Enantioselective catalyses CXXXV [1]. Stereoselective hydrogenation of folic acid and 2-methylquinoxaline with optically active rhodium(I)-phosphane complexes

Article abstract of DOI:10.1007/s007060070017

In the hydrogenation of the C=N double bonds of the pyrazine ring of folic acid to 5,6,7,8-tetrahydrofolic acid a new asymmetric center is formed at C6 of the pteridine system. With rhodium(I) catalysts made from optically active phosphanes, which are immobilized on silical gel, the hydrogenation in aqueous solution can be controlled stereoselectively. The highest diastereomeric excess of ca. 40% is obtained with (-)-BPPM containing catalysts. The hydrogenation of the biomolecule folic acid in aqueous solution is also possible homogeneously with rhodium(I)-phosphane catalysts, the ligands of which contain sulfonic acid groups and polyether fragments. The homogeneous hydrogenations proceed slower and with somewhat reduced diastereoselectivities compared to the heterogeneous catalyses. The hydrogenation of 2-methylquinoxaline is a model system for the reduction of folic acid. The usual rhodium(I)-phosphane catalysts afford only small enantioselectivities.

Full text of DOI:10.1007/s007060070017

Monatshefte f uÈ r Chemie 131, 1371±1382 (2000)
Enantioselektive Katalysen, 135. Mitt. [1].
Stereoselektive Hydrierung von Fols aÈ ure und
2-Methylchinoxalin mit optisch aktiven
Rhodium(I)-Phosphan-Komplexen
Ã
Henri Brunner und Sabine Rosenboem
Institut f uÈ r Anorganische Chemie, Universit aÈ t Regensburg, D-93040 Regensburg, Deutschland
Zusammenfassung. Bei der Hydrierung der C=N-Doppelbindungen des Pyrazinrings von Fols aÈ ure
zu 5,6,7,8-Tetrahydrofols aÈ ure entsteht an C6 des Pterinsystems ein neues Asymmetriezentrum. Mit
auf Kieselgel immobilisierten optisch aktiven Rhodium(I)-Phosphan-Katalysatoren l aÈ ût sich die
Hydrierung in w aÈ ûriger L oÈ sung stereoselektiv steuren. Der h oÈ chste Diastereomeren uÈ berschuû von
etwa 40% de ergibt sich mit (� )-BPPM-haltigen Katalysatoren. Die Hydrierung des Biomolek uÈ ls
Fols aÈ ure gelingt in w aÈ ûriger L oÈ sung auch homogen mit Rhodium(I)-Phosphan-Katalysatoren, deren
Liganden Sulfons aÈ uregruppen bzw. Polyetherreste enthalten. Die homogenen Hydrierungen verlau-
fen allerdings gegen uÈ ber den heterogenen Katalysen langsamer und mit etwas reduzierten
Diastereoselektivit aÈ ten. Die Hydrierung von 2-Methylchinoxalin ist ein Modellsystem f uÈ r die
Fols aÈ ure-Reduktion. Die uÈ blichen Rhodium(I)-Phosphan-Katalysatoren ergeben nur geringe Enan-
tiomeren uÈ bersch uÈ sse.
Keywords. Enantioselectivity; Diastereoselectivity; Hydrogenation; Folic acid; Leucovorin; 2-
Methylquinoxaline; Rhodium(I) catalysts.
Enantioselective Catalyses CXXXV [1]. Stereoselective Hydrogenation of Folic Acid and 2-
Methylquinoxaline with Optically Active Rhodium(I)-Phosphane Complexes
Summary. In the hydrogenation of the C=N double bonds of the pyrazine ring of folic acid to 5,6,7,8-
tetrahydrofolic acid a new asymmetric center is formed at C6 of the pteridine system. With
rhodium(I) catalysts made from optically active phosphanes, which are immobilized on silical gel, the
hydrogenation in aqueous solution can be controlled stereoselectively. The highest diastereomeric
excess of ca. 40% is obtained with (� )-BPPM containing catalysts. The hydrogenation of the
biomolecule folic acid in aqueous solution is also possible homogeneously with rhodium(I)-
phosphane catalysts, the ligands of which contain sulfonic acid groups and polyether fragments. The
homogeneous hydrogenations proceed slower and with somewhat reduced diastereoselectivities
compared to the heterogeneous catalyses. The hydrogenation of 2-methylquinoxaline is a model
system for the reduction of folic acid. The usual rhodium(I)-phosphane catalysts afford only small
enantioselectivities.
à Corresponding author

