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Enantiomerenreine
Amine finden Anwendung als chirale Bausteine, sogenannte „Chiral
Building Blocks", bei der Herstellung von pharmazeutischen und Agrowirkstoffen.
Prominente Beispiele dafür sind Rivastigmin, Chephalosporin
und chirale 1-Amino-1-arylalkane. Einzelne Vertreter dieser Verbindungen
werden bereits in Mengen von mehr als 1000 Tonnen produziert. Für
die Herstellung von pharmazeutischen und Agrowirkstoffen werden
optisch reine Amine benötigt, da nur entweder das (R)-
oder das (S)-Enantiomer die erwünschte Wirkung erzielt.
In einigen Fällen kann von dem nicht erwünschten
Enantiomer sogar eine schädliche Wirkung ausgehen. Deshalb
besteht ein Bedarf an Verfahren zur Herstellung von enantiomerenangereicherten
Aminen.
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Der
bisher am meisten genutzte Weg zu enantiomerenangereicherten oder
enantiomerenreinen Aminen ist die Racematspaltung ausgehend vom
Amin in racemischer Form. Klassisch erfolgt die Racemtspaltung über
diastereomere Salze. Dazu werden stöchiometrische Mengen
einer chiralen Carbonsäure zum Amin in racemischer Form
gegeben und die resultierenden diastereomeren Salze werden dann
durch fraktionierende Kristallisation getrennt. Danach muss die
chirale Carbonsäure wieder abtrennt werden und in der Regel
aus Kostengründen recycliert werden. Das unerwünschte
Enantiomer muss entweder entsorgt oder in das Racemat überführt
und in den Produktionsprozeß zurückgeführt
werden. Diese Schritte sind mit erheblichem Aufwand und Kosten verbunden.
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Eine
Alternative zur Racematspaltung über diastereomere Salze
ist die biokatalytische Racematspaltung, bei der mittels eines Enzyms
aus einem racemischen Amin enantioselektiv ein Aminderivat erzeugt
wird oder aus einem racemischen Aminderivat enantioselektiv Amin
freigesetzt wird. Hierzu können Lipasen, Acylasen, Proteasen
und viele andere Hydrolasen eingesetzt werden, von denen bekannt
ist, dass sie Racemate stereospezifisch spalten können.
Solche Verfahren sind bekannt aus Bornscheuer und Kazlauskas,
Hydrolases in Organic Synthesis (2005), Wiley-VCH Weinheim,
sowie Enzyme Catalysis in Organic Synthesis, 2nd Edition(2002),
ed. Drauz und Waldmann, Wiley-VCH Weinheim.
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Bei
diesen Verfahren entfällt der Einsatz stöchiometrischer
Mengen an chiralen Hilfsreagenzien. Es bleibt aber der Nachteil
einer Limitierung der theoretischen Ausbeute auf 50% bezogen auf
den als Racemat vorliegenden Ausgangsstoff und gegebenenfalls der
zusätzliche Arbeitsschritt für das Recycling des
ungewünschten Enantiomers mit den damit verbundenen Kosten.
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Diese
Nachteile, die prinzipiell für alle Racematspaltungstrategien
gelten, lassen sich durch eine asymmetrische Synthese unter Verwendung
von prochiralen Ausgangsverbindungen vermeiden. Die bekannten asymmetrischen
Synthesen unter Verwendung von übergangsmetallhaltigen
Katalysatoren erreichen allerdings oft nicht die erforderliche Enantioselektivität.
Darüber hinaus können sich aus der Verwendung
der übergangsmetallhaltigen Katalysatoren auch für
pharmazeutische Anwendungen unerwünschte Gehalte an Übergangsmetallen
im resultierenden Produkt ergeben.
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Ein
weiterer bekannter enzymatischer Weg zu enantiomerenangereicherten
Aminen ist der durch Transaminasen katalysierte Austausch von Ketogruppe
und Aminogruppe zwischen zwei Substraten.
