JP6273382B2 - スタチン系薬物用のキラル中間体の製造方法 - Google Patents

スタチン系薬物用のキラル中間体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は薬物中間体の合成分野に関し、具体的にはスタチン系薬物用のキラル中間体の製造方法に関する。
スタチン系薬物(Statins)はヒドロキシメチルグルタリルCoA(HMG−CoA)還元酵素阻害剤であり、内因性コレステロールによる律速酵素(HMG−CoA)還元酵素の合成を競合阻害することで、細胞内のメバロン酸代謝経路を遮断することによって、細胞の内因性コレステロール合成を減少させ、更に細胞膜表面(主に肝細胞)をフィードバック刺激して低密度リポタンパク質(low density lipoprotein,LDL)受容体の数を増加して活性を向上させ、血清コレステロールの除去量を増加してレベルを低下させる。スタチン系薬物は、更に肝臓によるアポリポタンパク質B−100の合成を阻害することで、トリグリセリドを豊富に含むAV、リポタンパク質の合成や分泌を減少させる。また、スタチン系薬物は初期急性冠動脈症候群患者に用いると、血管内皮の炎症反応を抑制して、粥状斑を安定させ、血管内皮の機能を改善し、アテローム性動脈硬化(AS)の進行を遅延させ、炎症を防止し、神経を保護して、血栓を予防する等の作用を有し、応用の将来性が期待できる。
従来、市販されたスタチン系薬物、例えばアトルバスタチン、ピタバスタチン、シンバスタチン、ロスバスタチン等は、合成には構造式Aのキラルジオール側鎖を出発原料とすることが必要である。
Figure 0006273382
特許WO 03006656Aにおいて、2,4−ジデオキシヘキソース又は2,4,6−トリデオキシヘキソースを重要中間体として、酸化、アセタール化、加水分解を行ってアルコール側鎖中間体を得る。
Figure 0006273382
特許WO 0206266Aにおいて、6−クロロメチル−4−ヒドロキシテトラヒドロ−2ヒドロ−ピラン−2−オンを使用して(4R−cis)−6−クロロ−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−ブチルアセテート系化合物を合成する合成経路が報告されている。ここで、YはNa、Ca又はテトラアルキル四級アンモニウム塩化合物を示す。
Figure 0006273382
特許US 2006004200Aと特許WO 2008059519Aにおいて、(4R−Cis)−6−ヒドロキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−ブチルアセテートを酸化してアルデヒド基側鎖を有する中間体にする合成プロセスが報告されている。
Figure 0006273382
以上のプロセスは、原料の合成、経路の選択、中間体の分離精製等について問題があり、そのため、コストが高くなり、全収率が低い。従って。安価で、プロセスが環境に優しく、製品の品質が高い合成プロセスの開発は、経済的にも社会的には価値がある。
特許WO 03006656A 特許WO 0206266A 特許US 2006004200A 特許WO 2008059519A
従来の合成プロセスに存在する高コスト、低収率等の欠陥を克服して、新規合成プロセスを開発するために、本発明は式(I)に示されるスタチン系薬物用のキラル中間体の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の提供する製造方法は、
1)クロロ酢酸とベンジルアルコールを出発原料として、エーテル化反応によってベンジルオキシ酢酸を生成するステップと、
2)ベンジルオキシ酢酸とモルホリンを縮合反応させて2−ベンジルオキシモルホリノアセトアミドを生成するステップと、
3)2−ベンジルオキシモルホリノアセトアミドと式(5)に示されるアセトアセテートを置換反応させて式(6)に示されるジオン中間体を生成するステップと、
4)式(6)に示されるジオン中間体を不斉還元反応させて式(7)に示されるキラルジオール中間体を生成するステップと、
5)式(7)に示されるキラルジオール中間体と2,2−ジメトキシプロパンを反応させて式(8)に示される(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−カプロエートを生成するステップと、
6)式(8)に示される(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−カプロエートを脱ベンジル化して式(9)に示される(4R−cis)−6−ヒドロキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−カプロエートを得るステップと、
7)式(9)に示される(4R−cis)−6−ヒドロキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−カプロエートを酸化反応させて式(I)に示されるキラル中間体を得るステップとを備える。
反応式は以下の通りである。
Figure 0006273382
(但し、RはC4〜C10アルキル基を示す。
好ましくは、Rはtert−ブチル基、tert−アミル基、シクロペンチル基又はシクロヘキシル基を示す。)
前記式(5)に示されるアセトアセテートは、ジケテンと式(10)に示されるアルコールとを開環付加反応させて得られる。
Figure 0006273382
前記ステップ4)における不斉還元反応は、式(6)に示されるジオン中間体を均一に溶剤に分散させ、還元酵素、ギ酸又はギ酸塩、NAD(ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド)を添加して、pH値を6.2〜6.4に調整した後、系を27〜33℃に昇温して、17〜24h保温することによって行われる。
前記ステップ4)において、前記還元酵素の使用量と前記式(6)に示されるジオン中間体の使用量の質量比が0.00005〜0.004:1である。
前記還元酵素は、アミノ酸配列として、
a)配列番号1ないし配列番号6で表される配列、
b)a)に示される配列と少なくとも70%の同一性を有し且つ改良したジケトレダクターゼ活性を持つ配列、又は
c)a)の配列において1又は複数のアミノ酸残基が欠失、付加及び/又は置換されて得られるものあって、改良したジケトレダクターゼ活性を持つ配列、
から選ばれる一種を含むジケトレダクターゼ突然変異体であり、
b)に示される配列は配列番号7に示される配列ではない。
好ましくは、前記ジケトレダクターゼ突然変異体は配列番号1、2、3、4、5又は6に示されるアミノ酸配列を含む。
前記ステップ4)において、前記溶剤は精製水、ポリエチレングリコール、イソプロパノール、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、エタノール、n−ヘプタン、トルエン、アセトン、DMF、メタノールから選ばれる一種又は複数種である。
前記ステップ4)において、前記ギ酸塩はギ酸アンモニウム、ギ酸ナトリウム又はギ酸カリウムから選ばれ、前記ギ酸又はギ酸塩の使用量と前記式(6)に示されるジオン中間体の使用量とのモル比は2〜10:1である。
前記ステップ4)において、前記NADの使用量と前記式(6)に示されるジオン中間体の使用量との質量比は0.001〜0.1:0.1:1である。
本発明の提供する製造方法は以下の利点を有する。
(1)従来の合成プロセスに比べて、該合成プロセスは更に新規で、スタチン系薬物の開発分野を広げる。
(2)中間体化合物6を酵素還元によってジオールキラル中心に容易に導入でき、特に本発明の提供するジケトレダクターゼ突然変異体は、低価な上に、品質が安定し、得たジオールは収率、純度、光学選択性が高い。
(3)該合成プロセスでは、クロロ酢酸とベンジルアルコールを出発原料として、中間ステップに使用される原料が低価で、プロセスが操作しやすく、最終生成物の純度及び収率が高く、全収率が90.0%以上に達し、製造コストを効果的に低下できる。
本発明の目的、技術案及び利点を更に明らかにするため、以下、本発明の例示的な実施例の技術案を説明する。
本発明は式(I)に示されるスタチン系薬物用のキラル中間体の製造方法を提供し、
1)クロロ酢酸1とベンジルアルコール2を出発原料として、エーテル化反応によってベンジルオキシ酢酸3を生成するステップと、
2)ベンジルオキシ酢酸3とモルホリンを縮合反応させて2−ベンジルオキシモルホリノアセトアミド4を生成するステップと、
3)2−ベンジルオキシモルホリノアセトアミド4と式(5)に示されるアセトアセテートを置換反応させて式(6)に示されるジオン中間体を生成するステップと、
4)式(6)に示されるジオン中間体を不斉還元反応させて式(7)に示されるキラルジオール中間体を生成するステップと、
5)式(7)に示されるキラルジオール中間体と2,2−ジメトキシプロパンを反応させて式(8)に示される(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−カプロエートを生成するステップと、
