DE1260476B - Verfahren zur Herstellung von N-Acyl-cystein - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C07c

Deutsche Kl.: 12 q - 6/01

Nummer: 1260476

Aktenzeichen: M 55979IV b/12 q

Anmeldetag: 4. März 1963

Auslegetag: 8. Februar 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven N-Monoacylierung von Cystein.

N-Acylderivate des Cysteine, beispielsweise N-Acetyl-L-cystein, sollen bekanntlich ausgezeichnete schleimlösende (mucolytic) Eigenschaften besitzen und sind daher für therapeutische Zwecke, insbesondere zur Behandlung von Krankheiten der Atmungsorgane, wertvoll.

Bei den bisherigen Versuchen, Cystein unter wäßrigen oder wasserfreien Bedingungen mit den üblichen Acylierungsmitteln, wie Acylhalogeniden, Acylanhydriden und Keten, zu acylieren, hat sich gezeigt, daß hauptsächlich die N,S-Diacylverbindungen gebildet werden und daß selbst dann nur eine sehr geringe Ausbeute an dem N-Monoacylderivat erhalten wird, wenn die Menge des Acylierungsmittels beschränkt ist und die Monosubstitution anderweitig begünstigt wird. Tatsächlich besteht die einzige bisher zur Herstellung von N-Acetylcystein beschriebene Arbeitsweise in der Acylierung von Cystin mit einem Überschuß an Acylierungsmittel unter Bildung von N,N'-Diacetylcystin, welches dann zum freien N-Monoacetylcystein reduziert wird (M. W. P i r i e et al., Biochemical Journal, 25, S. 614 [1931]; 27, S. 1716 [1933]). Diese Arbeitsweise erfordert aber die Reduktion als zusätzliche Stufe nach der Acylierung. Schwierige und zeitraubende Vorschriften zur Isolierung des Produktes sind dort angegeben. Diese Faktoren machen das genannte Verfahren für großtechnische Ansätze unwirtschaftlich.

Aufgabe der Erfindung ist ein einfaches und schnell arbeitendes Verfahren zur Herstellung von N-Acylcystein, das nicht mit den Nachteilen der bisher bekannten Verfahren behaftet ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von N-Acyl-cystein, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man freies Cystein in Gegenwart eines Alkalimetall- oder Ammoniumsalzes von Säuren mit einem pKa-Wert oberhalb 3,2 oder daß man Cystein in Form eines Alkalimetall- oder seines Ammoniumsalzes mit einem Äquivalent eines Alkansäureanhydrids mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen oder eines Alkandisäureanhydrids mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen in wäßriger Lösung oder in einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel, das unter den anzuwendenden Reaktionsbedingungen inert ist, bei Temperaturen zwischen —5 und +20⁰C umsetzt und gegebenenfalls das entstandene N-Monoacyl-cysteinsalz zu N-Monoacyl-cystein neutralisiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert im Vergleich zu den bisher bekannten Methoden sehr gute Ausbeuten, erfordert leicht verfügbare Ausgangs-Verfahren zur Herstellung von N-Acyl-cystein

Anmelder:

Mead Johnson & Company,
Evansville, Ind. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke

und Dipl.-Ing. H. Agular, Patentanwälte,

8000 München 27, Pienzenauer Str. 2

Als Erfinder benannt:
Tellis Alexander Martin,
Coy Webster Waller,
Evansville, Ind. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 18. Juni 1962 (202 948)

stoffe und ist insbesondere zur gewerblichen Herstellung von N-nionoacylierten Derivaten des Cysteins geeignet. Das Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß das Ausgangsmaterial nicht optisch inaktiv wird. Das heißt, bei Verwendung von L-Cystein oder eines Salzes davon als Ausgangsmaterial wird als Produkt ein N-Acyl-L-cystein und nicht das N-Acyl-DL-cystein erhalten.

