способ выделения стереоизомера (-)-ментола

Формула изобретения

1. Способ выделения стереоизомера (-)-ментола из рацемической смеси восьми стереоизомеров соединения формулы III

в которой R₁ обозначает изопропильную группу,

включающий следующие стадии:

(1) контактирование рацемической смеси в органическом растворителе с этерифицирующим агентом и ферментом, который стереоспецифически этерифицирует группу-ОН (-)-ментола, на время, достаточное для превращения необходимой процентной доли (-)-ментола в соединение формулы IV без получения этерификацией других стереоизомеров:

в которой R₁ имеет значения, указанные выше, a R₄ обозначает алкильную или арильную группу,

с получением первого реакционного продукта, включающего соединение формулы IV, органический растворитель, не подвергшиеся превращению стереоизомеры соединения формулы III, избыточный этерифицирующий агент и побочные продукты реакции;

(2) дистилляция первого реакционного продукта с выделением соединения формулы IV и

(3) гидролиз соединения формулы IV с получением целевого соединения формулы III.

2. Способ по п.1, в котором стадия дистилляции (2) включает следующие подстадии:

(2)(а) отделение первого реакционного продукта от фермента;

(2)(б) удаление из первого реакционного продукта органического растворителя, избыточного этерифицирующего агента и побочных продуктов такой реакции с получением второго реакционного продукта, включающего соединение формулы IV и не подвергшиеся превращению стереоизомеры соединения формулы III; и

(2)(в) выделение соединения формулы IV из второго реакционного продукта, в результате чего остается третий реакционный продукт, включающий не подвергшиеся превращению стереоизомеры соединения формулы III.

3. Способ по п.1 или 2, после стадии дистилляции (2) включающий следующую стадию:

рацемизация не подвергшихся превращению стереоизомеров соединения формулы III в третьем реакционном продукте с получением четвертого реакционного продукта, включающего смесь всех восьми стереоизомеров соединения формулы III, и возврат этого четвертого реакционного продукта на стадию разделения (1).

4. Способ по любому из пп.1-3, включающий перед стадией (1) следующие стадии:

(а) взаимодействие соединения формулы I

в которой R₂ обозначает метильную или гидроксиметильную группу, а R₃, обозначает Н, атом неблагородного металла, бензильную группу или аллильную группу,

с алкилирующим агентом в присутствии катализатора с получением соединения формулы II

в которой R₁ имеет значения, указанные в п.1, a R₂ и R₃ имеют значения, указанные выше, и

(б) гидрогенизация соединения формулы II в присутствии катализатора с получением рацемической смеси восьми стереоизомеров соединения формулы III.

5. Способ по любому из пп.1-4, в котором для осуществления стадии (1) растворитель выбирают из группы, включающей изооктан, н-гептан, декан, метилциклогексан, трет-бутилметиловый эфир, ксилол, керосин, пентан, циклогексан, гексан, бензол, бутанол, толуол, изопропанол, этиллактат и ацетон.

6. Способ по п.5, в котором на стадии (1) растворитель представляет собой н-гептан.

7. Способ по любому из пп.1-6, в котором на стадии (1) этерифицирующий агент выбирают из группы, включающей винилацетат, бутилацетат, октеновую кислоту, изопропенилацетат, винилбутират, этиллактат и этилацетат.

8. Способ по п.7, в котором на стадии (1) этерифицирующим агентом является винилацетат.

9. Способ по любому из пп.1-8, в котором на стадии (1) этерифицирующий агент используют в молярном отношении к целевому стереоизомеру соединения формулы III от 0,5:1 до 30:1 включительно.