1372
H. Brunner und S. Rosenboem
Einleitung
Das Vitamin Fols aÈ ure wird im K oÈ rper enzymatisch zu 5,6,7,8-Tetrahydrofols aÈ ure
im folgenden als Tetrahydrofols aÈ ure bezeichnet) reduziert, die im Stoffwechsel als
(
È
C1-Ubertr aÈ ger eine groûe Rolle spielt [2]. Bei der enzymatischen Reduktion
entsteht das neue Stereozentrum an C6 des Pterinsystems stereospezi®sch in (S)-
2
‡
Kon®guration. Das 5-Formylderivat der Tetrahydrofols aÈ ure wird in Form des Ca -
Salzes (Handelsname Leucovorin) als rescue agent bei der Chemotherapie von
Darmkrebs mit Methotrexat eingesetzt. Methotrexat hemmt die Fols aÈ ure-reduzie-
renden Enzyme und bringt damit den C1-Stoffwechsel (und das rasche
Krebswachstum) zum Erliegen. Durch Leucovorin-Gabe wird in den Patienten
ein gewisser Minimalstoffwechsel aufrecht erhalten [3, 4].
Die Reduktion von Fols aÈ ure zu Tetrahydrofols aÈ ure kann durch heterogene
Hydrierung an Platinoxid oder Palladium in verschiedenen L oÈ sungsmitteln
(
Eisessig [5], Tri¯uoressigs aÈ ure [6], Ameisens aÈ ure [6]) oder durch Umsetzung
mit Dimethylaminoboran [7] bzw. Natriumboranat [8] erreicht werden. Bei der
technischen Leucovorin-Synthese entstehen beide m oÈ glichen Stereoisomere der
Tetrahydrofols aÈ ure, die nat uÈ rliche (6S,S)-Form und die unnat uÈ rliche (6R,S)-Form,
etwa im Verh aÈ ltnis 1:1. (6S,S)- und (6R,S)-Tetrahydrofols aÈ ure sind Diastereomere,
da die im Molek uÈ l vorhandene Glutamins aÈ ure (S)-Kon®guration hat. Es gibt
Hinweise darauf, daû die unnat uÈ rliche (6R,S)-Form nur langsam metabolisiert wird,
sich im Zentralnervensystem anreichert und langfristig zu Intoxikationen f uÈ hrt [9].
Trotzdem wird in den Krankenh aÈ usern weltweit uÈ berwiegend auch heute noch das
1
:1-Gemisch der Stereoisomeren von Leucovorin eingesetzt, denn die Trennung der
beiden bei der technischen Synthese entstehenden (6S,S)- und (6R,S)-Diastereo-
meren ist schwierig und aufwendig [10, 11]. Die stereospezi®sche Synthese des
physiologisch wirksamen (6S,S)-Isomeren von Leucovorin ohne die Notwendigkeit,
das unnat uÈ rliche (6R,S)-Isomere abtrennen und beseitigen zu m uÈ ssen, ist ein
lohnendes Ziel. Diastereomerenreines (6S,S)-Leucovorin ist in einigen L aÈ ndern als
Medikament bereits zugelassen. Es ist zu erwarten, daû es das Diastereomerenge-
misch bald verdr aÈ ngen wird.
Ergebnisse und Diskussion
Heterogene Hydrierung von Fols aÈ ure
Die Hydrierung von Fols aÈ ure mit auf Kieselgel heterogenisierten homogenen
Katalysatoren auf der Basis optisch aktiver Rhodium(I)-Phosphan-Komplexe wurde
bereits in fr uÈ heren Ver oÈ ffentlichungen beschrieben [11, 12] (Schema 1). Der
heterogene Katalysator wird durch 15-min uÈ tiges R uÈ hren von [Rh(cod)Cl] und
2
eines Chelatphosphans, wie (� )-BPPM (1, [13]) oder (� )-DIOP (2, [14]) (Schema
2
), in Methylenchlorid in Gegenwart von Kieselgel hergestellt. Dabei entsteht
zun aÈ chst ein gel oÈ ster gelber Komplex, der innerhalb von Minuten unter Entf aÈ rbung
der L oÈ sung auf das Tr aÈ germaterial aufzieht. In der w aÈ ûrigen L oÈ sung, in der die
Hydrierung des Biomolek uÈ ls Fols aÈ ure erfolgt, ist dieser Katalysator unl oÈ slich. Zur
Hydrierung werden Fols aÈ ure, Natriumhydroxid und Phosphatpuffer hinzugef uÈ gt.
ꢀ
Die Hydrierung wird in einem Autoklaven bei 50 bar Wasserstoffdruck und 80 C in
4 h durchgef uÈ hrt. Die licht- und luftemp®ndliche Tetrahydrofols aÈ ure wird in
2

Stereoselektive Hydrierung von Fols aÈ ure
1373
Schema 1
DMSO/Pyridin mit Methylformiat formyliert. Nach der Zugabe von Ethanol wird
das gelb gef aÈ rbte Produkt 5-Formyltetrahydrofols aÈ ure mit Ether ausgef aÈ llt und
ab®ltriert. Am farblosen Filtrat erkennt man, daû das Produkt vollst aÈ ndig isoliert
wurde. In der Literatur wird eine Reinigung durch Umkristallisation bzw.
Umf aÈ llung aus NaOH/EtOH empfohlen [12]. Um Leucovorin zu erhalten, wird
aus Ca(OH) /EtOH umkristallisiert.
2

1374
H. Brunner und S. Rosenboem
Schema 2
Da die Reproduktion der in der Literatur [12] beschriebenen Katalysen nicht zu
den angegebenen Stereoselektivit aÈ ten f uÈ hrte, wurde die Aufarbeitung der
Reaktionsgemische genauer untersucht [15]. Dabei stellte sich heraus, daû durch
den abschlieûenden Reinigungsschritt eine Anreicherung des (6S,S)-Isomeren
stattfand. Durch wiederholtes Umkristallisieren einer Probe von (6S,S)/(6R,S)-5-
Formyltetrahydrofols aÈ ure konnte der Diastereomerenanteil des (6S,S)-Isomeren in 6
Schritten von 39.1 auf 87.3% de erh oÈ ht werden (Tabelle 1).
Tabelle 1. Anreicherung von (6S,S)-Tetrahydrofols aÈ ure durch wiederholtes Umkristallisieren einer
3
Probe von (6S,S)/(6R,S)-Tetrahydrofols aÈ ure (2.5 cm 0.1 M NaOH und 15 cm EtOH je 100 mg
3
Substanz)
Probe
Rohprodukt
39.1
1
2
3
4
5
6
de (S) (%)
52.8
59.2
66.0
74.3
81.9
87.3

