DE102022131737A1

DE102022131737A1 - Pyrrol-Verbindung und Verfahren zur Herstellung einer Pyrrol-Verbindung

Info

Publication number: DE102022131737A1
Application number: DE102022131737.4A
Authority: DE
Inventors: Volker Sieber; Tatjana LAUDAGE; Torben HÜSING; Barbara BEER
Original assignee: Technische Universitaet Muenchen
Current assignee: Technische Universitaet Muenchen
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2024-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer 1 R1-Pyrrol-Carbonsäure gemäß Formel (I),wobei R2ein Wasserstoffrest oder Carboxy ist,wobei R1aus einer Gruppe, bestehend aus Wasserstoffrest, Alkyl, Hydroxyalkyl, Cycloalkyl, Alkenyl, Hydroxyalkenyl, Alkinyl, Hydroxyalkinyl, Oxoalkyl, Phenyl und substituiertes Phenyl ausgewählt ist,wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:a) Bereitstellen eines 3,4-Dihydroxyketons, eines Lösungsmittels und eines primären Amins R1-NH2oder eines Ammonium-Ions,b) Mischen des 3,4-Dihydroxyketons und des primären Amins R1-NH2oder des Ammonium-Ions in dem Lösungsmittel,c) Einstellen einer bei Schritt b) erhaltenen Mischung auf eine Temperatur im Bereich von 30 °C bis 100 °C und Aufrechterhalten der Temperatur.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Pyrrol-Verbindung und eine durch das Verfahren herstellbare neue Pyrrol-Verbindung.
Die chemische Synthese von fünfgliedrigen heterocyclischen Verbindungen wurde von Paal und Knorr entdeckt, die sich hauptsächlich mit der Synthese von Pyrrolen und ihren Derivaten befassten. Ausgehend von einer Reaktion eines 1,4-Diketons (Gamma-Diketon) mit Ammoniak oder einem primären Amin können Pyrrole und substituierte Pyrrole synthetisiert werden.
Amaranth et al. „Intermediates in the Paal-Knorr synthesis of pyrroles", The Journal of Organic Chemistry 1991, 56 (24): S. 6924-6931 schlagen als Mechanismus der Paal-Knorr-Reaktion einen Angriff des Amins auf das protonierte Carbonyl vor, wobei ein Hemiaminal gebildet wird. Anschließend erfolgt ein Angriff des Amins auf das andere Carbonyl, was zur Bildung eines 2,5-Dihydroxytetrahydropyrrol-Derivats führt. Das 2,5-Dihydroxytetrahydropyrrol-Derivat wird weiter dehydriert, um das entsprechende N-substituierte Pyrrol zu bilden. Die Reaktion wird in der Regel unter protischen oder Lewis-sauren Bedingungen mit einem primären Amin durchgeführt. Die Verwendung von Ammoniumhydroxid oder Ammoniumacetat ergibt das N-unsubstituierte Pyrrol.
In Scalacci et al. „Unveiling the Biocatalytic Aromatizing Activity of Monoamine Oxidases MAO-N and 6-HDNO: Development of Chemoenzymatic Cascades for the Synthesis of Pyrroles. ACS Catalysis 2017, 7(2), S. 1295-1300 ist eine Methode offenbart, in der Pyrrole chemo-enzymatisch unter Ausnutzung der aromatisierenden Aktivität von Monoaminoxidase-Enzymen synthetisiert werden. Darüber hinaus ermöglicht eine Kombination aus Monoaminoxidase und dem Ruthenium-Grubbs-Katalysator die Synthese von Pyrrolen aus Diallylaminen/Anilinen.
Lin et al. „1-Phenyl-1H-pyrrole-2,5-dicarboxylic acid derivatives as versatile hydrogen-bonding motifs for the formation of one-, two- and three-dimensional networks in the solid state" J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 1998, S. 2109-2116, offenbart ein Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Phenylpyrrol-2,5-Dicarbonsäuren in einer dreistufigen Sequenz aus Ethylbromopyruvat und einer Vielzahl von Anilin-Derivaten. Hierbei ergibt eine Zink-geförderte Radikalkupplung des Ethylbromopyruvats einen 2,5-Dihydroxy-2,4-diendisäurediethylester. Eine Paal-Knorr-Reaktion des 2,5-Dihydroxy-2,4-diendisäurediethylester mit verschiedenen Anilin-Derivaten ergibt die entsprechenden Diethylpyrrol-2,5-Dicarboxylate, die anschließend in basischem Ethanol hydrolysiert werden, um die N-substituierten Phenylpyrrol-2,5-Dicarbonsäuren zu erhalten. Auf diese Weise können N-substituierte Phenyl-, 3,5-Dimethylphenyl-, 4-Carboxyphenyl-, 4-Biphenyl- und 4-Hydroxyphenyl-Pyrrol-2,5-Di-carbonsäurederivate hergestellt werden. Die Verwendung eines 4,4'-Biphenylamins in der Paal-Knorr-Reaktion ermöglicht die Bildung eines Bis(pyrrol-2,5-dicarbonsäure)-Derivats.
In der US 2021/0137884 A1 werden Pyrrol- und Imidazol-Verbindungen mit den Substituenten R₁, R₂, R₃, R₄ und R₅ offenbart, die als Inhibitoren von bakteriellen Metallo-beta-Lactamasen wirken. Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen sowie ihre Verwendung bei der Behandlung einer bakteriellen Infektion offenbart.
Eine weitere Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure ist in der WO 2021/159009 A1 offenbart. Weitere Pyrrol-2-Monocarbonsäuren sind in der WO 2020/132582 A1 , in der EP 3 540 059 A1 , in der EP 2 655 323 B1 und in der EP 2 488 486 B1 offenbart.
Die Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung zu lösen ist, besteht darin, ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Pyrrol-Verbindungen bereitzustellen. Weiterhin soll eine neue und über das Verfahren einfach herzustellende Pyrrol-Verbindung angegeben werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 10 und 12 bis 14.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer 1R₁-Pyrrol-Carbonsäure gemäß Formel (I),
wobei R₂ ein Wasserstoffrest oder Carboxy ist, oder zur Herstellung eines Gemischs von 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäuren gemäß der Formel (I), wobei R₂ bei einem Teil der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäuren ein Wasserstoffrest und bei einem anderen Teil der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäuren Carboxy ist. R₁ ist aus einer Gruppe, bestehend aus Wasserstoffrest, Alkyl, Hydroxyalkyl, Cycloalkyl, Alkenyl, Hydroxyalkenyl, Alkinyl, Hydroxyalkinyl, Oxoalkyl, Phenyl und substituiertes Phenyl ausgewählt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen eines 3,4-Dihydroxyketons, eines Lösungsmittels und eines primären Amins R₁-NH₂ oder eines Ammonium-Ions, wobei R₁ aus einer Gruppe, bestehend aus Alkyl, Hydroxyalkyl, Cycloalkyl, Alkenyl, Hydroxyalkenyl, Alkinyl, Hydroxyalkinyl, Phenyl und substituiertes Phenyl ausgewählt ist,
b) Mischen des 3,4-Dihydroxyketons und des primären Amins R₁-NH₂ oder des Ammonium-Ions in dem Lösungsmittel,
c) Einstellen einer bei Schritt b) erhaltenen Mischung auf eine Temperatur im Bereich von 20 °C bis 100 °C, insbesondere 25 °C bis 100 °C, insbesondere 30 °C bis 100 °C, und Aufrechterhalten der Temperatur.

