Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von ß-Amino-α-hydroxy-carbonsäuren und Derivate der allgemeinen Struktur (2R,3S)- oder (2S,3R)-N-(X,Y) -3-Amino- 2-hydroxy-3-phenyl-propionsäure-Z der Formel I

Formel I

NXY worin X H, (Cι-C ₆ ) Alkyl, Benzyl,

Y (Ci-Cβ) Alkyl, Benzyl, Formyl, COR ¹ oder C0 ₂ R ² ,

X,Y zusammen Phthaloyl, Maleinoyl oder Maloneyl,

R ¹ (Cι-C ₆ ) Alkyl, Phenyl, Benzyl, NH ₂ , 4-N0 ₂ -Phenyl oder

4-N0 ₂ -Benzyl, R ² (Cι-C ₆ ) Alkyl, Phenyl, Benzyl, 4-N0 ₂ -Phenyl oder

4-N0 ₂ -Benzyl, Z H, (C ₁ -C5) Alkyl, Phenyl, Benzyl, 4-N0 ₂ -Benzyl,

4-N0 ₂ -Phenyl oder Allyl

bedeuten.

Verbindungen des Typs I sind wertvolle Zwischenstufen bei der Totalsynthese für Taxol (Paclitaxel) , das zur Behandlung von diversen Krebsarten Einsatz findet.

Eine unter Formel I fallende Verbindung (2R,3S)-N-Benzoyl- 3-amino-2-hydroxy-3-phenylpropionsäuremethylester der Formel II

Formel II

ist beispielsweise in Tetrahedron Letters 35, 2845 (1994) ebenfalls ausgehend von optisch aktivem Phenylglycin beschrieben und hat als einen Schlüsselschritt die enzymatische Reduktion eines α-Ketoester. Ein wesentlicher Nachteil dieser Synthesemethode ist, daß die Verbindung der Formel II in lediglich 12 % Ausbeute isoliert werden kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demnach, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das höhere Ausbeuten liefert und dabei umweltfreundlich und ökonomisch abläuft.

Das erfindungsgemaße Verfahren geht von

a) (S)- oder (R) -Phenylglycin der Formel III

Formel III

NH _n

als Ausgangs Substanz aus . Diese wird mit Hydridreagenzien reduziert .

Geeignete Hydridreagenzien sind Lithiumaluminiumhydrid oder Natriumborhydrid/Aktivator .

b) Das in Schritt (a) erhaltene ( S) - oder (R) -Phenylglycinol der Formel IV

Formel IV wird in den

c ) N-geschützten ß-Aminoalkohol ( S ) - oder (R) -N- (X, Y) Phenylglycinol der allgemeinen Formel V

Formel V

NXY

überführt, worin

X H, (Cι-C ₆ ) Alkyl oder Benzyl,

Y (Cι-C ₆ ) Alkyl, Benzyl, Formyl, COR ¹ oder C0 ₂ R ² , XY zusammen Phthaloyl, Maleinoyl oder Maloneyl, R ¹ (Cι-C ₆ ) Alkyl, Phenyl, Benzyl, NH ₂ , 4-N0 ₂ -Phenyl oder 4-N0 ₂ -Benzyl, R ² (C _x -C ₆ ) Alkyl, Phenyl, Benzyl, 4-N0 ₂ -Phenyl,

4-N0 ₂ -Benzyl oder Allyl

bedeuten.

Diese vorübergehende Blockierung der reaktiven Aminogruppe vor der anschließenden Oxidation der Hydroxylgruppe ist zu deren Erhaltung notwendig und erfolgt, wie später noch detalliert beschrieben.

Durch Oxidation von Verbindungen der Formel V wird ein (S)- oder (R)-N-(X,Y)-Phenylglycinal der Formel VI erhalten.