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Die
bekannten Transaminasen sind enantioselektiv sowohl hinsichtlich
des eingesetzten Amingruppendonors als auch hinsichtlich des gebildeten
Amins. Ausgehend von prochiralen Ketonen werden bei der Reaktion
deshalb enantiomerenangereicherte Amine gebildet. Nachteilig ist
allerdings, dass es sich bei der Umsetzung um eine Gleichgewichtsreaktion
handelt und deshalb in der Regel nur ein Teil des eingesetzten prochiralen
Ketons in das gewünschte enantiomerenangereicherte Amin
umgesetzt wird.
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Aus
Matcham
et al., Chimica Oggi 14 (1996) 20–24;
Matcham
et al., Chimia 53 (1999) 584–589; sowie
WO99/46398 ist bekannt,
dass sich das Gleichgewicht der Reaktion auf die gewünschte
Produktseite verschieben lässt, wenn Isopropylamin als
Aminsubstrat verwendet wird (R
3, R
4 = CR
3) und das
bei der Reaktion gebildete Aceton destillativ aus der Reaktionsmischung
entfernt wird. Das verfahren kann allerdings nur mit Transaminasen
durchgeführt werden, die Isopropylamin als Amingruppendonor
akzeptieren. Unter den Prozessbedingungen, die für die
Entfernung von Aceton erforderlich sind, sind allerdings nur wenige
Transaminasen ausreichend stabil.
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In
Shin
et al., Biotechnology and Bioengineering 65 (1999) 206–211 und
EP 1 818 411 wird vorgeschlagen,
das Gleichgewicht durch die Entfernung des gebildeten Ketons zu
verschieben, indem Alanin als Aminsubstrat eingesetzt wird und das
daraus gebildete Pyruvat enzymatisch mit einer gleichzeitig eingesetzten
Pyruvatdecarboxylase, Lactatdehydrogenase oder Acetolactatsynthase
weiter umgesetzt wird. Die Beschränkung auf Alanin als
Aminsubstrat schränkt die Wahl der Transaminasen allerdings
deutlich ein. Um enantiomerenangereicherte Amine mit (R)-Konfiguration
herzustellen, sind (R)-selektive Transaminasen erforderlich und das
Aminsubstrat muss ebenfalls in der (R)-Form vorliegen. Das setzt
bei diesem Verfahren die Verwendung von D-Alanin voraus, welches
nur mit zusätzlichem Aufwand zugänglich ist. Die
Alternative ist die Verwendung von DL-Alanin, dabei verbleibt aber
L-Alanin im Reaktionsgemisch und muss abgetrennt und entsorgt werden.
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US 3,183,170 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von L-Aminosäuren durch Umsetzung
einer alpha-Ketocarbonsäure mit L-Glutaminsäure
in Gegenwart einer L-Glutaminsäuredehydrogenase, einer
Hydrogenase, einer Transaminase, eines Wasserstoffakzeptorfarbstoffs,
eines Elektronentransportsystems, einer Stickstoffquelle und von
gasförmigem Wasserstoff. Das Verfahren hat den Nachteil,
dass die verwendeten Wasserstoffakzeptorfarbstoffe starke Zellgifte
sind. Außerdem ist das Verfahren beschränkt auf
die aminosäurespezifische L-Glutaminsäuredehydrogenase
und kann nicht mit Aminosäuredehydrogenasen angewendet werden,
die unterschiedliche Aminosäuren als Substrat tolerieren.
