DE2432807B1 - Verfahren zur Herstellung selenhaltiger Aminosäuren - Google Patents

Description

R—Se—(CH₂),,- CH- COOH
NH,

(D

worin R einen Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen und η 1, 2, 3 oder 4 bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man Selen mit einem Alkaliborhydrid in Gegenwart eines Alkalialkoholats in einem niedrigmolekularen Alkohol umsetzt, anschließend das Dialkalidiselenid mit einem Alkylhalogenid der Formel V

R-X

(V)

20

worin X Chlor, Brom oder Jod bedeutet, alkyliert, das erhaltene Dialkyldiselenid mit einem Alkaliborhydrid in Gegenwart eines Alkalialkoholats in einem niedrigmolekularen Alkohol reagieren läßt, das entstandene Alkalialkylselenid der Formel II

R — Se — Me

(H)

worin Me ein Alkalimetall bedeutet, mit einem 5-Halogenalkylhydantoin der Formel III

Y-(CH₂),,-

HN NH

= 0

(III)

35

worin Y Chlor oder Brom bedeutet, oder mit einem Alkalisalz einer Verbindung der Formel III umsetzt, und das 5-Alkylselenalkylhydantoin der Formel IV

R-Se-(CH₂

Ί=Ο

HN NH

Nach DT-OS 20 47 983 ist ein Verfahren zur Herstellung von Selen-Derivaten von «-Aminosäuren bekannt. Nach diesem Verfahren wird aus Natriumselenit-⁷⁵Se mit Hilfe von Schwefeldioxid Selen gewonnen, das durch Umsetzung mit Kaliumsulfit Kaliumselenosulfat ergibt. Aus diesem gewinnt man mit Dimethylsulfat Dimethyldiselenid, das, durch Destillation gereinigt, in flüssigem Ammoniak mit Natrium zu Natriummethylselenid umgesetzt wird. Letzteres ergibt mit halogenierten «-Aminosäuren bzw. deren Derivaten Selen-Derivate von «-Aminosäuren.

Beide Verfahren haben wesentliche Nachteile. Bei dem erstgenannten Verfahren ist das freigesetzte Methylselenol bereits bei Zimmertemperatur flüchtig. Seine Destillation in geringen Mengen, wie sie besonders bei radioaktiven Substanzen mit hoher Aktivität notwendig ist, ist recht schwierig durchführbar und verlustreich. Bei dem an zweiter Stelle genannten Verfahren ist die Ausbeute an Dimethyldiselenid sehr gering. Für die notwendige Reinigung durch Destilfation gilt das Vorstehende. Zusätzlich liegen die Siedepunkte von Dimethyldiselenid und Dimethylsulfat so eng beieinander, daß die Trennung kleiner Mengen äußerst schwierig ist. überdies ist bei der nächsten Stufe dieses Verfahrens die Dosierung des Natriums zwecks Reduktion in flüssigem Ammoniak unter den erschwerten Bedingungen einer Synthese radioaktiven Materials (Bleiabschirmung, Fernbedienung) sehr heikel. Schließlich sind beide bekannten Verfahren insbesondere auf die Herstellung von Methylselenol abgestellt. Bei höheren Alkylselenolen ist die Ausbeute noch bedeutend niedriger (vgl. Houben —Weyl, Bd. IX, S. 917 ff. [1955]).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Entwicklung eines einfacheren Herstellungsverfahrens, das es ermöglicht, ohne Isolierung und Destillation von Methylselenol bzw. Dimethyldiselenid auszukommen.

Die Erfindung betrifft das in den Patentansprüchen definierte Verfahren.

Diejenigen selenhaltigen Aminosäuren der Formel Ia

(IV)

45

anschließend mit Bariumhydroxid erhitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man radioaktives Selen-75 verwendet.

R¹—Se—(CH₂)_B—CH-COOH

NH,

(Ia)

55

Nach DT-OS 20 26 937 ist ein Verfahren zur Herstellung von radioaktivem Selenmethionin bekannt, wonach elementares Selen-75 mit Methyllithium zum Lithiummethylselenid umgesetzt wird. Durch Ansäuern wird Methylselenol freigesetzt, destilliert und durch Zusatz von Natriummethylat in das Natriummethylselenid übergeführt, das mit 3,6-Di-(2-halogenäthyD-dioxopiperazin zum entsprechenden 3,6-Di-(2-MethylselenäthyO-dioxopiperazin umgesetzt wird, aus dem durch 15stündiges Erhitzen mit Säure Selenmethionin gewonnen wird.

in der R¹ einen Alkylrest mit 3 bis 6 C-Atomen bedeutet, sind neu.

