DE2200952C3

DE2200952C3 - Verfahren zur Reinigung von trans^-Aminomethylcyclohexancarbonsäure

Info

Publication number: DE2200952C3
Application number: DE2200952A
Authority: DE
Inventors: Hiroki Kuroda; Saburo Chiba Nabeta; Kikuji Suzuki
Original assignee: Daiichi Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Daiichi Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1972-01-10
Filing date: 1972-01-10
Publication date: 1974-07-04
Also published as: DE2200952A1; DE2200952B2

Description

30

Die Erfindung betrifft eir· Verfahren zur Reinigung von trans^-Aminomethylcytiohe.vancarbonsaure (im folgenden als trans-AMCHS bezeichnet), die mit dem entsprechenden cis-Isomeren (im folgenden als eis-AMCHS bezeichnet) verunreinigt ist, welches bei den meisten Verfahren zur Herstellung von trans-AMCHS zusätzlich entsteht.

Trans-AMCHS wurde in der Medizin als Antiplasmin-Medikament verwendet.

4-Aminomethylcyclohexancarbonsäure (AMCHS) kommt in zwei stereoisomeren Formen vor. Diese Stereoisomerie ist auf die unterschiedliche räumliche Anordnung der Substituenten

— COOH und —

,45

am Cyclohexanring zurückzuführen, wie aus den folgenden Strukturformeln ersichtlich ist:

5°

COOH

(trans-AMCHS) j

55

(cis-AMCHS)

60

H CH₂NH, HgNH₂C ^SH

Zur Herstellung von reinem trans-AMCHS muß das cis-AMCHS, welches keine Antiplasmin-Wirkung aufweist, aus einem Gemisch der beiden Isomeren entfernt werden, da bei der Herstellung von trans-AMCHS durch Reduktion des entsprechend substituierten Benzolrings zu dem gewünschten Cyclohexanderivat jeweils ein Gemisch von eis- und transisomeren auf Grund der in der 1- und 4-Stellung des Rings vorhandenen Substituenten entsteht. Eine Isomerenumlagerung des cis-Isomeren in das transisomere durch Erhitzen in alkalischem Medium führt nicht zu einer vollständigen Umlagerung, sondern es verbleibt auf Grund des thermodynamisch *,n Gleichgewichts zwischen den beiden Isomeren immer ein Anteil an cis-Isomerem.

Bisher wurde reines trans-AMCHS aus einem Gemisch der beiden Isomeren hergestellt, indem man das Gemisch in ein Salz, wie p-Toluolsulfonat, überführte und das in wäßriger Lösung weniger lösliche trans-AMCHS-p-toluolsuIfonat durch fraktionierte Kristallitation abtrennte. Bei diesem bekannten Verfahren mußte das trans-AMCHS aus dem abgetrennten trans-AMCHS-p-toluolsulfonat erst in einem weiteren Arbeitsgang zurückgewonnen werden, wie dies z. B. in der japanischen Patentschrift 535 876 beschrieben ist. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nur schwierig in technischem Maßstab ausführen und außerdem ist hierbei ein teures Reagenz erforderlich.

In der japanischen Offenlegungsschrift 4786/66 ist ein Verfahren zum Abtrennen des trans-Isomeren aus einem Gemisch von trans- und cis-AMCHS bpschrieben, bei welchem das Gemisch in Wasser mit einem anorganischen Kupfer(II)-salz, z. B. Kupfer(II)-carbonat oder K.upfer(II)-hydroxid, behandelt wird, wobei sich das Kupfer(II)-salz der Isomeren bildet. Das Kupfer(II)-salz des trans-Isomeren wird dann auf Grund der unterschiedlichen Löslichkeit von dem cis-Isomeren abgetrennt und anschließend die trans-AMCHS aus dem Kupfersalz in Freiheit gesetzt.

Bei dem analogen Verfahren gemäß der japanischen Offenlegungsschrift 24 893/67 wird an Stelle des Kupfer(II)-salzes Phthalsäure eier Fumarsäure angewendet.