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Es
besteht deshalb Bedarf an einem Verfahren, mit dem sich enantiomerenangereicherte
Amine aus Ketonen herstellen lassen und das nicht die Nachteile
der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren aufweist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße
Verfahren zur Herstellung eines enantiomerenangereicherten Amins,
bei dem ein Keton mit Ammoniak oder einem Ammoniumsalz und einem
Reduktionsmittel umgesetzt wird in Gegenwart eines katalytischen
Systems, das folgende Komponenten umfasst:
- a)
eine Aminosäuretransaminase,
- b) eine alpha-Aminosäure, die ein Substrat der Aminosäuretransaminase
ist,
- c) eine zur Herstellung der alpha-Aminosäure geeignete
Aminosäuredehydrogenase,
- d) NAD(P)+ und
- e) ein NAD(P)+ reduzierendes Enzym,
das NAD(P)+ mit dem Reduktionsmittel zu
NAD(P)H umsetzt.
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Aminosäuretransaminasen
im Sinne der Erfindung sind amingruppentransferierende Enzyme der
Enzymklasse E.C. 2.6.1.X, die eine alpha-Aminosäure als
Substrat akzeptieren.
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Aminosäuredehydrogenasen
im Sinne der Erfindung sind Enzyme, die alpha-Ketocarbonsäuren
mit Ammoniak zu alpha-Aminosäuren umsetzen und gleichzeitig
NAD(P)H zu NAD(P)+ oxidieren.
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NAD(P)+ steht sowohl für Nicotinamidadenindinucleotid
(NAD+) und dessen Salze als auch für Nicotinamidadenindinucleotidphosphat
(NADP+) und dessen Salze. In gleicher Weise
steht NAD(P)H sowohl für Dihydronicotinamidadenindinucleotid
(NADH) und dessen Salze als auch für Dihydronicotinamidadenindinucleotidphosphat
(NADPH) und dessen Salze.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren koppelt drei enzymatisch
katalysierte Reaktionen zu einem Gesamtverfahren. In einer ersten
durch eine Aminosäuretransaminase katalysierten, Reaktion
wird das Keton mit einer alpha-Aminosäure zum enantiomerenangereicherten
Amin und der der alpha-Aminosäure entsprechenden alpha-Ketocarbonsäure
umgesetzt. In einer zweiten durch eine Aminosäuredehydrogenase
katalysierten Reaktion wird die alpha-Ketocarbonsäure mit
Ammoniak oder einem Ammoniumsalz sowie NAD(P)H umgesetzt unter Rückbildung
der alpha-Aminosäure und Bildung von NAD(P)+.
In einer dritten durch ein NAD(P)+ reduzierendes
Enzym katalysierten Reaktion wird NAD(P)+ mit
einem Reduktionsmittel umgesetzt und so NAD(P)H zurückgebildet.
Als Gesamtreaktion resultiert eine enantioselektive reduktive Aminierung
des Ketons, bei der die alpha-Aminosäure und NAD(P)+ nur in katalytischen Mengen benötigt
werden und für die Herstellung des enantiomerenangereicherten
Amins nicht verbraucht werden.
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Das
nachfolgende Formelschema zeigt die Kopplung der drei enzymatischen
Reaktionen zum erfindungsgemäßen Verfahren am
Beispiel von Ammoniumformiat als Reduktionsmittel und Ammoniumsalz
und Formiatdehydrogenase als NAD+ reduzierendem
Enzym. Dabei bezeichnet ASTA eine Aminosäuretransaminase,
ASDH eine Aminosäuredehydrogenase und FDH eine Formiatdehydrogenase.
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Für
das erfindungsgemäße Verfahren können
prinzipiell alle zur Umsetzung von Ketonen geeigneten Transaminasen
verwendet werden. Geeignete Aminosäuretransaminasen sind
aus
Yun et al., Applied and Environmental Microbiology 70
(2004) 2529–2534;
Shin et al., Bioscience,
Biotechnology, and Biochemistry 65 (2001) 1782–1788;
Kaulmann
et al., Enzyme and Microbial Technology 41 (2007) 628–637;
Shin
et al., Applied Microbiology and Biotechnology 61 (2003) 463–471;
Shin
et al., Biotechnology and Bioengineering 65 (1999) 206–211;
Matcham
et al., Chimia 53 (1999) 584–589; sowie
WO 99/46398 bekannt.