6)式(8)に示される(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−カプロエートを脱ベンジル化して式(9)に示される(4R−cis)−6−ヒドロキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−カプロエートを得るステップと、
7)式(9)に示される(4R−cis)−6−ヒドロキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−カプロエートを酸化反応させて式(I)に示されるキラル中間体を得るステップと、を備える。
反応式は以下の通りである
Figure 0006273382
(但し、RはC4〜C10アルキル基を示す。)
本発明の製造方法の一実施形態によれば、Rは好ましくはtert−ブチル基、tert−アミル基、シクロペンチル基又はシクロヘキシル基を示す。
本発明の製造方法の一実施形態によれば、式(5)に示されるアセトアセテートは、ジケテンと式(10)に示されるアルコールとを開環付加反応させて得られる。
反応式は以下の通りである
Figure 0006273382
前記ステップ1)の具体的な過程は、下記のようなものである。反応フラスコに有機溶剤とトルエンを投入し、系の温度を制御しながら、アルカリを分割して添加し、アルカリの添加が終了した後、更にベンジルアルコールを分割添加する。クロロ酢酸を有機溶剤に溶解して、温度を制御しながら前述反応系に滴下し、系をクロロ酢酸が完全になくなるまで反応させる。系を冷却させた後に、水を添加して有機溶剤を減圧除去し、水相を有機溶剤で抽出して、温度を制御しながら水相のpHを酸性に調整し、水相を有機溶剤で抽出した後に、乾燥濃縮させて化合物3を得る。ステップ1)で得た生成物は、純度が97〜99%、収率が85〜90%である。
前記ステップ1)において、反応で用いる有機溶剤は、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、アセトニトリル、メチルtert−ブチルエーテルから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合溶剤であり、テトラヒドロフランが好ましい。添加されるアルカリは、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、カリウムtert−ブトキシド、ナトリウムエトキシド、水酸化ナトリウム、金属ナトリウム、水素化ナトリウムから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合したアルカリであり、水酸化カリウムが好ましく、添加されるアルカリとクロロ酢酸とのモル比は、1:1−100:1、好ましくは3:1であり、添加されるベンジルアルコールとクロロ酢酸とのモル比は、1:1〜100:1、好ましくは3:1であり、添加されるアルカリとベンジルアルコールの温度は、10〜100℃、好ましくは15〜25℃であり、クロロ酢酸の滴下温度は、30〜120℃、好ましくは70〜80℃、クロロ酢酸溶液の滴下速度は、1g/min〜100g/min、好ましくは10g/minであり、冷却後に添加される水とクロロ酢酸の質量比は1:1〜100:1、好ましくは8:1であり、水相のpH値は1〜6、好ましくは2〜3であり、酸性水相の抽出溶剤は、2−メチル、酢酸エチル、エチルエーテル、メチルtert−ブチルエーテルから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合溶剤、好ましくはメチルtert−ブチルエーテルであり、クロロ酢酸の体積に対して、抽出溶剤の使用量は3〜30倍、好ましくは8倍とする。
前記ステップ2)の具体的な過程は、以下の通りである。反応フラスコに有機溶剤とベンジルオキシ酢酸(化合物3)を添加して、系の温度を制御しながら塩化アシルを滴下し、滴下終了後、系を化合物3がなくなるまで撹拌し、次に低沸点物質を減圧除去して、使用に備える。反応フラスコに有機溶剤、モルホリン及びアルカリを加え、系の温度を制御しながら上記の濃縮液を滴下し、滴下終了後、保温してモルホリンがなくなるまで撹拌し、希塩酸を添加して反応をクエンチさせ、分液して有機相を順に水、飽和炭酸水素ナトリウム及び水で洗浄して、濃縮させてベンジルオキシモルホリノアセトアミド(化合物4)を得る。ステップ2)で得た生成物は純度が97〜99%、収率が85〜90%である。
前記ステップ2)において、有機溶剤は、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、トルエン、ジクロロメタン、クロロホルム、2−メチルテトラヒドロフラン、アセトニトリル、メチルtert−ブチルエーテルから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合溶剤であり、ジクロロメタンが好ましく、添加される塩化アシルは、塩化オキサリル、塩化チオニル、塩化アセチルから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合物であり、塩化オキサリルが好ましく、塩化アシルの滴下温度は−10〜50℃、好ましくは10〜20℃であり、添加される塩化アシルと化合物3とのモル比は1:1〜10:1、好ましくは1.5:1であり、塩化アシル液の滴下速度は1g/min〜100g/min、好ましくは6g/minであり、添加されるアルカリは、水酸化ナトリウム、トリエチルアミン、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム、カリウムtert−ブトキシド、ナトリウムエトキシド、ジイソプロピルエチルアミン、ピリジンから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合したアルカリであり、トリエチルアミンが好ましく、添加されるアルカリと化合物3とのモル比が1:1〜10:1、好ましくは1.5:1とし、濃縮液の滴下温度は−10〜50℃、好ましくは10〜20℃とする。
前記ステップ3)の具体的な過程は、以下の通りである。反応フラスコに有機溶剤とアルカリを添加して、系の温度を制御しながら化合物5を滴下し、滴下終了後、系の温度を低下させ、系の温度を制御しながら有機アルカリ溶液を滴下し、滴下終了後、化合物4を滴下して化合物4がなくなるまで撹拌する。反応系を酸性水溶液でクエンチさせ、分液後に、水相を有機溶剤で二回抽出して、有機相を併合して飽和食塩水で一回洗浄し、濃縮させて化合物6の粗生成物を得て、有機溶剤を添加して結晶化させて固体化合物6を得る。ステップ3)で得た生成物は純度が96.0〜97.0%、収率が65〜70%である。
前記ステップ3)において、有機溶剤は、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、トルエン、ジ2−メチルテトラヒドロフラン、メチルtert−ブチルエーテルから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合溶剤であり、テトラヒドロフランが好ましく、使用されるアルカリは、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、カリウムtert−ブトキシド、ナトリウムエトキシド、水酸化ナトリウム、金属ナトリウム、水素化ナトリウムから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合したアルカリであり、水素化ナトリウムが好ましく、化合物5の滴下温度は、−10〜50℃、好ましくは0〜20℃、化合物5の滴下速度は、1g/min〜100g/min,好ましくは10g/minであり、使用される有機アルカリは、ジイソプロピルエチルアミノリチウム、n−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、ナトリウムエトキシド、ナトリウムメトキシド及びナトリウムtert−ブトキシドから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合物であり、n−ブチルリチウムが好ましく、クエンチ用酸性水溶液は、塩酸、重硫酸ナトリウム、塩化アンモニウム及びリン酸水素ナトリウムから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合物であり、3質量%の希塩酸溶液が好ましく、抽出用有機溶剤は、トルエン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジクロロメタン、メチルtert−ブチルエーテルから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合溶剤であり、メチルtert−ブチルエーテルが好ましい。
