ES2204285B1 - Procedimiento para el aislamiento y purificacion de lovastatina. - Google Patents

Procedimiento para el aislamiento y purificacion de lovastatina.

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ES2204285B1 ES200201145A ES200201145A ES2204285B1 ES 2204285 B1 ES2204285 B1 ES 2204285B1 ES 200201145 A ES200201145 A ES 200201145A ES 200201145 A ES200201145 A ES 200201145A ES 2204285 B1 ES2204285 B1 ES 2204285B1
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Abstract

El procedimiento comprende (i) separar la lovastatina de un caldo de fermentación antes de la adición de disolventes, mediante el ajuste a pH ácido caldo de fermentación para precipitar la lovastatina; (ii) extraer la lovastatina con cloruro de metileno; (iii) concentrar la lovastatina; (iv) cristalizar la lovastatina cruda en xileno; y (v) purificar la lovastatina cruda. El procedimiento permite obtener una lovastatina con elevado rendimiento y riqueza, apta para su uso farmacéutico.

Description

Procedimiento para el aislamiento y purificación de lovastatina.
Campo de la invención
La invención se refiere a un procedimiento para el aislamiento y purificación de lovastatina a partir de un caldo de fermentación que permite obtener un producto final con elevada riqueza y bajo nivel de impurezas.
Antecedentes de la invención
La lovastatina (también denominada mevinolina o monacolina K) es un compuesto bien conocido que actúa como inhibidor del enzima HMG-CoA reductasa, que cataliza la formación de ácido mevalónico, la etapa limitante de la ruta de biosíntesis de colesterol (Siperstein MD & Fagan VM, 1966, J. Biol. Chem. 241, 602-609; Rodwell VW, 1972, Biochem J., 128, 16P)A causa de esta propiedad, es usado en farmacia como antihipercolesterolémico.
La lovastatina se produce por fermentación usando cepas de hongos de los géneros Aspergillus y Monascus. Químicamente, se corresponde a la \delta-lactona del ácido 1,2,6,7,8,8a-hexahidro-\beta,\delta-dihidroxi-2,6-dimetil-8-(2- metil-1-oxobutoxi)-1-naftalen heptanoico, de fórmula (I)
1
El principio activo fue descubierto de manera independiente por la compañía Sankyo (A. Endo, JP 55111790) bajo la denominación de monacolina K y por la compañía Merck (Monaghan et al. US 4231938) bajo la denominación de mevinolina o lovastatina.
En la citada patente de Merck, el aislamiento del principio activo se realiza mediante extracción directa del caldo de fermentación, previamente filtrado, con un disolvente adecuado (preferentemente acetato de etilo). Después, el compuesto se purifica mediante columnas cromatográficas, en 3 etapas de cromatografía (utilizando columnas con sílica gel y Sephadex), para, posteriormente, obtener el producto final mediante recristalización en etanol.
En el procedimiento de Sankyo (GB 2046737) la monacolina K se extrae del caldo de fermentación a pH ácido con acetato de etilo que, posteriormente, se destila a vacío. El concentrado obtenido se disuelve en benceno y la solución se extrae a fase acuosa mediante lavados sucesivos con bicarbonato y luego con agua básica. Las fases acuosas se ajustan a pH ácido y se extraen con acetato de etilo. Éste se evapora y la monacolina K se aísla mediante una cristalización en benceno seguida de una recristalización adicional en acetona acuosa.
Los caldos de fermentación contienen generalmente una proporción importante de la forma ácida de la lovastatina (a la que se denominara abreviadamente hidroxiácido), que es una forma activa de la misma. Químicamente es el ácido 1,2,6,7,8,8a-hexahidro-\beta,\delta-dihidroxi-2,6-dimetil-8-(2-metil-1- oxobutoxi)-1-naftalen heptanoico de fórmula II:
2
Dentro del proceso de extracción y purificación de la lovastatina es necesario llevar a cabo la lactonización de este compuesto, ya que se comercializa la forma lactonizada (compuesto de fórmula I).