Gemäß diesen bekannten Verfahren läßt sich jedoch keine hochreine trans-AMCHS isolieren, die vollkommen frei von cis-Isomerem ist. Ferner lassen sich diese Verfahren nur schwierig in technischem Maßstab ausführen, da eine Reihe von Verfahrensstufen, wie Salzbildung, Abtrennung des Salzes des trans-Isomeren von dem cis-Isomeren, Freisetzen der trans-AMCHS aus dem entsprechenden Salz, Entfernen des Kupfers, der Phthalsäure oder Fumarsäure durch Ionenaustausch oder Einengen der wäßrigen Lösung der trans-AMCHS, erforderlich sind. Außerdem werden bei diesen Verfahren teure Reagenzien benötigt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man dagegen hochreine trans-AMCHS, ohne jeden Gehalt an cis-AMCHS, in einfacher Weise, indem man rohe AMCHS gründlich mit einer geringen Menge Wasser bei einer Temperatur unter 21,5°C in Berührung bringt. Erfindungsgemäß läßt sich also in sehr einfacher Weise eine Abtrennung des cis-Isomeren von der trans-AMCHS in technischem Maßstab ausführen, ohne daß irgendwelche teuren Reagenzien erforderlich sind.

Durch das übliche Umkristallisieren von AMCHS aus Wasser, Alkoholen oder irgendeinem anderen organischen Lösungsmittel ist keine vollständige Abtrennung des cis-Isomeren aus einem Gemisch beider Isomeren möglich. In der folgenden Tabelle I ist beispielsweise der Gehalt an cis-Isomerem in gereinigten Kristallen zusammengestellt, die aus Wasser

gemäß dem folgenden Verfahren umkristallisiert worden waren:

Rohes AMCHS (cis/trans-Verhältnis = 20 ; 80) wurde in einer Weinen Menge Wasser gelöst. Die Lösung wurde im Vakuum bei 60 bis 7O⁰C eingeengt. Die hierbei ausfallenden Kristalle wurden abfiltriert und mit Methanol gewaschen. Die abgetrennten Kristalle wurden getrocknet und der Gehalt an cis-Isomerem wurde gas- ίο chromatographisch bestimmt.

Tabelle I

	Ausbeute ar>	Gehalt an
Versuch Nr.	Kristallen, %	cis-Isomerem
		in den gereinigten
	72	Kristallen, %
1	68	3.5
2	60	3,4
3	50	3,6
4	4,0

25

Auch ein drei- bis fünfmaliges Umkristallisieren aus Wasser gemäß dem obigen Verfahren führt zu unreinen Kristallen mit einem Gehalt von 0,5 bis 1 % an cis-Isomerem, auch wenn bei der Abtrennung der trans-AMCHS-Kristalle eine beträchtlich geringere Ausbeute in Kauf genommen wurde.

Der Grund, warum die übliche Umkristallisation nicht mit Erfolg zur Reinigung von trans-AMCHS angewandt werden kann, ist auf die große Affinität zwischen der eis- und trans-AMCHS zurückzuführen, auf Grund deren einige Moleküle des in der Lösung vorhandenen cis-Isomeren während des Kristaliwachstuirs bei der Umkristallisation in das Kristallgitter der trans-AMCHS eingebaut werden, auch wenn die Konzentration des cis-Isomeren beträchtlich unter der Sättigungskonzentration liegt.

Eingehende Untersuchungen der Löslichkeit und der Kristallstruktur der beiden Isomeren im Rahmen der Erfindung führten zu einem sehr vorteilhaften Verfahren zum Abtrennen des cis-Isomeren aus der rohen AMCHS.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur Reinigung von trans-AMCHS, die mit dem entsprechenden cis-Isomeren verunreinigt ist. Die Besonderheit dieses Verfahrens besteht darin, daß man rohe AMCHS gründlich mit Wasser von weniger als 21,5°C in einer Menge vermischt, welche geringer ist als die zur Erzielung einer gesättigten Lösung von trans-AMCHS bei der jeweils angewandten Temperatur erforderliche Menge, reines trans-AMCHS-Trihydrat (C₈H₁₅NO₂ ■ 3 H₂O) kristallisiert und daraus die wasserfreie Säure durch Trocknen, zweckmäßig bei 60 bis 80° C, freisetzt.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung und der Beispiele weiter erläutert.