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Vorzugsweise
werden Omega-Transaminasen verwendet, die aus
EP 0 404 146 bekannt sind. Besonders
geeignet sind omega-Transaminasen aus Vibrio fluvialis, insbesondere
Vibrio fluvialis Stamm JS17; Alcaligenes denitrificans, insbesondere
Alcaligenes denitrificans Stamm Y2K-2; Klebsiella pneumoniae, insbesondere
Klebsiella pneumoniae Stamm YS2F; sowie Bacillus thuringiensis,
insbesondere Bacillus thuringiensis Stamm JS64.
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Als
alpha-Aminosäure kann jede alpha-Aminosäure eingesetzt
werden, die ein Substrat der Aminosäuretransaminase ist.
Vorzugsweise wird als alpha-Aminosäure eine proteinogene
Aminosäure verwendet, wobei sowohl die natürlichen
L-Aminosäuren als auch deren D-Enantiomere oder beliebige
Mischungen der Enantiomere, wie z. B. eine racemische Mischung,
verwendet werden können. Besonders bevorzugte Aminosäuren
sind Leucin, Alanin, Phenylalanin und Glutaminsäure.
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Die
alpha-Aminosäure kann bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren in einer katalytischen Menge eingesetzt werden. Vorzugsweise
liegt die Gesamtmenge an alpha-Aminosäure und der alpha-Aminosäure
entsprechender alpha-Ketosäure, bezogen auf die Gesamtmenge
an Keton, im Bereich von 1 bis 50 mol-%, vorzugsweise 2 bis 10 mol-%.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird zu Beginn der Umsetzung nicht die alpha-Aminosäure
vorgelegt, sondern die der alpha-Aminosäure entsprechende
alpha-Ketocarbonsäure, die an Stelle der Aminogruppe eine
Ketogruppe aufweist. Diese Ausführungsform ist besonders
vorteilhaft für die Herstellung von enantiomerenangereicherten
Aminen, die unter Verwendung einer D-Aminosäure oder einer
nicht proteinogenen L-Aminosäure hergestellt werden müssen,
da an Stelle einer schwer zugänglichen Aminosäure
die der Aminosäure entsprechende leichter zugängliche
alpha-Ketocarbonsäure für das Verfahren eingesetzt
werden kann.
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Als
Aminosäuredehydrogenase kann jede NAD(P)H-Cofaktorabhängige
Dehydrogenase verwendet werden, mit der sich die alpha-Aminosäure
aus der der alpha-Aminosäure entsprechenden alpha-Ketocarbonsäure
herstellen lässt. Geeignete Aminosäuredehydrogenasen
sind aus Oshima et al, International Industrial Biotechnology
9 (1989) 5–11; Ohsima et al., European
Journal of Biochemistry 191 (1990) 715–720; Khan
et al., Bioscience, Biotechnology and Biochemistry 69 (2005) 1861–1870; Hummel
et al., Applied Microbiology and Biotechnology 26 (1987) 409–416 und Bommarius
in Enzyme Catalysis in Organic Synthesis, 2nd Edition(2002), ed.
Drauz und Waldmann, Wiley-VCH Weinheim bekannt.
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Vorzugsweise
ist die Aminosäuredehydrogenase eine Leucindehydrogenase,
eine Alanindehydrogenase, eine Phenylalanindehydrogenase oder eine
Glutamatdehydrogenase. Besonders geeignet sind Alanindehydrogenasen
aus Bacillus sphaericus, insbesondere Bacillus sphaericus Stamm
DSM642; Glutamatdehydrogenasen aus Bacillus subtilis, insbesondere
Bacillus subtilis Stamm ISW1214; Phenylalanindehydrogenasen aus
Rhodococcus sp., insbesondere Rhodococcus sp.Stamm M4, Bacillus
sphaericus und Thermoactinomyces intermedius. Besonders bevorzugt
wird eine Leucindehydrogenase aus Bacillus cereus verwendet. Für die
Herstellung von D-Aminosäuren wird vorzugsweise eine D-Aminosäuredehydrogenase
verwendet, die in Vedha-Peters et al., Journal of the American
Chemical Society 128 (2006) 10923–10929 beschrieben
ist als Mutante der meso-Diaminopimelinsäure-D-dehydrogenase
von Corynebacterium glutamicum.