Die Erfinder haben festgestellt, dass durch Einstellen der Mischung auf die Temperatur und Aufrechterhalten der Temperatur die 1 R₁-Pyrrolcarbonsäure gemäß der Formel (I) als Reaktionsprodukt gebildet wird. Bei dem Einstellen der Temperatur kann es sich um ein Erwärmen, Beibehalten der vorhandenen Temperatur oder um ein Abkühlen handeln. Der Substituent R₁ entspricht dem Substituenten R₁ des primären Amins R₁-NH₂ oder Wasserstoff, wenn statt des primären Amins ein Ammonium-Ion bereitgestellt wird. Der Substituent R₂ ist ein Wasserstoffrest oder Carboxy. Ist R₂ ein Wasserstoffrest, so ist das Reaktionsprodukt eine 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure. Ist R₂ Carboxy, so ist das Reaktionsprodukt eine 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure. Das Reaktionsprodukt kann eine 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure, eine 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure oder ein Gemisch aus einer 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure und einer 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure sein.
Das Mischen kann unter Rühren erfolgen. Das Aufrechterhalten der Temperatur kann auf eine Höchstdauer von 80 Stunden beschränkt sein.
Das Lösungsmittel ist im Allgemeinen ein flüssiges Lösungsmittel. Bei dem Lösungsmittel kann es sich um Wasser, eine saure wässrige Lösung, eine basische wässrige Lösung oder ein organisches Lösungsmittel handeln. Bei dem organischen Lösungsmittel kann es sich um ein protisches Lösungsmittel oder um ein aprotisches Lösungsmittel handeln. Das protische Lösungsmittel kann Methanol, Ethanol, 2-Propanol oder Ameisensäure sein. Das aprotische Lösungsmittel kann Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Aceton oder Acetonitril sein. Die Erfinder haben festgestellt, dass das Verhältnis der im erfindungsgemäßen Verfahren gebildeten Reaktionsprodukte durch den pH-Wert des Lösungsmittels beeinflusst wird. Durch Bereitstellen eines sauren Lösungsmittels kann die Ausbeute der 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure erhöht werden und gleichzeitig die Ausbeute der 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure verringert oder sogar unterdrückt werden. Durch Bereitstellen eines basischen Lösungsmittels kann die Ausbeute der 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure erhöht werden und gleichzeitig die Ausbeute der 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure verringert oder sogar unterdrückt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gilt ein Lösungsmittel als neutral, wenn der pH-Wert des Lösungsmittels in einem Bereich von 7,0 bis 7,5 liegt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gilt ein Lösungsmittel als sauer, wenn der pH-Wert des Lösungsmittels in einem Bereich unter 7,0 liegt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gilt ein Lösungsmittel als basisch, wenn der pH-Wert des Lösungsmittels in einem Bereich über 7,5 liegt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass insbesondere ein Lösungsmittel mit einem pH-Wert von 8 bis 9 zu einer Abnahme des Anteils der 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure an der Gesamtausbeute bei gleichzeitiger Zunahme des Anteils der 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure an der Gesamtausbeute führen kann. Zudem haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass insbesondere ein Lösungsmittel mit einem pH-Wert von 6 bis 6,9 zu einer Abnahme des Anteils der 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure an der Gesamtausbeute bei gleichzeitiger Zunahme des Anteils der 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure an der Gesamtausbeute führen kann.
Der pH-Wert des Lösungsmittels wird bei 20 °C bestimmt. Der pH-Wert kann durch Zugabe von Säuren bzw. Basen, z.B. 1 M HCl oder 1 M NaOH, beliebig eingestellt werden.
Das Alkyl kann Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl oder Isopropyl sein. Das Cycloalkyl kann Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclononyl, Cyclodecyl oder Cycloundecyl sein. Das Alkenyl kann Vinyl, 2-Propenyl, 2-Butenyl, 3-Butenyl, 2-Pentenyl, 3-Pentenyl, 4-Pentenyl, 2-Hexenyl, 3-Hexenyl, 4-Hexenyl oder 5-Hexenyl sein. Das Alkinyl kann 2-Propinyl, 2-Butinyl, 3-Butinyl, 2-Pentinyl, 3-Pentinyl, 4-Pentinyl, 2-Hexinyl, 3-Hexinyl, 4-Hexinyl oder 5-Hexinyl sein. Das Hydroxyalkyl kann 1-Hydroxyethyl, 2-Hydroxyethyl, 1-Hydroxypropyl, 2-Hydroxypropyl, 3-Hydroxypropyl, 1-Hydroxybutyl, 2-Hydroxybutyl, 3-Hydroxybutyl, 4-Hydroxybutyl, 1-Hydroxypentyl, 2-Hydroxypentyl, 3-Hydroxypentyl, 4-Hydroxypentyl, 5-Hydroxypentyl, 1-Hydroxyhexyl, 2-Hydroxyhexyl, 3-Hydroxyhexyl, 4-Hydroxyhexyl, 5-Hydroxyhexyl oder 6-Hydroxyhexyl sein. Das Oxoalkyl kann 2-Oxopropyl sein. Das substituierte Phenyl kann 3,5-Dimethylbenzyl, 4-Carboxyphenyl, Biphenyl-4-yl, 4-Hydroxyphenyl, 4-Methoxyphenyl, 3,5-Dimethoxyphenyl, 2-Hydroxyphenyl, 4-Chlorphenyl, 4-Bromphenyl, 4-Fluorphenyl, 2,5-Dichlorphenyl, 3,5-Dichlorphenyl, 2,4-Difluorphenyl, 3,4-Difluorphenyl, 3,5-Dibromphenyl, 2,4-Dibromphenyl 1,2-Dibromphenylethan, Ethylphenyl, ortho-Dihydroxybenzyl, meta-Dihydroxybenzyl, para-Dihydroxybenzyl, 2-Acetophenyl, 3-Acetophenyl, 4-Acetophenyl, 2-Benzoylchlorid, 3-Benzoylchlorid, 4-Benzoylchlorid, 2-Benzolsulfonylchlorid, 3-Benzolsulfonylchlorid oder 4-Benzolsulfonylchlorid sein. Der Substituent R₁ kann die Polarität der 1R₁-Pyrrol-Carbonsäure und damit die Löslichkeit der 1R₁-Pyrrol-Carbonsäure und das Adsorptionsverhalten der 1R₁-Pyrrol-Carbonsäure gegenüber einer stationären Phase in einem chromatographischen Prozess beeinflussen. Ein relativ polarer Substituent R₁ kann zu einer relativ hohen Polarität der 1R₁-Pyrrol-Carbonsäuren führen. Ein relativ unpolarer Substituent R₁ kann zu einer relativ niedrigen Polarität der 1R₁-Pyrrol-Carbonsäuren führen. Zudem kann der Substituent R₁ Schmelz- und Siedepunkte der 1R₁-Pyrrol-Carbonsäure beeinflussen. Ein Substituent R₁ mit einer relativ langen Alkylkette kann zu einem relativ hohen Schmelz- und/oder Siedepunkt der 1R₁-Pyrrol-Carbonsäure führen. Ein Substituent R₁ mit einer relativ kurzen Alkylkette kann zu einem relativ niedrigen Schmelz- und/oder Siedepunkt der 1R₁-Pyrrol-Carbonsäure führen.