Por ejemplo, en la patente de Merck US 4294846 de Albers-Schonberg et al. esta lactonización se lleva a cabo en tolueno. La patente US 4820850 también describe la lactonización en tolueno para derivados de la lovastatina.
Los procedimientos de obtención de lovastatina descritos en las primeras patentes son largos y de difícil escalado industrial. En la patente ya citada de Merck (US 4231938), por ejemplo, son necesarias 3 etapas de cromatografía para la purificación del producto, se emplean múltiples disolventes y el rendimiento final no es muy alto. En la patente de Sankyo (GB 2046737) se usan disolventes peligrosos para la salud como el benceno, se requieren sucesivas etapas de extracción y los rendimientos finales tampoco son buenos.
Desde entonces, se han descrito nuevos procedimientos de aislamiento de lovastatina. Así por ejemplo, en la patente US 5202029 de Haytko & Wildman, se describe la purificación de la lovastatina mediante cromatografía líquida de alta presión (HPLC). Se mejoran los rendimientos y la pureza respecto a las patentes originales, pero el procedimiento presenta serias dificultades para su uso industrial por la complejidad del escalado.
Se han descrito procedimientos en los que el caldo inicial se lleva a pH básico para solubilizar la lovastatina: por ejemplo, la patente ES 2081776 de Kèri et al.. En dicha patente, los compuestos de fórmula I y II son disueltos a pH básico (preferentemente 8-9) con la ayuda de algún aditivo (como alcoholes o glicoles), posteriormente, el principio activo (mayoritariamente en forma de hidroxiácido) es cristalizado a pH ácido, lactonizado en acetato de isobutilo y recristalizado según procedimientos estándar. Otro procedimiento similar es descrito en la solicitud de patente WO 9720834 de Dimov et al.. En este caso el caldo se lleva a pH 9,5-13, y se filtra. Posteriormente, la lovastatina y el hidroxiácido se extraen a pH ácido en cloroformo. Seguidamente, se lleva a cabo la lactonización en cloroformo, que se enfría a una temperatura de -10/-30°C durante 48 h en una mezcla de disolventes para conseguir la cristalización de la lovastatina. Las recristalizaciones de la misma se realizan sucesivamente en mezclas de agua-nitrilos, acetatos de alcohol-alcanos y en acetona.
En las patentes de este tipo (disolución del principio activo en fase acuosa a pH básico), el caldo es diluido y el sólido lavado varias veces con soluciones acuosas básicas para asegurar un buen rendimiento. Industrialmente esto supone la necesidad de trabajar con grandes volúmenes, lo que obliga a inversiones elevadas en equipos y alarga los tiempos de las distintas etapas.
Se ha descrito también la extracción de la lovastatina con acetato de butilo (US 5712130 de Hajko et al.), seguida de concentración a vacío y cristalización en el mismo disolvente. El principal problema de este procedimiento radica en que los rendimientos obtenidos son bajos: 56 y 41% en los ejemplos de la patente y la lovastatina obtenida tiene una riqueza del 90%, lo que hace necesarias ulteriores etapas de purificación que además bajarán aún más el rendimiento.
También se han descrito nuevos procedimientos para conseguir más eficientemente la lactonización del compuesto de fórmula II para obtener el compuesto de fórmula I, evitando la formación de la principal impureza que se genera durante el proceso de lactonización: un dímero de lovastatina de fórmula III
3
Por ejemplo, la patente US 4916239 de Treiber describe un método de lactonización partiendo de la sal amónica del compuesto de fórmula II a temperatura ambiente en una mezcla de ácido acético/agua en presencia de un catalizador ácido fuerte. Una vez alcanzado el equilibrio entre las dos formas (I y II), se va añadiendo agua gradualmente para cristalizar el compuesto de fórmula I, lo que hace que el equilibrio se vaya desplazando hasta obtener sólo la forma lactonizada.
En la patente US 5917058 de Kumar et al. se describe la lactonización en exceso de ácido acético, seguida de la adición de un antisolvente para cristalizar el compuesto de fórmula I.
En la patente US 5939564 de Kumar et al. se expone un procedimiento para conseguir la lactonización de la sal amónica en presencia de catalizadores suaves del tipo del clorhidrato de piridina en alcoholes u otros disolventes polares no alcohólicos.
