Способ разделения рацемической смеси (его варианты) и способ отделения хирального продукта от ахирального предшественника

Способ разделения рацемической смеси (его варианты) и способ отделения хирального продукта от ахирального предшественника

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в фармацевтической промышленности для получения оптически чистых биологически активных соединений. Сущность изобретения: разделение рацемической смеси осуществляют путем контактирования двух несмешивающихся потоков водного и органического на мембране с иммобилизованным ферментом. Первый поток, содержащий рацемическую смесь, подают к одной стороне мембраны, а второй поток - к противоположной стороне той же мембраны. Образовавшийся хиральный продукт выделяют из второго потока, а непрореагировавший стереоизомер - из первого потока, либо из первого потока выделяют как стереоизомер, так и образовавшийся хиральный продукт. ХиральныЛ.г продукт отделяют от ахирального предше-г ственника путем контактирования двух несмешивающихся потоков (водного и органического) на мембране с иммобилизованным ферментом. Первый поток, содержащий предшественник, подают к одной стороне мембраны, а второй поток - к противоположной стороне мембраны. Целевой продукт выделяют из второго потока. 3 с. и 33 з. п. ф-лы, 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

:,х а. т 1)ЩДЯ

Н, . „д.., ця, К ПАТЕНТУ (86) РСТ/US 88/01098 31.03.88) (21) 4742278/13 (22) 29.09.89 (46) 30.06.93. Бюл, М 24 (31) 033962 (32) 01,04.87 (33) US (71) Сепракор, Инк, (US) (72) Стефен Л.Мзтсон (US) (56) Патент США М 4565782, кл. С12 P 17/12, 1986, (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ РАЦЕМИЧЕСКОЙ СМЕСИ (ЕГО ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ

ОТДЕЛЕНИЯ ХИРАЛЬНОГО ПРОДУКТА ОТ

АХИРАЛЬНОГО ПРЕДШЕСТВЕННИКА (57) Использование: в фармацевтической промышленности для получения оптически чистых биологически активных соединений.

Сущность изобретения: разделение рацемической смеси осуществляют путем контактирования двух несмешивающихся

Изобретение особенно пригодно при проведении ферментативного разделения и хирального синтеза соединений, которые плохо растворяются в воде или которые об-. разуются о реакциях с ингибированием продукта. Рацемические смеси, которые можно обрабатывать по способу настоящего изобретения, оключают смеси иэомеров хиральных органических спиртов, кислот, сложных эфиров, аминов, амидов и других соединений. Гидролитические ферменты наиболее подходящие в способе настоящего изобретения, включают липазы. карбоксилэстеразы и амидазы. Ахиральные предшестоенники, когорые по способу настоящего изобретения можно биотрансформирооать в ценные хирапьные продукты, включают гидантоины и аминонитрилы, ко,, Я2,, 1825378 А3 (я)5 С 12 P 41/00, 13/06, 17/12 потоков водного и органического на мембране с иммобилиэованным ферментом, Первый поток, содержащий рацемическую смесь, подают к одной стороне мембраны, а второй поток — к противоположной стороне той же мембраны, Образовавшийся хиральный продукт выделяют из второго потока, а непрореагировавший стереоизомер — из первого потока, либо из первого потока выделяют как стереоизомер, так и образовавшийся хиральный продукт. Хиральный-,.продукт отделяют от ахирального предшественника путем контактирования двух несмешивающихся потоков (водного и органического) на мембране с иммобилизованным ферментом. Первый поток, содержащий предшественник, подают к одной З стороне мембраны, а второй поток — к противоположной стороне мембраны, Целевой продукт выделяют иэ второго потока, 3 с. и 33 з. и. ф-ли, 4 табл. нн торые можно стереоселективно превратить СО в столь ценные продукты как аминокислоты, ) (например, Д-аминокислоты и метилдопа) и аминодмиды.

С целью органиэации описания способа настоящего изобретения желательно обсуждать процессы в "многофазных" и "экстрахтивных мембранных реахторах отдельно, так как конкретные применения изобретения попадают в эти две категории.

В том смысле, как использовано здесь, процесс в мембранном реакторе описывается как "многофазный", если ключевой реагент подают в виде несмешивающейся с водой органической фазы — и как нэкстрактивный" — если один или более из ключевых реагентов подают в виде водного раствора. Однако конструкции и работа этих "многофазних" и

1825378

"экстрактивных" мембранных реакторов и способы разделения (синтеза) стереоизомеров идентичны в большинстве важнейших аспектов.