Die folgende Tabelle 1 zeigt exemplarisch Strukturformeln von 1 R₁-Monocarbonsäuren und 1R₁-Dicarbonsäuren mit möglichen Substituenten R₁ und R₂: Tabelle 1

Strukturformel	Substituent R ₁	Substituent R ₂
	Wasserstoff	Carboxy
	2-Hydroxyethyl	Carboxy
	Hexyl	Carboxy
	Isopropyl	Carboxy
	3-Butenyl	Carboxy
	Cyclopropyl	Carboxy
	Methyl	Carboxy
	2-Propinyl	Carboxy
	Benzyl	Carboxy
	Wasserstoff	Wasserstoff
	2-Hydroxyethyl	Wasserstoff
	Hexyl	Wasserstoff
	Isopropyl	Wasserstoff
	3-Butenyl	Wasserstoff
	Cyclopropyl	Wasserstoff
	Methyl	Wasserstoff
	2-Propinyl	Wasserstoff
	Benzyl	Wasserstoff
	2-Oxopropyl	Wasserstoff
	Alkyl	Carboxy
	Alkenyl	Carboxy
	Alkinyl	Carboxy
	Hydroxyalkyl	Carboxy
	Phenyl/substituiertes Phenyl	Carboxy
	Alkyl	Wasserstoff
	Alkenyl	Wasserstoff
	Alkinyl	Wasserstoff
	Hydroxyalkyl	Wasserstoff
	Phenyl/substituiertes Phenyl	Wasserstoff
	Cycloalkyl	Carboxy
	Cycloalkyl	Wasserstoff

