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Die
vorliegende Erfindung bietet ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von Diethylentriaminpentaessigsäure-bis(anhydrid)
(DTPA-bis(anhydrid)). Bei DTPA-bis(anhydrid)
handelt es sich um eine wichtige Zwischenverbindung, die bei der
Herstellung von Arzneistoffen, z. B. für Therapie und Diagnose, genutzt
wird. Eine solche Gruppe kommerzieller Produkte stellen Chelatbildner
(Chelatisierungsmittel) dar. Chelatbildner, wie z. B. DTPA-bis-metylamid
und DTPA-bis (2-metoxyethylamid), sind nützlich als Sequestriermittel,
etwa zur Metallentgiftung bei sowohl lebenden Menschen und Tieren
als auch unbelebter Materie, sowie als Additive für eine breite
Vielfalt von Produkten. Außerdem
sind Chelatbildner wohlbekannt als Zwischenverbindungen zur Herstellung
von Metallchelaten. Chelate paramagnetischer Metalle, wie Gadolinium,
finden Anwendung als Kontrastmittel bei der Magnetresonanzbildgebung
(MRI). Zu den Beispielen für
im Handel erhältliche
Produkte, die sich als MRI-Kontrastmittel eignen, zählen OmniscanTM von Amersham Health AS und OptimarkTM von Mallinckrodt, Inc..
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Verfahren
zur Herstellung von DTPA-bis(anhydrid) sind aus dem Stand der Technik
wohlbekannt.
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US-Patent 3660388 lehrt
ein Verfahren zur Herstellung von Bis-dioxo-morpholin-Derivaten. Diese
Derivate entsprechen Bis-anhydriden von Alkylenamincarbonsäuren, wie
z. B. die Bis-anhydride von EDTA und DTPA. Spezifischerweise lehrt
Beispiel 9 dieses Patents die Herstellung von N,N-bis(β-[2,6-dioxo-morpholinyl(4)]-ethyl)-N-carboxymethylamin,
das nachstehend als DTPA-bis(anhydrid)
bezeichnet wird, aus DTPA, Essigsäureanhydrid und Pyridin. Die
Reagenzien werden 48 Stunden lang bei 60°C oder 5 Minuten lang bei 125°C gerührt. Die
Pyridinmenge beträgt
etwa 6,5 mol pro mol DTPA.
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US-Patent 4822594 lehrt
in Beispiel 1 die Herstellung von DTPA-bis(anhydrid), wobei DTPA
mit wasserfreiem Pyridin vermischt und Essigsäureanhydrid hinzugegeben wird.
Die Reaktion läuft
20 Stunden lang bei 65°C
ab. Die Pyridinmenge beträgt
etwa 6,2 mol pro mol DTPA.
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US-Patent 4698263 , Spalte
12, Zeilen 1 bis 7, und
US-Patent
4707453 , Spalte 11, Zeilen 40 bis 46, beschreiben beide
die gleiche Methode der Herstellung von DTPA-bis(anhydrid) aus DTPA, Essigsäureanhydrid
und Pyridin. Bei Refluxtemperatur läuft die Reaktion 18 Stunden
unter N
2-Atmosphäre ab. Die Pyridinmenge beträgt etwa
7,5 mol pro mol DTPA.
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EP 0183760 B1 lehrt
in Beispiel 1, i), (a) die Bildung von DTPA-bis(anhydrid) aus DTPA,
Essigsäureanhydrid
und Pyridin. Die Reaktion läuft
24 Stunden lang bei 55°C
ab. Die Pyridinmenge beträgt
etwa 6,3 mol pro mol DTPA.
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Aus
dem Stand der Technik ist bekannt, dass Pyridin toxisch und verhältnismäßig teuer
ist und sich demzufolge eine Reduzierung der Pyridinmenge auf ein
Minimum als wünschenswert
erweist, siehe
US-Patent 5508388 ,
Spalte 3, Zeilen 23 bis 27. Ebenso ist die Verwendung einer möglichst
geringen Anzahl von Reagenzien erstrebenswert, weshalb die Zugabe
von Acetonitril, wie in
US-Patent
5508388 ' eingesetzt,
kein Ziel darstellt. Acetonitril ist giftig, und seine Verwendung
sollte nach Möglichkeit
vermieden werden.