Мембрана вктивированная ферментом в многофазных мембранных реакторных процессах настоящего изобретения обычно состоит из пористой и гидрофильной (то есть смачиваемой водой) мембраны, которую соответствующим образом активируют, вводят соответствующий фермент внутрь или на одну или более из ее поверхностей различными способами. Одну из поверхностей такой ферментативно активированной мембраны помещают в контакте с первым обрабатываемым потоком, сырьевым потоком, причем этот поток обычно содержит плохо растворимый в воде (т. е, не смешивающийся с водой) на органической основе сырьевой поток, может содержать только реагент в виде чистой органической жидкости или может состоять из плохо растворимого в воде, но растворимого в органике реагента, растворенного в несмешивающемся с водой органическом растворителе, который служит в качестве носителя-жидкости.в этом сырьевом потоке могут также присутствовать другие сорастворители, Одновременно, вторая поверхность ферментативно активированной мембраны . находится в контакте с водным обрабатываемым потоком, причем этот поток служит одной или более из следующих целей: подает или удаляет воду в реакцию (или из реакции); обеспечивает средства для контроля за рН реакции (и в некоторых случаях доходит до фермента, содержащегося в мембране); обеспечивает средства для удаления растворимых в воде продуктов реакции. При соответставующей работе: граница раздела органической и водной фаз будет находиться на поверхности смачиваемой водой активирован ной ферментом мембраны, то есть в контакте с сырьевым несмешивающимся с водой потоком органики, и практически водное окружение будет обеспечено для работы фермента в гидрофильной, смачиваемой водой мембране. Два.поступающих (т. е. сырьевых) и два отходящих (т. е. продуктовых) потока будут таким образом подаваться и выходить из процесса изобретения, соответственно, и поэтому мембранный модуль реактора должен иметь такую конфигурацию, чтобы в нем было два входных и два выходных отверстия. Одна пара входного (выходного) отверстия предназначена для подачи и удаления потока органической фазы, тогда как другая пара предназначена для подачи и удаления водного потока.

55 качестве разделителя органической) водной фаз и в качестве пограничного биокаталиэатора, Помещая гидрофильную мембрану на границу между несмешивающимися водным и органическим потоками в мембранном модуле, характеризующемся высокой

Для гидрофильных или смачиваемых водой активиронанных ферментами мембран такой органический поток предпочтительно подают под небольшим положительным давлением относительно водного потока в контакте с противоположной поверхностью мембраны. Такая небольшая разность давлений между органическим и водным потоками через мембрану служит для предотвращения ультрафильтрационного потока части водного потока через мембрану. В то же время при работе таким образом будет предотвращаться проникновение органической фазы в поры смачиваемой акти"5 вированной ферментом мембраны за счет капиллярных сил, действующих на поверхности мембраны в контакте с ней.

Здесь в практике изобретения плохо растворимый в воде, предпочтительно растворимый в органике реагент подают в мембранный реактор в несмешивающемся с водой органическом потоке, где он контактирует с первой поверхность ферментативно активированной мембраны. Молекулы реагента последовательно диффундируют к поверхности раздела вода/органика расположенной на первой поверхности мембраны, где они разделяются в водные участки мембраны и претерпевают катализируемое

30 ферментом превращение в продукты. Если по крайней мере один из продуктов реакции обладает значительной растворимостью в воде, и особенно, если он растворим гораздо лучше реагента, такой вид продукта бу35 дет диффундировать сквозь мембрану и выходить в водный поток. контактирующий со второй поверхностью ферментативно активированной мембраны, будет затем удален из реактора и, наконец, выделен с

40 высокой степенью стереохимической частоты. Непрореагировавшая часть в сырьевом потоке (например, растворимые в органике энантиомеры и рацемической сырьевой смеси по отношению к которым фермент не проявляет активности) остаются в органической фазе. и эа счет этого отделяются от воднорастворимых продуктов ферментативной реакции, Ферментативно-активированные мемб50 раны в таком непрерывном многофаэном биореакторном процессе играют тройную роль: а именно, в качестве агента, осуществляющего контакт органической (водной фаз с большой площадью поверхности, в

182537S плотностью упаковки поверхности мембра-. ны, можно обеспечить большую площадь поверхности контакта органика (вода и жидкость) / мембрана, что исключает необходимость диспергирования одной несмешивающейся фазы с другой, как это приходится делать в обычной практике.

Таким образом, многофазный мембранный реактор снимает ограничения систем с

10 дисперсными фазами, связаннными с их непредсказуемостью, слабой надежностью и работой в малых масштабах, Более того, процесс в. многофазных и экстрактивных мембранных реакторах позволяет избежать трудности, которые возникают при работе с эмульсиями и с необходимостью непрерывно разделять три несмешивающиеся фазы (т. е. органическую, водную и твердую, друг

15 от друга перед выделением продукта и/или рециклизацией реагента. Следующим преимуществом процесса в мембранном реакторе является то, что гораздо легче

20 осуществлять непрерывный процесс (в противоположность периодическому процессу).

