CH501653A - Verfahren zur Herstellung von N-Carboxyasparaginsäureanhydrid - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung von   N-Carboxyasparaginsäureanhydrid   
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von N-Carboxyasparaginsäureanhydrid, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man Asparaginsäure unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen bei einer Temperatur von 150C bis 300C in einem den Reaktionsteilnehmern gegenüber inerten, organischen Lösungsmittel mit Phosgen umsetzt, ein zweites wasserfreies Lösungsmittel, das mit dem ersteren mischbar ist und einen höheren Siedepunkt als dieses aufweist, zufügt, das erzielte Gemisch bei vermindertem Druck destilliert, bis im wesentlichen das erste Lösungsmittel entfernt ist, wobei eine Lösung von N-Carboxyasparaginsäureanhydrid im erwähnten zweiten Lösungsmittel erzeugt wird, und das   N-Carboxyasparaginsäureanhydrid    durch Zusatz einer Flüssigkeit,

   die mit dem zweiten Lösungsmittel mischbar ist und in der das N-Carboxyasparaginsäureanhydrid unlöslich ist, fällt.



   Das zweite Lösungsmittel ist normalerweise ein schlechteres Lösungsmittel für N-Carboxyasparaginsäureanhydrid und im allgemeinen weniger polar als das Reaktionslösungsmittel. Das Produkt wird durch Zusatz einer mischbaren Flüssigkeit, in welcher das Produkt unlöslich ist, aus dem zweiten Lösungsmittel gefällt. Beim bevorzugten Verfahren wird genügend mischbares flüssiges Fällungsmittel beigefügt, um das Gemisch leicht trübe zu machen. Das Gemisch wird dann in der Regel gerührt, bis sich gewisse Kristalle des Produktes bilden, worauf weiteres Fällungsmittel beigefügt wird. Die ursprünglichen Kristalle dienen als Wachstum- oder Impfkristalle und das erzielte Produkt weist einen besonders hohen Reinheitsgrad auf.

  Es ist ferner wünschenswert, das Endprodukt aus einer verhältnismässig verdünnten Lösung zu fällen, da aus einer solchen verdünnten Lösung ein reineres Produkt erzielt werden kann.



   Als Reaktionslösungsmittel und zweites Lösungsmittel kann irgendein Paar aus einer Anzahl Paaren von organischen Lösungsmitteln verwendet werden. Das Reaktionslösungsmittel ist der Umsetzung gegenüber inert und hat unter gewöhnlichen Bedingungen einen niedrigeren Siedepunkt und ein besseres Lösungsvermögen für die Reaktionsteilnehmer und die Produkte als das zweite Lösungsmittel. Zu den geeigneten Reaktionslösungsmitteln gehören bis zu 8 Kohlenstoffatomen aufweisende Äther, doch werden Äther mit einem niedrigen Molekulargewicht, wie z.B. Äthyläther und Propyläther, infolge ihres niedrigen Siedepunktes bevorzugt. Besonders zweckmässig sind cyclische Äther, wie z.B. Dioxan und Tetrahydrofuran. Nichtcyclische Äther, insbesondere diejenigen mit einem niedrigen Molekulargewicht, weisen oft Spuren von Alkoholen u. Peroxyden auf.

  Da diese Chemikalien unerwünschte Nebenreaktionen bewirken können, sollten sie entfernt werden, bevor die Lösungsmittel verwendet werden, um das Lösungsmittel der Reaktion gegenüber inert zu machen. Die bevorzugten zweiten Lösungsmittel sind bis zu 6 Kohlenstoffatomen aufweisende aliphatische Ester, da diese Produkte im allgemeinen einen höheren Siedepunkt als Äther haben und für die Reaktionsteilnehmer und Produkte im allgemeinen schlechtere Lösungsmittel als Äther sind, wobei sie die Eigenschaft aufweisen, dass sie mit Äthern mischbar sind. Zu den geeigneten Paaren von Reaktionslösungsmittel u. zweitem Lösungsmittel gehören zum Beispiel Tetrahydrofuran- Äthylacetat, Dioxan-n-Butylacetat, Äthyl äther-Äthylacetat und Propyläther-Propylacetat.



