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WO2002004460A1 - Verfahren zur herstellung von (+)-biotin - Google Patents

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Publication number
WO2002004460A1
WO2002004460A1 PCT/EP2001/006965 EP0106965W WO0204460A1 WO 2002004460 A1 WO2002004460 A1 WO 2002004460A1 EP 0106965 W EP0106965 W EP 0106965W WO 0204460 A1 WO0204460 A1 WO 0204460A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ring opening
furo
biotin
reaction
menthyloxy
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2001/006965
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Heywang
Thomas Koppe
Michael Schwarz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
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 Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
Priority to KR10-2003-7000183A priority Critical patent/KR20030014424A/ko
Priority to JP2002509325A priority patent/JP2004502776A/ja
Priority to EP01984162A priority patent/EP1299394A1/de
Priority to AU2002218768A priority patent/AU2002218768A1/en
Publication of WO2002004460A1 publication Critical patent/WO2002004460A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D495/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D495/02—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D495/04—Ortho-condensed systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/55—Design of synthesis routes, e.g. reducing the use of auxiliary or protecting groups

Definitions

  • the invention relates to a new process for the preparation of (+) - biotin using 5-hydroxy-2 (5H) -furanone as a starting material.
  • (+) - Biotin is known as vitamin H. However, it is also used as an active pharmaceutical ingredient for the treatment of dermatosis and as a feed additive with growth-enhancing effects for farm animals.
  • the improvement consists in the introduction of a carboxybutyl group in the 4-position of the dl-1,3-dibenzylhexahydrothieno [3,4-d] imidazole-2,4-dione. This dione is reacted with a 1,4-dihalomagnesium butane and then carboxylated with carbon dioxide.
  • a significant disadvantage for industrial use is the use of the expensive, optically active compounds cholesterol or ephedrine and the expensive alkali metal borohydrides. With the same disadvantage, namely the use of expensive opt. active compounds are affected by the processes of EP applications 0 161 580 and 0 173 185.
  • the problem is solved by a new process for the preparation of (+) - biotin using 5-hydroxy-2 (5H) -furanone as starting material. Furthermore, the problem is solved by a method in which 1-Chlorosulfonyl-1, 2,2a, 3,5,5a-hexa-hydro-3 - ((1 R) -menthyloxy -) - furo [3,4-b] azet-2-one is formed as an intermediate.
  • This product can then be converted to (+) - biotin in a known manner, possibly with the introduction of protective groups.
  • the ring opening can be induced by different nucleophiles.
  • nucleophiles which are preferably used according to the invention are azides, in particular sodium azide, ammonia and hydroxylamine.
  • the ring opening is induced by ammonia as the nucleophile and the ring opening product obtained is further converted analogously to a Hofmann degradation.
  • the ring opening is induced by hydroxylamine as the nucleophile and the ring opening product obtained is reacted further analogously to a Beckmann rearrangement. It is particularly preferred according to the invention if the ring opening is induced as an nucleophile by an azide, preferably sodium azide, and the ring opening product obtained is further reacted by increasing the temperature and subsequent reduction, preferably with disodium sulfite.
  • the 5-hydroxy-2 (5H) furanone is preferably acetalized with menthol first.
  • the 5-hydroxy-2 (5H) - furanone and (-) - menthol (R) -5 - ((1R) -mentyloxy -) - 2 (5H) -furanone are produced from it.
  • This synthesis step can be carried out by a method known from the literature (Feringa, B. L; Lange, B. de; Jong, J. C. de; J. Org. Chem. 1989, 54, 2471-2475).
  • the two starting materials furanone and menthol are mixed with one another in a molar ratio of 1: 1, 1 to 1: 1, 3, in particular 1: 1, 2, and at a temperature of 90 to 140 ° C., preferably to heated about 115 to 125 ° C.
  • the reaction i. H. after a reaction time of 65 to 80 hours, preferably of about 70 to 75 hours, the unreacted menthol is distilled off. The residue obtained is then purified, for example by crystallization.
  • the (R) -5 - ((1 R) -Mentyloxy) -2 (5H) -furanone obtained can preferably be analogous to one in the literature (Fliri, A .; Hohenlohe-Oehringen, K .; Chem. Ber. 1980, 113, 607-613; Hohenlohe-Oehringen, K. Fliri, A. [Hoffmann-LaRoche & Co AG] EP 0 022 446 (1980)) for the implementation of (2H) -chromes can be reacted with chlorosulfonyl isocyanate.
  • chlorosulfonyl isocyanate (CSI) is placed in a reaction flask and cooled to a temperature of about -70 to -50 ° C, preferably - 65 to - 55 ° C, in particular to -60 ° C. With further cooling and at a constant temperature, a solution of (R) -5 - ((1 R) -mentyloxy) -2 (5H) -furanone in absolute tetrahydrofuran is added dropwise with stirring. The reaction is then completed for a period of 12 to Stirred for 20 hours at -45 to - 25 ° C, especially at -35 ° C. To carry out this reaction, (R) -5 - ((1R) -Mentyloxy) -2 (5H) -furanone and chlorosulfonyl isocyanate are preferably used in equimolar amounts.