Todos estos procesos de lactonización suponen etapas adicionales al procedimiento de extracción, tiempo y equipos suplementarios etc. Generalmente parten de sales amónicas, lo que supondría otra etapa adicional de obtención de la sal.
El problema de la aparición de dímero durante los procedimientos de aislamiento de lovastatina y sus derivados, es citado en la solicitud de patente WO 0166538 de Keri & Forgas, en el que se describen procesos de purificación específicos para bajar el nivel de dímero en el producto final por debajo del 0,08% utilizando un tratamiento con bases débiles.
Compendio de la invención
El objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento de aislamiento y purificación de lovastatina de un, caldo de fermentación más sencillo y económico que los conocidos hasta la fecha, que permita obtener un producto final con una riqueza y un perfil de impurezas que cumpla todos los requerimientos de las distintas farmacopeas.
En un aspecto de la presente invención se proporciona un procedimiento sencillo y muy limpio desde el punto de vista medioambiental para separar la lovastatina del caldo de fermentación, ya que ésta se realiza antes de la adición de disolventes. Para ello, se ajusta el pH del caldo de fermentación a un valor de pH ácido, con lo que precipita la lovastatina, tanto la forma lactonizada (compuesto de fórmula I) como la forma ácida (compuesto de fórmula II), y se separa por métodos convencionales de separación sólido-líquido.
En otro aspecto, esta invención proporciona un procedimiento de purificación y lactonización de lovastatina en una única etapa. En el curso de las investigaciones se ha visto que la extracción con cloruro de metileno permite aislar la lovastatina de los sólidos y del micelio. Además, se ha comprobado que, sorprendentemente, durante su concentración en este disolvente se produce la lactonización de la forma hidroxiácido en condiciones muy suaves de pH (4-5,5) y temperatura (35-40°C), lo que evita la formación de dímero.
La lovastatina lactonizada, así formada, se cristaliza en xileno, se separa y purifica, lo que permite obtener una lovastatina con una riqueza por HPLC superior al 99%, con un contenido en dímero inferior al 0,2%, que la hacen apta para su uso farmacéutico.
El procedimiento objeto de la presente invención supera los problemas mencionados previamente y presenta numerosas ventajas. La separación directa de la lovastatina del caldo de fermentación evita que el caldo filtrado se contamine con restos de disolventes orgánicos. La extracción de la lovastatina de los sólidos se realiza utilizando disolventes económicos (cloruro de metileno). La lactonización se realiza en condiciones muy suaves y de forma simultánea a la concentración de la fase orgánica. En las etapas finales se pueden utilizar disolventes del grupo III (según la clasificación de la ICH). Un procedimiento como el proporcionado por esta invención presenta, además, las ventajas de que es sencillo, rápido, de fácil escalado industrial, y evita el uso de columnas o grandes diluciones del caldo de fermentación.
Descripción detallada de la invención
De forma más concreta, la invención proporciona un procedimiento para el aislamiento y purificación de lovastatina a partir de un caldo de fermentación que contiene lovastatina, que comprende:
a)
precipitar la lovastatina presente en dicho caldo de fermentación que contiene lovastatina, por ajuste del pH de dicho caldo de fermentación a un valor de pH ácido mediante la adición de un ácido a dicho caldo de fermentación,
b)
separar la lovastatina por filtración en presencia de, opcionalmente, un coadyuvante de filtración,
c)
disolver la lovastatina por adición de cloruro de metileno;
d)
concentrar la lovastatina por eliminación del cloruro de metileno;
e)
aislar la lovastatina por cristalización en xileno; y
f)
purificar la lovastatina aislada.