   Die Fällungsflüssigkeit ist mit dem zweiten Lösungsmittel mischbar und   N-Carboxyasparaginsäureanhydrid    sollte darin im wesentlichen unlöslich sein. Die bevorzugten Fällungsmittel sind flüssige Alkane, Cycloalkane und Gemische davon, die bis zu 10 Kohlenstoffatome aufweisen. Hexan, Cyclohexan, Octan, Isooctan, Nonan und Gemische dieser Stoffe, die eventuell andere Alkane oder Cycloalkane enthalten, sind typische Fällungsflüssigkeiten.



   Beim   erfindungsgemässen Verfahren    wird somitAsparaginsäure im Reaktionslösungsmittel bei etwa 150C bis etwa   300C,    vorzugsweise bei Raumtemperatur, d.h. 250C bis 300C im ausgewählten Reaktionslösungsmittel mit Phosgen umgesetzt. Um die beste Ausbeute zu erzielen, wird mit Vorteil mindestens eine äquimolare Menge Phosgen verwendet, doch wird es vorgezogen, überschüssiges Phosgen zu verwenden. Ein molarer   Überschuss    von bis zu 200% oder sogar mehr kann ohne negative Wir  kung verwendet werden.

  Am Schluss der Reaktionsperiode, deren Dauer je nach der Menge Reaktionsteilnehmer variiert, jedoch im allgemeinen etwa 10 bis etwa 120 Min. beträgt, wird das zweite Lösungsmittel beigefügt, und die kombinierten Lösungsmittel werden bei vermindertem Druck destilliert, bis das im wesentlichen ganze Reaktionslösungsmittel entfernt ist. Das Reaktionsprodukt kann dann als zum zweiten Lösungsmittel gesetzt betrachtet werden. Das Produkt wird dann durch Zuzatz der Fällungsflüssigkeit gefällt, doch wird die Lösung vorzugsweise durch Zusatz von weiterem zweitem Lösungsmittel vor der Fällung verdünnt.



   Die verwendeten Mengen Lösungsmittel und Fäl   lungsflüssigkeiten    variieren je nach deren Identität. Im allgemeinen ist die Menge an zweitem Lösungsmittel mindestens so gross wie das Volumen des Reaktionslösungsmittels und kann bis zu fünfmal grösser sein, obwohl die relativen Mengen Lösungsmittel sich von diesem Bereich merklich entfernen können. Liegt der Siedepunkt des zweiten Lösungsmittels beträchtlich über demjenigen des   Realitionslösungsmittels,    so können geringere Mengen des zweiten Lösungsmittels verwendet werden, da beträchtlich mehr Lösungsmittel mit dem   niedrigerrn    Siedepunkt beim Destillieren hinüber gelangt.



  Liegen die Siedepunkte der beiden Lösungsmittel verhältnismässig nahe   beisammen,    z.B. innerhalb von   5-10 ,    so wird eine grössere Menge an zweitem Lösungsmittel gebraucht. Das zweite Lösungsmittel kann auf einmal beigefügt werden, in welchem Fall das im wesentlichen gesamte Reaktionslösungsmittel in einem Destillationsvorgang entfernt wird. In einer Alternative kann es in zwei oder mehr Teilen beigefügt und das Reaktionslösungsmittel in zwei od. mehr Destillationsstufen entfernt werden. In keinem Fall sollte die Destillation fortgesetzt werden, bis die gesamte Menge oder der Grossteil an Lösungsmittel entfernt ist, da unter diesen Bedingungen des gewünschte Produkt sich gewöhnlich zur Bildung   gummiartiger    Produkte, die wahrscheinlich polymerer Natur sind, weiter umsetzt.