10. Способ по любому из пп.1-9, в котором для осуществления стадии (1) стереоспецифический фермент выбирают из группы, включающей липазу Candida cylindracea, липазу поджелудочной железы барашка, липазу Pseudomonas fluorescens, липазу Aspergillus oryzae, липазу Rhizopus niveus, липазу Rhizomucor miehei, липазу Candida antarctica, липазу Mucor javanicus, липазу Rhizopus arrhizus, липазу Penicillium roqueforti, липазу Candida lipolytica, липопротеидлипазу Pseudomonas sp., тип В, липопротеидлипазу Pseudomonas cepacia, липопротеидлипазу Chromobacterium viscosum, эстеразу Bacillus thermoglucosidasius, эстеразу Bacillus stearothermophilus, эстеразу Mucor miehei, эстеразу печени барашка, липазу Candida rugosa, липазу Mucor miehei, липазу Candida antarcitica В, липазу Candida antarctica A, Chiro-CLEC-CR, Chiro-CLEC-CR (суспензия), эстеразу печени свиньи, амидазу Penicillin, Subtilisin Carlsberg, Chiro-CLEC-BL (суспензия), Chiro-CLEC-PC (суспензия), Chiro-CLEC-EC (суспензия), протеазу Aspergillus oryzae, PeptiCLEC-TR (суспензия), ESL-001-07, RSL-001-01, ESL-001-01 со стабилизатором, ESL-001-02, ESL-001-03, ESL-001-05, Chirazyme L4 (Pseudomonas sp.), Chirazyme L5 (Candida antarctica, фракция A), Chirazyme LI (Burkholderia), Chirazyme L6 (поджелудочной железы свиньи), Chirazyme L7, Chirazyme L8, эстеразу Naproxen, Lipomax, Genzyme, липопротеидлипазу, Novozyme 868, Novozyme 435, иммобилизованную липазу Candida antarctica, фермент Nagase, липазу A-10FG (Rhizopus javanicus), Amano AYS, Amano PS, Amano PSD, Amano AKD11 и Amano AKD111.

11. Способ по любому из пп.1-10, в котором на стадии (1) в качестве фермента используют липазу Amano АК.

12. Способ по любому из пп.1-11, в котором на стадии (1) стереоспецифический фермент применяют в количестве от 1 до 60 г/л включительно реакционной смеси, содержащей рацемическую смесь восьми стереоизомеров соединения формулы III, подходящий органический растворитель и этерифицирующий агент.

13. Способ по любому из пп.1-12, в котором стадию разделения (1) осуществляют при температуре от 20 до 100°С включительно и под атмосферным или повышенным давлением.

14. Способ по любому из пп.2-13, в котором после стадии дистилляции (2)(а) стереоспецифический фермент возвращают на стадию (1).

15. Способ по любому из пп.2-14, в котором на стадии (1) стереоспецифический фермент применяют в системе непрерывного действия, в которой этот стереоспецифический фермент задерживают внутри реактора, и в котором на стадии дистилляции (2)(а) первый реакционный продукт отводят из реактора, оставляя в нем фермент.

16. Способ по любому из пп.1-15, в котором на стадии (3) гидролиз проводят в присутствии основания в приемлемом растворителе при температуре, которая ниже температуры кипения растворителя или температуры кипения смеси реагентов под тем давлением, под которым проводят реакцию.

17. Способ по любому из пп.1-16, в котором у соединения формулы III R1 обозначает изопропильную группу.

Описание изобретения к патенту

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к способу получения (-)-ментола и аналогичных соединений.

(-)-Ментол является одним из придающих вкус и запах соединений, которые находятся среди лидирующих в мире по объему продаж, а его ежегодное производство составляет примерно 11800 т. Перечно-мятный вкус и запах и придаваемое им ощущение прохлады используют во многих продуктах, главным образом в сигаретах с добавкой ментола и средствах гигиены рта, таких как зубная паста, жидкость для полоскания рта и жевательная резинка. В производстве фармацевтической и медико-санитарной продукции ментол используют в продуктах самых разнообразных типов, таких как таблетки от кашля, крем для бритья и анальгетики местного применения.

Вследствие сезонных колебаний и низкого уровня агротехнических приемов доступность природного ментола в крупнейших странах-поставщиках, Индиии и Китае, иногда оказывается непостоянной. Кроме того, мяту перечную можно выращивать лишь в ограниченных количествах, что лимитирует поставки природного ментола. Потребность в остальном ментоле удовлетворяется синтетическим ментолом.