Stereoselektive Hydrierung von Fols aÈ ure
1375
Tabelle 2. Reinigung von Proben aus dem Standardansatz mit [Rh(cod)Cl] /(� )-BPPM (1) durch Kristallisation und
2
3
F aÈ llung; je 50 mg Rohprodukt wurden in 1.3 cm 0.1 M NaOH gel oÈ st und mit unterschiedlichen Mengen Ethanol
auskristallisiert bzw. gef aÈ llt; die nach der Reinigung erhaltenen Diastereomeren uÈ bersch uÈ sse (Spalten 2±6) werden mit
denen der Rohprodukte (Spalte 7) verglichen
de (S) (%) der Na-Salze nach der Reinigung
3
20 cm EtOH
de (S) (%)
3
6±8 cm EtOH 10 cm EtOH
3
3
15 cm EtOH
3
30 cm EtOH
Nr.
Rohprodukt
1
2
3
4
5
6
7
8
9
61.6
58.2
61.5
66.2
47.0
61.5
55.1
53.0
53.8
41.1
39.0
36.3
40.8
41.5
42.6
40.5
39.7
37.9
36.1
50.9
49.8
45.8
43.0
1
0
73.8
60.4
54.1
50.4
Á (de (S) (%))
47.0±73.8
43.0±50.9
7.9
36.1±42.6
6.5
Á(Á(de (S) (%)) 26.8
Das Problem mit der publizierten Standardreaktion [12] ist, daû f uÈ r den
Reinigungsschritt keine genauen Mengen des zur Umkristallisierung bzw.
Umf aÈ llung verwendeten Ethanols angegeben sind. Setzt man der L oÈ sung aus 5-
Formyltetrahydrofols aÈ ure in Natronlauge nur wenig Ethanol zu, wie es bei einer
ꢀ
Umkristallisation uÈ blich ist, so kristallisiert bei � 20 C bevorzugt das (6S,S)-
Isomere aus. Werden gr oÈ ûere Mengen Ethanol verwendet, kommt es zu einer
weniger starken Ver aÈ nderung der Diastereomerenanteile. Die Anreicherung von
(
6S,S)-5-Formyltetrahydrofols aÈ ure gegen uÈ ber dem Rohprodukt ist jedoch immer
noch deutlich. Da die mit Ethanol/Ether aus dem Formylierungsansatz quantitativ
isolierte 5-Formyltetrahydrofols aÈ ure f uÈ r die HPLC-Analytik sauber genug ist, kann
auf die Reinigung durch Umkristallisation/Umf aÈ llung verzichtet werden. Diese
Folgerung ergibt sich aus den Versuchen, die in Tabelle 2 zusammengefaût sind.
Die Katalysen wurden stets unter den gleichen Bedingungen mit [Rh(cod)Cl]2
und (� )-BPPM (1) auf Kieselgel als Katalysator durchgef uÈ hrt. In den Spalten 2±6
von Tabelle 2 ®nden sich die Ergebnisse der Katalysen nach Aufarbeitung und
Umkristallisation, wie bislang beschrieben. Die Diastereomeren uÈ bersch uÈ sse in
Spalte 2 reichen von 47.0 bis 73.8%. Die Analytik der Rohprodukte, das heiût der
Katalyseans aÈ tze nach der Formylierung, aber vor der Umkristallisation, zeigt ein
ganz anderes Bild (letzte Spalte). Alle de-Werte liegen zwischen 36.1 und 42.6%
(Schwankungsbreite 6.5%).
Es wurde eine Versuchsreihe durchgef uÈ hrt, in der unterschiedliche Mengen an
Ethanol zur Umf aÈ llung verwendet wurden (Versuch 10 in Tabelle 2). Die Ergeb-
nisse zeigen deutlich, daû die gew aÈ hlte Menge Ethanol einen ganz entscheidenden
En¯uû auf die anschlieûend gemessene Diastereoselektivit aÈ t hat. Verwendet man
3
wenig Ethanol (6±8 oder 10 cm ), so reichert sich (6S,S)-Tetrahydrofols aÈ ure stark
È
an. Erst bei einem sehr groûen Uberschuû an Ethanol n aÈ hern sich die de-Werte

