DK149607B - Fremgangsmaade til fremstilling af l-2,4-diaminosmoersyre eller l-4-amino-2-hydroxysmoersyre - Google Patents

Description

i 149607

Den foreliggende opfindelse angår en særlig fremgangsmåde til fremstilling af L-2,4-diaminosmørsyre eller L-4-amino-2-hydroxysmørsyre med den almene formel

HoNCHo-CHo-CH-C00H (I) 2 2 2 i

R

5 hvori R betyder en hydroxylgruppe eller en aminogruppe. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er baseret på en hidtil ukendt kemisk reaktion ved den kemiske omdannelse af en primær carboxamidgruppe til en nitrilgruppe.

Der kendes forskellige fremgangsmåder til omdannelse af en 10 primær carboxamidgruppe (H^N-C-) til en nitrilgruppe, her- δ under den metode, hvorved carboxamidgruppen behandles med dicyclohexylcarbodiimid (B. Liberek et al., "Tetrahedron", 22, 2303 (1966)); den metode, hvorved carboxamidgruppen behandles med thionylchlorid (C. Ressler et al., "Journal 15 of Organic Chemistry", 36, 3960 (1971)); den metode, hvorved carboxamidgruppen behandles med tosylchlorid (M. Zaoral et al., "Coll. Czech. Chem. Cornm.", 24, 1993 (1952)) og den metode, hvorved carboxamidgruppen behandles med trifluor-eddikesyreanhydrid (F. Campagna et al., "Tetrahedron 20 letters", nr. 21, 1813 (1977))· Imidlertid har alle disse metoder ifølge den kendte teknik mange ulemper, idet de anvendte reagenser er kostbare, idet reaktionsbetingelseme ved omdannelsen er hårde og voldsomme, og/eller idet det er nødvendigt at anvende et sådant beskyttet derivat af ud-25 gangsforbindelsen, hvori carboxylgruppen og/eller amino-gruppen er beskyttet med egnede beskyttelsesgrupper for at forhindre, at uønskede sidereaktioner finder sted under omdannelsen.

Man har foretaget omfattende undersøgelser i forsøg på at 30 tilvejebringe en ny og økonomisk fremgangsmåde til fremstilling af forbindelserne I på en simpel måde ud fra en propion- 2 149607 syreforbindelse, der indeholder en primær carboxamidgruppe som substituent på carbonatomet i 3-stillingen i propion-syreforbindelsen. Det har vist sig, at carboxamidgruppen i propionsyreudgangsforbindelsen let kan omdannes til en 5 nitrilgruppe i et højt udbytte, selv ved stuetemperatur, ved omsætning med eddikesyreanhydrid eller acetylehlorid i et reaktionsmedium, der i det væsentlige består af en flydende tertiær amin, såsom pyridin, picolin, piperidin og en trialkylamin med 1 til 4 carbonatomer, f.eks. trΙ-ΙΟ methylamin, triethylamin, tripropylamin og tributylamin.

Denne reaktion mellem carboxamidgruppen og eddikesyreanhydrid eller acetylehlorid, hvorved der dannes en nitrilgruppe, er hidtil ukendt og betragtes som en ny kemisk reaktion.

Det har endvidere vist sig, at den til denne reaktion an-15 vendte udgangsforbindelse nødvendigvis skal indeholde en fri carboxylgruppe i sit molekyle ud over en carboxidamidgruppe for at opnå den ønskede omdannelse af carboxidamidgruppen til en nitrilgruppe, og endvidere, at den intermolekylære afstand mellem carboxylgruppen og carboxamidgruppen i ud-20 gangsforbindelsen er meget vigtig for opnåelse af den ønskede omdannelse, hvilket betyder, at carboxamidgruppen skal være placeret i en sådan afstand fra carboxylgruppen, at disse to funktionelle grupper sammen danner en isoimidring og fortrinsvis en femleddet eller seksleddet isoimidring.

25' Ifølge denne nye tekniske-reaktion opnås mange fordele, idet der kan anvendes billige og let tilgængelige reaktanter, idet den anvendte propionsyreudgangsforbindelse kan indeholde en hydroxylsubstituent, uden at det er nødvendigt at beskytte hydroxylgriippen, idet omsætningen af propion-30 syreudgangsforbindelsen med eddikesyreanhydrid forløber hurtigt selv ved stuetemperatur, og idet carboxamidgruppen i udgangsforbindelsen kan omdannes til en nitrilgruppe i højt udbytte, hvilket gør den omhandlede fremgangsmåde praktisk og kommercielt fordelagtig.

