α−ケト酸及びそのエステルの製造方法
本発明はα−ケト酸及びそのエステルの製造方法、特に１３Ｃ１−α−ケト酸及びそのエステル（即ち、Ｃ１原子（カルボキシル原子）の位置において１３Ｃ−濃縮されたα−ケト酸及びそのエステル）の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明はピルビン酸及びそのエステルの製造方法、特に１３Ｃ１−ピルビン酸及びそのエステルの製造方法に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はα−ケト酸及びそのエステルの製造方法、特に１３Ｃ１−α−ケト酸及びそのエステル（即ち、Ｃ１原子（カルボキシル原子）の位置で１３Ｃ−濃縮されたα−ケト酸及びそのエステル）の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明はピルビン酸及びそのエステルの製造方法、特に１３Ｃ１−ピルビン酸及びそのエステルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
α−ケト酸及びその誘導体は、有機合成におけるだけでなく生物活性天然物においても重要な役割を果たす。ピルビン酸及びその誘導体（特にピルビン酸の塩、即ちピルビン酸塩）は、生体内での炭水化物代謝経路にみられる重要な中間体である。この代謝経路の知見を得るため、１３Ｃ−同位体濃縮されたピルビン酸塩を用いると、生体内で生成した代謝産物を１３Ｃ−ＮＭＲで検出することができる。
【０００３】
さらに、過分極１３Ｃ−ピルビン酸塩は、人体内における代謝過程のインビボＭＲ研究のための磁気共鳴（ＭＲ）イメージング（ＭＲＩ）剤として使用できる。「過分極」という用語は、ピルビン酸塩分子に存在する１３Ｃ−核の核分極を増強させることを意味する。１３Ｃ−核の核分極を増強させると、これらの核の励起核スピン状態と基底核スピン状態との母集団差が顕著に増加し、それによってＭＲ信号強度が１００倍以上に増幅される。過分極１３Ｃ−ピルビン酸塩を使用した場合、１３Ｃの天然存在度は無視できるほどに低いのでバックグラウンド信号からの干渉は本質的に存在せず、したがって画像コントラストは有利に高くなる。過分極１３Ｃ−ピルビン酸塩は、例えば、国際公開第２００６／０１１８１０号及び同第２００６／０１１８０９号に詳述されているようなインビボ腫瘍イメージング並びに国際公開第２００６／０５４９０３号に詳述されているようなＭＲイメージングで心筋組織の生存度を評価するためのＭＲイメージング剤として使用できる。過分極１３Ｃ−ピルビン酸塩は、例えば、１３Ｃ−ピルビン酸の動的核分極（ＤＮＰ）を行ってから１３Ｃ−ピルビン酸塩に転化させるか、或いはＤＮＰプロセスにおいて１３Ｃ−ピルビン酸塩を直接使用することによって製造される。過分極１３Ｃ−ピルビン酸塩の製法は、国際公開第２００６／０１１８０９号に詳述されている。
【０００４】
体内では、ピルビン酸塩は様々な化合物に転化（代謝）される。即ち、そのアミノ基転移はアラニンを生じ、酸化的脱炭酸反応によってピルビン酸塩はアセチルＣｏＡ及び二酸化炭素（これはさらに重炭酸塩に転化される）に転化され、ピルビン酸塩の還元は乳酸塩を生じ、そのカルボキシル化はオキサロ酢酸塩を生じる。
【０００５】
過分極１３Ｃ１−ピルビン酸塩（即ち、Ｃ１原子（カルボキシル原子）の位置で同位体濃縮されたピルビン酸塩）は、ヒト全血中で長いＴ１緩和（３７℃で４２秒）を有するため、その過分極１３Ｃ−乳酸塩、過分極１３Ｃ−重炭酸塩及び過分極１３Ｃ−アラニンへの転化をＭＲによってリアルタイムに監視及び検出できるので、ＭＲイメージング剤として使用するのに最も興味深い。
【０００６】
ピルビン酸の製造方法は当技術分野で幾つか知られているが、これらは微生物又は酵素の使用を伴う方法及び化学合成に大別できる。
【０００７】
ピルビン酸製造のための酵素に基づく方法の例は、例えば国際公開第９５／００６５６号に記載されているような乳酸の酵素酸化である。酵素酸化時に過酸化水素が生成されるので、酵素酸化は副生物を生じることが多い。さらに、酵素プロセスを工業プロセスにアップスケールすることはしばしば問題が多く或いは不可能である。ピルビン酸の製造のために微生物の使用を伴う方法の例は、例えば欧州特許出願公開第０３１３８５０号に記載されている。これらの微生物学的製造方法の欠点は、複雑な反応混合物（例えば、複雑な発酵ブロス）からピルビン酸を分離、単離及び精製するのがしばしば困難でありかつ多くの時間を要することである。
【０００８】
ピルビン酸を製造するための化学合成の例は、主として、プロピレングリコール（欧州特許出願公開第０３３７２４６号に記載）、ヒドロキシアセトン（米国特許第４２４７７１６号に記載）又は乳酸（例えば、特開平０８−１８３７５３号参照）のような各種出発原料の酸化に基づいている。しかし、同位体濃縮された１４Ｃ−又は１３Ｃ−ピルビン酸の製造には、市販の同位体濃縮出発原料又は直接的な化学合成によって得られる同位体濃縮出発原料の使用が大いに好ましい。
【０００９】
Ｓ．Ａｎｋｅｒ，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．１７６，１９４８，１３３−１３３５には、１４Ｃ−濃縮炭酸バリウムから１−１４Ｃ−酢酸カリウムを合成し、１−１４Ｃ−臭化アセチルに転化させ、次いでシアン化第一銅との反応で１−１４Ｃ−シアン化アセチルにするによって得られる２−１４Ｃ−濃縮ピルビン酸の合成法が記載されている。シアン化アセチルを反応させて２−１４Ｃ−ピルブアミドにし、次いでこれを加水分解して２−１４Ｃ−ピルビン酸にする。同位体濃縮シアン化第一銅及び臭化アセチルを使用すれば、Ｃ１原子の位置で同位体濃縮されたピルビン酸の合成が可能となる。しかし、有毒なシアン化物の使用はこの方法の適用をＣ１／Ｃ２−標識ピルビン酸の小規模合成に限定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００６／０１１８１０号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００６／０１１８０９号パンフレット
【特許文献３】国際公開第９５／００６５６号パンフレット
【特許文献４】欧州特許出願公開第０３１３８５０号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第０３３７２４６号明細書
【特許文献６】米国特許第４２４７７１６号明細書
【特許文献７】特開平０８−１８３７５３号公報
【特許文献８】国際公開第２００６／０３８８１１号パンフレット
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】S. Anker, J. Biol. Chem. 176, 1948, 133-1335
【非特許文献２】J. E. Thirkettle et al., Chemical Communications-Chemcom, 1997, 1025-1026
【非特許文献３】U. Hollstein et al., Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals, 1980, 259-296
【発明の概要】
【００１２】
出願人は、今回、意外にも、ピルビン酸及びＣ１原子の位置で１３Ｃ−濃縮されたピルビン酸を優れた純度及び高い収率で製造する方法を見出した。本方法は、一般にα−ケト酸及びそのエステルを製造するため、特にＣ１原子の位置で１３Ｃ−濃縮されたα−ケト酸及びそのエステルを製造するために有用である。
【００１３】
したがって本発明は、下記の式（Ｉ）のα−ケト酸又はそのエステルの製造方法であって、
ａ）下記の式（ＩＩＩ）の化合物のカルボキシル化によって下記の式（ＩＩ）の化合物を得る段階、
ｂ）任意には式（ＩＩ）の化合物をエステルに転化させる段階、
ｃ）式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルを酸化して式（Ｉ）のα−ケト酸又はそのエステルを得る段階、及び
ｄ）段階ｃ）で式（Ｉ）のα−ケト酸のエステルが得られる場合には、任意には該エステルをα−ケト酸に転化させる段階
を含んでなる方法を提供する。
【００１４】
【化１】
式中、Ｒは１以上のヒドロキシル基又はカルボキシル基で任意に置換された直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ６−アルキル基又はフェニル又はベンジルである。
【００１５】
【化２】
式中、Ｒは上記に定義した通りであり、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いは直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ３−アルキル基を表す。
【００１６】
【化３】
式中、Ｒ及びＲ′は上記に定義した通りであり、ＸはＣｌ、Ｂｒ又はＩである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、ピルビン酸又は１３Ｃ１−ピルビン酸を遊離酸の形態又はそのナトリウム塩の形態で製造するための本発明の好ましい実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
「カルボキシル化」という用語は、基質にカルボン酸基を導入する化学反応を意味する。本発明の方法では、基質は式（ＩＩＩ）の化合物である。
【００１９】
式（Ｉ）のα−ケト酸は、本発明の方法によって遊離酸の形態又は塩の形態で得ることができる。例えば、本発明の方法はピルビン酸を製造するために使用でき、ピルビン酸は遊離酸の形態又は塩（即ち、ピルビン酸塩（例えばピルビン酸ナトリウム））の形態で得ることができる。どちらの形態が得られるかは、段階ｃ）で得られた粗反応生成物の処理手順に依存し、処理手順は本明細書で後述する。以後、特記しない限り、「α−ケト酸」という用語は遊離α−ケト酸及びα−ケト酸の塩の両方を意味する。したがって、例えば「ピルビン酸」という用語はピルビン酸の遊離酸及び塩（即ち、ピルビン酸塩）を意味する。
【００２０】
上述の方法では、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いはメチル、エチル、ｎ−プロピル又はイソプロピルを表す。「同一又は異なる」という用語は、式（ＩＩ）及び式（ＩＩＩ）中の２つのＲ′基の各々が異なる化学的実在物であるか、或いは式（ＩＩ）及び式（ＩＩＩ）中の２つのＲ′基が同一の化学的実在物であることを意味する。例えば、式（ＩＩ）中のＲ′基の両方がメチルであれば、Ｒ′は同一のものである。式（ＩＩ）中のＲ′基の１つがＨであり、式（ＩＩ）中のＲ′基の１つがメチルであれば、Ｒ′は異なるものである。
【００２１】
好ましい実施形態では、Ｒ′は同一のものであってＨを表す。別の好ましい実施形態では、Ｒ′は異なるものであってＨ及びメチルを表す。Ｒ′がメチル、エチル、ｎ−プロピル又はイソプロピルである実施形態は、Ｒ′がＨである実施形態に比べて段階ｃ）の酸化を容易にすることができる。
【００２２】
本発明の方法の好ましい実施形態では、Ｒはメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル又はｔｅｒｔ−ブチルである。さらに別の好ましい実施形態では、Ｒはフェニル又はベンジルである。本発明のさらに別の好ましい実施形態では、Ｒは１以上のヒドロキシル基又はカルボキシル基で置換されており、好ましくはＣＨ２−ＣＯＯＨ、ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＯＯＨ、ＣＨ２−(ＣＨ２)２−ＣＯＯＨ、ＣＨ２−(ＣＨ２)３−ＣＯＯＨ又はＣＨＯＨ−(ＣＨＯＨ)２−ＣＨ２ＯＨである。最も好ましい実施形態では、Ｒはメチルである。