Mediante el ajuste del pH del caldo de fermentación a un valor de pH ácido precipita la lovastatina, tanto la forma lactonizada (compuesto de fórmula I) como la forma ácida (compuesto de fórmula II). Para ajustar el pH del caldo de fermentación a un valor de pH ácido se adiciona un ácido a dicho caldo de fermentación, en la cantidad adecuada. En una realización particular, el pH del caldo de fermentación se ajusta a un valor de pH comprendido entre 4 y 5,5 por adición de un ácido capaz de proporcionar el pH deseado, por ejemplo, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, etc. Tras ajustar el pH del caldo de fermentación éste se mantiene en agitación y, posteriormente, se procede a separar la lovastatina precipitada, junto con el resto de sólidos y restos de micelio presentes en el caldo de fermentación con pH ajustado mediante cualquier método convencional de separación sólido-líquido, por ejemplo, mediante filtración en presencia de, opcionalmente, un coadyuvante de filtración que mejora la rapidez de filtración, tal como un agente coadyuvante silíceo del tipo de tierra de diatomeas. En caso de añadir coadyuvante de filtración éste se añade en una cantidad de hasta un 5% (p/v), preferentemente, en una cantidad comprendida entre 2% y 4% (p/v), respecto al volumen de caldo de fermentación. La filtración puede realizarse utilizando cualquier equipo convencional, por ejemplo, un filtro prensa.
A continuación, la lovastatina se disuelve o suspende en cloruro de metileno, que permite separar, por extracción, la lovastatina del resto de sólidos y micelio presente en la fase sólida, y la mezcla se mantiene en agitación a temperatura ambiente típicamente. Posteriormente, la mezcla resultante se filtra y, si se desea, la fase sólida se vuelve a suspender en cloruro de metileno, manteniéndose en agitación a temperatura ambiente. Esta operación puede repetirse, si se desea, un número variable de veces. Finalmente, tras la última extracción, la mezcla se filtra y se juntan los filtrados de cloruro de metileno.
Para concentrar la lovastatina presente en la solución o suspensión de cloruro demetileno se procede a eliminar dicho disolvente. Esta etapa se puede realizar en varios pasos. En una realización particular, en un primer paso, se procede a eliminar una parte del cloruro de metileno, por ejemplo, mediante destilación del cloruro de metileno a una temperatura comprendida entre 35°C y 40°C, con lo que se obtiene una solución aceitosa; seguidamente, en un segundo paso, se añade xileno a dicha solución aceitosa, y, posteriormente, en un tercer paso se elimina el resto de cloruro de metileno, por ejemplo, mediante destilación a vacío.
Durante la concentración de la lovastatina se produce la lactonización de la forma ácida (compuesto de fórmula II) de la lovastatina en condiciones muy suaves de pH (4-5,5) y temperatura (35-40°C), lo que evita la formación de dímero.
La adición de xileno, disolvente en el que permanecen disueltas gran cantidad de impurezas liposolubles o poco polares en general, permite la separación de la lovastatina lactonizada por cristalización en dicho disolvente y obtener posteriormente una lovastatina cruda del 92% de riqueza aproximadamente.
Para facilitar la cristalización de la lovastatina en xileno, la solución o suspensión de lovastatina en xileno se enfría a una temperatura comprendida entre -10°C y 30°C, preferentemente entre 0°C y 5°C, y la lovastatina cruda cristalizada se recupera por métodos convencionales, por ejemplo, por filtración.
La lovastatina cruda aislada se purifica por métodos convencionales, por ejemplo, por cristalización en un medio seleccionado del grupo formado por alcoholes de bajo peso molecular, disolventes polares, y mezclas de dichos compuestos con agua. En una realización particular, dicho medio se selecciona del grupo formado por etanol, metanol, acetona, y sus mezclas con agua.
Mediante el procedimiento de aislamiento y purificación de lovastatina proporcionado por esta invención se puede obtener una lovastatina con una riqueza superior al 99% y un contenido en dímero inferior al 0,2%.
A continuación, se muestran algunos ejemplos para ilustrar la presente invención, sin que ello suponga ninguna limitación a la misma.
Ejemplo 1
Se parte de un volumen inicial de 2.000 ml de caldo de fermentación, con un contenido de lovastatina en forma de lactona y de hidroxiácido de 7,95 g. Se añaden al caldo 80 g de coadyuvante de filtración y se ajusta el pH a 4,5 con ácido fosfórico. Después de una hora de agitación a temperatura ambiente, el caldo se filtra. El principio activo permanece ligado al micelio retenido en el filtro con un rendimiento superior al 99%.
