DE1543630A1 - Verfahren zur Herstellung von tert. Butyloxycarbonylderivaten von Aminosaeuren - Google Patents

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG 1543630 LEVERKUSEN.Bayerwerk 22. ΏβΒ. 1966 PATENT-ABTEILUNG VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON TERT, BUTYLOXYCARBONYLDERIVATEN VON AMINOSÄUREN

Bekanntlich hat der tert. Butyloxycarbonylrest (abgekürzt BOC-Rest nach einem Vorschlag von R. Schwyzer, J. Rudinger, E. Wünsch und G.T. Young in "Fifth Eureopean Peptide Symposium", S. 261, Macmillan (Pergamon) New York, 1963) große Bedeutung ale Aminoschutzgruppe für die Peptidchemie erlangt.

Wegen der Instabilität des BOC-chlorids (F.C. MoKay und N.F. Albertson, J.Amer. ehem. Soc. 79» S. 4686 (1957) ) ist die Synthese der BOC-Aminosäuren verhältnismäßig aufwendig. Man kann das BOC-chlorid zwar in situ zur Acylierung verwenden (R.B. Woodward", K. Heusler, J. Gosteli, P. Naegler, W. Oppoleer, R. Ramage, S. Ranganathan u. H. Vorbrüggen, J. Amer. ehem. Soc. 88, S. 852 (1966) doch ist die Bildung von Harnstoffen mit überschüssige» Phosgen möglich. In der Praxis gewinnt man die BOC-Aminosäuren fast ausschließlich über den BOC-p-Nitrophtnyleeter (G.W. Anderson und A.C. McGregor, J.Amer. ohem. Soc. 2S» ³· ⁶¹⁸° (1957) ) oder noch häufiger über das BOC-Azid (R. Schwyitr, P. Sieber und H. Kappeier, HeIv. chim. Act* 4J!, 2622 (1959) ), da bei einigen Aminosäuren die Acylierung mit dem p-Iitrophenylester versagt (vergl. E. Schröder und K. Lübk·, in *Th· ?tptid··", Band I, S. 37, Academic Press, New York - Lond, 1965). In guten Ausbeuten lassen sich die meisten BOC-Aainosäuren mit BOC-Aiid J

909831/U09 Le. A 10 451 - 1 -

BAD ORIGINAL

• » ^r ψ tf ^r ^f ν

und Natronlauge darstellen, wenn man die Acylierung im Autotitrator (pH-Stat) bei einem kontrollierten pH-Wert durchführt (E. Sohnabel, Liebige Ann. Chem. im Druok). Die Synthese von BOC-Azid führt über mehrere Stufen (L.A. Carpino, J. Amer. ehem. Soo. 22» ^s· 98 (1957)1 82, S. 2725 (I960) ). Das Reagens ist explosiv ( P.G. Katsoyannis u. K. Hofmann in "The Proteins, Band 1, S. 67, New York (63)") und wegen seiner starken Blutgefäß-erweiternden Wirkung unangenehm zu handhaben. Die BOG-Aminoeäuren kann man außerdem aus den Isocyanato-Terbindungen der Aminosäureester mit tert. Butanol durch anschließende Verseifung der Ester darstellen (J. Amer. chem· Soo. 22» ^s· 4-686 (1957)I 6180 (1957) ). Neuerdings sind mit BOC-Cyanoformiat (H. Leplawy und W. Stee, Bull aoad. Polon, sei. Ser. sei. chim. 12, S. 21 (1964) ) und BOC-N-Hydroxysuooinimidester (H. Frankel,· D. Ladkany, G. Gilon und Y. Wolman, Tetrahedr. Lottere 22» S. 4765 (1966) ) zwei weitere Acylierungsmittel für die Einführung der BOC-Gruppe beschrieben worden, doch ist auch hier die Synthese recht aufwendig und die Acylierung von Aminosäuren erfordert drastische Bedingungen.