前記ステップ4)の具体的な過程は、以下の通りである。6−(ベンジルオキシ)−3,5−ジオキソtert−アミルカプロエート(化合物6)を均一に溶剤に分散させ、均一に撹拌した後に、還元酵素、ギ酸又はギ酸塩、NADを添加し、ギ酸等の水溶液でpH=6.2〜6.4を調整し、系を27〜33℃に昇温して17〜24h保温する。反応終了後、系を65〜70℃に昇温して酵素タンパク質を破壊し、有機溶剤を添加して、珪藻土パッドを通して分液し、水相を有機溶剤で逆抽出して、有機相を併合し、濃縮させて生成物を得て、次のステップの反応に直接用いる。ステップ4)で得た生成物は純度が92〜95%、収率が70〜85%、ee値が99.5%超え、de値が90〜99.5%である。
前記ステップ4)において、化合物6分散用の溶剤は、精製水、ポリエチレングリコール、イソプロパノール、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、エタノール、n−ヘプタン、トルエン、アセトン、DMF、メタノールから選ばれ、精製水が好ましく、分散溶剤の使用量は、化合物6の体積に対して、1〜10倍、好ましくは4倍であり、還元酵素の使用量は、化合物6の使用量に対して、0.05〜4mg/g、好ましくは0.1mg/gであり、反応の全体積は、化合物6に対して、10〜60倍、好ましくは30倍であり、ギ酸又はギ酸塩と化合物6とのモル比は2:1〜10:1、好ましくは2:1であり、ギ酸塩は、ギ酸アンモニウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウムから選ばれ、ギ酸アンモニウムが好ましく、NADと化合物6との質量比は、0.001:1〜0.1:1、好ましくは0.03:1であり、系のpH範囲は4.0〜9.0、好ましくは6.2+0.2であり、抽出用の有機溶剤は、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、エチルエーテル、メチルtert−ブチルエーテル、n−ヘプタン、トルエン、キシレンから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合溶剤であり、酢酸イソプロピルが好ましい。
前記ステップ5)の具体的な過程は、以下の通りである。有機溶剤に(3R,5S)−6−ベンジルオキシ−3,5−ジヒドロキシtert−アミルカプロエート(化合物7)、2,2−ジメトキシプロパン及び触媒量の酸を順に添加して、化合物7がほぼなくなるまで反応させて、酸を添加して洗浄し、アルカリを添加して系を中和し、低沸点物質を減圧除去した後に水を添加し、分液して水相を有機溶剤で複数回抽出し、有機相を併合して飽和食塩水で一回洗浄し、有機相をシリカゲルパッドに通過させた後に、濃縮させて生成物を得て、次のステップの反応に直接用いる。ステップ5)で得た生成物は純度が92〜95%、収率が88〜92%である。
上記前記ステップ5)において、反応用の有機溶剤はメタノール、アセトン、アセトニトリル、ジクロロメタン、トルエン、テトラヒドロフラン、メチルtert−ブチルエーテルから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合溶剤であり、アセトンが好ましく、有機溶剤の使用量は、化合物7の体積に対して、3〜20倍、好ましくは10倍であり、反応温度は−10〜60℃、好ましくは15〜25℃であり、添加される2,2−ジメトキシプロパンと化合物7とのモル比は1:1〜10:1であり、2:1が好ましく、添加される触媒量の酸は、塩酸、硫酸、ピリジンp−トルエンスルホン酸塩、p−トルエンスルホン酸、酢酸から選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合酸であり、ピリジンp−トルエンスルホン酸塩が好ましく、添加される触媒量の酸と化合物7との質量比は、0.01:1〜0.1:1であり、0.02:1が好ましく、洗浄用酸は、塩酸、硫酸、p−トルエンスルホン酸、酢酸から選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合酸であり、3質量%の希塩酸が好ましく、洗浄用酸と化合物7との質量比は0.01:1〜1:1であり、0.05:1が好ましく、系中和用のアルカリは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カリウムから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合アルカリであり、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液が好ましく、反応後の処理用抽出溶剤は酢酸エチル、エチルエーテル、メチルtert−ブチルエーテル、n−ヘプタン、トルエン、キシレンから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合溶剤であり、酢酸エチルが好ましい。
前記ステップ6)の具体的な過程は、以下の通りである。有機溶剤に(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物8)及び金属触媒を添加し、系を密閉させた後、窒素ガスで五回置換して、さらに水素ガスで三回置換し、化合物8がほぼなくなるまで反応させ、放圧した後に釜を開いて系を取り出し、吸引濾過して濾過ケーキを有機溶剤で二回洗浄し、濃縮させて得られる生成物を次のステップの酸化反応に直接用いる。生成物は純度が95−98%,収率が92−95%である。
前記ステップ6)において、反応用の有機溶剤は、メタノール、アセトン、エタノール、アセトニトリル、酢酸エチル、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、メチルtert−ブチルエーテルから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合溶剤であり、酢酸エチルが好ましく、反応溶剤としての酢酸エチルの使用量は化合物8の体積に対して、3〜20倍、好ましくは10倍であり、添加される金属触媒は、水酸化パラジウム、パラジウム炭素、モリブデン炭素、二酸化モリブデン、Raney−Niから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した触媒であり、水酸化パラジウムが好ましい。添加される金属触媒と化合物8との質量比は0.01:1〜1:1であり、0.05:1が好ましく、濾過ケーキ洗浄用の溶剤は、メタノール、アセトン、エタノール、アセトニトリル、酢酸エチル、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、メチルtert−ブチルエーテルから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合溶剤であり、酢酸エチルが好ましい。
前記ステップ7)の具体的な過程は、以下の通りである。有機溶剤に2−((4R,6S)−6−メトキシ−2,2−ジメチル−[1,3]ジエポキシ−4−イル)−アセテート(化合物9)を添加して、温度を低下させた後、ジメチルスルホキシドと所定量のアルカリを添加し、次に酸化剤を分割添加し、化合物9が完全に反応した後、水を添加してクエンチさせ、分液して水相を有機溶剤で逆抽出し、有機相を併合して精製水で洗浄し、濃縮させて目的化合物(式I化合物)を得る。目的生成物は純度が92−96%、収率が80−85%である。
前記ステップ7)において、反応用の有機溶剤は、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、メチルtert−ブチルエーテル、トルエン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合溶剤であり、ジクロロメタンが好ましく、反応用の有機溶剤の使用量は化合物9の体積に対して3〜20倍、好ましくは10倍であり、添加されるジメチルスルホキシドと化合物9とのモル比は0.01:1−20:1、好ましくは10:1であり、添加されるアルカリは、トリエチルアミン、ピリジン、エチレンジアミン、N,N−ジイソプロピルエチルアミンから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合アルカリであり、N,N−ジイソプロピルエチルアミンが好ましく、添加されるアルカリと化合物9とのモル比は、1:1〜50:1、好ましくは3.5:1であり、添加される酸化剤は、次亜塩素酸ナトリウム−TEMPO、三酸化硫黄ピリジン−ジメチルスルホキシド、活性二酸化マンガン、PCC酸化剤、PDC酸化剤、DMPであり、三酸化硫黄ピリジンが好ましく、添加される酸化剤と化合物9とのモル比は、0.01:1〜20:1、好ましくは10:1であり、酸化剤の添加速度は0.01Kg/h〜1Kg/h、好ましくは0.4Kg/hであり、反応をクエンチさせるための水の使用量は化合物9の体積に対して、3〜20倍、好ましくは5倍であり、後処理用の抽出溶剤は、酢酸エチル、ジクロロメタン、メチルtert−ブチルエーテル、トルエン、n−ヘプタンから選ばれる一種又は複数種を任意の比率で混合した混合溶剤であり、ジクロロメタンが好ましい。