   Die verwendete Menge Fällungsflüssigkeit variiert je nach der Identität des zweiten Lösungsmittels, der jeweiligen Fällungsflüssigkeit und der Konzentration an Produkt im zweiten Lösungsmittel. Im allgemeinen wird es vorgezogen, das Produkt aus verdünnten Lösungen, die bis zu etwa 2   Gew.-%    an gelöstem Produkt enthalten, zu fällen, da man aus verdünnten Lösungen reinere Pro dukte erhält. Wenn erwünscht, können jedoch konzen triertere Lösungen verwendet werden.



   Die optimalen wirksamen Mengen Lösungsmittel und    Fällungsflüssigkeiten    für spezifische Lösungsmittelpaare und zur Fällung lassen sich durch Versuchsreaktionen leicht bestimmen. Zum Beispiel können variierende Men gen zweites Lösungsmittel bestimmten Mengen Reak tionslösungsmittel beigefügt und das Gemisch bei vermin dertem Druck destilliert werden, bis das Gemisch auf
Proben betreffend das   Reaktionslösungsmittel    nicht mehr reagiert. Dem zweiten Lösungsmittel, das N-Carboxy asparaginsäureanhydrid enthält, können variierende Men gen Fällungsflüssigkeit beigefügt und die Menge und
Qualität des gefällten Produktes geprüft werden, um die wirksamste Menge Fällungsmittel zu bestimmen.



   Die Lösungsmittel und Fällungsmittel sollten mög lichst wasserfrei sein, um die Möglichkeit eines Verlustes an Produkt druch Hydrolyse auf ein Minimum zu be schränken, und es kann eine der Reaktion gegenüber inerte Atmosphäre, z.B. Stickstoff, verwendet werden, um allfällige Nebenreaktionen auf ein Minimum zu beschränken.



   Infolge der Leichtigkeit, mit der sich Asparaginsäure in cyclische Anhydride, wie z.B. aminosubstituiertes Bernsteinsäureanhydrid, umwandelt, ist es höchst überraschend, dass das erfindungsgemässe Verfahren zu einem im wesentlichen reinen Produkt führt, wie dies aus Elementar- und Strukturanalysen hervorgeht. Es wurde festgestellt, dass die Behandlung des Produktes der vorliegenden Erfindung mit Ammoniak zu im wesentlichen reinem Isoasparagin führt. Wäre das Produkt mit aminosubstituiertem Bernsteinsäureanhydrid verunreinigt, so würde man sowohl Asparagin als auch Isoasparagin als Reaktionsprodukte erwarten. Es ist ferner beobachtet worden, dass die Umsetzungen keinen Einfluss auf die Symmetrie des Moleküls aufweisen.



   Das so erhaltene Produkt wird zur Herstellung von Peptiden und Proteinen verwendet.



   Beispiel    N-CarboxyasparaginsäurezznAIydrid   
5 g trockene Asparaginsäure werden in 200 ml Tetrahydrofuran aufgenommen, und Phosgen wird 20 Min.



  durch das Reaktionsgemisch bei etwa 250C geleitet. Das Gemisch wird dann 10 Min. stehengelassen, und 300 ml trockenes Äthylacetat werden beigefügt. Das Gemisch wird bis zu einem Gesamtvolumen von etwa 40 ml konzentriert, und weitere 60 ml Äthylacetat werden beigefügt. Eine geringe Menge Niederschlag wird durch Filtrieren unter Stickstoff entfernt, und 85 ml Hexan werden beigefügt. Die leicht trübe Lösung wird etwa 10 Min. gerührt, worauf weitere 120 ml Hexan unter ununterbrochenem Rühren beigefügt werden. Es wird weitere 5 Min.

 

  gerührt, und das gefällte N-Carboxyasparaginsäureanhydrid wird durch Filtrieren zurückgewonnen. Das Produkt wird mit einem 3 : 2 Gemisch von Hexan und Äthylacetat gewaschen und mit Stickstoffgas getrocknet.



