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DE19707641C1 - Enantiomerentrennung von 5-Hetaryl-1,3,4-thiadiazinonen - Google Patents

Enantiomerentrennung von 5-Hetaryl-1,3,4-thiadiazinonen

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DE19707641C1
DE19707641C1 DE19707641A DE19707641A DE19707641C1 DE 19707641 C1 DE19707641 C1 DE 19707641C1 DE 19707641 A DE19707641 A DE 19707641A DE 19707641 A DE19707641 A DE 19707641A DE 19707641 C1 DE19707641 C1 DE 19707641C1
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Germany
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eluent
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Ralf M Dr Devant
Rochus Dr Jonas
Michael Dr Schulte
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Merck Patent GmbH
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Merck Patent GmbH
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D417/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00
    • C07D417/02Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00 containing two hetero rings
    • C07D417/04Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00 containing two hetero rings directly linked by a ring-member-to-ring-member bond

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft die chromatographische Enantiomeren­ trennung, insbesondere mittels kontinuierlichen Verfahren, von 5-Hetaryl-1,3,4-thiadiazinonen der Formel I,
worin
R¹ A,
R² und R³ jeweils unabhängig voneinander H oder A,
R⁴ H, A oder Acyl mit 1-15 C-Atomen,
A Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, sek.-Butyl oder tert.-Butyl
und
n 2 oder 3 bedeuten.
Grundsätzlich lassen sich Enantiomere an chiralen Sorbentien tren­ nen. Dem Fachmann sind eine große Anzahl chiraler Sorbentien, beispielsweise solche auf der Grundlage von Cellulosederivaten, Cyclodextrinen, oder Poly(meth)acrylamidderivaten mit optisch­ aktiver Seitenkette bekannt. Solche chiralen Sorbentien und deren Verwendung sind beispielsweise in EP-A-0 147 804, EP-A-0 155 637, DE 36 19 303, DE 40 05 868 oder DE 40 06 923 offenbart.
Es wurde gefunden, daß die Enantiomerentrennung von 5-Hetaryl- 1,3,4-thiadiazinonen an einer Reihe üblicher chiraler Sorbentien nicht möglich war: Cyclodextrinderivate gebunden an Kieselgel (DE 40 06 923; ChiraDex®; Fa. Merck, DE), Dinitrobenzoyl-Phenylglycin (Fa. Baker) erwiesen sich als ungeeignet. Auch unter Verwendung dreier Sorbentien auf Cellulosebasis war keine Trennung möglich: Weder auf Cellulosetriacetat (Fa. Merck, DE), noch auf Cellulose- tris-(3,5-dimethylphenylcarbamat) (adsorbiert auf Kieselgel; CHIRALCEL® OD; Fa. Daicel, JP), noch auf Cellulosetribenzoat waren die Enantiomeren zu trennen. Überraschend wurde jedoch gefunden, daß eine Trennung auf einem Sorbens auf Cellulose­ basis, das dem CHIRALCEL® OD ähnelt, das einen methylsub­ stituierten Phenylrest aufweist, der anstelle des methylierten Carba­ mates vorliegt, möglich ist: Die Trennung an Cellulose-tris-(p- methylbenzoat) (adsorbiert auf Kieselgel; CHIRALCEL® OJ; Fa. Daicel, JP) war mit guten Trennfaktoren mit Alkoholen oder Alkohol- Kohlenwasserstoff-Mischungen als Elutionsmittel sowohl mittels Säulenchromatographie (batch-Verfahren) als auch mittels der kontinuierlichen "simulated moving bed"-Chromatographie (SMB-Chromatographie) möglich. In ähnlicher Weise war auch die Tren­ nung an einem Sorbens, bei dem die 3,5-Dimethylphenylcarbamat­ reste an Amylose gebunden sind, möglich (CHIRALPAK® AD; Fa. Daicel, JP). Jedoch zeigte sich an einem vergleichbaren Sorbens mit Amylose-tris-(1-methyl-benzylcarbamat) (CHIRALPAK® AS; Fa. Daicel, JP) keine Trennung. Als erfindungsgemäß geeignete Sorbentien erwiesen sich im übrigen auch nach EP 0 316 270 herge­ stellte poröse Celluloseester, z. B. Cellulose-tris-(p-methyl)-benzoat. Weiterhin erwiesen sich Sorbentien auf der Grundlage von Poly-[N- acryloyl-aminosäureestern], z. B. Poly-[N-acryloyl-L-phenylalanin­ ester] als besonders geeignet.
