WO2007099051A1 - Verfahren zur herstellung von ketonen durch oxidation von sekundären alkoholen unter verwendung einer alkoholdehydrogenase in gegenwart eines cofaktors und eines ketons als cosubstrat - Google Patents

Verfahren zur herstellung von ketonen durch oxidation von sekundären alkoholen unter verwendung einer alkoholdehydrogenase in gegenwart eines cofaktors und eines ketons als cosubstrat Download PDF

Info

Publication number
WO2007099051A1
WO2007099051A1 PCT/EP2007/051666 EP2007051666W WO2007099051A1 WO 2007099051 A1 WO2007099051 A1 WO 2007099051A1 EP 2007051666 W EP2007051666 W EP 2007051666W WO 2007099051 A1 WO2007099051 A1 WO 2007099051A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ketone
group
alcohol
general formula
alcohols
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/051666
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Peschko
Jürgen STOHRER
Original Assignee
Wacker Chemie Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Chemie Ag filed Critical Wacker Chemie Ag
Publication of WO2007099051A1 publication Critical patent/WO2007099051A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/24—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carbonyl group
    • C12P7/26—Ketones

Definitions

  • the present invention relates to an enzymatic process for the oxidation of secondary alcohols to the corresponding keto compounds.
  • Keto compounds are valuable building blocks in the synthesis of important compounds with pharmacological activity and other valuable properties.
  • Ketones are selected from the corresponding hydroxy compounds by oxidation reactions, e.g. the Oppenauer oxidation, gas-phase oxidations with air or oxygen, liquid-phase oxidations with nitric acid or bleach.
  • oxidation reactions e.g. the Oppenauer oxidation, gas-phase oxidations with air or oxygen, liquid-phase oxidations with nitric acid or bleach.
  • such processes are often unsuitable for compounds that contain other functional groups that are not stable under the oxidation conditions (e.g., Oppenauer oxidation in strongly basic). Therefore, enzyme-catalyzed processes are increasingly used for the oxidation of functionalized hydroxy compounds, wherein the oxidation reaction is carried out with living or inactivated microorganisms or with completely or partially purified, isolated enzymes.
  • dehydrogenases suitable for this purpose and in particular alcohol dehydrogenases (ADH) or oxidoreductases, are known as valuable catalysts in numerous processes for obtaining chiral products by stereoselective reduction of organic keto compounds to the corresponding chiral alcohols (Current Opinion in Chemical Biology 2004, 8, 120- 126). In these reactions, the reduction of the ketone is coupled with the simultaneous oxidation of a reducing agent (cosubstrate).
  • ADH alcohol dehydrogenases
  • oxidoreductases oxidoreductases
  • the catalyzing enzymes are derived, for example, from yeasts, horse liver, Thermoanaerobium brockii, Rhodococcus erythropolis (EP 1 499 716 A1), Lactobacillus kefir (US 5200335 A), Lactobacillus brevis (US Pat. No. 6,221,099 B1), Lactobacillus reuteri (US 2005 00191735 A1) or Rhodococcus ruber (US 2004 0157305 A1 or WO 2005/026338 Al). Frequently, overexpressed recombinant enzymes are used.
  • Alcohol dehydrogenases can in principle catalyze both the reduction of ketones and the oxidation of alcohols. From the prior art, in contrast to the reduction of ketones, only a few processes for the enzymatic oxidation of hydroxy compounds to the corresponding keto compounds by alcohol dehydrogenases are known (W. Stampfer et al., Biotechnology and Bioengineering, 2003, 81, 866-869 ).
  • acetone As the oxidizing agent acetone is used regularly.
  • ketones in particular of ketones whose oxidation capacity is increased, for example by heteroatoms in the vicinity of the carbonyl group, in comparison to acetone (referred to below as "activated ketones") is not known, only in K. Nakamura et al. , Tetrahedron Lett. 1994, 35,
  • 4375-4376 describes that in the enzyme-catalyzed oxidation of 1-aryl alcohols cyclohexanone is added as solvent for the purpose of increasing the stereoselectivity.
  • the substrate loadings attainable therewith are typically well below 1 mol / L, which leads to low space-time performances of typically less than 20 mol / m 3 h (W.Kroutil et al., Tetrahedron: Asymmetry, 2003, 14 , 275-280).
  • the known enzymatic oxidation processes using non-activated ketones such as acetone are therefore uneconomical and impractical for industrial applications.
  • the object of the invention is therefore to provide an economical enzymatic process for the preparation of ketones by oxidation of alcohols.
  • This object is achieved by a process for the preparation of ketones which is characterized in that a secondary alcohol in a reaction mixture containing water, an activated ketone as the oxidizing agent, an alcohol dehydrogenase and a cofactor is converted to the ketone.
  • the inventive method is characterized by high space-time performance at the same time low enzyme consumption and high chemical yields of up to> 95% based on the amount of secondary alcohol used, which allows a considerably easier isolation of the ketone.
  • the method according to the invention is very simple in terms of apparatus and can therefore be implemented industrially.
  • secondary alcohols it is generally possible to use chiral or achiral, racemic or enantiomerically enriched, secondary alcohols, preferably those having 3 to 40 C atoms.
  • R 1 is CH (OH) -R 2 (I)
  • R 1 and R 2 are the same or different and are selected from the group Ci-C 2 o-alkyl, C 3 -C 2 o-cycloalkyl, C 5 -C 2 o-aryl, C 2 -C 20 - heteroaryl, C C 2 -C 20 -alkenyl, C 2 -C 20 -alkynyl, C 5 -C 20 -aralkyl and C 5 - C 2 o-alkylaryl or R 1 and R 2 together with the group -CH (OH) - form a ring can consist of three to 40 ring members and R 1 and R 2 , or a ring formed by R 1 and R 2 with the group -CH (OH) -, may be optionally substituted with one or more radicals Z independently of one another, wherein
  • Z is selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine, iodine, -CN, -NO 2 , -NO, -NR 3 OR 3 , -C (O) R 3 , -SO 3 R 3 , -C (O) OR 3 , -C (O) NR 3 R 3 , or -R 3 and
  • R 3 is hydrogen or may have the meaning of R 1 and in R 1 and R 2 optionally independently one or more methylene groups by the same or different groups
  • -C (O) -NR 3 -, -N N-, -NR 3 -NR 3 -, -NR 3 -O-, -NR 3 -, -P (O) (OR 3 ) O-, -OP (O) (R 3 ) 0-, -P (R 3 ) -, -P (O) (R 3 ) -, -S-, -SS-, -S (O) -, -S (O) 2 -, -S (O) NR 3 -, -S (O) (OR 3 ) 0-, -Si (R 3 ) 2 -, -Si (R 3 ) 2 O-, -Si (R 3 ) (OR 3 ) -,
  • Preferred C 5 -C 2 o-aryl or C 2 -C 2 o-heteroaryl radicals for R 1 and R 2 are in particular selected from the group consisting of phenyl, naphthyl, indolyl, benzofuranyl, thiophenyl, pyrrolyl, pyridinyl, imidazolyl, oxazolyl , Isoxazolyl, furanyl or thiazolyl.
  • the compounds of the general formula (I) can generally also be used as salts.
  • Particularly preferred compounds of the general formula (I) are 2-hydroxyalkanes, 3-hydroxyalkanes, 4-hydroxyalkanes, 2-hydroxyalkenes, 3-hydroxyalkene, 4-hydroxyalkene, 2-hydroxyalkynes, 3-hydroxyalkynes, 4-hydroxyalkynes, ⁇ -hydroxyketones, ⁇ -hydroxyketones, ⁇ -hydroxyesters, ⁇ -hydroxyesters, ⁇ -hydroxyamides, ⁇ -hydroxyamides, CC-hydroxy alcohols, ⁇ -
  • Particularly suitable compounds of the general formula (I) are 2-butanol, 2-pentanol, 2-hexanol, 2-heptanol, 2-octanol, 2-nonanol, 2-decanol, 3-pentanol, 3-hexanol, 3-heptanol , 3-octanol, 3-nonanol, 3-decanol, 3-buten-2-ol, 4-penten-2-ol, 5-hexen-2-ol, 6-hepten-2-ol.