  • the 1-chlorosulfonyl-1, 2,2a, 3,5, 5a-hexahydro-3- ((1R) menthyloxy -) - furo [3,4-b] azet-2-one obtained by this reaction can advantageously without further Purification can be used for further reaction.
  • the amount of sodium azide is preferably dissolved in water, optionally cooled to a temperature of -10 to 0 ° C. and to the 1-chlorosulfonyl-1, 2.2a, 3.5 , 5a-hexahydro-3 - ((1R) menthyloxy -) - furo [3,4- b] azet-2-one-containing reaction solution, which is cooled to a temperature of - 10 to 0 ° C.
  • the pH is adjusted to a value between 6.5 and 7.5 by adding a mineral acid from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid or phosphoric acid set. Concentrated hydrochloric acid is preferably used for this purpose.
  • the bis-azide formed by the reaction with sodium azide is then extracted with an organic solvent from the group consisting of ether, ethyl acetate, dichloromethane, toluene or xylene, preferably with ethyl acetate.
  • the evolution of nitrogen sets in at a temperature of about 80 ° C.
  • the reaction solution is heated to a temperature of 75-95 ° C., preferably 85 ° C., with stirring for about 45 minutes to two hours.
  • the reaction product 1-azidosulfonyl-2,3,3a, 4,6,6a-hexahydro-4- ((1R) -menthoxy -) - 6-oxd-furo [3,4] imidazol-2-one falls out.
  • Hydrolysis to 2,3,3a, 4,6,6a-hexahydro-4 - ((1R) -menthyloxy -) - 6-oxo-furo [3,4-d] imidazol-2-one can preferably be done by cooking with Na 2 SC » 3 in water as a solvent. The product then precipitates out in crystalline form when the reaction solution is cooled. By concentrating the mother liquor under reduced pressure, the amount of product obtained can be increased, so that a yield of 90 to 95% can be obtained.
  • the menthyloxy group can now be split off using known methods (e.g. Jong, J.C. de; Feringa, B .; Tetrahedron Lett. 1989, 30, 7239-7240) and the lactone can be prepared by reducing the semi-acetal which forms as an intermediate.
  • the pH of the solution is preferably adjusted to a value between 1 and 2.
  • the hemiacetal obtained by cleavage of the menthyl radical is preferably reduced to 4-hydroxymethyl-2-oxo-2,3,4,5-tetrahydro-imidazole-5-carboxylic acid in the presence of NaBH.
  • the carboxylic acid cyclizes in an analogous manner, as described in US Pat. No.
  • the lactone is expediently dissolved in an aprotic solvent from the group consisting of dimethylformamide, dimethyl acetamide and N-methylpyrrolidone, preferably in dimethylformamide, and about 2 to 2.5 times the molar amount of benzyl chloride is added.
  • the reaction mixture cooled to a temperature between -15 to 5 ° C., preferably -10 to 0 ° C., is gradually mixed with the addition of small amounts of 2 to 2.5 times the molar amount of NaH.
  • the temperature should be maintained and if possible not rise above 0 ° C, but especially not above 5 ° C.
  • reaction mixture is then stirred at a temperature of 15 to 30 ° C, preferably at room temperature for 1.5 to 3 hours.
  • acetic acid is added in an amount of 0.1 to 0.3 mol per mol of NaH used.
  • the reaction solution is concentrated to a residue under reduced pressure.
  • the residue is taken up in water and extracted with a nonpolar aprotic solvent from the group of toluene, xylene, hexane and heptane, preferably with toluene.
  • the organic phase is concentrated again and the crude product obtained as a residue is recrystallized with an alcohol, preferably with ethanol.
  • the dibenzylated lactone can now in a known manner, such as. Example, described in US Pat. No. 3,740,416, via which thiolactone can be converted to (+) - biotin.
  • the ring-opening products obtained with the aid of other nucleophiles can, as shown in Reaction Scheme VIII, likewise to 2,3,3a, 4,5,5a-hexahydro-5-oxo-furo [3 , 4-d] imidazol-2-one as a biotin precursor.
  • the intermediate product is analogous to a Hofmann degradation (Donaruma, L G .; Heldt, WZ; Org. Reactions 11, 1 (1960)) implemented further.
  • the oxidation of the acid amide formed by nucleophilic ring opening with ammonia can be induced with Br 2 or C or, for example, with sodium hypobromite which is easier to handle.
  • the intermediate isocyanate then cyclizes with the azidosulfonyl function contained in the molecule.
