DE3639084A1 - Phosphorsaeureester und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Phosphorsaeureester und verfahren zu deren herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft neue Phosphorsäureester, und zwar insbesondere Phosphorsäureester, welche Serin oder dessen Salz als Substituenten aufweisen.
Es sind bereits Phosphorsäureester bekannt, welche in ihrem Molekül stickstoffhaltige, polare Gruppen, wie Amino- oder Ammoniumgruppen, aufweisen. Typische Vertreter dieser Verbindungsklasse sind Phospholipide, wie natürliches Phosphatidylcholin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin und Sphingolipid. Da diese Phospholipide sowohl hydrophobe als auch hydrophile Gruppen in einem Molekül enthalten und eine interfaziale Aktivität (Grenzflächenaktivität), wie oberflächenaktive Eigenschaften und Emulgierungsaktivität, zeigen, werden sie auf verschiedenen Gebieten angewendet.
Es ist ferner bekannt, daß diese Phospholipide in großen Mengen in den Zellen lebender Körper vorkommen und eine Hauptkomponente von Bio-Membranen darstellen. In jüngster Zeit hat man zunehmend Klarheit darüber erlangt, daß diese Lipide nicht nur als Bestandteile der Bio-Membranen im lebenden Körper existieren, sondern auch verschiedene wichtige, physiologische Effekte beim lebenden Körper bewirken. So hat man beispielsweise herausgefunden, daß der Blutplättchen-aktivierende Faktor (platelet activating factor; PAF), bei dem es sich um einen der Ether-Typ Phospholipide mit einer ähnlichen Struktur wie der des Phosphatidylcholins handelt, in äußerst geringen Mengen antihypertensive, hämolysierende und immunologisch wirksame Effekte ausübt. Man ist sich ferner darüber allmählich klar geworden, daß das Phosphatidylserin bei verschiedenen Lebensvorgängen einen Beitrag leistet, indem es unter Koexistenz von Diglycerid und Calciumionen im lebenden Körper die Proteinkinase C aktiviert, welche ein Phosphorylierungsenzym darstellt, und zwar unabhängig von Adenosintriphosphat (ATP). Es ist ferner berichtet worden, daß Lysophosphatidylserin, welches durch Hydrolyse der Acylgruppe an der 2-Position von Phosphatidylserin erhalten wird, bei Allergiereaktionen oder dergl. in Betracht zu ziehen ist.
Man kann somit erwarten, daß Materialien mit einer ähnlichen Struktur wie die Phospholipide mit den oben beschriebenen Bioaktivitäten, d. h. solche Phosphorsäureester, welche stickstoffhaltige, polare Gruppen, wie Amino- oder Ammoniumgruppen, im Molekül aufweisen, verschiedene Aktivitäten und Funktionen zeigen werden. Man hat daher die Entwicklung von Phosphorsäureestern angestrebt, welche Homologe der Phospholipide mit stickstoffhaltigen, polaren Gruppen, wie Aminogruppen, sind und mit hoher Reinheit in einem einfachen Verfahren unter Einsatz wohlfeiler und leicht zugänglicher Ausgangsmaterialien synthetisiert werden können.
Da jedoch die Synthese von Phospholipiden allgemein äußerst schwierig ist und in den meisten Fällen eine vielstufige Reaktionsfolge erfordert, konnte man bisher die angestrebten Verbindungen nur in geringen Ausbeuten erhalten [siehe z. B. E.Baer et al., Journal of the American Chemical Society, 72, 942 (1950), und "Lipids", herausgegeben von Tamio Yamakawa, publiziert von Kyoritsu Shuppan (1973)].