In der Zeichnung sind die Löslichkeitskurven von eis- und trans-AMCHS in Wasser bei verschiedenen Temperaturen dargestellt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich hochreine trans-AMCJIS in einfacher Weise wie folgt herstellen:

Rohe Kristalle von AMCHS werden mit der zweibis dreifachen Gewichtsmenge an kaltem Wasser vermischt und eine Zeitlang (20 Minuten bis 4 Stunden) bei einer Temperatur unter 21,5°C,[gründlich gerührt, Während des Rührens wird ein /Teil der rohen Kristalle gelöst und aus der Lösung in Form von reinen trans-AMCHS-Kristallen mit drei Molekülen Kristallwasser auskristallisiert. Auf diese Weise erfolgen das Auflösen und Auskristallisieren gleichzeitig in der Lösung. Die reinen trans-AMCHS-Kristalle können dann durch Abfiltrieren abgetrennt werden.

Dreifach hydratisierte Kristalle von trans-AMCHS (trans-C₈H_l5NO₂ · 3H₂O) waren bisher nicht bekannt.

Die Bildung dieser Kristalle ist von großer Bedeutung für die vollständige Entfernung des cis-Isomeren. Auf Grund der erfindungsgemäßen Kristallisation wird durch die drei Moleküle Kristallwasser im Kristallgitter der trans-AMCHS die Einlagerung von cis-AMCHS-Molekiilen in das Kristallgitter der trans-AMCHS verhindert. Die Bedingungen des erfindungsgemäßen Reinigung-Verfahrens sind also so gewählt, daß Kristalle von trans-AMCHS-Trihydrat, aber keine Kristalle des cis-Isomeren auskristallisieren können.

¹Es wurde gefunden, daß die Hydratkristalle bei einer Temperatur oberhalb von 21,5⁰C in wäßriger Lösung nicht beständig sind. Analoge Hydratkristalle des cis-Isomeren konnten darüber hinaus in keinem Temperaturbereich gefunden werden.

In der Zeichnung ist die Wasserlöslichkeit der beiden Isomeren, jeweils bezogen auf Gewichtsprozent wasserfreie AMCHS, in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt. Aus der Kurve für trans-AMCHS ergibt sich eindeutig das Vorhandensein von zwei Kristallarten: Die überschüssigen Kristalle, welche in der gesättigten Lösung unter 21,5°C unlöslich sind, bestehen aus Hydratkristallen; die bei über 21,5°C unlöslich bleibenden Kristalle bestehen r.us an sich bekannten wasserfreien Kristallen. Die Temperatur von 21,5⁰C stellt den kritischen Umwandlungspunkt der beiden Kristallarten dar.

Das charakteristische und wesentliche Merkmal der Erfindung beruht also auf der Tatsache, daß die Umkristallisation zum Zwecke der Reinigung bei einer Temperatur unter dem Umwandlungspunkt ausgeführt wird

Zweckmäßigerweise führt man die Reinigung unter den folgenden Bedingungen aus:

Die zum Umkristallisieren anzuwendende Wassermenge hängt hauptsächlich von dem Gehalt an cis-Isomerem in der rohen AMCHS ab. Theoretisch muß d^e anzuwendende Höchstmenge an Wasser geringer sein als diejenige Menge, die zur Erzielung einer gesättigten Lösung von trans-AMCHS bei der zum Umkristallisieren angewandten Temperatur erforderlich ist; die theoretisch anzuwendende Mindestmenge an Wasser muß größer sein als diejenige Menge, bei welcher gerade die Sättigungskonzentration für das in der umzukristallisierenden AMCHS vorhandene cis-Isomere erzielt wird. Falls jedoch der Gehalt an cis-Isomerem unter 10 Gewichtsprozent liegt, so ist es im Hinblick auf die zur vollständigen Umwandlung in reine Kristalle von trans-AMCHS-Hydrat erforderliche Zeit sowie die Leichtigkeit des mechanischen Rührens der Aufschlämmung zweckmäßig, die zwei- oder dreifache Wassermenge, bezogen auf das Gewicht der AMCHS, anzuwenden Ferner soll die Temperatur für die Umkristallisation vorzugsweise um OC liegen, wobei insbesondere bei Temneraturen.

zwischen 1 und 5° C gute Ergebnisse bei der Ausführung in technischem Maßstab erzielt werden.