  • the subsequent reduction to 2,3,3a, 4,5,5a-hexahydro-5-oxo-furo [3,4-d] imidazol-2-one can then be carried out as described above.
  • Another method variant which is also preferred according to the invention uses the reaction known as Beckmann rearrangement (Wallis, ES; Org. Reactions 3, 267 (1946)) to form the 2,3,3a, 4,5,5a-hexahydro-5-oxo furo [3,4-d] imidazol-2-one.
  • the intermediate oxime formed by nucleophilic ring opening with hydroxylamine also converts to an isocyanate.
  • the rearrangement can be induced by acids such as phosphoric acid, sulfuric acid or phosgene, phosphorus oxychloride, phosphorus pentachloride, phosphorus pentoxide.
  • the menthyl ether protective group is split off directly.
  • the isocyanate in turn cyclizes with the azidosulfonyl function contained in the molecule.
  • the subsequent reduction to 2,3,3a, 4,5,5a-hexahydro-5-oxo-furo [3,4-d] imidazol-2-one can also be carried out as already described above.
  • the toluene phase which contains the bis-azide, is slowly heated to approx. 85 ° C. From about 80 ° C nitrogen evolution begins. The mixture is heated for about 1 h with stirring until the reaction has ended and gas evolution no longer occurs. On cooling, 1-azidosulfonyl-2,3,3a, 4,6,6a-hexahydror4 - ((1 R) -menthyloxy -) - 6-oxo-furo [3,4-d] imidazol-2-one precipitates.
  • Example 2 The product from Example 2 is heated to boiling with 7 g of Na 2 S0 3 in 750 ml of water for 5 hours. After the reduction has taken place, crystalline 2,3,3a, 4,6,6a-hexahydro-4 - ((1 R) -menthyloxy -) - 6-oxo-furo [3,4-d] imidazol-2-one falls on cooling out. Further fractions are obtained by concentrating the mother liquor.
  • the lactone (50 mmol) (product from Example 4) is dissolved in DMF and benzyl chloride (110 mmol) is added. Then NaH (110 mmol) is added in small portions at -10 ° C to 0 ° C. After stirring at RT for 2 h, acetic acid (10 mmol) is added and the reaction solution is evaporated. The residue is taken up in water and extracted with toluene. The toluene solution is concentrated to the residue. The crude product is crystallized from ethanol.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Biotin unter Verwendung von 5-Hydroxy-2(5H)-furanon als Ausgangsstoff, sowie ein Verfahren, in dem 1-Chlorsulfonyl-1,2,2a,3,5,5a-hexa-hydro-3-((1R)-menthyloxy-)-furo[3,4-b]azet-2-on als Zwischenprodukt gebildet wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von (+)-Biotin
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von (+)-Biotin unter Verwendung von 5-Hydroxy-2(5H)-furanon als Ausgangsstoff.
(+)-Biotin ist als Vitamin H bekannt. Es wird aber auch als pharmazeutische Wirksubstanz zur Behandlung von Dermatose und als Futtermittelzusatz mit wachstumssteigender Wirkung für Nutztiere eingesetzt.
Zur Herstellung von (+)-Biotin wurden verschiedene Verfahren beschrieben.
Aus der US-PS 2 489 232 ist ein Verfahren bekannt, gemäß welchem race- misches Biotin hergestellt wird. Da jedoch bekanntlich nur das optisch aktive (+)- Biotin biologisch aktiv ist, musste das so hergestellte racemische Biotin anschließend noch in die optischen Antipoden aufgetrennt werden. Einerseits werden hierbei alle Reaktionsstufen mit racemischem Material durchgeführt, wodurch die doppelte Menge an Substanzen verarbeitet werden müssen. Andererseits ist die Spaltung von racemischen Biotin in die entsprechenden Antipoden ein recht kompliziertes Verfahren, welches zudem noch unrentabel ist, da der unerwünschte Antipode praktisch nicht zu racemisieren ist und nicht in den Prozess zurückgeführt werden kann.
Eine Verbesserung dieses Verfahrens ist aus der US-PS 2 489 235 bekannt. Hierbei wird nunmehr die Racematspaltung bereits auf einer früheren Stufe durchgeführt, wobei jedoch auch diesem Verfahren immer noch der Nachteil anhaftet, dass die meisten Reaktionsstufen mit racemischem Material durchgeführt werden, und dass auch hier der bei dieser Spaltung anfallende unerwünschte Antipode ebenfalls praktisch nicht mehr racemisiert und in den Prozess zurückgeführt werden kann. M. Murakami und Mitarbeiter haben ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von dl-Biotin entwickelt (vgl. JP-PS 31 669/1970, 37 775/1970, 37 776/1970 und 3 580/1971). Die Verbesserung besteht in der Einführung einer Carboxybutyl- gruppe in die 4-Stellung des dl-1 ,3-Dibenzylhexahydrothieno[3,4-d]imidazol-2,4- dions. Dieses Dion wird mit einem 1 ,4-Dihalogenmagnesiumbutan umgesetzt und anschließend mit Kohlendioxid carboxyliert.