Das Alkalialkylselenid kann grundsätzlich wie in DTOS 2047 983 beschrieben hergestellt werden. Die Ausbeuten dieses Verfahrens sind jedoch insbesondere bei längerkettigen Alkylverbindungen unbefriedigend.

Zur Durchführung dieser Synthese kann man sowohl rotes als auch schwarzes Selen einsetzen. Zur Einführung von radioaktivem Selen geht man von ⁷⁵Se-markierter seleniger Säure aus, die durch Reduktion mit wäßriger Thioharnstoff-Lösung in Selen übergeführt wird.

Zur Reduktion sowohl des Selens in der ersten als auch des Dialkyldiselenids in der dritten Stufe kann man sowohl Natrium- als auch Kaliumborhydrid als Reduktionsmittel verwenden. Als Alkalialkoholat ist Natriummethylat bevorzugt. Als Lösungsmittel eignen sich niedrigmolekulare Alkohole mit 1 bis 4 C-Atomen, am besten absoluter Äthylalkohol.

Als Alkylhalogenide eignen sich zur Einführung einer Alkylgruppe mit 2 bis 6 C-Atomen vorzugsweise Brom- und Chloralkylverbindungen. Bei der Methylierung wird Methyljodid bevorzugt. Demgegenüber liefert die Verwendung von Dimethylsulfat hier weniger gute Ergebnisse.

Bei der erfindungsgemäßen Umsetzung des so erhaltenen Alkalialkylselenids mit einem 5-Halogenalkylhydantoin der Formel III verwendet man die Chlor- oder die Bromverbindungen. Diese werden aus den entsprechenden 5-HydroxyalkyIhydantoinen gewonnen, die durch Umsetzung der eine Hydroxygruppe enthaltenden «-Aminosäuren mit Kaliumcyanat und verdünnter Salzsäure hergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Alkalisalzes der 5-Halogenalkylhydantoine zur Umsetzung mit Alkalialkylselenid, vor allem beim Arbeiten mit kleinsten Mengen zur Herstellung radioaktiv markierter Verbindungen. Am geeignetesten sind die Natriumsalze der 5-Halogenalkylhydantoine, die sich in wasserfreiem Medium leicht aus dem Hydantoin und Natriumalkoholat bilden und so isoliert werden können. Geht man bei der Herstellung der 5-Halogenalkyl-hydantoine von optisch aktiven «-Aminosäuren aus, so erhält man nach Einführung der Alkylselen-Reste auch optisch aktive selenhaltige «-Aminosäuren.

Das vorstehend beschriebene Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise

a) die Darstellung von Alkalialkylseleniden, insbesondere mit mehr als 1 C-Atom im Alkylrest, so daß unterschiedliche Alkylselen-Reste in «-Aminosäuren eingeführt werden können;

b) die Herstellung der Alkylselenalkylhydantoine der Formel IV, ausgehend vom Selen in einem Reaktionsgefäß ohne Isolierung und Reinigung irgendeiner Zwischenstufe;

c) die Herstellung von selenhaltigen Aminosäuren auch in sehr kleinen Mengen, z. B. von 0,25 Milligramm-Atom = 20 mg Selen ausgehend, in guten Ausbeuten, was besonders zur Gewinnung radioaktiver, mit Selen-75 markierter Aminosäuren von Bedeutung ist.

Die mit radioaktivem Selen markierten Aminosäuren der Formel I können als Radiodiagnostika zum Nachweis von Funktionsanomalien der Bauchspeicheldrüse dienen.

