CN1195746C - N－羧基酸酐的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在溶剂介质中通过相应的氨基酸与光气、双光气和/或三光气反应制备N-羧基酸酐的方法，其特征在于该反应至少部分地是在不饱和有机化合物存在下进行的，其中所述的化合物含有一或多个烯双键，其上至少一个烯双键的碳原子之一是被除卤原子以外的取代基完全取代的。因此能够以更高的产率和更好的纯度获得N-羧基酸酐。

Description

N-羧基酸酐的制备方法
本发明涉及一种从相应的氨基酸和光气、双光气或三光气制备N-羧基酸酐的改进方法。
由于从α-、β-或γ-氨基酸中得到的N-羧基酸酐(缩写为NCA)的酸性功能基团的活化可使之成为一类非常有用的化合物。这是因为它们使得该酸性功能基团与任何亲核本体的反应成为可能。因此，使得通过与胺功能基团反应进行酰胺功能基团制备简化。由于这个原因，它们容易聚合并可用来形成肽类。通过与醇反应也容易形成酯键。当需要还原酸性功能基团时，它们也具有优势。
有几个方法可用来制备N-羧基酸酐。最普通和最直接的一种方法是使氨基酸或其盐酸盐与光气、双光气或三光气在溶剂介质中反应。
与光气的一般反应图示如下：
其中R表示α-、β-或γ-氨基酸的主要游离基，并且R’表示氢原子或氨基酸的仲氨基团的游离基，R’可能与R形成环。
人们已经发现，除了N-羧基酸酐外，还形成了大量盐酸，也就是说每摩尔的NCA生产了2mol的盐酸。盐酸是具有高反应性的。在介质中它的存在会导致副反应和氯化副产物的出现。就质量和产量方面而言，这些留在所生成的NCA中的氯化杂质都是绝对不希望看到的。这是因为它们严重干扰了NCA的聚合反应。为了这种聚合能适当进行，需要在NCA单体中存在的氯化化合物含量足够低。因此，可水解氯的水平通常必须低于0.05％(按重量计)。
事实上，按照已知的方法，当反应在没有碱性化合物存在下进行时，很难重复得到如此低水平的可水解氯。另一方面，当加入碱性化合物中和盐酸时，会活化在这个阶段所不希望的NCA的聚合，因此存在在介质中发生聚合的危险。
而且，现有方法中的其它困难之一是溶剂的选择。这是因为人们已经发现，在如脂族酯类溶剂例如乙酸乙酯或非极性非质子溶剂例如二氯甲烷或甲苯中，形成NCA的反应通常非常缓慢并且不完全。在来自醚类家族的溶剂如四氢呋喃或二噁烷中，反应虽然较快，但这些溶剂对光气和盐酸不完全是惰性的，这样会产生其它杂质。
所以，需要改进现有方法，该方法可使氨基酸直接与光气、双光气或三光气反应，从而以较高产率和改善的纯度得到NCA，特别是具有可水解氯的水平低于0.05％的NCA。在大多数惰性溶剂中反应时间减少也是非常理想的。
本发明方法符合这些要求。按照本发明方法，在溶剂介质中，通过使相应的α-、β-或γ-氨基酸或其盐类中的一种与光气、双光气和/或三光气反应来制备N-羧基酸酐，其中在全部或部分反应的过程中存在不饱和有机化合物，该有机化合物具有一或多个烯类型的双键，分子的其余部分对存在于介质中的化合物是惰性的，并且至少一个烯双键的碳原子之一完全被除卤原子以外的取代基取代。
借助这种新方法，可以解决现有技术中提出的问题。当盐酸形成时，排出的盐酸与烯双键或不饱和的化合物的键连接。这样抑制了由盐酸引起的许多副反应，结果，也抑制了令人厌烦的杂质的出现。而且，也促进了反应平衡向生产所需NCA方向的移动，所以，加速了该反应的动力。
人们也发现，在用仲胺功能基团转化氨基酸的情况下，不饱和化合物的存在使向介质中加入叔胺如三乙基胺或N-甲基吗啉变得毫无意义。但是，直到现在这类胺仍被本领域普通技术人员认为是在从介质中首先形成的作为中间体的氨基甲酰氯开始进行环化时所必需的。