  • the ketones formed from alcohols of the formula (I) are not identical to the ketones of the formula (II). Likewise, the alcohols of formula (I) are not the same as the alcohols formed from ketones of formula (II) when present in mixtures side by side.
  • the compounds of the general formula (I) are used in the process according to the invention in an amount of 1% by weight to 50% by weight, based on the total volume of the reaction mixture, preferably in an amount of 3% by weight to 25% by weight, in particular of 5% by weight to 15% by weight.
  • the reaction mixture should generally have a pH of from 5 to 11, preferably from 6 to 10.
  • the reaction mixture preferably contains a buffer, in particular a potassium phosphate / potassium hydrogenphosphate, tris (hydroxymethyl) aminomethane / HCl or triethanolamine / HCl buffer having a pH of from 5 to 11, preferably a pH of from 6 to 10.
  • the buffer concentration is preferably from 5 mM to 150 mM.
  • the reaction mixture may also contain magnesium ions, for example in the form of added MgCl 2 in a concentration of 0.2 mM to 10 mM, preferably 0.5 mM to 2 mM, based on the amount of water used.
  • the reaction mixture may contain other salts such as NaCl, and other additives such as dimethyl sulfoxide, glycerol, glycol, ethylene glycol, sorbitol, mannitol or sugar.
  • the cofactor used is NADP, NADPH, NAD, NADH or salts thereof.
  • the concentration of cofactor in the aqueous phase of the reaction mixture is preferably from 0.01 mM to 0.25 mM, more preferably from 0.02 mM to 0.1 mM.
  • the reaction mixture is preferably an activated ketone of the general formula (II)
  • R 4 is selected from the group Ci-C 2 o-alkyl, C3-C2o-cycloalkyl, C 5 -C 2 o-aryl, C 2 -C 2 o-heteroaryl, C 2 -C 2 o-alkenyl, C 2 -C 20 alkynyl, C 5 - C 2 o-aralkyl and Cs-C 2 o-alkylaryl wherein
  • R 4 may optionally be substituted by one or more radicals Z, where
  • Z is selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine, iodine I, --CCNN ,, --NOOO 22 ,, --NOOO ,, --NNPR 3 OR 3 , -C (O) R 3 , -SO 3 R 3 , -C (O) OR 3 , -C (O) NR 3 R 3 , or -R 3 and
  • R is hydrogen or may have the meaning of R and
  • R 4 optionally one or more methylene groups may be replaced by identical or different groups Y, wherein
  • Y is selected from the group -C (O) -, -C (O) O-, -OC (O) -, -C (O) -NR 3 and
  • X is -C (O) R 5 , -C (O) OR 5 , -C (O) SR 5 , -C (O) NHR 5 , -C (O) NR 5 R 6 , -CN, or a group CH n Q (3- n) , where
  • Q is selected from the group fluorine, chlorine, bromine, iodine, - OC (O) R 5 , -OC (O) OR 5 , -SO 3 R 5 , -OR 5 , -SR 5 , -NO 2 , -NO , -N 3 , -NR 5 OR 6 , -CN, -C (O) R 5 , -C (O) OR 5 , -C (O) SR 5 , -C (O) NR 5 R 6 , wherein
  • R 5 and R 6 are independently hydrogen, or may have the meaning of R 4 .
  • Preferably used compounds of general formula (II) are the group 3-0xo-carboxylic acid ester, 3-0xo-carboxylic acid amide, 2-0xo-carboxylic acid ester, 2-0xo-carboxylic acid amide, 2-oxo alcohols, 2- 0xoalkohol-ester, 2-0xoether, 2-0xoalkyl- halide, 2-Oxoalkyldihalogenid, 2-0xoalkyltrihalogenid, ß-diketone associated.
  • Particularly preferred compounds of general formula (II) are methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, t-butyl acetoacetate, ethylene glycol bisacetoacetate, methyl benzoylacetate, ethyl benzoylacetate, methyl benzoylformate, ethyl benzoylformate, methyl pyruvate, pyruvic acid ethyl ester, methoxyacetone, 2-methoxy-cyclohexanone, 1,3-dimethoxyacetone, chloroacetone, 2,4-pentanedione.
  • the amount of activated ketone is 1 to 10 molar equivalents based on the alcohol to be oxidized in the reaction mixture, preferably 1 to 5 molar equivalents, more preferably 1.1 to 3 molar equivalents.
  • Suitable alcohol dehydrogenases are derived, for example, from hay fever liver or Rhodococcus erythropolis, which enzymes require NADH as cofactor, or from Thermoanaerobium spec, Lactobacillus kefir or Lactobacillus brevis, these enzymes requiring NADPH as cofactor.
  • Particularly suitable alcohol dehydrogenases are the alcohol dehydrogenases ADH-LB (from Lactobacillus brevis) and ADH-T (from Thermoanaerobium spec), both commercially available from Jeutelh, Garlich, Germany.
  • the alcohol dehydrogenases can be used in the process of the invention either completely purified or partially purified or used in cells containing.
  • the cells used can be native, permeabilized or lysed.
  • the volume activity of the alcohol dehydrogenases used is preferably 100 units / ml (U / ml) to 5,000 U / ml, more preferably about 1,000 U / ml.
  • reaction mixtures preferably 20,000 to 700,000 U of alcohol dehydrogenase (ADH) are available for the reaction of each 1 kg of compound of the general formula (I). Particularly preferably, the ADH are used in the reaction mixtures with more than 5 U / ml.
  • ADH alcohol dehydrogenase
  • the alcohol dehydrogenases can be selected in the process according to the invention so that the reaction of the alcohol to be oxidized takes place partially or completely stereoselectively (W. Hummel et al., Ann. N.Y. Acad. Sci. 1996, 755, 713-716).
  • the process according to the invention thus also makes it possible to prepare chiral enantiomerically pure or enriched alcohols by oxidative racemate resolution.
  • stepwise implementation of the complementary hand of an alcohol mixture can be carried out with the respective stereospecific enzymes in the manner described above.
  • the temperature of the reaction mixture is preferably from 0 0 C to 60 0 C, more preferably from 20 0 C to 40 ° C.
  • the reaction is preferably carried out at a pressure of 10 mbar to 5 bar, more preferably at a pressure of 30 mbar to 1 bar.
  • reaction time is between 30 minutes and 120 hours, preferably 1 hour to 50 hours.
  • the reaction mixture can be a homogeneous liquid phase, consist of two or more liquid phases, contain organic solvents and contain solid components. Two or more liquid phases may, for example, occur in the presence of limited or immiscible substances or of poorly or not water-miscible solvents in the reaction mixture. Solid constituents may, for example, be carrier materials for the enzymes used, such as eupergite, celite, kieselguhr or other materials known for this purpose.
  • the separation of the ketone formed during the reaction can be carried out by phase separation of the reaction mixture, or in a manner known to the skilled worker by extraction of the entire reaction mixture. reaction mixture or parts of the reaction mixture, carried out with an organic extraction phase.
  • the enzyme-containing aqueous phase can again be admixed with alcohol and / or activated ketone as the oxidizing agent and used for a further reaction.
  • the desired ketone is obtained.
  • the products thus obtained are typically characterized by yields> 95% and chemical purities> 95%.
  • the process according to the invention for the oxidation of secondary alcohols enables the preparation of ketones from alcohols under conditions which also allow the presence of further chemically sensitive functions in the educts or products which under classical chemical reaction conditions (eg Oppenauer oxidation, oxidation with air or Oxygen or oxidation processes with nitric acid or bleach).
  • activated ketones of the general formula (II) as enzyme-compatible, organic oxidizing agents
  • the process according to the invention makes it possible to use these activated ketones in enzyme-compatible concentrations.
  • the high reactivity and the enzyme compatibility of the activated ketones make possible, with low consumption of enzyme and oxidant, more complete reactions of the alcohol to be oxidized, and permit the reuse of the aqueous, enzyme-containing reaction mixture.
