Verfahren zur Herstellung von O-Triniederalkylsilyl-Derivaten von N-Carboxyanhydriden Hydroxygruppen aufweisender aαAminosäuren Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ver fahren zur Herstellung von O-Triniederalkylsilyl-Deriva- ten von N-Carboxyanhydriden Hydroxygruppen aufwei sender a-Aminosäuren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein Triniederalkylhalogensilan bei niedriger Temperatur in Gegenwart einer genügenden Menge einer schwachen organischen Base, um die bei der Umsetzung erzeugte Halogensäure zu neutralisieren, mit dem N- Carboxyanhydrid der hydroxylierten aαAminosäure um setzt. Als Trialkylsilylhalogenid wird mit Vorteil das Chlorid oder das Bromid verwendet.
Die Umsetzung kann durch folgendes Fliesssehema dargestellt werden, das als Beispiel die Herstellung von O-Trimethylsilyl-N-carboxyserinanhydrid zeigt:
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Die Umsetzung ist, wie ersichtlich, umkehrbar und das Gleichgewicht ein solches, dass das Gleichgewichts gemisch normalerweise grosse Mengen Ausgangsstoffe enthält. Die Umsetzung kann durch die Gegenwart einer Base, die die Halogensäure bei deren Bildung neutrali siert, in der Richtung der Bildung der Trirnethylsiloxy- verbindung begünstigt werden. Das erzeugte Salz ist im Reaktionsgemisch unlöslich, so dass es durch Filtrieren entfernt werden kann.
Es ist höchst unerwartet, dass die Umsetzung auf diese Weise erfolgt, da es bekannt ist, dass N-Carboxyaminosäureanhydride in Gegenwart von nur Spuren von Alkali, insbesondere in organischen Lö sungsmitteln, rasch polymerisieren. Aus diesem Grund werden schwache organische Basen, insbesondere stick- stoffhaltige Basen mit einem tertiären Stickstoffatom wie z.B. Pyridin, Lutidin, Collidin und Triniederalkylamine, wie z.B. Trimethylamin oder Triäthylamin, verwendet. Eine besonders bevorzugte schwache Base ist 4-Methyl- thiazol.
Bei Verwendung von Basen, wie z.B. Pyridin, mit einem pH von 5,2 oder darüber wird mit Vorteil das basische Reagens nach Beimischung der Hauptreaktions teilnehmer beigefügt. Die Base sollte unter gutem Mi schen beigefügt werden, um örtliche Überschüsse an Ba sen zu vermeiden, die eine Polymerisation des Anhydrids einleiten könnten. Es wird nur so viel Base verwendet, um die sich bildende Säure zu neutralisieren. Bei schwa- chen Basen mit pH-Wert von etwa 2,9, wie z.B. 4-Me- thylthiazol, kann die Base jederzeit mit den anderen Reaktionsteilnehmern vermischt werden.
Überschüssiges Trialkylhalogenid kann als Lösungs mittel verwendet werden, vorausgesetzt, dass es bei der Reaktionstemperatur flüssig ist, doch wird es vorgezogen, als Reaktionsmilieu ein der Reaktion gegenüber inertes organisches Lösungsmittel zu verwenden. Es kann ir gendein Lösungsmittel aus einer ganzen Anzahl ein- schliesslich oxydierter Lösungsmittel, insbesondere Äther, wie z.B. Tetrahydrofuran, Dioxan, Äthyl oder Butyl- äther, oder Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, insbeson dere aromatische Lösungsmittel, wie z.B. Benzol oder Tolual, verwendet werden.
Die Umsetzung wird mit Vorteil bei niedriger Tem peratur, z.B. von etwa -5 C bis etwa 5 C durchgeführt. Sie ist im allgemeinen in verhältnismässig kurzer Zeit, z.B. in etwa 15 Min. bis zu 1 Stunde, je nach den ver wendeten Mengen Reaktionsteilnehmer, beendet.