1376
H. Brunner und S. Rosenboem
Tabelle 3. Diastereomeren uÈ bersch uÈ sse bei der Hydrierung von Fols aÈ ure zu Tetrahydrofols aÈ ure und
deren anschlieûender Formylierung zu 5-Formyltetrahydrofols aÈ ure mit den auf verschiedenen Kie-
selgelen heterogenisierten Katalysatoren [Rh(cod)Cl] /(� )-BPPM(1) und [Rh(cod)Cl] /(� )-DIOP (2)
2
2
Nr. Kieselgel
Korngr oÈ ûe des
(� )-BPPM (1)
(� )-DIOP (2)
Kieselgels (mm)
de (S) [%]
de (S) [%]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
LiChrosorb 100
10
10
39.3, 38.4
39.7, 40.4
39.8, 42.0
40.3, 40.7
39.4, 41.1
40.5, 42.2
38.7, 39.3
39.6, 41.0
39.3, 40.3
LiChrosorb 60
Davisil 633
Davisil 643
Merck Si 60
Merck Si 60
Merck Si 60
Merck Si 60
Merck Si 60
6
15
63±200
63±100
< 63
40±63
15±40
14.1, 15.2
14.0, 14.4
14.3, 15.5
14.8, 15.0
denen des Rohprodukts. In die gleiche Richtung gehen die Versuche 5±8, bei denen
jeweils 6±8 bzw. 30 cm Ethanol verwendet wurden.
3
Unterschiedliche Korngr oÈ ûen und Korngr oÈ ûenverteilungen des Tr aÈ germaterials
Kieselgel beein¯ussen die Anreicherung an (6S,S)-Tetrahydrofols aÈ ure in der
heterogenen Hydrierung von Fols aÈ ure [12]. Auf der Grundlage der hier mitgeteilten
Standardreaktion mit verbesserter Aufarbeitung wurden diese Ergebnisse erneut
uÈ berpr uÈ ft. Es wurden je zwei Katalysen mit dem Cokatalysator [Rh(cod)Cl] und
2
den Liganden (� )-BPPM (1) und (� )-DIOP (2) auf verschiedenen Kieselgelen
durchgef uÈ hrt (Tabelle 3). Es zeigt sich, daû die Diastereomeren uÈ bersch uÈ sse f uÈ r (� )-
BPPM ausnahmslos zwischen 38.4 und 42.2% liegen, unabh aÈ ngig vom verwende-
ten Kieselgel. Auch die Diastereomeren uÈ bersch uÈ sse f uÈ r (� )-DIOP schwanken nur
geringf uÈ gig zwischen 14.0 und 15.5%. Das achirale Tr aÈ germaterial hat demnach
keinen Ein¯uû auf die Stereoselektivit aÈ t des heterogenen Katalysators.
Mit der verbesserten Standardreaktion wurde eine Reihe von Phosphanliganden
in auf Kieselgel heterogenisierten Rhodiumkatalysatoren auf katalytische Aktivit aÈ t
und Selektivit aÈ t uÈ berpr uÈ ft (Tabelle 4). Zun aÈ chst wurde nur die Diastereoselektivit aÈ t
gemessen; mit Hilfe des Standards Methotrexat gelang die Entwicklung einer
HPLC-Analytik zur Bestimmung des Umsatzes [15]. Auf einer HSA-S aÈ ule
(
HSA ˆ human serum albumin) spalten (6S,S)-5-Formyltetrahydrofols aÈ ure, das
Edukt Fols aÈ ure, der Standard Methotrexat und (6R,S)-5-Formyltetrahydrofols aÈ ure
basisliniengetrennt auf, so daû der Umsatz nach Ermittlung der Korrelationsfak-
toren [15] durch Integration bestimmt werden kann.
(
� )-BPPM und (� )-DIOP ergeben bei fast vollst aÈ ndigem Umsatz die bereits
erw aÈ hnten Diastereoselektivit aÈ ten von 40 bzw. 15% de (6S,S) (Tabelle 4, Nr. 1±4).
Mit (‡)-DIOP nimmt der Diastereomeren uÈ berschuû auf 10±12% (6R,S) ab (Nr. 5).
Offenbar ist bei gegebener L-Glutamins aÈ ure im Substrat (� )-DIOP im Katalysator
die matched-Kombination und (‡)-DIOP die mismatched-Kombination. Der Ligand
HO-DIOP (3, [16], Schema 2) liefert quantitative Hydrierung mit 13.3 bzw. 14.5%
de (6S,S) (Nr. 6). Der Ligand Triphenylphosphan ergibt bei rascher Hydrierung etwa