Die Erfinder haben festgestellt, dass in der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten/herstellbaren 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure gemäß Formel (I) der Substituent R₁ dem Substituenten R₁ des primären Amins R₁-NH₂ entspricht. Die Erfinder haben zudem festgestellt, dass in der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten/herstellbaren 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure gemäß Formel (I) der Substituent R₁ bei Bereitstellen eines Ammonium-Ions ein Wasserstoffrest ist. Die Erfinder haben zudem festgestellt, dass bei Bereitstellen eines primären Amins R₁-NH₂, wobei der Substituent R₁ ein Alkinyl, insbesondere 2-Propinyl, ist, der Substituent R₁ in der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten/herstellbaren 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure gemäß Formel (I) ein Alkinyl, insbesondere 2-Propinyl, oder ein Oxoalkyl, insbesondere 2-Oxopropyl, ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure oder eines Gemischs von 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäuren aus sehr kostengünstigen und leicht verfügbaren Ausgangsstoffen und einem sehr kostengünstigen und leicht verfügbaren Lösungsmittel. Zudem erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund der milden Reaktionsbedingungen eine sichere Handhabung. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt mit einer geringen Zahl an Reaktionsschritten aus und liefert hohe Ausbeuten. Somit gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren einen industriell ausführbaren Herstellungsprozess für die 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure oder des Gemischs von 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäuren.
Das 3,4-Dihydroxyketon kann 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarat (5-Kdg) gemäß der Formel (II)
sein. Ausgangsstoff des 5-Kdg kann D-Glucarat sein. Das 5-Kdg kann durch eine enzymatische Umsetzung von D-Glucarat zu 5-Kdg in wässriger Lösung erzeugt werden. Ausgangsstoff des D-Glucarats kann Glucose sein. Dadurch ist eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit nachwachsenden Rohstoffen möglich.
Die enzymatische Umsetzung des D-Glucarats zu 5-Kdg kann mittels Glucarat-Dehydratase (GlucD) erfolgen. Die enzymatische Umsetzung kann bei einer Temperatur im Bereich von 20 °C bis 26 °C erfolgen. Die Glucarat-Dehydratase kann, insbesondere über einen Affinitäts-Tag, an einem Trägermaterial, insbesondere in einer Chromatographiesäule, immobilisiert sein. Das D-Glucarat kann in wässriger Lösung und bei einer Temperatur im Bereich von 20 °C bis 26 °C über die Chromatographiesäule mit immobilisierter Glucarat-Dehydratase geleitet werden. Eine Flussrate, mit der die Lösung über diese Chromatographiesäule geleitet wird, kann so eingestellt sein, dass dabei eine vollständige oder eine zumindest 90 Gew.-% des D-Glucarats übersteigende enzymatische Umsetzung des D-Glucarats zu 5-Kdg erfolgt. Das durch enzymatische Umsetzung des D-Glucarats gebildete 5-Kdg kann in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens als 3,4-Dihydroxyketon eingesetzt und dann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren umgesetzt werden.
Die Erfinder haben festgestellt, dass ein kontinuierliches chemo-enzymatisches Verfahren zur Herstellung einer 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure möglich ist, da sowohl das erfindungsgemäße Verfahren als auch die enzymatische Umsetzung von D-Glucarat zur Herstellung des in dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren 5-Kdgs in wässriger Lösung erfolgen können. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren ausgehend von D-Glucarat durchgeführt werden, indem das durch enzymatische Umsetzung des D-Glucarats gebildete 5-Kdg in wässriger Lösung direkt einem Reaktionsgefäß zugeführt wird, in welchem das primäre Amin oder das Ammonium-Ion enthalten ist. Als Lösungsmittel dient dabei das Lösungsmittel der wässrigen Lösung des 5-Kdgs. Eine Phasenseparation oder eine Absonderung des 5-Kdgs nach enzymatischer Umsetzung des D-Glucarats zu 5-Kdg ist daher nicht erforderlich, um es in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzen zu können. Damit kann eine kontinuierliche Herstellung der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure ausgehend von D-Glucarat erfolgen.
Das 3,4-Dihydroxyketon und das primäre Amin R₁-NH₂ oder das Ammonium-Ion können in einem äquimolaren Verhältnis miteinander vermischt werden. Dies ermöglicht einen relativ hohen Umsatz der Edukte. Gleichzeitig werden durch das äquimolare Verhältnis Abfallprodukte vermieden. Damit wird ein effizientes und ressourcenschonendes Verfahren zur Herstellung der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure gewährleistet.
Die Temperatur kann eine Temperatur im Bereich von 40 °C bis 90 °C, insbesondere eine Temperatur im Bereich von 50 °C bis 85 °C, insbesondere eine Temperatur im Bereich von 60 °C bis 80 °C, insbesondere eine Temperatur im Bereich von 70 °C bis 75 °C, sein. Das Einstellen und das Aufrechterhalten dieser Temperatur kann unter Rühren erfolgen. Das Aufrechterhalten der Temperatur kann für mindestens 30 Minuten, insbesondere für mindestens 60 Minuten, insbesondere für mindestens 2 Stunden, insbesondere für mindestens 4 Stunden, erfolgen. Das Aufrechterhalten der Temperatur kann auf eine Höchstdauer von 80 Stunden, insbesondere 60 Stunden, insbesondere 40 Stunden, insbesondere 20 Stunden, insbesondere 10 Stunden, insbesondere 5 Stunden, insbesondere 3 Stunden, beschränkt sein.
Zudem haben die Erfinder festgestellt, dass bei Bildung der 1 R₁-Pyrrolcarbonsäure gemäß der Formel (I) aus dem 3,4-Dihydroxyketon 5-Kdg und dem primären Amin R₁-NH₂ oder dem Ammonium-Ion keine Dehydratisierung des 5-Kdgs gemäß der Formel (II) zu einem 1,4-Diketon erfolgt. Die Dehydratisierung des 3,4-Dihydroxyketons 5-Kdg zur Bildung der 1 R₁-Pyrrolcarbonsäure erfolgt in einer späteren Zwischenstufe in Präsenz des primären Amins R₁-NH₂ oder Ammonium-Ions. Die Erfinder gehen davon aus, dass die Bildung der 1 R₁-Pyrrolcarbonsäure gemäß der Formel (I) aus dem 3,4-Dihydroxyketon 5-Kdg und dem primären Amin R₁-NH₂ gemäß dem folgenden Reaktionsschema erfolgt:
Ein 5-Kdg-Anion gemäß der Formel (III) dient als Substrat und bildet mit dem Amin R₁-NH₂ ein protoniertes Imin gemäß Formel (IV). Durch Deprotonierung am C_beta wird ein Enamin gemäß Formel (V) gebildet. Eine Protonierung der Hydroxylgruppe am C_gamma und eine Abspaltung von OH^- führt zur Bildung einer C-C-Doppelbindung zwischen C_beta und C_gamma, während das Imin gemäß Formel (VI) protoniert bleibt. Durch eine Deprotonierung am C_delta entsteht ein Dienamin gemäß Formel (VII). Das Dienamin liegt im Gleichgewicht mit einer Keton/Imin-Form gemäß Formel (VIII). Mit einem freien Elektronenpaar greift der Stickstoff das Keton nucleophil an und bildet nach einer Protonierung einen Heterozyklus gemäß Formel (IX). Der Heterozyklus lagert sich durch eine Deprotonierung zum Heterozyklus gemäß Formel (X) um. Durch eine Eliminierung von Wasser bildet sich dann ein aromatisches System mit einer Pyrroldicarboxylsäure gemäß Formel (XII).
Die Erfinder haben zudem festgestellt, dass ein Einsatz von 3,4-Dihydroxyketonen mit freien terminalen Carbonsäuregruppen, insbesondere 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarat, als Edukt(e) besonders vorteilhaft ist, da 3,4-Dihydroxyketone mit freien terminalen Carbonsäuregruppen, insbesondere 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarat, eine relativ hohe Stabilität aufweisen/aufweist. Somit unterscheiden sich 3,4-Dihydroxyketone deutlich von den theoretisch als Edukte in Frage kommenden 2,5-Diketodicarbonsäuren, die nicht als isolierte Verbindung beschrieben sind, und aufgrund ihrer von den Erfindern erkannten relativ niedrigen Stabilität als Edukte ungeeignet sind. Hauptgrund für die relativ niedrige Stabilität von 2,5-Diketodicarbonsäuren könnte eine Decarboxylierung der terminalen freien Carbonsäuregruppen sein. Die von den Erfindern beobachtete relativ hohe Stabilität von 3,4-Dihydroxyketonen mit freien terminalen Carbonsäuregruppen, insbesondere 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarat, könnte auf das teilweise Vorliegen von Ringstrukturen zurückzuführen sein. 3,4-Dihydroxyketone der freien Carbonsäuren, insbesondere 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarat, konnte(n) von den Erfindern erfolgreich hergestellt sowie als Kaliumsalz isoliert werden.
Die Erfinder haben weiterhin festgestellt, dass die Temperatur eine Gesamtausbeute und den Anteil der gebildeten Reaktionsprodukte an der Gesamtausbeute beeinflussen kann. So kann eine relativ hohe Temperatur zu einer relativ hohen Gesamtausbeute der Reaktionsprodukte führen. Gleichzeitig kann eine relativ hohe Temperatur zu einer Abnahme des Anteils der 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure an der Gesamtausbeute bei gleichzeitiger Zunahme des Anteils der 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure an der Gesamtausbeute führen. Die Erfinder vermuten, dass durch eine relativ hohe Temperatur eine Decarboxylierung des 5-Kdgs, eines Intermediats des 5-Kdgs oder der gebildeten 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure bewirkt werden kann.