【００２３】
さらに別の好ましい実施形態では、本発明の方法は１３Ｃ１−α−ケト酸又はそのエステル（即ち、Ｃ１原子（カルボキシル原子）の位置で１３Ｃ−濃縮されたα−ケト酸又はそのエステル）を製造するために使用される。本発明の方法で製造されるα−ケト酸又はそのエステルの１３Ｃ−濃縮度は、好ましくは７５％以上、さらに好ましくは８０％以上、特に好ましくは９０％以上であり、９０％を超える同位体濃縮度が最も好ましい。理想的には、濃縮度は１００％である。
【００２４】
本発明の方法に従って製造できる好ましいα−ケト酸又はそのエステル（１３Ｃ１−濃縮又は非濃縮のいずれであれ）は、フェニルグリオキシル酸又はそのエステル、フェニルピルビン酸又はそのエステル、２−オキソプロパン酸（即ち、ピルビン酸）又はそのエステル、２−オキソブタン酸（即ち、α−ケト酪酸）又はそのエステル、２−オキソペンタン酸（即ち、α−ケト吉草酸）又はそのエステル、２−オキソ−３−メチルブタン酸（即ち、α−ケトイソ吉草酸）又はそのエステル、２−オキソヘキサン酸（即ち、α−ケトカプロン酸）又はそのエステル、２−オキソ−４−メチルペンタン酸（即ち、α−ケトイソカプロン酸）又はそのエステル、２−オキソブタン二酸（即ち、α−ケトコハク酸）又はそのエステル、２−オキソペンタン二酸（即ち、α−ケトグルタル酸）又はそのエステル、２−オキソヘキサン二酸（即ち、α−ケトアジピン酸）又はそのエステル、及び２−オキソヘプタン二酸（即ち、α−ケトピメリン酸）又はそのエステルである。本発明の方法に従って製造できる別の好ましいα−ケト酸又はそのエステルは、２−オキソ−３，４，５，６−テトラヒドロキシヘキサン酸（即ち、α−ケトグルコン酸）又はそのエステルである。
【００２５】
最も好ましい実施形態では、本発明の方法はピルビン酸又はそのエステルを製造するために使用される。さらに好ましい実施形態では、本発明の方法は１３Ｃ１−ピルビン酸又はそのエステルを製造するために使用される。
【００２６】
本発明の方法によってα−ケト酸エステルが製造される場合、エステルは任意の種類の有機エステルであり得る。好ましいエステルはメチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステル、ｔｅｒｔ−ブチルエステル及びベンゼンエステルであり、最も好ましいエステルはメチルエステルである。
【００２７】
本発明の方法によって得られるα−ケト酸又はそのエステルは、さらに誘導体に変換することができ、例えば当技術分野で公知の方法によってα−ケトアミド又はα−ケト酸の塩に転化させることができる。好ましくは、本方法はピルビン酸、好ましくは１３Ｃ１−ピルビン酸を製造するために使用され、得られた１３Ｃ１−ピルビン酸は塩（即ち、１３Ｃ１−ピルビン酸塩）に転化される。これは、好ましくは、本発明の方法の段階ｃ）で塩（即ち、１３Ｃ１−ピルビン酸塩）が得られる処理手順を使用することによって行われる。
【００２８】
好ましい塩は、国際特許出願第ＰＣＴ／ＮＯ０７／００１０９号に詳述されているように、ＮＨ４＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋、Ｃｓ＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋及びＢａ２＋、好ましくはＮＨ４＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋及びＣｓ＋、さらに好ましくはＫ＋、Ｒｂ＋及びＣｓ＋、最も好ましくはＣｓ＋からなる群からの無機陽イオンを含む１３Ｃ１−ピルビン酸塩である。かかる塩は、好ましくはＤＮＰ法による過分極１３Ｃ１−ピルビン酸塩の製造のために使用される。上述の塩は、好ましくは、本発明の方法の段階ｃ）でこれらの塩が得られる処理手順を使用することによって得られる。
【００２９】
さらに他の好ましい塩は、国際特許出願第ＰＣＴ／ＮＯ０６／００４８１号に詳述されているように、有機アミン又はアミノ化合物の１３Ｃ１−ピルビン酸塩、好ましくはＴＲＩＳ−１３Ｃ１−ピルベート又はメグルミン−１３Ｃ１−ピルベートである。この場合にも、かかる塩は好ましくはＤＮＰ法による過分極１３Ｃ１−ピルビン酸塩の製造のために使用される。上述の塩は、好ましくは、本発明の方法に従って１３Ｃ−ピルビン酸を製造し、１３Ｃ−ピルビン酸を上述の塩に転化させることで得られる。
【００３０】
本発明の方法の段階ａ）では、下記の式（ＩＩＩ）の化合物のカルボキシル化によって下記の式（ＩＩ）の化合物が得られる。
【００３１】
【化４】
式中、Ｒは１以上のヒドロキシル基又はカルボキシル基で任意に置換された直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ６−アルキル基又はフェニル又はベンジルであり、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いは直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ３−アルキル基を表す。
【００３２】
【化５】
式中、Ｒ及びＲ′は上記に定義した通りであり、ＸはＣｌ、Ｂｒ又はＩである。
【００３３】
段階ａ）においてＲがヒドロキシル基又はカルボキシル基を含む式（ＩＩＩ）の化合物を使用する場合、その基は好ましくは、例えば当技術分野で公知の適当な保護基によって保護される。例えば、ヒドロキシル基は、遊離ヒドロキシル基とｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリルクロリド又はトリメチルシリルクロリドのような化合物との反応から導かれるシリルエーテルとして保護できる。カルボキシル基はオキサゾリン又はオルトエステルとして保護できる。前者は、遊離カルボキシル基又はその酸塩化物を２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールと反応させ、次いで塩化チオニルと反応させることで製造できる。後者は、酸塩化物を３−メチル−３−ヒドロキシメチルオキセタンと反応させ、次いで三フッ化ホウ素エチルエーテルと反応させることで合成できる。
【００３４】
式（ＩＩＩ）の化合物は市販の化合物であり、式（ＩＩＩ）の化合物をカルボキシル化して式（ＩＩ）の化合物を得るには、当技術分野で知られる幾つかの方法が使用できる。一実施形態では、ＣＯの接触挿入によって式（ＩＩ）の化合物が得られる。ＣＯの接触挿入は以下のようにして実施できる。即ち、式（ＩＩＩ）の化合物、好ましくはＸがＢｒ又はＩである式（ＩＩＩ）の化合物を適当な溶媒に溶解し、適当な溶媒中の水酸化ナトリウム及び触媒（例えば、シアン化ニッケル及びセチルトリメチルアンモニウムブロミド）の溶液にＣＯ雰囲気下で少しずつ添加する。かかる方法は、例えば、Ｈ．Ａｌｐｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．３０（２０），１９８９，２６１５−２６１６に記載されている。粗反応生成物は、本発明に係る方法の段階ｂ）又はｃ）前に精製してもよいし、或いは精製しなくてもよい。粗反応生成物を精製する場合、粗反応生成物を蒸留又は結晶化するのが好ましい。１３Ｃ１−濃縮された式（ＩＩ）の化合物（本発明の方法が１３Ｃ１−濃縮α−ケト酸又はそのエステルを製造するために使用される場合、かかる式（ＩＩ）の１３Ｃ１−濃縮化合物が必要である。）を得るには、市販の化合物である１３ＣＯを上述の手順で使用する。
【００３５】
さらに好ましい実施形態では、式（ＩＩＩ）の化合物をリチウム化し、次いでＣＯ２と反応させることでカルボキシル化が実施される。簡単に述べれば、式（ＩＩＩ）の化合物、好ましくはＸがＢｒ又はＩである式（ＩＩＩ）の化合物をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）のような非プロトン性極性溶媒に溶解し、０℃未満の温度に冷却する。適当な溶媒中の有機リチウム試薬（例えば、ｔ−ＢｕＬｉ）を添加し、混合物を撹拌して式（ＩＩＩ）の化合物のリチオ誘導体（例えば、ＸがＬｉである式（ＩＩＩ）の化合物）を生成する。かかる方法は、例えば、Ｃ．Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．２００５，７０，５１５０−５１５６又はＤ．Ｊｅｆｆｅｒｙ ｅｔ ａｌ．，Ｏｒｇ．Ｌｅｔｔ．７（８），２００５，１５８１−１５８４に記載されている。次いで、反応混合物をＣＯ２と反応させ、例えばジクロロメタンのような適当な有機溶媒での抽出又は蒸留によってカルボキシル官能基を解放すれば式（ＩＩ）の化合物が得られる。粗反応生成物は、本発明に係る方法の段階ｂ）又はｃ）前に精製してもよいし、或いは精製しなくてもよい。粗反応生成物を精製する場合、粗反応生成物を蒸留又は結晶化するのが好ましい。１３Ｃ１−濃縮された式（ＩＩ）の化合物を得るには、市販の化合物である１３ＣＯ２を上述の手順で使用する。反応には任意の種類のＣＯ２が使用できる。反応を小規模で実施する場合、固体ＣＯ２を使用できる。しかし、大規模反応及び１３ＣＯ２を使用する反応のには、気体ＣＯ２又は超臨界ＣＯ２を使用するのが好ましい。これは、特に連続プロセスにおいて、使用されなかったＣＯ２を再循環させることが可能だからである。
【００３６】
最も好ましい実施形態では、カルボキシル化はグリニャール反応によって実施される。簡単に述べれば、ＴＨＦのような適当な溶媒中で式（ＩＩＩ）の化合物（好ましくはＸがＢｒである式（ＩＩＩ）の化合物）及びマグネシウムからグリニャール試薬を生成し、次いでグリニャール試薬をＣＯ２と反応させる。先行する段階に記載したようにしてカルボキシル官能基を解放すれば、式（ＩＩ）の化合物が得られる。同様の反応は、例えば、Ｍ．Ｍａｔａｒｅｓｓｅ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｓｏｔｏｐｅｓ ５７，２００２，６７５−６７９に記載されている。粗反応生成物は、本発明に係る方法の段階ｂ）又はｃ）前に精製してもよいし、或いは精製しなくてもよい。粗反応生成物を精製する場合、粗反応生成物を蒸留又は結晶化するのが好ましい。１３Ｃ１−濃縮された式（ＩＩ）の化合物を得るには、市販の化合物である１３ＣＯを上述の手順で使用する。反応には任意の種類のＣＯ２が使用できる。反応を小規模で実施する場合、固体ＣＯ２を使用できる。しかし、大規模反応及び１３ＣＯ２を使用する反応には、気体ＣＯ２又は超臨界ＣＯ２を使用するのが好ましい。これは、特に連続プロセスにおいて、使用されなかったＣＯ２を再循環させることが可能だからである。
【００３７】
前の段落に記載した反応の好ましい実施形態では、反応はマイクロ反応器、例えばマイクロチャネル反応系型のマイクロ反応器で実施される。かかるマイクロ反応器では、マイクロチャネルがグリニャール試薬の薄膜で被覆されているか、或いはグリニャール試薬を吸着するための適当な不活性材料を充填したカラム内にグリニャール試薬が固定化されている。好ましくは、マイクロ反応器をアルゴン又は窒素のような不活性ガスでフラッシュした後、二酸化炭素ガスでフラッシュする。この方法によれば、過剰の二酸化炭素を下流で回収して再使用することができ、これは１３ＣＯ２を使用する場合に特に重要であることはもちろんである。例えば（有機溶媒添加又は不添加の）塩基性水溶液で反応器をフラッシュすることにより、カルボキシル官能基を解放し、式（ＩＩ）の化合物をマイクロ反応器から回収することができる。別法として、反応器をアルコール（例えばエタノール）でフラッシュすることにより、式（ＩＩ）の化合物のエステルを得ることができる。
【００３８】