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Daher
liegt dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von DTPA-bis(anhydrid) zu bieten, das eine minimale Anzahl von Reagenzien
einschließt,
Insbesondere sollte die Verwendung toxischer Reagenzien vermieden
oder auf ein Minimum reduziert werden. Gleichermaßen ist
es wünschenswert,
die Verwendung teurer Reagenzien auf ein Minimum zu beschränken. Dabei
ist es wichtig, eine hohe Ausbeute aufrechtzuerhalten, die Reaktionszeit
und die Temperatur innerhalb kontrollierbarer Grenzen zu halten
und ein Produkt zu erzielen, das sofort im nächsten Verfahrensschritt einsetzbar
ist. Gewonnen werden sollte das Produkt vorzugsweise ohne zweitaufwendige
Reinigung oder in einer Form, die sich zwecks Verkauf problemlos
reinigen lässt,
oder auch in einem Zustand, der eine Weiterverarbeitung durchführbar macht.
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Überraschenderweise
wurde herausgefunden, dass sich DTPA-bis(anhydrid) durch Umsetzen
von DTPA mit Essigsäureanhydrid
in Pyridin unter erhöhter
Temperatur herstellen lässt,
wobei die Molmenge des Pyridins gleich dem Sechsfachen der Molmenge
von DTPA ist oder kleiner. Insbesondere wird die Verwendung von Acetonitril
vermieden, und die Pyridinmenge wird unter den aus dem Stand der
Technik bekannten Level gesenkt, wenn DTPA einzig mit Essigsäureanhydrid
und Pyridin umgesetzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist in den Patentansprüchen definiert. Spezielle Einzelheiten
bezüglich
des Ausführens
der Erfindung gehen aus den hierin vorgebrachten spezifischen Beispielen
1 bis 3, 5 und 7 hervor.
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Die
Herstellung von Chelatbildnern, die in der Industrie und vor allem
als Therapeutika und Diagnostika von Nutzen sind, ist hierin in
den Beispielen 4 und 6 erläutert.
Chelatbildner finden Anwendung als Sequestriermittel, etwa zur Metallentgiftung
bei sowohl lebenden Menschen und Tieren als auch unbelebter Materie,
und als Additive für
eine breite Vielfalt von Produkten.
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Der
Chelatbildner DTPA-BMA aus den Beispielen 4 und 6 stellt, wenn er
mit Gd
3+ chelatiert wird, die aktive Substanz
in dem im Handel erhältlichen
MR (Magnetresonanz)-Kontrastmittel Omniscan
TM von Amersham
Health AS dar. Ferner ist die Herstellung von DTPA-BMA und Gd DTPA-BMA
in den
US-Patenten 4859451 ,
4687659 und
5087439 beschrieben.
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Der
Chelatbildner Versetamid (DTPA-bis(2-metoxyethylamid)) bildet, wenn
er mit Gd
3+ chelatiert wird, die aktive
Substand in dem im Handel erhältlichen
MR-Kontrastmittel
Optimark
TM von Mallinckrodt, Inc.. Die Herstellung
von Gadoversetamid ist in
US-Patent
5508388 dargelegt.
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US-Patent 3660388 lehrt,
dass sich Bis(anhydride) beim Aushärten organischer Verbindungen,
welche Epoxygruppen enthalten, ebenfalls als nützlich erweisen.
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In
ihrem umfassendsten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren
zur Herstellung von DTPA-bis(anhydrid) durch Umsetzung von DTPA
mit Essigsäureanhydrid
in Pyridin unter erhöhter
Temperatur, wobei sich die Pyridinmenge gegenüber den aus dem Stand der Technik
bekannten Verfahren verringert. Das Verhältnis der Molmenge des Pyridins
zur Molmenge des DTPA sollte gleich oder kleiner 6 sein.