Es wurde ferner über einige Untersuchungen zur Synthese von Phosphorsäureestern mit einer den Phospholipiden ähnlichen Struktur berichtet. Dabei sind jedoch vielstufige Reaktionen und schwierig zu synthetisierende Ausgangsmaterialien erforderlich. Die Abtrennung des angestrebten Produkts nach der Umsetzung ist oft sehr schwierig, die Ausbeute niedrig und die Leistungsfähigkeit der auf diese Weise erhaltenen Verbindungen oft nicht ausreichend (vergl. z. B. JA-AS 23 330/1967 und 16454/1973; US-PS 35 07 937).
Ausgehend von diesem Stand der Technik, haben sich die Erfinder der Ausgabe gestellt, einen Phosphorsäureester mit einer dem Phosphatidylserin ähnlichen Struktur herzustellen, d. h. ein Phospholipid, das als eine der Aminosäuren Serin enthält. Die Verbindung soll mittels eines einfachen Verfahrens und mit hoher Reinheit unter Anwendung wohlfeiler und leicht zugänglicher Ausgangsmaterialien herstellbar sein.
Diese Ausgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Schaffung eines Phosphorsäureesters der allgemeinen Formel wobei R1 folgende Bedeutung hat:
R2, dargestellt durch die folgende Formel (II) wobei R4 eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 8 bis 36 Kohlenstoffatomen darstellt, in der ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Fluoratome substituiert sein können, R5 für ein Wasserstoffatom, eine Methyl- oder Ethylgruppe steht und n eine ganze Zahl von 0 bis 20 ist; oder
R3, dargestellt durch die folgende Formel (III) wobei R6 für R7 oder R8 steht, worin R7 und R8 unabhängig eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 8 bis 36 Kohlenstoffatomen bedeuten und die Wasserstoffatome darin durch Fluoratome substituiert sein können;
M1 und M2, die gleich oder verschieden sein können, jeweils unabhängig ein Wasserstoffatom, Alkalimetall, Alkanolamin oder Ammonium bedeuten.
Erfindungsgemäß wird ferner ein neues Verfahren zur Herstellung der durch die obige Formel (I) dargestellten Phosphorsäureester geschaffen.
Fig. 1 zeigt das 1H-NMR-Spektrum der in Beispiel 1 erhaltenen 2-Amino-2-carboxyethyl-laurylphosphorsäure;
Fig. 2 zeigt das IR-Spektrum der gleichen Verbindung.
Bei den erfindungsgemäßen Phosphorsäureestern kann es sich bei der linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 8 bis 36 Kohlenstoffatomen, die durch R4 dargestellt wird, beispielsweise handeln um: Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl, Eicosyl, Heneicosyl, Docosyl, Tricosyl, Tetracosyl, Pentacosyl, Hexacosyl, Heptacosyl, Octacosyl, Nonacosyl, Triacontyl, Hentriacontyl, Dotriacontyl, Tritriacontyl, Tetratriacontyl, Pentatriacontyl, Hexatriacontyl, 2-Ethylhexyl, 2-Butyloctyl, 2-Hexyldecyl, 2-Hexyldodecyl, 2 Ethylhexadecyl, 2-Octyldodecyl, 2-Butylhexadecyl, 2-Octyltetradecyl, 2-Hexylhexadecyl, 2-Butyloctadecyl, 2-Ethyleicosyl, 2-Decyltetradecyl, 2-Decylhexadecyl, 2-Hexyleisocyl, 2-Ethyltetraeisocyl, 2-Dodecylhexadecyl, 2-Tetradecyloctadecyl oder 2-Hexydecyleicosyl, Tridicafluoroctyl, Heptadecafluordecyl, Heneicosafluordodecyl, Pentacosafluortetradecyl, Nonacosafluorhexadecyl, Tritriacontafluoroctadecyl, 2-Pentafluorethylpentafluorhexyl, 2-Tridecafluorhexyltrideca-fluordecyl, 2-Heptadecafluoroctyl- heptadecafluordodecyl, 2-Heneicosafluordecylheneicosafluortetradecyl, 2-Pentacosafluordodecylpentacosafluorhexadecyl, 2-Nonacosafluortetradecylnonacosafluoroctadecyl. R5 bedeutet ein Wasserstoffatom eine Methyl- oder Ethylgruppe. R6 in Formel (III) steht für R7 oder OR8; R7 und R8 können die gleichen Substituenten umfassen wie die im Zusammenhang mit R4 bei Formel (II) erwähnten. Die Alkalimetalle in M1 und M2 schließen Natrium und Kalium ein und das Alkanolamin ist beispielsweise Triethanolamin und dergl.