По органолептическим свойствам природный и синтетический ментолы полностью взаимозаменяемы, все слабые различия в значительной степени устраняют при обработке продукта. Более того, синтетический ментол чище и характеризуется более постоянным профилем вкуса и запаха, поскольку не включает примесей, содержащихся в природном ментоле.

Существует постоянная потребность в разработке новых способов получения (-)-ментола и аналогичных соединений.

Краткое изложение сущности изобретения

В соответствии с изобретением предлагается способ выделения одного целевого стереоизомера из рацемической смеси восьми стереоизомеров соединения формулы III

в которой R₁ обозначает изопропанольную группу, изопропильную группу или изопропиленовую группу, включающий следующие стадии:

(1) введение рацемической смеси в приемлемом органическом растворителе в контакт с этерифицирующим агентом и стереоспецифическим ферментом, который стереоспецифически этерифицируют группу -ОН целевого стереоизомера, на время, достаточное для превращения необходимой процентной доли целевого стереоизомера в соединение формулы IV

в которой R₁ имеет значения, указанные выше, a R₄ обозначает алкильную или арильную группу, с получением первого реакционного продукта, включающего соединение формулы IV, органический растворитель, не подвергшиеся превращению стереоизомеры соединения формулы III, избыточный этерифицирующий агент и побочные продукты реакции; и

(2) выделение соединения формулы IV из первого реакционного продукта.

В предпочтительном варианте стадия (2) включает следующие подстадии:

(2)(а) отделение первого реакционного продукта от фермента;

(2)(б) удаление из первого реакционного продукта органического растворителя, избыточного этерифицирующего агента и побочных продуктов такой реакции с получением второго реакционного продукта, включающего соединение формулы IV и не подвергшиеся превращению стереоизомеры соединения формулы III; и

(2)(в) выделение соединения формулы IV из второго реакционного продукта, в результате чего остается третий реакционный продукт, включающий не подвергшиеся превращению стереоизомеры соединения формулы III.

В предпочтительном варианте способ по изобретению включает следующую дополнительную стадию, стадию (3):

(3) рацемизация не подвергшихся превращению стереоизомеров соединения формулы III в третьем реакционном продукте с получением четвертого реакционного продукта, включающего смесь всех восьми стереоизомеров соединения формулы III, и возврат этого четвертого реакционного продукта на стадию (1).

В предпочтительном варианте способ по изобретению включает следующую дополнительную стадию, стадию (4):

(4) гидролиз соединения формулы IV с получением целевого стереоизомера соединения формулы III.

Когда R₁ обозначает изопропанольную группу или изопропиленовую группу, при осуществлении способа по изобретению перед или после стадии (4) можно осуществлять стадию восстановления соединения формулы IV или целевого стереоизомера соединения формулы III для превращения R₁ в изопропильную группу.

В предпочтительном варианте способ по изобретению перед стадией (1) включает следующие стадии:

(а) реакция соединения формулы I

в которой R₂ обозначает метильную или гидроксиметильную группу, а R₃ обозначает H, атом неблагородного металла, бензильную группу или аллильную группу,

с алкилирующим агентом в присутствии катализатора с получением соединения формулы II

в которой R₁, R₂ и R ₃ имеют значения, указанные выше; и

(б) гидрогенизация соединения формулы II в присутствии катализатора с получением рацемической смеси восьми стереоизомеров соединения формулы III

Описание вариантов выполнения изобретения

Задачей изобретения является разработка способа выделения одного целевого стереоизомера соединения формулы III из рацемической смеси восьми стереоизомеров соединения формулы III этерификацией с использованием стереоспецифического фермента.

Эта стадия способа может составить часть большего способа, как это изложено ниже.

Первая стадия, стадия (а), этого способа заключается в алкилировании соединения формулы I с использованием такого алкилирующего агента, как пропилен, изопропанол или ацетон, в присутствии катализатора, с получением соединения формулы II.

Катализатором может служить катализатор на основе кислоты Льюиса, такой как AlCl₃, SnCl ₄, BF₃, ZnCl₂ или FeCl₃ ; или кислота Бренстеда, такая как HCl, HF, H₂SO ₄ или Н₃PO₄; и приемлемый катализатор на носителе, такой как Envirocat EPIC, который представляет собой полифосфорную кислоту на носителе, или Envirocat ERZ 10, который представляет собой хлорид трехвалентного железа на носителе; или твердая фосфорная кислота; или приемлемый цеолитный катализатор, который предпочтителен.