Еще одним важным аспектом настоящего изобретения является то, что оно предоставляет средства для напосредственного контакта между содержащей реагент органической фазой и содержащей фермент твердой фазой беэ

30 пересечения с объемной водной фазой, которая присутствует в обычных конструкциях реакторов с дисперсными фазами, В частности, значительные ограничения массового переноса водной фазы, которые порочат обычные каталитические реакторы с дисперсной фазой, удается избежать, и при этом повысить продуктивность и эффективность каталитического превращения. Кроме того, претерпевшие превращения нерастворимые в воде и растворимые в органике реагенты побочные и совместно оплучае35

40 мые продукты, а также нереагирующую римые в воде и нерастворимые в органике продукты реакции можно выделить во втором потоке. Это является отделением воднорастворимого продукта от остальных лиофильных компонент реакционной системы. И наконец, эа счет контроля за скоростью потока или соотношениями фаз водного и органического потока, часто оказывается возможным провести обогащение продуктом реакции, удаляя растворимую в водной фазе часть продукта в концентрации более высокой, нежели концентрации его в предшественнике, в органической фазе или реагента в сырьевом потоке.

55 часть можно выделить в поток органики не- 45 смешивающийся с водой, тогда как раствоОбычно иммобилизованный на мембране фермент, используемый в способе настоящего изобретения, стереоселективно превращает один реактивный стереоизомер в рацемической (R и S) сырьевой смеси нерастворимых в воде изомеров в сырьевом потоке в водно растворимый иэомер в потоке продукта (R или S) изменившегося химического состава. Этот воднорастворимый иэомер в продуктовом потоке покидает реактор с ферментативной мембраной с водным потоком, тогда как непрореагировавший нерастворимый в воде реагентный изомер (S или R) в рацемическом сырьевом потоке покидает реактор в потоке органики. Полный эффект приводит к тому, что эти два вида изомеров с различнымии стереоконфигурациями отделяются друг от друга и поэтому, по крайней мере, частично оптически обогащаются. Таким образом, разделение рацемической сырьевой смеси на оптические изомеры мо кно осуществить в многофазном мембранном реакторе. Таким же образом в процессе действия многофаэного ферментативного мембранного реактора можно получить и параллельно выделить воднорастворимый органический целевой стереоиэомер в водном технологическом потоке, покидающем мнотофазный мембранный реактор, из растворимого в органике, относительно нерастворимого в воде, вхирального предшественника, который остается в органическом технологическом потоке.

Процесс изобретения в экстрактивном мембранном реакторе аналогичным образом пригоден для разделения рацемической смеси и ферментативного синтеза хиральных продуктов иэ ахиральных предшественников. Этот вариант способа практически соответствует по ситуации тому, что ферментативная реакция ингибируется либо кинетически, либо термодинамически малыми концентрациями продукта, или тому, что продукт реакции ограничен химической стабильностью в условиях реакции. В особенности. экстрактивный мембранный реактор адресуется к ограничениям малой конверсии и производительности катализатора. которые связаны с термодинамически невыгодными биосинтетическими реакциями катализируемыми ферментами, ингибирующими продукт, и контролирующими обратный поток.

Активированные мембраны в экстрактивном мембранном реакторном процессе обычно должны быть гидрофильными и микропористыми, что имеет место в варианте многофазного мембранного реакторного .процесса изобрвтения, и их исполхзуют

1825378

45

55 аналогично, пока они контактируют на противоположных сторонах с практически несмешивающимися водным и органическим технологическими потоками. Так, активированная ферментом мембрана в обоих вариантах — экстрактивном и многофазном мембранном реакторном процессах — служит как для обеспечения большой площади поверхности контакта между этими несмешивающимися технологическими потоками, так и для их разделения.

Однако, в случае экстрактивных мембранных реакторных процессов, либо ахиральный предшественник, либо стереоизомеры в рацемической сырьевой смеси, попавшие на активированную ферментом мембрану, обычно бывают предпочтительно воднорастворимыми, в противоположность растворимым в органике, как в случае варианта многофазных мембранных реакторов процесса.

Соответственно, сырьевой поток, подаваемый в экстрактивный мембранный реакторный процесс, должен быть скорее водным, нежели органическим. Хиральные продукты ферментативной реакции, образующиеся в экстрактивном мембранном реакторном процессе обычно скорее лучше растворимы в органике, нежели в воде, и поэтому, они будут разделяться на большую часть в органический технологический поток и выносится из реактора в этом потоке.