別の好ましい実施形態では、上述の反応が連続マイクロ反応器システム内で実施される。この場合には、連続マイクロ反応器システム内でグリニャール試薬の溶液をＣＯ２の流れと混合する。例えばプロセス・アナリティカル・ツール（ＰＡＴ）のようなモニタリング技法及びツールを使用すれば、例えばＣＯ２の流れを調整して反応体の消費量を一致させ、かくして反応体の可能な限り効率的な使用を確実にすることにより、反応器の末端で定常状態を得ることができる。
【００３９】
本発明の方法の段階ｂ）では、段階ａ）から得られた式（ＩＩ）の化合物を任意にはエステルに転化させる。カルボン酸からエステルへの転化（いわゆるエステル化）は、プロトンの存在下でカルボン酸をアルコールと反応させる、当技術分野で公知の方法である。粗反応生成物を段階ｃ）で使用することができる。好ましい実施形態では、式（ＩＩ）の化合物をメタノールと反応させることで式（ＩＩ）の化合物のメチルエステルが製造される。
【００４０】
本発明の方法の段階ｃ）では、式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルを酸化することによって式（Ｉ）のα−ケト酸又はそのエステルが得られる。式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルの酸化には、当技術分野で知られる幾つかの方法が適している。
【００４１】
好適には、エステルの形態の式（ＩＩ）の化合物はクロム触媒の存在下で過酸化水素を用いて酸化することができる。簡単に述べれば、ＣｒＯ３、トリメチルアミン、過酸化水素、及びエステルの形態の式（ＩＩ）の化合物をアセトニトリルに添加して加熱することによって、式（Ｉ）のα−ケト酸エステルが得られる。かかる方法は、例えば、Ｍ．Ｉｎｏｕｅ ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ １９８９，９９−１００に記載されている。
【００４２】
別法として、エステルの形態の式（ＩＩ）の化合物は分子状酸素及びルテニウム触媒を用いて酸化することができる。簡単に述べれば、ＲｕＯ２、アセトン、ピロメリト酸及びアセトアルデヒドの混合物に酸素を吹き込み、エステルの形態の式（ＩＩ）の化合物のアセトン溶液を添加する。混合物を酸素雰囲気下で撹拌し、炭酸ナトリウムで奪活することによって、式（Ｉ）のα−ケト酸が得られる。かかる方法は、Ｋ．Ｋａｎｅｄａ ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．１９９０，１４６７−１４６８に記載されている。
【００４３】
好ましい実施形態では、式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルはオゾン分解によって酸化される。簡単に述べれば、オゾン分解は適当な溶媒（例えば、ジクロロメタン又はメタノール）中で中温乃至低温で実施される。さらに好ましい実施形態では、式（ＩＩ）の化合物がオゾン分解用の出発原料として使用される。オゾン分解は、例えば、Ｙ．Ｈｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ ６０（２００４），４８３７−４８６０、Ｔ．Ｃｈａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．６０，１９９５，４２２８−４２３２、又はＳ．Ｇ．ｖａｎ Ｏｒｎｕｍ ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００６，２９９０−３００１に記載されている。
【００４４】
オゾン分解反応は、グリニャール反応に関して本願原文９頁に記載したようなマイクロ反応器システム／連続マイクロ反応器システムで実施できる。
【００４５】
例えば段階ｃ）の酸化に際してカルボキシル基を保護しなければならないために段階ｃ）の反応生成物が式（Ｉ）のα−ケト酸のエステルであれば、当技術分野で公知の方法（例えば、酸触媒又は塩基触媒加水分解）によって式（Ｉ）の遊離α−ケト酸を得ることができる。
【００４６】
式（Ｉ）中のＲが以前の反応段階で保護されたヒドロキシル基及び／又はカルボキシル基を含む場合、これらの保護基は段階ｃ）後又は任意の段階ｄ）後に除去される。簡単に述べれば、シリルエーテルとして保護されたヒドロキシル基は、テトラブチルアンモニウムフルオリド又はフッ化水素のようなフッ化物試薬との反応で解放できる。オキサゾリン又はオルトエステルとして保護されたカルボキシル基は、塩化水素のような酸との反応で解放できる。
【００４７】
好ましい実施形態では、本発明は、ピルビン酸又はそのエステルを製造するための方法であって、
ａ）下記の式（ＩＩＩ）の化合物のカルボキシル化によって下記の式（ＩＩ）の化合物を得る段階、
ｂ）任意には式（ＩＩ）の化合物をエステルに転化させる段階、
ｃ）式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルを酸化してピルビン酸又はそのエステルを得る段階、及び
ｄ）段階ｃ）でピルビン酸のエステルが得られる場合、任意には該エステルをピルビン酸に転化させる段階
を含んでなる方法を提供する。
【００４８】
【化６】
式中、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いは直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ３−アルキル基を表す。
【００４９】
【化７】
式中、Ｒ′は上記に定義した通りであり、ＸはＣｌ、Ｂｒ及びＩから選択される。
【００５０】
好ましい実施形態では、Ｒ′は同一のものであってＨを表す。別の好ましい実施形態では、Ｒ′は異なるものであってＨ及びメチルを表す。
【００５１】
さらに好ましい実施形態では、段階ａ）の式（ＩＩ）の化合物は、有機リチウム試薬（好ましくはｎ−ＢｕＬｉ、ｔ−ＢｕＬｉ又はｓｅｃ−ＢｕＬｉ／ＴＭＥＤＡのような有機リチウム試薬）を用いて式（ＩＩＩ）の化合物をリチウム化することによって得られる。リチウム化反応は、適当な溶媒（例えば、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）のような非プロトン性極性溶媒）中で低温（例えば、−４０℃以下の温度）で実施される。次いで、リチウム化反応の生成物をＣＯ２と反応させ、例えばジクロロメタンのような適当な有機溶媒での抽出又は蒸留によってカルボキシル官能基を解放すれば式（ＩＩ）の化合物が得られる。反応には任意の種類のＣＯ２（即ち、固体ＣＯ２、気体ＣＯ２又は超臨界ＣＯ２）が使用できる。粗反応生成物は、本発明に係る方法の段階ｂ）又はｃ）前に精製してもよいし、或いは精製しなくてもよい。粗反応生成物を精製する場合、粗反応生成物を蒸留するのが好ましい。
【００５２】
かかる反応は下記の反応スキーム１に示される。
【００５３】
【化８】
最も好ましい実施形態では、段階ａ）の式（ＩＩ）の化合物は、式（ＩＩＩ）の化合物（好ましくはＸがＢｒである式（ＩＩＩ）の化合物）をマグネシウムと反応させてグリニャール試薬を形成することによって得られる。かかる反応は、好適にはＴＨＦのような極性非プロトン性溶媒中で室温以上の温度で実施される。次いでグリニャール試薬をＣＯ２と反応させ、例えばジクロロメタンのような適当な有機溶媒での抽出又は蒸留によってカルボキシル官能基を解放すれば、式（ＩＩ）の化合物が得られる。この場合にも、反応には任意の種類のＣＯ２が使用できる。粗反応生成物は、本発明に係る方法の段階ｂ）又はｃ）前に精製してもよいし、或いは精製しなくてもよい。粗反応生成物を精製する場合、粗反応生成物を蒸留するのが好ましい。
【００５４】
かかる反応は下記の反応スキーム２に示される。
【００５５】
【化９】
段階ｂ）における式（ＩＩ）の化合物からエステルへの転化は、段階ｃ）のために選択される酸化方法に応じ、実施しても実施しなくてもよい。好ましい実施形態では、酸化方法はオゾン分解であり、ピルビン酸自体が所望の反応生成物であれば、段階ｂ）における式（ＩＩ）の化合物からエステルへの転化は実施しないことが好ましい。
【００５６】
上述の方法がピルビン酸のエステルを製造するために使用される場合、段階ｂ）における式（ＩＩ）の化合物からエステルへの転化は、当技術分野で公知の方法によって実施するのが好都合である。好ましくは、メチルエステルは式（ＩＩ）の化合物をメタノールと反応させることで製造され、粗エステルはそれ以上精製せずに上述の方法の段階ｃ）で使用される。
【００５７】
上記方法の好ましい実施形態では、式（ＩＩ）の化合物又は（段階ｂ）を実施した場合には）そのエステルをオゾン分解により酸化してピルビン酸又はそのエステルにする。好ましくは、オゾン分解は溶媒としてのジクロロメタン、メタノール又はこれらの混合物中で中温乃至低温（即ち、室温乃至約０℃以下の温度（例えば−７８℃））で実施される。反応の完了は、過剰の遊離オゾンによって反応混合物が青色になることで示される。過剰オゾンは、反応混合物中に例えば窒素ガス又は酸素ガスの流れを通すことで除去できる。反応の経過中には（不安定な）オゾノイドが生成する。反応が中温で実施されれば、オゾノイドは反応して所望のピルビン酸又はそのエステルになる。低温では、オゾノイドを所望の反応生成物に転化させるために酸化剤又は還元剤が必要となる。酸化剤は当技術分野で公知であり、好適な酸化剤の例はペルオキシ酸、酸化銀、クロム酸、酸素、過マンガン酸塩又は過酸化水素である。還元剤は当技術分野で公知であり、好適な還元剤の例は亜鉛酢酸、亜硫酸イオン、重亜硫酸イオン、ヨウ化物、ジメチルスルフィド又はチオ尿素である。
【００５８】
一実施形態では、溶媒を蒸発させ、粗反応生成物を好ましくは蒸留によって精製するのが好ましい。別の実施形態では、溶媒を蒸発させ、粗反応生成物を結晶化によって精製する。これを行うには、溶媒を蒸発させ、水及び塩基を添加してピルビン酸を塩（即ち、ピルビン酸塩）に転化させればよい。次いで、混合物を放置して結晶化する。好ましい実施形態では、塩基は無機ナトリウム塩基、好ましくはＮａＯＨである。
【００５９】
遊離ピルビン酸ではなく塩を得ることは、貯蔵寿命／安定性に関して有利である。ピルビン酸は非常に安定な化合物ではないが、ピルビン酸をその塩（例えば、ピルビン酸ナトリウム）の形態で貯蔵することでこの問題を解消できる。別法として、結晶化によって得られたピルビン酸塩を以後の段階で遊離ピルビン酸に転化させることができ、かかる転化の方法は当技術分野で公知である。
【００６０】
オゾン分解反応は下記の反応スキーム３に示される。
【００６１】
【化１０】
段階ｃ）でピルビン酸の塩が得られる場合、任意には当技術分野で公知の方法（例えば、酸触媒又は塩基触媒加水分解）によってエステルをピルビン酸に転化させることができる。
【００６２】
さらに好ましい実施形態では、本発明は、１３Ｃ１−ピルビン酸又はそのエステルを製造するための方法であって、
ａ）下記の式（ＩＩＩ）の化合物のカルボキシル化によって下記の式（ＩＩ）の化合物を得る段階、
ｂ）任意には式（ＩＩ）の化合物をエステルに転化させる段階、
ｃ）式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルを酸化して１３Ｃ１−ピルビン酸又はそのエステルを得る段階、及び
ｄ）段階ｃ）で１３Ｃ１−ピルビン酸のエステルが得られる場合、任意には該エステルを１３Ｃ１−ピルビン酸に転化させる段階
を含んでなる方法を提供する。
【００６３】
【化１１】
式中、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いは直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ３−アルキル基を表す。
【００６４】
【化１２】
式中、Ｒ′は上記に定義した通りであり、ＸはＣｌ、Ｂｒ及びＩから選択される。
【００６５】
好ましい実施形態では、Ｒ′は同一のものであってＨを表す。別の好ましい実施形態では、Ｒ′は異なるものであってＨ及びメチルを表す。