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In
einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist das Verhältnis der
Molmenge des Pyridins zur Molmenge des DTPA beträchtlich kleiner als 6, beispielsweise
5 oder 4, oder es ist insbesondere gleich oder kleiner 3. Es wurde
herausgefunden, dass sich die Reaktionsrate bei einem Verhältnis von
3 gegenüber
einem Verhältnis
von 8,1 nur unwesentlich verringert und gut innerhalb des für ein industrielles
Verfahren akzeptablen Bereichs liegt. Ferner bleibt der Gehalt von
nicht umgesetztem DTPA niedrig.
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In
einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung ist das Verhältnis der
Molmenge des Pyridins zur Molmenge des DTPA beträchtlich kleiner als 3, beispielsweise
etwa 2 oder insbesondere gleich oder kleiner 1. Selbst bei diesem
niedrigen Molverhältnis
ist sowohl die Reaktionsrate als auch der Gehalt von nicht umgesetztem
DTPA akzeptabel. Es besteht sogar die Möglichkeit, das Verfahren mit
einem Verhältnis
von 0,5 durchzuführen,
jedoch scheint bei diesem Verhältnis
die Reaktionsrate niedriger auszufallen.
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Des
Weiteren könnte
die Molmenge von Essigsäureanhydrid
in Bezug auf die Molmengen von Pyridin und DTPA optimiert werden.
Die stöchiometrische
Menge beläuft
sich auf 2 mol Essigsäureanhydrid
pro mol DPTA; es hat jedoch den Anschein, dass Essigsäureanhydrid
in weitaus höherem
Maß hinzugefügt werden sollte,
wobei eine Zugabe von mehr als dem Siebenfachen der Molmenge des
DTPA möglich
ist. Bevorzugt ist eine Molmenge, die sich auf das 5- bis 7-fache
der Molmenge des DTPA beläuft,
und besonders bevorzugt ist eine Menge, die um das 3- bis 5-fache
höher ist
als die Molmenge des DTPA. Die optimale Menge scheint bei ungefähr 3 mol
Essigsäureanhydrid
pro mol DTPA zu liegen, obgleich auch eine Menge brauchbar ist,
welche die stöchiometrische
DTPA-Menge nur geringfügig übertrifft.
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Einen
höheren
Molüberschuss
von Essigsäureanhydrid
in Bezug auf den Pyridin- und
den DTPA-Gehalt führt
anscheinend zu einem Rückgang
der Reaktionsrate. Ohne durch eine Theorie gebunden zu sein, ist davon
auszugehen, dass dies durch eine abschwächende Wirkung bezüglich der
Pyridin- und DTPA-Reagenzien bedingt ist. Bei niedrigeren Pyridinkonzentrationen
scheint die abschwächende
Wirkung am stärksten ausgeprägt zu sein.
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Daher
wird in einem besonders bevorzugten Aspekt eine Molmenge des Essigsäureanhydrids
benutzt, die etwa das Dreifache der Molmenge des DTPA beträgt.
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In
einem besonders bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die Molmenge
des Essigsäureanhydrids etwa
dreimal so hoch wie die Molmenge des DTPA, und die Pyridinmenge
ist dreimal bis annähernd
genauso hoch wie die Molmenge des DTPA.
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Auch
bei der Herstellung von DTPA-bis(anhydrid) aus DTPA nimmt die Reaktionstemperatur
Einfluss auf die Gesamtreaktionsrate. Herkömmlicherweise wird diese Reaktion
bei einer Temperatur von 60°C
bis 70°C
durchgeführt.
Es wurde herausgefunden, dass bei Durchführung des Verfahrens mit 80°C die Reaktionsrate
signifikant ansteigt, ohne dass sich der Grad der Verunreinigung
erhöht.
Der Grad der Verunreinigung wird sogar gesenkt, wenn der Prozess
bei annähernd
80°C abläuft.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt das Verfahren zur Herstellung
eines DTPA-bis(anhydrids) bei einer Reaktionstemperatur über 65°C, bevorzugt über 70°C und besonders
bevorzugt bei 80°C
oder mehr. In einem ganz besonders bevorzugten Aspekt beträgt die Reaktionstemperatur
annährend
80°C.
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In
einem besonders bevorzugten Aspekt der Erfindung beläuft sich
die Molmenge des Essigsäureanhydrids
auf ungefähr
das Dreifache der Molmenge des DTPA, und die Menge des Pyridins
ist dreimal bis annähernd
genauso hoch wie die Molmenge des DTPA, wenn das Verfahren bei einer
Temperatur von 80°C durchgeführt wird.