При работе экстрактивного мембранного реактора, по крайней мере, один предпочтительно воднорастворимый, нерастворимый в органике реагент (например, стереоизомер в рацемической смеси или ахиральный предшественник) подают на активированную ферментом мембрану в водном технологическом потоке. Этот образовавшийся в воде реагент затем диффундирует в гидрофильную смачиваемую водой мембрану, где он захватывается ферментом, который стереоселективно катализирует его превращение в продукт возможно в связи с другими сореагентами. По крайней мере, один из полученных таким образом продуктов реакции демонстрирует значительную растворимость в органической фазе. Так, этот вид будет диффундировать к поверхности раздела вода/органика, который расположен на поверхности мембраны активированной ферментом в контакте с органической фазой, где он будет предпочтительно разделяться в не смешивающийся с водой органический технологический поток для последующего удаления из реактора.

За счет селективного удаления растворимого в органике и ингибирующего и/или нестабильного продукта реакции в органи5

35 ческий технологический поток экстрактивного мембранного реакторного процесса, ферментативную реакционную систему делают более продуктивной. В экстрактивном мембранном реакторе ингибирующие или нестабильные продукты реакции получают в непосредственной близости к органическому экстрагирующему агенту. Сводя к минимуму расстояния диффузии, мембранный процесс повышает эффективность экстракции продукта по сравнению с обычной ситуацией в известных ранее способах в реакционных системах с дисперсной фазой.

В этих системах прототипов, когда ферменты были иммобилизованы на частичках носителей, существенное сопротивление переносу масс, связанное с подачей большого объема водной фазы, может уменьшить эффективность удаления продукта реакции из фазы фермента в органический экстрагирующий аген. Тот факт, что продукт ингибирующий реакцию, образуется в мембране активированной ферментом в непосредственной близости к органическим экстрагирующим агентом, повышает эффективность экстракции продукта (за счет минимизации расстояния диффузии его водной фазы) по сравнению с обычными реакционными системами с дисперсными фазами, где фермент иммобилизован на частицах носителя. 3а счет стереоселективности катализатора-фермента по крайней мере один из продуктовых потоков отводимых из процесса будет обогащен конкретным стереоизомером и выделен в значительной степени от других стереиэомеров. ахиральных предшественников и/или ахиральных сореагентов и побочных продуктов.

Таким образом, многофазный и экстрактивный ферментативный мембранный реактор можно испольэовать для эффективного получения стереохимически чисты или обогащенных оптическими изомерами продуктов из рацемических и оптически неактивных сырьевых смесей или из ахиральных предшественников, даже в тех случаях, когда ограниченная растворимость в воде реагентов или продуктов. ингибирующих ход реакции, препятствует эффективной работе в известных ранее способах ферментативного разделения.

Способ разделения рацемической смеси включает подачу в первый поток рацемической смеси, содержащей по крайней мере первый и второй стереоизомеры, к одной стороне активированной ферментом мембраны. причем указаннный фермент, который активирует мембрану, является катализатором реакции превращения пер1825378

10 активирует указанную мембрану, катализи- 50 рует реакцию превращения указанного ахирального предшественника в хиральный продукт; подачу в протиеотоке BTopoFо Ао тока практически несмешивающегося с первым потоком к противоположной стороне 55 укаэанной активированной ферментом мембраны, причем указанный хиральный продукт преимущественно диффундирует в указанный второй поток иэ укаэанной активированной ферментом мембраны, в ревого стереоизомера в хиральный продукт с измененным химическим строением; подачу о противотоке второго потока, практически несмешиваемого с указанным первым потоком, к противоположной стороне указанной актиоированной ферментом мембраны, за счет чего рацемическую смесь отделяют от указанного хирального продукта эа счет преимущественной диффузии его е указанный второй поток из указанной активированной ферментом мембраны, так что указанный второй поток, в основном, содержит указанный хиральный продукт, а укаэанный первый поток, в основном, содержит указанный второй стереоизомер.

Предлагаемый способ разделения рацемической смеси включает также подачу рацемической смеси, содержащей по крайней мере первый и второй стереизомеры, в первый поток к одной стороне активированной ферментом мембраны, где указанный фермент, который указанную мембрану, каталиэирует реакцию превращения первого стереоизомера е хиральный продукт, имеющий измененный химический состав и второй продукт, и подачу е протиоотоке второго потока практически несмешиеаемого с указанным первым потоком, к противоположной стороне указанной активированной ферментом мембраны, причем указанный хиральный продукт преимущественно диффундирует в указанный первый поток из указанной активированной ферментом мембраны, а указанный второй продукт преимущественно диффундирует ео второй указанный поток, За счет чего происходит разделение указанной рацемической смеси, причем указанный первый поток содержит указанный второй стереоизомер, и указанный химически отличающийся хиральный продукт.