【００６６】
１３Ｃ１−ピルビン酸又はそのエステルを製造するための本発明の方法は、ピルビン酸又はそのエステルを製造するための本発明の方法に関して記載したようにして実施される。ただし、反応段階ａ）においてＣＯ２の代わりに１３ＣＯ２が使用される。さらに、段階ａ）の粗反応生成物を蒸留によって精製しかつ段階ｃ）又はｄ）の最終反応生成物を蒸留によって精製することが好ましい。別の実施形態では、段階ｃ）又はｄ）の最終反応生成物は、ピルビン酸を塩（即ち、ピルビン酸塩）に転化させることにより、上述の結晶化で精製される。
【００６７】
好ましい実施形態では、本発明の方法は１３Ｃ１−ピルビン酸を製造するために使用される。即ち、段階ｄ）は実施されず、段階ｃ）の反応生成物が蒸留によって精製される。
【００６８】
別の好ましい実施形態では、本発明は１３Ｃ１−ピルビン酸塩、さらに好ましくは１３Ｃ１−ピルビン酸ナトリウムを製造するために使用される。即ち、段階ｄ）は実施されず、段階ｃ）の反応生成物が上述の結晶化で精製される。
【００６９】
本発明を実施例によってさらに例示する。
【実施例】
【００７０】
実施例１ａ：２−ブロモプロペン（式（ＩＩＩ）の化合物）から開始するグリニャール反応によるメタクリル酸（式（ＩＩ）の化合物）の合成
テトラヒドロフラン（ＴＨＦ、１００ｍｌ）に溶解した２−ブロモプロペン（２４．２０ｇ、２００ｍｍｏｌ）を、ＴＨＦ（１００ｍｌ）中の削り状マグネシウム（４．３８ｇ、１８０ｍｍｏｌ）の撹拌懸濁液に窒素雰囲気下で滴下した。２−ブロモプロペンは、反応混合物を穏やかに沸騰させる速度で添加した。グリニャール試薬の完全な生成が達成された後、混合物を室温で３０分間撹拌し、次いで−７０℃に冷却した。反応混合物を激しい撹拌（渦動）下で二酸化炭素雰囲気（１バール）に暴露した。反応物を室温に達するまで放置し、次いで飽和塩化アンモニウム水溶液（１００ｍｌ）の添加で停止させた。ＴＨＦ及び過剰の２−ブロモプロペンを真空中で３０℃で除去し、水性相をＨＣｌ水溶液（３Ｍ、５０ｍｌ）の添加で酸性化した後、ジクロロメタン（３×５０ｍｌ）で抽出した。合わせた有機抽出液を硫酸マグネシウム上で乾燥し、蒸発させることで標記化合物を無色又はわずかに黄色の油として得た。収量：１３．５０ｇ（８７％）、純度：９９％。
【００７１】
実施例１ｂ：２−ブロモプロペン（式（ＩＩＩ）の化合物）から開始するＣＯの接触挿入によるメタクリル酸（式（ＩＩ）の化合物）の合成
トルエン（２０ｍｌ）中のテトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０．２９ｇ、０．２５ｍｍｏｌ）、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド（０．３６ｇ、１．０ｍｍｏｌ）及び２−ブロモプロペン（１．１６ｇ、１０ｍｍｏｌ）の混合物に、ＮａＯＨ水溶液（５Ｍ、２０ｍｌ、１００ｍｍｏｌ）を添加した。混合物を一酸化炭素雰囲気（１バール）に暴露し、９５℃で２時間加熱した。相を分離し、有機相をＮａＯＨ水溶液（１Ｍ、２×２０ｍｌ）で抽出した。水性相をジクロロメタン（５０ｍｌ）で洗浄した。ＨＣｌ水溶液（３Ｍ）を用いて水性相を酸性化し、ジクロロメタン（３×５０ｍｌ）で抽出した。合わせた有機抽出液を硫酸マグネシウム上で乾燥し、真空中で３０℃で蒸発させることで生成物を無色又はわずかに黄色の油として得た。収量：０．５２ｇ（６０％）。
【００７２】
実施例２：メタクリル酸（式（ＩＩ）の化合物）のオゾン分解によるピルビン酸（式（Ｉ）の化合物）の合成
実施例１ａ又は実施例１ｂで得られたメタクリル酸（８．６１ｇ、１００ｍｍｏｌ）をジクロロメタン／メタノール（１：１ ｖ／ｖ、５０ｍｌ）に溶解した溶液を−７８℃に冷却した。オゾンの流れを溶液中に通し、溶液が青色に変わるまで行った。ジメチルスルフィド（１２．４１ｇ、２００ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を室温に達するまで放置した。反応混合物を真空中で蒸発させ、残留物を蒸留した。生成物を無色の油として単離した。収量：７．９５ｇ（９０％）。
【００７３】
実施例３：メタクリル酸（式（ＩＩ）の化合物）のオゾン分解によるピルビン酸（式（Ｉ）の化合物）の合成
実施例１ａ又は実施例１ｂで得られたメタクリル酸（４．６８ｇ、５４ｍｍｏｌ）をジクロロメタン／メタノール（５％メタノール、５０ｍｌ）に溶解した溶液を−７８℃に冷却し、オゾンの流れをそれに通し、溶液が青色に変わるまで行った。ジメチルスルフィド（１２．４１ｇ、２００ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を室温に達するまで放置した。窒素の流れを反応混合物中に通すことで過剰のジメチルスルフィドを除去した。反応混合物を真空中で３０℃で蒸発させ、残留物を蒸留した。生成物を無色の油として単離した。収量：４．４０ｇ（９８％）。純度：９７％。
【００７４】
実施例４：メタクリル酸（式（ＩＩ）の化合物）のオゾン分解によるピルビン酸塩（式（ＩＩ）の化合物の塩）の合成
実施例１ａ又は実施例１ｂで得られたメタクリル酸（１５．３１ｇ、１７８ｍｍｏｌ）をジクロロメタン／メタノール（５％メタノール、５０ｍｌ）に溶解した溶液を−７８℃に冷却し、オゾンの流れをそれに通し、溶液が青色に変わるまで行った。ジメチルスルフィド（１２．４１ｇ、２００ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を室温に達するまで放置した。窒素の流れを反応混合物中に通すことで過剰のジメチルスルフィドを除去した。反応混合物を真空中で３０℃で蒸発させた。残留物に水（１００ｍｌ）を添加し、次いでＮａＯＨ水溶液（１Ｍ、１７８ｍｌ）をゆっくりと添加した。混合物を濃縮し、４℃で放置して結晶化させた。得られた白色の結晶性物質を濾過し、アセトン（３×１００ｍｌ）で洗浄した。収量：１４．５０ｇ（９２％）。純度：９５％。
【技術分野】
【０００１】
本発明はα−ケト酸及びそのエステルの製造方法、特に１３Ｃ１−α−ケト酸及びそのエステル（即ち、Ｃ１原子（カルボキシル原子）の位置で１３Ｃ−濃縮されたα−ケト酸及びそのエステル）の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明はピルビン酸及びそのエステルの製造方法、特に１３Ｃ１−ピルビン酸及びそのエステルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
α−ケト酸及びその誘導体は、有機合成におけるだけでなく生物活性天然物においても重要な役割を果たす。ピルビン酸及びその誘導体（特にピルビン酸の塩、即ちピルビン酸塩）は、生体内での炭水化物代謝経路にみられる重要な中間体である。この代謝経路の知見を得るため、１３Ｃ−同位体濃縮されたピルビン酸塩を用いると、生体内で生成した代謝産物を１３Ｃ−ＮＭＲで検出することができる。
【０００３】
さらに、過分極１３Ｃ−ピルビン酸塩は、人体内における代謝過程のインビボＭＲ研究のための磁気共鳴（ＭＲ）イメージング（ＭＲＩ）剤として使用できる。「過分極」という用語は、ピルビン酸塩分子に存在する１３Ｃ−核の核分極を増強させることを意味する。１３Ｃ−核の核分極を増強させると、これらの核の励起核スピン状態と基底核スピン状態との母集団差が顕著に増加し、それによってＭＲ信号強度が１００倍以上に増幅される。過分極１３Ｃ−ピルビン酸塩を使用した場合、１３Ｃの天然存在度は無視できるほどに低いのでバックグラウンド信号からの干渉は本質的に存在せず、したがって画像コントラストは有利に高くなる。過分極１３Ｃ−ピルビン酸塩は、例えば、国際公開第２００６／０１１８１０号及び同第２００６／０１１８０９号に詳述されているようなインビボ腫瘍イメージング並びに国際公開第２００６／０５４９０３号に詳述されているようなＭＲイメージングで心筋組織の生存度を評価するためのＭＲイメージング剤として使用できる。過分極１３Ｃ−ピルビン酸塩は、例えば、１３Ｃ−ピルビン酸の動的核分極（ＤＮＰ）を行ってから１３Ｃ−ピルビン酸塩に転化させるか、或いはＤＮＰプロセスにおいて１３Ｃ−ピルビン酸塩を直接使用することによって製造される。過分極１３Ｃ−ピルビン酸塩の製法は、国際公開第２００６／０１１８０９号に詳述されている。
【０００４】
体内では、ピルビン酸塩は様々な化合物に転化（代謝）される。即ち、そのアミノ基転移はアラニンを生じ、酸化的脱炭酸反応によってピルビン酸塩はアセチルＣｏＡ及び二酸化炭素（これはさらに重炭酸塩に転化される）に転化され、ピルビン酸塩の還元は乳酸塩を生じ、そのカルボキシル化はオキサロ酢酸塩を生じる。
【０００５】
過分極１３Ｃ１−ピルビン酸塩（即ち、Ｃ１原子（カルボキシル原子）の位置で同位体濃縮されたピルビン酸塩）は、ヒト全血中で長いＴ１緩和（３７℃で４２秒）を有するため、その過分極１３Ｃ−乳酸塩、過分極１３Ｃ−重炭酸塩及び過分極１３Ｃ−アラニンへの転化をＭＲによってリアルタイムに監視及び検出できるので、ＭＲイメージング剤として使用するのに最も興味深い。
【０００６】
ピルビン酸の製造方法は当技術分野で幾つか知られているが、これらは微生物又は酵素の使用を伴う方法及び化学合成に大別できる。
【０００７】
ピルビン酸製造のための酵素に基づく方法の例は、例えば国際公開第９５／００６５６号に記載されているような乳酸の酵素酸化である。酵素酸化時に過酸化水素が生成されるので、酵素酸化は副生物を生じることが多い。さらに、酵素プロセスを工業プロセスにアップスケールすることはしばしば問題が多く或いは不可能である。ピルビン酸の製造のために微生物の使用を伴う方法の例は、例えば欧州特許出願公開第０３１３８５０号に記載されている。これらの微生物学的製造方法の欠点は、複雑な反応混合物（例えば、複雑な発酵ブロス）からピルビン酸を分離、単離及び精製するのがしばしば困難でありかつ多くの時間を要することである。
【０００８】
ピルビン酸を製造するための化学合成の例は、主として、プロピレングリコール（欧州特許出願公開第０３３７２４６号に記載）、ヒドロキシアセトン（米国特許第４２４７７１６号に記載）又は乳酸（例えば、特開平０８−１８３７５３号参照）のような各種出発原料の酸化に基づいている。しかし、同位体濃縮された１４Ｃ−又は１３Ｃ−ピルビン酸の製造には、市販の同位体濃縮出発原料又は直接的な化学合成によって得られる同位体濃縮出発原料の使用が大いに好ましい。
【０００９】
Ｓ．Ａｎｋｅｒ，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．１７６，１９４８，１３３−１３３５には、１４Ｃ−濃縮炭酸バリウムから１−１４Ｃ−酢酸カリウムを合成し、１−１４Ｃ−臭化アセチルに転化させ、次いでシアン化第一銅との反応で１−１４Ｃ−シアン化アセチルにするによって得られる２−１４Ｃ−濃縮ピルビン酸の合成法が記載されている。シアン化アセチルを反応させて２−１４Ｃ−ピルブアミドにし、次いでこれを加水分解して２−１４Ｃ−ピルビン酸にする。同位体濃縮シアン化第一銅及び臭化アセチルを使用すれば、Ｃ１原子の位置で同位体濃縮されたピルビン酸の合成が可能となる。しかし、有毒なシアン化物の使用はこの方法の適用をＣ１／Ｃ２−標識ピルビン酸の小規模合成に限定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００６／０１１８１０号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００６／０１１８０９号パンフレット
【特許文献３】国際公開第９５／００６５６号パンフレット
【特許文献４】欧州特許出願公開第０３１３８５０号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第０３３７２４６号明細書