^

Formel VI

NXY

Die Oxidation, worin X und Y die oben genannten

Bedeutungen besitzen, erfolgt, wie später detalliert beschrieben. Anschließend wird die Verbindung der Formel VI

) zum (1RS,2S)- oder (IRS,2R) -2-(X,Y) -Amino-1-cyano-2- phenylethan-1-ol der Formel VII

Formel VII

NXY

worin X und Y die oben erwähnten Bedeutungen haben, umgesetzt. Die Herstellung des Nitrils kann mit an sich bekannten Verfahren erfolgen.

f) Das erhaltene Nitril (Formel VII) wird zu den

Säuren VIII + IX oder auch ihrer Additionssalze der Formel X und XI

Formel VIII Formel XI

Formel IX Formel X

hydrolysiert, worin X und Y die oben angegebene Bedeutung haben und W für HCI, HBr oder H ₂ S0 ₄ steht. Die Hydrolyse wird vorzugsweise, wie später detalliert erläutert, ausgeführt.

Anschließend werden die Verbindungen der Formeln VIII und XI nach üblichen Methoden zum (2RS,3S)- oder (2RS, 3R) -3-Amino-2-hydroxy-3-phenylpropionsäureester der Formel XII

umgesetzt, wobei Z gleich (Ci-Cε) Alkyl, Phenyl, Benzyl, 4-N0 ₂ -Phenyl, 4-N0 ₂ -Benzyl oder Allyl bedeutet, und

i) anschließend wird die noch freie Stickstoffunktion der Formel X nach ebenfalls bekannten Methoden zu Verbindungen der Formel I

Formel I

NXY

geschützt, wobei Z, X und Y die oben angegebene Bedeutung besitzen,

oder

k) man setzt die Verbindungen IX und X wie unter g) beschrieben zu Verbindungen der Formel I um.

(S)- oder (R) -Phenylglycinol V erhält man nach an sich bekannten Methoden, in dem man die Säurefunktion von z. B. (S) -Phenylglycin III gemäß JP-OS-5-221935 mit Hydridreagenzien, wie beispielsweise Lithiumaluminiumhydrid oder Natriumborhydrid/Aktivator, bevorzugt mit dem System Natriumborhydrid/Schwefelsäure zum (S) -Phenylglycinol IV reduziert.

Die Blockierung der Stickstoffunktion des ß-Aminoalkohols (R) - oder (S) -Phenylglycinol V wird ebenfalls in an sich bekannter Weise (analog Synth. Commun. 1995, 25, S. 561) durchgeführt. So wird z. B. die Reaktionslösung aus der vorherigen Reaktionsstufe bei pH = 6 - 12, vorteilhafterweise bei pH = 7 - 8.5, und 0 - 15 °C mit

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7 z. B. einem Chlorameisensäure-niederalkylester versetzt. Die Verbindung kann durch Kristallisation aus z. B. Toluol gereinigt werden, indem man den carbamoylierten ß-Aminoalkohol aus der alkalischen Reaktionslösung in heißes Toluol extrahiert.

Die Oxidation des N-geschützten Aminoalkohols V zum korrespondierenden N-blockierten Aminoaldehyd VI wird ebenfalls nach an sich bekannten Methoden (analog Tetrahedron Letters 33, 5029 (1992)) durchgeführt. Dazu wird die Vorstufe V durch Oxidation mit Hilfe von TEMPO (2,2 , 6, 6-Tetramethylpiperidin-l-oxyl) in Gegenwart von Hypochlorit-Lösung [NaOCl oder NaOBr (aus NaOCl und KBr generiert)] in den Aminoaldehyd überführt. Dabei werden von dem Nitroxyradikal (TEMPO) Mengen im Bereich von 0.05 - 10 mol%, vorteilhaft 0.5 - 2 mol%, von Hypochlorit- Lösung [NaOCl oder NaOBr (aus NaOCl und KBr generiert) , normalerweise 12 - 13 %ig] 1 - 4 Äquivalente, vorteilhaft 1.2 Äquivalente, verwendet. Beide Reagenzien sind selbst im technischen Maßstab einfach zu handhaben und sind kommerziell erhältlich. Da für die Anwendbarkeit des