Стадию (а) можно осуществлять в среде растворителя, такого как хлорированный растворитель, например дихлорметан, хлороформ или дихлорэтан, но наличие растворителя существенного значения не имеет.

Стадию (а) можно осуществлять проведением периодического процесса, непрерывного газо- или жидкофазного процесса.

На стадии (а) реакционная температура во время или после реакции может иметь любое значение ниже 450°С.

Стадию (а) можно осуществлять на воздухе или в инертной атмосфере, в частности в аргоне или азоте.

Предпочтительным соединением формулы I является м-крезол, вследствие чего предпочтительным соединением формулы II является тимол.

По завершении стадии (а) катализатор удаляют или дезактивируют, а весь содержащийся растворитель удаляют. Необходимое соединение формулы II из реакционной смеси выделяют, например, дистилляцией. Непрореагировавший алкилирующий агент и реакционные побочные продукты можно возвращать на стадию (а).

Вторая стадия способа, стадия (б), заключается в восстановлении соединения формулы II с получением рацемической смеси восьми стереоизомеров соединения формулы III гидрогенизацией на приемлемом катализаторе с использованием газообразного водорода.

Катализатором может служить любой катализатор, который как правило используют в процессах гомогенной каталитической гидрогенизации, такой как Pd(OAc)₂, или процессах гетерогенной каталитической гидрогенизации, такой как палладий на носителе, платина, родий, рутений, никель, губчатый никель и 2CuO·Cr₂О ₃.

Предпочтительным катализатором является никелевый катализатор.

Количество катализатора может составлять от 0,01 до 20%, предпочтительно от 0,5 до 5%.

Стадию (б) можно осуществлять с растворителем или без него. Когда используют растворитель, им может служить любой растворитель, который как правило применяют для каталитической гидрогенизации, например углеводород или водная каустическая сода.

В предпочтительном варианте стадию (б) осуществляют при повышенной температуре, от 80 до 300°С включительно, предпочтительнее от 160 до 200°С включительно.

Стадию (б) осуществляют с созданием давления водорода, которое составляет меньше 50 бар, предпочтительно в пределах 5 и 35 бар включительно.

Когда соединение формулы II представляет собой тимол, образуется рацемическая смесь четырех пар диастереоизомеров ментола, а именно: (±)-ментолы, (±)-изоментолы, (±)-неоментолы и (±)-неоизоментолы, а также две пары производных: (±)-ментоны и (+)-изоментоны.

По завершении стадии (б) катализатор удаляют, например, фильтрованием или дезактивируют, а весь содержащийся растворитель удаляют.

Следующей стадией способа по изобретению, стадией (1), является ключевая стадия предлагаемого способа.

Рацемическую смесь восьми стереоизомеров соединения формулы III со стадии гидрогенизации [стадии (б)] в подходящем органическом растворителе вводят в контакт с этерифицирующим агентом и стереоспецифическим ферментом, который стереоспецифически этерифицирует группу -ОН целевого стереоизомера соединения формулы III, на время, достаточное для превращения необходимой процентной доли целевого стереоизомера в соединение формулы IV, с получением первого реакционного продукта, включающего соединение формулы IV, органический растворитель, не подвергшиеся превращению стереоизомеры соединения формулы III, избыточный этерифицирующий агент и побочные продукты реакции.

Эта реакция является стереоселективной этерификацией целевого стереоизомера соединения формулы III, причем другие стереоизомеры соединения формулы III остаются практически неизменными, хотя под действием фермента возможна также этерификация небольших количеств других стереоизомеров.

Когда в соединении формулы III R₁ обозначает изопропильную группу, это соединение соответствует ментолу, который состоит из восьми стереоизомеров. Целевым стереоизомером ментола является (-)-изомер, который с использованием подходящего фермента можно селективно этерифицировать с получением (-)-ментилового эфира.