【特許文献６】米国特許第４２４７７１６号明細書
【特許文献７】特開平０８−１８３７５３号公報
【特許文献８】国際公開第２００６／０３８８１１号パンフレット
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】S. Anker, J. Biol. Chem. 176, 1948, 133-1335
【非特許文献２】J. E. Thirkettle et al., Chemical Communications-Chemcom, 1997, 1025-1026
【非特許文献３】U. Hollstein et al., Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals, 1980, 259-296
【発明の概要】
【００１２】
出願人は、今回、意外にも、ピルビン酸及びＣ１原子の位置で１３Ｃ−濃縮されたピルビン酸を優れた純度及び高い収率で製造する方法を見出した。本方法は、一般にα−ケト酸及びそのエステルを製造するため、特にＣ１原子の位置で１３Ｃ−濃縮されたα−ケト酸及びそのエステルを製造するために有用である。
【００１３】
したがって本発明は、下記の式（Ｉ）のα−ケト酸又はそのエステルの製造方法であって、
ａ）下記の式（ＩＩＩ）の化合物のカルボキシル化によって下記の式（ＩＩ）の化合物を得る段階、
ｂ）任意には式（ＩＩ）の化合物をエステルに転化させる段階、
ｃ）式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルを酸化して式（Ｉ）のα−ケト酸又はそのエステルを得る段階、及び
ｄ）段階ｃ）で式（Ｉ）のα−ケト酸のエステルが得られる場合には、任意には該エステルをα−ケト酸に転化させる段階
を含んでなる方法を提供する。
【００１４】
【化１】
式中、Ｒは１以上のヒドロキシル基又はカルボキシル基で任意に置換された直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ６−アルキル基又はフェニル又はベンジルである。
【００１５】
【化２】
式中、Ｒは上記に定義した通りであり、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いは直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ３−アルキル基を表す。
【００１６】
【化３】
式中、Ｒ及びＲ′は上記に定義した通りであり、ＸはＣｌ、Ｂｒ又はＩである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、ピルビン酸又は１３Ｃ１−ピルビン酸を遊離酸の形態又はそのナトリウム塩の形態で製造するための本発明の好ましい実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
「カルボキシル化」という用語は、基質にカルボン酸基を導入する化学反応を意味する。本発明の方法では、基質は式（ＩＩＩ）の化合物である。
【００１９】
式（Ｉ）のα−ケト酸は、本発明の方法によって遊離酸の形態又は塩の形態で得ることができる。例えば、本発明の方法はピルビン酸を製造するために使用でき、ピルビン酸は遊離酸の形態又は塩（即ち、ピルビン酸塩（例えばピルビン酸ナトリウム））の形態で得ることができる。どちらの形態が得られるかは、段階ｃ）で得られた粗反応生成物の処理手順に依存し、処理手順は本明細書で後述する。以後、特記しない限り、「α−ケト酸」という用語は遊離α−ケト酸及びα−ケト酸の塩の両方を意味する。したがって、例えば「ピルビン酸」という用語はピルビン酸の遊離酸及び塩（即ち、ピルビン酸塩）を意味する。
【００２０】
上述の方法では、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いはメチル、エチル、ｎ−プロピル又はイソプロピルを表す。「同一又は異なる」という用語は、式（ＩＩ）及び式（ＩＩＩ）中の２つのＲ′基の各々が異なる化学的実在物であるか、或いは式（ＩＩ）及び式（ＩＩＩ）中の２つのＲ′基が同一の化学的実在物であることを意味する。例えば、式（ＩＩ）中のＲ′基の両方がメチルであれば、Ｒ′は同一のものである。式（ＩＩ）中のＲ′基の１つがＨであり、式（ＩＩ）中のＲ′基の１つがメチルであれば、Ｒ′は異なるものである。
【００２１】
好ましい実施形態では、Ｒ′は同一のものであってＨを表す。別の好ましい実施形態では、Ｒ′は異なるものであってＨ及びメチルを表す。Ｒ′がメチル、エチル、ｎ−プロピル又はイソプロピルである実施形態は、Ｒ′がＨである実施形態に比べて段階ｃ）の酸化を容易にすることができる。
【００２２】
本発明の方法の好ましい実施形態では、Ｒはメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル又はｔｅｒｔ−ブチルである。さらに別の好ましい実施形態では、Ｒはフェニル又はベンジルである。本発明のさらに別の好ましい実施形態では、Ｒは１以上のヒドロキシル基又はカルボキシル基で置換されており、好ましくはＣＨ２−ＣＯＯＨ、ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＯＯＨ、ＣＨ２−(ＣＨ２)２−ＣＯＯＨ、ＣＨ２−(ＣＨ２)３−ＣＯＯＨ又はＣＨＯＨ−(ＣＨＯＨ)２−ＣＨ２ＯＨである。最も好ましい実施形態では、Ｒはメチルである。
【００２３】
さらに別の好ましい実施形態では、本発明の方法は１３Ｃ１−α−ケト酸又はそのエステル（即ち、Ｃ１原子（カルボキシル原子）の位置で１３Ｃ−濃縮されたα−ケト酸又はそのエステル）を製造するために使用される。本発明の方法で製造されるα−ケト酸又はそのエステルの１３Ｃ−濃縮度は、好ましくは７５％以上、さらに好ましくは８０％以上、特に好ましくは９０％以上であり、９０％を超える同位体濃縮度が最も好ましい。理想的には、濃縮度は１００％である。
【００２４】
本発明の方法に従って製造できる好ましいα−ケト酸又はそのエステル（１３Ｃ１−濃縮又は非濃縮のいずれであれ）は、フェニルグリオキシル酸又はそのエステル、フェニルピルビン酸又はそのエステル、２−オキソプロパン酸（即ち、ピルビン酸）又はそのエステル、２−オキソブタン酸（即ち、α−ケト酪酸）又はそのエステル、２−オキソペンタン酸（即ち、α−ケト吉草酸）又はそのエステル、２−オキソ−３−メチルブタン酸（即ち、α−ケトイソ吉草酸）又はそのエステル、２−オキソヘキサン酸（即ち、α−ケトカプロン酸）又はそのエステル、２−オキソ−４−メチルペンタン酸（即ち、α−ケトイソカプロン酸）又はそのエステル、２−オキソブタン二酸（即ち、α−ケトコハク酸）又はそのエステル、２−オキソペンタン二酸（即ち、α−ケトグルタル酸）又はそのエステル、２−オキソヘキサン二酸（即ち、α−ケトアジピン酸）又はそのエステル、及び２−オキソヘプタン二酸（即ち、α−ケトピメリン酸）又はそのエステルである。本発明の方法に従って製造できる別の好ましいα−ケト酸又はそのエステルは、２−オキソ−３，４，５，６−テトラヒドロキシヘキサン酸（即ち、α−ケトグルコン酸）又はそのエステルである。
【００２５】
最も好ましい実施形態では、本発明の方法はピルビン酸又はそのエステルを製造するために使用される。さらに好ましい実施形態では、本発明の方法は１３Ｃ１−ピルビン酸又はそのエステルを製造するために使用される。
【００２６】
本発明の方法によってα−ケト酸エステルが製造される場合、エステルは任意の種類の有機エステルであり得る。好ましいエステルはメチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステル、ｔｅｒｔ−ブチルエステル及びベンゼンエステルであり、最も好ましいエステルはメチルエステルである。
【００２７】
本発明の方法によって得られるα−ケト酸又はそのエステルは、さらに誘導体に変換することができ、例えば当技術分野で公知の方法によってα−ケトアミド又はα−ケト酸の塩に転化させることができる。好ましくは、本方法はピルビン酸、好ましくは１３Ｃ１−ピルビン酸を製造するために使用され、得られた１３Ｃ１−ピルビン酸は塩（即ち、１３Ｃ１−ピルビン酸塩）に転化される。これは、好ましくは、本発明の方法の段階ｃ）で塩（即ち、１３Ｃ１−ピルビン酸塩）が得られる処理手順を使用することによって行われる。
【００２８】
好ましい塩は、国際特許出願第ＰＣＴ／ＮＯ０７／００１０９号に詳述されているように、ＮＨ４＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋、Ｃｓ＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋及びＢａ２＋、好ましくはＮＨ４＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋及びＣｓ＋、さらに好ましくはＫ＋、Ｒｂ＋及びＣｓ＋、最も好ましくはＣｓ＋からなる群からの無機陽イオンを含む１３Ｃ１−ピルビン酸塩である。かかる塩は、好ましくはＤＮＰ法による過分極１３Ｃ１−ピルビン酸塩の製造のために使用される。上述の塩は、好ましくは、本発明の方法の段階ｃ）でこれらの塩が得られる処理手順を使用することによって得られる。
【００２９】
さらに他の好ましい塩は、国際特許出願第ＰＣＴ／ＮＯ０６／００４８１号に詳述されているように、有機アミン又はアミノ化合物の１３Ｃ１−ピルビン酸塩、好ましくはＴＲＩＳ−１３Ｃ１−ピルベート又はメグルミン−１３Ｃ１−ピルベートである。この場合にも、かかる塩は好ましくはＤＮＰ法による過分極１３Ｃ１−ピルビン酸塩の製造のために使用される。上述の塩は、好ましくは、本発明の方法に従って１３Ｃ−ピルビン酸を製造し、１３Ｃ−ピルビン酸を上述の塩に転化させることで得られる。
【００３０】
本発明の方法の段階ａ）では、下記の式（ＩＩＩ）の化合物のカルボキシル化によって下記の式（ＩＩ）の化合物が得られる。
【００３１】
【化４】
式中、Ｒは１以上のヒドロキシル基又はカルボキシル基で任意に置換された直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ６−アルキル基又はフェニル又はベンジルであり、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いは直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ３−アルキル基を表す。
【００３２】
【化５】
式中、Ｒ及びＲ′は上記に定義した通りであり、ＸはＣｌ、Ｂｒ又はＩである。
【００３３】
段階ａ）においてＲがヒドロキシル基又はカルボキシル基を含む式（ＩＩＩ）の化合物を使用する場合、その基は好ましくは、例えば当技術分野で公知の適当な保護基によって保護される。例えば、ヒドロキシル基は、遊離ヒドロキシル基とｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリルクロリド又はトリメチルシリルクロリドのような化合物との反応から導かれるシリルエーテルとして保護できる。カルボキシル基はオキサゾリン又はオルトエステルとして保護できる。前者は、遊離カルボキシル基又はその酸塩化物を２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールと反応させ、次いで塩化チオニルと反応させることで製造できる。後者は、酸塩化物を３−メチル−３−ヒドロキシメチルオキセタンと反応させ、次いで三フッ化ホウ素エチルエーテルと反応させることで合成できる。
【００３４】