Als besonders geeignete Elutionsmittel erwiesen sich C₁ bis C₅- Alkohole, insbesondere Methanol und Ethanol, oder deren Mischun­ gen, sowie Mischungen aus C₁ bis C₅-Alkoholen und C₅ bis C₁₀- Kohlenwasserstoffen, insbesondere Mischungen aus Hexan oder Heptan mit 2-Propanol, wobei optional bis zu 5 Volumen-% Aceto­ nitril zugefügt werden können.
In Abb. 1 ist das Verfahren der Gegenstromchromatographie, das die Grundlage der "simulated moving bed"-Chromatographie (SMB-Chromatographie) darstellt, schematisch dargestellt. Darin bedeutet (1) den Strom des Sorbens. Im SMB-Verfahren wird der physikalisch nur schwer zu realisierende Strom des Sorbens simu­ liert durch cyclisches Umschalten von Mehrwegeventilen, welche mehrere zu einem Kreislauf geschaltete Säulen verbinden.
Die Abb. 2 bis 6 stellen Elutionsdiagramme dar; die experi­ mentellen Einzelheiten finden sich in der Beschreibung der Beispiele 1 bis 3 und 5, sowie des Vergleichsbeispieles A.
Die experimentelle Realisierung der Trennung wurde auf einer SMB-Anlage ausgeführt, die nach dem nachfolgend erläuterten Vier- Zonen-Modell arbeitet. Erfindungsgemäß können auch SMB-Anlagen verwendet werden, die nach anderen Modellen, z. B. dem Drei- Zonen-Modell arbeiten. Geeignete Verfahrensvarianten sind dem Fachmann aus der Literatur bekannt.
Gegenstand der Erfindung sind Verfahren zur Enantiamerentren­ nung von 5-Hetaryl-1,3,4-thiadiazinonen der Formel I mittels Chroma­ tographie an Sorbentien, die mit aromatischen Estern oder Carba­ maten substituierte Polysaccharide enthalten, wobei die substituier­ ten Polysaccharide aus der Gruppe, bestehend aus Amylose-tris- (3,5-dimethylphenylcarbamat) und Cellulose-tris-(p-methylbenzoat), ausgewählt sind, und wobei ein Elutionsmittel mit einem Gehalt an C₁- bis C₅-Alkoholen, insbesondere Methanol und Ethanol, oder deren Mischungen, verwendet wird. Bevorzugte Elutionsmittel sind Mischungen aus C₁ bis C₅-Alkoholen und C₅ bis C₁₀-Kohlenwasser­ stoffen.
5-Hetaryl-1,3,4-thiodiazinone der Formel I und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in DE 37 19 031, DE 37 44 149 und DE 41 29 062 offenbart. Das erfindungsgemäße Trennverfahren ist besonders für die Trennung racemischer Gemische von 6-Methyl-5-(1,2,3,4-tetra­ hydro-quinolin-6-yl)-3,6-dihydro-[1,3,4]thiadiazin-2-on geeignet, bei der die in Formel I genannten Reste die folgende Bedeutungen besitzen: R¹ gleich Methyl, R², R³ und R⁴ bedeuten H und n gleich 2.
Die als Elutionsmittel genannten C₁ bis C₅-Alkohole bedeuten erfin­ dungsgemäß Methanol, Ethanol, n-Propanol, i-Propanol, n-Butanol, i-Butanol; bevorzugt werden Methanol oder Ethanol. Auch Mischun­ gen dieser Alkohole können erfindungsgemäß verwendet werden.
Besonders bevorzugt als Elutionsmittel sind erfindungsgemäß Mischungen aus den bereits genannten C₁ bis C₅-Alkoholen und linearen, verzweigten oder cyclischen C₅ bis C₁₀-Kohlenwasser­ stoffen, wobei die Mischungen aus mehr als einem der genannten Alkohole und mehr als einem dieser Kohlenwasserstoffe bestehen können. Beispielhaft für die linearen, verzweigten oder cyclischen C₅- bis C₁₀-Kohlenwasserstoffe seien genannt: n-Pentan, Isopentan, n-Hexan, Isohexan, Cyclohexan, n-Heptan, Isoheptan, n-Octan, Iso­ octan. In den Mischungen aus Alkohol und Kohlenwasserstoff be­ trägt der Anteil an Kohlenwasserstoff bevorzugterweise zwischen 70 und 99 Volumen-%, besonders bevorzugterweise zwischen 85 und 95 Volumen-%.
Den Elutionsmitteln können bis zu 5 Volumen-% Acetonitril zugefügt werden.