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Vorzugsweise
werden eine Aminosäuretransaminase und eine Aminosäuredehydrogenase
in Kombination verwendet, die in ihrer Stereoselektivität
bezüglich der alpha-Aminosäure aufeinander abgestimmt
sind, d. h. dass entweder die Aminosäuredehydrogenase die
der alpha-Aminosäure entsprechende alpha-Ketosäure
selektiv zum S-Enantiomer der alpha-Aminosäure umsetzt
und die Aminosäuretransaminase selektiv das S-Enantiomer
der alpha-Aminosäure mit dem Keton umsetzt oder dass die
Aminosäuredehydrogenase die der alpha-Aminosäure
entsprechende alpha-Ketosäure selektiv zum R-Enantiomer
der alpha-Aminosäure umsetzt und die Aminosäuretransaminase
selektiv das R-Enantiomer der alpha-Aminosäure mit dem
Keton umsetzt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird außerdem
ein Reduktionsmittel eingesetzt in Kombination mit einem NAD(P)+ reduzierenden Enzym, das NAD(P)+ mit dem Reduktionsmittel zu NAD(P)H umsetzt. Geeignete
NAD(P)+ reduzierende Enzyme sind aus Enzyme
Catalysis in Organic Synthesis, 2nd Edition(2002), ed. Drauz und
Waldmann, Wiley-VCH Weinheim bekannt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird als Reduktionsmittel
ein Salz der Ameisensäure und als NAD(P)+ reduzierendes
Enzym eine Formiatdehydrogenase verwendet. Besonders bevorzugt ist
das Reduktionsmittel Ammoniumformiat, das auch in situ aus Ameisensäure
und Ammoniak erzeugt werden kann. Vorzugsweise wird eine Formiatdehydrogenase
aus Candida boidinii oder eine davon abgeleitete Mutante verwendet.
Ebenfalls geeignet sind die von Tishkov et al. in Biomolecular.
Engineering 23 (2006) 89–11 beschriebenen Formiatdehydrogenasen.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass als Reaktionsprbdukt
des Reduktionsmittels nur Kohlendioxid entsteht, was die Aufarbeitung
der Reaktionsmischung vereinfacht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Reduktionsmittel
Glucose und als NAD(P)+ reduzierendes Enzym
eine Glucosedehydrogenase verwendet. Besonders geeignet sind Glukosedehydrogenasen
aus Bacillus subtilis, Bacillus megaterium und Thermoplasma acidophilum.
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Alternativ
kann als Reduktionsmittel ein Salz der phosphorigen Säure
und als NAD(P)+ reduzierendes Enzym eine
Phosphitdehydrogenase verwendet werden. Geeignete Phosphitdehydrogenasen
sind aus Relyea et al., Bioorganic Chemistry 33 (2005) 171–189 bekannt.
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Ebenfalls
geeignet ist Glucose-6-phosphat als Reduktionsmittel in Kombination
mit einer Glucose-6-phosphatdehydrogenase als NAD(P)+ reduzierendem
Enzym.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren können
NAD(P)+ bzw. NAD(P)H in katalytischen Mengen
eingesetzt werden. Vorzugsweise liegt die Gesamtmenge an NAD(P)+ und NAD(P)H, bezogen auf die Gesamtmenge
an Keton, im Bereich von 0,001 bis 5 mol-%, vorzugsweise 0,01 bis
1 mol-%. Zu Beginn der Umsetzung kann wahlweise sowohl NAD(P)+ als auch NAD(P)H vorgelegt werden.