Gewöhnlich werden äquimolare Mengen Reaktions teilnehmer verwendet, um ein Verunreinigen des ge wünschten Produktes zu vermeiden. Es kann jedoch ein geringer molarer Überschuss, wie z.B. bis zu einem 5%igen molaren Überschuss an jedem Reaktionsteilneh mer, ohne negativen Einfluss auf das Produkt verwendet werden.
Die Umsetzung ist besonders nützlich zur Herstellung von O-Triniederalkylsilyl-Derivaten von N-Carboxyan- hydriden jener hydroxylierten -aαAminosäuren, die nor malerweise in Verbindung mit tierischem Gewebe gefun den werden, wie z.B. Serin, Threonin, Hydroxyprolin, Tyrosin, und der Halogenderivate von Tyrosin, wie z.B. 3,5-Dibrom- oder 3,5-Dijodtyrosin, doch beschränkt sie sich nicht darauf. Mit gleicher Leichtigkeit kann sie zur Herstellung von analogen Derivaten unnatürlichen> Aminosäuren, wie z.B. ss-Hydroxyleucin, aαHydroxynor- valin, e-Hydroxynorvalin und dergleichen, verwendet werden.
Die hergestellten Produkte können zur Herstellung einer weiten Vielfalt von Heteropeptiden verwendet werden. Wenn erwünscht, können sie auch zur Herstel lung von ein hohes Molekulargewicht aufweisenden Ho mopolymeren, wie z.B. Polyserin und Polythreonin, durch Polymerisation in einem organischen Lösungsmit tel in Gegenwart einer Base dienen.
<I>Beispiel 1</I> O-Trimethylsilylthreonin-N-carboxyanhydrid 4,5 ml (35,1 Millimol) Trimethylchlorsilan werden langsam in 5,1 g (35,2 Millimol) Threonin-N-carboxy- anhydrid in 65 ml trockenem Tetrahydrofuran unter Stickstoff gegeben, während die Temperatur bei etwa 2 C gehalten wird. Dieser Lösung werden 2,98 ml (34 Millimol) trockenes 4-Methylthiazol langsam beigefügt. Das salzsaure Salz der Base fällt während dieser Beigabe aus der Lösung aus. Man lässt das Reaktionsgemisch dann Zimmertemperatur erreichen und entfernt den Nie derschlag durch Filtrieren unter Stickstoffdruck. Das Lösungsmittel wird unter vermindertem Druck aus dem Filtrat entfernt und der Rückstand in 35 ml Äthylacetat aufgenommen und 16 Stunden bei etwa 10 C gelagert.
Die oben schwimmende Lösung wird dann abgenommen und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Das nieder geschlagene Produkt wird durch Verreiben mit Hexan kristallisiert und durch Filtrieren unter Stickstoffdruck zurückgewonnen.
O-Triäthylsilylthreonin-N-carboxyanhydrid, O-Tripro pylsilylthreonin-N-carboxyanhydrid und O-Tri-n-butyl silylthreonin-N-carboxyanhydrid werden nach demselben Verfahren aus Threonin-N-carboxyanhydrid hergestellt, indem man von Triäthylchlorsilan bzw. Tripropylbrom- silan und Tri-n-butylbromsilan ausgeht.
<I>Beispiel 2</I> O-Trimethylsilylserin-N-carboxyanhydrid 3,68 ml (26,8 Millimol) Trimethylchlorsilan werden unter Stickstoff in 3,75 g (28,6 Millimol) Serin-N-Car- boxyanhydrid in 65 ml trockenem Tetrahydrofuran ge geben, während die Temperatur bei etwa 0 C gehalten wird. Dem Gemisch werden 2,51 ml (28,6 Millimol) was serfreies 4-Methylthiazol bei derselben Temperatur bei gefügt. Das Reaktionsgemisch wird stehengelassen, bis es Raumtemperatur erreicht, und dann 2 Stunden gerührt. Es wird filtriert und das Filtrat unter Vakuum konzen triert, wobei ein öliger Rückstand zurückbleibt, der in 30 ml Äthylacetat aufgenommen wird. 100 ml Hexan werden rasch beigefügt; das Gemisch wird 2 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen und die oben schwim mende Flüssigkeit abgegossen.