Es wurde nun gefunden, daß man tert. Butyloxycarbonylderivate von Aminosäuren besonders vorteilhaft mit Hilfe von tert. Butyloxyoarbonylfluorid herstellen kann. Om bieaer unbekannt· BOC-Jluorid ist viel stabiler als da« lOC-Ghlorid. Im Vergleich zu dem sterisoh gehinderten BOC-Azid reagiert das Fluorid unter wesentlich milderen Bedingungen. Die Aoylierungen verlaufen selbst bei Temperaturen unterhalb 0⁰C, meist innerhalb einer Stuftde fast quantitativ. So wurden die BOC-Derivate

Le A 10 451 - 2 -

909831/U09

8AD ORIGINAL

von Glycin, Alanin, Leucin, Isoleucin, Prolin, Phenylalanin, ei-Carbobenzoxylysin und u-p-Nitroearbobenzoxylyein durch Verwendung von BOC-Fluorid in Ausbeuten von ca, 90% kristallisiert erhalten. Auch Serin, Threonin, Asparaginsäure tand glutaminsäure setzen sich bei O⁰C und ebenso bei Zimmertemperatur innerhalb kurzer Zeit bei pH 9_f2 bis 9_t5 glatt mit dem Plusrid um und man kann die BOC-Derivate in Auebeuten ua 9OiC isolieren» Die·· l»t umso überraschender, als bei der Synthese der BOC-D«rivat« öer letztgenannten Aminosäuren die Acylierung mit BOC-Nitrophenyl« ester versagt und daa BOC-Azid nur langsam reagiert.. Besonder« Vorteile bietet das Verfahren Jedoch In den Fällen, in denen die Umsetzung mit den änderte gebräuchlichen AcylieruagsnitttlTj infolge sterisoher Hinderung mir mit' schlechten Ai**t>t»tan vtr-.lftuft. So erhält man BöC-N~Methyl-DL~valin über d&a BOC-Azid im pH-Stat-Verfahren nach 48 Standen bei pH 10,5 mit 53$ Ausbeute, während man über das Fluorid innerhalb von 2,5 Stun&ra. bit pH 9,5 755* kristallisiertes BOC-N-Methyl-DL-valin erhält.

Auch die Halbester oder Halbamide derΛ-Aminodicarbonsäuren sind mit de» BOC-Fluorid bequem und in besseren Ausbeuten als nach den anderen Verfahren acylierbar, da die Reaktion bei pH-Werten durchgeführt werden kann, bei denen noch keine merkliche Hydrolyse der Carbonsäurederivate erfolgt.

In der beiliegenden Tabelle I sind die Bedingungen für die Synthese sowie die physikalischen Daten einiger BOC-Aminosäuren zusammengestellt, die durch Reaktionen mit dem BOC-Fluorid und HaOH

unter pH-Kontrolle dargestellt wurden.

-5- 909831/U09

BAD

Für verschiedene Beispiele sind außerdem in der beiliegenden Tabelle II Reaktionsbedingunien und Ausbeute bei der pH-kontrollierten Synthese über da· BOC-Azid bzw. BOC-Pluorid einander gegenübergestellt.

Als weiteren Vorteil bietet das Reagenz die Möglichkeit, Histidin auch an den Imidazplgruppeidurch den tert. Butyloxycarbonyl-Rest zu schützen. Die im-BOC-Gruppe ist Alkali-labil und wird durch wasserfreie Trifluoreasigsäur« innerhalb von 60 Minuten abgespalten. Die Acylierung kann own bei Zimmertemperatur durchführen., doch ist es besonders günstig, bei Temperaturen um O⁰C mit pH-Kontrolle zu arbeiten. BOC-Asparaginsäure-ß-benzylester kristallisierte z.B. nicht, als der pH-Wert während der Umsetzung für kurs* ieit über 10 geriet.

Das Reagenz eignet sich auch zur Acylierung von Aminosäureestern. Ala Aminosäurepartner sind racemische und natürliche sowie synthetische L- und D-Aminosäuren» Iminosäuren mit mindestens einem Wasserstoffatom am Stickstoff, Aminosäuren mit zusätzlichen Carboxylgruppen oder Aminogruppen möglich. Aufler den Aminocarbonsäuren sind euch Aminosulfonsäurea sowie Aminophosphorsäuren nach diesem Verfahren acylierbar.

