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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung analoger
Verbindungen, genauer gesagt, ein Verfahren zur Trennung einer Lacton-haltigen, hochmolekulargewichtigen
Verbindung mit einer Alkylgruppe als ihrer Seitenkette von einer
Lacton-haltigen, hochmolekulargewichtigen Verbindung mit einer Alkenylgruppe
als ihrer Seitenkette durch die Verwendung eines Sulfonsäuregruppen-haltigen,
starken Kationenaustauscherharzes, welches mit Silberionen vorbehandelt
wurde.
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Technischer
Hintergrund
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Es
ist herkömmlicherweise
bekannt gewesen, Silberionen zur Trennung von Cis-Trans-Isomeren
einer ungesättigten
aliphatischen Säure
mit derselben Kohlenstoffzahl zu verwenden (J. Chromatography, 149 (1978)
417-). Allerdings ist noch nicht herausgefunden worden, wie man
Verbindungen, welche in einem Teil der Molekülstruktur geringfügig unterschiedlich
sind, z. B. eine Verbindung mit einer Alkylgruppe als ihrer Seitenkette
von einer Verbindung mit einer Alkenylgruppe als ihrer Seitenkette,
effektiv trennt. Dies beruht darauf, dass derartige Verbindungen
die gleiche oder nahezu die gleiche Kohlenstoffanzahl besitzen und
hinsichtlich physikalischer Eigenschaften, wie Löslichkeit in und Affinität zu Lösungsmitteln,
zueinander ähnlich
sind.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben umfangreiche Untersuchungen
hinsichtlich eines Verfahrens zur effektiven Trennung von Verbindungen,
welche einander hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften ähneln, ohne
Veränderung
der Verbindungen selbst, vorgenommen. Sie haben unerwartet ein Verfahren
zum Trennen von Verbindungen gefunden, welche einander hinsichtlich
der physikalischen Eigenschaften ähneln, nämlich einer Lacton-haltigen,
hochmolekulargewichtigen ähneln,
nämlich
einer Lacton-haltigen, hochmolekulargewichtigen Verbindung mit einer
Alkylgruppe als ihrer Seitenkette von einer Lacton-haltigen, hochmolekulargewichtigen
Verbindung mit einer Alkenylgruppe als ihrer Seitenkette, wobei
die Lacton-haltigen, hochmolekulargewichtigen Verbindungen eine
gemeinsame grundlegende chemische Struktur besitzen, und zwar durch
Verwendung eines Sulfonsäuregruppen-haltigen,
starken Kationenaustauscherharzes, welches mit Silberionen vorbehandelt
wurde.
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Als
geeignete Beispiele der Sulfonsäuregruppen-haltigen,
starken Kationenaustauscherharze werden eine synthetische Basis
oder eine Basis aus einem Silicium-Gel, wie Harze vom Gel-Typ und
poröse
Harze, welche mit einem polaren Lösungsmittel verwendet werden
können,
aber mit einem nicht-polaren Lösungsmittel
nicht verwendet werden können;
und hochporöse
Harze, welche sowohl mit polaren als auch nicht-polaren Lösungsmitteln
verwendet werden können,
erwähnt.
Diese Harze können
gemäß der Polarität eines
verwendeten Elutionsmittels gewählt
werden.
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Das
Sulfonsäuregruppen-haltige,
starke Kationenaustauscherharz kann ein Benzolsulfonsäuregruppen-haltiges,
starkes Kationenaustauscherharz mit Benzolsulfonsäuregruppen
an einem Ende sein. Beispielsweise kann das Harz eine Basis aus
einem Copolymer eines Styrolmonomeren und Divinylbenzol (DVB) oder einer
Basis aus Silica-Gel sein.
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Als
Beispiele von Benzolsulfonsäuregruppen-haltigen,
starken Kationenaustauscherharzen, d. h. sulfonierten Co-Polymeren
von Styrol-Monomer
und DVB, werden Diaion® (SK-Serie, RCP-Serie,
HPK-Serie, PK-Serie,
wie PK 206) (Warenzeichen, hergestellt von Mitsubishi Chemical Corporation,
Japan), Amberlite® (IR120B, IR200) und Duolite® (C20,
C26) (Warenzeichen, hergestellt von Rohm & Haas Company), Dowex® (50W-X8, MSC-1) (Warenzeichen,
hergestellt von Dow Chemical Company), Ionac® (C-240)
(Warenzeichen, hergestellt von Sybron Chemicals Inc.) und Lewatit® (S-100,
SP-Serie) (Warenzeichen, hergestellt von Bayer Corporation) erwähnt.