Bei Verwendung von Salzen der genannten Säuren mit pKa-Werten über 8,4 als Neutralisierungsmittel bildet sich das entsprechende Alkalimetall- oder Ammoniumsalz des Cysteins höchstwahrscheinlich zu Beginn und dient als Reaktionsteilnehmer, da der pKa-Wert von Cystein 8,4 beträgt. Bei Verwendung eines Alkalimetall- oder des Ammoniumsalzes von Cystein als Ausgangsstoff liegt es als Salz bereits vor.

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Das Verfahren wird durchgeführt durch Suspen- B e i s t> i e 1 1

dieren oder Lösen der Cysteinverbindung und der ^P

Puffersubstanz, sofern eine solche benutzt wird, in N-Acetyl-L-cystein
einem Lösungsmittel und Zusatz einer äquivalent

molaren Menge des Anhydridacylierungsmittels im 5 Zu einer in einem Reaktionsgefäß gerührten Sus-Temperaturbereich von. etwa —5 bis +20⁰C. Unter pension von 35,2 g (0,2 Mol) L-Cysteinhydrochlorid-Cysteinverbindung soll Cystein selbst oder ein Alkali- monohydrat in 87 cm³ 91 %igem wäßrigem Tetrametall- oder sein Ammoniumsalz verstanden werden. hydrofuran unter Stickstoffatmosphäre werden 54,4 g Wenn diese Maßnahmen bei Temperaturen wesentlich (0,4 Mol) Natriumacetattrihydrat hinzugefügt. Das oberhalb 20° C durchgeführt werden, ergeben sich io Gemisch wird 20 Minuten lang bei Raumtemperatur erniedrigte Ausbeuten. Cystein scheint sich bei Tem- gerührt, um die Neutralisierung des Hydrochlorids peraturen oberhalb 20⁰C merklich zu zersetzen, da sicherzustellen. Dann wird das Gemisch auf 3 bis 6⁰C zuweilen beim Erwärmen der Geruch nach Schwefel- abgekühlt, und 20 cm³ (20,8 g, 0,21 Mol) Essigsäurewasserstoff auftritt. ,.Das nach dem vorliegenden anhydrid- werden tropfenweise unter Kühlen im Verfahren gebildete N-Acylcysteinsalz ist beträchtlich 15 obigen Temperaturbereich zugegeben,
stabiler als das Cysteinausgangsmaterial. Nach BiI- Die entstehende Suspension wird 6 Stunden lang dung des N-Acylcysteinsalzes wird das Reaktions- bei Raumtemperatur gerührt, über Nacht stehengemisch auf Raumtemperatur gebracht und Vorzugs- gelassen und schließlich 4 Stunden lang unter Rückr weise mindestens 1 Stunde lang auf etwa 40 bis fluß (72° C) erhitzt. Dann wird die entstehende 75°C erhitzt, um Vervollständigung der Umsetzung 20 Suspension von Natriurn-N-acetyl-L-cysteinat durch und maximale Ausbeuten sicherzustellen. . Behandeln mit 8 g Chlorwasserstoff bei 5 bis 10⁰C

Da das Cystein und. _seine Salze der oxydativen neutralisiert. Das sich bildende Natriumchlorid wird

Umwandlung zu Cystin unterliegen, wird das Ver- durch Filtrieren entfernt, das Produkt wird durch

fahren ■— vorzugsweise in Abwesenheit von Luft — Destillieren des Lösungsmittels von dem Filtrat im

unter Verwendung einer inerten Atmosphäre, wie 25 Vakuum, isoliert- und der Rückstand aus 35 cm³

Stickstoff, oder eines ,,anderen gegenüber der Um- . Wasser unter. Bildung von 26,3 g (80,6% Ausbeute)

setzung inerten Gases durchgeführt. N-Acetyl-L-cystein als weißes Festprodukt mit dem

Verschiedene Lösungsmittel haben sich bei dem Schmelzpunkt 109 bis HO⁰C kristallisiert,

erfindungsgemäßen Verfahren als zufriedenstellend . .:

erwiesen; bevorzugt wird Tetrahydrofuran mit einem 3° A^naty^se: ;