Zudem haben die Erfinder festgestellt, dass auch der Substituent R₁ des primären Amins R₁-NH₂ das Verhältnis der gebildeten Reaktionsprodukte beeinflussen kann. So können Substituenten R₁ mit relativ langer Alkylkette zu einer Abnahme des Anteils der 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure an der Gesamtausbeute bei gleichzeitiger Zunahme des Anteils der 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure an der Gesamtausbeute führen. Die Erfinder vermuten, dass das primäre Amin R₁-NH₂ mit einem Substituenten R₁ mit relativ langer Alkylkette zu einer Decarboxylierung des 5-Kdgs oder eines Intermediats des 5-Kdgs führen kann. Die Erfinder vermuten weiterhin, dass die Decarboxylierung durch einen Substituenten R₁ mit relativ langer Alkylkette durch Destabilisierung und Elimination einer Carboxyl-Gruppe des 5-Kdgs oder eines Intermediats des 5-Kdgs bewirkt werden kann.
Das Verhältnis der im Verfahren gebildeten Reaktionsprodukte kann durch die Temperatur und den Substituenten R₁ des primären Amins R₁-NH₂ beeinflusst werden. Durch Einstellen der Mischung auf eine relativ hohe Temperatur, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 70 °C bis 100 °C, und/oder durch Bereitstellen eines primären Amins R₁-NH₂ mit einem Substituenten R₁ mit relativ langer Alkylkette, insbesondere Hexyl, kann die Ausbeute der 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure erhöht werden und gleichzeitig die Ausbeute der 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure verringert oder sogar unterdrückt werden. Durch Einstellen der Mischung auf eine relativ niedrige Temperatur, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 30 °C bis unter 70 °C, insbesondere von 25 °C bis unter 70 °C, insbesondere von 20 °C bis unter 70 °C, und/oder durch Bereitstellen eines primären Amins R₁-NH₂ mit einem Substituenten R₁ mit relativ kurzer Alkylkette, insbesondere Methyl, kann die Ausbeute der 1R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure verringert oder sogar unterdrückt werden und gleichzeitig die Ausbeute der 1R₁-1H-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure erhöht werden. Die Erfinder vermuten, dass der elektronenschiebende Effekt der Alkylsubstituenten die positive Ladung am Sticktstoffatom stabilisiert.
Die in Schritt c) erhaltene Mischung kann nach Schritt c) auf eine Temperatur im Bereich von 5 °C bis weniger als 30 °C, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 10 °C bis 25 °C, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 15 °C bis 20 °C, eingestellt werden. Sofern das Einstellen ein Abkühlen ist, kann das Kühlen als ein aktives Kühlen oder als ein passives Kühlen, d.h. durch Abkühlenlassen auf Umgebungstemperatur, erfolgen. Die in Schritt c) erhaltene Mischung kann nach Schritt c) angesäuert werden, insbesondere auf einen pH-Wert von höchstens 3, insbesondere auf einen pH-Wert von höchstens 2, insbesondere auf einen pH-Wert von höchstens 1. Das Ansäuern kann durch Zugabe von Schwefelsäure, Salzsäure oder Phosphorsäure erfolgen. Bei Bereitstellen einer sauren wässrigen Lösung als Lösungsmittel erfolgt ein Ansäuern der sauren wässrigen Lösung auf einen pH-Wert von höchstens 3, insbesondere auf einen pH-Wert von höchstens 2, insbesondere auf einen pH-Wert von höchstens 1, nur dann, wenn der pH-Wert der sauren wässrigen Lösung einen pH-Wert größer als 3, insbesondere einen pH-Wert größer als 2, insbesondere einen pH-Wert größer als 1, aufweist. Durch das Ansäuern erfolgt eine Protonierung des 1R₁-Pyrrol-Carbonat-Anions und somit ein intramolekularer Ladungsausgleich. Durch Aufhebung der Ladung der 1R₁-Pyrrol-Carbonsäure wird die Löslichkeit der protonierten 1R₁-Pyrrol-Carbonsäure im Lösungsmittel, insbesondere in einem polaren Lösungsmittel, herabgesetzt. Dadurch wird ein Ausfallen der protonierten 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure erreicht. Die Protonierung des 1R₁-Pyrrol-Carbonat-Anions kann auch in saurer wässriger Lösung erfolgen. Somit kann das Ausfallen der protonierten 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure auch in saurer wässriger Lösung erreicht werden. In basischen wässrigen Lösungen erfolgt keine Protonierung des 1R₁-Pyrrol-Carbonat-Anions und kein Ausfallen der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure.
Die durch das Ansäuern nach Schritt c) gebildete 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure kann sich von der Mischung durch Präzipitation absondern oder durch eine Extraktion von der Mischung abgesondert werden. Die Extraktion kann mit einem organischen Extraktionsmittel erfolgen. Das organische Extraktionsmittel kann ein Ester, insbesondere Essigsäureethylester, ein Alkohol, insbesondere Methanol oder Ethanol, ein Alkan, insbesondere Cyclohexan, ein Chloralkan, insbesondere Dichlormethan, oder eine Mischung aus mindestens zwei von einem Ester, insbesondere Essigsäureethylester, einem Alkohol, insbesondere Methanol oder Ethanol, einem Alkan, insbesondere Cyclohexan, oder einem Chloralkan, insbesondere Dichlormethan, sein. Bei einem Gemisch von 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure und 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure kann eine Trennung der 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure von der 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure durch Säulenchromatographie nach Extraktion oder durch fraktionierte Fällung erfolgen. Ein durch die Präzipitation gewonnenes Präzipitat oder ein durch die Extraktion entstandenes Extrakt kann getrocknet werden, insbesondere durch Evaporation, insbesondere unter Vakuum.
Erfindungsgemäß ist ferner eine 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure gemäß Formel (I)
herstellbar/hergestellt durch das erfindungsgemäße Verfahren, oder ein Salz oder ein Solvat dieser 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure vorgesehen. R₁ ist aus einer Gruppe bestehend aus Alkyl, Hydroxyalkyl, Cycloalkyl, Alkenyl, Hydroxyalkenyl, Alkinyl und Hydroxyalkinyl ausgewählt. R₂ ist entweder ein Wasserstoffrest oder Carboxy.
Wenn R₂ ein Wasserstoffrest ist, ist das Alkyl Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl oder Isopropyl, ist das Hydroxyalkyl 1-Hydroxypropyl, 2-Hydroxypropyl, 3-Hydroxypropyl, 1-Hydroxybutyl, 2-Hydroxybutyl, 3-Hydroxybutyl, 4-Hydroxybutyl, 1-Hydroxypentyl, 2-Hydroxypentyl, 3-Hydroxypentyl, 4-Hydroxypentyl, 5-Hydroxypentyl, 1-Hydroxyhexyl, 2-Hydroxyhexyl, 3-Hydroxyhexyl, 4-Hydroxyhexyl, 5-Hydroxyhexyl oder 6-Hydroxyhexyl, ist das Cycloalkyl Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclononyl, Cyclodecyl oder Cycloundecyl, und ist das Alkenyl 2-Propenyl, 2-Butenyl, 3-Butenyl, 2-Pentenyl, 3-Pentenyl, 4-Pentenyl, 2-Hexenyl, 3-Hexenyl, 4-Hexenyl oder 5-Hexenyl.
Wenn R₂ Carboxy ist, ist das Alkyl Ethyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl oder Isopropyl.
Das Alkinyl kann 2-Propinyl, 2-Butinyl, 3-Butinyl, 2-Pentinyl, 3-Pentinyl, 4-Pentinyl, 2-Hexinyl, 3-Hexinyl, 4-Hexinyl oder 5-Hexinyl sein. Das Hydroxyalkyl kann 1-Hydroxyethyl, 2-Hydroxyethyl, 1-Hydroxypropyl, 2-Hydroxypropyl, 3-Hydroxypropyl, 1-Hydroxybutyl, 2-Hydroxybutyl, 3-Hydroxybutyl, 4-Hydroxybutyl, 1-Hydroxypentyl, 2-Hydroxypentyl, 3-Hydroxypentyl, 4-Hydroxypentyl, 5-Hydroxypentyl, 1-Hydroxyhexyl, 2-Hydroxyhexyl, 3-Hydroxyhexyl, 4-Hydroxyhexyl, 5-Hydroxyhexyl oder 6-Hydroxyhexyl sein.
Der Substituent R₁ kann die Polarität der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure und damit die Löslichkeit der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure und das Adsorptionsverhalten der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure gegenüber einer stationären Phase in einem chromatographischen Prozess wie oben bereits ausgeführt beeinflussen.
Bei einer Ausgestaltung der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure ist R₁ 2-Hydroxyethyl, Hexyl, Isopropyl, 3-Butenyl, Cyclopropyl oder 2-Propinyl.
Bei einer Ausgestaltung der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure ist R₂ Carboxy.
Ist R₂ ein Wasserstoffrest, so ist die 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure eine 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure. Ist R₂ Carboxy, so ist die 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure eine 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure.
Obwohl die US 2021/0137884 A1 aufgrund der allgemeinen Formulierung grundsätzlich 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäuren offenbart, unterscheiden sich die aus der US 2021/0137884 A1 bekannten Syntheseverfahren stark von dem oben dargelegten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren.
Das Salz der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure kann ein Kaliumsalz, Natriumsalz, Lithiumsalz oder Ammoniumsalz sein. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass das Salz der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure eine relativ hohe Löslichkeit in wässrigen Lösungen aufweist. Zudem wird eine relativ einfache Reinigung des Salzes der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure, insbesondere durch Umkristallisation, ermöglicht. Dadurch wird eine relativ einfache Handhabung der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure gewährleistet.
Alle in der Beschreibung angegebenen Merkmale sind als Merkmale zu verstehen, die auf alle Ausführungsformen der Erfindung anwendbar sind. Dies bedeutet beispielsweise, dass ein für die 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure angegebenes Merkmal auch auf das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann und umgekehrt.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