3 149607 I overensstemmelse hermed er fremgangsmåden ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at man omsætter N-carbobenzoxy-L-asparagin med eddikesyreanhydrid eller acetylchlorid ved stuetemperatur eller derover i et reaktionsmedium, der i 5 det væsentlige består af en flydende tertiær amin, eller omsætter L-malamidsyre med eddikesyreanhydrid ved stuetemperatur eller derover i et reaktionsmedium, der i det væsentlige består af en flydende tertiær amin, hvorpå den dannede forbindelse eventuelt omsættes med saltsyre, hvorpå man reduce-10 rer den dannede nitrilforbindelsé med den almene formel N = C-CH--CH-COOH (V) 2 h ir hvori R1 betyder en hydroxylgruppe eller en carbobenz-oxyaminogruppe til den tilsvarende aminoforb'indelse og fjerner en eventuel tilbageværende aminobeskyttelses-15 gruppe, I det første trin af fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvendes et reaktionsmedium, der i det væsentlige består af en flydende tertiær amin, som fortrinsvis er tør, og hvori udgangsforbindelserne og eddikesyreanhydridet eller acetyl-20 chloridet er opløselige. Eksempler på passende flydende tertiære aminer er pyridin, picolin, piperidin og en tri-alkylamin, der indeholder en alkylgruppe med 1 til 4 carbon-atomer, såsom trimethylamin, triethylamin, tri-n-propylamin, tri-isopropylamin, tri-n-butylamin og tri-isobutylamin.

25 Tørt pyridin foretrækkes især som reaktionsmedium for den foreliggende fremgangsmåde.

dette første trin kan reaktionen udføres ved stuetemperatur.., men kan om ønsket også gennemføres ved forhøjet temperatur op til det anvendte opløsningsmiddels kogepunkt.

30 Den nødvendige reaktionstid vil sædvanligvis være 1 til 3 timer.

4 149607

Som propionsyreudgangsforbindelser anvendes N-carbobenzoxy-L-asparagin og 2-hydroxv-4-carboxamidpropionsyre (L-malamidsyre).

Eddikesyreanhydrid eller acetylchlorid anvendes fortrinsvis i en mængde på 1 mol eller derover pr. mol af den anvendte 5 udgangs forbindelse.

Efter endt omsætning opvarmes den resulterende reaktionsopløsning til afdestillation af opløsningsmidlet under reduceret tryk, og den koncentrerede opløsning behandles eventuelt med saltsyre, hvilket fører til udfældning af 10 nitrilproduktet med formlen V.

• Reduktionen af nitrilforbindelsen Y i det andet trin af den foreliggende fremgangsmåde kan opnås ved enhver konventionel hydrogeneringsproces, hvorved nitrilgruppen omdannes til en aminomethylgruppe. Det for et række s, at 15 nitrilforbindelsen Y reduceres katalytisk med hydrogen under tilstedeværelse af en hydrogeneringskatalysator, såsom platinoxid, metallisk platin eller palladium.

Endvidere kan fjernelsen af den eventuelle carbobenzoxy- gruppe fra den således fremstillede 4-aminosmørsyreforbin-20 delse udføres ved en konventionel fremgangsmåde, f.eks. ved hydrolyse med svage syrer eller ved hydrogenolyse samtidig med den ovennævnte katalytiske reduktion under det andet trin.

Ved anvendelse af fremgangsmåden ifølge den foreliggende 25 opfindelse er de biokemisk værdifulde forbindelser 1-2,4-diaminosmørsyre og l-(-)-4-amino-2-hydroxysmørsyre lette at fremstille. Især l-(-)-4-amino-2-hydroxysmørsyre er et vigtigt reagens til fremstilling af forskellige derivater af aminoglycosidiske antibiotika, da det i de senere år 30 ha-r vist sig, at l-(-)-4-amino-2-hydroxysmørsyre kan omsættes med visse aminoglycosidiske antibiotika, såsom 5 149607 kanamycin Δ, B eller C eller ribostamycin under dannelse af terapeutisk nyttige semi-syntetiske antibiotika, som er højaktive mod mange forskellige bakterier, der er resistente overfor aminoglycosidiske antibiotika, jfr. f.eks.