Der Phosphorsäureester der Formel (I) kann gemäß dem folgenden Reaktionsschema hergestellt werden: Dabei hat R1 die oben angegebene Bedeutung.
Ein Dihalophosphoridat, dargestellt durch die Formel (VI), kann somit erhalten werden, indem man ein Halogenierungsmittel, wie Thionylchlorid, mit der Monoalkylphosphorsäure der Formel (IV) umsetzt, wobei die Menge des Halogenierungsmittels derart eingestellt wird, daß 2 bis 10 Mol Halogen/1 Mol Monoalkylphosphorsäure erzeugt werden können. Die Reaktion kann entweder in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels vom Ether-Typ, wie Tetrahydrofuran, vom Kohlenwasserstoff-Typ, wie n-Hexan, oder vom halogenierten Typ, wie Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff, oder in Abwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt werden. Die Temperatur bei der Umsetzung beträgt 0 bis 100°C, vorzugsweise 40 bis 80°C.
Anschließend wird der N-Benzyloxycarbonylserinester, dargestellt durch die Formel (V), mit dem Dihalophosphoridat der Formel (IV) umgesetzt, und zwar in einem Molverhältnis von 1 bis 5 Mol und vorzugsweise 1 bis 2 Mol N-Benzyloxycarbonylserinester/1 Mol Dihalophosphoridat. Die Umsetzung erfolgt in einem inerten Lösungsmittel, wie Chloroform, oder in Abwesenheit eines Lösungsmittels und in Gegenwart eines Amins, z. B. Pyridin oder Chinolin, bei 0 bis 100°C und vorzugsweise 0 bis 50°C. Nach beendeter Reaktion wird eine Hydrolyse durchgeführt, indem man Wasser zu dem Reaktionssystem zugibt, und zwar in einer überschüssigen Menge, bezogen auf das Äquivalent des halogenierten Dihalophosphoridats. Auf diese Weise erhält man den Phosphorsäureester der Formel (VII). Schließlich kann der durch die Formel (I) dargestellte Phosphorsäureester erhalten werden, indem man den so erhaltenen Phosphorsäureester der Formel (VII) bei einer Methanol-Rückflußtemperatur, z. B. in Essigsäure/Methanol in Anwesenheit eines Hydrierungsmetallkatalysators, wie Palladium, erhitzt, um eine Debenzylierung zu bewirken.
Die erhaltenen Verbindungen können gereinigt werden, indem man die Verunreinigungen durch eine Silikagel-Säurechromatographie oder dergl. entfernt.
Da der erfindungsgemäße Phosphorsäureester, wie bereits oben erwähnt, eine ähnliche Struktur wie das Phospholipid aufweist und stickstoffhaltige Gruppen, wie Aminogruppen, im Molekül hat, zeigt er eine ausgezeichnete Emulgierungsfähigkeit und Feuchtigkeitshaltefunktion. Die Verbindung ist daher als neuer Emulgator, Feuchthaltemittel und dergl. brauchbar.
Darüber hinaus kann der Phophorsäureester derart hervorragender Eigenschaften durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren bei geringen Kosten und mit hoher Ausbeute erhalten werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert, ohne daß damit eine Beschränkung der Erfindung verbunden ist.