本发明的方法使获得其中的胺功能基团是伯或仲胺的大多数环状或非环状以及天然或合成的α-氨基酸及其衍生物的N-羧基酸酐成为可能，尤其是已知与光气、双光气和/或三光气反应的所有那些α-氨基酸。
同样，获得含有伯或仲胺功能基团的β-和γ-氨基酸及其衍生物的N-羧基酸酐也非常有用。这是因为人们认为这些化合物很难按照现有方法来制备。
用作起始物质的氨基酸优选是α-、β-或γ-氨基酸，如果需要的话，位于反应性酸基团和反应性氨基基团之间的α-、β-或γ-碳原子形成取代或非取代的烃烷基链，它能够全部或部分地被包括在取代或非取代和直链或支链烷基基团和/或被包括在取代或非取代的烷基或杂烷基环中。该取代基是通常在氨基酸中存在的基团或原子，例如羟基、羧基、巯基、烷基硫、烷二硫基、烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基或芳基氧基基团、卤原子，如氟、氯、溴或碘原子，或氨基、胍基或被或未被烷基基团取代的酰胺基团。
更具体地，在考虑中的氨基酸中，烷基含有1到7个碳原子并且可被或未被如前所述取代基取代。芳基是未取代或被选自卤原子如氟、氯、溴或碘原子和烷基、烷氧基、芳氧基、芳基、巯基、烷基硫、羟基、羧基、氨基、烷氨基、二烷氨基、硝基或三氟甲基基团的取代基所取代。当它们存在时，这些取代基团更具体的数目是1到3个。特别地，芳基基团是取代的或未被取代的苯基或萘基基团。
环烷基可由3到7个碳原子的环组成，它可被取代或未被取代。被取代或未被取代的杂环基是环中含有选自于氮、氧或硫原子中的至少一个杂原子的环烷基或芳基。
环烷基或杂环烷基基团的取代基选自上文就烷基和芳基基团所述的取代基。杂芳基基团的取代基选自就芳基基团所述的取代基。
杂芳基基团优选是取代的或未被取代的2-或3-呋喃基、2-或3-噻吩基、2-、3-或4-吡啶基、4-咪唑基和3-吲哚基基团。
氨基酸可以为其各种形式，尤其当它们有一个或多个不对称碳时，它们可以是各种对映体形式、混合物、或是外消旋体或非对映异构体、或者是纯的立体异构体。
除了形成酸酐环的氨基基团和酸基团之外，当氨基酸的游离基含有能够在该方法条件下发生反应的其它功能基团时，它们可用已知方法通过保护基团加以掩蔽。
作为氨基酸的例子，可提及的最普通的氨基酸包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、赖氨酸、δ-羟基赖氨酸、精氨酸、鸟氨酸、天门冬氨酸、天门冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、甲状腺素、脯氨酸、羟基脯氨酸、色氨酸、组氨酸和它们的衍生物。
反应性氨基基团可以是伯或仲氨基基团。所以，如同胺类的一般情况，氮原子能够携带取代或未取代的脂族、环脂族基或芳基游离基。特别地，该游离基能够被前述作为取代基的基团取代。
如上所述，氨基基团的游离基也能够与氨基酸如脯氨酸的游离基的剩余部分形成未取代或取代的环，
当游离基包含反应性基团时，按常规方法将它们保护起来。
作为这种氨基基团的游离基，特别可提及未取代或取代的烷基、环烷基或芳烷基基团，例如被美国专利US 4,686,295中对通过光气所形成的新颖NCA公开的基团取代，特别是被一或多个选自烷氧羰基、芳氧羰基和芳烷氧羰基的基团取代。
可以使用氨基酸的一种盐来替代氨基酸作起始物质。术语“氨基酸的盐类”可以理解为是指通过氨基基团与有机或无机酸反应所得到的盐，例如硫酸盐、醋酸盐、甲苯磺酸盐、甲磺酸盐，并且优选氢卤化物，尤其是氢氯化物和氢溴化物。
氢氯化物是优选的盐。