A continuación, el micelio con el principio activo se suspende en 1.000 ml de cloruro de metileno y se mantiene en agitación durante 2 h a temperatura ambiente. La mezcla se filtra y el micelio es suspendido de nuevo en 1.000 ml de cloruro metileno, manteniéndolo en agitación durante 2 h a temperatura ambiente. La mezcla se filtra y el filtrado de cloruro de metileno se junta con el anterior.
Seguidamente, la solución rica de cloruro de metileno se destila hasta obtener una solución aceitosa, vigilando que la temperatura de destilación esté entre 35-40°C. A esta solución se le añaden 120 ml de xileno y se destila a vacío para eliminar los restos de cloruro de metileno. La solución se enfría a 5°C, manteniéndola 2 h a esta temperatura para facilitar la cristalización de la lovastatina, que se recupera por filtración. Se obtienen 7,1 g de lovastatina con una riqueza por HPLC del 91%.
La lovastatina cruda se cristalizó en una mezcla de acetona-agua, y se obtuvieron 5,4 g de lovastatina con una riqueza del 99,2%.
Ejemplo 2
Se parte de un volumen inicial de 2.000 ml de caldo de fermentación, con un contenido de lovastatina en forma de lactona y de hidroxiácido de 8,45 g. El caldo se ajusta a pH 4,75 con ácido clorhídrico y se añaden 40 g de Dicalite. Después de una hora de agitación a temperatura ambiente, el caldo se filtra. El principio activo queda retenido en el filtro, junto con el micelio, con un rendimiento superior al 99%.
A continuación, los sólidos retenidos se suspenden en 1.000 ml de cloruro de metileno y se mantiene en agitación durante 2 h a temperatura ambiente. La mezcla se filtra y el micelio es suspendido de nuevo en 1.000 ml de cloruro de metileno, manteniéndolo en agitación durante 2 h a temperatura ambiente. La mezcla se filtra y el filtrado de cloruro de metileno se junta con el anterior.
Seguidamente, la solución rica de cloruro de metileno se destila hasta obtener una solución aceitosa, vigilando que la temperatura se mantenga entre 35-40°C. A esta solución se le añaden 130 ml de xileno y se destila a vacío para eliminar los restos de cloruro de metileno. Finalmente, la solución se enfría a 5°C, manteniéndola 2 h a esta temperatura para facilitar la cristalización de la lovastatina, que se recupera por filtración. Se obtienen 6,76 g de lovastatina con una riqueza por HPLC del 92%.
La lovastatina cruda se cristalizó en una mezcla de etanol-agua, y se obtuvieron 5,85 g de lovastatina con una riqueza del 99,1%.
Naturaleza del producto obtenido
De cualquiera de los ejemplos propuestos se obtiene una Lovastatina con una estructura cristalina caracterizada por espectroscopia infrarroja (Figura 1), con un termograma de calorimetría de barrido diferencial (Differential Scanning Calorimetric - DSC) donde se puede ver un pico de transición endotérmico a 168,9°C (Figura 2) y un registro de Rayos X de polvo caracterizado por ángulos 2\theta que se representan y listan a continuación (Figura 3 y Tabla 1).