Приемлемым органическим растворителем может служить любой растворитель, который как правило используют для проведения катализируемых ферментом реакций этерификации, включая изооктан, н-гептан, декан, метилциклогексан, трет-бутилметиловый эфир, ксилол, керосин (C₅-С₆парафины, продукт kerasol 60/115; С₇-С₈парафины, продукт kerasol 94/125), пентан, циклогексан, гексан, бензол, бутанол, толуол, изопропанол, этиллактат и ацетон.

Предпочтительным органическим растворителем является н-гептан.

Предпочтительное количество используемого органического растворителя относительно рацемической смеси соединения формулы III в пересчете на объем соответствует интервалам от 5 до 80% рацемической смеси и от 95 до 20% органического растворителя.

Когда органическим растворителем является н-гептан, в предпочтительном варианте рацемическую смесь используют в н-гептане в количестве 20 об.%.

В качестве этерифицирующего агента можно использовать любой подходящий этерифицирующий агент, например такой, как винилацетат, бутилацетат, октеновая кислота, изопропенилацетат, винилбутират, этиллактат или этилацетат.

Предпочтительным этерифицирующим агентом является винилацетат.

Этерифицирующий агент может быть использован в молярном отношении с целевым стереоизомером соединения формулы III от 0,5:1 до 30:1. Когда в качестве этерифицирующего агента используют винилацетат, предпочтительное молярное соотношение между этерифицирующим агентом и целевым стереоизомером соединения формулы III составляет примерно 2:1.

В качестве фермента применяют стереоспецифический фермент, который стереоспецифически этерифицирует группу -ОН соединения формулы III.

Такой фермент может содержаться в микроорганизме или выделяться в среду, необходимую для роста микроорганизма, или может быть технически доступным в полуочищенной или очищенной форме. Возможность продуцирования микроорганизмами приемлемого фермента можно также обеспечить с применением метода генной инженерии в отношении микроорганизма.

Примеры ферментов и микроорганизмов, которые приемлемы для осуществления этого способа этерификации, включают те, которые проявляют действие, подобное действию липазы, эстеразы или протеазы.

Подходящие ферменты включают, хотя ими их список не ограничен, следующее:

ферменты, поставляемые фирмой Fluka: липаза Candida cylindracea, липаза поджелудочной железы барашка, липаза Pseudomonas fluorescens, липаза Aspergillus oryzae, липаза Rhizopus niveus, липаза Rhizomucor miehei, липаза Candida antarctica, липаза Mucor javanicus, липаза Rhizopus arrhizus, липаза Penicillium roqueforti, липаза Candida lipolytica, липопротеидлипаза Pseudomonas sp., тип В, липопротеидлипаза Pseudomonas cepacia, липопротеидлипаза Chromobacterium viscosum, эстераза Bacillus thermoglucosidasius, эстераза Bacillus stearothermophilus, эстераза Mucor miehei, эстераза печени барашка;

ферменты, поставляемые фирмой Altus: липаза Candida rugosa, липаза Mucor miehei, липаза Candida antarcitica В, липаза Candida antarctica A, Chiro-CLEC-CR, Chiro-CLEC-CR (суспензия), эстераза печени свиньи, амидаза Penicillin, Subtilisin Carlsberg, Chiro-CLEC-BL (суспензия), Chiro-CLEC-PC (суспензия), Chiro-CLEC-EC (суспензия), протеаза Aspergillus oryzae, PeptiCLEC-TR (суспензия);

ферменты, поставляемые фирмой Recombinant Biocatalysis: ESL-001-07, ESL-001-01, ESL-001-01 со стабилизатором, ESL-001-02, ESL-001-03, ESL-001-05;

ферменты, поставляемые фирмой Boehringer-Mannheim: Chirazyme L4 (Pseudomonas sp.), Chirazyme L5 (Candida antarctica, фракция A), Chirazyme L1 (Burkholderia), Chirazyme L6 (поджелудочной железы свиньи), Chirazyme L7, Chirazyme L8; ферменты, поставляемые фирмой Gist-Brocades: эстераза Naproxen, Lipomax, Genzyme, липопротеидлипаза;

ферменты, поставляемые фирмой Novo: Novozyme 868, Novozyme 435, иммобилизованная липаза Candida antarctica, фермент Nagase, липаза А-10FG (Rhizopus javanicus); ферменты, поставляемые фирмой Amano: Amano AYS, Amano PS, Amano PSD, Amano AKD11, Amano AKD111.

