+ + CH3OH - Institut für Organische Chemie

Kinetische
Racematspaltung
von
R/S-1-Phenylethylamin
durch
enzymkatalysierte Acylierung
O
1.
NH2
NH2
HN
O
O
+
R/S-1
O
Lipase aus
O
+
candida
antarctica
+
S-1
O
CH3OH
R-2
2.
NH2
HN
O
O
+
R-2
Lit.:
+
NaOH
O
O
Na
R-1
F. Balkenhohl, K. Ditrich, B. Hauer, W. Ladner; J. prakt. Chem., 1997, 339, 381
M.T. Reetz, C. Dreisbach; Chimia, 1994, 48; 570
1. Racematspaltung zu S-1 und R-2
Chemikalien:
6.05 g (50 mmol) 1-Phenylethylamin
7.8 g (75 mmol) Methoxyessigsäuremethylester
0.12 g Novozym 435 (auf einem Träger immobilisierte Lipase B
aus candida antarctica)
50 ml Toluol
Der Wassergehalt der Einsatzstoffe sollte unter 0.1%
liegen!
Durchführung: In einem 100 ml Dreihalskolben wird das racemische Amin in Toluol
vorgelegt und mit dem Methoxyessigsäuremethylester versetzt. Man
gibt den Enzymkatalysator zu, verschließt mit einem Trockenrohr und
rührt die Mischung mit einem KPG-Rührer. Die Rührgeschwindigkeit
wird dabei so eingestellt, daß der Katalysator gerade in der Schwebe
bleibt (zu hohe Rühr-geschwindigkeiten führen zum Abrieb des
Katalysators).
Isolierung:
Nach 72 Stunden wird der Katalysator über Kieselgel abfiltriert und
das klare Filtrat unter Rühren mit 10 %iger HCl auf pH 1 gebracht1).
Die untere wässrige Phase wird abgetrennt und die organische
Phase noch zweimal mit je 7 ml Wasser extrahiert. Die vereinten
wässrigen Phasen werden noch einmal mit 10 ml Toluol extrahiert
und
die
vereinten
organischen
Phasen
über
Natriumsulfat
getrocknet. Man entfernt das Lösungsmittel im Vakuum am
Rotationsverdampfer und erhält 4.6 g (94 % d. Th.) N-(R-1Phenylethyl)-methoxyacetamid vom Schmp. 63°C zurück. Optische
Reinheit: 99 %ee.
Die verbliebene wässrige Phase wird durch Zugabe von 50 %iger
Natronlauge unter Kühlung auf pH 14 gebracht1). Man extrahiert
dreimal mt je 10 ml Toluol, trocknet die vereinten organischen
Phasen über Natriumsulfat und entfernt das Lösungsmittel im
Vakuum am Rotationsverdampfer. Der verbliebene Rückstand wird
unter vermindertem Druck destilliert. Man erhält 3 g (95 % d. Th.) S1-Phenylethylamin (S-1) vom Sdp. 69°C / 15 mbar als farblose
Flüssigkeit. Optische Reinheit: 99.4 %ee.
1.)
Wozu dient diese Maßnahme?
2.) Hydrolyse von R-2 zu R-1
Chemikalien:
4.0 g (20 mmol) N-(R-1-Phenylethyl)-methoxyacetamid
1.0 g Triethanolamin
4.0 g 50%ige Natronlauge (=0.5 mol)
Durchführung: In einem Rundkolben wird das N-(R-1-Phenylethyl)methoxyacetamid vorgelegt und mit Triethanolamin2) und der
50 %igen Natronlauge versetzt. Man erhitzt unter Rühren auf
120°C und rührt 8 Stunden bei dieser Temperatur.
Isolierung:
Man verdünnt die Lösung mit 10 ml Wasser und extrahiert
zweimal mit je 10 ml Toluol. Die vereinten Extrakte trocknet man
über Natriumsulfat, entfernt das Lösungsmittel im Vakuum am
Rotationsverdampfer und destilliert den verbliebenen Rückstand
unter vermindertem Druck. Man erhält 2.3 (94% d. Th.)
R-1-Phenylethylamin vom Kp.: 69°C / 15 mbar als farblose
Flüssigkeit. Optische Reinheit: 99 %ee.
2.)
Welchen Vorteil bietet Triethanolamin als Lösungsmittel vor z. B. Ethanol
oder Glykolmonomethylether als Lösungsvermittler?
Auswertung des Versuchs:
Entscheidend ist die Enantiomerenreinheit der Produkte R-1 , S-1 und R-2.
Sie wird am genauesten durch analytische Hochdruckchromatographie
(HPLC) an chiralen Säulen bestimmt. Hier wird die klassische Methode der
Bestimmung der optischen Aktivität für R-1, S-1 und R-2 jeweils angewandt.
Man vergleiche die Drehwerte mit denen der Reinsubstanzen in Ethanol
R-1 +30.2°, S-1 -30.2° (c = 10 in Ethanol)
R-2 +40.2°, S-2 -40.2° (c = 10 in Ethanol)
R-N-(1-Phenylethyl)-methoxyacetamid) +111.4° (c = 10 in Ethanol)
Nach diesem Verfahren, welches die nahezu quantitative Isolierung beider
Enantiomere erlaubt, werden industriell im Tonnenmaßstab racemische
primäre Amine getrennt. Die entscheidende Entdeckung war, daß die
enzymkatalysierte Acylierung mit Methoxyessigsäureester hundertmal rascher
verläuft als mit Essigsäureester und daß die Fixierung des gewünschten
Enzyms
auf
einem
(Wiederverwendung!).
Träger
dessen
Lebensdauer
drastisch
erhöht