Eine weitere Verfahrensverbesserung wurde von Gerecke et al. in
DE-PS-20 58 248 beschrieben, wobei bereits auf einer früheren Stufe durch optische Spaltung eines Triethylaminsalzes oder eines Ephedrinsalzes und durch
Umsetzung mit Alkalimetallborhydriden ein optisch aktives Lacton als optisch aktives Zwischenprodukt hergestellt wird.
Ein für eine technische Anwendung bedeutender Nachteil besteht in der Anwendung der teuren, optisch aktiven Verbindungen Cholesterin oder Ephedrin sowie der teuren Alkalimetallborhydriden. Mit dem selben Nachteil, nämlich der Anwendung von teuren opt. aktiven Verbindungen sind die Verfahren der EP- Anmeldungen 0 161 580 und 0 173 185 behaftet.
Außerdem ist aus der EP-Anmeldung 0 154 225 bekannt, Biotin aus 1 ,3- Dibenzylhexahydro-1 H-thienoimidazoldionen über eine spezielle Grignard- Reaktion mit einem Trioxaadamantylbutylmagnesiumbromid eine weiterführende Dehydratisierung und über die Abspaltung der entsprechenden Schutzgruppen herzustellen. Dieses Verfahren ist vor allem wegen seiner teuren Grignard- Verbindung für einen technischen Prozess ebenso wenig günstig.
Aufgabe der Erfindung war es daher ein einfaches Verfahren zur Herstellung von (+)-Biotin zur Verfügung zu stellen, welches von einer preiswerten, einfach zugänglichen Verbindung ausgehend in möglichst wenigen unproblematisch durchführbaren Stufen zu dem gewünschten Produkt in hohen Ausbeuten führt.
Die Lösung der Aufgabe gelingt durch ein neues Verfahren zur Herstellung von (+)-Biotin unter Verwendung von 5-Hydroxy-2(5H)-furanon als Ausgangsstoff. Weiterhin gelingt die Lösung der Aufgabe durch ein Verfahren, in dem 1 -Chlorsulfonyl-1 ,2,2a,3,5,5a-hexa-hydro-3-((1 R)-menthyloxy-)-furo[3,4-b]azet-2- on als Zwischenprodukt gebildet wird.
Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn das 1-Chlorsulfonyl-1 ,2,2a,3,5,5a- hexa-hydro-3-((1 R)-menthyloxy-)-furo[3,4-d]azet-2-on unter Ringöffnung durch nukleophilen Angriff, Umlagerung, Cyclisierung, Reduktion und Hydrolyse, zu 2,3,3a,4,5,5a-Hexahydro-5-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on umgesetzt wird. Diese Produkt kann dann, das gegebenenfalls unter Einführung von Schutzgruppen in bekannter Weise weiter zu (+)-Biotin umgesetzt werden. Die Ringöffnung kann erfindungsgemäß durch verschiedene Nukleophile induziert werden. Die Wahl des Nukleophils beeinflusst den weiteren Verfahrensverlauf, insbesondere die Umlagerung, bis zur Bildung des 2,3,3a,4,5,5a-Hexahydro-5-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on. Erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzte Nukleophile sind Azide, insbesondere Natriumazid, Ammoniak und Hydroxylamin.
In einer bevorzugten Variante wird die Ringöffnung durch Ammoniak als Nukleophil induziert und das erhaltene Ringöffnungsprodukt analog zu einem Hofmann-Abbau weiter umgesetzt. In einer anderen ebenfalls bevorzugten Variante wird die Ringöffnung durch Hydroxylamin als Nukleophil induziert und das erhaltene Ringöffnungsprodukt analog zu einer Beckmann-Umlagerung weiter umgesetzt. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist es, wenn die Ringöffnung durch ein Azid, vorzugsweise Natriumazid, als Nukleophil induziert wird und das erhaltene Ringöffnungsprodukt durch Temperaturerhöhung und anschließende Reduktion, vorzugsweise mit Dinatriumsulfit, weiter umgesetzt wird.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Detail ist im folgenden näher beschrieben.
Zur Durchführung der Verfahrens wird vorzugsweise zuerst das 5-Hydroxy-2(5H)- furanon mit Menthol acetalisiert. Dabei wird aus dem das 5-Hydroxy-2(5H)- furanon und (-)-Menthol (R)-5-((1R)-Menthyloxy-)-2(5H)-furanon hergestellt.
Figure imgf000005_0001
Dieser Syntheseschritt kann nach einem aus der Literatur bekannten Verfahren (Feringa, B. L; Lange, B. de; Jong, J. C. de; J. Org. Chem. 1989, 54, 2471 - 2475) durchgeführt werden.