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Nun
erfolgt eine weitere Veranschaulichung der Erfindung anhand der
folgenden nicht einschränkenden
Beispiele.
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Die
Abkürzungen
besitzen die folgenden Bedeutungen:
- NIRS
- – Nahinfrarotspektroskopie
- DTPA
- – Diethylentriaminpentaessigsäure
- BMA
- – Bismethylamin
- MMA
- – Monomethylamin
- Std.
- – Stunde
- L
- – Liter
- Gew.-%
- – Gewichtsprozent
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Die
Angabe der Temperaturen erfolgt in Grad Celsius (°C).
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Beispiel 1
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Herstellung von DTPA-bis(anhydrid)
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DTPA
(100 g, 0,25 mol), (verschiedene Mengen) Essigsäureanhydrid und (verschiedene
Mengen) Pyridin wurden in einem flachbodigen 1-Liter-Dreihals-Reaktor kombiniert,
der mit einem Thermometer, einem mechanischen Rührer und einem mit kaltem Wasser
gekühlten
Reflux-Kondensator ausgestattet war. Der Reaktor wurde mit einem
Wassermantel versehen, und die Temperatur in dem Mantel wurde mithilfe
eines Wasserbads kontrolliert. Unter Rühren wurde das Gemisch auf
70°C erhitzt.
Aus dem Reaktionsgemisch wurden Proben 0, 5, 1, 2, 3, 4 und 5 Std.
entnommen, nachdem die Temperatur 70°C erreicht hatte. Alle Proben
wurden auf einem Büchner-Filter
filtriert, mit Acetonitril gewaschen und im Vakuum getrocknet. Mittels
NIRS wurden alle Proben sowie eine Probe des Endprodukts bezüglich ihres
DTPA-Gehalts analysiert. Nach 10 Std. wurde das Reaktionsgemisch
auf Raumtemperatur gekühlt.
Daraufhin wurde das Gemisch auf einem Büchner-Filter filtriert und mit annähernd 70
ml Acetonitril gewaschen. Das Produkt wurde aufgefangen und im Vakuum
bei 50°C
getrocknet.
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Beispiel 2
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Wirkung der Pyridin- und Essigsäureanhydridkonzentration
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Im
Anschluss an das Verfahren aus Beispiel 1 wurden Versuche vorgenommen,
um die Wirkung der Pyridin- und der Essigsäureanhydridmenge auf Reaktionsrate
und DTPA-Gehalt im Endprodukt zu optimieren (Tabelle 1 und 2). Bei
Berechnung der Reaktionsrate wurde von einer Reaktion erster Ordnung
ausgegangen.
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Wirkung der Pyridinkonzentration:
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Anhand
der Daten aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass mit dem Sinken der
Pyridinkonzentration auch die Reaktionsrate sank. Allerdings war
bei einer Reaktionszeit von 10 Std. die Wandlung abgeschlossen,
und zwar bis zu einer so niedrigen Pyridinkonzentration wie 1,0
mol/mol DTPA. Beim Versuch mit der niedrigsten Pyridinkonzentration
von 0,5 mol/mol DTPA war die Wandlung nach 10 Std. noch nicht abgeschlossen,
weshalb die Konzentration des DTPA in diesem Versuch signifikant
höher ausfiel.
Somit ist eine weitere Senkung der Pyridinkonzentration möglich, falls
die Reaktionszeit verlängert
und/oder die Temperatur erhöht
wird.
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Tabelle 1.
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Reaktionsrate
und Reinheit bei verschiedenen Stufen der Pyridinkonzentration.
Die Konzentration des Essigsäureanhydrids
war in allen Versuchen konstant (3,0 mol Essigsäureanhydrid/mol DTPA).