式（ＩＩＩ）の化合物は市販の化合物であり、式（ＩＩＩ）の化合物をカルボキシル化して式（ＩＩ）の化合物を得るには、当技術分野で知られる幾つかの方法が使用できる。一実施形態では、ＣＯの接触挿入によって式（ＩＩ）の化合物が得られる。ＣＯの接触挿入は以下のようにして実施できる。即ち、式（ＩＩＩ）の化合物、好ましくはＸがＢｒ又はＩである式（ＩＩＩ）の化合物を適当な溶媒に溶解し、適当な溶媒中の水酸化ナトリウム及び触媒（例えば、シアン化ニッケル及びセチルトリメチルアンモニウムブロミド）の溶液にＣＯ雰囲気下で少しずつ添加する。かかる方法は、例えば、Ｈ．Ａｌｐｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．３０（２０），１９８９，２６１５−２６１６に記載されている。粗反応生成物は、本発明に係る方法の段階ｂ）又はｃ）前に精製してもよいし、或いは精製しなくてもよい。粗反応生成物を精製する場合、粗反応生成物を蒸留又は結晶化するのが好ましい。１３Ｃ１−濃縮された式（ＩＩ）の化合物（本発明の方法が１３Ｃ１−濃縮α−ケト酸又はそのエステルを製造するために使用される場合、かかる式（ＩＩ）の１３Ｃ１−濃縮化合物が必要である。）を得るには、市販の化合物である１３ＣＯを上述の手順で使用する。
【００３５】
さらに好ましい実施形態では、式（ＩＩＩ）の化合物をリチウム化し、次いでＣＯ２と反応させることでカルボキシル化が実施される。簡単に述べれば、式（ＩＩＩ）の化合物、好ましくはＸがＢｒ又はＩである式（ＩＩＩ）の化合物をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）のような非プロトン性極性溶媒に溶解し、０℃未満の温度に冷却する。適当な溶媒中の有機リチウム試薬（例えば、ｔ−ＢｕＬｉ）を添加し、混合物を撹拌して式（ＩＩＩ）の化合物のリチオ誘導体（例えば、ＸがＬｉである式（ＩＩＩ）の化合物）を生成する。かかる方法は、例えば、Ｃ．Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．２００５，７０，５１５０−５１５６又はＤ．Ｊｅｆｆｅｒｙ ｅｔ ａｌ．，Ｏｒｇ．Ｌｅｔｔ．７（８），２００５，１５８１−１５８４に記載されている。次いで、反応混合物をＣＯ２と反応させ、例えばジクロロメタンのような適当な有機溶媒での抽出又は蒸留によってカルボキシル官能基を解放すれば式（ＩＩ）の化合物が得られる。粗反応生成物は、本発明に係る方法の段階ｂ）又はｃ）前に精製してもよいし、或いは精製しなくてもよい。粗反応生成物を精製する場合、粗反応生成物を蒸留又は結晶化するのが好ましい。１３Ｃ１−濃縮された式（ＩＩ）の化合物を得るには、市販の化合物である１３ＣＯ２を上述の手順で使用する。反応には任意の種類のＣＯ２が使用できる。反応を小規模で実施する場合、固体ＣＯ２を使用できる。しかし、大規模反応及び１３ＣＯ２を使用する反応のには、気体ＣＯ２又は超臨界ＣＯ２を使用するのが好ましい。これは、特に連続プロセスにおいて、使用されなかったＣＯ２を再循環させることが可能だからである。
【００３６】
最も好ましい実施形態では、カルボキシル化はグリニャール反応によって実施される。簡単に述べれば、ＴＨＦのような適当な溶媒中で式（ＩＩＩ）の化合物（好ましくはＸがＢｒである式（ＩＩＩ）の化合物）及びマグネシウムからグリニャール試薬を生成し、次いでグリニャール試薬をＣＯ２と反応させる。先行する段階に記載したようにしてカルボキシル官能基を解放すれば、式（ＩＩ）の化合物が得られる。同様の反応は、例えば、Ｍ．Ｍａｔａｒｅｓｓｅ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｓｏｔｏｐｅｓ ５７，２００２，６７５−６７９に記載されている。粗反応生成物は、本発明に係る方法の段階ｂ）又はｃ）前に精製してもよいし、或いは精製しなくてもよい。粗反応生成物を精製する場合、粗反応生成物を蒸留又は結晶化するのが好ましい。１３Ｃ１−濃縮された式（ＩＩ）の化合物を得るには、市販の化合物である１３ＣＯを上述の手順で使用する。反応には任意の種類のＣＯ２が使用できる。反応を小規模で実施する場合、固体ＣＯ２を使用できる。しかし、大規模反応及び１３ＣＯ２を使用する反応には、気体ＣＯ２又は超臨界ＣＯ２を使用するのが好ましい。これは、特に連続プロセスにおいて、使用されなかったＣＯ２を再循環させることが可能だからである。
【００３７】
前の段落に記載した反応の好ましい実施形態では、反応はマイクロ反応器、例えばマイクロチャネル反応系型のマイクロ反応器で実施される。かかるマイクロ反応器では、マイクロチャネルがグリニャール試薬の薄膜で被覆されているか、或いはグリニャール試薬を吸着するための適当な不活性材料を充填したカラム内にグリニャール試薬が固定化されている。好ましくは、マイクロ反応器をアルゴン又は窒素のような不活性ガスでフラッシュした後、二酸化炭素ガスでフラッシュする。この方法によれば、過剰の二酸化炭素を下流で回収して再使用することができ、これは１３ＣＯ２を使用する場合に特に重要であることはもちろんである。例えば（有機溶媒添加又は不添加の）塩基性水溶液で反応器をフラッシュすることにより、カルボキシル官能基を解放し、式（ＩＩ）の化合物をマイクロ反応器から回収することができる。別法として、反応器をアルコール（例えばエタノール）でフラッシュすることにより、式（ＩＩ）の化合物のエステルを得ることができる。
【００３８】
別の好ましい実施形態では、上述の反応が連続マイクロ反応器システム内で実施される。この場合には、連続マイクロ反応器システム内でグリニャール試薬の溶液をＣＯ２の流れと混合する。例えばプロセス・アナリティカル・ツール（ＰＡＴ）のようなモニタリング技法及びツールを使用すれば、例えばＣＯ２の流れを調整して反応体の消費量を一致させ、かくして反応体の可能な限り効率的な使用を確実にすることにより、反応器の末端で定常状態を得ることができる。
【００３９】
本発明の方法の段階ｂ）では、段階ａ）から得られた式（ＩＩ）の化合物を任意にはエステルに転化させる。カルボン酸からエステルへの転化（いわゆるエステル化）は、プロトンの存在下でカルボン酸をアルコールと反応させる、当技術分野で公知の方法である。粗反応生成物を段階ｃ）で使用することができる。好ましい実施形態では、式（ＩＩ）の化合物をメタノールと反応させることで式（ＩＩ）の化合物のメチルエステルが製造される。
【００４０】
本発明の方法の段階ｃ）では、式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルを酸化することによって式（Ｉ）のα−ケト酸又はそのエステルが得られる。式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルの酸化には、当技術分野で知られる幾つかの方法が適している。
【００４１】
好適には、エステルの形態の式（ＩＩ）の化合物はクロム触媒の存在下で過酸化水素を用いて酸化することができる。簡単に述べれば、ＣｒＯ３、トリメチルアミン、過酸化水素、及びエステルの形態の式（ＩＩ）の化合物をアセトニトリルに添加して加熱することによって、式（Ｉ）のα−ケト酸エステルが得られる。かかる方法は、例えば、Ｍ．Ｉｎｏｕｅ ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ １９８９，９９−１００に記載されている。
【００４２】
別法として、エステルの形態の式（ＩＩ）の化合物は分子状酸素及びルテニウム触媒を用いて酸化することができる。簡単に述べれば、ＲｕＯ２、アセトン、ピロメリト酸及びアセトアルデヒドの混合物に酸素を吹き込み、エステルの形態の式（ＩＩ）の化合物のアセトン溶液を添加する。混合物を酸素雰囲気下で撹拌し、炭酸ナトリウムで奪活することによって、式（Ｉ）のα−ケト酸が得られる。かかる方法は、Ｋ．Ｋａｎｅｄａ ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．１９９０，１４６７−１４６８に記載されている。
【００４３】
好ましい実施形態では、式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルはオゾン分解によって酸化される。簡単に述べれば、オゾン分解は適当な溶媒（例えば、ジクロロメタン又はメタノール）中で中温乃至低温で実施される。さらに好ましい実施形態では、式（ＩＩ）の化合物がオゾン分解用の出発原料として使用される。オゾン分解は、例えば、Ｙ．Ｈｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ ６０（２００４），４８３７−４８６０、Ｔ．Ｃｈａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．６０，１９９５，４２２８−４２３２、又はＳ．Ｇ．ｖａｎ Ｏｒｎｕｍ ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００６，２９９０−３００１に記載されている。
【００４４】
オゾン分解反応は、グリニャール反応に関して本願原文９頁に記載したようなマイクロ反応器システム／連続マイクロ反応器システムで実施できる。
【００４５】
例えば段階ｃ）の酸化に際してカルボキシル基を保護しなければならないために段階ｃ）の反応生成物が式（Ｉ）のα−ケト酸のエステルであれば、当技術分野で公知の方法（例えば、酸触媒又は塩基触媒加水分解）によって式（Ｉ）の遊離α−ケト酸を得ることができる。
【００４６】
式（Ｉ）中のＲが以前の反応段階で保護されたヒドロキシル基及び／又はカルボキシル基を含む場合、これらの保護基は段階ｃ）後又は任意の段階ｄ）後に除去される。簡単に述べれば、シリルエーテルとして保護されたヒドロキシル基は、テトラブチルアンモニウムフルオリド又はフッ化水素のようなフッ化物試薬との反応で解放できる。オキサゾリン又はオルトエステルとして保護されたカルボキシル基は、塩化水素のような酸との反応で解放できる。
【００４７】
好ましい実施形態では、本発明は、ピルビン酸又はそのエステルを製造するための方法であって、
ａ）下記の式（ＩＩＩ）の化合物のカルボキシル化によって下記の式（ＩＩ）の化合物を得る段階、
ｂ）任意には式（ＩＩ）の化合物をエステルに転化させる段階、
ｃ）式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルを酸化してピルビン酸又はそのエステルを得る段階、及び
ｄ）段階ｃ）でピルビン酸のエステルが得られる場合、任意には該エステルをピルビン酸に転化させる段階
を含んでなる方法を提供する。
【００４８】
【化６】
式中、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いは直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ３−アルキル基を表す。
【００４９】
【化７】
式中、Ｒ′は上記に定義した通りであり、ＸはＣｌ、Ｂｒ及びＩから選択される。
【００５０】
好ましい実施形態では、Ｒ′は同一のものであってＨを表す。別の好ましい実施形態では、Ｒ′は異なるものであってＨ及びメチルを表す。
【００５１】
さらに好ましい実施形態では、段階ａ）の式（ＩＩ）の化合物は、有機リチウム試薬（好ましくはｎ−ＢｕＬｉ、ｔ−ＢｕＬｉ又はｓｅｃ−ＢｕＬｉ／ＴＭＥＤＡのような有機リチウム試薬）を用いて式（ＩＩＩ）の化合物をリチウム化することによって得られる。リチウム化反応は、適当な溶媒（例えば、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）のような非プロトン性極性溶媒）中で低温（例えば、−４０℃以下の温度）で実施される。次いで、リチウム化反応の生成物をＣＯ２と反応させ、例えばジクロロメタンのような適当な有機溶媒での抽出又は蒸留によってカルボキシル官能基を解放すれば式（ＩＩ）の化合物が得られる。反応には任意の種類のＣＯ２（即ち、固体ＣＯ２、気体ＣＯ２又は超臨界ＣＯ２）が使用できる。粗反応生成物は、本発明に係る方法の段階ｂ）又はｃ）前に精製してもよいし、或いは精製しなくてもよい。粗反応生成物を精製する場合、粗反応生成物を蒸留するのが好ましい。