In einer vorteilhaften Variante werden die beiden Edukte Furanon und Menthol in einem molaren Verhältnis von 1 :1 ,1 bis 1 :1 ,3, insbesondere 1 :1 ,2, miteinander vermischt und auf eine Temperatur von 90 bis 140°C, vorzugsweise auf etwa 115 bis 125°C erhitzt. Nach Beendigung der Reaktion, d. h. etwa nach einer Reaktionszeit von 65 bis 80 Stunden, vorzugsweise von etwa 70 bis 75 Stunden wird das nicht umgesetzte Menthol abdestilliert. Anschließend wird der erhaltene Rückstand beispielsweise durch Kristallisation gereinigt.
Das erhaltene (R)-5-((1 R)-Menthyloxy)-2(5H)-furanon kann vorzugsweise analog zu einer in der Literatur (Fliri, A.; Hohenlohe-Oehringen, K.; Chem. Ber. 1980, 113, 607 - 613; Hohenlohe-Oehringen, K. Fliri, A. [Hoffmann-LaRoche & Co AG] EP 0 022 446 (1980)) für die Umsetzung von (2H)-Chromen beschriebenen Methode mit Chlorsulfonyl-isocyanat umgesetzt werden.
Figure imgf000005_0002
Bei dieser literaturanalogen Variante wird Chlorsulfonyl-isocyanat (CSI) in einem Reaktionskolben vorgelegt und auf eine Temperatur von etwa -70 bis -50 °C, vorzugsweise - 65 bis - 55 °C, insbesondere auf -60 °C, gekühlt. Unter weiterem Kühlen und bei gleichbleibender Temperatur wird unter Rühren eine Lösung von (R)-5-((1 R)-Menthyloxy)-2(5H)-furanon in absolutem Tetrahydrofuran zugetropft. Anschließend wird zur Vervollständigung der Reaktion für die Dauer von 12 bis 20 Stunden bei -45 bis - 25 °C, insbesondere bei -35 °C nachgerührt. Zur Durchführung dieser Reaktion werden (R)-5-((1R)-Menthyloxy)-2(5H)-furanon und Chlorsulfonyl-isocyanat vorzugsweise in äquimolaren Mengen eingesetzt.
Das durch diese Reaktion erhaltene 1-Chlorsulfonyl-1 ,2,2a, 3,5, 5a-hexahydro-3- ((1R)menthyloxy-)-furo[3,4-b]azet-2-on kann vorteilhafterweise ohne weitere Aufreinigung zur Weiterreaktion eingesetzt werden.
Figure imgf000006_0001
Zu diesem Zweck wird bevorzugt etwa die 1 ,5 bis 2,5-fache Menge Natriumazid in Wasser gelöst, gegebenenfalls auf eine Temperatur von -10 bis 0 °C gekühlt und zu der 1-Chlorsulfonyl-1 ,2,2a, 3,5, 5a-hexahydro-3-((1R)menthyloxy-)-furo[3,4- b]azet-2-on-haltigen Reaktionslösung getropft, welche auf eine Temperatur von - 10 bis 0 °C gekühlt wird. Nachdem die so erhaltene Reaktionslösung vorsichtig auf eine Temperatur von 15 bis 35 °C, vorzugsweise Raumtemperatur erwärmt worden ist, wird der pH durch Zugabe einer Mineralsäure aus der Gruppe Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure auf einen Wert zwischen 6,5 und 7,5 eingestellt. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck konzentrierte Salzsäure eingesetzt. Anschließend wird das durch die Umsetzung mit Natriumazid gebildete Bis-Azid mit einem organischen Lösungsmittel aus der Gruppe Ether, Ethylacetaf, Dichlormethan, Toluol oder Xylol, vorzugsweise mit Ethylacetat extrahiert.
Auch diese Lösung bedarf keiner weiteren Aufreinigung. Sie kann im nächsten Syntheseschritt direkt eingesetzt werden. Und zwar erfolgt hierbei in einem besonders bevorzugten Verfahren durch vorsichtige Erwärmung eine Stickstoffabspaltung.
Figure imgf000007_0001
Wird in Toluol gearbeitet, setzt bei einer Temperatur von etwa 80 °C die Stickstoffentwicklung ein. Zur Vervollständigung der Reaktion wird die Reaktionslösung für etwa 45 Minuten bis zwei Stunden unter Rühren auf eine Temperatur von 75 - 95 °C, vorzugsweise auf 85 °C, erhitzt. Während des Abkühlens fällt das Reaktionsprodukt 1-Azidosulfonyl-2,3,3a,4,6,6a-hexahydro-4- ((1R)-menthoxy-)-6-oxd-furo[3,4]imidazol-2-on aus. Eine Hydrolyse zu 2,3,3a,4,6,6a-Hexahydro-4-((1R)-menthyloxy-)-6-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on kann bevorzugt durch Kochen mit Na2SC»3 in Wasser als Lösungsmittel erfolgen. Das Produkt fällt dann beim Abkühlen der Reaktionslösung kristallin aus. Durch Einengen der Mutterlauge unter reduziertem Druck kann die erhaltene Produktmenge erhöht werden, so dass eine Ausbeute von 90 bis 95 % erhalten werden kann.