Предпочтительным ферментом является липаза Amano АК, фермент, поставляемый фирмой Amano of Japan.

Фермент может быть использован либо в свободной форме, либо иммобилизованным на приемлемом носителе, которым может служить диатомовая земля.

В предпочтительном варианте фермент применяют в количестве от 1 до 60 г/л реакционной смеси, т.е. рацемической смеси восьми стереоизомеров соединения формулы III, подходящего органического растворителя и этерифицирующего агента.

В предпочтительном варианте стадию разделения осуществляют при температуре от 20 до 100°С и под атмосферным или повышенным давлением. Когда в качестве фермента используют продукт Amano AK, предпочтительная реакционная температура составляет примерно 50°С.

Реакцию для разделения проводят в течение времени, достаточного для превращения требуемой процентной доли целевого стереоизомера соединения формулы III в соединение формулы IV. Обычно необходимо, чтобы в соединение формулы IV превратилось максимально возможное количество целевого стереоизомера без протекания реакции этерификации других стереоизомеров, содержащихся в реакционной смеси.

Когда реакцию проводят как периодический процесс, предпочтительная продолжительность реакции равна примерно 24 ч или меньше.

Следующая стадия, стадия (2)(а), способа по изобретению заключается в отделении первого реакционного продукта от фермента, благодаря чему фермент можно возвратить в процесс. Этого можно добиться, например, центрифугированием или фильтрованием.

Основное преимущество способа по изобретению состоит в том, что его осуществление позволяет возвращать фермент в процесс на стадию разделения несколько раз, благодаря чему повышается экономичность процесса.

Необходимого возврата фермента в процесс можно избежать использованием фермента в системе непрерывного действия, в которой фермент задерживают внутри реактора. Рацемическую смесь соединения формулы III, органического растворителя и этерифицирующего агента, как она представлена выше, направляют в реактор, в котором целевой стереоизомер соединения формулы III этерифицируют до соединения формулы IV с получением первого реакционного продукта. Этот первый реакционный продукт как правило отводят из реактора для дальнейшей обработки с такой же скоростью, с какой подают поступающий исходный материал. Как правило фермент можно задерживать в реакторе с помощью мембран или путем его иммобилизации на материале-носителе или стабилизации сшиванием.

Следующая стадия, стадия (2)(б), способа по изобретению заключается в удалении органического растворителя, избыточного этерифицирующего агента и всех побочных продуктов с получением второго реакционного продукта, включающего соединение формулы IV и не подвергшиеся превращению стереоизомеры соединения формулы III. Этого можно добиться дистилляцией, в ходе проведения которой органический растворитель, например н-гептан, и избыточный этерифицирующий агент, например винилацетат, в виде одного потока отбирают из верхней части колонны и возвращают в подходящие емкости для хранения с целью последующего повторного применения.

Следующая стадия, стадия (2)(в), способа по изобретению заключается в выделении соединения формулы IV из второго реакционного продукта, в результате чего остается третий реакционный продукт, включающий не подвергшиеся превращению стереоизомеры соединения формулы III. Такого выделения можно добиться дистилляцией.

Когда у соединения формулы IV R₁ обозначает не изопропильную группу, эту группу R₁ можно превращать в изопропильную группу проведением процесса восстановления либо на этой стадии, либо после гидролиза сложноэфирной группы так, как изложено ниже. Это приводит к получению целевого стереоизомера ментилового эфира или после гидролиза к получению целевого стереоизомера ментола.

Следующая стадия, стадия (3), способа по изобретению заключается в рацемизации не подвергшихся превращению стереоизомеров в третьем реакционном продукте с получением четвертого реакционного продукта, включающего смесь всех восьми стереоизомеров соединения формулы III, и его возврате на стадию разделения в предлагаемом способе.

Рацемизации можно добиться на приемлемом катализаторе с использованием газообразного водорода или без него, с применением растворителя или без него и под атмосферным или повышенным давлением.