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Die
im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Enzyme,
d. h. die Aminosäuretransaminase, Aminosäuredehydrogenase
und das NAD(P)+ reduzierende Enzym können
im Verfahren sowohl gelöst als auch auf einem Träger
immobilisiert eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Enzyme in Form eines Ganzzellkatalysators eingesetzt,
d. h. in Form einer Zelle, die alle drei Enzyme exprimiert. Vorzugsweise
wird ein rekombinanter Ganzzellkatalysators verwendet, d. h. eine
Zelle, die gentechnisch so verändert wurde, dass sie mindestens
eines der drei Enzyme aus einer nicht nativen Gensequenz exprimiert.
Besonders bevorzugt wird als rekombinanter Ganzzellkatalysator ein
Bakterium, insbesondere ein Escherichia coli Bakterium, verwendet,
das Aminosäuretransaminase, Aminosäuredehydrogenase
und das NAD(P)+ reduzierende Enzym überexprimiert.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Umsetzung
vorzugsweise in einem wässrigen Reaktionsmedium. Die wässrige
Phase kann zusätzlich ein mit Wasser mischbares Lösungsmittel
enthalten, vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-% bezogen
auf die gesamte Reaktionsmischung. Geeignete Lösungsmittel
sind Alkohole, insbesondere Methanol, Ethanol und Isopropanol, Glykole,
insbesondere Ethylenglykol und Propylenglykol, sowie Tetrahydrofuran,
Dimethylsulfoxid und Dimethylformamid.
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Das
wässrige Reaktionsmedium weist vorzugsweise einen pH-Wert
im Bereich von 6 bis 9, besonders bevorzugt 7 bis 8, auf. Vorzugsweise
wird ein pH-Wert in diesem Bereich durch einen Puffer aus einer
geeigneten anorganischen oder organischen Säure und deren
Ammoniumsalz eingestellt. Beispielsweise kann die Einstellung des
pH-Werts durch Puffer aus Phosphorsäure und einem Ammoniumphosphat
oder Puffer aus einer Carbonsäure und deren Ammoniumcarboxylat
erfolgen. Alternativ kann der pH-Wert auch durch pH-geregelte Zudosierung
von Ammoniak oder einer anorganischen oder organischem Säure
zum Reaktionsmedium eingestellt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgt die Umsetzung in einem Zweiphasensystem aus einer
wässrigen und einer organischen Phase. Die organische Phase
kann dabei aus dem eingesetzten Keton und/oder dem gebildeten Amin
bestehen. Vorzugsweise wird aber zur Bildung einer organischen Phase
ein mit Wasser nicht mischbares Lösungsmittel zugesetzt.
Geeignete Lösungsmittel sind aliphatische Kohlenwasserstoffe,
insbesondere Hexan und Heptan, aromatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere
Toluol und Xylole, Dialkylether, insbesondere Methyl-tert-butylether
und Ethyl-tert-butylether, sowie Carbonsäureester, insbesondere
Essigsäureethylester. Die Umsetzung in einem Zweiphasensystem
ermöglicht auch bei Einsatz von schlecht wasserlöslichen
Ketonen oder bei der Herstellung von schlecht wasserlöslichen
Aminen eine hohe Volumenausbeute, die nicht durch die Löslichkeit
von Keton oder Amin limitiert ist. Darüber hinaus lassen
sich bei der Umsetzung in einem Zweiphasensystem auch Inhibierungen
eines der verwendeten Enzyme durch das eingesetzte Keton oder das
gebildete Amin vermeiden. Die Umsetzung in einem Zweiphasensystem
ermöglicht außerdem eine einfache Abtrennung des
Aminprodukts von den eingesetzten Enzymen und deren Rückgewinnung
durch eine Phasentrennung, gegebenenfalls nach vorheriger Einstellung eines
pH-Werts im Bereich von 9 bis 11.