In einem nachfolgenden Syntheseschritt kann nun nach bekannten Methoden (z.B. Jong, J. C. de; Feringa, B.; Tetrahedron Lett. 1989, 30, 7239 -7240) die Menthyloxygruppe abgespalten und das Lacton durch Reduktion des intermediär sich bildenden Halbacetals hergestellt werden.
(V)
Menthyl
Figure imgf000007_0002
Zur Durchführung dieser Reaktion nach dem beschriebenen Verfahren wird
2,3,3a,4,6,6a-Hexahydro-4-((1R)-menthyloxy-)-6-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on in einem geeigneten Lösungsmittel, wie z.B. Methanol, Ethanol, Ethylenglykol,
Ethylenglykolmonomethylether oder Ethylenglykoidimethylether gelöst und mit 1N Salzsäure versetzt. Der pH-Wert der Lösung wird dabei vorzugsweise auf einen Wert zwischen 1 und 2 eingestellt. Das durch die Abspaltung des Menthylrestes erhaltene Halbacetal wird vorzugsweise in Gegenwart von NaBH zur 4- Hydroxymethyl-2-oxo-2,3,4,5-tetrahydro-imidazol-5-carbonsäure reduziert. Unter den vorliegenden Reaktionsbedingungen cyclisiert die Carbonsäure in analoger Weise, wie in US-2 489 233 beschrieben (Hoffmann-LaRoche & Co AG, Goldberg, M. W.; Sternbach, L. H.), umgehend zu dem bekannten 2,3,3a,4,5,5a- Hexahydro-5-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on, welches durch Einengen der Reaktionslösung isoliert werden kann.
Das so erhaltene 2,3,3a,4,5,5a-Hexahydro-5-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on kann analog dem in EP-0 273 270 (Lonza AG; Mc Garrity, J; Tenud, L.) beschriebenen Verfahren durch Einführung von Benzylgruppen an den beiden Stickstoffatomen geschützt werden.
Figure imgf000008_0001
Zur Durchführung der Benzylierung wird das Lacton zweckmäßigerweise in einem aprotischen Lösungsmittel aus der Gruppe Dimethylformamid, Dimethyl- acetamid und N-Methylpyrrolidon, bevorzugt in Dimethylformamid gelöst und mit etwa der 2- bis 2,5-fachen molaren Menge Benzylchlorid versetzt. Das auf eine Temperatur zwischen -15 bis 5 °C, vorzugsweise - 10 bis 0 °C, abgekühlte Reaktionsgemisch wird unter Rühren nach und nach unter Hinzufügen kleiner Mengen mit der 2- bis 2,5-fachen molaren Menge NaH versetzt. Hierbei soll die Temperatur beibehalten werden und möglichst nicht über 0°C, insbesondere aber nicht über 5°C steigen. Anschließend wird das Reaktionsgemisch bei einer Temperatur von 15 bis 30°C, bevorzugt bei Raumtemperatur für 1 ,5 bis 3 Stunden nachgerührt. Anschließend wird Essigsäure in einer Menge von 0,1 bis 0,3 Mol pro eingesetzten Mol NaH zugesetzt. Unter vermindertem Druck wird die Reaktionslösung bis zum Rückstand eingeengt. Der Rückstand wird in Wasser aufgenommen und mit einem unpolaren aprotischen Lösungsmittel aus der Gruppe Toluol, Xylol, Hexan und Heptan, vorzugsweise mit Toluol extrahiert. Die organische Phase wird nochmals eingeengt und das als Rückstand erhaltene Rohprodukt mit einem Alkohol, bevorzugt mit Ethanol umkristallisiert.
Das dibenzylierte Lacton kann nun in bekannter Weise, wie z. B. in US-A-3 740 416 beschrieben, über das Thiolacton zum (+)-Biotin umgesetzt werden.
Das als Zwischenprodukt erhaltene 1-Chlorsulfonyl-1 ,2,2a,3,5,5a-hexahydro-3- ((1 R)menthyloxy-)-furo[3,4-b]azet-2-on führt aber nicht nur auf diesem Weg zum (+)-Biotin. Außer der oben beschriebenen Ringöffnung mit dem Azid kommen auch andere Nukleophile für diesen Zweck in Frage, was in der Folge zu entsprechend anderen Zwischenprodukten führt.