式(5)に示されるアセトアセテートの具体的な製造過程は、以下の通りである。反応フラスコにアルコール(化合物10)、反応溶剤及び触媒を投入して、系の温度を制御しながら、ジケテンを滴下した後に、保温しながら原料が完全になくなるまで反応させる。反応溶剤と過剰なジケテンを蒸留除去した後に、減圧精留してアセトアセテート(化合物5)を得る。
上記の過程において、使用される触媒は酢酸ナトリウム、ピペリジン、イソプロピルアミン、4−ジメチルアミノピリジン又はこのような反応を触媒可能なその他の化合物から選ばれ、前記触媒とアルコール(化合物10)とのモル比は0.01〜0.5:1、好ましくは0.05〜0.10:1であり、使用される反応溶剤はテトラヒドロフラン、トルエン又はアセトニトリルであり、また、溶剤を使用しなくてもよい。反応温度は−10〜110℃、好ましくは10〜70℃であり、ジケテンとアルコールとのモル比は、0.5−3:1、好ましくは1〜1.2:1である。得られる化合物を減圧蒸留により精製しても、その他の公知の化学精製方法により精製してもよい。
上記製造方法において、用いる還元酵素は既知のジケトレダクターゼ、又はその突然変異体のいずれでもよい。本発明の製造方法の好適な一実施形態において、還元酵素はアミノ酸配列として、
a)配列番号1ないし配列番号6で表される配列、
b)a)に示される配列と少なくとも70%の同一性を有し且つ改良したジケトレダクターゼ活性を持つ配列、又は
c)a)の配列において1又は複数のアミノ酸残基が欠失、付加及び/又は置換されて得られるものであって、改良したジケトレダクターゼ活性を持つ配列、
から選ばれる一種を含むジケトレダクターゼ突然変異体であり、
b)に示される配列は配列番号7に示される配列ではない。
上記のジケトレダクターゼ突然変異体は、ロドコッカス・エリスロポリス(Rhodococcus erythropolis)SK121菌株のジケトレダクターゼ(DKR)遺伝子(例えば配列番号7に示される)を出発遺伝子として、遺伝子突然変異を行い、指向性スクリーニング法によってジケトレダクターゼ突然変異体を得る。そのアミノ酸配列は下記の配列を含有する。
(1)配列番号1に示されるアミノ酸配列であって、突然変異部位がF231Wである。
MTELKQITVLGTGVLGSQIAYQTACHGFDVVAYDINAEVIEKAKARFDSLAAAYKAENVEGAKEGKADEALQRITYSYDLGEAVAKADLVIEAIPEDIAIKRDTYEKLATVAPEHTVFATNSSTLLPSDLKEFTGRPEKFLALHFANHVWVNNTAEVMGTESTDPAVYREVVEFAKNIGMVPIELKKEKAGYVLNSLLVPLLNAASDLLIDGIADPDMVDKTWRIGTGAPWGPFQIMDVVGLTTVYNISSQGGEKQREFADYIKKNYIDEGKLGVAVGDGFYNYKG、
(2)配列番号2に示されるアミノ酸配列であって、突然変異部位がI94V+F231Wである。
MTELKQITVLGTGVLGSQIAYQTACHGFDVVAYDINAEVIEKAKARFDSLAAAYKAENVEGAKEGKADEALQRITYSYDLGEAVAKADLVIEAVPEDIAIKRDTYEKLATVAPEHTVFATNSSTLLPSDLKEFTGRPEKFLALHFANHVWVNNTAEVMGTESTDPAVYREVVEFAKNIGMVPIELKKEKAGYVLNSLLVPLLNAASDLLIDGIADPDMVDKTWRIGTGAPWGPFQIMDVVGLTTVYNISSQGGEKQREFADYIKKNYIDEGKLGVAVGDGFYNYKG、
(3)配列番号3に示されるアミノ酸配列であって、突然変異部位がI94V+V151Q+F231Wである。
MTELKQITVLGTGVLGSQIAYQTACHGFDVVAYDINAEVIEKAKARFDSLAAAYKAENVEGAKEGKADEALQRITYSYDLGEAVAKADLVIEAVPEDIAIKRDTYEKLATVAPEHTVFATNSSTLLPSDLKEFTGRPEKFLALHFANHVWQNNTAEVMGTESTDPAVYREVVEFAKNIGMVPIELKKEKAGYVLNSLLVPLLNAASDLLIDGIADPDMVDKTWRIGTGAPWGPFQIMDVVGLTTVYNISSQGGEKQREFADYIKKNYIDEGKLGVAVGDGFYNYKG、
(4)配列番号4に示されるアミノ酸配列であって、突然変異部位がV239I+R257Kである。
5MTELKQITVLGTGVLGSQIAYQTACHGFDVVAYDINAEVIEKAKARFDSLAAAYKAENVEGAKEGKADEALQRITYSYDLGEAVAKADLVIEAIPEDIAIKRDTYEKLATVAPEHTVFATNSSTLLPSDLKEFTGRPEKFLALHFANHVWVNNTAEVMGTESTDPAVYREVVEFAKNIGMVPIELKKEKAGYVLNSLLVPLLNAASDLLIDGIADPDMVDKTWRIGTGAPFGPFQIMDIVGLTTVYNISSQGGEKQKEFADYIKKNYIDEGKLGVAVGDGFYNYKG、
(5)配列番号5に示されるアミノ酸配列であって突然変異部位がV151Q+R257Kである。
MTELKQITVLGTGVLGSQIAYQTACHGFDVVAYDINAEVIEKAKARFDSLAAAYKAENVEGAKEGKADEALQRITYSYDLGEAVAKADLVIEAIPEDIAIKRDTYEKLATVAPEHTVFATNSSTLLPSDLKEFTGRPEKFLALHFANHVWQNNTAEVMGTESTDPAVYREVVEFAKNIGMVPIELKKEKAGYVLNSLLVPLLNAASDLLIDGIADPDMVDKTWRIGTGAPFGPFQIMDVVGLTTVYNISSQGGEKQKEFADYIKKNYIDEGKLGVAVGDGFYNYKG、又は
(6)配列番号6に示されるアミノ酸配列であって、突然変異部位がI94V+V151Qである。
MTELKQITVLGTGVLGSQIAYQTACHGFDVVAYDINAEVIEKAKARFDSLAAAYKAENVEGAKEGKADEALQRITYSYDLGEAVAKADLVIEAVPEDIAIKRDTYEKLATVAPEHTVFATNSSTLLPSDLKEFTGRPEKFLALHFANHVWQNNTAEVMGTESTDPAVYREVVEFAKNIGMVPIELKKEKAGYVLNSLLVPLLNAASDLLIDGIADPDMVDKTWRIGTGAPFGPFQIMDVVGLTTVYNISSQGGEKQREFADYIKKNYIDEGKLGVAVGDGFYNYKG。
上記のジケトレダクターゼ突然変異体のコードDNA配列として、以下のDNA配列を含む。
(1)配列番号9:配列番号8に示されるジケトレダクターゼ遺伝子配列において691−693bp番目のTTCがTGGに突然変異してなるもの、
(2)配列番号10:配列番号8に示されるジケトレダクターゼ遺伝子配列において691−693bp番目のTTCがTGGに突然変異し、且つ280−282bp番目のATTがGTT、GTC、GTA又はGTGに突然変異してなるもの、
(3)配列番号11:配列番号8に示されるジケトレダクターゼ遺伝子配列において691−693bp番目のTTCがTGGに突然変異し、280−282bp番目のATTがGTT、GTC、GTA又はGTGに突然変異し、且つ451−453bp番目のGTCがCAA又はCAGに突然変異してなるもの、
(4)配列番号12:配列番号8に示されるジケトレダクターゼ遺伝子配列において715−717bp番目のGTCがATT、ATC又はATAに突然変異し、且つ769−771bp番目のCGCがAAA又はAAGに突然変異してなるもの、
(5)配列番号13:配列番号8に示されるジケトレダクターゼ遺伝子配列において451−453bp番目のGTCがCAA又はCAGに突然変異し、且つ769−771bp番目のCGCがAAA又はAAGに突然変異してなるもの、又は
(6)配列番号14:配列番号8に示されるジケトレダクターゼ遺伝子配列において451−453bp番目のGTCがCAA又はCAGに突然変異し、且つ280−282bp番目のATTがGTT、GTC、GTA又はGTGに突然変異してなるもの。
本発明で用いる技術用語「同一性」とは本分野の公知の意味を有し、当業者にとっては、異なる配列間の同一性を測定する規則、標準が公知のものである。本発明で使用される、異なる程度の同一性で限定された配列は、改良したジケトレダクターゼ活性を同時に具備しなければならない。当業者にとっては、ジケトレダクターゼの活性を測定して変異体配列をスクリーニングする方法及び手段が公知のものである。当業者であれば、本願で開示された内容の示唆に基づき、このような変異体配列を簡単に製造できる。いくつかの実施形態において、前記ジケトレダクターゼ変異体の配列は配列番号7又は8に示される配列と少なくとも約75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、99.1%、99.2%、99.3%、99.4%、99.5%、99.6%の同一性を有し、且つ改良したジケトレダクターゼ活性を持ち又は改良したジケトレダクターゼ活性をコードにより有するアミノ酸配列である。例えば、前記アミノ酸配列における一つ又は複数のアミノ酸残基に対して保存的アミノ酸置換を行ってもよく、例えば一つ又は複数のアミノ酸残基として、1、2、3、4、5、6、8、9、10、15、20、30、40、50個のアミノ酸残基が挙げられる。アミノ酸の保存的アミノ酸は本分野において公知のものである。