   Die nachstehende Tabelle fasst die Ergebnisse anderer Beispiele der Herstellung von N-Carboxyasparaginsäureanhydrid zusammen. In allen Fällen werden 5 g Asparaginsäure in 200 ml Reaktionslösungsmittel verwendet. In Beispiel 3 wird eine äquimolare Menge Phosgen verwendet. Der in dem anderen Beispiel verwendete molare Überschuss an Phosgen wird in der Tabelle angegeben. Die Reaktionstemperatur beträgt in Beispiel 2
300C und in Beispiel 3 150C. Bei allen anderen Beispielen ist sie Raumtemperatur.  



     Zweites Lösungsmittel Zweites Lösungsmittel Endvolumen Fällungsflüssigkeit Beispiel Lösungsmittel Phosgen Volumen Identität in ml in ml   
2 Dioxan   -    200 Butyl- 40 Cyclohexan acetat
3 Tetrahydrofuran 50 300 Äthyl- 100* Cyclohexan acetat
4 Dioxan 100 200 Butyl- 100* Hexan acetat
5 Äthyläther 200 200 Äthyl- 40 Pentan acetat
6 Propyläther 100 1000 Propyl- 100 Isooctan acetat    Das    ursprüngliche Gemisch wird bei vermindertem Druck auf etwa 40 ml Gesamtvolumen konzentriert und durch Bei gabe von etwa 60 ml des zweiten Lösungsmittels verdünnt.



   Die Identität des N-Carboxyasparaginsäureanhydrids wird bestimmt, indem dieses in Isoasparagin umgewandelt wird. Diese Umsetzung wird durchgeführt, indem
1,0 Millimol des Produktes in 2 ml frisch aus Natrium destilliertem Dioxan gelöst und die erzielte Lösung tropfenweise in eine kalte gesättigte Lösung von wasserfreiem Ammoniak in Dioxan gegeben wird. Es bildet sich sofort ein amorpher Niederschlag. Das Reaktionsgemisch wird bei vermindertem   Druck    zur Trockene verdampft und das Produkt einer Dünnschichtchromatographie auf Silicagel unterzogen. 

  Das Produkt wird in jedem der aus einem   7 : 2:1    Gemisch von Isopropanol, Wasser und Essigsäure, einem   5 : 5 :1: 3    Gemisch von Pyridin, Äthylacetat, Essigsäure und Wasser und einem   10:1: 3    Gemisch von n-Butanol, Essigsäure und Wasser bestehenden Lösungsmittelsystemen geprüft, wobei authentische Proben von Asparagin und Isoasparagin als Kon   trollsubstanzen    verwendet werden. Es stellt sich heraus, dass es sich um im wesentlichen reines Isoasparagin handelt, wodurch bewiesen wird, dass die Ausgangsverbindung im wesentlichen reines   N-Carboxyasparaginsäu-    reanhydrid ist. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zur Herstellung von N-Carboxyasparaginsäureanhydrid, dadurch gekennzeichnet, dass man Asparaginsäure unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen bei einer Temperatur von 150C bis 300C in einem den Reaktionsteilnehmern gegenüber inerten, organischen Lösungsmittel mit Phosgen umsetzt, ein zweites wasserfreies Lösungsmittel, das mit dem ersteren mischbar ist und einen höheren Siedepunkt als dieses aufweist, zufügt, das erzielte Gemisch bei vermindertem Druck destilliert, bis im wesentlichen das erste Lösungsmittel entfernt ist, wobei eine Lösung von N-Carboxyasparaginsäureanhydrid im erwähnten zweiten Lösungsmittel erzeugt wird, und das N-Carboxyasparaginsäureanhydrid durch Zusatz einer Flüssigkeit, die mit dem zweiten Lösungsmittel mischbar ist und in der das N-Carboxyasparaginsäureanhydrid unlöslich ist, fällt.