Die mit Hilfe anderer Nukleophile, wie vorzugsweise Ammoniak oder Hydroxylamin, erhaltenen Ringöffnungsprodukte können, wie im Reaktionsschema VIII gezeigt, ebenfalls mittels an sich bekannter Methoden zu 2,3,3a,4,5,5a-Hexahydro-5-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on als Biotin-Vorstufe um- gesetzt werden.
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NH, NH2OH
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MenthylO
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Dabei wird das Zwischenprodukt in einer bevorzugten Variante analog zu einem Hofmann-Abbau (Donaruma, L G.; Heldt, W. Z.; Org. Reactions 11, 1 (1960)) weiter umgesetzt. Dabei kann die Oxidation des durch nucleophile Ringöffnung mit Ammoniak gebildeten Säureamids mit Br2 oder C aber beispielsweise auch mit leichter zu handhabendem Natriumhypobromit induziert werden. Das intermediär gebildete Isocyanat cyclisiert dann mit der im Molekül enthaltenen Azidosulfonylfunktion. Die anschließende Reduktion zum 2,3,3a,4,5,5a-Hexa- hydro-5-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on kann dann wie oben beschrieben erfolgen.
Eine andere erfindungsgemäß ebenfalls bevorzugte Verfahrenvariante nutzt die als Beckmann-Umlagerung (Wallis, E. S.; Org. Reactions 3, 267(1946)) bekannte Reaktion zur Bildung des 2,3,3a,4,5,5a-Hexahydro-5-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2- on. Dabei wandelt sich das durch nucleophile Ringöffnung mit Hydroxylamin gebildete Oxim intermediär ebenfalls in ein Isocyanat um. Die Umlagerung kann durch Säuren wie Phosphorsäure, Schwefelsäure oder Phosgen, Phosphor- oxychlorid, Phosphorpentachlorid, Phosphorpentoxid induziert werden. Als Nebenreaktion bei der Umlagerung im Sauren wird die Menthylether-Schutz- gruppe direkt abgespalten. Das Isocyanat cyclisiert wiederum mit der im Molekül enthaltenen Azidosulfonylfunktion. Die anschließende Reduktion zum 2,3,3a,4,5,5a-Hexahydro-5-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on kann ebenfalls wie oben bereits beschrieben erfolgen.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung, ohne deren Schutzumfang zu begrenzen.
Beispiel 1 - Herstellung von (R)-5-((1R)-Menthyloxy-)2-(5H)-furanon
50 mMol 5-Hydroxy-2(5H)-furanon und 60 mMol (-)-Menthol werden miteinander vermischt und unter Rühren auf 120 °C erhitzt. Nach einer Reaktionszeit von 72 Stunden wird überschüssiges Menthol abdestilliert. Der erhaltene Rückstand wird im Vakuum destilliert und anschließend aus Petrolether auskristallisiert. Es wird enantiome'renreines (R)-5-((1 R)-Menthyloxy-)-2(5H)-furanon erhalten. Durch saure Epimerisierung und weitere Kristallisation wird aus der Mutterlauge weiteres Produkt isoliert.
Ausbeute: 62 % der Theorie Schmelzpunkt: 70 - 71 °C [α]20 D: -136,4 °C (Ethanol)
Beispiel 2 - Herstellung von 1-Azidosulfonyl-2,3,3aA6,6a-hexahvdro-4- ((1R)-menthyloxy)-6-oxo-furor3,4-d1-imidazol-2-on
50 mMol Chlorsulfonyl-isocyanat (CSI) werden in einem Reaktionskolben vorgelegt und auf -60 °C gekühlt. Unter gleichbleibender Temperatur wird unter Rühren eine Lösung bestehend aus 50 mMol (R)-5-((1R)-Menthyloxy)-2(5H)- furanon und absolutem Tetrahydrofuran zugetropft. Anschließend wird für die Dauer von 16 Stunden bei -35 °C zur Vervollständigung der Reaktion nach- gerührt.
Das so erhaltene 1-Chlorsulfonyl-1 ,2,2a,3,5,5a-hexahydro-3-((1 R)-menthyloxy-)- furo[3,4-d]azet-2-on wird nicht isoliert, sondern sofort weiter umgesetzt.
Dazu wird eine Lösung von Natriumazid (100 mMol) in Wasser vorsichtig zu dem 1-Chlorsulfonyl-1 ,2,2a,3,5,5a-hexahydro-3-((1 R)-menthyloxy-)-furo[3,4-b]azet-2- on bei -10 °C bis 0 °C zugetropft. Nach beendeter Zugabe wird vorsichtig auf RT erwärmt und der pH der Lösung mit konz. Salzsäure auf einen Wert im Bereich von 6,5 bis 7,5 eingestellt. Das so gebildete Bis-Azid wird mit Toluol extrahiert.