  • the resulting high space-time performances thus allow the cost-effective conversion of alcohols to ketones using enzymes.
  • the inventive method allows the production of functionalized ketones, which were difficult to access from corresponding alcohols by oxidation, such as. 4-pentene-2-one.
  • Example Ia was filled into a 250 mL round bottom flask with magnetic stirrer and reflux condenser, with methyl acetoacetate

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Ketons das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein sekundärer Alkohol in einem Reaktionsgemisch, enthaltend Wasser, ein aktiviertes Keton, eine Alkohol-Dehydrogenase und einen Cofaktor zu dem Keton umgesetzt wird.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON KETONEN DURCH OXIDATION VON SEKUNDAREN ALKOHOLEN UNTER VERWENDUNG EINER ALKOHOLDEHYDROGENASE IN GEGENWART EINES COFAKTORS UND EINES KETONS ALS COSUBSTRAT
Die vorliegende Erfindung betrifft ein enzymatisches Verfahren zur Oxidation von sekundären Alkoholen zu den entsprechenden Ketoverbindungen .
Ketoverbindungen sind wertvolle Synthesebausteine zur Herstellung wichtiger Verbindungen mit pharmakologischer Wirkung und anderen wertvollen Eigenschaften.
Ketone sind aus den entsprechenden Hydroxyverbindungen mittels Oxidationsreaktionen wie z.B. der Oppenauer Oxidation, Gaspha- senoxidationen mit Luft oder Sauerstoff, Flüssigphasenoxidatio- nen mit Salpetersäure oder Bleichlauge zugänglich. Allerdings sind solche Verfahren oft für Verbindungen nicht geeignet, die weitere funktionelle Gruppen enthalten, die unter den Oxidati- onsbedingungen (z.B. Oppenauer Oxidation im stark basischen) nicht stabil sind. Daher werden zur Oxidation von funktionalisierten Hydroxyver- bindungen im zunehmenden Maße enzymkatalysierte Verfahren angewendet, wobei die Oxidationsreaktion mit lebenden oder inaktivierten Mikroorganismen oder mit vollständig oder teilweise gereinigten, isolierten Enzymen durchgeführt wird.
Die dafür geeigneten Dehydrogenasen und insbesondere Alkohol- Dehydrogenasen (ADH) bzw. Oxidoreduktasen sind als wertvolle Katalysatoren in zahlreichen Verfahren zur Gewinnung chiraler Produkte durch stereoselektive Reduktion von organischen Ketoverbindungen zu den entsprechenden chiralen Alkoholen bekannt (Current Opinion in Chemical Biology 2004, 8, 120-126) . Bei diesen Reaktionen ist die Reduktion des Ketons mit der gleichzeitigen Oxidation eines Reduktionsmittels (Cosubstrat) gekoppelt. Die katalysierenden Enzyme stammen beispielsweise aus Hefen, Pferdeleber, Thermoanaerobium brockii, Rhodococcus erythropolis (EP 1 499 716 Al), Lactobacillus kefir (US 5200335 A), Lactoba- cillus brevis (US 6225099 Bl), Lactobacillus reuteri (US 2005 00191735 Al) oder Rhodococcus ruber (US 2004 0157305 Al bzw. WO 2005/026338 Al) . Häufig werden dabei uberexprimierte rekombi- nante Enzyme eingesetzt.
Alkohol-Dehydrogenasen können prinzipiell sowohl die Reduktion von Ketonen als auch die Oxidation von Alkoholen katalysieren. Aus dem Stand der Technik sind im Gegensatz zur Reduktion von Ketonen nur wenige Verfahren zur enzymatischen Oxidation von Hydroxyverbindungen zu den entsprechenden Ketoverbindungen durch Alkohol-Dehydrogenasen bekannt (W. Stampfer et al . , Bio- technology and Bioengineering, 2003, 81, 866-869).
In DE 10 2004 037 669 Al (Julich Enzyme Products), WO 2004 111083 A3 (Julich Enzyme Products), sowie US 2004 0265978 Al (Julich Enzyme Products) werden zwar u.a. Alkoholdehydrogenase- katalysierte Oxidationen von sekundären Alkoholen mit aliphati- sehen Ketonen und insbesondere Aceton als Oxidationsmittel beansprucht, die Autoren belegen dies allerdings mit keinem Beispiel .
Als Oxidationsmittel wird dabei regelmäßig Aceton verwendet. Die vorteilhafte Verwendung anderer Ketone, insbesondere von Ketonen deren Oxidationsvermogen, beispielsweise durch Hetero- atome in Nachbarschaft der Carbonylgruppe, im Vergleich zu Aceton erhöht ist (im Folgenden „aktivierte Ketone" genannt), ist nicht bekannt. Lediglich in K. Nakamura et al . , Tetrahedron Lett . 1994, 35,
4375-4376 wird beschrieben, dass bei der enzymkatalysierten O- xidation von 1-Arylalkoholen Cyclohexanon als Losungsmittel zum Zwecke der Steigerung der Stereoselektivitat zugesetzt wird.
In allen bekannten Verfahren wird das Oxidationsmittel Aceton in großem Uberschuss eingesetzt.
In W. Kroutil et al . , Angew. Chem. , 2002, 114, 1056-1059; bzw. US 2004 0157305 Al und WO 2005/026338 Al wird ein Enzym aus Rhodococcus ruber (DSM 44541) beschrieben, welches sich durch eine hohe Stabilität gegenüber Aceton auszeichnet und daher für Oxidationen sekundärer Alkohole mit Aceton als Oxidationsmittel eingesetzt wird. Das NADH/NAD+-abhangige Enzym wird typischer- weise in Form lyophilisierter Zellen verwendet. Der Anteil an eingesetztem Aceton entspricht typischerweise drei bis zehn Mol äquivalenten bezuglich des zu oxidierenden Alkohols und betragt typischerweise 20 Volumen-% der Ansatzgroße. Die damit erreich- baren Substratbeladungen liegen typischerweise weit unter 1 mol/L, was zu niedrigen Raum-Zeit-Leistungen von typischerweise unter 20 Mol/m3h fuhrt (W. Kroutil et al . , Tetrahedron: Asym- metry, 2003, 14, 275-280) .
Da viele Dehydrogenasen häufig nur eine geringe Stabilität gegenüber organischen Reaktionspartnern in höherer Konzentration besitzen, werden die Konzentrationen organischer Verbindungen in der Reaktionsmischung möglichst gering gehalten (W. Stampfer et al . , Biotechnology and Bioengineering, 2003, 81, 866-869).
Die Verwendung weit uberstochiometrischer Mengen Aceton als O- xidationsmittel fuhrt damit nur zu noch geringen Konzentrationen des zu oxidierenden Alkohols, was zu einer schlechten Raum- Zeit-Ausbeute fuhrt und derartige enzymatische Oxidationsver- fahren unwirtschaftlich macht. Zudem resultieren die eingesetzten hohen Mengen an Aceton in erheblichem Aufwand bei der Aufarbeitung und Entsorgung und unokonomisch hohem Verbrauch. Ferner fuhrt die Oxidation sekundärer Alkohole mit nicht- aktivierten Ketonen wie Aceton auch mit hohen Keton- Überschüssen regelmäßig nicht zu vollständigem Umsatz des eingesetzten Alkohols. Die so erreichbare unvollständige Oxidation ist aber problematisch, da eine Trennung des durch Oxidation entstandenen Ketons von dem verbleibenden eingesetzten Alkohol häufig extrem schwierig und aufwandig ist. Zudem fuhrt der un- vollständige Umsatz des eingesetzten Alkohols naturgemäß zu schlechten Ausbeuten, was besonders bei teueren Alkoholen wenig wirtschaftlich ist.