Der dekantierte Teil wird zur Trockene konzentriert und das verbleibende Produkt gereinigt, indem es in Hexan aufgenommen, filtriert und dann mit zusätzlichem Hexan gewaschen wird.
O-Triäthylsilylserin-N-carboxyanhydrid, O-Tripropyl silylserin-N-carboxyanhydrid und O-Tri-n-hexylsilylserin -N-carboxyanhydrid werden nach demselben Verfahren aus Serin-N-carboxyanhydrid und Triäthylchlorsilan, bzw. Tripropylbromsilan und Tri-n-hexylchlorsilan herge stellt. O-Trimethylsilylhydroxyprolin-N-carboxyanhydrid wird auf gleiche Weise erhalten, indem Hydroxyprolin- -N-carboxyanhydrid und Trimethylchlorsilan als Aus gangsstoff verwendet werden.
<I>Beispiel 3</I> O-Trinzethylsilyltyz-osin-N-carboxyanhydrid 7,36 ml (53,6 Millimol) Trimethylchlorsilan werden in 11,2 g (53,6 Millimol) Tyrosin-N-carboxyanhydrid in 100 ml 1,89 m1 (53,6 Millimol) 4-Methylthiazol enthal tendem trockenem Äthylacetat bei -5 C gegeben. Man lässt das Reaktionsgemisch unter Rühren Raumtempe ratur erreichen und hält es 1 Stunde bei dieser Tempe ratur. Es wird filtriert und unter vermindertem Druck konzentriert und das Produkt gemäss dem Verfahren von Beispiel 2 zurückgewonnen.
O-Trimethylsilyl-3,5- dibromtyrosin - N - carboxyanhy- drid und O-Trimethylsilyl-3,5-dijodtyrosin-N-carboxyan- hydrid werden ähnlich hergestellt, indem man von N- Carboxyanhydrid von 3,5-Dibromtyrosin bzw. 3,5-Dijod- tyrosin ausgeht.
<I>Beispiel 4</I> O-Trimethylsilyl-ss-phenylserin-N-carboxyanhydrid 4,5 ml (35,1 Millimol) Trimethylchlorsilan werden unter Stickstoff in 10,9 g (35,1 Millimol) B-Phenylserin in 150 ml Benzol unter raschem Rühren gegeben, wäh rend die Temperatur bei etwa 5 C gehalten wird. Die sem Gemisch werden bei derselben Temperatur 2,84 ml (35,1 Millimol) Pyridin unter ununterbrochenem Rühren beigefügt. Man lässt das Reaktionsgemisch sich bis zu Raumtemperatur erwärmen und filtriert es. Das Filtrat wird konzentriert und der Rückstand in 50 ml Äther auf genommen. Das Gemisch wird 20 Stunden bei etwa 10 C gelagert und der oben schwimmende Teil entfernt und bei vermindertem Druck konzentriert, um das gewünsch te Produkt zu fällen, das durch Verreiben mit Hexan gereinigt und durch Filtrieren zurückgewonnen wird.
O-Trimethylsilyl-2-hydroxyleucin-N-carboxyanhydrid, O-Triäthylsilyl-p-hydroxynorvalin-N-carboxyanhydrid u. O-Tri-n-butylsilyl-ss-hydroxynorvalin-N-carboxyanhydrid werden ähnlich hergestellt, indem man das zweckmässi ge Triniederalkylehlorsilan und ss-Hydroxyleuein bzw. P-Hydroxyvalin und a-Hydroxynorvalin als Ausgangs produkt verwendet. Ersetzt man das Pyridin durch eine äquivalente Menge Triäthylamin und befolgt dasselbe Verfahren, so erhält man die gleichen Produkte aus dem gleichen Ausgangsstoff.
Process for the preparation of O-tri-lower alkylsilyl derivatives of N-carboxyanhydrides containing aα-amino acids having hydroxyl groups is to react a tri-lower alkylhalosilane with the N-carboxy anhydride of the hydroxylated aα-amino acid at a low temperature in the presence of an amount of a weak organic base sufficient to neutralize the halogenic acid produced in the reaction. The chloride or the bromide is advantageously used as the trialkylsilyl halide.