Кроме того, в изобретении предложен способ получения хирального продукта иэ ахирального предшественника, включающий подачу первого потока, содержащего ахиральный предшественник, к одной стороне активироеанной ферментом мембраны, где укаэанный фермент, который зультате чего второй поток содержит укаэанный хиральный продукт, Более конкретно, изобретение относится к использованию описанных процессов в многофазных и экстрактивных ферментативных мембранных реакторах для стереоселективного синтеза или разделения рацемических смесей хиральных органических кислот, спиртов, аминов. сложных эфиров, амидов. нитридов, гицантоинов и других хиральных соединений, в которых мембраны являются носителями, или в них включены, или они каким-либо образом содержат фермент, способный стереоселективно катализировать реакцию превращения одного изомера или ахирального предшественника в химически отличающееся оптически активное соединение, Ферменты хорошо подходят на роль стервоселективных катализаторов, поскольку они содержат асимметричные каталитический сайты, с которыми могут связываться синте-зируемые или претерпевающие превращения молекулы. Так как эти активные сайты ферментов сами асимметричны, они обеспечивают различное воздействие на два энантиомера данного рацемического субстрата, и приводят к возможности образования хиральных продуктов иэ ахиральных и редшествен ников.

Так, например. существуют многие ферменты, которые эффективно катализируют гидролиэ или конденсацию сложноэфирных и амидных функциональных групп. Многие из этих ферментов, но не все, принадлежат либо к одному, либо к двум основным классам ферментов известных как гидролазы или лиаэы, что определено в рекомендациях комиссии по биохимической номенклатуре.

Термин Е. С. с последующими. цифрами, как он использован здесь, обеспечивает идентификацию в соответствии с рекомендациями этой комиссии.

Конкретные примеры таких ферментов

5 включают, но не ограничиваются, такими ферментами, как трипсин, химотрипсин, термолиэин, ренин, пепсин, папаин, карбоксипептидаэа, аминопептидаэа, пенициллин и цефалоспоринацилаэа, ацетилхолинзстераза. холестеролэстераза и пакреатик липазы и пептидазы млекопитающихся.

Так, например, обычно предпочтительным источником липазы (Е. С. 3. 1, 1. 3) является Candlda СуИпбгасеа (С. fugosa), и типичные предпочтительные эстеразы включают химотрипсин (E. С. 3. 4, 21. 1) и Y (Е, С. 3. 4. 21. 14) из-эа их доступности, высокой стереоселективности и широкого . круга подходящих субстратов. Другие мик5

1825378

12 зы". Эти названия не имеют официального статуса, но широко используются в текущей литературе. "Нитрилгидратаэе" был присвоен регистрационный номер Chemical

Abstracts (82391 — 37-5), а "нитрилазе" был присвоен регистрационный номер (902490 — 2). Следует учитывать, что они также включены о объем настоящего изобретения

55 робиологические источники включают (на не ограничиваются ими): Pseudomonas

aeruglnosa, Pseudomonas flourecens.

Rhizopus arrhlzus, Rhlzopus delemar, Rhlzopus nivens, Rhlzopus oryzae, Rhizopus

japonlcus, Chromobacterium viscosum, Geotrlchlum candldum, Aspergillus niger, Asperglllu s

so)ae, Asperglllus oryzae, Mucor nuehei, Penicillium

wqaeforti, Penlclllium cyclopium, Achromobacter

Ilpolyticum, Alcallgenes sp„Thermomyces 10

lanuginosus, Pylomyces niteus, Arthrobacter

sp., Fusarlum oxysporium, Candlda lipolytica, and Humlcola lanuglnosa. Панкреатик-липа- зы от различных видов млекопитающих и липазы, полученные и зародышей пшеницы, 15 также можно использовать. Другие эстераэы, полученные от млекопитающихся. включают (но не ограничиваются ими) карбоксилэстеразу (Е. С, 3. 1. 1, 1). карбоксипептидазу А (Е, С. 3. 4. 17. 1), ацетилхоли- 20 нэстразу (Е, С, 3. 1. 1. 7) пепсин (F, С. 3. 4.