Die bekannten enzymatischen Oxidationsverfahren unter Verwen- düng nicht-aktivierter Ketone wie Aceton sind daher für industrielle Anwendungen unwirtschaftlich und wenig praktikabel. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein wirtschaftliches enzy- matisches Verfahren zur Herstellung von Ketonen mittels Oxida- tion von Alkoholen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Ketonen das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein sekundärer Alkohol in einem Reaktionsgemisch, enthaltend Wasser, ein aktiviertes Keton als Oxidationsmittel, eine Alkohol-Dehydrogenase und einen Cofaktor zu dem Keton umgesetzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch hohe Raum- Zeit-Leistungen bei zugleich niedrigem Enzymverbrauch und hohen chemische Ausbeuten von bis zu >95 % bezogen auf die eingesetzte Menge an sekundärem Alkohol aus, was eine beträchtlich leichtere Isolierung des Ketons erlaubt. Die Verwendung großer Mengen enzymschädigender Oxidationsmittel, wie dies in den bekannten Verfahren mit Aceton als Oxidationsmittel der Fall ist, wird vermieden. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren apparativ sehr einfach und somit großtechnisch umsetzbar.
Als sekundäre Alkohole können allgemein chirale oder achirale, racemische oder enantiomer-angereicherte, sekundäre Alkohole verwendet werden, bevorzugt solche mit 3 bis 40 C-Atomen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden sekundäre Alkohole der allgemeinen Formel (I)
R^CH(OH)-R2 (I)
eingesetzt, wobei
R1 und R2 gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus der Gruppe Ci-C2o-Alkyl, C3-C2o-Cycloalkyl, C5-C2o-Aryl, C2-C20- Heteroaryl, C2-C20-Alkenyl, C2-C20-Alkinyl, C5-C20-Aralkyl und C5- C2o-Alkylaryl oder R1 und R2 zusammen mit der Gruppe -CH(OH)- einen Ring bilden können, der aus drei bis 40 Ringgliedern besteht und R1 und R2, bzw. ein durch R1 und R2 mit der Gruppe -CH(OH)- gebildeter Ring, gegebenenfalls unabhängig voneinander mit einem oder mehreren Resten Z substituiert sein können, wobei
Z ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend Fluor, Chlor, Brom, Iod, -CN, -NO2, -NO, -NR3OR3, -C(O)R3, -SO3R3, -C(O)OR3, -C(O)NR3R3, oder -R3 und
R3 für Wasserstoff steht oder die Bedeutung von R1 haben kann und in R1 und R2 gegebenenfalls unabhängig voneinander eine oder mehrere Methylengruppen durch gleiche oder verschiedene Gruppen
Y ersetzt sein können, wobei
Y ausgewählt ist aus der Gruppe -CR3=CR3-, -C≡C-, -C(O)-, -C(O)O-, -OC(O)-, -C(O)OC(O)-, -0-, -0-0-, -CR3=N-,
-C(O)-NR3-, -N=N-, -NR3-NR3-, -NR3-0-, -NR3-, -P (0) (OR3) 0-, -OP(O) (R3)0-, -P(R3)-, -P(O) (R3)-, -S-, -S-S-, -S(O)-, -S(O)2-, -S(O)NR3-, -S (0) (0R3)0-, -Si(R3)2-, -Si(R3)2O-, -Si (R3) (OR3) -,
-OSi(R3)2O-, -OSi (R3)2-oder -Si (R3) 20Si (R3) 2- .
Bevorzugte C5-C2o-Aryl oder C2-C2o-Heteroaryl-Reste für R1 und R2 werden insbesondere ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Phenyl, Naphthyl, Indolyl, Benzofuranyl, Thiophenyl, Pyrrolyl, Pyridinyl, Imidazolyl, Oxazolyl, Isoxazolyl, Furanyl oder Thiazolyl.
Die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) können im Allgemeinen auch als Salze eingesetzt werden.
Besonders bevorzugte Verbindungen der allgemeinen Formel (I) sind 2-Hydroxyalkane, 3-Hydroxyalkane, 4-Hydroxyalkane, 2- Hydroxyalkene, 3-Hydroxyalkene, 4-Hydroxyalkene, 2- Hydroxyalkine, 3-Hydroxyalkine, 4-Hydroxyalkine, γ- Hydroxyketone, δ-Hydroxyketone, γ-Hydroxyester, δ-Hydroxyester, γ-Hydroxyamide, δ-Hydroxyamide, CC-Hydroxyalkohole, ß-
Hydroxyalkohole, γ-Hydroxyalkohole oder δ-Hydroxyalkohole . Insbesondere eignen sich als Verbindungen der allgemeinen Formel (I) 2-Butanol, 2-Pentanol, 2-Hexanol, 2-Heptanol, 2- Octanol, 2-Nonanol, 2-Decanol, 3-Pentanol, 3-Hexanol, 3- Heptanol, 3-Octanol, 3-Nonanol, 3-Decanol, 3-Buten-2-ol, 4- Penten-2-ol, 5-Hexen-2-ol, 6-Hepten-2-ol .
Im erfindungsgemäßen Verfahren sind die aus Alkoholen der Formel (I) gebildeten Ketone nicht gleich den Ketonen der Formel (II) . Ebensosind die Alkohole der Formel (I) nicht gleich den Alkoholen, die aus Ketonen der Formel (II) gebildet werden, wenn diese in Mischungen nebeneinander vorliegen.
Die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) werden im erfindungsgemäßen Verfahren in einer Menge von 1 Gew.% bis 50 Gew.% bezogen auf das Gesamtvolumen des Reaktionsansatzes eingesetzt, bevorzugt in einer Menge von 3 Gew.% bis 25 Gew.%, insbesondere von 5 Gew.% bis 15 Gew.%.
Das Reaktionsgemisch sollte generell einen pH-Wert von 5 bis 11 haben, bevorzugt von 6 bis 10.
Das Reaktionsgemisch enthält bevorzugt einen Puffer, insbesondere einen Kaliumphosphat/ Kaliumhydrogenphosphat-, Tris (hydroxymethyl) aminomethan/ HCl- oder Triethanolamin/ HCl- Puffer mit einem pH-Wert von 5 bis 11, vorzugsweise einem pH- Wert von 6 bis 10. Die Pufferkonzentration beträgt bevorzugt von 5 mM bis 150 mM.
Zusätzlich kann das Reaktionsgemisch auch Magnesiumionen ent- halten, beispielsweise in Form von zugesetztem MgCl2 in einer Konzentration von 0.2 mM bis 10 mM, bevorzugt 0.5 mM bis 2 mM bezogen auf die eingesetzte Wassermenge. Daneben kann das Reaktionsgemisch weitere Salze wie beispielsweise NaCl, sowie weitere Zusätze wie beispielsweise Dimethylsulfoxid, Glycerin, Glycol, Ethylenglycol, Sorbitol, Mannitol oder Zucker enthalten . Als Cofaktor werden NADP, NADPH, NAD, NADH oder deren Salze eingesetzt. Die Konzentration an Cofaktor in der wässrigen Phase des Reaktionsgemischs beträgt bevorzugt von 0,01 mM bis 0,25 mM, besonders bevorzugt von 0,02 mM bis 0,1 mM.
Als Oxidationsmittel wird dem Reaktionsgemisch vorzugsweise ein aktiviertes Keton der allgemeinen Formel (II)
R4-C(O)-X (II)
zugefügt, wobei
R4 ausgewählt ist aus der Gruppe Ci-C2o-Alkyl, C3-C2o-Cycloalkyl, C5-C2o-Aryl, C2-C2o-Heteroaryl, C2-C2o-Alkenyl, C2-C20-Alkinyl, C5- C2o-Aralkyl und Cs-C2o-Alkylaryl wobei
R4 gegebenenfalls mit einem oder mehreren Resten Z substituiert sein kann, wobei
Z ausgewählt wird aus der Gruppe enthaltend Fluor, Chlor, Brom, I Ioodd,, --CCNN,, --NNOO22,, --NNOO,, --NNPR3OR3, -C(O)R3, -SO3R3, -C(O)OR3, -C(O)NR3R3, oder -R3 und
R für Wasserstoff steht oder die Bedeutung von R haben kann und
in R4 gegebenenfalls eine oder mehrere Methylengruppen durch gleiche oder verschiedene Gruppen Y ersetzt sein können, wobei
Y ausgewählt wird aus der Gruppe -C(O)-, -C(O)O-, -OC(O)-, - C(O) -NR3 und
X für -C(O)R5, -C(O)OR5, -C(O)SR5, -C(O)NHR5, -C(O)NR5R6, -CN, oder eine Gruppe CHnQ(3-n) steht, wobei
R4 und X zusammen mit der Gruppe -CO- einen Ring mit drei bis 40 Ringgliedern bilden können und n = 0 , 1 oder 2 i st und
Q ausgewählt ist aus der Gruppe Fluor, Chlor, Brom, Iod, - OC(O)R5, -OC(O)OR5, -SO3R5, -OR5, -SR5, -NO2, -NO, -N3, -NR5OR6, - CN, -C(O)R5, -C(O)OR5, -C(O)SR5, -C(O)NR5R6, wobei
R5 und R6 unabhängig voneinander Wasserstoff sein, oder die Bedeutung von R4 haben können.