Die Toluolphase, welche das Bis-Azid enthält, wird langsam auf ca. 85 °C erwärmt. Ab ca. 80 °C setzt Stickstoffentwicklung ein. Es wird noch ca. 1 h unter Rühren erwärmt, bis die Reaktion vollständig abgelaufen ist und keine Gasentwicklung mehr auftritt. Beim Abkühlen fällt 1-Azidosulfonyl-2,3,3a,4,6,6a- hexahydror4-((1 R)-menthyloxy-)-6-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on aus.
Ausbeute: 52 % der Theorie
Charakterisierung: Spektroskopische Daten entsprechen den Literaturwerten.
Beispiel 3 - Herstellung von 2,3,3a A6,6a-Hexahvdro-4-((1R)-menthyloxy-)-6- oxo-furor3,4-d1imidazol-2-on
Das Produkt aus Beispiel 2 wird mit 7 g Na2S03 in 750 ml Wasser 5 Stunden zum Sieden erhitzt. Nach erfolgter Reduktion fällt beim Abkühlen kristallines 2,3,3a,4,6,6a-Hexahydro-4-((1 R)-menthyloxy-)-6-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on aus. Durch Einengen der Mutterlauge werden weitere Fraktionen gewonnen.
Ausbeute: 92 % der Theorie
Charakterisierung: Spektroskopische Daten entsprechen den Literaturwerten.
Beispiel 4 - Herstellung von 2,3,3aA5,5a-Hexahvdro-5-oxo-furor3A dlimidazol-2-on
2,3,3a,4,6,6a-Hexahydro-4-((1 R)-menthyloxy-)-6-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on wird in Aceton gelöst und mit 1 N HCI versetzt. Das bei der Abspaltung des Menthylrestes entstandene Halbacetal wird mit NaBH4 zu 4-Hydroxymethyl-2- oxo-2, 3,4, 5-tetrahydro-imidazol-5-carbonsäure reduziert. Unter den Reaktionsbedingungen cyclisiert die offene Verbindung zum bekannten 2,3,3a,4,5,5a-Hexahydro-5-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2-on, das durch Einengen aus der Reaktionslösung isoliert wird.
Ausbeute: 85 % der Theorie Charakterisierung: Schmelzpunkt Tm = 200 - 202 °C
Beispiel 5.- Einführung von Benzylgruppen zum Schutz des Lactons
Das Lacton (50 mMol) (Produkt aus Beispiel 4) wird in DMF gelöst und mit Benzylchlorid (110 mMol) versetzt. Anschließend wird bei -10 °C bis 0 °C in kleinen Portionen NaH (110 mMol) zugegeben. Nach 2 h Rühren bei RT wird Essigsäure (10 mMol) zugegeben und die Reaktionslösung eingedampft. Der Rückstand wird in Wasser aufgenommen und mit Toluol extrahiert. Die Toluol- Lösung wird zum Rückstand eingeengt. Das Rohprodukt wird aus Ethanol kristallisiert.
Ausbeute: 88 % der Theorie Schmelzpunkt Tm = 119 - 120 °C

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von (+)-Biotin, dadurch gekennzeichnet, dass 5-Hydroxy-2(5H)-furanon als Ausgangverbindung eingesetzt wird.
2. . Verfahren zur Herstellung von (+)-Biotin, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenprodukt 1-Chlorsulfonyl-1 ,2,2a,3,5,5a-hexa- hydro-3-((1 R)-menthyloxy-)-furo[3,4-d]azet-2-on gebildet wird.
3. Verfahren* gemäß Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass 1-Chlorsulfonyl-1 ,2,2a,3,5,5a-hexa-hydro-3- ((1 R)-menthyloxy-)-furo[3,4-d]azet-2-on unter Ringöffnung durch nukleophilen Angriff, Umlagerung, Cyclisierung, Reduktion und
Hydrolyse, zu 2,3,3a,4,5,5a-Hexahydro-5-oxo-furo[3,4-d]imidazol-2- on umgesetzt wird, das gegebenenfalls unter Einführung von Schutzgruppen weiter zu (+)-Biotin umgesetzt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ringöffnung durch Ammoniak als Nukleophil induziert wird und das erhaltene Ringöffnungsprodukt analog zu einem Hofmann-Abbau weiter umgesetzt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ringöffnung durch Hydroxylamin als Nukleophil induziert wird und das erhaltene Ringöffnungsprodukt analog zu einer Beckmann- Umlagerung'weiter umgesetzt wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ringöffnung durch ein Azid, vorzugsweise Natriumazid, als Nukleophil induziert wird und das erhaltene Ringöffnungsprodukt durch Temperaturerhöhung und anschließende Reduktion, vorzugsweise mit Dinatriumsulfit, weiter umgesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das 5-Hydroxy-2(5H)-furanon intermediär mit Menthol verethert wird. erwendung von 5-Hydroxy-2(5H)-furanon als Ausgangverbindung zur Herstellung von (+)-Biotin.
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