Die zur Erzielung von reinen Kristallen von trans-AMCHS-Hydrat erforderliche Zeit für die Umkristallisierung beträgt 30 Minuten bis mehrere Stunden.

Eine weitere vorzugsweise Ausführungsform für die Umkristallisation beruht in dem Zusatz einer geringen Alkoholmenge (z. B. Methanol oder Äthanol), um die Verluste durch in der Mutterlauge zurückbleibende trans-AMCHS herabzusetzen.

Obwohl durch den Zusatz dieser Alkohole die Löslichkeit beider Isomerer herabgesetzt wird, erniedrigt sich gleichzeitig die Umwandlungstemperatur. Aus diesem Grund hat der Zusatz einer größeren Alkoholmenge ein umständliches Kühlverfahren zur Folge.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die rohe AMCHS zunächst vollständig unter Erwärmen in Wasser gelöst, die Lösung bis zu einer entsprechenden Sättigung eingeengt und dann unter die Umwandlungstemperatur (21,5° C) gekühlt werden, wobei reines trans-AMCHS-Trihydrat auskristallisiert.

Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden Beispiele weiter erläutert:

Beispiel 1

30 g rohes AMCHS (cis/trans-Verhältnis = 2,4: 97,6) wurde portionsweise unter Rühren zu 65 ml Wasser, welches auf eine Temperatur zwischen 1 und 3⁰C gekühlt wurde, zugegeben. Dabei wandelten sich die Kristalle im Verlauf von etwa 1 Stunde allmählich in Kristalle von reinem trans-AMCHS-Trihydrat um. Nachdem sich keine wasserfreien Kristalle von roher AMCHS mehr auflösten, wurde die Aufschlämmung abfiltriert und die Abfiltrierten Kristalle wurden mit einer geringen Menge kaltem Wasser gewaschen. Die Kristalle wurden bei 60 bis 80° C getrocknet. Dabei wurden 20 g wasserfreie reine Kristalle- von trans-AMCHS erhalten, welche keinerlei cis-Isomeres enthielten. (Die Analyse erfolgte auf gleiche Weise, wie dies im folgenden Beispiel 2 beschrieben ist.)

Zu Vergleichszwecken wurde das obige Verfahren wiederholt, wobei jedoch die Kristallisation bei 25⁰C ausgeführt wurde. Dabei wurden 20 g gereinigte Kristalle erhalten, deren Analyse jedoch einen Gehalt von 2,1% an c^:s-Isomerem ergab.

Beispiel 2

Eine wäßrige Lösung von 20 g roher AMCHS (cis/trans-Verhältnis = 2,9 : 97,1) wurde im Vakuum bis auf 70 ml eingeengt und dann allmählich unter Rühren abgekühlt. Zuerst kristallisierte eine kleine Menge feiner Kristalle von wasserfreier trans-AMCHS aus. Nachdem die Temperatur unter 21,5°C gefallen war, wurde die Lösung mit Kristallen von trans-AMCHS-Trihydrat angeimpft, um die Umwandlnng von wasserfreien trans-AMCHS-Kristallen in die Trihydratkristalle einzuleiten; gleichzeitig wurde das Rühren fortgesetzt. Kurz nach dem Einbringen der Impfkristalle kristallisierten farblose Prismen von trans-AMCHS-Trihydrat aus. Die Temperatur der Lösung wurde dann auf 0°C herabgesetzt, und es wurde eine weitere Stunde gerührt. Die hierbei ausfallenden Kristalle wurden abfiltriert und mit einer kleinen Menge gekühltem Wasser gewaschen.