本発明で用いる用語「改良したジケトレダクターゼ活性」とは、部位特異的飽和突然変異誘発技術によって得られたジケトレダクターゼの生物学的活性が出発ジケトレダクターゼに比べて改良したことを意味し、例えば、触媒活性が向上し、基質スペクトルが広がり、熱安定性が向上し、pH安定性が向上し、又は、例えば初期のジケトレダクターゼに比べて、発現量が少なくとも5%、10%、20%、30%、40%、50%、100%、150%、200%、500%又はそれ以上増加する。
本発明を明らかに説明するため、下記の実施例をもって本発明の前記製造方法を認証し、これら実施例は説明用の代表例に過ぎず、本発明の保護範囲を制限するものではない。
実施例のすべての実験用材料は、断わりのない限り、いずれも市販品として入手する。本発明の実施例では、出発化合物から説明するが、当業者であれば、ある中間生成物が入手可能な場合は、本発明の実施例のプロセスがいずれの中間体及びステップから開始してもよい、と理解できる。
実施例1 ジケトレダクターゼ突然変異体の製造及びスクリーニング
1、ロドコッカス・エリスロポリス(Rhodococcus erythropolis)SK121菌株由来のジケトレダクターゼ(DKR)(配列番号7)の部位特異的飽和突然変異誘発
ジケトレダクターゼ(DKR)のアミノ酸配列についてSwiss−modelウエブサイトにおいてタンパク質の三次元構造をシミュレートし、次にDockingによって基質とタンパク質の結合シミュレートを行い、最終的にPymol分析によって、基質とNADの結合、NADプロトン移動に関与する可能性があるアミノ酸を突然変異アミノ酸とした。
突然変異アミノ酸及びその両側における塩基配列(突然変異アミノ酸について表1.中の突然変異部位参照)に基づき、Primmer5.0を使用して対応する突然変異プライマー(表1)を設計した。ジケトレダクターゼ遺伝子を含むpET22b(+)発現ベクター(Novagen製、製品番号69744)をテンプレートとして、プラスミド全周をPCRによって完全な線状断片とし、DPn Iで上記PCR産物を消化して親テンプレートを除去した後、大腸菌BL21(DE3)に形質転換して、50μg/mlのアンピシリンを含むLB培養皿に塗布し、37℃で培養して一晩放置した。
Figure 0006273382
Figure 0006273382
Figure 0006273382
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2、ジケトレダクターゼ突然変異体の初期スクリーニング
ステップ1の前記内容に基づき、上記培養皿上の単一コロニーを取って96ディープウェルプレートに接種し、各ウェルに予め50μm/mlのアンピシリンを含有するLB液体培地を0.5ml添加して、37℃で振とう培養を3h行った後、IPTGを最終濃度が0.2mMになるまで添加し、18℃で16h誘導発現させ、6000gで10min遠心分離して菌体を収集し、菌体に対して超音波細胞破砕器(JY92−2D、寧波新芝生物科技股イ分有限公司製)により細胞を破砕し、4℃、10000gで20min遠心分離して上澄液を得て、マイクロプレートリーダーで初期の活性スクリーニングを行った。96ウェルプレートに30μLのDMSO、主原料として1.5μLの6−ベンジルオキシ−3,5−ジオキソ−tert−ブチルカプロエート(30mg/mL、DMSOに溶解したもの)、2.5μLのNADH(20mg/mL)、216μLのリン酸塩緩衝液(100mM、pH=6.0)を添加して、340nmでバックグラウンド検出を行い、次に各ウェルにそれぞれ調製済みの突然変異体酵素液50μLを添加し、添加直後に30℃で340nmの吸光度の変化を測定した。
酵素活性は、下記の計算式により求められた。
酵素活性(μ/mL)=(△A×60×V)/(6.22×t×V
ただし、△Aは反応過程中の吸光度の変化を示し、
は反応系の全体積を示し、
6.22は消光係数であり、
tは△Aの検出時間を示し、
は添加される酵素液の体積を示す。
3、ジケトレダクターゼ突然変異体の再スクリーニング
ステップ2において酵素活性が親より高い突然変異体を50μg/mlのアンピシリンを含むLB液体培地500mlに接種し、37℃で振とう培養をOD600=0.6になるまで行い、最終濃度が0.2mMになるまでIPTGを添加して、18℃で誘導発現させた。16h誘導発現させた後、6000gで10min遠心分離して菌体を収集した。菌体に対して超音波細胞破砕器(JY92−2D、寧波新芝生物科技股イ分有限公司製)により細胞を破砕し、4℃、10000gで20min遠心分離して上澄液を得て、活性の検出に用いた。10mlの反応フラスコに、主原料として
Figure 0006273382
(6−ベンジルオキシ−3,5−ジオキソ−tert−ブチルカプロエート)0.05g、0.5mlのポリエチレングリコールPEG−400を加え、原料を溶解させた後、4.0mlのリン酸塩緩衝液(100mM、pH=6.0)を添加して、主原料を均一に緩衝液に分散させ、1.5mgのNAD、20.6mgのギ酸アンモニウム、コエンザイムとして10mgのギ酸デヒドロゲナーゼ及び0.5mlのジケトレダクターゼを添加して、系のpHを6.0にし、更に、30±3℃で16h保温後、薄層クロマトグラフィー(TLC)で追跡し、転化物のスポットが明らかで、主原料のスポットが明らかでない系を選択して酢酸エチルで抽出し、静置して分液し、有機相をHPLC分析に供した。
親より触媒活性が優れた突然変異体を選択し、シークエンシングして、突然変異部位を分析し、更に拡大培養を行い、触媒活性を再測定した結果、突然変異体F231W (配列番号1)、I94V+F231W(配列番号2)、194V+Vl51Q+F231W(配列番号3)、V239I+R257K(配列番号4)、V151Q+R257K(配列番号5)及びI94V+V151Q(配列番号6)の触媒活性は親よりも大幅に向上した。再スクリーニング結果は表2に示される。ソフトウェアを使用してジケトレダクターゼの三次元構造についてコンピューターシミュレーション分析を行ったところ、I94はNAD結合領域に位置し、V151、F231、V239及びR257の四個のアミノ酸はいずれも基質結合部位の付近に位置し、これらアミノ酸の変化によって基質結合特異性が向上し、更に酵素活性が高められる可能性がある。
Figure 0006273382
4、ジケトレダクターゼ突然変異体のクローン及び発現
ジケトレダクターゼ突然変異体の発現及び同定を簡便に実施するために、遺伝子の5’末端と3’末端の何れにも対応する制限酵素切断部位が設計されている。Nde I及びXho Iを使用してそれぞれ目的遺伝子とpET−22b(+)(腸菌においてタンパク質を発現可能なその他の発現プラスミドも使用可能)を独立して同時に切断し、切断された目的遺伝子とプラスミドの大きな断片とをT4 DNAリガーゼで連結反応させて、その産物を大腸菌DH5a菌株のコンピテント細胞に形質転換し、次に形質転換されたコンピテント細胞を50μg/mlのアンピシリンを含むLB培養板に塗布して、37℃で培養して一晩放置した。
上記培養皿で成長した単一コロニーを50μg/mlのアンピシリンを含むLB液体培地に接種し、37℃で振とう培養して一晩放置し、菌体を収集してプラスミド抽出、PCR法による同定及び二重消化による同定(double digestion identification)を行った後、正確なクローニングベクターをpET22b(+)−R−Mとして命名し且つ大腸菌BL21(DE3)に形質転換し、形質転換された大腸菌BL21(DE3)を50μg/mlのアンピシリンを含むLB培養板に塗布して、37℃で培養して一晩放置した。上記培養板で成長した単一コロニーを50μg/mlのアンピシリンを含むLB液体培地5mlに接種し、コロニーに対してPCR法によって同定して、正確な発現ベクターを含む大腸菌を更に誘導発現させた。上記菌液を50μg/mlのアンピシリンを含むLB液体培地500mlに移して、37℃でOD600=0.5〜0.6になるまで振とう培養し、IPTGを最終濃度がそれぞれ0.2〜l.0mMになるまで加え、18〜25℃で誘導発現を10〜16h行った後、菌液を取り出して、6000gで、10min遠心分離して菌体を収集し、−20℃で冷凍保存して使用に備えた。菌体に対して、超音波細胞破砕器(JY92−2D、寧波新芝生物科技股イ分有限公司製)により細胞を破砕し、4℃、10000gで20min遠心分離して上澄液と沈殿を得た。上澄液に対して垂直電気泳動装置でSDS−PAGEによる電気泳動を行ったところ、発現させたジケトレダクターゼ突然変異体はSDS−PAGEにおいて約30KDの分子量に泳動される。