Stereoselektive Hydrierung von Fols aÈ ure
1377
Tabelle 4. Ums aÈ tze und Diastereomeren uÈ bersch uÈ sse bei der Hydrierung von Fols aÈ ure zu Tetrahy-
drofols aÈ ure und deren anschlieûender Formylierung zu 5-Formyltetrahydrofols aÈ ure mit den auf
Kieselgel heterogenisierten Katalysatoren aus [Rh(cod)Cl] und verschiedenen Phosphanliganden
2
und mit den Komplexen 6 und ent-6
Nr.
Ligand
Umsatz (%)
de (%)
Anzahl Versuche
1
2
3
4
5
6
7
8
9
(� )-BPPM (1)
(� )-BPPM (1)
(� )-DIOP (2)
(� )-DIOP (2)
(‡)-DIOP
±
36.1±42.6 (S)
39.8, 40.7 (S)
14.0±19.7 (S)
14.1±15.5 (S)
10.2, 12.3 (R)
13.3, 14.5 (S)
1.9±2.6 (S)
16
2
96, 98
±
14
4
92±99
95, 97
99, 100
95±99
95, 96
94, 97
40, 42
93, 99
99, 100
2
HO-DIOP (3)
PPh3
2
4
(� )-DUPHOS (4)
(‡)-DUPHOS
MenP(CH OH) (5)
9.6, 11.4 (S)
0.7, 1.2 (R)
2
2
1
1
1
0
1
2
23.1, 26.1 (S)
23.5, 26.4 (S)
4.7, 5.4 (R)
2
2
2
Komplex 6
Komplex ent-6
2
2
2
% Diastereomeren uÈ berschuû (6S,S) (Nr. 7). Dieser Diastereomeren uÈ berschuû ist
È
auf den Ein¯uû des L-Glutamins aÈ urerests im Substrat zur uÈ ckzuf uÈ hren. Ahnliche
Ergebnisse wie mit den Enantiomeren von DIOP wurden mit den Enantiomeren von
DUPHOS [17, 18] erhalten (Nr. 8, 9). Die matched-Kombination mit (� )-DUPHOS
(
4) ergab 10±11% de (6S,S), die mismatched-Kombination mit (‡)-DUPHOS nur
etwa 1% de (6R,S). Das Menthylphosphan 5 lieferte 23±26% de (6S,S), der Umsatz
betrug jedoch nur etwa 40% (Nr. 10). Auch die enantiomeren Carborankomplexe
[
19] f uÈ hren bei fast quantitativer Hydrierung zu einer matched/mismatched-
Situation. Der (S)-Komplex 6 liefert 5% de (6R,S), der (R)-Komplex dagegen
3.5 bzw. 26.4% de (6S,S).
2
Homogene Hydrierung von Fols aÈ ure
974 war in einer Kurzmitteilung uÈ ber die homogene Hydrierung von Fols aÈ ure mit
1
dem Katalysator Rh(py) Cl /(‡)-N-1-Phenylethylformamid/NaBH berichtet wor-
3
3
4
den [20]. Als Analysenmethode war ein Bioassay mit L. casei eingesetzt worden.
Die Arbeiten wurden sp aÈ ter nicht wieder aufgegriffen; wir konnten die Ergebnisse
nicht best aÈ tigen. Im folgenden beschreiben wir unsere Versuche zur homogenen
Hydrierung von Fols aÈ ure in w aÈ ûriger L oÈ sung, da Fols aÈ ure in anderen L oÈ sungsmit-
teln entweder unl oÈ slich ist oder zerst oÈ rt wird. Wir verwenden wasserl oÈ sliche optisch
aktive Phosphanliganden, welche die zur Hydrierung eingesetzten Rhodiumkom-
plexe wasserl oÈ slich machen [21, 22].
Zur Vorbereitung des Katalysators werden die Phosphanliganden 7±12 (Schema
) im zur Hydrierung verwendeten Phosphatpuffer mit [Rh(cod)Cl] ger uÈ hrt. Dabei
2
3
bilden sich die in Wasser l oÈ slichen Komplexe [Rh(cod)(Diphosphanligand)]Cl bzw.
Rh(cod)(Monophosphanligand) ]Cl. Fols aÈ ure wird zu dieser homogenen L oÈ sung
hinzugef uÈ gt und mit NaOH in das l oÈ sliche Natriumsalz uÈ berf uÈ hrt. Anschlieûend
[
2

1378
H. Brunner und S. Rosenboem
Schema 3
verf aÈ hrt man wie bei der heterogenen Hydrierung der Fols aÈ ure. Die Ergebnisse der
Versuche sind in Tabelle 5 zusammengefaût.
Die Hydrierung von Fols aÈ ure mit homogenen Katalysatoren in w aÈ ûrigem
Phosphatpuffer verl aÈ uft langsamer als mit den beschriebenen heterogenen
Katalysatoren. Nach 24 h Reaktionszeit betr aÈ gt der Umsatz mit den Komplexen
der Liganden 7 und 8 90±95%, in allen anderen F aÈ llen ist er wesentlich geringer.
In der homogenen Hydrierung von Fols aÈ ure erzielt man auch mit dem
sulfonierten Triphenylphosphan-Liganden 7 eine geringe Anreicherung des (6S,S)-
Tabelle 5. Ums aÈ tze und Diastereomeren uÈ bersch uÈ sse bei der Hydrierung von Fols aÈ ure zu Tetrahy-
drofols aÈ ure und deren anschlieûender Formylierung zu 5-Formyltetrahydrofols aÈ ure mit homogenen
Katalysatoren in w aÈ ûriger L oÈ sung
Nr.
Ligand
Umsatz (%)
de (S) (%)
1
2
3
4
5
TPPTS (7)
8
PEG-DIOP (9)
88, 90
92, 95
77, 79
27, 31
51, 62
0.6, 1.4
9.5, 10.8
8.0, 9.2
MenP(PEG) (10)
2
35.7, 37.9
9.8, 11.5
11