1 eine graphische Darstellung der thermischen Zersetzungsreaktion von 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarat in Abhängigkeit der Reaktionszeit,
2 eine schematische Darstellung der chemischen Synthese von 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure und 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure ausgehend von 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarat,
3 eine graphische Darstellung der Rohproduktausbeute bei einer Reaktion von 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarat mit Methylamin oder Isopropylamin in Abhängigkeit der Reaktionstemperatur,
4 eine graphische Darstellung des Verhältnisses von 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure und 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure an der Rohproduktausbeute bei einer Reaktion von 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarat mit Methylamin in Abhängigkeit der Reaktionstemperatur,
5 eine graphische Darstellung des Verhältnisses von 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure und 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure an der Rohproduktausbeute bei einer Reaktion von 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarat mit Isopropylamin in Abhängigkeit der Reaktionstemperatur und
6 eine schematische Darstellung der chemo-enzymatischen Synthese von 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure und 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure ausgehend von D-Glucarat.

1. Ausführungsbeispiel:
In einem Rundkolben wurde eine 100 mM Lösung von 5-Kdg in Wasser vorgelegt. Diese Lösung wurde unter Rühren bei einer Temperatur von 95 °C gehalten. In den ersten 8 Stunden wurden stündlich Proben entnommen. Eine letzte Probe wurde nach 24 Stunden entnommen. Die Konzentrationsbestimmung von 5-Kdg in den Proben wurde mittels HPLC durchgeführt. Die Ergebnisse sind in 1 ersichtlich.
Aus 1 geht hervor, dass die Konzentration von 5-Kdg bei einer Temperatur von 95 °C kontinuierlich abnimmt. Nach 8 Stunden bei 95 °C ist 5-Kdg nicht mehr in der Lösung nachweisbar. Die Halbwertszeit von 5-Kdg in der 100 mM Lösung beträgt bei 95 °C etwa zwei Stunden.
2. Ausführungsbeispiel:

0,2 mL einer 1 M wässrigen 5-Kdg Lösung wurden jeweils in einzelne, geschlossenen Reaktionsgefäße gegeben. In einem äquimolaren Verhältnis wurden jeweils Ammoniumchlorid, Monoethanolamin, n-Hexylamin, Isopropylamin, 3-Buten-1-amin, Cyclopropylamin, Methylamin, Propargylamin oder Anilin zugesetzt. Die Lösungen wurden für 16 Stunden unter Rühren bei einer Temperatur von 70 °C gehalten. Das Reaktionsgemisch wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Hier und in den folgenden Ausführungsbeispielen betrug die Raumtemparatur jeweils 20 °C. Da in manchen Fällen ein braunes, harzartiges Präzipitat zu beobachten war, wurde der Überstand in ein anderes Reaktionsgefäß überführt. Das Präzipitat wurde zweimal mit Wasser gewaschen und das Wasser mit dem Überstand vereinigt. Verbleibende Feststoffe wurden durch Zentrifugation abgetrennt. Der erhaltene Feststoff wurde ebenfalls zweimal mit Wasser gewaschen und das Wasser mit dem Überstand vereinigt. Der Überstand wurde im Vakuum getrocknet. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 zusammengefasst: Tabelle 2

Nummer	Stickstoffquelle	Substituent R ₁ in Stickstoffquelle	Pyrrole	Ausbeute [Mol-%]	Substituent R ₁ in Pyrrolverbindung
1	Ammoniumchlorid	Wasserstoffrest	DCS	13	Wasserstoffrest
			CS	12	Wasserstoffrest
			P	ND	ND
2	Monoethanolamin	2-Hydroxyethyl	DCS	9	2-Hydroxyethyl
			CS	9	2-Hydroxyethyl
			P	1	2-Hydroxyethyl
3	n-Hexylamin	Hexyl	DCS	20	Hexyl
			CS	2	Hexyl
			P	ND	ND
4	Isopropylamin	Isopropyl	DCS	1	Isopropyl
			CS	3	Isopropyl
			P	1	Isopropyl
5	3-Buten-1-amin	3-Butenyl	DCS	10	3-Butenyl
			CS	1	3-Butenyl
			P	1	3-Butenyl
6	Cyclopropylamin	Cyclopropyl	DCS	11	Cyclopropyl
			CS	4	Cyclopropyl
			P	ND	ND
7	Methylamin	Methyl	DCS	10	Methyl
			CS	5	Methyl
			P	1	Methyl
8	Propargylamin	2-Propinyl	DCS	2	2-Propinyl
			CS	25	2-Propinyl und 2-Oxopropyl
			P	ND	ND
9	Anilin	Benzyl	DCS	9	Benzyl
			CS	8	Benzyl
			P	ND	ND

In der obigen Tabelle 2 und der nachfolgenden Tabelle 3 haben die Abkürzungen die folgenden Bedeutungen:

DCS: 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure
CS: 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure
P: 1 R₁-Pyrrol
ND: mit dem angewandten Verfahren nicht detektiert

Das Vorhandensein der Reaktionsprodukte DCS, CS und P wurde mittels quantitativer ¹H- und ¹³C-NMR-Spektroskopie bestimmt. In der Spalte „Ausbeute [Mol-%]“ sind die mittels NMR-Spektroskopie bestimmten und auf die jeweils eingesetzte Stoffmenge 5-Kdg bezogenen Ausbeuten der Reaktionsprodukte DCS, CS und P angegeben. Sofern kein Reaktionsprodukt aufgefunden wurde, wurde dies mit einem „ND“ gekennzeichnet. In der Spalte „Substituent R₁ in Stickstoffquelle“ sind die Substituenten R₁ in der Stickstoffquelle, insbesondere in dem primären Amin R₁-NH₂, angegeben. Wird beispielsweise Methylamin als Stickstoffquelle in der obigen Reaktion eingesetzt, handelt es sich beim Substituenten R₁ in der Stickstoffquelle um ein Methyl. In der Spalte „Substituent R₁ in Pyrrolverbindung“ sind die Substituenten R₁ für die in den Reaktionen aufgefundenen Reaktionsprodukte DCS, CS und/oder P angegeben. Ist beispielsweise „Methyl“ als Substituent R₁ der Pyrrolverbindung in der gleichen Zeile wie DCS angegeben, handelt es sich bei dem aufgefundenen Reaktionsprodukt um eine N-Methyl-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure. Ist beispielsweise „Methyl“ als Substituent R1 der Pyrrolverbindung in der gleichen Zeile wie CS angegeben, handelt es sich beim aufgefundenen Reaktionsprodukt um eine N-Methyl-Pyrrol-2-Monocarbonsäure.
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass bei einer Reaktionstemperatur von 70 °C bei sämtlichen Reaktionen die 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure als Reaktionsprodukt gebildet wird. Weiterhin ist ersichtlich, dass mit Ausnahme der Reaktion mit Propargylamin auch die 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure als Reaktionsprodukt gebildet wird. Bei manchen Reaktionen wird auch das vollständig decarboxylierte 1 R₁-Pyrrol als Reaktionsprodukt gebildet. Aus Tabelle 2 ist weiterhin ersichtlich, dass bei allen Reaktionen mit Ausnahme der Reaktion mit Propargylamin der Substituent R₁ in der Stickstoffquelle dem Substituenten R₁ in der 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure, der 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure und dem 1 R₁-Pyrrol entspricht. Bei der Reaktion mit Propargylamin entsteht ein Gemisch von 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäuren und 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäuren mit 2-Propinyl-Substituent und von 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäuren mit 2-Oxopropyl-Substituent. Ansonsten zeigt Tabelle 2, dass der Anteil der gebildeten Reaktionsprodukte abhängig von dem verwendeten primären Amin oder Ammonium-Ion ist. Die Synthese ist schematisch in 2 dargestellt.
3. Ausführungsbeispiel:

Zu je 1 mL einer 1 M wässrigen 5-Kdg-Lösung wurden in einem äquimolaren Verhältnis in geschlossene Reaktionsgefäße jeweils Ammoniumchlorid, Monoethanolamin, n-Hexylamin, Isopropylamin, 3-Buten-1-amin, Cyclopropylamin, Methylamin, Propargylamin oder Anilin zugesetzt. Die Lösungen wurden für 16 Stunden unter Rühren bei einer Temperatur von 95 °C gehalten. Die Reaktion wurde durch Dünnschichtchromatographie-Analyse überwacht, wobei die Abnahme von 5-Kdg bestimmt wurde. Das Reaktionsgemisch wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und der pH-Wert mit 1 M H₂SO₄ auf pH = 1 eingestellt. Zur Extraktion wurde Essigsäureethylester verwendet. Die organische Phase wurde über Na₂SO₄ getrocknet und das Lösungsmittel Essigsäureethylester im Vakuum entfernt. Die Isolierung der einzelnen Substanzen erfolgte mittels Säulenchromatographie. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 3 zusammengefasst: Tabelle 3

Nummer	Stickstoffquelle	Substituent R ₁ in Stickstoffquelle	Pyrrole	Ausbeute [Mol-%]	Substituent R ₁ in Pyrrolverbindung
1	Ammoniumchlorid	Wasserstoffrest	DCS	5	Wasserstoffrest
			CS	5	Wasserstoffrest
			P	ND	ND
2	Monoethanolamin	2-Hydroxyethyl	DCS	1.4	2-Hydroxyethyl
			CS	5	2-Hydroxyethyl
			P	ND	ND
3	n-Hexylamin	Hexyl	DCS	2	Hexyl
			CS	ND	ND
			P	ND	ND
4	Isopropylamin	Isopropyl	DCS	< 2	Isopropyl
			CS	2	Isopropyl
			P	ND	ND
5	3-Buten-1-amin	3-Butenyl	DCS	7	3-Butenyl
			CS	ND	ND
			P	ND	ND
6	Cyclopropylamin	Cyclopropyl	DCS	5	Cyclopropyl
			CS	ND	ND
			P	ND	ND
7	Methylamin	Methyl	DCS	6	Methyl
			CS	5	Methyl
			P	ND	ND
8	Propargylamin	2-Propinyl	DCS	2	2-Propinyl
			CS	3	2-Propinyl und 2-Oxopropyl
			P	ND	ND
9	Anilin	Benzyl	DCS	11	Benzyl
			CS	ND	ND
			P	5	Benzyl