Beispiel 1
100,0 g (0,38 Mol) Monolaurylphosphorsäure und 134,4 g (1,13 Mol) Thionylchlorid werden in ein Reaktionsgefäß gegeben und 4 h unter Rühren bei 50°C unter einem Stickstoffgasstrom erhitzt. Nach vollständiger Reaktion werden 100 ml Chloroform zugesetzt, um das Reaktionsprodukt aufzulösen. Man gibt 103,4 g (0,80 Mol) Chinolin zu und rührt. Die Lösung wird tropfenweise bei 0°C unter einem Stickstoffgasstrom zu einer Lösung gegeben, welche durch Auflösen von 157,5 g (0,46 Mol) Benzyl-N- benzyloxycarbonylserin in 100 ml Chloroform und Abkühlen auf 0°C hergestellt wurde. Das Rühren wird 4 h bei 0°C durchgeführt. Dann wird die Reaktionstemperatur auf Zimmertemperatur gesteigert, und bei dieser Temperatur wird weitere 4 h gerührt. Nach beendeter Reaktion wird der Reaktant mit 100 ml Wasser versetzt und es wird 1 h bei 20°C gerührt. Dann wird das Lösungsmittel abdestilliert und der Rückstand auf Diethylether extrahiert. Nach Waschen der so erhaltenen Etherschicht mit einer wäßrigen Lösung von Chlorwasserstoffsäure wird der Ether abdesitlliert. Der dabei erhaltene Rückstand wird in Methanol gelöst und mit Wasserstoff umgesetzt, welcher in den Reaktor eingeblasen wird. Die Reaktion erfolgt unter Erhitzen auf die Rückflußtemperatur von Methanol bei Normaldruck und in Gegegenwart von Palladium-auf-Kohle-Katalysator während etwa 10 h. Anschließend wird das Methanol abdestilliert und der resultierende Rückstand durch Silikagel-Säulenchromatographie gereinigt (Elutionsmittel: Chloroform/ Methanol = 90/10). Man erhält auf diese Weise 63,5 g weiße Feststoffe. Bei der Analyse des Produkts werden die folgenden Ergebnisse erhalten, welche beweisen, daß es sich bei der Verbindung um 2-Amino-2-carboxyethyllarylphosphorsäure handelt (0,18 Mol, Ausbeute 47,3%).
Bei der Analyse des Phosphorsäureesters werden die folgenden Ergebnisse erhalten, und es zeigt sich, daß es sich bei dem Ester um den angestrebten Phosphorsäureester handelt.
Beispiel 2
100,0 g (0,29 Mol) Monooctadecyl-phosphorsäure und 103,5 g (0,87 Mol) Thionylchlorid werden in einen Reaktor gefüllt und auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 umgesetzt. Nach vollständiger Umsetzung wird in gleicher Weise wie in Beispiel 1 eine Lösung hergestellt durch Zugabe von 51,4 g (0,65 Mol) Pyridin und Auflösen. Wie in Beispiel 1 wird diese Lösung tropfenweise zu einer durch Auflösen von 120,2 g (0,35 Mol) Benzyl-N-benzyloxycarbonylserin erhaltenen Lösung gegeben. Man erhält auf diese Weise 67,3 g 2-Amino-2-carboxyethyl-octadecylphosphorsäure als weißen Feststoff, und zwar auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1 (0,15 Mol, Ausbeute 53,0%).
Beispiel 3
100,0 g (0,26 Mol) Mono-(2-octyldodecyl)-phosphorsäure und 79,8 g (0,67 Mol) Thionylchlorid werden auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 umgesetzt, wobei man Dichlorphosphoridat erhält. Eine durch Vermischen des Reaktionsprodukts mit 84,0 g (0,65 Mol) Chinolin hergestellte Lösung wird tropfenweise bei 0°C zu Chloroform gegeben, in dem 107,8 g (0,31 Mol) Benzyl-N-benzyloxycarbonylserin gelöst wurden. Anschließend erhält man 58,8 g der angestrebten 2-Amino-2-carboxyethyl-2-octyldodecylphosphorsäure als weißen Feststoff auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 (0,12 Mol, Ausbeute 48,6%).
