳基或环烷基，转化为式I和II表示的对映体富集的1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯衍生物，式中R1如上所述，R2是任意取代的酰基。
式III表示的外消旋1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯衍生物原料可以按WO97/45529所述的方法(±)-2-氮杂双环[2.2.1]庚-5-烯-3-酮。较好选择使用顺式外消旋离析物(Edukt)。
本文中所用的术语“烷基”包括直链和支链烷基。烷基可以被取代或未被取代。C1-8烷基具体是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、戊基及其异构体、己基及其异构体、庚基及其异构体或辛基及其异构体。取代的C1-8烷基可理解为被一个或多个卤原子、OR3或NR3R4取代的C1-8烷基。R3和R4可以相同或不同，可以为氢或直链或支链的C1-8烷基、芳基或环烷基。所用的卤原子可以是F、Cl、Br、或I。NR3R4的实例为甲氨基、N-甲基-N-乙氨基、1-哌啶子基(piperidinyl)或氨甲基。OR3的实例是甲氧基、甲氧甲基、乙氧基、丙氧基或苯氧基。
芳基较好理解为被取代或未被取代的苄基或苯基。取代的芳基可理解为被一个或多个卤原子、C1-4烷基、C1-4烷氧基、氨基、氰基或硝基取代的芳基。所有的取代苄基较好是氯代或溴代苄基，所用的取代苯基较好是溴代或氯代苯基。
环烷基较好是被取代或未被取代的C3-7环烷基，如环丙基、环戊基或环己基。合适取代基的实例是上述芳基的取代基。
酰基相应于所用酰化剂的酸部分。
酰基较好是C1-6链烷酰基。它可以是未被取代的或被一个或多个卤原子、C1-4烷氧基、芳基、羟基、氨基、氰基、硝基和/或COOR(R是C1-4烷基)取代。未被取代或被取代的酰基的实例是乙酰基、丙酰基、丁酰基、氯代乙酰基、溴代乙酰基、二氯代乙酰基、氰基乙酰基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、甲氧基乙酰基、羟基丁酰基、羟基己酰基、苯基羰基、氯代苯基羰基和苄基羰基。
合适的酰化剂一般是羧酸衍生物，如羧酰胺、羧酸酐或羧酸酯。
所用的羧酸酯可以烷氧基羧酸酯，如甲氧基乙酸乙酯或甲氧基乙酸异丙酯；C1-6羧酸酯，如乙酸丁酯、丁酸乙酸、丁酸苯酯、丁酸三氯乙酯、己酸乙酯、丁酸乙烯酯；甘油酯，甘油三丁酸酯；乙二醇酯，如乙二醇二丁酸酯；二甘醇酸二乙酯，或二羧酸酯，如丁二酸乙烯酯；氰基取代的羧酸酯，如氰基乙酸酯或环羧酸酯，如丁内酯、己内酯。
所用的羧酰胺可以是与上述酯相应的酰胺。
所用的羧酸酐可以是简单、混合或环状酸酐，如丁酸酐、乙酸·苯甲酸酐、丁二酸酐。
所用的水解酶可以是脂酶、酯酶或蛋白酶。适合用作脂酶的是常见的酯酶，如米曲霉菌的Novo-脂酶SP 523(Novozym 398)、米曲霉菌的Novo-脂酶SP524(脂酶＝来源于Novo的Palatase 20000L)、南极洲(antarctica)念珠菌的Novo-脂酶SP 525(Lipase B Novozym 435，固定化酶)、南极洲念珠菌的Novo-脂酶SP526(Lipase A＝Novozym 735，固定化酶)、Fluka(1 & 2)的脂酶试剂盒、Amano P脂酶、假单胞菌属的脂酶、圆筒形念珠菌的脂酶、脂解念珠菌的脂酶、米黑毛霉菌的脂酶、爪哇毛霉菌(Amano)的脂酶、黑曲霉菌的脂酶、嗜热小链形芽孢杆菌的脂酶、南极洲念珠菌的脂酶、脂酶AH(Amano；固定化酶)、脂酶P(Nagase)、玫瑰念珠菌的脂酶AY、脂酶G(Amano 50)、脂酶F(AmanoF-AP15)、脂酶PS(Amano)、脂酶AH(Amano)、脂酶D(Amano)、荧光假单孢菌的脂酶AK、洋葱假单胞菌的脂酶PS、雪白根霉菌的Newlase、脂酶PS-CI(洋葱假单胞菌的固定化脂酶)。
如本领域中技术人员所知，这些脂酶可作为无细胞的酶提取物使用，或在相应的微生物细胞中使用。
合适的蛋白酶可以是市售的蛋白酶，如丝氨酸蛋白酶，如枯草杆菌蛋白酶(subtilisin)。所用的蛋白酶例如可以是芽胞杆菌属的Savinase、Alcalase、地衣芽孢杆菌的蛋白酶和曲霉菌、根霉菌、链霉菌或芽胞杆菌的蛋白酶。
视选择何种水解酶，式III表示的外消旋(如顺式-外消旋)的1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯的两个对映体之一被酰化(式I的化合物)，而另一个对映体保持不变(式II的化合物)。然后可以分离这两种对映体。
不同的水解酶可以有不同的立体专一性。例如，如果使顺式-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯与脂酶M和酰化剂反应，则立体专一地使(1R，4S)-对映体酰化，并能从未酰化的(1S，4R)-对映体中分离出来。如果使用Savinase(来源于芽孢杆菌属的蛋白酶)之类的水解酶，则立体专一地使(1S，4R)-对映体酰化，而(1R，4S)-对映体则保持不变。
水解酶催化的酰化反应宜在0-70℃之间，优先选择在15-45℃之间的温度进行。
水解酶催化的酰化反应可以在质子或非质子有机溶剂中进行。合适的非质子有机溶剂是醚、脂族烃、有机碱和羧酸衍生物。可用的醚是叔丁基·甲基醚，二异丙基醚、二丁基醚、二噁烷或四氢呋喃。合适的脂族烃是己烷、庚烷、辛烷。合适的有机碱是吡啶或三烷基胺，如三乙胺。可用的羧酸衍生物例如是乙酸乙酯或上述的酰化剂。