23, 1) и трипсин (Е. С. 3, 4. 21, 4}. Другие микробные источники включают Bacillus

thermoprofcolyticus (для термолизина)

Bacillus amylol! grefacicus u Streptomyces 25

griscus также папаин (Е. С. 3. 4, 22. 2), полученный из Paperya latex.

В зависимости от источника липазы и зстеразы имеют рабочий интервал рН 2—

10, причем оптимальное значение рН 5,0 — 8,5. 30

Температурный интервал для большинства ферментов охватывает 15-70 С, причем ферменты работают обычно более эффективно о интервале температур 20—

45 С, 35

Как было указано ранее, изобретение относится та же к использованию мембран1 ных биореакторов для разделения рацемических смесей хиральных органических нитрилов. Ферменты, подходящие для этой 40 цели, должны катализираоать гидролиз нитрильной функции, либо до соответствующего амида, либо непосредственно до соответствующей карбоновой кислоты. Эти ферменть могут принадлежать (но не обяза- 45 тельна этим ограничиваются) к основному классу ферментов известных как гидролазы.

Обычно ферменты. которые трансформируют нитрил в амид, называют "нитрил гид,ратазы", а ферменты, которые 50 трансформируют нитрил непосредственно в карбоновую кислоту, называют "нитриладля использования "нитрилгидратазной" активности наряду C "амидазной" активностью для трансформации нитрила в соответствующую карбоновую кислоту.

Ферменты, которые используют в изобретении для трансформирования нитрильных функциональных групп обычно, но не исключительно, находят в микроорганизмах. Микроорганизмы, в которых была обнаружена "нитрилгидратазная" активность, принадлежат (но не ограничиваются ими) к следующим родам: Acromonas, Arthrobacter, Brevlbacterium, Pseudomonas. Микроорганизмы, в которых обнаружена "нитрилаэная" активность, принадлежат (но не ограничиваются ими) к следующим родам:

Arthrobacter, Aspergillus. Bacillus.

Bactridlum, Corynebacterlum, Fusarluttf, К!еЬз1еИа, Micrococcus Nocardia. Одна или

obe иэ этих активностей наблюдались также в родах: Agrobacterium, Achromobacter, Rhodotorulla, Paracoccus, ЛсетоЬас1вг и Escherichia.

Стереоспецифический гидролиэ рацемических гидантоинов аминокислот да получения оптически активных карбамоиламинокислот катализируется ферментамн, принадлежащими к категории дигидропиримидиназ (Е. С, 3. 5, 2, 2), известных также под менее формальным названием "гидантоиназы". Дигидропиримидинаэы можно получить от млекопитающихся. включая (но не ограничиваясь этим) бычью печень или микробных источников, включая бактерии, актиномицеты, плесень, дрожжи и дейтеромицеты. Примерами бактериальных источников ферментов могут служить:

Achromobacter, Aегоbacter, Aегоmonas, Agrobacterlum, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Brevibacterlum, Corynebacterlum, E nte rob aeter, E rwlnla, E sc herlchla, Klebslella, Mlcrobacterlum, Mlcrococcus, Protaminobacter, Proteus, Pseudomonas, Sarclna, Serratla u Xanthomonas. Примерами актиномицетов являются Ас0поаусез, Actinopianes. Mycobacterlum, Nocardla u

Streptomyces. Плесени включают

Asperglllus, Paccllomyces u Penicilllum.

Дрожжи включают Candida, Rhodotorula, Pichia u Torulopsis.

Хотя широкие рабочие интервалы рН и температур, в которых активны гидантоиназы, грубо соответстуют интервалам, указанным ранее для других гидролитическмх ферментов, их оптимальные значения рН обычно выше, т. е. около 7-9.

В дополнении к выделенным и очищенным ферментам следует заметить, что способы изобретения можно также вести, используя относительно "грязные" и/или

1825378

55 смешанных родов ферментные препараты, такие как те, которые получают из клеточных эстрактов, клеточных лизатов и частично очищенных изолятов ферментов, что приводит к некоторому снижению активности ферментов, связанных с активированными ферментами мембранами.

Действительно, ферменты, содержащиеся в целых клетках, независимо живых или нет, можно также использовать в практике изобретения, и соответственно, термин "фермент" в том смысле, как он здесь используется, подразумевает широкое включение биокаталитических ферментов во всех этих формах.