【００５２】
かかる反応は下記の反応スキーム１に示される。
【００５３】
【化８】
最も好ましい実施形態では、段階ａ）の式（ＩＩ）の化合物は、式（ＩＩＩ）の化合物（好ましくはＸがＢｒである式（ＩＩＩ）の化合物）をマグネシウムと反応させてグリニャール試薬を形成することによって得られる。かかる反応は、好適にはＴＨＦのような極性非プロトン性溶媒中で室温以上の温度で実施される。次いでグリニャール試薬をＣＯ２と反応させ、例えばジクロロメタンのような適当な有機溶媒での抽出又は蒸留によってカルボキシル官能基を解放すれば、式（ＩＩ）の化合物が得られる。この場合にも、反応には任意の種類のＣＯ２が使用できる。粗反応生成物は、本発明に係る方法の段階ｂ）又はｃ）前に精製してもよいし、或いは精製しなくてもよい。粗反応生成物を精製する場合、粗反応生成物を蒸留するのが好ましい。
【００５４】
かかる反応は下記の反応スキーム２に示される。
【００５５】
【化９】
段階ｂ）における式（ＩＩ）の化合物からエステルへの転化は、段階ｃ）のために選択される酸化方法に応じ、実施しても実施しなくてもよい。好ましい実施形態では、酸化方法はオゾン分解であり、ピルビン酸自体が所望の反応生成物であれば、段階ｂ）における式（ＩＩ）の化合物からエステルへの転化は実施しないことが好ましい。
【００５６】
上述の方法がピルビン酸のエステルを製造するために使用される場合、段階ｂ）における式（ＩＩ）の化合物からエステルへの転化は、当技術分野で公知の方法によって実施するのが好都合である。好ましくは、メチルエステルは式（ＩＩ）の化合物をメタノールと反応させることで製造され、粗エステルはそれ以上精製せずに上述の方法の段階ｃ）で使用される。
【００５７】
上記方法の好ましい実施形態では、式（ＩＩ）の化合物又は（段階ｂ）を実施した場合には）そのエステルをオゾン分解により酸化してピルビン酸又はそのエステルにする。好ましくは、オゾン分解は溶媒としてのジクロロメタン、メタノール又はこれらの混合物中で中温乃至低温（即ち、室温乃至約０℃以下の温度（例えば−７８℃））で実施される。反応の完了は、過剰の遊離オゾンによって反応混合物が青色になることで示される。過剰オゾンは、反応混合物中に例えば窒素ガス又は酸素ガスの流れを通すことで除去できる。反応の経過中には（不安定な）オゾノイドが生成する。反応が中温で実施されれば、オゾノイドは反応して所望のピルビン酸又はそのエステルになる。低温では、オゾノイドを所望の反応生成物に転化させるために酸化剤又は還元剤が必要となる。酸化剤は当技術分野で公知であり、好適な酸化剤の例はペルオキシ酸、酸化銀、クロム酸、酸素、過マンガン酸塩又は過酸化水素である。還元剤は当技術分野で公知であり、好適な還元剤の例は亜鉛酢酸、亜硫酸イオン、重亜硫酸イオン、ヨウ化物、ジメチルスルフィド又はチオ尿素である。
【００５８】
一実施形態では、溶媒を蒸発させ、粗反応生成物を好ましくは蒸留によって精製するのが好ましい。別の実施形態では、溶媒を蒸発させ、粗反応生成物を結晶化によって精製する。これを行うには、溶媒を蒸発させ、水及び塩基を添加してピルビン酸を塩（即ち、ピルビン酸塩）に転化させればよい。次いで、混合物を放置して結晶化する。好ましい実施形態では、塩基は無機ナトリウム塩基、好ましくはＮａＯＨである。
【００５９】
遊離ピルビン酸ではなく塩を得ることは、貯蔵寿命／安定性に関して有利である。ピルビン酸は非常に安定な化合物ではないが、ピルビン酸をその塩（例えば、ピルビン酸ナトリウム）の形態で貯蔵することでこの問題を解消できる。別法として、結晶化によって得られたピルビン酸塩を以後の段階で遊離ピルビン酸に転化させることができ、かかる転化の方法は当技術分野で公知である。
【００６０】
オゾン分解反応は下記の反応スキーム３に示される。
【００６１】
【化１０】
段階ｃ）でピルビン酸の塩が得られる場合、任意には当技術分野で公知の方法（例えば、酸触媒又は塩基触媒加水分解）によってエステルをピルビン酸に転化させることができる。
【００６２】
さらに好ましい実施形態では、本発明は、１３Ｃ１−ピルビン酸又はそのエステルを製造するための方法であって、
ａ）下記の式（ＩＩＩ）の化合物のカルボキシル化によって下記の式（ＩＩ）の化合物を得る段階、
ｂ）任意には式（ＩＩ）の化合物をエステルに転化させる段階、
ｃ）式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルを酸化して１３Ｃ１−ピルビン酸又はそのエステルを得る段階、及び
ｄ）段階ｃ）で１３Ｃ１−ピルビン酸のエステルが得られる場合、任意には該エステルを１３Ｃ１−ピルビン酸に転化させる段階
を含んでなる方法を提供する。
【００６３】
【化１１】
式中、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いは直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ３−アルキル基を表す。
【００６４】
【化１２】
式中、Ｒ′は上記に定義した通りであり、ＸはＣｌ、Ｂｒ及びＩから選択される。
【００６５】
好ましい実施形態では、Ｒ′は同一のものであってＨを表す。別の好ましい実施形態では、Ｒ′は異なるものであってＨ及びメチルを表す。
【００６６】
１３Ｃ１−ピルビン酸又はそのエステルを製造するための本発明の方法は、ピルビン酸又はそのエステルを製造するための本発明の方法に関して記載したようにして実施される。ただし、反応段階ａ）においてＣＯ２の代わりに１３ＣＯ２が使用される。さらに、段階ａ）の粗反応生成物を蒸留によって精製しかつ段階ｃ）又はｄ）の最終反応生成物を蒸留によって精製することが好ましい。別の実施形態では、段階ｃ）又はｄ）の最終反応生成物は、ピルビン酸を塩（即ち、ピルビン酸塩）に転化させることにより、上述の結晶化で精製される。
【００６７】
好ましい実施形態では、本発明の方法は１３Ｃ１−ピルビン酸を製造するために使用される。即ち、段階ｄ）は実施されず、段階ｃ）の反応生成物が蒸留によって精製される。
【００６８】
別の好ましい実施形態では、本発明は１３Ｃ１−ピルビン酸塩、さらに好ましくは１３Ｃ１−ピルビン酸ナトリウムを製造するために使用される。即ち、段階ｄ）は実施されず、段階ｃ）の反応生成物が上述の結晶化で精製される。
【００６９】
本発明を実施例によってさらに例示する。
【実施例】
【００７０】
実施例１ａ：２−ブロモプロペン（式（ＩＩＩ）の化合物）から開始するグリニャール反応によるメタクリル酸（式（ＩＩ）の化合物）の合成
テトラヒドロフラン（ＴＨＦ、１００ｍｌ）に溶解した２−ブロモプロペン（２４．２０ｇ、２００ｍｍｏｌ）を、ＴＨＦ（１００ｍｌ）中の削り状マグネシウム（４．３８ｇ、１８０ｍｍｏｌ）の撹拌懸濁液に窒素雰囲気下で滴下した。２−ブロモプロペンは、反応混合物を穏やかに沸騰させる速度で添加した。グリニャール試薬の完全な生成が達成された後、混合物を室温で３０分間撹拌し、次いで−７０℃に冷却した。反応混合物を激しい撹拌（渦動）下で二酸化炭素雰囲気（１バール）に暴露した。反応物を室温に達するまで放置し、次いで飽和塩化アンモニウム水溶液（１００ｍｌ）の添加で停止させた。ＴＨＦ及び過剰の２−ブロモプロペンを真空中で３０℃で除去し、水性相をＨＣｌ水溶液（３Ｍ、５０ｍｌ）の添加で酸性化した後、ジクロロメタン（３×５０ｍｌ）で抽出した。合わせた有機抽出液を硫酸マグネシウム上で乾燥し、蒸発させることで標記化合物を無色又はわずかに黄色の油として得た。収量：１３．５０ｇ（８７％）、純度：９９％。
【００７１】
実施例１ｂ：２−ブロモプロペン（式（ＩＩＩ）の化合物）から開始するＣＯの接触挿入によるメタクリル酸（式（ＩＩ）の化合物）の合成
トルエン（２０ｍｌ）中のテトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０．２９ｇ、０．２５ｍｍｏｌ）、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド（０．３６ｇ、１．０ｍｍｏｌ）及び２−ブロモプロペン（１．１６ｇ、１０ｍｍｏｌ）の混合物に、ＮａＯＨ水溶液（５Ｍ、２０ｍｌ、１００ｍｍｏｌ）を添加した。混合物を一酸化炭素雰囲気（１バール）に暴露し、９５℃で２時間加熱した。相を分離し、有機相をＮａＯＨ水溶液（１Ｍ、２×２０ｍｌ）で抽出した。水性相をジクロロメタン（５０ｍｌ）で洗浄した。ＨＣｌ水溶液（３Ｍ）を用いて水性相を酸性化し、ジクロロメタン（３×５０ｍｌ）で抽出した。合わせた有機抽出液を硫酸マグネシウム上で乾燥し、真空中で３０℃で蒸発させることで生成物を無色又はわずかに黄色の油として得た。収量：０．５２ｇ（６０％）。
【００７２】
実施例２：メタクリル酸（式（ＩＩ）の化合物）のオゾン分解によるピルビン酸（式（Ｉ）の化合物）の合成
実施例１ａ又は実施例１ｂで得られたメタクリル酸（８．６１ｇ、１００ｍｍｏｌ）をジクロロメタン／メタノール（１：１ ｖ／ｖ、５０ｍｌ）に溶解した溶液を−７８℃に冷却した。オゾンの流れを溶液中に通し、溶液が青色に変わるまで行った。ジメチルスルフィド（１２．４１ｇ、２００ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を室温に達するまで放置した。反応混合物を真空中で蒸発させ、残留物を蒸留した。生成物を無色の油として単離した。収量：７．９５ｇ（９０％）。
【００７３】
実施例３：メタクリル酸（式（ＩＩ）の化合物）のオゾン分解によるピルビン酸（式（Ｉ）の化合物）の合成
実施例１ａ又は実施例１ｂで得られたメタクリル酸（４．６８ｇ、５４ｍｍｏｌ）をジクロロメタン／メタノール（５％メタノール、５０ｍｌ）に溶解した溶液を−７８℃に冷却し、オゾンの流れをそれに通し、溶液が青色に変わるまで行った。ジメチルスルフィド（１２．４１ｇ、２００ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を室温に達するまで放置した。窒素の流れを反応混合物中に通すことで過剰のジメチルスルフィドを除去した。反応混合物を真空中で３０℃で蒸発させ、残留物を蒸留した。生成物を無色の油として単離した。収量：４．４０ｇ（９８％）。純度：９７％。
【００７４】
実施例４：メタクリル酸（式（ＩＩ）の化合物）のオゾン分解によるピルビン酸塩（式（ＩＩ）の化合物の塩）の合成
実施例１ａ又は実施例１ｂで得られたメタクリル酸（１５．３１ｇ、１７８ｍｍｏｌ）をジクロロメタン／メタノール（５％メタノール、５０ｍｌ）に溶解した溶液を−７８℃に冷却し、オゾンの流れをそれに通し、溶液が青色に変わるまで行った。ジメチルスルフィド（１２．４１ｇ、２００ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を室温に達するまで放置した。窒素の流れを反応混合物中に通すことで過剰のジメチルスルフィドを除去した。反応混合物を真空中で３０℃で蒸発させた。残留物に水（１００ｍｌ）を添加し、次いでＮａＯＨ水溶液（１Ｍ、１７８ｍｌ）をゆっくりと添加した。混合物を濃縮し、４℃で放置して結晶化させた。得られた白色の結晶性物質を濾過し、アセトン（３×１００ｍｌ）で洗浄した。収量：１４．５０ｇ（９２％）。純度：９５％。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の式（Ｉ）のα−ケト酸又はそのエステルの製造方法であって、
ａ）下記の式（ＩＩＩ）の化合物のカルボキシル化によって下記の式（ＩＩ）の化合物を得る段階、
ｂ）任意には式（ＩＩ）の化合物をエステルに転化させる段階、