Oxidationssystems die Anwesenheit von hypochloriger-Säure oder hypobromiger-Säure Voraussetzung ist, wird diese aus technischer Chlorbleichlauge oder technischer Chlorbleichlauge und KBr durch pH-Wert Herabsetzung mit Säure oder einer pH-Wert senkenden Base, vorteilhafterweise, wie z. B. Natriumhydrogencarbonat, in situ generiert. Die Oxidationsreaktion verläuft bei Temperaturen von -30 - 15 °C, besonders vorteilhaft zwischen -20 und -10 °C in einem Zweiphasensystem sehr effektiv. Als geeignete Lösungsmittel erwiesen sich grundsätzlich alle inerten organischen Lösungsmittel. Insbesondere jedoch sind halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel Dichlormethan, Chloroform, 1, 1, 1-Trichlorethan oder auch Ester der Ameisensäure und

Essigsäure von Vorteil. Zur Vernichtung von überschüssiger hypochloriger Säure wird mit einem Reduktionsmittel, wie z. B. Natriumthiosulfatlösung aufgearbeitet. Dieser Oxidationsschritt ist schwermetallfrei und somit als besonders umweitschonend einzustufen.

Zur Herstellung des Nitrils der Formel VII wird in an sich bekannter Weise eine Lösung des Aminoaldehyds VI in einem inerten organischen Lösungsmittel, bevorzugt in Toluol, Dichlormethan oder Essigsaureethylester mit 1 - 5 Äquivalenten Cyanwasserstoff, vorteilhafterweise 1 - 1.3 Äquivalenten und Zusatz von 10 - 0.01 mol% einer Base, bevorzugt 0.1 - 0.05 mol% einer tertiären organischen Stickstoffbase, wie z. B. Triethylamin, N-Methylmorpholin oder Tributylamin, bei Temperaturen zwischen 0 und +35 °C, bevorzugt bei +15 °C versetzt. Überraschenderweise verläuft die Cyanwasserstoffaddition mit unerwartet hoher Stereoselektivität. Beim Einsatz von (S)-Phenylglycin werden Diastereoselektivitäten von (IR,2S) : (IS,2S) zwischen 65:35 bis zu >74:26 beobachtet.

Die Hydrolyse des Cyanhydrins VII mit einer anorganischen Säure, beispielsweise einer 21 % Salzsäure unter Rückflußtemperatur zu den Hydroxyaminosäuren VIII und XI erfolgt ebenfalls in an sich bekannter Weise (analog Liebigs Annalen der Chemie 749, 198 (1971)). Zur Abtrennung von bei der Hydrolyse entstandenen Crack-Produkten ist es von Vorteil die salzsaure Lösung mit Toluol oder einem anderen unter diesen Bedingungen inerten Lösungsmittel zu waschen. Zur Isolation von Verbindungen der allgemeinen Formel VIII muß anschließend mit Hilfe einer anorganischen Base, wie beispielsweise NaOH, KOH, NaHC0 ₃ oder Na ₂ C0 ₃ , auf einen pH-Wert von 4 - 8, vorzugsweise 6,5 - 7, eingestellt werden. Im Rahmen dieser Erfindung erwies sich die unter diesen Bedingungen gleichzeitige Abspaltbarkeit der

Schutzgruppe von Vorteil für den weiteren Syntheseverlauf. Prinzipiell ist es jedoch auch denkbar, daß N-Schutzgruppen eingesetzt werden, die unter den CN-Hydrolysebedingungen direkt Verbindungen der allgemeinen Formel I mit Z = H ergeben (Formeln IX und X) .

Desweiteren wurde gefunden, daß eine Zwischenisolierung von XI als Hydrochlorid durch schlichtes Einengen der salzsauren Reaktionslösung, neben einer hohen chemischen Reinheit ebenfalls eine unerwartet hohe Diastereomerenreinheit [bei Einsatz von (S) -Phenylglycin (2R,3S) : (2S,3S) zwischen 90:10 bis zu >95:5] dieser Verbindung zur Folge hat. Mit ebenso hoher chemischer wie diastereomerer Reinheit [bei Einsatz von (S) -Phenylglycin dv (2R,3S) : (2S,3S) zwischen 90:10 bis zu >95:5] wird die Säure VIII aus der salzsauren Reaktionslösung durch pH-Wert Erhöhung auf 4 - 8, bevorzugterweise 6.5 - 7.0 erhalten.

Die Esterbildung wird nach an sich bekannten Methoden in Gegenwart von 1.1 - 4 Äquivalenten einer anorganischen Säure, vorteilhafterweise mit 1.1 Äquivalenten Schwefelsäure durchgeführt.