Die erfindungsgemäße Trennung kann im konventionellen Batch-Verfahren ausgeführt werden. Bevorzugt ist die Trennung mittels des kontinuierlich arbeitenden SMB-Verfahrens, wie es im folgenden bezugnehmend auf Abb. 1 näher erläutert wird.
Die Voraussetzung für eine Enantiomerentrennung in präparativem Maßstab ist eine möglichst gute Trennung (Basislinientrennung, hoher Selektivitätsfaktor α). Da zudem bei der üblichen batch­ weisen Chromatographie zu einem bestimmten Zeitpunkt der Trennung nur der Bereich der Trennsäule genutzt wird in dem sich das zu trennende Material gerade auf seinem Weg durch die Säule befindet, benötigt man sehr leistungsfähige Trennsäulen (hohe An­ zahl theoretischer Böden). Insgesamt ist bei der konventionellen Säulentrennung insbesondere die Zeit-Volumen-Leistung nicht sehr hoch; entsprechend kosten intensiv sind derartige Verfahren. Beim Einsatz von kontinuierlichen Verfahren, beispielsweise der SMB-Chromatographie wird eine erheblich verbesserte Zeit-Volumen-Leistung erreicht. Bei der SMB-Chromatographie handelt es sich um ein kontinuierliches Gegenstrom-Verfahren, bei dem die mobile und die stationäre Phase in entgegengesetzte Richtungen geführt werden (Chirality 5, 267 ff. (1993)). Dadurch wird, anders als beim batch - weisen Vorgehen, zu jedem Zeitpunkt einer Trennung die gesamte stationäre Phase genutzt, was die Selektivität des Trenn­ systems deutlich erhöht. Verglichen mit der Batch-Chromatographie benötigt man also bei der SMB eine erheblich geringere Anzahl theoretischer Böden.
Durch das Gegenstromprinzip ist die SMB für die Auftrennung von Zweistoffgemischen (z. B. die beiden Enantiomere eines Racemates) in idealer Weise geeignet.
Die kontinuierliche Arbeitsweise des SMB Verfahrens, wie es bei­ spielhaft in Abb. 1 schematisch dargestellt ist, erlaubt die Ein­ stellung eines zeitlich stationären Zustandes bei dem kontinuierlich Eluent (3), sowie eine Lösung des zu trennenden Zweistoffgemi­ sches (Feed; (4)) dem System zugeführt und ebenso kontinuierlich die beiden getrennten Komponenten (Raffinat (6) und Extrakt (5)) aus dem System herausgeführt werden können. Das Zu- und Herausführen der genannten Stoffströme erfolgt mit Hilfe von 4 Pumpen (nicht dargestellt). Der Hauptstrom des Eluenten (2) wird mit einer weiteren Pumpe im Kreislauf geführt (Recycling-Pumpe; nicht dargestellt). Da deshalb dem System nur eine geringere Menge an frischem Eluenten zugeführt werden muß (Feed + Eluent(neu) = Raffinat + Extrakt), ist der Lösungsmittelverbrauch pro Produkteinheit bei der SMB deutlich geringer als im Falle der Batch-Chromatographie. Das Säulenbett einer stationären Phase unterteilt sich bei der SMB typischerweise in 4 Zonen (je eine Adsoprtions- und Desorptionszone für die beiden zu trennenden Komponenten), welche relativ zu den Zufuhr- und Auslaßpunkten definiert sind:
Zone I - zwischen Eluent- und Extrakt-Leitung
Zone II - zwischen Extrakt- und Feed-Leitung
Zone III - zwischen Feed- und Raffinat-Leitung
Zone IV - zwischen Raffinat und Eluent-Leitung.
Im Falle der Trennung von Zweistoffgemischen lassen sich nun Bedingungen, d. h. Flußraten in den Zonen I-IV, finden, bei denen sich die schwächer retinierte Komponente mit der mobilen Phase und die stärker retinierte Komponente mit der stationären Phase bewegt. Die getrennten Komponenten können dann in reiner Form mit dem Extrakt- beziehungweise Raffinat-Strom entnommen werden.