ｃ）式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルを酸化して式（Ｉ）のα−ケト酸又はそのエステルを得る段階、及び
ｄ）段階ｃ）で式（Ｉ）のα−ケト酸のエステルが得られる場合には、任意には該エステルをα−ケト酸に転化させる段階
を含んでなる方法。
【化１】
式中、Ｒは１以上のヒドロキシル基又はカルボキシル基で任意に置換された直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ６−アルキル基又はフェニル又はベンジルである。
【化２】
式中、Ｒは上記に定義した通りであり、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いは直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ３−アルキル基を表す。
【化３】
式中、Ｒ及びＲ′は上記に定義した通りであり、ＸはＣｌ、Ｂｒ又はＩである。
【請求項２】
Ｒ′が同一のものであってＨを表すか、或いはＲ′が異なるものであってＨ及びメチルを表す、請求項１記載の方法。
【請求項３】
Ｒがメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、フェニル、ベンジル、ＣＨ２−ＣＯＯＨ、ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＯＯＨ、ＣＨ２−(ＣＨ２)２−ＣＯＯＨ、ＣＨ２−(ＣＨ２)３−ＣＯＯＨ又はＣＨＯＨ−(ＣＨＯＨ)２−ＣＨ２ＯＨである、請求項１又は請求項２記載の方法。
【請求項４】
段階ａ）のカルボキシル化が、有機リチウム試薬で式（ＩＩＩ）の化合物をリチウム化し、次いでＣＯ２と反応させることで実施される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
段階ａ）のカルボキシル化が、式（ＩＩＩ）の化合物及びマグネシウムからグリニャール試薬を生成し、次いでグリニャール試薬をＣＯ２と反応させることで実施される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
段階ｃ）の酸化がオゾン分解で実施される、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
ピルビン酸又はそのエステルを製造するための請求項１記載の方法であって、
ａ）下記の式（ＩＩＩ）の化合物のカルボキシル化によって下記の式（ＩＩ）の化合物を得る段階、
ｂ）任意には式（ＩＩ）の化合物をエステルに転化させる段階、
ｃ）式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルを酸化してピルビン酸又はそのエステルを得る段階、及び
ｄ）段階ｃ）でピルビン酸のエステルが得られる場合、任意には該エステルをピルビン酸に転化させる段階
を含んでなる方法。
【化４】
式中、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いは直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ３−アルキル基を表す。
【化５】
式中、Ｒ′は上記に定義した通りであり、ＸはＣｌ、Ｂｒ及びＩから選択される。
【請求項８】
段階ａ）のカルボキシル化が、有機リチウム試薬で式（ＩＩＩ）の化合物をリチウム化し、次いでＣＯ２と反応させることで実施される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
段階ａ）のカルボキシル化が、式（ＩＩＩ）の化合物及びマグネシウムからグリニャール試薬を生成し、次いでグリニャール試薬をＣＯ２と反応させることで実施される、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
段階ｃ）の酸化がオゾン分解で実施される、請求項７乃至請求項９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
当該方法で製造される式（Ｉ）のα−ケト酸又はそのエステルが１３Ｃ１−α−ケト酸又はそのエステルである、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
当該方法で製造されるピルビン酸又はそのエステルが１３Ｃ１−ピルビン酸又はそのエステルである、請求項７乃至請求項１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
段階ａ）のカルボキシル化が、有機リチウム試薬で式（ＩＩＩ）の化合物をリチウム化し、次いで１３ＣＯ２と反応させることで実施される、請求項１０又は請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
段階ａ）のカルボキシル化が、式（ＩＩＩ）の化合物及びマグネシウムからグリニャール試薬を生成し、次いでグリニャール試薬を１３ＣＯ２と反応させることで実施される、請求項１０又は請求項１１記載の方法。
【請求項１】
下記の式（Ｉ）のα−ケト酸又はそのエステルの製造方法であって、
ａ）下記の式（ＩＩＩ）の化合物のカルボキシル化によって下記の式（ＩＩ）の化合物を得る段階、
ｂ）任意には式（ＩＩ）の化合物をエステルに転化させる段階、
ｃ）式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルを酸化して式（Ｉ）のα−ケト酸又はそのエステルを得る段階、及び
ｄ）段階ｃ）で式（Ｉ）のα−ケト酸のエステルが得られる場合には、任意には該エステルをα−ケト酸に転化させる段階
を含んでなる方法。
【化１】
式中、Ｒは１以上のヒドロキシル基又はカルボキシル基で任意に置換された直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ６−アルキル基又はフェニル又はベンジルである。
【化２】
式中、Ｒは上記に定義した通りであり、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いは直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ３−アルキル基を表す。
【化３】
式中、Ｒ及びＲ′は上記に定義した通りであり、ＸはＣｌ、Ｂｒ又はＩである。
【請求項２】
Ｒ′が同一のものであってＨを表すか、或いはＲ′が異なるものであってＨ及びメチルを表す、請求項１記載の方法。
【請求項３】
Ｒがメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、フェニル、ベンジル、ＣＨ２−ＣＯＯＨ、ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＯＯＨ、ＣＨ２−(ＣＨ２)２−ＣＯＯＨ、ＣＨ２−(ＣＨ２)３−ＣＯＯＨ又はＣＨＯＨ−(ＣＨＯＨ)２−ＣＨ２ＯＨである、請求項１又は請求項２記載の方法。
【請求項４】
段階ａ）のカルボキシル化が、有機リチウム試薬で式（ＩＩＩ）の化合物をリチウム化し、次いでＣＯ２と反応させることで実施される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
段階ａ）のカルボキシル化が、式（ＩＩＩ）の化合物及びマグネシウムからグリニャール試薬を生成し、次いでグリニャール試薬をＣＯ２と反応させることで実施される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
段階ｃ）の酸化がオゾン分解で実施される、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
ピルビン酸又はそのエステルを製造するための請求項１記載の方法であって、
ａ）下記の式（ＩＩＩ）の化合物のカルボキシル化によって下記の式（ＩＩ）の化合物を得る段階、
ｂ）任意には式（ＩＩ）の化合物をエステルに転化させる段階、
ｃ）式（ＩＩ）の化合物又はそのエステルを酸化してピルビン酸又はそのエステルを得る段階、及び
ｄ）段階ｃ）でピルビン酸のエステルが得られる場合、任意には該エステルをピルビン酸に転化させる段階
を含んでなる方法。
【化４】
式中、Ｒ′は同一又は異なるものであって、Ｈ或いは直鎖又は枝分れＣ１〜Ｃ３−アルキル基を表す。
【化５】
式中、Ｒ′は上記に定義した通りであり、ＸはＣｌ、Ｂｒ及びＩから選択される。
【請求項８】
段階ａ）のカルボキシル化が、有機リチウム試薬で式（ＩＩＩ）の化合物をリチウム化し、次いでＣＯ２と反応させることで実施される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
段階ａ）のカルボキシル化が、式（ＩＩＩ）の化合物及びマグネシウムからグリニャール試薬を生成し、次いでグリニャール試薬をＣＯ２と反応させることで実施される、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
段階ｃ）の酸化がオゾン分解で実施される、請求項７乃至請求項９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
当該方法で製造される式（Ｉ）のα−ケト酸又はそのエステルが１３Ｃ１−α−ケト酸又はそのエステルである、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
当該方法で製造されるピルビン酸又はそのエステルが１３Ｃ１−ピルビン酸又はそのエステルである、請求項７乃至請求項１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
段階ａ）のカルボキシル化が、有機リチウム試薬で式（ＩＩＩ）の化合物をリチウム化し、次いで１３ＣＯ２と反応させることで実施される、請求項１０又は請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
段階ａ）のカルボキシル化が、式（ＩＩＩ）の化合物及びマグネシウムからグリニャール試薬を生成し、次いでグリニャール試薬を１３ＣＯ２と反応させることで実施される、請求項１０又は請求項１１記載の方法。
【図１】
【公表番号】特表２０１０−５０６９０９（Ｐ２０１０−５０６９０９Ａ）
【公表日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３３２６８（Ｐ２００９−５３３２６８）
【出願日】平成１９年１０月１６日（２００７．１０．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＯ２００７／０００３６０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４８１０６
【国際公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（３９６０１９３８７）ジーイー・ヘルスケア・アクスイェ・セルスカプ (82)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１６日（２００７．１０．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＯ２００７／０００３６０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４８１０６
【国際公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（３９６０１９３８７）ジーイー・ヘルスケア・アクスイェ・セルスカプ (82)
【Ｆターム（参考）】
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