Le A 10 451 -4- 9 09831/U09

BAD ORIGINAL

Beispiel 1 _,

BOC-L-Asparaginsäure

3,3g Asparaginsäure wurden in einem Gemisch aus 5 ml Dioxan und 5 ml H₂O suspendiert und auf -4⁰C gekühlt. Dann setzt man unter kräftigem Rühren in 3 Portionen insgesamt 6 ml rohes BOC-Fluorid (ca. 6O#ig) zu und hielt das pH mit dem Autotitrator bei 9,5. Die Alkaliaufnahme war nach 30 Minuten beendet. Nach weiteren 60 Minuten filtrierte man von einem geringfügigen Niederschlag, wusch mit wenig Wasser nach und extrahierte die noch alkalische Lösung mit 30 ml Äther. Dann wurde die Lösung auf O⁰C gekühlt und durch Zugabe von fester Zitronensäure sauer gestellt. Man extrahierte nun mit insgesamt 150 ml sek« Butanol in 3 Anteilen und wusch die Auszüge dreimal mit je 10 ml gesättigter NaCl-Lösung und schließlich zweimal mit je 5 ml Wasser. Dann wurde das Butanol im Vakuum abgeeogen und das hinterbieibende öl in Essigester gelöst, filtriert und mit Petroläther versetzt. Beim Eindunsten der Lösung kristallisierten 4-,I g der Verbindung, die gut mit Petroläther gewaaahen wurden. Ausbeute 71%. Schmp. 114 bis 116⁰C. - ⁶»²? ^Lit· vergl. Tabelle I.

Beispiel 2 BOC-L-AsparaginBäure-B-benzylester

4,5 g Asparaginsäure-ß-benzylester wurden in einer Mischung von 5 ml Dioxan und 5 ml H_a0 suspendiert und nach dem Abkühlen auf -4⁰C mit insgesamt 6 ml rohem BOC-Fluorid bei pH 8,8 umgesetzt,

wobei das pH durch automatische Zugabe von 4 η NaOH auf

8,8 - 0,2 gehalten wurde. Die Reaktion war nach einer Stunde

"⁵" 9Ü9831/U09

BAD ORIGINAL

beendet. Nach weiteren ein-etündigen Rühren wurde von einem geringfügigem Niederschlag abgesaugt, das Filtrat mit fester Zitronensäure angesäuert und das öl durch dreimaliges Extrahieren mit je 30 ml Essigester abgetrennt. Die vereinigten Auszüge wurden wiederholt mit je 10 ml H₈0 gewaschen und der Essigester im Vakuum abgezogen. Dabei blieben 6,5 g (lOO^)des gewünschten Produktes kristallisiert zurück. Nach dem Umkristallisieren aue Essigester Fetroläther erhielt man 5,55 g (86^) vom Schmp. 95 bis 97⁰C; R_{p gBH} 0,62; /$J_51Q + 7,1 (c « 1; Eisessig)

Beispiel 3 BOC-L-Glutaminaäure-l'- benzylester

5,4 g Glutaminsäure-/^- benzylester wurden suspendiert in 10 ml

einer 1 : 1 Mischung von Diozan und Wasser und mit insgesamt 6 ml

rohem BOC-Pluorid bei pH 8,8 umgesetzt« Allmählich löste sich das Material auf. Nach 1,5 Stunden wurde abgesaugt - pH 9,2 - und gut mit H₈O n&,.hg«fe»jechen. Im Rückstand befand sich neben

wenig unumgesetsstem Glutamin-jf-benzylester (R- SBA⁺ ' ^UP "" sächlich freie Glutaminsäure (R_{y gB}· 0,12), die sioh durch Verseifen des ^-Esters gebildet hatte, sowie Spuren der gewünschten Verbindung. Nach dem Extrahieren der Reaktionslösung mit 30 ml Äther wurde die wässrige Phase mit Zitronensäure angesäuert und mit insgesamt 100 ml.Methylenchlorid in drei Anteilen extrahiert. Die Methylenchloridlösung wurde mehrfach mit jeweils 10 ml H₈O gewasohen und schließlich im Vakuum eingeengt. Dabei hinterblieb die gewünschte Verbindung als farbloser Sirup; Rj_{1 SBIi} 0,64. Ausbeute 6,4 g