5 USA-patentskrift nr, 4,008.362.

Ved en udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen omsættes N-carbobenzoxy-L-asparagin med eddikesyrean-hydrid i pyridin ved stuetemperatur i 1 time. Pyridinet af-destilleres derefter fra reaktionsblandingen under reduceret 10 tryk, den koncentrerede reaktionsopløsning behandles derefter under sure betingelser med saltsyre for at krystallisere det' dannede ΪΤ- c arb o t> enzoxy-β-cyano-L-alanin. Dette nitrilmel-1emprodukt reduceres derefter med hydrogen under tilstedeværelse af en platinoxidkatalysator ved en konventionel 15 hydrogeneringsfremgangsmåde, hvorved cyangruppen i mellemproduktet omdannes til en aminomethylgruppe, og hvorved carbobenzoxygruppen (aminobeskyttelsesgruppen) samtidig fjernes, og til slut renses det resulterende ubeskyttede produkt ved en passende metode, såsom omkrystallisation.

20 På denne måde fremstilles L-2,4-diaminosmørsyre let i et højt udbytte på 75% ud fra L-asparagin.

Ved en anden udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvendes L-malamidsyre som udgangsforbindelse.

I dette tilfælde kan L-(-)-4-amino-2-hydroxysmørsyre op-25 nås i et udbytte på 61%, uden at det er nødvendigt at isolere nitrilmellemproduktet, ved at reducere sidstnævnte med hydrogen og derefter rense reaktionsproduktet.

Den foreliggende fremgangsmåde repræsenterer således en ny syntesevej, hvis fordel består i, at alle de anvendte 30 reagenser er prisbillige, at omsætningen i hvert trin kan gennemføres under moderate reaktionsbetingelser, at ingen 6 149607 uønskede i s ome ri s eringsre akti oner optræder og at adskillelse af slutproduktet i optiske isomere ikke er nødvendig. Den omhandlede fremgangsmåde er således både praktisk og nyttig.

5 Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse belyses nærmere i de følgende eksempler.

Eksempel 1.

(1) Syntese af N-carbobenzoxy-β-cyano-L-alanin 2,66 g (10 mmol) li- c arb ob enz oxy-L- asp aragin (Journal of 10 Organic Chemistry 26, 3356-3360 (1961)) blandes med 30 ml tørt pyridin og 1,2 ml (12 mmol) eddike syre anhydrid, og den opnåede blanding omrøres ved en temperatur på 20-25°C i 1 time. Reaktionsopløsningen koncentreres derefter til en sirup ved afdestillation af pyridinet under reduceret 15 tryk, og sirupen opløses i 50 ml 1 H saltsyre, som sættes til sirupen. Derefter afkøles blandingen. Det som farveløse nåle udfældede produkt fgernes ved filtrering, vaskes med koldt vand og tørres, hvilket giver 2,05 g M-carbo-b enz oxy-β-cyano-1-alanin. Udbytte 83%. Dette produkt har 20 følgende egenskaber: W\f = -18,7° (c = 1,27 i methanol), smp. 129-13155°C· (2) Fremstilling af 1-(+)-2,4-diamino smørsyre 1,24 g (5 mmol) U-carbobenzoxy-p-cyano-l-alanin opløses i en blanding af 80 ml ethanol, 20 ml vand og 3 ml koncentre-25 ret saltsyre; den resulterende opløsning blandes med 100 mg platinoxid, og blandingen underkastes reduktion med hydrogen ved 3 atmosfæres tryk ved stuetemperatur i 5 timer. Ved denne fremgangsmåde fjernes aminobeskyttelses-gruppen (carbobenzoxygruppen) også fra den aminobeskyttede 30 forbindelse samtidig med den katalytiske reduktion af 7 149607 cyangruppen til en aminomethylgruppe, Reaktionsblandingen filtreres for at fjerne katalysatoren, og vaskes derefter med vand. Vaskevandet samles med filtratet, og den samlede væske neutraliseres ved tilsætning af en 1 K vandig opløs-5 ning af natriumhydroxid. Den resulterende neutraliserede opløsning sendes derefter gennem en søjle af 40 ml kation-bytterharpiks "Amberlite CG-50"®(MH^-form) (et produkt fra Rohm & Haas Oo,, U.S.A.) til adsorption af det ønskede produkt. Efter vaskning af søjlen med 120 ml vand elueres 10 den med 0,3 U vandig ammoniak. Eluatet opsamles i 10 ml fraktioner, og de samlede fraktioner nr, 1 til 13 samles og koncentreres til tørhed, hvilket giver 558 mg 1-(+)- 2,4-diaminosmørsyre. Udbytte 95%·