该方法非常适合获得氨基酸如N-(1-乙氧基羰基-3-苯丙基)丙氨酸、亮氨酸、丙氨酸、N-(三氟乙酰基)赖氨酸或谷氨酸的γ-苄酯或γ-甲酯的N-羧基酸酐。
为了实施该方法，使光气、双光气和/或三光气与氨基酸反应形成N-羧基酸酐的环。优选使用光气。
相对氨基酸而言大量过量的光气是不必要的。因此，优选每摩尔氨基酸或其盐加入1到2mol范围的光气。
为了获得相同的光气/氨基酸比率，以相应的量加入双光气或三光气。
可以在非质子和极性溶剂中进行反应。可以使用醚类，尤其是四氢呋喃和二噁烷，但优先选择属于脂族酯类家族的溶剂。
也可以使用属于氯化或非氯化脂族和芳香烃类的非质子和非极性溶剂，例如二氯甲烷或甲苯。
属于酯类或烃类家族的溶剂具有不与光气或盐酸反应的优点。所以它们的使用更具有优势。
乙酸烷基酯是特别合适的，尤其是乙酸乙酯。
按照本发明，具有至少一个烯双键的不饱和有机化合物在反应介质中的存在对于以改善的纯度和更好的产率获得NCA是必需的，这些烯双键中的至少一个中的一个碳原子被卤原子之外的取代基完全取代。
可以使用具有能够向其中加入盐酸的至少一个这种类型烯双键的任何化合物。当然，这种不饱和化合物不应含有能够与存在于反应介质中的其它化合物反应的其它基团和/或原子如，特别是腈基基团和/或卤原子。这将会导致新的杂质并降低产量。如果化合物含有其它反应性基团，要用已知方法将它们保护起来。
具有双键中一个碳原子被完全取代的不饱和化合物是非常合适的。
优选使用属于烃类家族的化合物。作为这类化合物的例子可提及的有α-蒎烯和二异丁烯，α-蒎烯是优选化合物。
所用的不饱和化合物的量一般是1到3mol/mol氨基酸或者如果选用氨基酸盐作起始化合物时，为1.5到4mol/mol氨基酸盐，分别优选2mol/mol氨基酸或3mol/mol氨基酸盐。
不饱和化合物可从反应开始就存在于反应介质中，但它也可在反应过程中加入。
该反应一般在0℃和120℃之间或者等同于这些数值的普通温度下进行，优选在大约40℃到大约90℃之间进行。
该反应进行的压力一般是大气压。该反应也能在减压，尤其是压力降低到500mbar，特别是在700到800mbar的范围下进行。
该反应优选在无水条件下进行。
本发明方法的一个优点是反应过程缩短甚至能够降低到现有技术的一半，特别是在象酯类这样的溶剂中。而且，由于后一种溶剂更便宜，本发明方法的实施导致了真正的节约。
当反应完成时，按照常规步骤分离产物。光气和溶剂通常在减压作用下被除去。在NCA的结晶过程中分离出从不饱和化合物获得的氯化衍生物。
结晶后所得到的NCA产率显著提高并通常大于90％。可水解氯的水平总是低于0.05％，并且通常氯化杂质的含量低到不能准确测定的程度。
所以，按照上述方法所制备的NCA能够用于许多需要非常纯的产品的应用中，尤其是用于药用产品的制备。
下列实施例将说明本发明但并不限制本发明。
实施例1
亮氨酸的N-羧基酸酐(H-Leu-NCA)的制备
向预先用氮气惰性化的2.5升恒温控制反应器中加入1升乙酸乙酯，然后加入100g L-亮氨酸(0.76mol，1当量)。把208.0g α-蒎烯(1.52mol，2当量)导入此机械搅拌的悬浮液中，并将混合物冷却到5℃。然后在一个小时内通过发泡向反应介质中导入154.5g光气(1.56mol，2.05当量)，并同时使温度保持在5℃和10℃之间。随后，把反应介质加热到60-65℃。在该温度下静置两小时后，在减压下脱气以除去剩余的光气，并通过除去所有的乙酸乙酯使之浓缩。