Reaktionsschema

H₂SeO₃

(NH₂J₂CS
Se

MeBH₊
CH₃OMe

HO(CH₂J_nCHCOOH
NH,

KCNC
HCl

55

60

HO(CH₂),,-

= 0

HN NH

SOY,

Me—Se—Se—Me

R-X (V)

R—Se—Se—R

HN NH

CH, OMe

Y(CH₂J_n

MeBH₄
CH, OMe

RSeMe (II)

HN

HCl

³°

35

⁴° R-Se-(CH

₂J_n

HN NH

(IV)

Ba(OH)₂

RSe(CH₂J_nCHCOOH

NH₂

Beispiel 1
Selenmethionin

0,5 mg-Atome Selen (39,5 mg) werden in absolutem Äthanol unter Rühren mit einem Magnetrührer und unter einer Schutzgas-Atmosphäre (Stickstoff) in einem Rundkolben suspendiert und mit 0,25 mMol NaBH₄ in fester Form versetzt. Nach dem vollständigen Verschwinden des Selens gibt man 0,5 mMol CH₃ ONa zu, wobei sich eine braunrote Lösung von Na₂Se₂ bildet. Dieser Lösung werden 0,5 mMol CH₃J zugesetzt. Die Entstehung von (CH₃J₂Se₂ zeigt sich am Farbumschlag nach Gelb. Es werden weitere 0,5 mMol CH₃ONa und anschließend noch 0,15 mMol NaBH₊ zugegeben und das Gemisch so lange auf 6O⁰C erwärmt, bis die Lösung farblos geworden ist (etwa 1 Stunde).

Man kühlt die Lösung auf 0⁰C ab und setzt 0,55 mMol des Natriumsalzes von 5-(2-ChloräthyD-hydantoin zu, läßt die Mischung langsam auf Raumtemperatur kommen und erwärmt noch 2,5 Stunden auf 6O⁰C. Die nach der Zugabe des Natriumsalzes wieder gelbgefärbte Lösung wird dabei unter gleichzeitiger NaCl-Abscheidung allmählich wieder farblos.

Dann gibt man einen geringen Überschuß an äthanolischer Salzsäure zu, zieht den Alkohol im Vakuum ab und verrührt den festen Rückstand mit wasserfreiem Äther, der von den anorganischen Salzen abgetrennt wird. Nach Abziehen des Äthers bleibt das 5 - (2 - Methylselenäthyl) - hydantoin in Form farbloser Kristalle vom Fp. = 116 bis 117° C zurück. Ausbeute: 83 mg = 75% der Theorie. Zur Hydrolyse des Hydantoins werden 1,5 mMol Ba(OH)₂, gelöst in 2 ml Wasser, zugesetzt und in einem geschlossenen Gefäß 1,5 Stunden auf 160⁰C erhitzt. Anschließend wird im Vakuum zur Trockne eingeengt, vorsichtig verdünnte Schwefelsäure bis pH = 2 zugesetzt, die flüssige Mischung vom ausgefallenen BaSO₄ abgetrennt und die saure Lösung mit einem schwach basischen Ionenaustauscher gerührt, bis ein pH-Wert von 6,2 bis 6,4 erreicht ist. Die vom Ionenaustauscher getrennte Lösung wird zur Trockene eingeengt und mit etwas absolutem Äthanol verrührt.

Die zurückbleibenden, farblosen Kristalle sind Selenmethionin, Fp. = 220 bis 222° C (Zers.), Ausbeute 45 mg = 46% der Theorie, bezogen auf Selen. Die Substanz wird dünnschichtchromatographisch auf Cellulose-Platten geprüft, Laufmittelsystem: n-Butanol/Isopropanol/Wasser (60:20:20) und mit Ninhydrin angefärbt. Rf ~ 0,35.

Beispiel 2
2-Amino-4-isopropyl-selen-buttersäure

5-(2-Isopropylselenäthyl)-hydantoin läßt sich wie im Beispiel 1 beschrieben darstellen. Als Alkylhalogenid setzt man Isopropylbromid ein, und das daraus synthetisierte Natriumisopropylselenid wird mit 5 - (2 - Bromäthyl) - hydantoin bei Raumtemperatur 2 Stunden gerührt, anschließend kurz auf 40⁰C erwärmt und nach dem Ansäuern mit alkoholischer Salzsäure in Äther aufgenommen. Zur Hydrolyse wird das Hydantoin wie im Beispiel 1 angegeben mit Ba(OH)₂-Lösung erhitzt und anschließend mit Ionenaustauscher behandelt. Die 2-Amino-4-isopropylselenbuttersäure wird mit Äthanol/Äther (3:1) verrührt und bleibt dabei in Form farbloser Kristalle zurück. Fp. = 255° C (Zers.).