Эту стадию можно осуществлять с использованием растворителя или без него. В случае наличия растворителя в качестве этого последнего можно применять растворитель, который обычно используют для каталитической гидрогенизации, чаще всего углеводород или водную каустическую соду.

В качестве катализатора можно применять любой катализатор, который как правило используют в процессах гомогенной каталитической гидрогенизации, такой как Pd(ОАс)₂ и Ru(PPh₃ )₃Cl₂, или процессах гетерогенной каталитической гидрогенизации, такой как в нанесенном на носитель виде палладий, платина, родий, рутений, никель, губчатый никель и 2CuO·Cr ₂O₃, или твердый оксид, такой как броунмиллерит, CuO, CrO₃, СоО, SiO₂, Al₂О ₃, Ва(ОН)₂, MnO, Al(изо-OPr)₃, LnO ₂, ZrO₂ и цеолиты.

Реакцию можно проводить при любой температуре в пределах 80 и 300°С включительно, предпочтительно при температуре в пределах 180 и 220°С включительно.

Давление водорода может находиться на любом уровне ниже 50 бар, предпочтительно в пределах 5 и 35 бар включительно.

Количество катализатора может находиться в пределах 0,01 и 20%, предпочтительно в пределах 0,05 и 5%.

По завершении этой стадии катализатор удаляют или дезактивируют, а весь содержащийся растворитель удаляют.

Когда это целесообразно, стадию рацемизации можно осуществлять в сочетании со стадией (б), т.е. стадией гидрогенизации.

Следующая стадия, стадия (4), способа по изобретению заключается в гидролизе соединения формулы IV с получением целевого стереоизомера соединения формулы III. Эту реакцию можно проводить в присутствии основания, которым может служить алкоксид низшего алифатического спирта, такой как метоксид натрия или этоксид натрия, гидроксид металла, такой как КОН, NaOH и Mg(OH)₂, или аминовые основания, такие как NH₄OH.

Эту реакцию можно проводить в любом растворителе, который как правило используют для реакций гидролиза, например таком, как низший алифатический спирт и вода. Могут быть также использованы сочетания растворителей.

Реакционная температура может находиться на любом уровне ниже температуры кипения выбранного растворителя или температуры кипения смеси под тем давлением, под которым проводят реакцию.

Когда у соединения формулы IV R₁ обозначает изопропильную группу, в результате гидролиза этого соединения [(-)-ментилового эфира] получают (-)-ментол.

В качестве заключительной стадии возможна очистка целевого изомера соединения формулы III до необходимой степени чистоты, например, дистилляцией или кристаллизацией.

Экспериментальная работа

Результаты разных экспериментов, проведенных в связи с осуществлением способа по изобретению, представлены ниже.

Пример 1

2,0 г м-крезола и 4 моля (например, 8,5 г) о-фосфорной кислоты помещали в круглодонную колбу и нагревали до 85°С. По каплям в течение 30 мин добавляли 1,11 г изопропанола. Далее реакционную смесь охлаждали до 25°С и органическую фазу экстрагировали 20 мл толуола. ЯМР-анализ концентрированной органической фракции указывал на 10%-ное превращение м-крезола в тимол.

Пример 2

4,20 г тимола, 50 мл циклогексана и 0,40 г 5%-ной Pt/C помещали в 300-миллилитровую реакционную камеру автоклава Парра. После герметизации перед подачей газообразного Н₂ (20 бар) камеру продували газообразным N₂. Реакционную смесь нагревали до 180°С и проводили реакцию в течение 2 ч. Далее реакционной смеси давали остыть до комнатной температуры, давление внутри реактора сбрасывали и реакционную смесь фильтровали с получением смеси ментоловых стереоизомеров (100%-ное превращение тимола, 80%-ная селективность в отношении ментолов).