The reaction can be illustrated by the following flow chart, which shows the production of O-trimethylsilyl-N-carboxyserine anhydride as an example:
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As can be seen, the implementation is reversible and the equilibrium is such that the equilibrium mixture normally contains large amounts of starting materials. The reaction can be promoted in the direction of the formation of the trimethylsiloxy compound by the presence of a base which neutralizes the halogen acid when it is formed. The salt produced is insoluble in the reaction mixture, so that it can be removed by filtration.
It is most unexpected that the reaction should take place in this way, since it is known that N-carboxyamino acid anhydrides polymerize rapidly in the presence of only traces of alkali, especially in organic solvents. For this reason, weak organic bases, especially nitrogenous bases with a tertiary nitrogen atom such as e.g. Pyridine, lutidine, collidine and tri-lower alkylamines, e.g. Trimethylamine or triethylamine is used. A particularly preferred weak base is 4-methylthiazole.
When using bases such as Pyridine, with a pH of 5.2 or above, the basic reagent is added with advantage after admixture of the main reaction participants. The base should be added with good mixing in order to avoid local excesses of bases which could initiate polymerization of the anhydride. Only enough base is used to neutralize the acid that forms. In the case of weak bases with a pH of about 2.9, e.g. 4-methylthiazole, the base can be mixed with the other reactants at any time.
Excess trialkyl halide can be used as the solvent provided it is liquid at the reaction temperature, but it is preferred to use an organic solvent inert to the reaction as the reaction medium. Any of a number of solvents, including oxidized solvents, particularly ethers, such as e.g. Tetrahydrofuran, dioxane, ethyl or butyl ether, or hydrocarbon solvents, in particular aromatic solvents, such as e.g. Benzene or toluene can be used.
The implementation is advantageously carried out at a low temperature, e.g. from about -5 ° C to about 5 ° C. It is generally in a relatively short time, e.g. in about 15 minutes to 1 hour, depending on the quantities of reactants used.
Equimolar amounts of reaction participants are usually used in order to avoid contamination of the desired product. However, a slight molar excess, e.g. up to a 5% molar excess of each reactant can be used without adversely affecting the product.
The reaction is particularly useful for the preparation of O-tri-lower alkylsilyl derivatives of N-carboxy anhydrides of those hydroxylated -aα-amino acids normally found in association with animal tissue, such as e.g. Serine, threonine, hydroxyproline, tyrosine, and the halogen derivatives of tyrosine, e.g. 3,5-dibromo or 3,5-diiodotyrosine, but is not limited to these. With the same ease it can be used to produce analogous derivatives of unnatural> amino acids, such as e.g. ss-hydroxyleucine, aα-hydroxynorvaline, e-hydroxynorvaline and the like can be used.
The products made can be used to make a wide variety of heteropeptides. If desired, they can also be used for the production of high molecular weight homopolymers, e.g. Polyserine and polythreonine, serve by polymerization in an organic solvent tel in the presence of a base.
<I> Example 1 </I> O-Trimethylsilylthreonine-N-carboxy anhydride 4.5 ml (35.1 millimoles) of trimethylchlorosilane are slowly converted into 5.1 g (35.2 millimoles) of threonine-N-carboxy anhydride in 65 ml dry tetrahydrofuran under nitrogen while maintaining the temperature at about 2C. To this solution, 2.98 ml (34 millimoles) of dry 4-methylthiazole are slowly added. The hydrochloric acid salt of the base precipitates out of the solution during this addition. The reaction mixture is then allowed to reach room temperature and the precipitate is removed by filtration under nitrogen pressure. The solvent is removed from the filtrate under reduced pressure and the residue is taken up in 35 ml of ethyl acetate and stored at about 10 ° C. for 16 hours.
The solution floating above is then removed and the solvent removed in vacuo. The precipitated product is crystallized by trituration with hexane and recovered by filtration under nitrogen pressure.