Bevorzugt eingesetzte Verbindungen der allgemeinen Formel (II) sind der Gruppe 3-0xo-Carbonsäure-ester, 3-0xo-Carbonsäure- amid, 2-0xo-Carbonsäure-ester, 2-0xo-Carbonsäure-amid, 2- Oxoalkohole, 2-0xoalkohol-ester, 2-0xoether, 2-0xoalkyl- halogenid, 2-Oxoalkyldihalogenid, 2-0xoalkyltrihalogenid, ß- Diketon zugehörig.
Besonders bevorzugte Verbindungen der allgemeinen Formel (II) sind Acetessigsäure-methylester, Acetessigsäure-ethylester, Acetessigsäure-t-butylester, Ethylenglykolbisacetoacetat, Benzoylessigsäure-methylester, Benzoylessigsäure-ethylester, Benzoylameisensäure-methylester, Benzoylameisensäure-ethyl- ester, Brenztraubensäure-methylester, Brenztraubensäure- ethylester, Methoxyaceton, 2-Methoxy-cyclohexanon, 1,3- Dimethoxyaceton, Chloraceton, 2, 4-Pentandion .
Ganz besonders bevorzugt sind Acetessigsäure-methylester und Acetessigsäure-ethylester .
Die Menge aktiviertes Keton beträgt 1 bis 10 Moläquivalente be- zogen auf den zu oxidierenden Alkohol im Reaktionsgemisch, bevorzugt 1 bis 5 Moläquivalente, besonders bevorzugt 1,1 bis 3 Moläquivalente .
Geeignete Alkohol-Dehydrogenasen stammen beispielsweise aus He- fe, Pferdeleber oder Rhodococcus erythropolis, wobei diese Enzyme als Cofaktor NADH benötigen, oder aus Thermoanaerobium spec, Lactobacillus kefir oder Lactobacillus brevis, wobei diese Enzyme als Cofaktor NADPH benötigen. Besonders geeignete Alkohol-Dehydrogenasen sind die Alkohol- Dehydrogenasen ADH-LB (aus Lactobacillus brevis) und ADH-T (aus Thermoanaerobium spec), beide kommerziell erhältlich von Jue- lieh, Jülich, Deutschland.
Die Alkohol-Dehydrogenasen können im erfindungsgemäßen Verfahren entweder vollständig gereinigt oder teilweise gereinigt eingesetzt werden oder in Zellen enthaltend verwendet werden. Die eingesetzten Zellen können dabei nativ, permeabilisiert o- der lysiert vorliegen.
Die Volumenaktivität der eingesetzten Alkohol-Dehydrogenasen beträgt vorzugsweise 100 Units/ml (U/ml) bis 5 000 U/ml, beson- ders bevorzugt etwa 1 000 U/ml.
In den Reaktionsgemischen stehen zur Umsetzung von je 1 kg Verbindung der allgemeinen Formel (I) bevorzugt 20 000 bis 700 000 U Alkohol-Dehydrogenase (ADH) zur Verfügung. Besonders bevor- zugt werden die ADH in den Reaktionsgemischen mit mehr als 5 U/ml eingesetzt.
Die Alkoholdehydrogenasen können im erfindungsgemäßen Verfahren so ausgewählt werden, dass die Umsetzung des zu oxidierenden Alkohols teilweise oder vollständig stereoselektiv erfolgt (W. Hummel et al . , Ann. N. Y. Acad. Sei. 1996, 755, 713-716). Dabei ermöglicht der Einsatz von stereospezifischen Enzymen bei der Oxidation eines teilweise oder vollständig racemischen Alkoholgemisches in dem Fachmann bekannter Weise die bevorzugte Oxida- tion einer Händigkeit des Alkohols, wobei die dazu isomere Form nicht oder nur teilweise zum Keton umgesetzt und vom Produktgemisch abgetrennt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also auch die Herstellung chiraler enantiomerenrei- ner oder -angereicherter Alkohole durch oxidative Racematspal- tung.
Die gleichzeitige Umsetzung beider Händigkeiten eines teilweise oder vollständig racemischen Alkoholgemisches kann durch den Einsatz von Enzymen mit geringer oder ohne Stereospezifität, oder den gleichzeitigen oder aufeinanderfolgenden Einsatz von Enzymen mit komplementärer Stereospezifität bewerkstelligt werden .
Die schrittweise Umsetzung der komplementären Händigkeiten ei- nes Alkoholgemisches kann mit den jeweiligen stereospezifischen Enzymen in der oben beschriebenen Weise erfolgen.
Die Temperatur des Reaktionsgemisches beträgt bevorzugt von 00C bis 600C, besonders bevorzugt von 200C bis 40°C.
Im Laufe der Umsetzung kann weiteres aktiviertes Keton insbesondere in Form von Ketonen der allgemeinen Formel (II), oder weiterer sekundärer Alkohol insbesondere in Form von Alkoholen der allgemeinen Formel (I) zugegeben werden.
Die Umsetzung wird bevorzugt bei einem Druck von 10 mbar bis 5 bar, besonders bevorzugt bei einem Druck von 30 mbar bis 1 bar durchgeführt .
Je nach Art und Menge der eingesetzten Alkohol-Dehydrogenasen und der eingesetzten Verbindung der allgemeinen Formel (I) beträgt die Reaktionszeit zwischen 30 min und 120 h, bevorzugt 1 h bis 50 h.
Das Reaktionsgemisch kann eine homogene flüssige Phase sein, aus zwei oder mehr flüssigen Phasen bestehen, organische Lösemittel enthalten und feste Bestandteile enthalten. Zwei oder mehr flüssige Phasen können beispielsweise beim Vorhandensein von begrenzt oder nicht untereinander mischbarer Stoffe bzw. von schlecht oder nicht mit Wasser mischbarer Lösemittel im Reaktionsgemisch auftreten. Feste Bestandteile können beispielsweise Trägermaterialien für die eingesetzten Enzyme, wie Eupergit, Celite, Kieselgur oder andere für diese Zwecke bekannte Materialien sein.
Die Abtrennung des bei der Umsetzung entstandenen Ketons kann durch Phasentrennung des Reaktionsgemisches erfolgen, oder in dem Fachmann bekannter Weise durch Extraktion des gesamten Re- aktionsgemisches bzw. Teilen des Reaktionsgemisches, mit einer organischen Extraktionsphase erfolgen.
Die enzymhaltige wässrige Phase kann nach erfolgter Umsetzung eines sekundären Alkohols zum Keton und Abtrennung des Ketons erneut mit Alkohol und/oder aktiviertem Keton als Oxidations- mittel versetzt und zu einer erneuten Umsetzung verwendet werden .
Durch Aufreinigung des Reaktionsgemisches bzw. der organischen Extraktionslösung enthaltend das Rohproduktgemisch, beispielsweise mittels Destillation oder anderer dem Fachmann bekannter Reinigungsmethoden, wie beispielsweise Umkristallisation oder Chromatographie, erhält man das gewünschte Keton.