Pyridinmenge
(mol/mol DTPA) | Reaktionsrate
(Std.–1) | DTPA-Gehalt
(Gew.-%) |
8,1 | 1,3 | 0,85 |
3,0 | 0,91 | 0,82 |
1,0 | 0,63 | 0,71 |
0,5 | 0,39 | 2,24 |
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Wirkung der Konzentration
des Essigsäureanhydrids
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Die
Wirkung von Variationen bei der Konzentration des Essigsäureanhydrids
ist in Tabelle 2 veranschaulicht. Die optimierte Konzentration des
Essigsäureanhydrids
scheint 3 mol/mol DTPA zu betragen. Zwar beläuft sich die stöchiometrische
Menge bei der Wandlung von DTPA zu DTPA-bis(anhydrid) auf 2 mol/mol
DTPA, aber dem Anschein nach sollte Essigsäureanhydrid in einer geringfügig höheren Menge
hinzugefügt
werden. Eine weitaus höhere
Menge Essigsäureanhydrid
führt zu
einer verminderten Reaktionsrate und dadurch zu einer höheren Konzentration
des Rohmaterials im Produkt. Diese Wirkung rührt wahrscheinlich daher, dass eine
hohe Konzentration des Essigsäureanhydrids
eine abschwächende
Wirkung auf die Reagenzien DTPA und Pyridin hat. Diese abschwächende Wirkung
wird auch bei höheren
Pyridinkonzentrationen beobachtet, scheint aber bei niedrigen Pyridinkonzentrationen
am stärksten
ausgeprägt
zu sein.
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Tabelle 2.
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Reaktionsrate
und Reinheit bei verschiedenen Stufen der Essigsäureanhydridkonzentration. Die
Konzentration von Pyridin war in allen Versuchen konstant (1,0 mol
Pyridin/mol DTPA).
Essigsäureanhydridkonzentration
(mol/mol DTPA) | Reaktionsrate
(Std.–1) | DTPA-Gehalt
(Gew.-%) |
7,4 | 0,39 | 2,37 |
5,3 | 0,45 | 3,60 |
3,0 | 0,63 | 0,71 |
2,1 | 0,54 | 3,60 |
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Tabelle 3.
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Zusammenfassung
bezüglich
der Konzentration von Verunreinigungen im Produkt, hergestellt mit
einem Molverhältnis
von 1 mol DTPA zu 1 bzw. 10 mol Pyridin und 3 mol Essigsäureanhydrid,
wobei die Reaktion entsprechend Beispiel 1 durchgeführt wurde.
DTPA-MMA wurde mittels
1H NMR-Spektroskopie
gemessen.
Konzentration
der Verunreinigungen bei zwei Levels der Pyridinkonzentration |
Molverhältnis
DTPA:Pyridin | DTPA
(Gew.-%) | DTPA-MMA
(Gew.-%) | Pyridin
(ppm) |
1,0:10,0
1,0:1,0 | 1,03
0,71 | 4,4
2,0 | 0,12
0,0 |
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Beispiel 3
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Wirkung der Temperatur
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Wenn
die Reaktion aus Beispiel 1 bei 80°C durchgeführt wurde, zeigte die Reaktionsrate
eine signifikante Steigerung. Bei 80°C betrug die Reaktionsrate 2,0
Std.–1,
wohingegen sich die Rate auf 0,63 Std.–1 belief, wenn
die Reaktion bei 70°C
ablief. Bei der Reaktion, die bei 80°C erfolgte, fiel die Konzentration
der Verunreinigungen geringfügig
niedriger aus.
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Beispiel 4
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Synthese von DTPA-BMA aus DTPA-bis(anhydrid)
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Einige
der Batches des DTPA-bis(anhydrids) wurden zur Erzeugung von DTPA-BMA
verwendet, welche den nächsten
Schritt beim Verfahren zur Herstellung von Gadodiamid, also der
Arzneimittelsubstanz von Omniscan
TM, bildet.
Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse für
die Qualitätsparameter
von DTPA-BMA aus DTPA-bis(anhydrid), hergestellt mit drei verschiedenen
Pyridingehalten. Trotz Senkung des Pyridingehalts ergab sich im
Allgemeinen ein ähnlicher
Gehalt an Verunreinigungen, und alle diese Verunreinigungen lagen
innerhalb der Spezifikation für
DTPA-BMA. Tabelle 4.
