Mikrobiologische Herstellung von optisch aktiven β-hydroxy- Carbonsäureestern im präparativen Massstab

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1 Research Collection Doctoral Thesis Mikrobiologische Herstellung von optisch aktiven βhydroxy Carbonsäureestern im präparativen Massstab Author(s): Züger, Max F. Publication Date: 1984 Permanent Link: Rights / License: In Copyright NonCommercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information please consult the Terms of use. ETH Library

2 HYDROXY Diss. ETH Nr. TS«MIKROBIOLOGISCHE HERSTELLUNG VON OPTISCH AKTIVEN ß CARBONSAUREESTERN IM PRAPARATIVEN MASSSTAB ABHANDLUNG zur Erlangung des Titels eines Doktors der Naturwissenschaften der EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE ZÜRICH vorgelegt von MAX F. ZÜGER dipl. ehem. ETH geboren am 10. Oktober 1953 von Altendorf (Kt. Schwyz) angenommen auf Antrag von Prof. Dr. D. Seebach, Referent Prof. Dr. V. Prelog, Korreferent Zürich 1984

3 neben Methode das 105 in D) ZUSAMMENFASSUNG In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, mit Mikroorganismen ver schiedene optisch reine 3Hydroxyester herzustellen, welche als viel seitig verwendbare chirale Bausteine zur Herstellung von Natur und Wirkstoffen verwendet werden können. Es wurde ein ergiebiges und zugleich einfaches Verfahren zur Depoly merisierung von Poly(R)3hydroxybuttersäure (PHB) (3_), welche dem Glykogen häufigste mikrobiologische Energiereserve material ist, zu enantiomerenreinen (R)3Hydroxybuttersäureestern (2) ausgearbeitet. Die Methode wurde auch zur Depolymerisierung von mikro biologischem HVHBHeteropolymer (11) angewendet, welches in der Literatur kaum bekannt ist. Dabei entsteht neben dem (R)3Hydroxybuttersäureester (2) der 3Hydroxyvaleriansäureester (12), von welchem erstmals gezeigt wurde, dass er im Polymer (R)konfiguriert und enan tiomerenrein vorliegt. HAo 0\ [M 3 R: 100% 11_ R: 80%, 20% C2H5 HO O HO O ^^%C2H5 ^AoC2H5 12c 2c Zur Depolymerisierung wurde auch die milde der Forschung kaum bekannte der titanatkatalysierten Ümesterung angewendet

4 106 und mit GlyTi (5_) ein Katalysator gefunden, mit dem in Methanol Methylester hergestellt werden können. n RCOR + OH EtOJi' '~w TiOEt)3 RCO ROH Mikrobiologische Reduktion von funktionalisierten Acetessigestern eröffnete den Zugang zu (R)4Chlor3hydroxybuttersäuremethylester (25_) und (R)4,4,4Trichlor3hydroxybuttersäureethylester (27) in hoher Enantiomerenreinheit. Die zwei halogenierten 3Hydroxyester sind mögliche Ausgangsmaterialien für die Synthese von (R)Carnitin (23_) und (R)Aepfelsäure. Mit 4,4,4Trifluor3hydroxybuttersäureethylester (3_1_) ist auch ein fluorierter optisch aktiver Baustein zugänglich geworden. Durch Reduktion von oformylpropionsäureethylester (38) mit Bäcker hefe resultierte (R)()3Hydroxy2methylpropionsäureethylester (R)37 in 6065% ee, welcher über das kristalline 3,5Dinitrobenzoat zu enantiomerenreinem Produkt angereichert werden konnte. Ein Scree ning mit verschiedenen Mikroorganismen durchgeführt bei der "Roche" ergab, dass das Produkt (R)37 in bis zu 96,8% Enantiomerenüber schuss erhalten werden kann. Somit wurde ein neuer, einfacher Weg zu diesem vielfach bewährten Synthesebaustein gefunden. 9 9 mikrobiologische 1 11 hy^h, Reduktion > y^oc2h5 38 (R)37

5 107 E) SUMMARY The present work is concerned with preparing various optically pure 3hydroxyesters with microorganisms. The resulting Compounds may be used as versatile chiral building blocks to prepare natural products and pharmaceutical agents. An efficient and experimentally convenient procedure to depolymerise poly(r)3hydroxybutyricacid (PHB) (3>) (after glycogen the most abundant microbial energystorage material) has been achieved. The method has also been used to depolymerise HVHBheteropolymer (j_1_), a Com pound scarcely known in the literature. The resulting monomers were (R)3hydroxybutyrate (2) and (R)3hydroxyvalerate 02). This proves that the 3hydroxyvalerate has (R)configuration and is enantiomerically pure in the polymer. H7*~9. 9\ 3 {*XM R: 100% VI R: 80%, 20% C2H5 HO O HO O ^^^^OCjHg ^^OC2H5 12c 2c To effect the depolymerisation, also the mild and rarely utilized method of titanatecatalysed transesterification was exploited.

6 108 Using GlyTi (5_) as a catalyst, the technique was found to be an efficient means of preparing methylesters with methanol. 0 (Etoyr0 SitoEö, n RCOR OH «JLd^*! _ RICOCH, ROH Microbial reductions of functionalized acetoaceticesters allowed the preparations of methyl (R)4chloro3hydroxybutyrate (25) and of ethyl (R)4,4,4trichloro3hydroxybutyrate (27) in high enantiomeric purity. The two halogenated 3hydroxyesters are starting materials for the synthesis of (R)carnitin and of (R)malic acid. With ethyl 4,4,4trifluoro3hydroxyburate (3_1), a fluorinated optically active Compound has became available. Reduction of ethyl aformylpropionate (38) with baker's yeast gives ethyl(r)3hydroxy2methylpropionate ((R)37) in 6065% ee. By crystallization of the 3,5dinitrobenzoate enantiomerically pure product could be prepared. In a Screening of various microorganismes, HoffmannLa Roche has determined that the hydoxyester (R)37 can be obtained in up to 96,8% enantiomeric excess. Thus a new, simple procedure leading to this useful chiral building block has been found. O O microbial H? 9 H'V^OC^ * V^oc2H5 J»H reduction q^ 38 (R)37