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Als
Beispiele von Benzolsulfonsäuregruppen
enthaltenden, starken Kationenaustauscherharzen mit Silicagel als
einer Basis werden starke Kationenaustauscherharze, beschichtet
mit einem Benzolsulfonsäure gruppen-haltigen
Siliconpolymer, wie Capcell Pak® (SCX-Serie)
(Warenzeichen, hergestellt von Shiseido Company Limited, Japan),
deren Basis mit einer dünnen
Schicht aus Siliconpolymer überzogen
ist, und an welche dann eine Sulfonsäuregruppe an einem Ende eingeführt wird,
erwähnt.
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Unter
diesen Benzolsulfonsäuregruppen-haltigen,
starken Kationenaustauscherharzen werden Diaion® (RCP-Serie
und PK-Serie) und Capcell Pak® (SCX-Serie) besonders
bevorzugt.
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Das
zur Vorbehandlung des Sulfonsäuregruppen-haltigen,
starken Kationenaustauscherharzes verwendbare Silberion kann vorzugsweise
aus verschiedenen Silbersalzen vorgesehen werden, welche Silberionen
in Wasser erzeugen können,
wie Silbernitrat, Silberperchlorat oder dergleichen.
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Das
Sulfonsäuregruppen-haltige,
starke Kationenaustauschharz kann mit dem Silberion vorbehandelt werden,
indem eine wässrige
Lösung
des Silbersalzes dadurch hindurchgeleitet wird, wenn das Harz von
einem H-Typ ist,
oder, wenn es von einem Na-Typ ist, durch Verändern desselben zum H-Typ,
Waschen mit Wasser, eingestellt auf pH 3 bis 4, und Hindurchleiten
einer wässrigen
Lösung
des Silbersalzes. Diese Vorbehandlung mit Silberionen kann vorzugsweise
durch Einbringen des Silbersalzes bei 1 mol/L-R oder höher durchgeführt werden.
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Das
Reinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann durch die folgenden
Schritte ausgeführt werden.
- (i) Die Mischung, d. h. die zu trennende Rohsubstanz,
enthaltend die "Lacton-haltige
hochmolekulargewichtige Verbindung mit einer Alkylgruppe als ihrer
Seitenkette" und
die "Lacton-haltige,
hochmolekulargewichtige Verbindung mit einer Alkenylgruppe als ihrer
Seitenkette", kann
in einem geeigneten Lösungsmittel,
wie Aceton etc., gelöst
und in die Säulen-Chromatographie
eingebracht werden, welche mit dem Sulfonsäuregruppen-haltigen, starken Kationenaustauscherharz,
vorbehandelt mit Silberionen, gefüllt ist.
- (ii) Dann kann die Elution mit einem geeigneten Elutionsmittel,
wie Aceton, einer Mischung von Ethylacetat und Methylalkohol usw.
ausgeführt
werden.
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Das
Abtrennungsverfahren unter Verwendung des Sulfonsäuregruppen-haltigen, starken
Kationenaustauscherharzes, welches mit Silberionen vorbehandelt
ist, kann durch ein Festbettsystem oder ein Fließbettsystem ausgeführt werden.
Das Festbettsystem schließt
ein Einzelbettsystem, ein Mehrfachbettsystem, ein Doppelbettsystem,
ein Mischbettsystem, ein Ionenaustausch-Filtrationssystem, ein Kreislaufsystem
und dergleichen, unter dem Gesichtspunkt des operationellen Verfahrens,
ein. Das Festbettsystem schließt
ein Abwärtsfluss-Regenerationssystem,
ein Aufsteigfluss-Regenerationssystem, ein Gegenstrom-Aufsteigfluss-Regenerationssystem,
ein Gegenstrom-Regenerationssystem, ein Ex-Säule-Regenerationssystem
und dergleichen unter dem Gesichtspunkt des Regenerationsverfahrens
ein. Andererseits schließt
das Durchlauf- bzw. Fließbettsystem
ein Wirbelschichtbettsystem (ein Gegenstrom-Kontaktierungssystem, ein Mehrstufen-Satzsystem),
ein Bewegtbett-System (aufsteigender Typ (Einzelsäulen-Typ,
Mehrfachsäulen-Typ),
absteigender Typ (Einfachsäulen-Typ,
Mehrfachsäulen-Typ),
simuliertes Bewegtbett-System,
Endlosband-System (Flüssigkeit-Flüssigkeit-Extraktionssystem))
und dergleichen ein, unter welchen das simulierte Bewegtbett-System
für eine
Massenherstellung effizient und geeignet ist.