Le A 10 4 51 -6- 909831/1409

BAD ORIGINAL

Bffpiel 4 ^

BOC-L-Serin '

5,7 g Serin wurden auf ge schlämmt in 10 ml Dioxan und unter Kühlen auf -15⁰C 10 ml 4n HaOH zugesetzt, gefolgt von 15 ml rohem B0C-?luorid. Man rührte unter anfänglichem Kühlen zwei Stunden bei Zimmertemperatur, wobei man das pH bei 9,5 hielt. Haoh dem Absaugen von einer geringfügigen Trübung wurde das filtrat mit 30 ml Äther extrahiert, angesäuert mit Zitronensäure und nach Zugabe von Kochsalz viermal mit je 30 ml Essigester ausgesogen. Die vereinigten Extrakte wurden wiederholt mit Je 10 ml gesättigter Kochsalzlösung gewaschen und schließlich noch zweimal mit je 10 ml Wasser. Beim Abziehen dft· Lösungsmittels erhielt man 9,3 g sirupöeen Rückstand (90#) mit einem R_{y SBK} von 0,4-2. Beim Stehen kristallisierte der Sirup

durch, gas vorliegend» Hydrat schmolz bei 75 bis 78⁰Ci ~ *»⁵» (° ~ ^{lf in}

Beispiel 5 BOC-H-Methyl-SL-valin

5,75 g H-Methyl-DL-valin wurden in 10 ml 50jCigem Dioxan suspendiert, die Suspension auf -2O⁰C gekühlt und 15 ml BOC-Fluorid zugegeben. Man rührte unter anfänglichem Kühlen bei pH 9,7 und liefl dann auf Zimmertemperatur kommen. Hach 2,5 Stund·« wurde von einem flockigen Miederschlag abgesaugt und das filtrat tunlichst mit 30 ml Äther.extrahiert. Sann säuerte man mit Zitronensäure an und zog die Lösung mit 120 ml Äther in drei Anteilen aus. Sie ätherischen Phasen wurden durch dreimaliges Waschen mit je 10 ml Wasser entsäuert und der Äther im Vakuum abgezogen. Als Rückstand hinterblieben 10 g eines schwach gelben Öls (94*), die sohllelllch unter Petroläther kristall!- x 16 451 -7- 909831/U09

BAD ORlG¹NAL

eierten. Ausbeute 8,1 g (75^) von Schmp. 81 bis 83⁰C;

^RP SBN °'⁶²·

Alle weiteren Derivate aus Tabelle I wurden unter den in der Zusammenstellung aufgeführten Bedingungen analog dargestellt.

⁺) SEV « 85 Volumenteile sek. Butanol und 15 Volumenteile lO^igen Ammoniak·

SBA. » 75 Volumenteile sek. Butanol} 15 Volumenteile Wasser und IO Volumenteile 9<#ige Ameisensäure.

Le A 10 451 - 8 -

909831/U09

ßAD ORIGINAL

Claims (3)

Patentansprüche β

1. Verfahren zur Herstellung der tert.-Butyloxycarbonylderivate τοη Aminosäuren, dadurch gekennzeichnet, daß man Amino- und/oder Imino-Carbonsäuren mit mindestens einem substituierbaren Η-Atom an der Aminogruppe und/oder deren Ester und/oder teilgeachützte Derivate mit tert.-Butyloxyoarbonylfluorid in Anwesenheit von Basen bei Temperaturen von -70 bis +30⁰C, vorzugsweise bei -10 bis +10*0, unter automatischer Kontrolle des pH-Wertes umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl man von raoemiechen Amino- und/oder Iminocarbonsäuren ausgeht.

3. Verfahren naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man von optisch aktiven Amino- und/oder Iminocarbonsäuren ausgeht.