Die so erhaltenen Produkte zeichnen sich typischerweise durch Ausbeuten >95 % und chemische Reinheiten >95 % aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Oxidation sekundärer Alkoho- Ie ermöglicht die Herstellung von Ketonen aus Alkoholen unter Bedingungen, die auch die Anwesenheit weiterer chemisch sensibler Funktionen in den Edukten bzw. Produkten erlauben, die unter klassisch chemischen Reaktionsbedingungen (z.B. Oppenauer- Oxidation, Oxidation mit Luft bzw. Sauerstoff oder Oxidations- verfahren mit Salpetersäure oder Bleichlauge) Schaden nehmen würden .
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die Verwendung aktivierter Ketone der allgemeinen Formel (II) als enzymkompa- tible, organische Oxidationsmittel den Einsatz dieser aktivierten Ketone in enzymverträglichen Konzentrationen. Die hohe Reaktivität und die Enzymverträglichkeit der aktivierten Ketone ermöglichen bei geringem Verbrauch von Enzym und Oxidationsmittel vollständigere Umsetzungen des zu oxidierenden Alkohols, und erlaubt den Wiedereinsatz des wässrigen, enzymhaltigen Re- aktionsgemischs . Die sich ergebenden hohen Raum-Zeit-Leistungen ermöglichen damit die kostengünstige Umsetzung von Alkoholen zu Ketonen unter Verwendung von Enzymen.
Das erfindungsgemaße Verfahren erlaubt die Herstellung funktio- nalisierter Ketone, die bisher nur schwierig aus entsprechenden Alkoholen durch Oxidation zuganglich waren, wie z.B. 4-Penten- 2-on.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur enzymka- talysierten Herstellung von Ketonen aus sekundären Alkoholen geben dem Fachmann keinerlei Hinweis darauf, dass die Verwendung aktivierter Ketoverbindungen zur Umsetzung von Alkoholen unter Enzym-vertraglichen Bedingungen, ohne hohe Überschüsse an Oxidationsmittel und mit hohen Raum-Zeit-Leistungen möglich ist.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert:
Beispiel Ia:
Umsetzung von 4-Penten-2-ol mit Acetessigsaure-methylester und ADH-LB
Durchfuhrung 100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Acetessigsaure-methylester (0.6 M), 25 U / mL ADH-LB (Rohextrakt), NADP-Dinatriumsalz (0.0415 mM) und racemischem 4-Penten-2-ol (0.5 M) wurde bei pH 8,0 in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetruhrer und Ruckflusskuhler bei 30 0C kraftig gerührt. Nach 24 Stunden wurde die Losung mit 4 x 50 mL Methyl- tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz zu Keton und die Menge an 4-Penten-2-ol in der Auswaage bestimmt.
Ergebnis
• Umsatz zu Keton: 24 mmol (96 % d.Th.) • 4 -Penten-2 -ol : 26 mmo1
• Raum-Zeit-Leistung: 10 Mol/m3h Keton
Beispiel Ib:
Umsetzung von 4-Penten-2-ol mit Acetessigsäure-methylester und ADH-T
Durchführung
100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Acetessigsäure-methylester (0.6 M), 10 U / mL ADH-T (Rohextrakt), NADP-Dinatriumsalz (0.0415 mM) und 4-Penten-2-ol (0.5 M) von pH 8,0 wurde in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rück- flusskühler bei 30 0C kräftig gerührt. Nach 24 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl-tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz zu Keton und die Menge an 4-Penten-2-ol in der Auswaage bestimmt.
Ergebnis
• Umsatz zu Keton: 24 mmol (96 % d.Th
• 4-Penten-2-ol : 26 mmo1 • Raum- Ze i t -Le i s tung : 10 Mol/m3h Keton
Beispiel Ic:
Umsetzung von 4-Penten-2-ol mit Acetessigsäure-methylester, ADH-LB und ADH-T
Durchführung
100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Ace- tessigsäure-methylester (0.6 M), 10 U / mL ADH-T (Rohextrakt), 25 U / mL ADH-LB (Rohextrakt) NADP-Dinatriumsalz (0.083 mM) und 4-Penten-2-ol (0.5 M) von pH 8,0 wurde in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler bei 30 0C kräftig ge- rührt. Nach 24 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl- tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz zu Keton in der Auswaage be- stimmt.
Ergebnis
• Umsatz zu Keton: 48 mmol (96 % d.Th.)
• Raum-Zeit-Leistung: 20 Mol/m3h Keton
Beispiel Id:
Wiedereinsatz der extrahierten wässrigen Phase aus Ia mit ADH- LB
Durchführung
Die nach Extraktion mit MTBE zurückbleibende Wasserphase aus
Beispiel Ia wurde in einen 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler gefüllt, mit Acetessigsäure-methylester
(0.06 mol) und 4-Penten-2-ol (0.05 mol) versetzt und nach Einstellen auf pH 8,0 bei 30 0C kräftig gerührt.
Nach 24 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL MTBE extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz zu Keton und die Menge an 4-Penten-2-ol in der Auswaage bestimmt.
Ergebnis
• Umsatz zu Keton: 23 mmol (92 % d.Th.) • 4-Penten-2-ol: 27 mmo1
• Raum-Zeit-Leistung: 9.6 Mol/m3h Keton
Beispiel Ie:
Wiedereinsatz der extrahierten wässrigen Phase aus Ib mit ADH-T
Durchführung Die nach Extraktion mit MTBE zurückbleibende Wasserphase aus Beispiel Ib wurde in einen 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler gefüllt, mit Acetessigsäure-methylester (0.06 mol) und 4-Penten-2-ol (0.05 mol) versetzt und nach Einstellen auf pH 8,0 bei 30 0C kräftig gerührt.
Nach 24 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL MTBE extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz zu Keton und die Menge an 4-Penten-2-ol in der Auswaage bestimmt.
Ergebnis
• Umsatz zu Keton: 23 mmo1 '92 d.Th.
• 4-Penten-2-ol: 27 mmo1
• Raum-Zeit-Leistung: 9.6 Mol/m3h Keton
Beispiel 2a:
Umsetzung von Hexan-2-ol mit Acetessigsäure-methylester und ADH-LB
Durchführung
100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Acetessigsäure-methylester (0.54 M), 25 U/mL ADH-LB (Rohextrakt), NADP-Dinatriumsalz (0.0415 mM) und Hexan-2-ol (0.49 M) von pH
6,5 wurde in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler bei 30 0C kräftig gerührt. Nach 6 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl-tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz und die Ausbeute an Hexan-2-on in der Auswaage bestimmt.
Ergebnis
• Hexan-2-on Ausbeute: 21 mmo1 d.Th.
• Hexan-2-ol: 28 mmol
• Raum-Zeit-Leistung: 35 Mol/m3h Hexan-2-on Bei spiel 2b :
Umsetzung von Hexan-2-ol mit Acetessigsäure-methylester und ADH-T
Durchführung
100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Acetessigsäure-methylester (0.54 M), 10 U/mL ADH-T (Rohextrakt), NADP-Dinatriumsalz (0.0415 mM) und Hexan-2-ol (0.49 M) von pH 6,5 wurde in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler bei 30 0C kräftig gerührt. Nach 6 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl-tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz und die Ausbeute an Hexan-2-on in der Auswaage bestimmt.
Ergebnis
• Hexan-2 -on Ausbeute : 21 mmol (86 % d.Th.) • Hexan-2 -ol : 28 mmol
• Raum-Zeit-Leistung: 35 Mol/m3h Hexan-2-on
Beispiel 2c:
Umsetzung von Hexan-2-ol mit Acetessigsäure-methylester, ADH-LB und ADH-T
Durchführung
100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Ace- tessigsäure-methylester (0.54 M), 10 U/mL ADH-T (Rohextrakt), 25 U/mL ADH-LB (Rohextrakt) NADP-Dinatriumsalz (0.083 mM) und Hexan-2-ol (0.49 M) von pH 6,5 wurde in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler gefüllt und bei 30 0C kräftig gerührt. Nach 6 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl-tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz und die Ausbeute an He- xan-2-on in der Auswaage bestimmt. Ergebni s
• Hexan-2-on Ausbeute: 43 mmol (87 % d.Th.)