Beispiel 4
Auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 wird Dichlorphosphoridat aus 100,0 g (0,26 Mol) Mono-(2-ethyltetraeicosyl)- phosphorsäure und 99,5 g (0,84 Mol) Thionylchlorid erhalten. Dann werden 72,5 g (0,60 Mol) Chinolin und 120,9 g (0,35 Mol) Benzyl-N-benzyloxycarbonylserin verwendet, um 87,5 g der angestrebten 2-Amino-2- carboxyethyl-2-ethyltetraeicosyl-phosphorsäure als weißen Feststoff zu erhalten (0,16 Mol, Ausbeute 61,2%).
Beispiel 5
Unter Verwendung von 100,0 g (0,29 Mol) Mono-(2-hydroxy- 3-lauryloxypropyl)-phosphorsäure und 105,0 g (0,88 Mol) Thionylchlorid wird Dichlorphosphoridat erhalten. Man löst 55,4 g (0,70 Mol) Pyridin und 179,6 g (0,52 Mol) Benzyl-N-benzylcarbonylserin in 100 mol Chloroform und rührt 4 h bei 0°C. Anschließend wird die Reaktionstemperatur auf Raumtemperatur erhöht und 4 h gerührt. Nach vollständiger Umsetzung gibt man 100 ml Wasser zu und rührt 1 h bei 20°C. Dann wird das Lösungsmittel abdestilliert und der Rückstand aus Ethylether extrahiert. Der erhaltene Rückstand wird in Methanol gelöst und Wasserstoff eingeblasen. Dabei wird unter Rückfluß des Methanols erhitzt und die Hydrierungsreaktion etwa 10 h bei Normaldruck unter Verwendung eines Palladium- auf-Kohle-Katalysators durchgeführt. Nach vollständiger Umsetzung wird der durch Abdestillieren des Methanols erhaltene Rückstand durch Silikagel-Säulenchromatographie gereinigt (Elutionsmittel: Chloroform/Methanol = 90/10). Man erhält 39,7 g der angestrebten 2-Amino-2- carboxyethyl-(2-hydroxy-3-lauryloxypropyl)-phosphorsäure als weißen Feststoff (0,09 Mol, Ausbeute 32,0%).
Beispiel 6
Dichlorphosphoridat wird aus 100,0 g (0,25 Mol) Monotetraoxyethylen- monolauryletherphosphorsäure und 90,5 g (0,76 Mol) Thionylchlorid erhalten. Man arbeitet nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 unter Verwendung von 103,6 g (0,30 Mol) Benzyl-N-benzyloxycarbonylserin und 90,4 g (0,70 Mol) Chinolin. Man erhält 43,6 g 2-Amino-2-carboxyethyltetraoxyethylen-monolauryletherphosphorsäure als weißen Feststoff (0,08 Mol, Ausbeute 32,9%).
Beispiel 7
Aus 100,0 g (0,094 Mol) Octadecyloxyethylen-monolaurylether- phosphorsäure und 33,7 g (0,28 Mol) Thionylchlorid wird Dichlorphosphoridat erhalten. Man arbeitet nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 unter Verwendung von 46,6 g (0,14 Mol) Benzyl-N-benzyloxycarbonylserin und 22,4 g (0,28 Mol) Pyridin. Man erhält 17,3 g 2-Amino-2-carboxyethyl-octadecyloxyethylenmonolaurylether- phosphorsäure als weißen Feststoff (0,015 Mol, Ausbeute 16,0%).
Beispiel 8
Dichlorphosphoridat wird aus 100,0 g (0,30 Mol) 2- Hydroxyhexadecyl-phosphorsäure und 105,5 g (0,89 Mol) Thionylchlorid erhalten. Man arbeitet auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 unter Verwendung von 146,0 g (0,44 Mol) Benzyl-N-benzyloxycarbonylserin und 70,1 g (0,89 Mol) Pyridin und erhält 24,6 g 2-Amino-2-carboxyethyl- 2-hydroxyhexadecyl-phosphorsäure als weißen Feststoff (0,058 Mol, Ausbeute 19,6%).