Gehalt an etwa 10 Gewichtsprozent Wasser. Wasser N 8,54, SH 19,9.

selbst und damit ruischbare reaktionsstabile orga- . ~

nische Lösungsmittel·'sind geeignet. Unter reaktions- _ Es ist zu beachten, daß im Beispiel 1 zwei chemische stabilen orgamsehen- Lösungsmitteln werden orga- Äquivalente Natriumacetat als Neutralisierungsmittel nische Flüssigkeiten verstanden, die sich weder mit 35 bezüglich des Cystein-hydrochlorids verwendet werden, dem Anhydrid-Aeyliefungsmittel, dem gegebenenfalls Die im Beispiel 1 angegebenen Zeiten und Temperabenutzten Neutralisierungsmittel noch mit der Cystein- türen können im Rahmen des erfindungsgemäßen verbindung unter den angegebenen Reaktionsbedin- Bereichs variiert werden.

gungen umsetzen. Es wurde festgestellt, daß die Verschiedene andere Lösungsmittel können im

niederen Alkanole, die niederen Alkandiole· und 40 Beispiel 1 mit im wesentlichen denselben Ergebnissen

deren Äther ebenso wie niedere aliphatische cyclische angewandt . werden, wobei 70%ig^e Ausbeute bei

Äther und deren Gemische brauchbar sind. Beispiele Verwendung von Methanol, 61%ige Ausbeute bei

für geeignete organische Lösungsmittel sind Methanol, Verwendung von IsopropanoL 78% ige Ausbeute bei

Äthanol, Isopropanol, Tetrahydrofuran, Dioxan, Verwendung von. 90%igem wäßrigem Isopropanol,

Äthylenglykol, Propylenglykol, Monomethyläther, 45 74% ige Ausbeute bei Verwendung von 100%igem

Äthylenglykolmonomethyläther, Äthylenglykoldime- Tetrahydrofuran und 63% ige Ausbeute bei Veiv

thyläther und derenjGemische mit Wasser. wendung von Wasser erhalten werden.

Als Acylierungsmittel sind z. B. Essigsäureanhydrid, Die folgenden Salze können als Neutralisations-

Propionsäureanhydrid, Acetoameisensäureanhydrid, mittel an Stelle von Natriumacetat in dem Verfahren

Buttersäureanhydrid, Pentansäureanhydrid undHexan- 50 des Beispiels 1 mit im wesentlichen denselben Er-

säureanhydrid geeignet. Ebenso sind cyclische Alkan- gebnissen ersetzen: Natriumlaetat, Ammoniumlactat,

disäureanhydride, wie z.B. Bernsteinsäureanhydrid, Kaliumacetat, Lithiumacetat, Ammoniumacetat, Na-

Methylbernsteinsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid trium-, Kalium- und Lithiumcarbonate und -bicarbo-

und Methylglutarsäureanhydrid, geeignet. nate, Natriumsuccinat, Kaliumsuccinat, Ammonium-

Das Acylierungsprodukt kann gewonnen werden 55 succinat, Natriumpropionat,„ Kaliumpropionat, Na-

entweder in Form des. zunächst gebildeten Alkali- . triumformiat, Kaüumformiat, Lithiumformiat und

metall- oder Ammoniumsalzes, oder es kann durch Ammoniumformiat. Die folgenden Neutralisierungs-

Zusatz einer ausreichenden Menge einer starken mittel können neben der Menge des zum Freimachen.