Das Vorhandensein der Reaktionsprodukte DCS, CS und P wurde mittels qualitativer ¹H- und ¹³C-NMR-Spektroskopie bestimmt. In der Spalte „Ausbeute [Mol-%]“ sind die mittels NMR-Spektroskopie bestimmten und auf die jeweils eingesetzte Stoffmenge 5-Kdg bezogenen Ausbeuten der Reaktionsprodukte DCS, CS und P angegeben. Sofern kein Reaktionsprodukt aufgefunden wurde, wurde dies mit einem „ND“ gekennzeichnet.
Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, dass bei einer Reaktionstemperatur von 95 °C mit Ausnahme der Reaktion mit Propargylamin die 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure als Reaktionsprodukt gebildet wird. Weiterhin ist ersichtlich, dass bei manchen Reaktionen auch die 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure als Reaktionsprodukt und das vollständig decarboxylierte 1 R₁-Pyrrol als Reaktionsprodukt gebildet werden. Aus Tabelle 3 ist weiterhin ersichtlich, dass bei allen Reaktionen mit Ausnahme der Reaktion mit Propargylamin der Substituent R₁ in der Stickstoffquelle dem Substituenten R₁ in der 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäure, der 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäure und dem 1 R₁-Pyrrol entspricht. Bei der Reaktion mit Propargylamin entsteht ein Gemisch von 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäuren und 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäuren mit 2-Propinyl-Substituent und von 1 R₁-Pyrrol-2-Monocarbonsäuren mit 2-Oxopropyl-Substituent. Die Erfinder haben zudem festgestellt, dass bei der Reaktion mit Porpargylamin der Anteil der 1 R₁-Pyrrol-2,5-Dicarbonsäuren mit 2-Propinyl-Substituent erhöht werden kann, wenn das Reaktionsgemisch nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur mit einer schwächeren Säure als 1 M H₂SO₄, insbesondere mit Phosphorsäure, angesäuert wird. Ansonsten zeigt Tabelle 3, dass der Anteil der gebildeten Reaktionsprodukte abhängig von dem verwendeten primären Amin oder Ammonium-Ion ist. Die Synthese ist schematisch in 2 dargestellt.
4. Ausführungsbeispiel:
Je 0,2 mL einer 1 M wässrigen 5-Kdg-Lösung wurden in zehn geschlossene Reaktionsgefäße vorgelegt. In einem äquimolaren Verhältnis zu 5-Kdg wurde in fünf Reaktionsgefäße Methylamin zugegeben. In die anderen fünf Reaktionsgefäße wurde in einem äquimolaren Verhältnis zu 5-Kdg Isopropylamin zugegeben. Die Lösungen wurden für 16 Stunden unter Rühren entweder bei Raumtemperatur, bei 50 °C, bei 70 °C, bei 80 °C oder bei 95 °C gehalten. Die Reaktion wurde durch Dünnschichtchromatographie-Analyse überwacht, wobei die Abnahme von 5-Kdg bestimmt wurde. Das Reaktionsgemisch wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und der pH-Wert mit 1 M H₂SO₄ auf pH = 1 eingestellt. Zur Extraktion wurde Essigsäureethylester verwendet. Die organische Phase wurde über Na₂SO₄ getrocknet und das Lösungsmittel Essigsäureethylester im Vakuum entfernt. Die Rohproduktausbeute wurde gewogen. Das Vorhandensein der Reaktionsprodukte DCS und CS wurde mittels qualitativer ¹H- und ¹³C-NMR-Spektroskopie bestimmt. Das Verhältnis der Reaktionsprodukte DCS und CS wurde mittels quantitativer ¹H- und ¹³C-NMR-Spektroskopie bestimmt. Die Ergebnisse sind in 3, 4 und 5 dargestellt.
Aus 3 ist ersichtlich, dass die Rohproduktausbeute bei steigender Reaktionstemperatur zunimmt. Bei der Reaktion von 5-Kdg mit Methylamin erreicht die Rohproduktausbeute ihr Maximum bei 70 °C. Bei der Reaktion von 5-Kdg mit Isopropylamin erreicht die Rohproduktausbeute ihr Maximum bei 95 °C.
Aus 4 ist ersichtlich, dass bei der Reaktion von 5-Kdg mit Methylamin der Anteil der DCS an der Rohproduktausbeute mit steigender Reaktionstemperatur abnimmt. Gleichzeitig nimmt der Anteil der CS an der Rohproduktausbeute mit steigender Reaktionstemperatur zu.
Aus 5 ist ersichtlich, dass bei der Reaktion von 5-Kdg mit Isopropylamin der Anteil der DCS an der Rohproduktausbeute mit steigender Reaktionstemperatur abnimmt. Gleichzeitig nimmt der Anteil der CS an der Rohproduktausbeute mit steigender Reaktionstemperatur zu.
Ferner ist aus der Zusammenschau der 4 und 5 ersichtlich, dass der Effekt der temperaturabhängigen Abnahme der DCS bei gleichzeitiger Zunahme der CS bei der Reaktion von 5-Kdg mit Isopropylamin stärker ausgeprägt ist als bei der Reaktion von 5-Kdg mit Methylamin.
5. Ausführungsbeispiel
Zur enzymatischen Herstellung von 5-Kdg wurde die Glucarat-Dehydratase (GlucD) verwendet. Hierfür wurden in eine wässrige Lösung von 1 M D-Glucarat (pH 6,5, titriert mit KOH) 5 U GlucD zugegeben. Die enzymatische Reaktion erfolgte in einem Gesamtvolumen der wässrigen Lösung von 12 mL, wobei die wässrige Lösung 8,3 mM Kaliumphosphat und 5 mM MgSO₄ enthält. Das Reaktionsgemisch wurde bei Raumtemperatur bis zur vollständigen Umsetzung des Substrats inkubiert. Die enzymatische Reaktion wurde durch Ultrafiltration mit einer VivaSpin^®-Säule (10 kDa cut-off) gestoppt. Die vollständige enzymatische Umsetzung des Substrats wurde durch HPLC-Analyse ermittelt.
6. Ausführungsbeispiel:
Das einen His-Tag umfassende Enzym 5-keto-4-deoxy-Glucarat-Dehydratase kdgD wurde mittels rekombinanter Proteinexpression in E. coli BL21 (DE3) exprimiert. Die E. coli-Bakterien wurden mittels Ultraschall lysiert. Das Lysat wurde zentrifugiert und der Überstand gefiltert. Der gefilterte Überstand wurde auf eine IMAC-Affinitätssäule (1 mL HisTrap™ FF) aufgetragen, die zuvor mit Bindungspuffer äquilibriert wurde. Der Bindungspuffer enthält 50 mM Kaliumphosphat pH 8.0, 20 mM Imidazol, 500 mM NaCl und 10 % Glycerol. Nach dem Auftragen des gefilterten Überstands wurde die Säule mit 10 Säulenvolumen Bindungspuffer gewaschen und mit 2 Säulenvolumen einer 1M D-Glucarat-Lösung (pH 6.5, titriert mit KOH) mit 5 mM MgSO₄ äquilibriert. Die vollständige enzymatische Umsetzung des D-Glucarats zu 5-Kdg wurde mit einer Flussrate von 0,04 mL/min erreicht und durch HPLC-Analyse bestätigt.
In einem Zweihalskolben mit rundem Boden wurden 2 mL einer 1M Ammoniumchlorid-Lösung auf 95 °C erhitzt und unter Rückfluss gerührt. Zu der erhitzten Lösung wurden 2 mL des frisch hergestellten enzymatischen Produkts 5-Kdg mit einer Flussrate von 0,04 mL/min zugegeben. Nach Zugabe des 5-Kdgs wurde das Reaktionsgemisch 14 Stunden unter Rühren bei 95 °C gehalten. Das Reaktionsgemisch wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und der pH-Wert mit 1 M H₂SO₄ auf pH = 1 eingestellt. Zur Extraktion wurde Essigsäureethylester verwendet. Die Reinigung erfolgte chromatographisch über eine Kieselgel-Säule. Die Synthese ist schematisch in 6 dargestellt. Das Vorhandensein der Reaktionsprodukte DCS und CS wurde mittels qualitativer ¹H- und ¹³C-NMR-Spektroskopie bestimmt. Das Verhältnis der Reaktionsprodukte DCS und CS wurde mittels quantitativer ¹H- und ¹³C-NMR-Spektroskopie bestimmt.
Die Kombination aus enzymatischer Umsetzung mit einem immobilisierten Enzym und anschließender chemischer Reaktion ergab eine Rohproduktausbeute von 27 % ausgehend von einer vollständigen Umsetzung des 5-Kdgs zum Reaktionsprodukt DCS. Nach chromatographischer Reinigung des gebildeten Rohprodukts über eine Kieselgel-Säule und anschließender NMR-Analyse wurde festgestellt, dass hauptsächlich CS gebildet wurde. Es wurde festgestellt, dass der Anteil an CS 39 % der isolierten Ausbeute betrug. Der Anteil an DCS an der isolierten Ausbeute betrug nur 6 %.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20210137884 A1 [0006, 0041]
WO 2021159009 A1 [0007]
WO 2020132582 A1 [0007]
EP 3540059 A1 [0007]
EP 2655323 B1 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Amaranth et al. „Intermediates in the Paal-Knorr synthesis of pyrroles“, The Journal of Organic Chemistry 1991, 56 (24): S. 6924-6931 [0003]
Scalacci et al. „Unveiling the Biocatalytic Aromatizing Activity of Monoamine Oxidases MAO-N and 6-HDNO: Development of Chemoenzymatic Cascades for the Synthesis of Pyrroles. ACS Catalysis 2017, 7(2), S. 1295-1300 [0004]
Lin et al. „1-Phenyl-1H-pyrrole-2,5-dicarboxylic acid derivatives as versatile hydrogen-bonding motifs for the formation of one-, two- and three-dimensional networks in the solid state“ J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 1998, S. 2109-2116 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure gemäß Formel (I),
wobei R₂ ein Wasserstoffrest oder Carboxy ist, oder zur Herstellung eines Gemischs von 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäuren gemäß der Formel (I), wobei R₂ bei einem Teil der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäuren ein Wasserstoffrest und bei einem anderen Teil der 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäuren Carboxy ist, wobei R₁ aus einer Gruppe, bestehend aus Wasserstoffrest, Alkyl, Hydroxyalkyl, Cycloalkyl, Alkenyl, Hydroxyalkenyl, Alkinyl, Hydroxyalkinyl, Oxoalkyl, Phenyl und substituiertes Phenyl ausgewählt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines 3,4-Dihydroxyketons, eines Lösungsmittels und eines primären Amins R₁-NH₂ oder eines Ammonium-Ions, wobei R₁ aus einer Gruppe, bestehend aus Alkyl, Hydroxyalkyl, Cycloalkyl, Alkenyl, Hydroxyalkenyl, Alkinyl, Hydroxyalkinyl, Phenyl und substituiertes Phenyl ausgewählt ist, b) Mischen des 3,4-Dihydroxyketons und des primären Amins R₁-NH₂ oder des Ammonium-Ions in dem Lösungsmittel, c) Einstellen einer bei Schritt b) erhaltenen Mischung auf eine Temperatur im Bereich von 30 °C bis 100 °C und Aufrechterhalten der Temperatur.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das 3,4-Dihydroxyketon 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarat ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarats durch eine enzymatische Umsetzung von D-Glucarat zu 5-Keto-4-deoxy-D-Glucarat in wässriger Lösung erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die enzymatische Umsetzung mittels, insbesondere immobilisierter, Glucarat-Dehydratase erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Lösungsmittel Wasser, eine saure wässrige Lösung, eine basische wässrige Lösung oder ein organisches Lösungsmittel ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das 3,4-Dihydroxyketon und das primäre Amin R₁-NH₂ oder das Ammonium-Ion bei Schritt b) in einem äquimolaren Verhältnis miteinander vermischt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Temperatur eine Temperatur im Bereich von 50 °C bis 85 °C, insbesondere eine Temperatur im Bereich von 70 °C bis 75 °C, ist und/oder das Aufrechterhalten der Temperatur für mindestens 30 Minuten erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Einstellen und das Aufrechterhalten der Temperatur unter Rühren erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die in Schritt c) erhaltene Mischung nach Schritt c) auf eine Temperatur im Bereich von 5 °C bis weniger als 30 °C eingestellt und angesäuert wird, wobei die dadurch gebildete 1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure sich von der Mischung durch Präzipitation absondert oder durch eine Extraktion von der Mischung abgesondert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Extraktion mit einem organischen Extraktionsmittel, insbesondere Essigsäureethylester, erfolgt.
1 R₁-Pyrrol-Carbonsäure gemäß Formel (I)
herstellbar durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, oder ein Salz oder ein Solvat davon, wobei R₁ aus einer Gruppe, bestehend aus Alkyl, Hydroxyalkyl, Cycloalkyl, Alkenyl, Hydroxyalkenyl, Alkinyl und Hydroxyalkinyl ausgewählt ist, wobei R₂ entweder ein Wasserstoffrest ist, wobei das Alkyl Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl oder Isopropyl ist, wobei das Hydroxyalkyl 1-Hydroxypropyl, 2-Hydroxypropyl, 3-Hydroxypropyl, 1-Hydroxybutyl, 2-Hydroxybutyl, 3-Hydroxybutyl, 4-Hydroxybutyl, 1-Hydroxypentyl, 2-Hydroxypentyl, 3-Hydroxypentyl, 4-Hydroxypentyl, 5-Hydroxypentyl, 1-Hydroxyhexyl, 2-Hydroxyhexyl, 3-Hydroxyhexyl, 4-Hydroxyhexyl, 5-Hydroxyhexyl oder 6-Hydroxyhexyl ist, wobei das Cycloalkyl Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclononyl, Cyclodecyl oder Cycloundecyl ist, wobei das Alkenyl 2-Propenyl, 2-Butenyl, 3-Butenyl, 2-Pentenyl, 3-Pentenyl, 4-Pentenyl, 2-Hexenyl, 3-Hexenyl, 4-Hexenyl oder 5-Hexenyl ist, oder wobei R₂ Carboxy ist, wobei das Alkyl Ethyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl oder Isopropyl ist.
1R₁-Pyrrol-Carbonsäure oder das Salz oder das Solvat davon gemäß Anspruch 11, wobei R₁ Hexyl, Isopropyl, 3-Butenyl oder 2-Propinyl ist.
1R₁-Pyrrol-Carbonsäure oder das Salz oder das Solvat davon gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei R₂ Carboxy ist.
1R₁-Pyrrol-Carbonsäure oder das Salz oder das Solvat davon gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Salz der 1R₁-Pyrrol-Carbonsäure ein Kaliumsalz, Natriumsalz, Lithiumsalz oder Ammoniumsalz ist.