Dette stof optages i 10 ml 1 H saltsyre og blandes med 15 ethanol, hvorved det ønskede produkt udfældes som farveløse krystaller. Dette produkt har følgende egenskaber: [ct]jp = +13,4° (c = 1,25 i vand), smp. 193-194°0.

Eksempel 2.

(1) Syntese af N-carbobenzoxy-β-cyano-L-alanin 20 596 mg (2,4 mmol) U-carbobenzoxy-L-asparagin blandes med 6 ml tørt pyridin, og til denne blanding sættes dråbevis 0,17 ml (1»1 mmol) acetylchlorid. Den således opnåede blanding omrøres ved en temperatur på 20-25°0 i 45 minutter til gennemførelse af omsætningen. Reaktionsopløsningen 25 koncentreres derefter til en sirup ved afdestillation af pyridinet ved reduceret tryk, og sirupen blandes med 10 ml 1 ΪΓ saltsyre til krystallisation af det ønskede produkt.

Det resulterende krystallinske produkt fjernes ved filtrering, vaskes med koldt vand og tørres, hvilket giver 30 401 mg H-c arb ob enzoxy-β-cyano-1-alanin som farveløse nåle.

Udbytte 73%· Dette produkt har følgende egenskaber: [<x]jp = -16,3° (c = 1,2 i methanol), smp. 130-132°0.

149607 δ (2) Det ovenfor opnåede produkt af K-carbobenzoxy-β-cyano-alanin reduceres med hydrogen på samme måde som i eksempel 1 (2), bortset fra, at platinoxidkatalysatoren erstattes med 0,1 g palladium. Reaktionsopløsningen be-5 handles derefter på samme måde som i eksempel 1 (2), hvilket giver 255 mg L-(+)-2,4—diaminosmørsyre som farveløse krystaller. Udbytte 90%.

Eksempel 5.

Fremstilling af L-(-)-4-amino-2-hydroxysmørsyre 10 532 g (4- mmol) 1-malamidsyre (ΕΉ^ΟΟ-ΟΗ^-ΟΞζΟίΟ-ΟΟΟΗ) blan des med 15 ml tørt pyridin og 1,5 ml eddike syre anhydrid, og den resulterende blanding omrøres ved stuetemperatur i 1 time. Reaktionsopløsningen koncentreres derefter til en sirup ved af de s till at ion af pyridinet under reduceret tryk, 15 og den resulterende sirup opløses i en blanding af 20 ml ethanol og 5 ml vand, som sættes til sirupen. Sil denne opløsning sættes yderligere 1 ml koncentreret saltsyre og 50 mg platinoxid, og blandingen underkastes reduktion med hydrogen ved 5 atmosfæres tryk ved stuetemperatur i 20 15 timer. Reaktionsblandingen filtreres til fjernelse af katalysatoren og vaskes med vand. Vaskevandet samles med filtratet, og den samlede opløsning koncentreres til tørhed under reduceret tryk. Den således opnåede faste remanens optages i 10 ml vand, og den resulterende opløsning 25 sendes derefter gennem en søjle af 20 ml kationbytter-harpiks "Dowex 50W x 4-"® (H+-form) (et produkt fra Dow Chemical Co., U.S.A.) til adsorption af det ønskede produkt. Efter vaskning af søjlen med 100 ml vand elueres den med 0,5 I vandig ammoniak. Det resulterende eluat opsamles 30 i 5 ml fraktioner, og fraktionerne nr, 15 til 20 samles og koncentreres til tørhed, hvorved der opnås 291 mg 1-(-)-4-amino-2-hydroxysmørsyre. Udbytte 51%. Dette produkt omkrystalliseres fra vand-methanol til rensning. Det opnåede krystallinske produkt har følgende egenskaber: 35 [a]jp = -28,2° (c =1,2 i vand), smp. 197-198,5°0.