ίο Die Kristalle wurden bei einer Temperatur unter 20°C an der Luft getrocknet. Dabei wurden 14,9 g kristallines trans-AMCHS-Hydrat (C₈H₁₆NO₁J · 3 H₂O) in einer Ausbeute von 57%, bezogen auf wasserfreie rohe AMCHS, erhalten. Der Gewichtsverlust der reinen Kristalle beim Trocknen betrug 26,2%, gegenüber einem theoretisch berechneten Gewichtsverlust von 25,6/_o. Ein Teil der Kristalle wurde mit Essigsäureanhydrid acetyliert und dann mit Diazomethan methyliert, wobei das N-Acetylmethylesterderivat

so erhalten wurde. Bei der gas-chromatographischen Analyse dieses Derivats unter Verwendung von 2% Polyäthylenglykol mit einer Korngröße von 0,8 mm als stationäre Flüssigkeit konnte keine Anwesenheit von cis-lsomerem festgestellt werden (die Fehlergrenze dieser Analyse liegt über 0,2%).

In einem weiteren Versuch wurden wasserfreie Kristalle von trans-AMCHS bei einer Temperatur über dem Umwandlungspunkt aus einer konzentrierten Lösung (70 ml) derselben AMCHS (20 g) unter Zusatz einer geringen Menge Methanol auskristallisiert. Die Analyse der auf diese Weise erhaltenen Kristalle wurde auf gleiche Weise wie oben ausgeführt. Dabei ergab sich die Anwesenheit von 1,3% an cis-lsomerem in den gereinigten Kristallen (Ausbeute: 10,5 g).

Beispiel 3

31,4 g AMCHS (cis/trans-Verhältnis = 1:1), hergestellt durch Reduktion von 4-Cyanocyclohexancarbonsäure, wurden in 200 ml einer 5%igen Natron-

♦o lauge gelöst und 3 Stunden bei 240° C in einem Autoklav isomerisiert. Die Reaktionslösung wurde durch eine Kolonne eines stark sauren Ionenaustauschharzes (400 ml) geleitet. Nach dem Auswaschen der Kolonne mit Wasser wurde die AMCHS mit einer 4%igen wäßrigen Ammoniaklösung eluiert. Das Eluat wurde eingeengt, und es wurden 30 ml Methanol zur Kristallisation zugegeben. Die ausgefallenen Kristalle wurden abfiltriert, mit Methanol gewaschen und anschließend getrocknet. Dabei wurden 21,5 g rohe AMCHS erhalten (cis/trans-Verhältnis = 3,8 : 96,2). Die rohe AMCHS wurde in Wasser gelöst und im Vakuum auf etwa 50 ml eingeengt. Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2 (0⁰C, 1 Stunde) wurden 15,0 g reine Kristalle von trans-AMCHS-Trihydrat erhalten, die anschließend in die wasserfreie Säure übergeführt wurden. In den Kristallen konnte kein cis-Isomeres durch gaschromatographische Analyse festgestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung von trans-4-Aminomethylcyclohexancarbonsäure, die mit dem entsprechenden cis-Isomeren verunreinigt ist, d adurch gekennzeichnet, daß man rohe ^-Aminomethylcyclohexancarbonsäure gründlich mit Wasser von weniger als 21,5° C in einer Menge vermischt, welche geringer ist als die zur Erzielung einer gesättigten Lösung von trans-4-Aminomethylcyclohexancarbonsäure bei der jeweils angewandten Temperatur erforderliche Menge, reines trans- 4 - Aminocyclohexancarbonsäure -Trihydrat (C₈H₁₅NOg-SH₂O) kristallisiert und daraus die wasserfreie Säure durch Trocknen, zweckmäßig bei 60 bis 8O⁰C, freisetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dc3 die Kristallisation des Trihydrats bei einer Temperatur zwischen 0 und 5° C durch- ao geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser in der zweibis dreifachen Menge, bezogen auf das Gewicht der eingesetzten rohen 4-AminomethyIcyclohexancarbonsäure, anwendet.