随后在温热的条件下，把750ml工业级庚烷加入浓缩的介质中。H-Leu-NCA开始结晶。然后把反应介质冷却到0℃-5℃。在氮气下进行过滤。在室温下于真空中干燥后，得到101.9g(产率：85％)L-H-Leu-NCA，它的纯度大于99.9％(用HPLC测定)，并且用银量法测定的其中可水解氯的水平为0.018％(按重量计)。
实施例2
丙氨酸的N-羧基酸酐(H-Ala-NCA)的制备
把125g丙氨酸(H-Ala-OH)(1.4mol)悬浮于445ml的α-蒎烯(382g，2.8mol，2当量)和937ml的乙酸乙酯的混合物中。使此悬浮液进行回流并导入209g(2.11mol，1.5当量)气态光气。静置12小时后，剩下少量不溶部分。
为了从反应介质中分离800ml乙酸乙酯和光气的混合物进行蒸馏，然后在温热条件下过滤剩余介质。
在温热条件下，向浓缩的介质中加入800ml工业级庚烷，并将混合物冷却至-10℃过夜。过滤结晶的产品，并用工业级庚烷洗涤。
干燥后，得到111g的H-Ala-NCA，产率为68.8％。可水解氯的水平太低而无法被测出，因为它低于检测限，也就是说低于0.01％。
实施例3
N-(三氟乙酰基)赖氨酸的N-羧基酸酐(H-Lys(TFA)-NCA)的制备
Figure C0113758600092
将250g的H-TFA-Lys-OH(1.03mol)悬浮于328mlα-蒎烯(281g，2.06mol，2当量)和1875ml乙酸乙酯的混合物中。将悬浮液加热到65℃并导入154g(1.55mol，1.5当量)气态光气。使反应介质进行回流，并在静止条件下放置3小时。
为了分离1750ml乙酸乙酯和光气的混合物进行蒸馏，然后在温热条件下向剩余介质中加入1750ml工业级庚烷，并将该混合液冷却至-10℃过夜。通过过滤来分离结晶的产品，并用工业级庚烷洗涤。
干燥后，得到261g的H-Lys(TFA)-NCA，产率为94.48％。可水解氯的水平太低而无法被测出，因为它低于检测限，也就是说低于0.01％。
实施例4
谷氨酸γ-苄酯的N-羧基酸酐(H-Glu(OBzl)-NCA)的制备
Figure C0113758600101
把250g的H-Glu(OBzl)-OH(1.05mol)悬浮于334ml的α-蒎烯(287g，2.1mol，2当量)和1875ml的乙酸乙酯的混合物中。将悬浮液冷却到+5℃，然后导入164g(2.28mol，1.57当量)的气态光气。加热回流反应介质，并在该温度下于静止条件下放置3小时。
随后，为了分离1500ml乙酸乙酯和光气的混合物进行蒸馏。在温热条件下向剩余介质中加入1500ml工业级庚烷，并在2小时内将该混合液冷却至-10℃。通过过滤来分离结晶的产品，并用工业级庚烷洗涤。
干燥后，得到253g的H-Glu(OBzl)-NCA，产率为91.3％。因为它低于0.01％(该方法的检测限)，所以可水解氯的水平无法被测出。
对比实施例
谷氨酸γ-苄酯的N-羧基酸酐(H-Glu(OBzl)-NCA)的制备
把100g的H-Glu(OBzl)-OH(0.42mol)悬浮于885ml乙酸乙酯中。将悬浮液冷却到+5℃，然后加入90g(0.91mol，2.16当量)的气态光气。
将反应介质进行回流。尽管与前面实施例相比存在较大剩余量的光气，但反应仍很缓慢，需要在回流温度和静止条件下将反应介质放置6小时而非前面实施例中的3小时。
随后，为了分离600ml乙酸乙酯和光气的混合物进行蒸馏。在温热条件下加入600ml工业级庚烷，并在2小时内将该混合物冷却至-10℃。通过过滤来分离结晶的产品并用工业级庚烷洗涤。
干燥后，得到88g的H-Glu(OBzl)-NCA，产率为74.6％。可水解氯的水平为0.13％。
实施例5