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Als
Keton werden vorzugsweise Dialkylketone, Alkylarylketone, Alkylheteroarylketone
und Alkylaralkylketone eingesetzt, wobei die Alkylgruppen, Arylgruppen
und Heteroarylgruppen mit nicht enzyminhibierenden Gruppen substituiert
sein können. Das Keton kann im erfindungsgemäßen
Verfahren zu Beginn der Umsetzung vorgelegt werden. Vorzugsweise
wird aber zu Beginn der Umsetzung nur ein Teil des umzusetzenden Ketons
vorgelegt und der restliche Teil des umzusetzenden Ketons entsprechend
dem Umsatz an Keton zudosiert. Durch eine solche Zudosierung des
Ketons lässt sich eine Inhibierung der verwendeten Enzyme
durch das Keton vermeiden. Ketone mit einem Schmelzpunkt von mehr
als 30°C werden vorzugsweise als Lösungen in einem
Lösungsmittel eingesetzt, wobei sowohl die zuvor beschriebenen
mit Wasser mischbaren Lösungsmittel als auch die zuvor
beschriebenen mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel
verwendet werden können. Vorzugsweise beträgt
die Gesamtmenge an Keton bezogen auf das Reaktionsvolumen mehr als
10 g/l, besonders bevorzugt mehr als 50 g/l und insbesondere mehr
als 100 g/l. Die obere Grenze für die Gesamtmenge an Keton
bezogen auf das Reaktionsvolumen ergibt sich aus den Löslichkeiten
von eingesetztem Keton und gebildetem Amin, insbesondere aus der
Löslichkeit des dem Amin entsprechenden Ammoniumsalzes, wenn
die Umsetzung bei einem pH-Wert unterhalb des pKa-Werts dieses Ammoniumsalzes
durchgeführt wird. Vorzugsweise beträgt die Gesamtmenge
an Keton bezogen auf das Reaktionsvolumen weniger als 500 g/l.
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Der
im erfindungsgemäßen Verfahren benötigte
Ammoniak oder das Ammoniumsalz können sowohl zu Beginn
vorgelegt als auch während der Umsetzung entsprechend dem
Umsatz an Keton zudosiert werden. Vorzugsweise werden Ammoniak oder
Ammoniumsalz so vorgelegt und gegebenenfalls zudosiert, dass während
der Umsetzung die Gesamtmenge an Ammoniak und Ammoniumsalz stets
in einem stöchiometrischen Überschuß zum
Keton vorliegt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl im Batch
als auch kontinuierlich durchgeführt werden. Bei einer
Reaktionsführung im Batch erfolgt die Umsetzung vorzugsweise
in einem Rührkesselreaktor oder in einem Membranreaktor.
Bei einer kontinuierlichen Reaktionsführung erfolgt die
Umsetzung vorzugsweise in einem Membranreaktor oder mit einem auf
einem festen Träger immobilisierten Enzym in einem Festbettreaktor. Die
Umsetzung in einem Membranreaktor ermöglicht eine einfache
Rückhaltung der im erfindungsgemäßen Verfahren
verwendeten Enzyme im Reaktor. Bei Verwendung eines rekombinanten
Ganzzellkatalysators können die Enzyme auch durch Abtrennung
der Zellen mittels Filtration oder Zentrifugation zurückgewonnen
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
die Herstellung von enantiomerenangereicherten Aminen aus Ketonen,
ohne dass dazu stöchiometrische Mengen eines chiralen Hilfsstoffs
erforderlich wären und hat gegenüber den bekannten
Verfahren den Vorteil, dass durch eine geeignete Kombination von
alpha-Aminosäure bzw. alpha-Ketosäure und Aminosäuredehydrogenase
praktisch jede Aminosäuretransaminase für die
Umsetzung des Ketons verwendet werden kann, so dass für
jedes Keton jeweils die Aminosäuretransaminase eingesetzt
werden kann, mit der sich die beste Enantioselektivität
erzielen lässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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