実施例2 スタチン系薬物用のキラル中間体の製造
(1)ベンジルオキシ酢酸(化合物3)の合成
反応フラスコにテトラヒドロフラン960gとトルエン41gを添加し、系の温度を10〜20℃に制御し、534.0gの水酸化カリウムを四回で加え、水酸化カリウムの添加が終了した後、1371.1gのベンジルアルコールを三回で加えた。300.1gのクロロ酢酸を480.5gのテトラヒドロフランに溶解させた後、滴下温度を70−80℃に制御し、クロロ酢酸のテトラヒドロフラン溶液を前述系に滴下して、クロロ酢酸が完全に消費されるまで反応させた。系冷却後、3.12Kgの精製水を添加してテトラヒドロフランを減圧除去し、水相をトルエンで四回抽出して、10〜20℃で塩酸を使用して水相のpHを3に調整し、水相をメチルtert−ブチルエーテルで二回抽出した後、濃縮させて収率88.3%にてGC純度≧99.2%のベンジルオキシ酢酸(化合物3) 421.3gを得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) δ : 12.28 (br, 1H), 7.34−7.30 (m, 5H), 4.59 (s, 2H), 4.12 (s, 2H)。
(2)2−ベンジルオキシ−モルホリノアセトアミド(化合物4)の合成
反応フラスコに700.5gのジクロロメタンと110.1gの化合物3を添加して、系の温度を10〜20℃に制御しながら575.3gの塩化オキサリルを滴下し、塩化オキサリルの添加が終了した後、lh撹拌し、次に低沸点物質を濃縮除去して、使用に備えた。48.0gのモルホリン、75.5gのトリエチルアミン及び480.1gのトルエンを反応フラスコに添加し、温度を10℃程度に制御して、上記濃縮液を反応フラスコの系に滴下した。滴下終了後、lh撹拌し、次に希塩酸を添加して反応をクエンチさせて分液し、有機相を順に水、飽和炭酸水素ナトリウム、水でそれぞれ一回洗浄し、濃縮させて収率90.3%にてHPLC純度≧97.5%の2−ベンジルオキシ−モルホリノアセトアミド(化合物4) 116.0gを得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) δ : 7.33−7.28 (m, 5H),4.56 (s, 2H), 4.14 (s, 2H), 3.63−3.57 (m, 6H), 3.45−3.44 (br, 2H)。
(3)tert−アミルアセトアセテート(化合物5a)の合成
500gのtert−アミルアルコールと34.6gの4−ジメチルアミノピリジンを2.5Lの無水テトラヒドロフランに溶解させ、5℃程度に降温し、次に蒸留したばかりのジケテン524.3gをゆっくり滴下した。滴下終了後、20℃程度に昇温して反応させ、TLCでモニターしながら完全に反応させた。溶剤と過剰なジケテンを蒸留除去し、次に減圧蒸留(5〜8mmHg、80−90℃)によって精製して、収率75.2%にて、GC純度≧98.5%のtert−アミルアセトアセテート(化合物5a) 732.5gを得た。
H NMR (CDCl, 400 MHz) δ : 6.11 (s, 2H), 3.39(s, 2H), 2.28 (s, 3H), 1.81 (q, J=7.4 Hz, 2H), 1.47 (s, 6H), 0.92 (t, J= 7.5 Hz, 3H)。
(4)6−(ベンジルオキシ)−3,5−ジオキソシクロペンチルカプロエート(化合物6a)の合成
72.3gの水素化ナトリウムを1600.1gのテトラヒドロフランに懸濁させ、温度を10℃程度に制御しながら387.3gのtert−アミルアセトアセテートを滴下し、温度を−20℃程度に低下させて、次に722.5mLのn−ブチルリチウムをゆっくり滴下し、滴下終了後、300.3gの化合物4をさらに滴下し、TLCでモニターしながら完全に反応させた。希塩酸を系に添加して反応をクエンチさせ、分液後、水相をメチルtert−ブチルエーテルで抽出し、有機相を併合して濃縮させて収率70.0%にてHPLC純度≧98.2%の6−(ベンジルオキシ)−3,5−ジオキソシクロペンチルカプロエート(化合物6a) 200.8gを得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) δ : 7.32−7.23 (m, 5H),6.08 (s, 2H), 5.23 (s, 2H), 3.24 (s, 2H), 3.09 (s, 2H), 1.14−1.02 (m, 8H), 0.88 (t, J= 7.6 Hz, 3H)。
(5)(3R,5S)−6−(ベンジルオキシ)−3,5−ジヒドロキシtert−アミルカプロエート(化合物7a)の合成
反応フラスコに精製水(4.0 mL/gの化合物6a)と6−(ベンジルオキシ)−3,5−ジオキソtert−アミルカプロエート(化合物6a、1.0mol)を加え、均一に撹拌した後、化合物6aの質量に対して約0.1mg/gのジケトレダクターゼ突然変異体I94V+F231W粗酵素液、ギ酸アンモニウム(2.0mol)、NAD(0.03mol)を添加し、pH=6.2〜6.4に調整した後、系を30℃程度に昇温して、約20h保温した。反応終了後、系を65〜70℃に昇温して酵素タンパク質を破壊し、酢酸エチルを添加してシリカゲルパッドを通過させ、分液して、水相を酢酸エチルで逆抽出し、有機相を併合して濃縮させ、生成物として純度が95%、収率が73.1%、ee値が99.3%超え、de値が93.5%である、(3R,5S)−6−(ベンジルオキシ)−3,5−ジヒドロキシtert−アミルカプロエート(化合物7a)を得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) δ : 7.37−7.30 (m, 5H), 6.12 (s, 2H), 4.59 (d, J= 7.2Hz, 30 2H), 4.31 (br, 1H), 4.14 (br, 1H), 3.09 (s, 2H), 1.14−1.02 (m, 8H), 0.88 (t, J= 7.6 Hz,3H)。
(6)(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物8a)の合成
反応フラスコにアセトン(10.0mL/gの化合物7a)、(3R,5S)−6−ベンジルオキシ−3,5−ジヒドロキシtert−アミルカプロエート(化合物7a、1.0mol)、2,2−ジメトキシプロパン(2.0mol)及び触媒量のp−トルエンスルホン酸ピリジニウム塩(0.02mol)を添加して撹拌し、20℃程度で原料(化合物7a)がほぼなくなるまで反応させ、3質量%の希塩酸(0.05mol)を加えて洗浄し、更に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を添加して系を中和し、低沸点物質を減圧除去した後、水を添加して分液し、水相を酢酸エチルで2回抽出し、有機相を併合して飽和食塩水で一回洗浄し、有機相をシリカゲルパッドに通過させた後、濃縮させて、生成物として、純度93.5%、収率90.3%の(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物8a)を得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) δ : 7.35−7.28 (m, 5H), 6.13 (s, 2H), 4.80 (d, J= 7.5 Hz, 2H), 4.33−4.28 (m, 1H), 4.12−4.07 (m, 1H), 2.87−2.64 (m, 2H), 1.83−1.79 (m, 2H), 1.37− 1.29 (m, 14H), 0.88 (t, J= 7.5 Hz, 3H)。
(7)(4R−cis)−6−ヒドロキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物9a)の合成
反応フラスコに酢酸エチル(10.0mL/gの化合物8a)、(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物8a、1.0mol)及び金属触媒としての水酸化パラジウム(5%)を添加して撹拌し、系を密閉した後、窒素ガスで五回置換し、次に水素ガスで三回置換し、系を20℃程度で原料(化合物8a)がほぼなくなるまで反応させた。窒素ガスで三回置換して放圧した後、系を吸引濾過して、濾過ケーキを酢酸エチルで二回洗浄し、濾液とリンス液を混合して乾固するまで濃縮させ、製品として純度96.7%、収率93.9%の(4R−cis)−6−ヒドロキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物9a)を得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) 5: 4.33−4.26 (m, 1H), 4.01−3.98 (m, 1H), 3.81−3.48 (m, 2H), 2.46−2.30 (m, 2H), 1.79−1.76 (m, 2H), 1.42−1.33 (m, 14H), 0.88 (t, J= 7.6 Hz, 3H)。