谷氨酸γ-甲基酯的N-羧基酸酐(H-Glu(OMe)-NCA)的制备
把250g的H-Glu(OMe)-OH(1.55mol)悬浮于493ml的α-蒎烯(423g，3.1mol，2当量)和1875ml乙酸乙酯的混合物中。把悬浮液加热到65℃，然后导入227g(2.31mol，1.5当量)气态光气。
使反应介质进行回流，并在静止条件下放置6小时。随后，为了分离1500ml乙酸乙酯和光气的混合物进行蒸馏。
在温热条件下向剩余介质中加入1500ml工业级庚烷，并将该混合液冷却至-10℃过夜。通过过滤来分离结晶的产品，并用工业级庚烷洗涤。
干燥后，得到269g的H-Glu(OMe)-NCA，产率为92.6％。可水解氯的水平低于0.01％(检测限)。
实施例6
N-(1-乙氧基-羰基-3-苯基丙基)丙氨酸的N-羧基酸酐(EPAL-NCA)的制备
向事先用氮气进行惰化的恒温控制的3升反应器中加入2.6升无水乙酸乙酯，然后加入312g的EPAL(1.11mol，1当量)。然后，在40℃下于15分钟内向此机械搅拌的悬浮液中加入45g气态HCl(1.22mol，1.1当量/EPAL)。
随后，在1小时内向反应介质中导入223g气态光气(2.22mol，2.00当量)。随后，把反应介质加热到60℃-65℃。在该温度下静置2小时后，导入227gα-蒎烯(1.66mol，1.5当量/EPAL)。再静置30分钟后，在减压下使反应介质脱气，以除去过量的光气，并分离所有的乙酸乙酯。
然后向浓缩的反应介质中加入1385ml异丙醚。将介质冷却至0℃-5℃，观察到EPAL-NCA的结晶。在氮气下将其过滤分离。
室温真空干燥后，得到312g(产率：91.5％)EPAL-NCA(白色固体)，其纯度大于99.7％(用HPLC测得)，并且其可水解氯的水平为0.04％。

Claims (12)

1.在溶剂介质中通过相应的α-、β-或γ-氨基酸或它们的一种盐与光气、双光气和/或三光气反应制备N-羧基酸酐的方法，其特征在于该反应至少部分反应区段是在不饱和有机化合物存在下进行的，其中所述的有机化合物含有一或多个烯双键，并且至少一个所述的烯双键具有一个被除卤原子以外的取代基完全取代的碳原子，其分子的剩余部分相对于存在于反应介质中的化合物而言是惰性的。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于氨基酸与光气反应。
3.权利要求1所述的方法，其特征在于不饱和有机化合物选自于烃类。
4.权利要求1所述的方法，其特征在于不饱和有机化合物是α-蒎烯。
5.权利要求1所述的方法，其特征在于不饱和化合物的用量为1到3mol/mol氨基酸或者1.5到4mol/mol该氨基酸的盐。
6.权利要求1所述的方法，其特征在于所述的溶剂选自于脂族酯类和氯化的或非氯化的脂族或芳香族烃类。
7.权利要求6所述的方法，其特征在于溶剂为乙酸乙酯。
8.权利要求1所述的方法，其特征在于氨基酸的反应氨基基团是伯或仲氨基。
9.权利要求1所述的方法，其特征在于当氨基酸含有除形成酸酐的酸性基团和氨基基团之外的反应基团时，它们被保护起来。
10.权利要求1所述的方法，其特征在于起始氨基酸是亮氨酸、丙氨酸、N-(三氟-乙酰基)赖氨酸、谷氨酸的γ-苄酯或γ-甲酯，或者N-(1-乙氧基羰基-3-苯丙基)丙氨酸，或者它们的盐类中的一种。
11.权利要求1所述的方法，其特征在于氨基酸的盐是硫酸盐、乙酸盐、甲苯磺酸盐或甲磺酸盐。
12.权利要求1所述的方法，其特征在于氨基酸的盐是盐酸盐。
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