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Die
Lacton-haltige, hochmolekulargewichtige Verbindung, bei welcher
das Abtrennverfahren der vorliegenden Erfindung anwendbar sein kann,
bedeutet die tricyclische Verbindung 1,14-Dihydroxy-12-[2-(4-hydroxy-3-methoxycyclohexyl)-1-methylvinyl]-23,25-dimethoxy-13,19,21,27-tetramethyl-11,28-dioxa-4-azatricyclo-[22.3,1.04,9]octacos-18-en-2,3,10,16-tetraon. Und die
am meisten bevorzugte Position, welche durch eine Alkyl- oder Alkenylgruppe
als der Seitenkette substituiert ist, ist deren 17-Position, wobei es
sich um Tacrolimus handelt, wenn die 17-Position mit Allyl substituiert
ist, und um Ascomycin, wenn sie mit Ethyl substituiert ist. Fernerhin
werden auch Rapamysine und dergleichen als geeignet exemplifiziert.
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Als
Alkylgruppe(n) für
die Seitenkette der Lacton-haltigen, hochmolekulargewichtigen Verbindung
werden gerade oder verzweigte Alkylgruppen mit einer Kohlenstoffanzahl
von 1–6,
wie Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, sec-Butyl,
tert-Butyl, Pentyl, Isopentyl, Hexyl und dergleichen erwähnt, unter
welchen diejenigen mit einer Kohlenstoffzahl von 1 bis 4, wie Methyl,
Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl und Isobutyl, bevorzugt werden.
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Als
Alkenylgruppe(n) für
die Seitenkette der Lacton-haltigen, hochmolekulargewichtigen Verbindung mit
gemeinsamer grundlegender chemischer Struktur wie die obenstehend
erwähnte
Verbindung, werden gerade oder verzweigte Alkenylgruppen mit einer
Kohlenstoffanzahl von 2–6,
wie Vinyl, Propenyl (Allyl oder 1-Propenyl), Butenyl, Isobutenyl,
Pentenyl, Hexenyl und dergleichen erwähnt, unter welchen Vinyl und
Propenyl bevorzugt sind.
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Gebräuchliche
Verfahren für
die Isolierung von Tacrolimus werden von Soeda et al. beschrieben
(angegeben in Chemical Abstracts Band 130, 109 234 (1989)).
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Herstellung
einer zu trennenden Substanz
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Ein
Kulturmedium (100 ml), enthaltend 1% Maisstärke, 1% Glycerin, 0,5% Glukose,
1% Baumwollsamenmehl, 0,5 % getrocknete Hefe, 0,5% Maisstärkesirup
und 0,2% Calciumcarbonat, eingestellt auf pH 6,5, wurde in acht
500-ml-Erlenmeyerkolben gegossen und 30 Minuten lang bei 120°C sterilisiert.
Eine Impföse
von einer Schrägkultur
von Streptomyces tsukubaensis Nr. 9993 (Hinterlegungs-Nr. FERM BP-927
beim National Institute of Bioscience and Human Technology, Agency
of Industrial Science and Technology, Japan, gemäß des Budapester Vertrags)
wurde in das Medium von jedem der Kolben inokuliert und 72 Stunden
lang bei 30 °C
auf einem Rotationsschüttler
kultiviert. Diese Kultur wurde als eine Impfkultur in 160 l desselben
Mediums überführt, welches
in einem 200 Liter großen
Gefäßfermenter
enthalten war, der 30 Minuten lang bei 120 °C vorsterilisiert worden war,
und zu welchem 0,05% Adekanol® (Entschäumungsmittel,
Warenzeichen, hergestellt von Asahi Denka Co., Japan) und 0,05 %
Silikon (hergestellt von Shinetsu Chemical Co., Japan) zugesetzt
worden waren. Dies wurde 48 Stunden lang bei 30 °C unter Bewegung bei 200 U/min
unter einer Belüftung
von 160 l/min vorkultiviert. Diese Vorkultur, 30 Liter, wurden in
3000 Liter eines Produktionsmediums mit pH 6,8, vorsterilisiert
während
30 Minuten bei 120 °C,
enthaltend 3% lösliche
Stärke,
0,8% Weizenkeim, 0,4% getrocknete Hefe, 0,6% Maisstärkesirup,
0,1% Calciumcarbonat, 0,05% Adekanol® und
0,05% Silicon in einem 4-t-Tank inokuliert, und es wurde 168 Stunden
lang bei 25°C
unter Bewegung bei 140 U/min unter einer Belüftung von 1500 l/min fermentiert.