Типы ферментативных реакций, пригоднь х в практике изобретения, включают, но не ограничиваются ими, следующие категории: гидролиз сложных эфиров до кислот и спиртов; образование сложных эфиров (т. е. этерификация) иэ кислот и спиртов; трансэтерификация, т, е. взаимодействие сложного эфира со спиртом или кислотой до образования другого сложного эфира и другого спирта или кислоты; трансаминирование (например, взаимодействие между альфакетокислотой и аминокислотой); гидролиз амидов (включая пептидные связи и

N--ацилсоединения) до получения кислот и аминов; образование амидов (включая пептиды) из кислот и аминов (или аминокислот); гидролиз гидантоинов аминокислот до получения карбамоиламинокислот и аминокислот и гидролиз нитрилов до получения соответствующих амидов и карбоновых кислот (в частности, гидролиз аминонитрилов до аминоамидов и аминокислот).

Конкретные хиральные соединения и предшественники или их производные, которые по способу изобретения желательно получить либо хиральным (т, е. асимметричным) ферментативным синтезом и/или ферментативно разделить рацемическую смесь химически полученных энантиомеров, включают (но не ограничиваются ими) следующие: напроксен или 2-(6-метокси-2-наф-тил)пропионовую кислоту; ибупрофен или

2-(-4-изобутилфенил)-пропионовую кислоту; кетопрофен или 2-(3-бензоилфенил)пропионовую кислоту; флурбипрофен или 2-(2фтор-4-бифенилил)пропионовую кислоту;

S-бензоил-бета-меркаптоизомасляную кислоту; 2-бромпропионовую кислоту и ее сложные эфиры; 2-хлорпропионовую кислоты и ее сложные эфиры; парагидроксифенилглицин и фенилглицин;

2-амино-2,3-диаметилмасляную кислоту и 2амино-2.3-диметилбутирамид; аминокислоты, включая 1 -допа и метилдопа; бета-меркаптоизомасляную кислоту; глици5

45 дол и глицидилбутират; молочную кислоту; карнитин; виннокаменную кислоту; 2-бромфенилмасляной кислоты; этиловый сложный эфир; пептидов, включая "аспартам" и

"элитам", арилоксипропаноламины. включая пропранолол и 1-ацетокси-2-арилоксипропионитрилы, включая 1ацетокси-2-альфанафтилоксипропионитри лы; альфа-арилоксипропионовые кислоты и их сложноэфирные производные, включая

2-феноксипропионовую кислоту, бутил-2(4)(5-)-трифторметил(-2-пиридинил)окси ) феноксипропаноат, метил-2+4)(5-)трифторметил(-2-пиридинид)окси(фенокси)пропаноат, метил-2-(4-)2,4-дихлорфенокси(фенокси)пропионат и метил-2-(4-гидроксифенокси) пропионат; 5-эамещенные гидантоины и тиогидантоины; пиретроидные инсектициды, включая циперметрин и флувалинат; 2-(na ра-хлорфенокси)-пропионовую кислоту; цианогидрины, включая альфа-циано

3-феноксибензиловый спирт; 4-гидрокси-Эметил-2,2 -пропинил-2-циклопентенон; 4амино-3-гидроксимасляную кислоту;

1-метокси-2-гидроксипропан; 4-атил-2-пиперидинкарбоновую кислоту; N-(2-гидрокси-2-)3-формамидо-4-гидроксифенил))-1фенил-3 в ; N-(1-карбоксиэтил-3фенилпропил)-2-аминопропионовую кислоту; 2-индоленкарбоновую кислоту;

2-амино-2-метил-3-(3,4-дигидроксифенил)пропионитрил и 2-амино-2-метил-3-(3-метокси-4-гидроксифенил)пропионитрил; метил-2-амино-3-гидрокси-3-(4-нитрофенил)пропионат; 2-((1-карбамоил-1,2-диаметилпропил)-карбамоил)-никотиновую кислоту и

2-((1-циано-1,2-диметилп ропил) карбамоил)никотиновую кислоту; и й-(3-фенил-1-карбоксипропил)-2-аминопропионовую кислоту и ее сложные эфиры.

Химическая природа (например, идентичность функциональных групп) многих конкретных реагентов и продуктов будет яс- . на иэ приводимых списков категорий реагентов, реакций и продуктов. Иэ этих списков будет видно, что основная часть этих реакций попадает в один из двух классов: либо (1) практически нерастворимые в воде и растворимые в органике реагенты превращают в растворимые в воде продукты, либо (11) растворимые в воде, практически не растворимые в органике реагенты превращают в растворимые в органике продукты. Такие типы реакций особенно пригодны для проведения многофазных и экстрактивных мембранных реакторных процессов, соответственно. В качестве примера реакций первой категории можно привести реакцию, в которой сложные эфиры, которые едва растворимы в воде, можно эф15

1825378

16 фективно гидролизовать до соответствуюЩих воднорастворимых кислот в процессах в многофаэном мембранном реакторе. Соответствующий спиртовой одновременно получаемый продукт мажет быть преимущественно растворим либо в водной, либо в органической фазе. И наоборот, кислоты, которые хорошо растворимы в воде, но недоста1очно растворимы в органических растворителях, благодаря их электрическому заряду, можно эффективно превращать в сложные эфиры в процессах в экстрактивных мембранных реакторах, где сложные эфИры нэ деле демонстрируют заметную растворимость в органических растворителях, что облегчает их удаление из зоны реакции благодаря их селективной экстракции в растворитель. В этом случае спиртовой сореагент можно подавать в экстрактивный мембранный реактор, либо в 20 водном, либо в органическом технологическом потоках, в зависимости от характеристики растворимости спирта.