在水解酶催化的酰化反应中形成的对映体富集的式I或II表示的1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯衍生物在分离后可直接用化学方法水解成对映体富集的式IV表示的1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯异构体。或者，通过选择合适的水解条件，先将分离出的对映体富集的式I表示的1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯衍生物分步水解为对映体富集的式II表示的相应1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯衍生物。然后，如有需要，可通过进一步的化学水解法转化为对映体富集的式IV表示的相应1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯衍生物。
化学水解宜用碱金属氢氧化物或氨进行。所用的碱金属氢氧化物可以是氢氧化钠或氢氧化钾。
进行化学水解的温度宜为20-100℃，较好为60-80℃。
对映体富集的式I表示的优选1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯衍生物是(1R，4S)-和(1S，4R)-N-乙酰基-1-氨基-4-丙基羰氧甲基-2-环戊烯(R1＝甲基，R2＝丙基羰基)，优选的式II表示的1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯衍生物是(1R，4S)-和(1S，4R)-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯。这些化合物较好用化学方法水解生成(1R，4S)-或(1S，4R)-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯。
实施例
实施例1
将50毫克顺式-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯和250微升丁酸乙烯酯溶解在5毫升2-甲基-2-丁醇中。加入300毫克脂酶M(来源于爪哇毛霉；Amano)，然后在室温下将该悬浮液搅拌。16小时后，(1S，4R)-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯的对映体过量为98.5％(GC)。
分离形成的(1S，4R)-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯和(1R，4S)-N-乙酰基-1-氨基-4-丙基羰氧甲基-2-环戊烯(在硅胶60上进行色谱分离)后，将两种化合物分别加入2M氢氧化钠水溶液中。在80℃搅拌(70小时)下将(1S，4R)-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯转化为对映体纯或对映体富集的顺式1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯，而在室温搅拌(5小时)下(1R，4S)-N-乙酰基-1-氨基-4-丙基羰氧甲基-2-环戊烯被转化成对映体纯或对映体富集的顺式-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯。
实施例2
将10毫克顺式-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯和50微升丁酸乙烯酯溶解在1毫升二噁烷中。加入30毫克脂酶M(来源于爪哇毛霉；Amano)，然后在室温下将该悬浮液搅拌。20小时后，(1S，4R)-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯的对映体过量为91.0％(GC)。
实施例3
将10毫克顺式-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯和50微升丁酸乙烯酯溶解在1毫升2-甲基-2-丁醇中。加入40毫克Savinase(来源于芽孢杆菌属的蛋白酶；Novo Nordisk)，然后在室温下将该悬浮液搅拌。20小时后，(1R，4S)-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯的对映体过量为91.7％(GC)。
实施例4
将10毫克顺式-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯和50微升丁酸乙烯酯溶解在1毫升二噁烷中。加入40毫克Savinase(来源于芽孢杆菌属的蛋白酶；Novo Nordisk)，然后在室温下将该悬浮液搅拌。200小时后，(1R，4S)-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯的对映体过量为81.7％(GC)。
实施例5
将100毫克顺式-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯和0.5毫摩尔丁酸乙烯酯溶解在1毫升2-甲基-2-丁醇中。加入20毫克脂酶PS(来源于洋葱伯克霍尔德氏菌)，然后在室温下将该悬浮液搅拌。21小时后，(1R，4S)-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯的对映体过量为44％(GC)。
实施例6
将10毫克顺式-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯和0.03毫摩尔甘油三丁酸酯溶解在1毫升2-甲基-2-丁醇中。加入20毫克脂酶PS(来源于洋葱伯克霍尔德氏菌)，然后在室温下将该悬浮液搅拌。200小时后，(1R，4S)-N-乙酰基-1-氨基-4-羟甲基-2-环戊烯的对映体过量为32％(GC)。