O-triethylsilylthreonine-N-carboxyanhydride, O-tripro pylsilylthreonine-N-carboxyanhydride and O-tri-n-butylsilylthreonine-N-carboxyanhydride are prepared by the same process from threonine-N-carboxyanhydride, by using triethylchlorosilicate or triplet and tri-n-butylbromosilane goes out.
<I> Example 2 </I> O-Trimethylsilylserine-N-carboxyanhydride 3.68 ml (26.8 millimoles) of trimethylchlorosilane are mixed under nitrogen in 3.75 g (28.6 millimoles) of serine-N-carboxyanhydride in 65 Give ml of dry tetrahydrofuran while maintaining the temperature at about 0C. 2.51 ml (28.6 millimoles) of what serfreies 4-methylthiazole are added to the mixture at the same temperature. The reaction mixture is allowed to stand until it reaches room temperature and then stirred for 2 hours. It is filtered and the filtrate is concentrated in vacuo, leaving an oily residue which is taken up in 30 ml of ethyl acetate. 100 ml of hexane are added quickly; the mixture is left to stand for 2 hours at room temperature and the liquid floating above is poured off.
The decanted portion is concentrated to dryness and the remaining product purified by being taken up in hexane, filtered and then washed with additional hexane.
O-triethylsilylserine-N-carboxyanhydride, O-tripropylsilylserine-N-carboxyanhydride and O-tri-n-hexylsilylserine -N-carboxyanhydride are prepared by the same process from serine-N-carboxyanhydride and triethylchlorosilane, or tripropylbromosilane and tri-n-hexanylanyl manufactured. O-Trimethylsilylhydroxyproline-N-carboxyanhydride is obtained in the same way by using hydroxyproline -N-carboxyanhydride and trimethylchlorosilane as starting materials.
<I> Example 3 </I> O-Trinzethylsilyltyz-osin-N-carboxyanhydride 7.36 ml (53.6 millimoles) of trimethylchlorosilane are mixed in 11.2 g (53.6 millimoles) of tyrosine-N-carboxyanhydride in 100 ml of 1 , 89 ml (53.6 millimoles) of 4-methylthiazole containing dry ethyl acetate at -5 C. The reaction mixture is allowed to reach room temperature with stirring and is kept at this temperature for 1 hour. Filter and concentrate under reduced pressure and recover the product following the procedure of Example 2.
O-Trimethylsilyl-3,5-dibromotyrosine-N-carboxyanhydride and O-trimethylsilyl-3,5-diiodotyrosine-N-carboxyanhydride are similarly prepared by converting N-carboxyanhydride from 3,5-dibromotyrosine and 3 , 5-diiodothyrosine runs out.
<I> Example 4 </I> O-Trimethylsilyl-ss-phenylserine-N-carboxyanhydride 4.5 ml (35.1 millimoles) of trimethylchlorosilane are mixed under nitrogen in 10.9 g (35.1 millimoles) of B-phenylserine in 150 ml of benzene is added with rapid stirring, while the temperature is kept at about 5 ° C. This mixture is added 2.84 ml (35.1 millimoles) of pyridine at the same temperature with continuous stirring. The reaction mixture is allowed to warm to room temperature and is filtered. The filtrate is concentrated and the residue is taken up in 50 ml of ether. The mixture is stored at about 10 ° C. for 20 hours and the floating part is removed and concentrated under reduced pressure to precipitate the desired product which is purified by trituration with hexane and recovered by filtration.
O-trimethylsilyl-2-hydroxyleucine-N-carboxyanhydride, O-triethylsilyl-p-hydroxynorvaline-N-carboxyanhydride and the like. O-tri-n-butylsilyl-ß-hydroxynorvaline-N-carboxyanhydride are prepared in a similar manner by using the appropriate tri-lower alkyl chlorosilane and ß-hydroxyleuein or P-hydroxyvaline and α-hydroxynorvaline as the starting product. If the pyridine is replaced by an equivalent amount of triethylamine and the same procedure is followed, the same products are obtained from the same starting material.