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Die
so erhaltene kultivierte Brühe
wurde unter Verwendung von 50 kg Diatomeen-Erde filtriert. Myzelkuchen
wurden mit 1000 Liter Aceton extrahiert, wodurch man 1000 Liter
Extrakt erhielt. Der Acetonextrakt aus den Myzelkuchen und das Filtrat
(2700 l) wurden vereinigt und durch eine Säule eines nichtionischen Absorptions-Harzes "Diaion HP-20" (Warenzeichen, hergestellt
von Mitsubishi Chemical Corporation, Japan) (200 l) hindurchgeleitet.
Nach Waschen mit 600 l 50%igem wässrigen
Aceton wurde eine Elution mit 75%igem wässrigen Aceton ausgeführt. Das
Lösungsmittel
in dem Eluat wurde durch Verdampfung unter vermindertem Druck entfernt,
wodurch man 40 l eines wässrigen
Rückstands
erhielt. Der Rückstand
wurde mit 40 l Ethylacetat zweimal extrahiert. Der Ethylacetat-Extrakt
wurde unter vermindertem Druck unter Erhalt eines öligen Rückstands konzentriert.
Der ölige
Rückstand
wurde in einer Mischung aus n-Hexan und Ethylacetat (1 : 1, v/v,
3 Liter) gelöst
und einer Säulenchromatographie
unter Verwendung von 70 Liter Silicagel (hergestellt von Merck & Co. Ltd., 70 – 230 mesh),
gepackt mit demselben Lösungsmittel,
unterzogen.
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Die
Elution wurde sukzessiv mit einer Mischung aus n-Hexan und Ethylacetat
(1 : 1, v/v, 420 l, und 1 : 2, v/v, 420 l), 210 1 Ethylacetat und
dann 210 l Aceton durchgeführt.
Fraktionen wurden bei einem Elutionsvolumen von 350 l bis 420 l
(erstes Eluat), von 490 l bis 840 l (zweites Eluat) und von 980
l bis 1190 l (drittes Eluat) aufgefangen bzw. gesammelt. Das zweite
Eluat wurde unter verringertem Druck konzentriert, und Aceton wurde
zugegeben, um das Lösungsmittel
zu ersetzen (50 mg/ml). Somit wurde die durch Säulenchromatographie zu trennende
Rohsubstanz erhalten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die 1 ist eine Grafik, welche
die Trennung durch Säulenchromatographie
unter Verwendung von mit Silberionen vorbehandeltem Diaion® RCP16OM
zeigt; und die 2 ist
eine Grafik, welche die Trennung durch Säulenchromatographie unter Verwendung
von mit Silberionen vorbehandeltem Capsell Pak® SCX zeigt.
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Beste Art
zur Durchführung
der Erfindung
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Die
folgenden Beispiele sind lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung
der vorliegenden Erfindung in größerer Ausführlichkeit
angegeben.
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Beispiel 1
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Trennung
durch Säulenchromatographie
unter Verwendung von Diaion® RCP16OM (Warenzeichen, hergestellt
Mitsubishi Chemical Corporation, Japan)
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(1) Behandlung von Diaion® RCP16OM,
einem Ionenaustauscherharz, mit einem Silbersalz
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1
M wässrige
Silbernitratlösung
(3 Säulenvolumen)
wurde durch Diaion® RCP16OM (H-Typ) geleitet, welches
dann mit Wasser (4 Säulenvolumina)
gewaschen wurde, um einen Überschuss
an Silbernitrat zu entfernen. Das Ionenaustauscherharz wurde mit
Methanol (4 Säulenvolumen)
und dann mit einer Mischung von Ethylacetat und Methanol (1:1) äquilibriert.