Säure, wie z. B. Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphor- des Cysteinreaktionsmittels aus seinem Hydrochlorid-

säure oder Bromwasserstoffsäure sowie der Alkyl- 60 salz benötigten Mittels auf äquimolekularer Basis

und Arylsulfonsäuren, neutralisiert werden, um die mit im wesentlichen denselben Ergebnissen an die

freie Carbonsäureform zu erhalten. Im allgemeinen Stelle von Natriumacetat treten: Dinatriumphosphat,

wird die Neutralisation vorgezogen, insbesondere Dikaliumphosphat, Dinatriumcitrat und Dikalium-

bei der Herstellung von N-Acetylcystein; doch citrat. Die folgenden Neutralisierungsmittel können

hängt die jeweils günstigste Isolierungsmethode von 65 auf halbmolarer Basis mit im wesentlichen denselben

der herzustellenden Verbindung selbst und den Ergebnissen an Stelle von Natriumacetat benutzt

gewählten Arbeitsbedingungen und Lösungsmitteln werden: Trinatriumphosphat, Trikaliumphosphat, Tri-

ab. natriumcitrat und Trikaliumcitrat.

Wenn bei dem Verfahren des Beispiels 1 keine Stickstoff atmosphäre benutzt wird, so werden etwas niedrigere Ausbeuten erhalten.

B e i s ρ i e 1 2

N-Acetyl-L-cystein

Beispiel 1 wird wiederholt, wobei das Natriumacetat durch 76 g (0,2 Mol) Na₃PO₄ · 12 H₂O als Neutralisierungsmittel ersetzt wird. Es wird N-Acetyl-L-cystein von gleicher Qualität in einer Menge von 23,5 g (72%) gewonnen.

Beispiel 3
N-Succinyl-L-cystein

Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wird wiederholt, wobei das Essigsäureanhydrid durch 20 g (0,2 Mol) Bernsteinsäureanhydrid ersetzt wird. Das Produkt wird als ein öl gewonnen, welches bei Behandlung mit 150 cm³ wasserfreiem Äther fest wird in einer Ausbeute von 41,6 g (94,2%). Es wird aus Wasser zweimal umkristallisiert unter Bildung eines weißen Feststoffes mit dem Schmelzpunkt 141 bis 142°C; [α] 2? = +4,5° (c = 3,0 in Wasser).

Analyse:

C 38,38, H 5,08, N 6,03, SH 14,6.

Beispiel 4
N-Propionyl-L-cystein

26,4 g (0,202 Mol) Propionsäureanhydrid werden im Verlauf von 30 Minuten bei 0 bis 5⁰C zu einer gerührten Suspension von 35,2 g (0,2 Mol) L-Cysteinhydrochloridmonohydrat und 38,4 g (0,4 Mol) Natriumpropionat in 18,2 cm³ Wasser und 80 cm³ Tetrahydrofuran unter Stickstoffatmosphäre langsam zugesetzt. Dann wird die Reaktion wie im Beispiel 1 beschrieben durchgeführt mit einer Ausbeute von 21,7 g (61%). Schmelzpunkt 89 bis 9O⁰C; [<%]f = +24,3° (c = 5,0 in Wasser, mit NaOH auf pH 7 eingestellt).

Analyse:
N 7,69, SH 18,6.

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Beispiel 5
N-Acetyl-L-cystein

24,2 g (0,2 Mol) L-Cystein werden unter Stickstoffatmosphäre bei 10 bis 15 ⁰C zu einer frisch hergestellten Lösung von 0,2 Mol Natriummethoxyd in 200 cm³ wasserfreiem Methanol gegeben. Nach vollständiger Auflösung wird das Gemisch auf —5 bis 0⁰C abgekühlt, und 20 cm³ Essigsäureanhydrid werden langsam zugesetzt. Dann wird das Gemisch über Nacht gerührt, was zu einer klaren Lösung führt, welche 4 Stunden lang auf 50 bis 6O⁰C erwärmt wird. Dann wird die entstehende Lösung von Natrium-N-acetyl-L-cysteinat durch Behandeln mit 3 normalem methanolischem Chlorwasserstoff neutralisiert. Natriumchlorid wird durch Filtrieren entfernt und die Lösung aus dem Filtrat im Vakuum bei 40 bis 50⁰C abdestilliert. Das zurückbleibende Öl wird in 35 cm³ Wasser gelöst und zum Kristallisieren in den Kühlschrank gestellt. Das gereinigte Produkt wird in zwei Teilmengen von insgesamt 21,5 g (67%) mit dem Schmelzpunkt 108 bis HO⁰C gewonnen.