Пример 3

Взвешивали и в 2-миллилитровые склянки помещали по 10 или 100 мг липазы Pseudomonas cepacia (фирма Fluka), липазы Pseudomonas fluorescens (фирма Fluka), амидазы Penicillin (фирма Altus), Subtilisin Carlsberg (фирма Altus), протеазы Aspergillus oryzae и суспензии PeptiCLEC-TR (фирма Altus). К содержимому добавляли по 962,72 мкл циклогексана, гексана, пентана или гептана. Добавляли также по 23 мкл изомерного ментола и 14,28 мкл винилацетата. Эти склянки инкубировали при 30 или 37°С в течение 2 или 48 ч. Далее центрифугированием из смеси удаляли фермент. Образцы анализировали газовой хроматографией (ГХ). Индивидуальные пики, обнаруженные на каждой хроматограмме, сопоставлением с соответствующим временем удерживания стандартного образца (-)-ментилацетата идентифицировали как обусловленные (-)-ментилацетатом.

Пример 4

На фирме Amano Pharmaceutical Co. (Япония) получали лиофилизированный фермент Amano АК (липаза Pseudomonas fluorescens). Концентрированный жидкий ментол получали гидрогенизацией тимола. Ментол включал четыре диастереизомерные пары ментолов, а именно: (±)-ментолы (51%), (±)-изоментолы (14%), (±)-неоментолы (29%) и (+)-неоизоментолы (2%). В герметизированные реакторы периодического действия вводили по 1-миллилитровому объему. Добавляли 54 мкл винилацетата при молярном соотношении с (-)-ментолом 2:1. В качестве растворителя добавляли гептан с доведением конечного объема реакционной смеси до 5 мл. Эти реакторы инкубировали на силиконовых масляных банях при 50°С и перемешивали на горячей смесительной плите. Во всех случаях, если не указано иное, время периодического процесса составляло 24 ч. Далее реакционную смесь центрифугировали для отделения продуктов от фермента. Верхний слой анализировали ГХ (результаты: %, м/м). Степень превращения имевшегося (-)-ментола в (-)-ментилацетат составляла 100%, а с учетом погрешностей - 98%. Общее число возвратов фермента в процесс составляло 150 при промывке гептаном и добавлении свежего субстрата (жидкий ментол, винилацетат и гептан) после каждого цикла. В результате этого процесса получали ментилацетат в количестве, эквивалентном 185 г (-)-ментола.

Пример 5

Использованную в качестве фермента липазу Amano АК растворяли в фосфатном буфере (5 мкМ при рН 7) с последующим добавлением броунмиллерита Celite 535 (в соотношении 1:2). Смесь замораживали при -80°С в течение 5 мин, а затем сушили вымораживанием в течение 24 ч с получением иммобилизованного фермента. Готовили субстратную смесь, содержавшую 15,5 об.% жидкого ментола, 5,5 об.% винилацетата и 79 об.% н-гептана. Эту смесь прокачивали через 5 размещенных последовательно колонок с иммобилизованным ферментом в качестве насадки. Реакционную температуру поддерживали на уровне 50°С. Конечный продукт с помощью ГХ анализировали на образование (-)-ментилацетата. Степень превращения имевшегося (-)-ментола в (-)-ментилацетат составляла 100%, а с учетом погрешностей - 98%. С помощью этой системы иммобилизованного фермента в течение 206-дневного периода получали (-)-ментилацетат в количестве, эквивалентном 101 г (-)-ментола на грамм иммобилизованного фермента.

Пример 6

Раствор 50,1 г ментола, 50,21 г воды и 6,03 г (0,15 моля) NaOH загружали в реактор и нагревали до 60°С. Далее в реактор добавляли 30,53 г (15 молей) (-)-ментилацетата и реакционную смесь интенсивно перемешивали в течение 30 мин. Качественный ГХ анализ показывал, что на площадь пика, соответствовавшего ментилацетату, приходилось 53% от общей площади под кривой, а на площадь пика, соответствовавшего ментолу, приходилось 47% от общей площади под кривой.

Пример 7

100 г (-)-ментола и 1% Ni помещали в круглодонную колбу и кипятили с обратным холодильником в течение 2 ч. После охлаждения реакционной смеси до 25°С отбирали пробы. Результаты количественного анализа в м/м: 17% тимола, 23% ментолов и 54% ментонов при % (+)-ментол/(±)-ментол 22%.