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(2) Trennungs-Test unter
Verwendung einer einzelnen Säule
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Die
wie oben stehend beschrieben erhaltene, durch Säulenchromatographie zu trennende,
Rohsubstanz wurde einer Säulenchromatographie
unter Verwendung von Diaion® RCP16OM, behandelt mit
der wässrigen
Silbernitratlösung,
unterzogen. Die Trennung wurde unter Verwendung einer Säule von
20 mm ⌀ × 500 mH
(425 μm)
(150 ml) und einer Mischung von Ethylacetat und Methanol (1:1) als
Elutionsmittel bei einer Beladung von 10 g/L-R hinsichtlich Tacrolimus,
einer Fließgeschwindigkeit
sv = 1 und einer Temperatur von 30°C durchgeführt. Das erhaltene Trennungsmuster
ist in der 1 gezeigt.
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Tacrolimus,
Ascomycin und 17-Propyl-1,14-dihydroxy-12-[2-(4-hydroxy-3-methoxycyclohexyl)-1-methylvinyl]-23,25-dimethoxy-13,19,21,27-tetramethyl-11,28-dioxa-4-azatricyclo-[22.3.1.04,9]octacos-18-en-2,3,10,16-tetraon (hierin nachstehend
bezeichnet als Verbindung A) wurden isoliert und identifiziert.
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Beispiel 2
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Trennung
mittels Säulenchromatographie
unter Verwendung von Capcell Pak® SCX
UG8O (Warenzeichen, hergestellt von Shiseido Company Limited, Japan)
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(1) Trennungstest unter
Verwendung einer Einzelsäule
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Die
durch Säulenchromatographie
zu trennende Rohsubstanz, welche auf die gleiche Weise wie in Beispiel
1 erhalten worden war, wurde einer Säulenchromatographie unter Verwendung
von Capcell Pak® SCX UG8O
unterzogen, welches mit Silberionen ausgetauscht worden war. Die
Trennung und Reinigung wurden durch Verwendung einer Säule von
20 mm ⌀ × 250 mH
(20 μm)
(78 ml) und Aceton als Elutionsmittel bei einer Beladung von 5 g/L-R
hinsichtlich Tacrolimus, einer Fließgeschwindigkeit sv = 1,5 und
30°C durchgeführt. Das erhaltene
Trennungsmuster ist in der 2 gezeigt.
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(2) Kontinuierliche Trennung
durch eine kleinformatige, simulierte Bewegtbettvorrichtung
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Die
wie oben stehend beschrieben erhaltene, durch Säulenchromatographie zu trennende
Rohsubstanz wurde einer Trennung mittels einer kleinformatigen,
simulierten Bewegtbettvorrichtung (hergestellt von Organo Corporation,
Japan, ein kleinformatiger neuer JO-System-Chromatographie-Separator, TREZONE
®), ausgestattet
mit Capcell Pak
® SCX
UG8O, behandelt mit einer wässrigen
Lösung
von Silbernitrat, unterzogen, Die Trennung und Reinigung wurden
unter den folgenden Bedingungen durchgeführt; Elutionsmittel – Aceton; Beschickungskonzentration – 25 g/l;
Beschickungsverfahren – 24
g/Zyklus × 4
Zyklen; Säule – (20 μm) von 2,26
l (280 ml × 8);
Summe der Beladungen – 42
g/L-R (Satz-Beladung); Flüssigkeitsmenge
in einer aktiven Fraktion – 1,5
l/Zyklus (bezüglich
0,65 Säulenvolumen);
und Temperatur – 20 °C. Die Reinheit
jeder Substanz in der aktiven Fraktion wurde durch die HPLC-Analyse
auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1(3) bestimmt. Die Ergebnisse
sind in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle
2
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Industrielle Anwendbarkeit
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Es
wurde ein unerwarteter Effekt bei der Trennung durch Anwenden des
Sulfonsäuregruppen-haltigen,
starken Kationenaustauscherharzes, vorbehandelt mit Silberionen,
für die
Trennung der Lacton-haltigen, hochmolekulargewichtigen Verbindung
mit einer Alkylgruppe als einer Seitenkette von derjenigen mit einer
Alkenylgruppe als einer Seitenkette erhalten.
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Das
Abtrennverfahren der vorliegenden Erfindung ist aufgrund seiner
Wiederholbarkeit, Anwendbarkeit in großem Maßstab und/oder seinem wirtschaftlichen
Nutzen sehr nützlich.
Deshalb ist die vorliegende Erfindung für die chemische Industrie,
insbesondere pharmazeutische Industrie, anwendbar, worin die Massenherstellung
und die Reinheit der betreffenden bzw. angezielten Verbindungen
kritisch sind.