Stereoselektive Hydrierung von Fols aÈ ure
1379
Isomeren, die auf den Ein¯uû des Glutamins aÈ urerests im Substrat zur uÈ ckzuf uÈ hren
ist. Die Katalysatoren mit den Liganden 8 [23], 9 [24±26] und 11 [23] ergeben
Diastereomeren uÈ bersch uÈ sse von etwa 10% (6S,S). Im Liganden 11 wurden die
Aldehydgruppen zur Erh oÈ hung der Wasserl oÈ slichkeit durch Zugabe von Natrium-
bisul®t in die Sul®taddukte uÈ berf uÈ hrt. Der in dieser Versuchsreihe mit 36±38%
(
6S,S)-Diastereomerenanreicherung erfolgreichste Katalysator enth aÈ lt den Menthyl-
phosphan-Liganden 10, der seine Wasserl oÈ slichkeit den beiden Polyethersubsti-
tuenten verdankt.
Hydrierung von 2-Methylchinoxalin
2
-Methylchinoxalin kann als Modell f uÈ r Fols aÈ ure angesehen werden. Der
Pyrazinring des Molek uÈ ls enth aÈ lt die gleichen Iminfunktionen, die bei der
Fols aÈ ure-Hydrierung reduziert werden. Anstelle des Restes aus Methylen-p-amino-
benzoes aÈ ure und Glutamins aÈ ure am prostereogenen C6 der Fols aÈ ure be®ndet sich
in 2-Methylchinoxalin lediglich eine Methylgruppe.
Racemisches 2-Methyl-1,2,3,4-tetrahydrochinoxalin kann aus 2-Methylchin-
oxalin durch Hydrierung mit Palladium auf Aktivkohle [27], durch NaBH4-
Reduktion in Gegenwart von NiCl [28] und durch elektrochemische Reduktion
2
[29] erhalten werden (Schema 4). Die stereoselektive organische Synthese ist
aufwendig und bringt nur geringe Ausbeuten [30]. Erste stereoselektive Katalysen
f uÈ hrten Mutura et al. durch [31]. Wesentlich bessere Ergebnisse erzielten Graziani
et al. [32].
F uÈ r die Hydrierung von 2-Methylchinoxalin stellt man den in situ-Katalysator
her, indem man [Rh(cod)Cl] und Diphosphanligand im Verh aÈ ltnis 1:2 bzw.
2
[
Rh(cod)Cl] und Monophosphanligand im Verh aÈ ltnis 1:4 bei Raumtemperatur in
Methanol r uÈ hrt. Zur homogenen L oÈ sung wird 2-Methylchinoxalin zugef uÈ gt. Die
2
ꢀ
Hydrierung wird im Autoklaven bei 5 bar Wasserstoffdruck und 100 C in 24
Stunden durchgef uÈ hrt. Nach Einengen auf etwa 1 cm wird die L oÈ sung uÈ ber
3
Kieselgel chromatographiert, um den Katalysator abzutrennen. Nach Entfernen des
L oÈ sungsmittels wird das Produkt analysiert.
Bei der homogenen Hydrierung von 2-Methylchinoxalin wurden einige der
Katalysatoren eingesetzt, die auch bei der Hydrierung von Fols aÈ ure verwendet
worden waren. Die Katalysen verlaufen in den meisten F aÈ llen mit Ums aÈ tzen von
uÈ ber 85%. Lediglich der Katalysator mit Ligand 5 bildet mit etwa 60% Umsatz eine
Ausnahme. Der Rhodium-Katalysator mit Ligand 2 ergibt 7±8% ee (S)-Enantiomer.
Die Enantiomeren uÈ bersch uÈ sse mit allen anderen Katalysatorsystemen sind noch
kleiner.
Schema 4