TABLA 1
N 2\theta d Cps %
1 2.040 43.2718 144.00 1.94
2 7.950 11.1119 1957.00 26.41
3 8.506 10.3868 182.00 2.46
4 9.440 9.3612 7411.00 100.00
5 10.171 8.6897 1382.00 18.65
6 10.906 8.1059 1712.00 23.10
7 12.990 6.8098 143.00 1.93
8 14.165 6.2474 79.00 1.07
9 15.320 5.7789 422.00 5.69
10 15.740 5.6258 1639.00 22.12
11 16.158 5.4811 255.00 3.44
12 16.740 5.2918 1620.00 21.86
13 17.251 5.1362 713.00 9.62
14 17.564 5.0454 1243.00 16.77
15 17.979 4.9298 907.00 12.24
16 18.971 4.6743 2944.00 39.72
17 19.440 4.5625 383.00 5.17
18 19.688 4.5055 524.00 7.07
19 20.726 4.2822 122.00 1.65
20 21.703 4.0916 168.00 2.27
21 22.426 3.9613 575.00 7.76
22 22.818 3.8941 749.00 10.11
23 24.539 3.6248 206.00 2.78
24 25.264 3.5224 254.00 3.43
25 26.065 3.4159 410.00 5.53
26 26.697 3.3364 119.00 1.61
27 28.355 3.1450 371.00 5.01
28 28.723 3.1056 285.00 3.85
29 30.129 2.9638 109.00 1.47
30 31.153 2.8686 169.00 2.28
31 32.356 2.7647 179.00 2.42
TABLA 1 (continuación)
N 2\theta d Cps %
32 33.209 2.6956 94.00 1.27
33 33.901 2.6421 88.00 1.19
34 34.971 2.5637 129.00 1.74
35 36.462 2.4622 118.00 1.59
36 37.127 2.4196 169.00 2.28
37 39.060 2.3042 82.00 1.11
Datos no elaborados medidos a partir de 2\theta: 2.000 a 40.000
Tamaño de paso: 0.020; Tiempo/paso: 1.0; Anchura de pico: 0.500; Umbral: 1.0

Claims (15)

1. Un procedimiento para el aislamiento y purificación de lovastatina a partir de un caldo de fermentación que contiene lovastatina, que comprende:
a)
precipitar la lovastatina, tanto la forma ácida como la forma lactonizada, presente en dicho caldo de fermentación que contiene lovastatina, por ajuste del pH de dicho caldo de fermentación a un valor de pH ácido mediante la adición de un ácido a dicho caldo de fermentación,
b)
separar la lovastatina por filtración en presencia de, opcionalmente, un coadyuvante de filtración,
c)
disolver la lovastatina por adición de cloruro de metileno;
d)
concentrar la lovastatina por eliminación del cloruro de metileno;
e)
aislar la lovastatina por cristalización en xileno; y
f)
purificar la lovastatina aislada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el pH del caldo de fermentación que contiene lovastatina se ajusta a un valor de pH comprendido entre 4 y 5,5 por adición de un ácido a dicho caldo de fermentación.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el ácido que se adiciona al caldo de fermentación se selecciona del grupo formado por ácido clorhídrico, ácido sulfúrico y ácido fosfórico.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende la adición de un coadyuvante de filtración.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que dicho coadyuvante de filtración es un coadyuvante silíceo del tipo de tierra de diatomeas.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 5, en el que dicho coadyuvante de filtración se añade en una cantidad de hasta un 5% (p/v) respecto al volumen de caldo de fermentación.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que dicho coadyuvante de filtración se añade en una cantidad comprendida entre 2% y 4% (p/v) respecto al volumen de caldo de fermentación.
8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa d) de concentración de lovastatina mediante la eliminación del cloruro de metileno comprende:
i)
eliminar una parte del cloruro de metileno,
ii)
añadir xileno; y
iii)
eliminar el resto de cloruro de metileno.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la eliminación de una parte del cloruro de metileno se realiza por destilación del cloruro de metileno a una temperatura comprendida entre 35°C y 40°C.
10. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la eliminación del resto del cloruro de metileno se realiza por destilación a vacío del cloruro de metileno.
11. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el aislamiento de la lovastatina en la etapa e) se realiza por cristalización en xileno a una temperatura comprendida entre -10°C y 30°C, y separación de la lovastatina cruda cristalizada.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que la cristalización de la lovastatina en xileno se realiza a una temperatura comprendida entre 0°C y 5°C.
13. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la purificación de la lovastatina en la etapa f) se realiza por cristalización en un medio seleccionado del grupo formado por alcoholes de bajo peso molecular, disolventes polares y sus mezclas con agua.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que dicho medio se selecciona del grupo formado por etanol, metanol, acetona, y sus mezclas con agua.
15. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la lovastatina final obtenida tiene una riqueza superior al 99% y un contenido en dímero inferior al 0,2%.
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