Es ist technisch nur sehr schwer möglich, eine tatsächliche Bewe­ gung einer stationären Phase (1) zu realisieren. Deshalb wird diese Bewegung der stationären Phase simuliert. Dazu wird das gesamte Säulenbett in zyklisch hintereinandergeschaltete Einzelsäulen unter­ teilt. Die Gesamtzahl der Säulen ist typischerweise ein Vielfaches der Zahl 4, da das System, wie oben erwähnt, 4 chromatographische Zonen besitzt. Zwischen den Einzelsäulen befinden sich je 4 Zwei­ wegeventile, die eine Verbindung zu den 4 Zufuhr- und Auslaß­ leitungen darstellen. Aufgrund dieser Ventile, kann also jeder Punkt zwischen den Säulen jede Funktion (Eluent-, Feed-Zufuhr oder Raffinat- bez. Extrakt-Auslaß) einnehmen. Zu einem gegebenen Zeitpunkt definiert die Lage der 4 Zufuhr- und Auslaß-Leitungen die 4 chromatographischen Zonen. Wird nun die Position der 4 Leitun­ gen nach einer definierten Zeit um eine Säuleneinheit in Richtung der Fließmittelbewegung weitergeschaltet, so entspricht dies einer Bewegung des Säulenbettes in die entgegengesetzte Richtung. Durch Weiterschaltung der Speisepunkte in definierten Zeitabstän­ den durchläuft damit jede Einzelsäule nacheinander alle 4 Zonen, bis die Zufuhr- und Auslaß-Leitungen wieder ihre ursprüngliche Position einnehmen und somit ein Zyklus abgeschlossen ist.
Nachdem mehrere Zyklen durchlaufen wurden, stellt sich ein statio­ närer Zustand ein, der es bei geeigneter Wahl der Fließgeschwin­ digkeiten im System und geeigneter Taktzeit für die Ventilschaltun­ gen ermöglicht, die getrennten Produkte in reiner Form als Extrakt- und Raffinatströme abzunehmen.
Beispiele
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung verdeutlichen; sie bedeuten keine Einschränkung des Erfindungsgedankens. Beispiel­ haft werden verschiedene Varianten der erfindungsgemäßen Enantiomerentrennung unter Verwendung von 5-Hetaryl-1,3,4- thiadiazinon beschrieben.
Soweit als Elutionsmittel Gemische angegeben werden, so erfolgen die Angaben in Volumenverhältnissen (v:v).
Beispiel 1 Enantiomerentrennung von 6-Methyl-5-(1,2,3,4-tetra-hydro-quinolin-6-yl)-3,6-dihydro-[1,3,4]thiadiazin-2-on an Cellulose-tris-(p-methylbenzoat) (adsorbiert auf Kieselgel) (Methanol als Elutionsmittel)
Experimentelle Bedingungen:
Säule: Cellulose-tris-(p-methylbenzoat) (adsorbiert auf Kieselgel; CHIRALCEL® OJ; Fa. Daicel, JP; Säulendimensionen: 250 * 4 mm)
Elutionsmittel: Ethanol
Flußrate: 0,5 ml/min
Detektion: UV bei 254 nm
Temperatur: 20°C
Ergebnis: Das erste Enantiomer wird nach 8,15 Minuten, das zweite nach 15,46 Minuten eluiert (α = 2,29); siehe Abb. 2.
Beispiel 2 Enantiomerentrennung von 6-Methyl-5-(1,2,3,4-tetra-hydro-quinolin-6-yl)-3,6-dihydro-[1,3,4]th-iadiazin-2-on an Amylose-tris-(3,5-dimethylphenylcarbamat) (Ethanol als Elutionsmittel)
Experimentelle Bedingungen:
Säule: Amylose-tris-(3,5-dimethylphenylcarbamat) (CHIRALPAK® AD; Fa. Daicel, JP;
Säulendimensionen: 250 * 4 mm)
Elutionsmittel: Ethanol
Flußrate: 0,5 ml/min
Detektion: UV bei 254 nm
Temperatur: 23°C
Ergebnis: Das erste Enantiomer wird nach 9,48 Minuten, das zweite nach 29,24 Minuten eluiert (α = 3,84); siehe Abb. 3.
Beispiel 3 Enantiomerentrennung von 6-Methyl-5-(1,2,3,4-tetra-hydro-quinolin-6-yl)-3,6-dihydro-[1,3,4]th-iadiazin-2-on an porösem Cellulose-tris-(p-methylbenzoat)
Experimentelle Bedingungen:
Säule: Poröses beadförmiges Cellulose-tris(p-methylbenzoat) (Säulendimensionen: 125 * 4 mm)
Elutionsmittel: Methanol
Flußrate: 0,8 ml/min
Detektion: UV bei 254 nm
Ergebnis: Das erste Enantiomer wird nach 14,98 Minuten, das zweite nach 25,91 Minuten eluiert (α = 1,79); siehe Abb. 4.