(8)(4R−cis)−6−ホルミル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物la)の合成
反応フラスコにジクロロメタン(10.0mL/gの化合物9a)と2−((4R,6S)−6−メトキシ−2,2−ジメチル−[1,3]ジエポキシ−4−イル)−アセテート(化合物9a、1.0mol)を添加して撹拌し、系の温度を−10〜0℃に低下させ、ジメチルスルホキシド(10.0mol)とN,N−ジイソプロピルエチルアミン(3.5mol)を添加し、次に三酸化硫ピリジン(3.25mol)を分割して添加し、添加終了後、保温して化合物9aがほぼなくなるまで反応させた。次に、系に精製水を添加して反応をクエンチさせ、分液して水相をジクロロメタンで一回逆抽出し、有機相を併合して精製水で洗浄し、乾固するまで濃縮させ、目的側鎖生成物として純度93.2%、収率82.5%の(4R−Cis)−6−ホルミル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(式Ia)を得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) δ : 9.58 (s, 1H), 4.34−4.30 (m, 2H), 2.43−2.37 (m, 2H), 2.46−2.30 (m, 2H), 1.57−1.43 (m, 2H), 1.43−1.36 (m, 12H), 0.89 (t, J= 7.8 Hz, 3H)。
実施例3 スタチン系薬物用のキラル中間体の製造
(1)ベンジルオキシ酢酸(化合物3)の合成
反応フラスコに720.3gのテトラヒドロフランと41.1gのトルエンを添加し、系の温度を10−20℃に制御して、382.1gの水酸化ナトリウムを分割して添加し、水酸化ナトリウムの添加が終了した後、系に1371.1gのベンジルアルコールを三回添加した。300.2gのクロロ酢酸を720.5gのテトラヒドロフランに溶解した後、滴下温度を70−80℃に制御して、クロロ酢酸のテトラヒドロフラン溶液を前述系に滴下し、系をクロロ酢酸が使用済みになるまで反応させた。系冷却後、3.1Kgの精製水を添加し、次にテトラヒドロフランを減圧除去して、水相をトルエンで四回抽出し、10−20℃で塩酸を使用して水相のpHを3.2に調整し、水相をメチルtert−ブチルエーテルで二回抽出した後、濃縮させて収率86.2%にてGC純度≧99.1%のベンジルオキシ酢酸(化合物3) 410.5gを得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) δ : 12.28 (br, 1H), 7.34−7.30 (m, 5H), 4.59 (s, 2H), 4.1215 (s, 2H)。
(2)2−ベンジルオキシ−モルホリノアセトアミド(化合物4)の合成
反応フラスコに700.0gのトルエンと110.1gの化合物3を添加し、系の温度を10−20℃に制御して557.3gの塩化チオニルを滴下し、塩化チオニルの添加が終了した後、系をlh撹拌し、濃縮させて低沸点物質を除去し、使用に備えた。48.0gのモルホリン、75.1gのトリエチルアミン及び480.0gのトルエンを反応フラスコに加え、温度を15℃程度に制御して、上記濃縮液を反応フラスコの系に滴下した。滴下終了後、lh撹拌して希塩酸を添加して反応をクエンチさせ、分液して有機相を順に水、飽和炭酸水素ナトリウム、水でそれぞれ一回洗浄し、濃縮させて、収率90.2%にてHPLC純度≧97.5%の2−ベンジルオキシ−モルホリノアセトアミド(化合物4) 116.3gを得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) δ : 7.33−7.28 (m, 5H), 4.56 (s, 2H), 4.14 (s, 2H), 3.63−3.57 (m, 6H), 3.45−3.44 (br, 2H)。
(3)tert−アミルアセトアセテート(化合物5a)の合成
500.0gのtert−アミルアルコールと34.6gの4−ジメチルアミノピリジンを2.5Lの無水テトラヒドロフランに溶解して、5℃程度に降温し、次に、蒸留した直後のジケテン524.2gをゆっくり滴下した。滴下終了後、15℃程度に降温して反応させ、TLCでモニターしながら完全に反応させた。溶剤と過剰なジケテンを蒸留除去し、次に減圧蒸留(5〜8ミリメートルの水銀柱、80〜90℃)により精製して収率75.3%にてGC純度≧98.5%のtert−アミルアセトアセテート(化合物5a) 732.2gを得た。
H NMR (CDCl, 400 MHz) δ : 6.11 (s, 2H), 3.39 (s, 2H), 2.28 (s, 3H), 1.81 (q, J=7.4 Hz, 2H), 1.47 (s, 6H), 0.92 (t, J= 7.5 Hz, 3H)。
(4)6−(ベンジルオキシ)−3,5−ジオキソシクロペンチルカプロエート(化合物6a)の合成
144.6gの水酸化ナトリウムを1600.2gのテトラヒドロフランに懸濁させ、温度を10℃程度に制御しながら387.5gのtert−アミルアセトアセテートを滴下し、温度を約−20℃に低下させて、次に、722mLのジプロピルエチルリチウムをゆっくり滴下して、滴下終了後、300.2gの化合物4を添加し、TLCでモニターしながら完全に反応させた。希塩酸を系に添加して反応をクエンチさせ、分液後、水相をメチルtert−ブチルエーテルで抽出して、有機相を併合して濃縮させて、収率68.2%にてHPLC純度≧98.3%の6−(ベンジルオキシ)−3,5−ジオキソシクロペンチルカプロエート(化合物6a) 194.8gを得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) δ : 7.32−7.23 (m, 5H), 6.08 (s, 2H), 5.23 (s, 2H), 3.24 (s, 2H), 3.09 (s, 2H), 1.14−1.02 (m, 8H), 0.88 (t, J= 7.6Hz, 3H)。
(5)(3R,5S)−6−(ベンジルオキシ)−3,5−ジヒドロキシtert−アミルカプロエート(化合物7a)の合成
反応フラスコに精製水(4.0mL/gの化合物6a)と6−(ベンジルオキシ)−3,5−ジオキソtert−アミルカプロエート(化合物6a、1.0mol)を添加して、均一に撹拌した後、化合物6aの質量に対して約0.1mg/gのジケトレダクターゼ突然変異体I94V+V151Q+F231W粗酵素液、ギ酸アンモニウム(2.0mol)、NAD(0.03mol)を添加し、pH=6.2〜6.4に調整した後、系を30℃程度に昇温して、20h保温した。反応終了後、系を65〜70℃に昇温して酵素タンパク質を破壊し、酢酸エチルを加えて、シリカゲルパッドに通過させ、分液して、水相を酢酸エチルで逆抽出し、有機相を併合して濃縮させ、製品として純度が93.1%、収率が73.2%、ee値が99.3%超え、de値が92.8%の(3R,5S)−6−(ベンジルオキシ)−3,5−ジヒドロキシtert−アミルカプロエート(化合物7a)を得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) δ : 7.37−7.30 (m, 5H), 6.12 (s, 2H), 4.59 (d, J= 7.2Hz, 2H), 4.31 (br, 1H), 4.14 (br, 1H), 3.09 (s, 2H), 1.14−1.02 (m, 8H), 0.88 (t, J= 7.6 Hz, 20 3H)。
(6)(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物8a)の合成
反応フラスコにアセトン(10.0mL/gの化合物7a)、(3R,58)−6−ベンジルオキシ−3,5−ジヒドロキシtert−アミルカプロエート(化合物7a、1.0mol)、2,2−ジメトキシプロパン(2.0mol)及び触媒量の塩酸(0.02mol)を添加して撹拌し、系を約25℃で原料化合物7aがほぼなくなるまで反応させ、3質量%の希塩酸(0.05mol)を添加して洗浄し、更に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を添加して系を中和し、低沸点物質を減圧除去した後、水を添加して分液し、水相を酢酸エチルで2回抽出し、有機相を併合して飽和食塩水で一回洗浄し、有機相をシリカゲルパッドに通過させた後、濃縮させて、製品として純度94.0%、収率90.2%の(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物8a)を得た。