Konzentration
des Rohmaterials für
die Bildung des DPTA-bis(anhydrids) (mol/mol DTPA) | | HPLC-Konzentration
(Bereich %) |
Pyridin | Essigsäureanhydrid | | DTPA | DTPA-MMA | DTPA-BMA |
10,0 | 3,7 | | 0,1 | 1,05 | 98,8 |
3,0 | 3,0 | | 0,1 | 0,6 | 99,3 |
1,0 | 3,0 | | 0,1 | 0,4 | 99,3 |
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Beispiel 5
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Herstellung von DTPA-bis(anhydrid)
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Die
Versuche wurden in einem 5-Liter-Laborreaktor durchgeführt, und
gegenüber
den vorherigen Versuchen aus den Beispielen 1 bis 3 wurden die Batchgrößen 10–26-fach
vergrößert.
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Die
Versuche wurden 10 Stunden lang bei 70°C durchgeführt, und die Essigsäurekonzentration
betrug 3,5 mol/mol DTPA. Die Pyridinkonzentration variierte von
1,0 bis 10,0 mol/mol DTPA. Die Ergebnisse aus diesen Versuchen sind
in Tabelle 5 aufgelistet. Tabelle 5.
| | Konzentration
der Verunreinigungen |
Pyridinkonzentration (mol/mol
DTPA) | Batchgröße DTPA
(kg) | DTPA
(Gew.-%) | DTPA-mono(anhydrid) (Mol-%) |
1,0 | 2,0–2,6 | 1,2 | 1,3 |
3,0 | 2,0 | 1,1 | --- |
5,0 | 1,0–2,0 | 1,1 | 2,0 |
7,5 | 1,0 | 1,2 | 1,8 |
10 | 1,0 | 1,4 | --- |
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Dieser
Versuch macht deutlich, dass das Hochskalieren des Reaktionsvolumens
DTPA-bis(anhydrid) von guter Qualität liefert. Die Verringerung
des Pyridingehalts beeinträchtigt
die Reinheit des Produkts nicht, deren Messung anhand von dessen
Gehalt an nicht umgesetztem DTPA und des gebildeten DTPA-mono(anhydrids)
erfolgt.
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Beispiel 6
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Herstellung von DTPA-BMA aus DTPA-bis(anhydrid)
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Entsprechend
Beispiel 5 erzeugtes DTPA-bis(anhydrid) wurde benutzt, um aus dem
in Beispiel 4 erläuterten
Grund DTPA-BMA im herkömmlichen
Labormaßstab
(Batchgröße: 100
g) herzustellen. Ein verringerter Pyridingehalt ergab im Allgemeinen
einen ähnlichen
Gehalt an Verunreinigungen wie ein hoher Pyridingehalt, und alle
Verunreinigungslevels lagen innerhalb der Spezifikation für DTPA-BMA.
Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse aus diesen Versuchen. Tabelle 6
(Bereich
%) | HPLC-Konzentration |
Pyridinkonzentration
für die
Bildung von DTPA-bis(anhydrid) (mol/mol DTPA) | Assay (Gew.-%) | DTPA | DTPA-BMA | DTPA-MMA |
1,0 | 100,1 | 0,4 | 99,3 | 0,3 |
3,0 | 100,0 | 0,1 | 99,5 | 0,5 |
5,0 | 99,6 | 0,1 | 99,6 | 0,3 |
10 | 99,6 | 0,1 | 99,4 | 0,5 |
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Beispiel 7
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Massenproduktion von DTPA-bis(anhydrid)
und DTPA-BMA mit reduzierter Pyridinkonzentration bei der Bildung
von DTPA-bis(anhydrid)
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DTPA-bis(anhydrid)
wird herkömmlicherweise
unter Verwendung einer Pyridinkonzentration von 10 mol/mol DTPA
hergestellt. Die Batchgröße beläuft sich
auf ungefähr
800 kg DTPA. Mehrere Batches dieser Größe wurden mit einer Pyridinkonzentration
von 5,0 mol/mol DTPA erzeugt. Die Ausbeute an DTPA-bis(anhydrid) stieg
um annähernd
1,5%. Die Reinheit des DTPA-BMA, das aus dem gewonnenen DTPA-bis(anhydrid)
hergestellt wurde, lag innerhalb normaler Variationsgrenzen.