Beispiel 9
Dichlorphosphoridat wird aus 100,0 g (0,18 Mol) Monoheptadecafluordecyl- phosphorsäure und 64,3 g (0,54 Mol) Thionylchlorid erhalten. Man arbeitet auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 unter Verwendung von 86,3 g (0,26 Mol) Benzyl-N-benzyloxycarbonylserin und 42,4 g (0,54 Mol) Pyridin und erhält 17,6 g 2-Amino-2-carboxylethylheptadecafluordecyl- phosphorsäure als weißen Feststoff (0,028 Mol, Ausbeute 15,4%).
Testbeispiel 1
Eine Hautcreme der folgenden Formulierung wird unter Verwendung von Mononatrium-2-amino-2-carboxyethyl- laurylphosphat, synthetisiert in Beispiel 1, hergestellt. Es handelt sich um eine neutrale oder schwach saure Creme, welche in einem bevorzugten Emulsionszustand vorliegt, sich hervorragend anfühlt und nicht klebrig ist.
HautcremeGew.%
2-Amino-2-carboxyethyl-laurylphosphorsäure 1,2 Glycerin-monostearat 2,4 Cetanol 4,0 festes Paraffin 5,0 Squalen10,0 Octyldodecylmyristat 6,0 Glyerin 6,0 Parfüm, Farbstoff, Antiseptikumgeeignete Menge entsalztes WasserRest.

Claims (2)

1.Phosphorsäureester der folgenden Formel (I) wobei R1 folgende Bedeutungen hat:
R2, dargestellt durch die folgende Formel (II) worin R4 eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 8 bis 36 Kohlenstoffatomen darstellt, wobei ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch Fluoratome substituiert sein können, R5 für ein Wasserstoffatom, eine Methyl- oder Ethylgruppe steht und n eine ganze Zahl von 0 bis 20 ist; oder
R3, dargestellt durch die folgende Formel (III) worin R6 für R7 oder OR8 steht, wobei R7 und R8 unabhängig eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 8 bis 36 Kohlenstoffatomen bedeuten und wobei eines oder mehrere der Wasserstoffatome darin durch Fluoratome ersetzt sein können,
M1 und M2, die gleich oder verschieden sein können, unabhängig für ein Wasserstoffatom, Alkalimetall, Alkanolamin oder Ammonium stehen.
2. Verfahren zur Herstellung eines Phosphorsäureesters der folgenden Formel (I) wobei R1 folgende Bedeutungen hat:
R2, dargestellt durch die folgende Formel (II) worin R4 eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 8 bis 36 Kohlenstoffatomen darstellt, wobei ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch Fluoratome substituiert sein können, R5 für ein Wasserstoffatom, eine Methyl- oder Ethylgruppe steht und n eine ganze Zahl von 0 bis 20 ist; oder
R3, dargestellt durch die folgende Formel (III) worin R6 für R7 oder OR8 steht, wobei R7 und R8 unabhängig eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 8 bis 36 Kohlenstoffatomen bedeuten und wobei eines oder mehrere der Wasserstoffatome darin durch Fluoratome ersetzt sein können,
M1 und M2, die gleich oder verschieden sein können, unabhängig für ein Wasserstoffatom, Alkalimetall, Alkanolamin oder Ammonium stehen,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydroxylgruppe einer Monoalkylphosphorsäure der folgenden Formel (IV) wobei R1 die oben angegebene Bedeutung hat, halogeniert, das halogenierte Produkt mit N-Benzyloxycarbonylserinester der folgenden Formel (V) umsetzt und anschließend Schutzgruppen für die Carboxylgruppe und Aminogruppe entfernt.
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