H NMR (400 MHz, CDCl)δ : 7.35−7.28 (m, 5H), 6.13 (s, 2H), 4.80 (d, J= 7.5 Hz, 2H), 4.33−4.28 (m, 1H), 4.12−4.07 (m, 1H), 2.87−2.64 (m, 2H), 1.83−1.79 (m, 2H),1.37−1.29 (m, 14H), 0.88 (t, J= 7.5 Hz, 3H)。
(7)(4R−cis)−6−ヒドロキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物9a)の製造
反応フラスコに酢酸エチル(10.0mL/gの化合物8a)、(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物8a、1.0mol)及び金属触媒としての水酸化パラジウム(5%)を添加して撹拌し、系を密閉させた後、窒素ガスで五回置換して、水素ガスで三回置換し、系を約25℃で化合物8aがほぼなくなるまで反応させた。窒素ガスで三回置換し、放圧後、系を吸引濾過して、濾過ケーキを酢酸エチルで二回洗浄し、濾液とリンス液を混合して、乾固するまで濃縮させ、製品として純度96.3%、収率92.6%の(4R−Cis)−6−ヒドロキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物9a)を得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) δ : 4.33−4.26 (m, 1H), 4.01−3.98 (m, 1H), 3.81−3.48 (m, 2H), 2.46−2.30 (m, 2H), 1.79−1.76 (m, 2H), 1.42−1.33 (m, 14H), 0.88 (t, J= 7.6 Hz, 3H)。
(8)(4R−cis)−6−ホルミル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(化合物la)の合成
反応フラスコにジクロロメタン(10.0mL/gの化合物9a)と2−((4R,6S)−6−メトキシ−2,2−ジメチル−[1,3]ジエポキシ−4−イル)−アセテート(化合物9a、1.0mol)を添加して撹拌し、系の温度を−10〜0℃に低下させてジメチルスルホキシド(10mol)とトリエチルアミン(3.5mol)を添加し、次に、三酸化硫黄ピリジン(3.25mol)を三回で加え、添加終了後、保温しながら化合物9aがほぼ消えるまで反応させた。次に、系に精製水を加えて反応をクエンチさせ、分液して水相をジクロロメタンで一回逆抽出し、有機相を併合して、精製水で洗浄し、乾固するまで濃縮させて、目的側鎖生成物として純度95.1%、収率82.7%の(4R−cis)−6−ホルミル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−tert−アミルカプロエート(式Ia)を得た。
H NMR (400 MHz, CDCl) δ : 9.58 (s, 1H), 4.34−4.30 (m, 2H), 2.43−2.37 (m, 2H), 2.46−2.30 (m, 2H), 1.57−1.43 (m, 2H), 1.43−1.36 (m, 12H), 0.89 (t, J= 7.8 Hz, 3H)。
実施例4 スタチン系薬物用のキラル中間体の製造
アセトアセテートをシクロアミルアセトアセテートに変更した以外、製造過程は実施例1と同様にした。
製造過程は、以下の通りである。
500.0gのシクロペンタノールと20.5gのイソプロピルアミンを5℃程度に冷却し、次に、蒸留したばかりのジケテン500.0gをゆっくり滴下する。滴下終了後、60〜70℃に加熱して反応させ、TLCで検出しながら完全に反応させる。温度を40℃以下に低下させ、過剰なジケテンを蒸留除去して、収率80.2%にて、GC純度≧97.5%のシクロアミルアセトアセテート(化合物5b) 790.5gを得た。
H NMR (CDCl, 400 MHz) δ : 5.22 (t, J= 5.8 Hz, 1H), 3.40 (s, 2H), 2.25 (s, 3H), 1.91−1.79 (m, 2H), 1.78−1.66 (m, 5H), 1.65−1.53 (m, 2H)。
本発明を説明するために、本発明の好適な実施形態を開示したが、当業者にとって、請求項書類に限定される本発明の主旨や範囲を脱逸せずに、本発明に各種の修正、添加及び置換を行ってもよいことが明らかである。

Claims (9)

  1. 式(I)に示されるスタチン系薬物用のキラル中間体の製造方法であって、
    1)クロロ酢酸(1)とベンジルアルコール(2)を出発原料として、エーテル化反応によってベンジルオキシ酢酸(3)を生成するステップと、
    2)ベンジルオキシ酢酸(3)とモルホリンとを縮合反応させて2−ベンジルオキシモルホリノアセトアミド(4)を生成するステップと、
    3)2−ベンジルオキシモルホリノアセトアミド(4)と、式(5)に示されるアセトアセテートとを置換反応させて式(6)に示されるジオン中間体を生成するステップと、
    )式(6)に示されるジオン中間体を還元酵素により不斉還元反応させて式(7)に示されるキラルジオール中間体を生成するステップと、
    5)式(7)に示されるキラルジオール中間体と2,2−ジメトキシプロパンとを反応させて式(8)に示される(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−カプロエートを生成するステップと、
    )式(8)に示される(4R−cis)−6−(ベンジルオキシ)−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−カプロエートを脱ベンジル化して、式(9)に示される(4R−cis)−6−ヒドロキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−カプロエートを得るステップと、
    )式(9)に示される(4R−cis)−6−ヒドロキシメチル−2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−4−カプロエートを酸化反応させて、式(I)に示されるキラル中間体を得るステップと、を備え、
    反応式は
    Figure 0006273382
    (但し、RはC4〜C10アルキル基を示す。)
    であ
    上記のステップ4)における還元酵素は、アミノ酸配列として、
    a)配列番号1ないし配列番号6で表される配列、
    b)a)に示される配列と少なくとも70%の同一性を有し、且つ改良したジケトレダ
    クターゼ活性を持つ配列、又は
    c)a)における配列において1又は複数のアミノ酸残基が欠陥、付加及び/又は置換されてなるものであって、改良したジケトレダクターゼ活性を持つ配列、
    から選ばれる一種を含む、ジケトレダクターゼ突然変異体であり、
    b)に示される配列は配列番号7に示される配列ではない、
    ことを特徴とする製造方法。
  2. Rはtert−ブチル基、tert−アミル基、シクロペンチル基又はシクロヘキシル基を示す、請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記式(5)に示されるアセトアセテートは、ジケテンと式(10)に示されるアルコールとを開環付加反応させて得られるものであり、
    反応式は、
    Figure 0006273382
    である、請求項1又は2に記載の製造方法。
  4. 前記ステップ4)における不斉還元反応は、式(6)に示されるジオン中間体を均一に溶剤に分散させ、還元酵素、ギ酸又はギ酸塩、NADを添加して、pH値を6.2〜6.4に調整した後、系を27〜33℃に昇温して、17〜24h保温することによって行われる、請求項1又は2に記載の製造方法。
  5. 前記還元酵素の使用量と前記式(6)に示されるジオン中間体の使用量との質量比が0.00005〜0.004:1である、請求項4に記載の製造方法。
  6. 前記ジケトレダクターゼ突然変異体は、配列番号1、2、3、4、5又は6に示されるアミノ酸配列を含む、請求項に記載の製造方法。
  7. 前記溶剤は、精製水、ポリエチレングリコール、イソプロパノール、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、エタノール、n−ヘプタン、トルエン、アセトン、ジメチルホルムアミド、メタノールから選ばれる一種又は複数種である、請求項4に記載の製造方法。
  8. 前記ギ酸塩はギ酸アンモニウム、ギ酸ナトリウム又はギ酸カリウムから選ばれるものであり、前記ギ酸又はギ酸塩の使用量と前記式(6)に示されるジオン中間体の使用量とのモル比は2〜10:1である、請求項4に記載の製造方法。
  9. 前記NADの使用量と前記式(6)に示されるジオン中間体の使用量との質量比は、0.001〜0.1:1である、請求項4に記載の製造方法。
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