Eine Benzoylierung des z. B. eines Methylesters der Formel XII mit Z = CH ₃ erfolgt nach an sich bekannter Weise, indem man eine wäßrige Lösung bzw. Suspension des Esters XII mit Natriumhydrogencarbonat puffert und bei Temperaturen zwischen +5 bis +15 °C mit Benzoylchlorid versetzt.

In einer anderen Variante wird die N-geschützte α-Hydroxysäure IX dadurch hergestellt, daß man

a) die (2RS,3S)- oder (2RS, 3R) -3-Amino-2-hydroxy-2-phenyl- propionsaure der Formel VIII

Formel VIII

NH.

zunächst mit einem Schutzgruppenreagenz in die N-σeschützte Form der Formel IX

^

Formel IX

NXY

umwandelt, wobei X und Y die oben angegebene Bedeutung haben,

b) und mit einem Veresterungsreagenz zum Ester der Formel I

Formel I

umsetzt, wobei X, Y und Z die oben angegebene Bedeutung besitzen.

Eine Benzoylierung von z. B. (2RS,3S)-2-Amino-3-hydroxy-2- phenylpropionsäure VIII erfolgt nach an sich bekannter Weise, indem man eine wäßrige Lösung oder Suspension der Säure VIII unter Basenzusatz, beispielsweise einer anorganischen Base, wie NaOH, KOH, NaHC0 ₃ oder Na ₂ C0 ₃ , oder einer organischen Base, wie Triethylamin oder N-Methylmorpholin, bei einer Temperatur von +5 - +15 °C,

vorteilhafterweise bei +5 °C und einem pH-Bereich von 6 - 12, vorteilhaft bei pH = 9.0 mit Benzoylchlorid versetzt.

Die Veresterung einer z. B. benzoylierten α-Hydroxysäure IX (R ¹ = H, R ² = COR ³ und R ³ = Phenyl) wird zweckmäßigerweise in Gegenwart einer katalytischen Menge einer Säure, wie beispielsweise Schwefelsäure, unter Erhitzen, z. B. bis auf Rückflußtemperatur, durchgeführt.

Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung erläutern, sie jedoch in keiner Weise einschränken. Alle Temperaturen sind in Celciusgraden angegeben.

Beispiel 1: (S) -N-Methoxycarbonyl-phenylglycinol

Zu einer Suspension von 75.6 g (0.5 mol) (S) -Phenylglycin und 47.5 g NaBH ₄ in 750 ml DME (Dimethoxyethan) tropft man bei +5 °C eine Lösung von 33 ml (0.625 mol) konz. H ₂ S0 ₄ und 120 ml DME innerhalb von ca. 1 h so zu, daß +10 °C nicht überschritten werden. Nach beendeter Zugabe läßt man die Mischung auf Raumtemperatur kommen und erhitzt vorsichtig für 2 h unter Rückfluß. Anschließend destilliert man ca. ³ Λ des verwendeten Lösungsmittel ab, quentscht mit 100 ml MeOH, 200 ml H ₂ 0 und 50 ml konz. HCI in der angegebenen Reihenfolge zwischen +10 und +30 °C. Mit 50 %iger NaOH stellt man einen pH-Wert von 8 ein und tropft bei +5 °C 42.3 ml (0.55 mol) Methylchlorformiat so zu, daß +15 °C nicht überschritten werden. Der pH wird währenddessen mit 50 %iger NaOH zwischen 7.5 und 8.5 gehalten und rührt nach beendeter Zugabe des Carbamoylierungmittels noch ca. 1 h nach. Anschließend fügt man 500 ml Toluol hinzu, erwärmt auf +50 °C, trennt die Phasen und extrahiert die alkalische Phase erneut bei der oben angegebenen Temperatur mit 300 ml

Toluol. Die vereinigten organischen Auszüge werden bis auf 200 ml eingeengt und das ausgefallene farblose Produkt bei 50 °C im Vakuumtrockenschrank getrocknet. Ausbeute: 76.2 g (78 %) . Reinheit: > 95 % nach IH-NMR. Smp. : 102 - 105 °C.