1380
H. Brunner und S. Rosenboem
Experimentelles
Alle Arbeiten im Zusammenhang mit Ligandensynthesen und Katalysen wurden mit getrockneten
L oÈ sungsmitteln unter gereinigtem Stickstoff durchgef uÈ hrt. Drehwerte: Perkin-Elmer Polarimeter
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41; H-NMR-Spektren: Bruker ARX-400 (TMS, H PO (85%)); MS: Finnigan MAT 95. Die
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3
4
verwendeten bekannten Liganden wurden nach den zitierten Literaturvorschriften synthetisiert.
(
1R,3R,4S)-(� )-Di(hydroxymethyl)menthylphosphan (5; C H O P)
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11.4 mg (2.39 mmol) (� )-Menthylphosphan [33] und 139.4 mg (4.60 mmol) Paraformaldehyd
ꢀ
werden auf 90 C erhitzt, bis sich der Paraformaldehyd vollst aÈ ndig gel oÈ st hat. Nach dem Erkalten
È
erh aÈ lt man ein farbloses, viskoses Ol.
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0
ꢀ
ꢀ
1
Ausbeute: 510 mg (95%); ‰ꢀŠ (c ˆ 0:95, EtOH): � 35.2 (589 nm), � 14.6 (546 nm); H-NMR
ꢁ
(
C D , 400 MHz): ꢂ ˆ 0.60±1.20 (m, 12H), 1.04±1.94 (m, 2H), 1.57±1.78 (m, 2H), 2.03±2.18 (m,
6
6
3
H), 2.20±2.45 (m, 1H), 4.00±4.42 (m, 4H), 4.65±4.80 (m, 1H) ppm; P-NMR (C D , 162 MHz):
1
1
6 6
ꢂ ˆ � 12:4 (s) ppm; MS (FD, Toluol): 232.2 (M‡).
(
1R,3R,4S)-(� )-Di[!-methoxypoly(ethylenoxy]menthylphosphan (10)
4
04.8 mg (4.0 mmol) Triethylamin und 8.0 g (4.0 mmol) Polyethylenglykol-2000-monomethylether
3
(
Fluka 81321) werden in 40 cm CH Cl gel oÈ st. Man tropft langsam 482.2 mg (2.0 mmol) (� )-
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2
Dichlormenthylphosphan [34] zu und r uÈ hrt 90 min bei Raumtemperatur. Das Rohprodukt wird aus
Benzol umkristallisiert.
ꢀ
20
Ausbeute: 3.5 g (45%); Fp.: 52 C; ‰ꢀŠ (c ˆ 2:15, CH Cl ): � 15.1 (589 nm), � 17.0 (546 nm);
ꢀ
ꢀ
ꢁ
2
2
1
H-NMR (C D , 400 MHz): ꢂ ˆ 0.58±1.07 (m, 12H), 1.41±1.87 (m, 4H), 2.31±2.50 (m, 1H), 3.10 (s,
6
6
3
H), 3.20±357 (m), 3.59±3.68 (m, 1H), 3.86±4.05 (m, 1H) ppm; P-NMR (C D , 162 MHz):
1
6
6 6
ꢂ ˆ � 41.3 (s) ppm.
Heterogene Hydrierung von Fols aÈ ure und Formylierung von 5,6,7,8-Tetrahydrofols aÈ ure
Die festen Katalysator-Edukte (6.9 mg, 0.014 mmol) [Rh(cod)Cl] , 0.033 mmol Diphosphan- bzw.
2
0
.066 mmol Monophosphanligand und 700mg Tr aÈ germaterial) werden in einem Autoklaveneinsatz
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mit Hahnaufsatz vorgelegt. Nach Zugabe von 10 cm CH Cl bildet sich ein gelber Komplex, der
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2
innerhalb von Minuten unter Entf aÈ rben der L oÈ sung auf das Tr aÈ germaterial aufzieht. Nach 15 min
R uÈ hren wird das L oÈ sungsmittel vorsichtig entfernt und der R uÈ ckstand getrocknet.
3
2
50 mg (0.566 mmol) Fols aÈ ure (Fluka 47620) werden in 25 cm Phosphatpuffer (c ˆ 0:067 M,
pH ˆ 7:0, erhalten durch Mischen von 0.067 M NaH PO Á 2H O und 0.067 M Na HPO Á H O)
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2
2
4
2
suspendiert. Durch Zugabe eines halben NaOH-Pl aÈ tzchens l oÈ st man die Fols aÈ ure und uÈ berf uÈ hrt die
3
L oÈ sung in den Autoklaveneinsatz. Zuleitung und Autoklav (100-cm -Laborautoklav Roth) werden
ꢀ
dreimal mit Wasserstoff gesp uÈ lt. Die Hydrierung wird bei 50 bar Wasserstoffdruck und 80 C unter
R uÈ hren in 24 h durchgef uÈ hrt.
Nach dem Abk uÈ hlen wird der Autoklav unter Schutzgas ge oÈ ffnet. Der Katalysator wird uÈ ber eine
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G3-Fritte ab®ltriert und mit 3.0 cm Phosphatpuffer gewaschen. Anschlieûend entfernt man das
ꢀ
L oÈ sungsmittel unter Lichtausschluû im Vakuum bei maximal 80 C.
3
3
Der braungelbe R uÈ ckstand wird unter Lichtausschluû in 8 cm DMSO, 2 cm Pyridin und 6.5 cm
3
3
Methylformiat suspendiert und durch Zugabe von 2.5 cm konzentrierter Ameisens aÈ ure gel oÈ st. Nach
3
4 h R uÈ hren bei Raumtemperatur versetzt man die L oÈ sung mit 10 cm . Ethanol und ®ltriert uÈ ber eine
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G3-Fritte. Dem Filtrat werden auf einmal 100±150 cm Ether zugef uÈ gt. Der entstandene volumin oÈ se
3
3
Niederschlag wird uÈ ber eine G3-Fritte ab®ltriert und dreimal gr uÈ ndlich mit je 10 cm Ether
ꢀ
gewaschen. Anschlieûend trocknet man das blaûgelbe Produkt mindestens 5 h bei 130 C im
È
Olpumpenvakuum.