Beispiel 4 Enantiomerentrennung von 6-Methyl-5-(1,2,3,4-tetra-hydro-quinolin-6-yl)-3,6-dihydro-[1,3,4]th-iadiazin-2-on an Cellulose-tris-(p-methylbenzoat) (präparative Trennung im kontinuierlichen SMB-Verfahren)
SMB-System: LICOSEP® 12-26 (Separex), bestückt mit 8 Superformance® Säulen (Merck; 100 * 26 mm Innendurchmesser)
Stationäre Phase: Cellulose-tris-(p-methylbenzoat)
(Korngröße: 20-45 µm; Länge des Säulenbettes: 100 mm)
Fließmittel: Methanol
Temperatur: 25°C
Feed-Konzentration: 15 g/l
Feed Flußrate: 5,65 ml/min
Recycling Flußrate: 46,50 ml/min
Mit diesen Parameter wird ein Durchsatz von 40 g Racemat pro 24 h erreicht. Die Reinheiten von Raffinat und Extrakt liegen bei 99%.
Beispiel 5 Enantiomerentrennung von 6-Methyl-5-(1,2,3,4-tetra-hydro-quinolin-6-yl)-3,6-dihydro-[1,3,4]th-iadiazin-2-on an kieselgelgebundenem Poly-[N-acryloyl-L-phenyl-alaninethylester]
Experimentelle Bedingungen:
Säule: kieselgelgebundener Poly-[N-acryloyl-L-phenyl- alaninester] (ChiraSpher® Partikelgröße 5 µm; Fa. MERCK, Darmstadt, Art. Nr. 1.50 074; Säulendimensionen: 250 * 4 mm)
Elutionsmittel: n-Hexan; i-Propanol; Acetonitril (90 : 10 : 2; v:v:v)
Flußrate: 1 ml/min
Detektion: UV bei 254 nm
Ergebnis: Das erste Enantiomer wird nach 45.04 Minuten, das zweite nach 47.92 Minuten eluiert; siehe Abb. 5.
Vergleichsbeispiel A Enantiomerentrennung von 6-Methyl-5-(1,2,3,4-tetrahydro-quinolin-6-yl)-3,6-dihydro-[1,3,4]thi-adiazin-2-on an Cellulose-tris-(3,5-dimethylphenyIcarbamat) (Ethanol als Elutionsmittel)
Experimentelle Bedingungen:
Säule: Cellulose-tris-(3,5-dimethylphenylcarbamat), adsorbiert an Kieselgel (CHIRALCEL® OD: Fa. Daicel, JP); Säulendimension: 250 * 4 mm)
Elutionsmittel: Ethanol
Flußrate: 0,5 ml/min
Detektion: UV bei 254 nm
Ergebnis: Beide Enantiomere eluieren ungetrennt nach 7,09 Minuten (α = 1,00);
siehe Abb. 6.
Vergleichsbeispiel B Enantiomerentrennung von 6-Methyl-5-(1,2,3,4-tetrahydro-quinolin-6-yl)-3,6-dihydro-[1,3,4]thi-adiazin-2-on an Amylose-tris-(1-methylbenzylcarbamat) (Ethanol als Elutionsmittel)
Experimentelle Bedingungen wie Vergleichsbeispiel A, wobei als Sorbens Amylose-tris-(1-methyl-benzylcarbamat) (CHIRALPAK® AS; Fa. Daicel, JP) verwendet wird.
Ergebnis: Beide Enantiomeren eluieren ungetrennt nach 7,96 Minuten (α = 1,00); das Elutionsdiagramm ähnelt dem in Abb. 6 dargestellten.

Claims (7)

1. Verfahren zur chromatographischen Trennung von 5-Hetaryl- 1,3,4-thiadiazinonen der Formel I, worin
R¹ A,
R² und R³ jeweils unabhängig voneinander H oder A
R⁴ H, A oder Acyl mit 1-15 C-Atomen,
A Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, sek.-Butyl oder tert.-Butyl und
n 2 oder 3 bedeuten,
dadurch gekennzeichnet, daß das Sorbens Cellulose-tris-(p- methylbenzoat) oder Amylose-tris-(3,5-dimethyphenylcarbamat) enthält, und daß ein Elutionsmittel mit einem Gehalt an C₁- bis C₅-Alkoholen verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Enantiomere getrennt werden, wobei die in Formel I genannten Reste die folgende Bedeutungen besitzen:
R¹ gleich Methyl,
R², R³ und R⁴ bedeuten H und
n gleich 2.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Elutionsmittel ein C₁ bis C₅-Alkohol oder deren Mischungen verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Elutionsmittel eine Mischung enthaltend einen C₁ bis C₅-Alkohol und einen C₅ bis C₁₀-Kohlenwasserstoff verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verfahren im batch-Verfahren ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verfahren kontinuierlich nach dem SMB-Verfahren ausgeführt wird.
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