C10H13NO3: ber. C 61.53 H 6.71 N 7.17 gef. C 61.62 H 6.93 N 7.34.

Beispiel 2:

(S)-N-Ethoxycarbonyl-phenylglycinol

Durchführung der Synthese und Ansatzgröße analog

Beispiel 1. Als Carbamoylierungsreagenz wird jetzt

Ethylchlorformiat verwendet. Ausbeute: 89.0 g (85 %) .

Reinheit: >95 % nach hl-NMR.

Smp. : 90 - 93 °C.

C11H15N03: ber. C 63.14 H 7.23 N 6.69 gef. C 63.19 H 7.43 N 7.05.

Beispiel 3:

(2RS,3S) -3-Amino-2-hydroxy-3-phenylpropionsäure

Zu einer auf -17 °C gekühlten Suspension von 180.2 g (861 mmol) (S) -N-Ethoxycarbonyl-phenylglycinol in 1.5 1 Essigsaureethylester fügt man 10 g (84 mmol) KBr und 235 mg (1.5 mmol) TEMPO (2,2, 6,6-Tetramethylpiperidin-l-oxyl) . Dazu tropft man eine auf pH 8.9 - 9.2 eingestellte NaOCl-Lösung [665 g techn. NaOCl (12 - 13 %ig) , 400 ml H ₂ 0 und ca. 115 g NaHC0 ₃ ] innerhalb von 3 h so zu, daß -12 °C nicht überschritten werden. Nach Zugabe von 350 ml einer 5 %igen Natriumthiosulfat-Lösung und 100 ml H ₂ 0 trennt man die Phasen und extrahiert die wäßrige einmal mit 500 ml

Essigsaureethylester. Die vereinigten organischen Extrakte werden einmal mit 400 ml ges. NaHC0 ₃ -Lösung und 200 ml H ₂ 0 gewaschen. Nach Trocknen mit MgS0 ₄ gibt man 70 mg (0.7 mmol) Triethylamin hinzu, kühlt auf +15 °C und tropft 31 ml (800 mmol) HCN so zu, daß die Temperatur +25 °C nicht übersteigt und rührt nach beendeter Zugabe noch 2 h nach. Nun fügt man zu der Reaktionslösung 1.3 1 einer 21 %igen wäßrigen Salzsäure, strippt den Essigsaureethylester ab und erhitzt für 16 h unter Rückfluß und extrahiert die abgekühlte (RT) salzsaure Lösung einmal mit 300 ml Toluol. Anschließend wird die salzsaure Lösung auf ein Volumen von ca. 300 ml eingeengt und mit 40 %iger NaOH ein pH-Wert von 6.8 bei einer Temperatur von +15 - 25 °C eingestellt. Die Mischung wird auf +5 °C gekühlt, das ausfallende Produkt abgesaugt, mit 200 ml kaltem H ₂ 0 nachgewaschen und bei

50 °C im Vakuumtrockenschrank getrocknet. Man erhält so das Produkt in Form eines gelben Feststoffs. Ausbeute: 90 g, davon 33 % NaCl, also 60.3 g (39 %) . Reinheit: 94 % nach HPLC. dv [ (2R,3S) : (2S,3S) ] : 92:8 per HPLC bestimmt.

Beispiel 4:

(2R,3S) -N-Benzoyl-3-amino-2-hydroxy-3- phenylpropionsäuremethylester

Zu einer Suspension von 15.0 g (55.5 mmol, da nur 67 %ig) (2RS,3S) -2-Amino-3-hydroxy-2-phenylpropionsäure (aus Beispiel 3) in 250 ml Methanol tropft man vorsichtig bei Raumtemperatur 5 ml konz. H ₂ S0 ₄ und erhitzt 6 h unter Rückfluß. Man versetzt mit 50 ml H ₂ 0 und stellt mit 50 %iger NaOH bei +5 °C einen pH von 6.8 ein. Anschließend entfernt man das Methanol per Vakuumdestillation, kühlt auf +5 °C, versetzt mit 10 g (120 mmol) NaHC0 ₃ und tropft 8.4 ml (72 mmol) Benzoylchlorid innerhalb von 20 min. zu.