• Raum-Zeit-Leistung: 72 Mol/mJh Hexan-2-on
Beispiel 2d:
Umsetzung von Hexan-2-ol mit 2 Äquivalenten Acetessigsäure- methylester, ADH-LB und ADH-T
Durchführung
100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Ace- tessigsäure-methylester (1.00 M), 10 U/mL ADH-T (Rohextrakt), 25 U/mL ADH-LB (Rohextrakt) NADP-Dinatriumsalz (0.083 mM) und Hexan-2-ol (0.49 M) von pH 6,5 wurde in einem 250 mL Rundkolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler gefüllt und bei 30 0C kräftig gerührt. Nach 6 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl-tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz und die Ausbeute an He- xan-2-on in der Auswaage bestimmt.
Ergebnis • Hexan- 2 - on Ausbeute : 48 mmol ' 98 d . Th . )
• Raum- Zeit-Lei stung : 80 Mol /m3h Hexan-2 -on
Beispiel 3:
Oxidation von 1-Phenyl-ethanol mit Acetessigsäure-ethylester, ADH-LB und ADH-T
Durchführung 100 mL einer Mischung von Wasser, Phosphatpuffer (50 mM) , Acetessigsäure-ethylester (0.54 M), 10 U/mL ADH-T (Rohextrakt), 25 U/mL ADH-LB (Rohextrakt) NADP-Dinatriumsalz (0.083 mM) und 1- Phenyl-ethanol (0.49 M) von pH 6,5 wurde in einem 250 mL Rund- kolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler gefüllt und bei 30 0C kräftig gerührt. Nach 6 Stunden wurde die Lösung mit 4 x 50 mL Methyl-tertbutylether (MTBE) extrahiert und das Produktgemisch durch eindampfen der organischen Phasen isoliert. Mittels GC- und NMR-Spektroskopie wurde der Umsatz und die Ausbeute an Acetophenon in der Auswaage bestimmt.
Ergebnis
• Acetophenon Ausbeute: 46 mmol (94 % d.Th.) • Raum-Zeit-Leistung: 77 Mol/m3h Acetophenon

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung eines Ketons das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein sekundärer Alkohol in einem Reakti- onsgemisch, enthaltend Wasser, ein aktiviertes Keton, eine Alkohol-Dehydrogenase und einen Cofaktor, zu dem Keton umgesetzt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Alkohole eine Verbindung der allgemeinen
Formel (I)
R^CH(OH)-R2 (I) oder ein Salz dieser Verbindung ist, wobei
R1 und R2 gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus der Gruppe Ci-C2o-Alkyl, C3-C2o-Cycloalkyl, C5-C2o-Aryl, C2-C2o-Heteroaryl, C2-C2o-Alkenyl, C2-C2o-Alkinyl, C5-C2O- Aralkyl und C5-C2o-Alkylaryl oder R1 und R2 zusammen mit der Gruppe -CH(OH)- einen Ring bilden können, der aus drei bis 40 Ringgliedern besteht und R1 und R2, bzw. ein durch R1 und R2 mit der Gruppe -
CH(OH)- gebildeter Ring, unabhängig voneinander mit einem oder mehreren Resten Z substituiert sein können, wobei Z ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend Fluor, Chlor, Brom, Iod, -CN, -NO2, -NO, -NR3OR3, -CHO, -SO3H, -COOH oder -R3 und
R3 für Wasserstoff steht oder die Bedeutung von R1 haben kann und in R1 und R2 gegebenenfalls unabhängig voneinander eine o- der mehrere Methylengruppen durch gleiche oder verschiede- ne Gruppen Y ersetzt sein können, wobei
Y ausgewählt ist aus der Gruppe -CR3=CR3-, -C≡C-, -C(O)-,
-C(O)O-, -OC(O)-, -C(O)OC(O)-, -0-, -0-0-, -CR3=N-, -C(O)-NR3-, -N=N-, -NR3-NR3-, -NR3-0-, -NR3-, -P (0) (OR3) 0-, -OP(O) (R3)0-, -P(R3)-, -P(O) (R3)-, -S-, -S-S-, -S (O)-, - S (O)2-, -S (O)NR3-, -S (0) (0R3)0-, -Si (R3)2-, -Si (R3)2O-, -
Si (R3) (OR3) -, -OSi (R3)2O-, -OSi (R3) 2-oder -Si (R3) 20Si (R3) 2- .
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Alkoholeausgewählt ist aus der Gruppe 2-Hydroxyalkane, 3-Hydroxyalkane, 4-Hydroxyalkane, 2- Hydroxyalkene, 3-Hydroxyalkene, 4-Hydroxyalkene, 2- Hydroxyalkine, 3-Hydroxyalkine, 4-Hydroxyalkine, γ- Hydroxyketone, δ-Hydroxyketone, γ-Hydroxyester, δ-Hydroxyester, γ-Hydroxyamide, δ-Hydroxyamide, OC- Hydroxyalkohole, ß-Hydroxyalkohole, γ-Hydroxyalkohole und δ-Hydroxyalkohole .
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Cofaktor ausgewählt ist aus Verbindungen der Gruppe NAD, NADP, NADH, NADPH und deren Salzen .
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das aktivierte Keton eine Verbindung der allgemeinen Formel (II)
R4-C(O)-X (II) ist, wobei
R4 ausgewählt ist aus der Gruppe Ci-C2o-Alkyl, C3-C20-
Cycloalkyl, C5-C2o-Aryl, C2-C2o~Heteroaryl, C2-C2o~Alkenyl,
C2-C2o-Alkinyl, C5-C2o-Aralkyl und C5-C2o-Alkylaryl wobei
R4 gegebenenfalls mit einem oder mehreren Resten Z substi- tuiert sein kann, wobei
Z ausgewählt ist aus der Gruppe Fluor, Chlor, Brom, Iod, -
CN, -NO2, -NO, -NR3OR3, -C(O)R3, -SO3R3, -C(O)OR3,
-C(O)NR3R3, und -R3 und
R3 für Wasserstoff steht oder die Bedeutung von R4 hat und in R4 gegebenenfalls eine oder mehrere Methylengruppen durch gleiche oder verschiedene Gruppen Y ersetzt sein können, wobei
Y ausgewählt ist aus der Gruppe -C(O)-, -C(O)O-, -OC(O)-,
-C (0) -NR3 und X für -C(O)R5, -C(O)OR5, -C(O)SR5, -C(O)NHR5, -C(O)NR5R6, -
CN, oder eine Gruppe CHnQ(3-n) steht, oder R R44 uunndd XX zzuussaammmmeenn mmiitt ddeerr GGrruuppppee --CCOO-- einen Ring mit drei bis 40 Ringgliedern bilden können und n = 0 , 1 oder 2 i s t und
Q ausgewählt ist aus der Gruppe Fluor, Chlor, Brom, Iod, - OC(O)R5, -OC(O)OR5, -SO3R5, -OR5, -SR5, -NO2, -NO, -N3, - NR5OR6, -CN, -C(O)R5, -C(O)OR5, -C(O)SR5, -C(O)NR5R6, wobei R5 und R6 unabhängig voneinander Wasserstoff sind, oder die Bedeutung von R4 haben.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der allgemeinen Formel (II) ausgewählt sind aus der Gruppe 3-0xo-Carbonsäure-ester, 3-0xo- Carbonsäure-amid, 2-0xo-Carbonsäure-ester, 2-0xo- Carbonsäure-amid, 2-0xoalkohole, 2-0xoalkohol-ester, 2- Oxoether, 2-0xoalkylhalogenid, 2-Oxoalkyldihalogenid, 2- Oxoalkyltrihalogenid, ß-Diketon.
7. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der allgemeinen Formel (II) ausgewählt sind aus der Gruppe Acetessigsäure-methylester, Acetessigsäure-ethylester, Acetessigsäure-t-butylester, Ethylenglykolbisacetoacetat, Benzoylessigsäure- methylester, Benzoylessigsäure-ethylester, Benzoylameisensäure-methylester, Benzoylameisensäure- ethylester, Brenztraubensäure-methylester, Brenztraubensäure-ethylester, Methoxyaceton, 2-Methoxy- cyclohexanon, 1, 3-Dimethoxyaceton, Chloraceton, 2,4- Pentandion .
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundärer Alkohol in einer Menge von 1 Gew.% bis 50 Gew.% bezogen auf das Gesamtvolumen des Reaktionsansatzes eingesetzt wird.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aktiviertes Keton in einer Menge von 1 bis 10 Moläquivalente bezogen auf den zu oxidierenden Alkohol im Reaktionsgemisch eingesetzt wird.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ADH in dem Reaktionsgemisch in einer Aktivität von mehr als 5 U/ml vorliegt.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass pro kg der Verbindung der allgemeinen Formel (I) 20 000 bis 700 000 U Alkohol-Dehydrogenase (ADH) zur Verfügung stehen.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Cofaktor in der wässrigen Phase in einer Konzentration von 0,01 mM bis 0,25 mM vorliegt.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem pH-Bereich von 5 bis 11 durchgeführt wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einer Temperatur von 00C bis 600C durchgeführt wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Keton mittels eines mit Wasser nicht mischbaren, organischen Lösungsmittels aus dem Reak- tionsansatz extrahiert wird wobei neben dem ketonhaltigen organischen Lösungsmittel eine enzymhaltige wässrige Phase erhalten wird.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die enzymhaltige wässrige Phase aus
Anspruch 15 mit einem sekundären Alkohol und/oder aktiviertem Keton versetzt wird der sekundären Alkohol zu dem gewünschten Keton umgesetzt wird.
17. Verwendung eines aktivierten Ketons der allgemeinen Formel (II) als Oxidationsmittel in einer enzymatischen katalysierten Oxidation eines sekundären Alkohols.
PCT/EP2007/051666 2006-03-02 2007-02-21 Verfahren zur herstellung von ketonen durch oxidation von sekundären alkoholen unter verwendung einer alkoholdehydrogenase in gegenwart eines cofaktors und eines ketons als cosubstrat WO2007099051A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006009743.2 2006-03-02
DE200610009743 DE102006009743A1 (de) 2006-03-02 2006-03-02 Verfahren zur Oxidation von sekundären Alkoholen durch Enzyme

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007099051A1 true WO2007099051A1 (de) 2007-09-07

Family

ID=38229417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2007/051666 WO2007099051A1 (de) 2006-03-02 2007-02-21 Verfahren zur herstellung von ketonen durch oxidation von sekundären alkoholen unter verwendung einer alkoholdehydrogenase in gegenwart eines cofaktors und eines ketons als cosubstrat

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102006009743A1 (de)
WO (1) WO2007099051A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010070086A3 (de) * 2008-12-18 2010-08-26 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur enzymatischen umsetzung von alkanen
CN109369901A (zh) * 2018-09-29 2019-02-22 南京工业大学 一种植物油聚氨酯软泡多元醇及其制备方法和应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5225339A (en) * 1992-02-26 1993-07-06 The Scripps Research Institute Lactobacillus kefir alcohol dehydrogenase
WO2005026338A1 (en) * 2003-09-18 2005-03-24 Ciba Specialty Chemicals Holding Inc. Alcohol dehydrogenases with increased solvent and temperature stability

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NAKAMURA, K. ET AL.: "Enantioselective Microbial Oxidation of Arylethanol in an Organic Solvent", TETRAHEDRON LETTERS, vol. 35, no. 25, 1994, pages 4375 - 4376, XP002442799 *
NAKAMURA, K. ET AL.: "Stereoselective oxidation and reduction by immomilized Geotrichum candidum in an organic solvent", JOURNAL OF THE CHEMICAL SOCIETY, PERKIN TRANSACTIONS 1, vol. 16, 1999, pages 2397 - 2402, XP002442798 *
SCHENKELS, P. & DUINE, J.A.: "Nicotinprotein (NADH-containing) alcohol dehydrogenase from Rhodococcus erythropolis DSM 1069: an efficient catalyst for coenzyme-independent oxidation of a broad spectrum of alcohols and the interconversion of alcohols and aldehydes", MICROBIOLOGY, vol. 146, no. 4, 2000, pages 775 - 785, XP002214989 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010070086A3 (de) * 2008-12-18 2010-08-26 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur enzymatischen umsetzung von alkanen
CN109369901A (zh) * 2018-09-29 2019-02-22 南京工业大学 一种植物油聚氨酯软泡多元醇及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006009743A1 (de) 2007-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1568780B1 (de) Verfahren zur enantioselektiven Reduktion von Ketoverbindungen durch Enzyme
EP1745134B1 (de) Verfahren zur herstellung von 2-butanol durch enzymatische reduktion von 2-butanon in einem zwei-phasen-system
EP2427563B1 (de) Verfahren zur fermentativen herstellung von propanal oder 3-hydroxypropanal in gegenwart von hydraziden, hydrazinen oder sulfiten
WO2007073875A1 (de) Verfahren zur enantioselektiven enzymatischen reduktion von hydroxyketoverbindungen
WO2006045598A1 (de) Verfahren zur herstellung von chiralen alkoholen
JP6789989B2 (ja) ３−メチルシクロペンタデカン−１，５−ジオンを製造するための方法
DE102006010994A1 (de) Verfahren zur enzymatischen Herstellung von chiralen Alkoholen
EP1194582A1 (de) Verfahren zur reduktion von keto-carbonsäuren und deren estern
DE3344085A1 (de) Verfahren zur herstellung von l-carnitin und zwischenprodukte fuer das verfahren
WO2007099051A1 (de) Verfahren zur herstellung von ketonen durch oxidation von sekundären alkoholen unter verwendung einer alkoholdehydrogenase in gegenwart eines cofaktors und eines ketons als cosubstrat
DE102004059376A1 (de) GDH-Mutante mit verbesserter chemischer Stabilität
EP2142657B1 (de) Verwendung des pigd-proteins zur katalyse von 1,4-additionen von 2-oxoalkanoaten an alpha, beta-ungesättigte ketone
AT406959B (de) Enantioselektives verfahren zur herstellung von (s)-cyanhydrinen
DE102006055047A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Dihydroxy-Verbindungen aus Diketo-Verbindungen durch enzymkatalysierte enantioselektive Reduktion
EP2089530A2 (de) Verfahren zur herstellung von (4s)-3,4-dihydroxy-2,6,6-trimethyl-cyclohex-2-enon und derivaten davon unter verwendung der azoarcus phenylethanol dehydrogenase
DE10032254B4 (de) Nukleotidsequenz kodierend für eine Benzaldehyd-Lyase und Verfahren zur stereoselektiven Synthese von (R)-2-Hydroxyketonen
EP1067195B1 (de) Verfahren zur Reduktion von Ketogruppen enthaltende Verbindungen
EP1313870B1 (de) Verfahren zur verbesserten herstellung und isolierung von trans-dihydroxy-cyclohexadien-carbonsäuren und/oder deren folgeprodukte sowie ein dazu geeigneter genetisch veränderter organismus
DE102006039189B4 (de) Enantioselektive Darstellung von aliphatischen azyklischen Estern und Ketonen
US20060154347A1 (en) Process for the manufacture of spiroketals
DE102013211075B9 (de) Biotechnologisches Verfahren zur Herstellung von substituierten oder unsubstituierten Phenylessigsäuren und Ketonen mit Enzymen des mikrobiellen Styrolabbaus
DE102008064575B4 (de) Verfahren zur Herstellung von 1-Hydroxyketon-Verbindungen
EP1358173A1 (de) Verfahren zur herstellung von optisch aktiven, propargylischen, terminalen epoxiden
DE19937825B4 (de) Verfahren zur Reduktion von Hydroxyketo-Carbonsäuren und deren Estern
DE102005038606A1 (de) Verfahren zur enzymatischen Herstellung von chiralen 1-acylierten 1,2-Diolen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07712270

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1