Wenn die Arbeitsweise des Beispiels 5 unter Weglassen des Natriummethoxyds wiederholt wird, so wird eine ll,4%ige Ausbeute an N-Acetyl-cystein mit dem Schmelzpunkt 105 bis 108⁰C erhalten.

Die Acylierung von L-Cystein in wäßriger Lösung mit Essigsäureanhydrid ohne Zusatz eines Neutralisierungsmittels führte zu einer Ausbeute von 24% N-Acetyl-L-cystein. Dieser Versuch wurde durchgeführt wie im Beispiel 1 beschrieben, jedoch unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel und Herabsetzung der Natriumacetatmenge von 0,4 Mol auf 0,2 Mol; das ist gerade ausreichend zum Neutralisieren des als Ausgangsmaterial angewandten Hydrochloride des Cysteins.

Beispiel 6
N-Acetyl-L-cystein

Zu einer unter Stickstoff gerührten Suspension von 35,2 g (0,2 Mol) L-Cystein-hydrochloridmonohydrat und 100 cm³Tetrahydrofuran werden 28 cm³ (0,42 Mol) konzentriertes wäßriges Ammoniak (28 bis 30 % NH₃) langsam bei 0 bis 5°C zugesetzt. Sodann wurden 20 cm³ (29,8 g, 0,21 Mol) Acetanhydrid tropfenweise unter Kühlen innerhalb dieses Temperaturbereichs zugegeben. Nach dem Rühren über Nacht bei Raumtemperatur wird das Gemisch 4 Stunden lang unter Rückfluß erhitzt. Während des Abkühlens auf 0 bis 5°C werden 17 cm³ konzentrierte Salzsäure (36,5 bis 38% Chlorwasserstoff) langsam dem Gemisch und anschließend 250 cm³ Tetrahydrofuran zugesetzt. Das ausfallende Ammoniumchlorid (17 g) wird durch Filtrieren abgetrennt. Das Filtrat wird unter Bildung von 37 g Öl konzentriert, welches in 26 cm³ Wasser gelöst wird. Die Lösung wird abgekühlt und ergibt beim Kristallisieren 21,3 g (65,3 %) N-Acetyl-L-cystein mit dem Schmelzpunkt 105 bis 107⁰C und weißer Farbe.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von N-Acylcystein, dadurch gekennzeichnet, daß man freies Cystein in Gegenwart eines Alkalimetall- oder Ammoniumsalzes von Säuren mit einem pKa-Wert oberhalb 3,2 oder daß man Cystein in Form eines Alkalimetall- oder seines Ammoniumsalzes mit einem Äquivalent eines Alkansäureanhydrids mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen oder eines Alkandisäureanhydrids mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen in wäßriger Lösung oder in einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel, das unter den anzuwendenden Reaktionsbedingungen inert ist, bei Temperaturen zwischen —5 und +2O⁰C umsetzt und gegebenenfalls das entstandene N-Monoacyl-cysteinsalz zu N-Monoacyl-cystein neutralisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei etwa 3 bis 8⁰C durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Reaktionsgemisch anschließend mindestens 1 Stunde lang auf eine Temperatur von etwa 40 bis 75° C erhitzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel ein niederes Alkanol verwendet.

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5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Metha- gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in einer nol oder Tetrahydrofuran verwendet. inerten Atmosphäre durchführt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalimetallsalz 5 gekennzeichnet, daß man als Acylierungsmittel einer Säure mit einem pKa-Wert oberhalb 3,2 Essigsäureanhydrid oder Bernsteinsäureanhydrid Natriumacetat verwendet. verwendet.

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