Stereoselektive Hydrierung von Fols aÈ ure
1381
Homogene Hydrierung von Fols aÈ ure
6
.9 mg (0.014 mmol) [Rh(cod)Cl]2 und 0.033 mmol eines wasserl oÈ slichen Diphosphan- bzw.
.066 mmol eines wasserl oÈ slichen Monophosphanliganden werden in einem Autoklaveneinsatz mit
0
Hahnaufsatz vorgelegt und mit Stickstoff ges aÈ ttigt. Bei Zugabe von 5 cm Phosphatpuffer und 45 min
R uÈ hren entsteht der l oÈ sliche, katalytisch aktive Komplex.
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3
2
50 mg (0.566 mmol) Fols aÈ ure (Fluka 47620) werden in 20 cm Phosphatpuffer (c ˆ 0:067 M,
pH ˆ 7:0, erhalten durch Mischen von 0.067 M NaH PO Á 2H O und 0.067 M Na HPO Á H O)
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4
2
2
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2
suspendiert und durch Zugabe von NaOH gel oÈ st. Das weitere Vorgehen geschieht analog zur
heterogenen Hydrierung.
Nach dem Abk uÈ hlen wird der Autoklav unter Schutzgas ge oÈ ffnet. Ausgefallene Feststoffe
werden uÈ ber ein RC 60-Membran®lter ab®ltriert. Weitere Aufarbeitung und Formylierung werden
wie beschrieben durchgef uÈ hrt.
HPLC-Analytik Fols aÈ ure/(6S,S)- und (6R,S)-5-Formyl-5,6,7,8-tetrahydrofols aÈ ure
Zum Schutz der Trenns aÈ ule (ChromTech HSA 100.4, 100Â4 mm) wird eine Vors aÈ ule (ChromTech
HSA 10.3, 10Â3 mm) vorgeschaltet. Als Eluens dient 0.1 M Phosphatpuffer (NaH PO /NaOH
2
4
pH ˆ 7:0, 0.6% i-Propanol). Der Puffer und die vorbereiteten Proben werden uÈ ber ein Membran®lter
3
ltriert. Als interner Standard dient Methotrexat. Zur Messung werden je 5 mm auf die S aÈ ule
®
3
aufgetragen. Bei einem Fluû von 0.8 cm /min betr aÈ gt der Druck 120 bis 130 bar. Die UV-Detektion
wird bei 285 nm durchgef uÈ hrt. Retentionszeiten: (6S,S)-5-Formyl-5,6,7,8-tetrahydrofols aÈ ure 3.0 min,
Fols aÈ ure 7.0 min, Methotrexat 9.5 min, (6R,S)-5-Formyl-5,6,7,8-tetrahydrofols aÈ ure 25.9 min.
Homogene Hydrierung von 2-Methylchinoxalin
In einem Autoklaveneinsatz mit Hahnaufsatz werden 4.0 mg (0.01 mmol) [Rh(cod)Cl]2 und
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0.02 mmol Diphosphan- bzw. 0.04 mmol Monophosphanligand unter Stickstoffschutz mit 20 cm
MeOH versetzt. W aÈ hrend 20 bis 30 min R uÈ hren bildet sich der katalytisch aktive Komplex.
3
Anschlieûend f uÈ gt man 258 mm (2.0 mmol, 288.4 mg) frisch destilliertes 2-Methylchinoxalin (Fluka
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6220) zu. Zuleitung und Autoklav werden dreimal mit Wasserstoff gesp uÈ lt und dann unter 5 bar
ꢀ
Wasserstoffdruck gesetzt. Die Hydrierung wird bei 100 C und einer R uÈ hrergeschwindigkeit von 900
Umdrehungen/min durchgef uÈ hrt und nach 24 h abgebrochen.
Nach dem Abk uÈ hlen des Autoklaven auf Raumtemperatur wird der Katalyseansatz entnommen
3
und das L oÈ sungsmittel im Vakuum bis auf ca. 1 cm entfernt. Anschlieûend chromatographiert man
uÈ ber Kieselgel mit n-Hexan:i-PrOH:NEt ˆ 60:39:1, um den Katalysator abzutrennen, und entfernt
3
das L oÈ sungsmittel im Vakuum. Die Proben werden ohne weitere Reinigung in die HPLC-Analytik
eingesetzt.
HPLC-Analytik 2-Methylchinoxalin/(R)- und (S)-2-Methyl-1,2,3,4-tetrahydrochinoxalin
F uÈ r die HPLC-Analytik von 2-Methylchinoxalin/(R)- und (S)-2-Methyl-1,2,3,4-tetrahydrochinoxalin
wird die Trenns aÈ ule Chiralcel OD-H (250Â4.6 mm, Daicel) mit Vors aÈ ule (Chiralcel OD 50Â4.6 mm,
Daicel) verwendet. Als Eluens dient eine Mischung aus n-Hexan, i-Propanol und Diethylamin
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60:40:0.1). Die UV-Detektion wird bei 228 nm durchgef uÈ hrt. Bei einem Fluû von 0.5 cm /min
(
betr aÈ gt der Druck etwa 50 bar. Die Proben werden im Elutionsmittel gel oÈ st, mit einer genau
gewogenen Menge 1-Naphthylamin als internem Standard vermischt und uÈ ber ein Membran®lter
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ltriert. Es werden jeweils 5 mm auf die S aÈ ule aufgetragen. Retentionszeiten: 2-Methylchinoxalin
®
1
2.6 min, (R)-(‡)-2-Methyl-1,2,3,4-tetrahydrochinoxalin 20.7 min, (S)-(� )-2-Methyl-1,2,3,4-tetra-
hydrochinoxalin 23.9 min, 1-Naphthylamin 32.9 min.

1382
H. Brunner und S. Rosenboem: Stereoselektive Hydrierung von Fols aÈ ure
Dank
Dem Bayerischen Forschungsverbund Katalyse (FORKAT II) danken wir f uÈ r ®nanzielle Unterst uÈ tzung.
Literatur
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Received August 2, 2000. Accepted August 14, 2000
È
Verleger: Springer-Verlag KG, Sachsenplatz 4±6, A-1201 Wien. ± Herausgeber: Osterreichische Akademie der Wissenschaften,
È
Dr.-Ignaz-Seipel-Platz 2, A-1010 Wien, und Gesellschaft Osterreichischer Chemiker, Eschenbachgasse 9, A-1010 Wien. ±
Redaktion: W aÈ hringer Straꢀe 38, A-1090 Wien. ± Satz und Umbruch: Thomson Press Ltd., New Delhi, India. ± Offsetdruck:
MANZ CROSSMEDIA, A-1051 Wien. ± Verlagsort: Wien. ± Herstellungsort: Wien. ± Printed in Austria.