В способе с многофазным и экстрактивным мембранным реактором стереоселективную ферментэтивную реакцию можно вести либо, используя рацемическую форму самого целевого соединения в качестве смешанного реагентэ, либо используя его простое химическое производное в. качестве .смеси реагента, В частности, ферментэтивное разделение хирэльных кислот или хиральных спиртов можно вести целым рядом способов в мембранных реакторах; двэ предпочтительных процесса в мембранных 35 реакторах включают (i) стереоселективный ферментативный гидрализ рацемичечкой смеси сложноэфирных производных целевого продукта в многофазном мембранном реакторе, и (II) стереоселективную фермен- 40 тативную этерификацию хи ральной кислоты или спирта в экстрэктивном мембранном реакторе. В обоих случаях выбор кислотного или спиртового фрагмента, используемого для получения сложноэфирного производ- 45 ного с целевым хиральным спиртом или хиральной кислотой, важно для эффективной работы процесса в мембранном реакторе, Так, например, эти соединения можно выбирать, чтобы регулировать растворимость 50 в воде сложноэфирных производных,а также максимизировать ферментную активность и стереоселективность относительно этих производных. Спирты, пригодные для этерификэции хиральных кислот, такие как 55 напрексен и ибупрофен включают, но не ограничиваются ими, соединения, представленные формулой RCHzOH, где R является атомом водорода, алкильной группой, содержащей от 1 до 18 атомов углерода, -CN, - CCb, - СН2С, - СНН02СНз, - С = СН.СН = СН2, - СОСНз, - СОО-алк или СН20-алк, где алкильная гоуппа "алк" содержит от 1 до

4 атомов углерода, Кислоты для этерификации хирэльных спиртов таких как глицидол или ментол. включают, но не ограничиваются ими, соединения представленные

RCOOH, где R является алкильной группой, содержащей от 1 до 18 атомов углерода или

CHzCH2C00H. В этом плане подходящими являются фосфатные сложные эфиры хирэльных спиртов, Так, например, предпочтительные хиральные сложные эфиры, рацемические смеси которых можно разделить по способу изобретения, включают глицидилбутират и метил-2(4-гидроксифенокси)п ропионат.

Можно также предвидеть, что изобретение можно будет использовать для разделения рацемических смесей хиральных сложных эфиров, выбранных из группы, состоящей из этилового сложного эфира 2-бромфенилмасляной кислоты, S-бенэоил-бетамеркаптоизомасляной кислоты (тиоловый эфир), бутиловых и метиловых сложных эфиров 2(4-)(5-)трифтор метил(-2-пи р иди н ил)о к си(фенокси)пропионовой кислоты, метил-2-(4, 2,4-дихлорфенокси(фенокси)пропионата, альфа-циано сложного эфира пиретроидов. включающих циперметрин и флувалинат, метил-2-эмина-3-гид рокси-3-(4-нитрофенил)пропионат и 1-ацетокси-2-арилоксипропионитрилы, включая 1-ацетокси-2-альфанафтилоксипропионитрил.

Предпочтительные хирэльные кислоты, рацемические смеси которых можно разделить по способу настоящего изобретения, включают напроксен, и бупрофен, кетопрофен и флурипрофен; S-бензол-бетам еркатоизомасляную кислоту; 2-гэлоидпропионовые кислоты, включая 2хлорпропионовую кислоту и 2-бром-пропионовую кислоту; аминокислоты, включая допа, фенилглицин и парагидроксифенилглицин, альфаарилоксипропионовые кислоты, включая 2-феноксипропионовую кислоту, 2-(пара-хлорфенокси)-пропионовую кислоту и 2-(4-гидроксифенокси)пропионовую кислоту, Можно также предсказать, что способ настоящего изобретения можно использовать для разделения рацемических смесей хиральных кислот, выбранных на группы, состоящей иэ бета-меркаптоизомасляной кислоты; метилдопа; пептидов, включая аспартам и элитам; 2-ацетиламино2