Nachdem man hat weitere 2 h rühren lassen, wird das ausfallende Rohprodukt abgesaugt, aus 150 ml Methanol umkristallisiert und bei 50 °C im Vakuumtrockenschrank zu einem farblosen Produkt getrocknet. Ausbeute: 12.1 g (73 %) . Reinheit: >99 % nach HPLC. Smp. : 162 - 168 °C. dv [ (2R,3S) : (2S,3S)] : >95 % nach HPLC und ^-NMR.

Beispiel 5:

(2R,3S)-3-Amino-2-hydroxy-3-phenylpropionsäure-Hydrochlo rid

Zu 60 ml einer 1 molaren Lösung von (1RS,2S)-N- Methoxycarbonyl-2-amino-l-cyano-2-phenylethan-l-ol in Dichlormethan gibt man 160 ml konz. HCI und destilliert Dichlormethan ab. Anschließend erhitzt man die Lösung 10 h unter Rückfluß und extrahiert die auf Raumtemperatur abgekühlte Reaktionslösung einmal mit 50 ml Toluol. Nach Einengen der salzsauren Lösung bis auf ca. 30 - 40 ml saugt man den ausgefallenen Feststoff ab, wäscht mit Ether nach und trocknet bei 50 °C im Vakuumtrockenschrank. Ausbeute: 1.9 g (15 %) . Reinheit: >95 % nach ^-NMR. dv [ (2R,3S) : (2S,3S) ] : >95:5 nach ^-NMR.

Beispiel 6:

(2R,3S)-N-Benzoyl-3-amino-2-hydroxy-3- phenylpropionsäuremethylester

1.50 g (2R,3S) -2-Amino-3-hydroxy-2-phenylpropionsäure- Hydrochlorid (aus Beispiel 5) werden in 80 ml eines H ₂ 0/Toluol-Gemisches (1:1) gelöst und bei einem pH-Wert von 9.0 mit 0.93 ml (8 mmol) Benzoylchlorid versetzt, wobei der pH-Wert mit 30 %iger NaOH nachgestellt wird. Nach beendeter

Reaktion werden die Phasen getrennt, die alkalische Phase einmal mit 50 ml Toluol extrahiert und anschließend mit 2N HCI bei +5 °C auf pH = 2.0 gestellt. Der dabei ausfallende Feststoff wird abgesaugt und mit 100 ml Toluol koevaporiert. Dann löst man diesen in 80 ml MeOH, versetzt mit 0.1 ml konz. H ₂ S0 ₄ und erhitzt 4 h unter Rückfluß. Nachdem bis auf ca. 10 ml eingeengt wurde, verdünnt man mit 30 ml Diethylether, saugt das ausfallende farblose Produkt ab und trocknet bei 50 °C im Vakuumtrockenschrank. Ausbeute: 1.54 g (75 %) . Reinheit: >95 % nach HPLC. dv [ (2R,3-S) : (2S,3S) ] : >95 % nach ^X H-NMR.

Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Synthese von (1RS,2S)-N- Ethoxycarbonyl-2-amino-l-cyano-2-phenylethan-l-ol

(Diastereomerenverhältnis in Abhängigkeit vom verwendeten Lösungsmittel) , Beispiele 1 - 7:

Zu einer Lösung von 32 ml einer 10 %igen Aldehyd-Lösung (15.4 mmol) und 10 mg (0.1 mmol) Triethylamin tropft man bei 15 °C innerhalb von 10 min. 0.66 ml (17 mmol) HCN zu und rührt 30 min. bis zu 1 h nach. Anschließend wird der Umsatz und das Diastereomerenverhältnis (dv-Wert) per HPLC bestimmt.

Beispiel 7:

Lösungsmittel: Dichlormethan.

Umsatz: quantitativ. dv [ (1R,2S) : (1S,2S) ] : 69:31.

Beispiel 8

Lösungsmittel: Toluol.

Umsatz: quantitativ. dv [ (1R,2S) : (1S,2S)] : 73:27

Beispiel 9:

Lösungsmittel: Essigsaureethylester.

Umsatz: quantitativ. dv [ (1R,2S) : (1S,2S)] : 74:26.