Ausbeute bei einem 1-mMol-Ansatz 163 mg = 73% der Theorie. Rf ~ 0,62 (DC-Bedingungen wie im Beispiel 1).

Beispiel 3
L-Selen-methionin-⁷⁵Se

Zur Herstellung von ⁷⁵Se-markiertem L-Selenmethionin werden 0,25 mMol H₂ ⁷⁵SeO₃ (25OmCi) in Form einer salzsauren Lösung zu einer wäßrigen Lösung von 1 mMol Thioharnstoff unter Rühren und Stickstoffatmosphäre in einem Rundkolben zugetropft und zuerst bei Raumtemperatur, dann bei 60° C insgesamt 1,5 Stunden gerührt. Man benutzt für die Synthese radioaktiven Materials einen speziellen Dreihalskolben, der zusätzlich noch in einem seitlichen Ansatz, der über einen Hahn verschließbar ist, eine Fritte (G 3) enthält.

über diese Fritte läßt sich das 'ausgefallene Selen absaugen, mit Wasser und Alkohol auswaschen und unter vermindertem Druck trocknen. Man gibt 0,125 mMol trockenes und genau eingewogenes NaBH₄ zum Selen, fügt 5 ml reines Äthanol hinzu und rührt das Gemisch, bis alles Selen in Lösung gegangen, d. h. zum Diselenid-Anion reduziert ist.

Dann werden 0,25 mMol CH₃ONa in Äthanol (3 ml) zugesetzt.

Zum Dinatrium-diselenid werden 0,25 mMol Methyljodid zugefügt und nach Bildung des Dimethyldiselenids weitere 0,25 mMol CH₃ONa sowie 0,07 mMol (2,6 mg) NaBH₄. Das nach Erwärmen auf 60⁰C gebildete farblose Natriummethylselenid wird bei 0⁰C mit 0,27 mMol L-5-(2-Chloräthyl)-hydantoin-Natriumsalz versetzt, zuerst bei Raumtemperatur und dann bei 60° C gerührt. Durch Zugabe von äthanolischer Salzsäure wird angesäuert, das gleiche Volumen Äther zugesetzt und die Lösung durch Absaugen über die Fritte von den Salzen abgetrennt.

Nach Abziehen des Alkohols und Äthers wird das 5-(2-Methylselenäthyl)-hydantoin-⁷⁵Se wie im Beispiel 1 beschrieben in wäßriger Lösung mit Bariumhydroxid (0,75 mMol) hydrolysiert. Die vom Ionenaustauscher abgetrennte wäßrige Lösung (pH = 6,2 bis 6,4) wird über eine Säule mit Anionenaustauscher auf Dextranbasis (Länge 80 cm, 0 2 cm) gereinigt, wobei etwa 100 mCi Selenmethionin-^7SSe % 20 mg (40%) erhalten werden, die radiochemisch rein sind.

Beispiele 4 bis 8

In analoger Weise erhält man durch Reaktion von 5-(2-Bromäthyl)-hydantoin

4. Mit Äthylbromid 2-Amino-4-n-äthyl-selenbuttersäure; Fp. = 232° C (Zers.), Rf 0,49;

5. mit η - Propylbromid 2 - Amino - 4 - η - propylselen-buttersäure; Fp. = 260⁰C (Zers.), Rf 0,64;

6. mit n-Butylbromid 2-Amino-4-n-butyl-selenbuttersäure; Fp. = 268° C (Zers.), Rf 0,73;

7. mit t.-Butylbromid 2-Amino-4-t.-butyl-selenbuttersäure; Fp. = 252° C (Zers.), Rf 0,70;

8. mit sek.-Butylbromid 2-Amino-4-sek.-butylselen-buttersäure; Fp. = 262° C (Zers.), Rf 0,72;

Die Rf-Werte der Substanzen wurden auf Cellulose-Platten mit dem Laufmittelsystem n-Butanol/Isopropanol/Wasser (60:20:20) ermittelt.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren
«-Aminosäuren

zur Herstellung
der Formel I

selenhaltiger