ES2246381T3 - Procedimiento para la preparacion de n-carboxianhidridos de aminoacidos. - Google Patents
Procedimiento para la preparacion de n-carboxianhidridos de aminoacidos.Info
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Abstract
Procedimiento para la preparación de los N- carboxianhídridos por reacción del á-, â-, ó -aminoácido correspondiente o una de sus sales obtenidos por reacción del grupo amino con unos ácidos, con el fosgeno, el difosgeno y/o el trifosgeno, en un medio solvente, caracterizado porque al menos una parte de la reacción tiene lugar a una presión inferior a 1000 mbar.
Description
Procedimiento para la preparación de
N-carboxianhídridos de aminoácidos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento mejorado para la preparación de los
N-carboxianhídridos a partir de los aminoácidos
correspondientes y del fosgeno, del difosgeno o del trifosgeno.
Los N-carboxianhídridos
(abreviado NCA) obtenidos a partir de los \alpha-, \beta-, o
\gamma-aminoácidos son unos compuestos muy útiles
debido a la activación de su función ácida. Permiten en efecto la
reacción de esta función ácida con cualquier entidad nucleófila. Así
se facilita la obtención de la función amida por reacción con una
función amina. Debido a este hecho polimerizan fácilmente y son
utilizados para formar péptidos. También se crea fácilmente el
enlace éster por reacción con un alcohol. También son interesantes
cuando se desea reducir una función ácida.
Se conocen varios procedimientos para preparar
los carboxianhídridos. Uno de los más corrientes y de los más
directos es el procedimiento según el cual se hace reaccionar un
aminoácido o su clorhidrato con fosgeno, difosgeno o trifosgeno, en
un medio solvente.
Por ejemplo, la solicitud de patente GB 10 38 913
da a conocer un procedimiento de síntesis de
N-carboxianhídridos, en el que al
\alpha-aminoácido, en suspensión en un solvente,
reacciona con fosgeno y a continuación el solvente es destilado.
El esquema de reacción general con el fosgeno es
el siguiente:
en el que R representa el radical
principal del \alpha-, \beta-, o
\gamma-aminoácido y R' representa un átomo de
hidrógeno o el radical del grupo amino secundario del aminoácido,
pudiendo formar R' un ciclo con
R.
Se constata que además del
N-carboxianhídrido, se forma también ácido
clorhídrico en gran cantidad, es decir 2 moles por mol de NCA. El
ácido clorhídrico es muy reactivo. Su presencia en el medio provoca
unas reacciones secundarias y la aparición de subproductos clorados.
Estas impurezas cloradas que permanecen en los NCA producidos son
completamente indeseables tanto en términos cualitativos como en
términos de rendimiento. En efecto, entorpecen enormemente la
reacción de polimerización de los NCA. Para que esta polimerización
se lleve a cabo convenientemente, es necesario que la cantidad de
compuestos clorados contenidos en los NCA monómericos sea
suficientemente baja. Así, la proporción de cloro hidrolizable debe
de ser generalmente inferior a 0,05% en peso.
Ahora bien según los procedimientos conocidos,
cuando la reacción se realiza sin la presencia de un compuesto
básico, es difícil obtener de forma repetitiva una proporción de
cloro hidrolizable tan baja. Por otro lado, cuando se añade un
compuesto básico para neutralizar el ácido clorhídrico, la
polimerización de los NCA, que no se desea en esta fase, se activa y
corre el riesgo de producirse en el medio.
Por otra parte, una de las otras dificultades de
los procedimientos anteriores es la elección del solvente. Se ha
constatado en efecto que en solventes tales como los ésteres
alifáticos como el acetato de etilo o unos solventes apróticos
apolares como el diclometano el tolueno, la reacción de formación de
los NCA es generalmente muy lenta e incompleta. En un solvente de la
familia de los éteres tal como el tetrahidrofurano, o el dioxano, la
reacción es más rápida, pero estos solventes no son completamente
inertes respecto al fosgeno y al ácido clorhídrico, lo que genera
otras impurezas.
Existía, por consiguiente, la necesidad de
mejorar el procedimiento existente en el que se hace reaccionar el
aminoácido directamente con el fosgeno, el difosgeno o el trifosgeno
a fin de obtener los NCA con mejores rendimientos y una pureza
mejorada, en particular que posean una proporción de cloro
hidrolizable inferior al 0,05%. También era muy deseable la
disminución de la duración de la reacción en los solventes más
inertes.
El procedimiento según la presente invención
responde a estas necesidades. Este procedimiento está caracterizado
porque para preparar los N-carboxianhídridos, la
reacción del \alpha-, \beta-, ó
\gamma-aminoácido correspondiente o de una de sus
sales, con el fosgeno, el difosgeno y/o el trifosgeno, en un medio
solvente, se realiza al menos en parte a una presión inferior a
1.000 mbar (10^{5} Pa).
Este nuevo procedimiento permite resolver los
problemas que se planteaban en la ejecución de los procedimientos
según la técnica anterior. Así, una parte del ácido clorhídrico es
eliminada del medio de reacción a medida que tiene lugar su
formación. Las numerosas reacciones secundarias que provocaba son
suprimidas y, en consecuencia, también la aparición de impurezas
molestas. Además, se favorece también el desplazamiento del
equilibrio de la reacción en el sentido de la obtención del NCA
deseado y también se acelera entonces la cinética de la
reacción.
Asimismo se ha descubierto que en el caso de la
transformación de los aminoácidos cuya función amina es secundaria,
la realización de la reacción bajo esta presión reducida hacía
inútil la adición, en el medio, de una amina terciaria tal como la
trietilamina o la N-metilmorfolina. Sin embargo, una
amina de este tipo era, hasta hoy, juzgada necesaria por el experto
en la materia para realizar la ciclización a partir del cloruro de
carbamoilo que se forma inicialmente en el medio, como
intermediario.
La ausencia de un reactivo adicional simplifica
además las operaciones de separación y de recuperación de los
productos. Por esta razón, el procedimiento resulta también más
económico.
El procedimiento según la invención permite
obtener los N-carboxianhídridos de la mayoría de los
\alpha-aminoácidos y de sus derivados, cíclicos o
no, naturales o sintéticos, cuya función amina es primaria o
secundaria y en particular de todos los ya conocidos por reaccionar
con el fosgeno, el difosgeno y/o el trifosgeno.
Asimismo, es muy útil para obtener los
N-carboxianhídridos de los \beta- y
\gamma-aminoácidos y de sus derivados, con función
amina primaria o secundaria. Estos compuestos son en efecto
considerados, según los procedimientos anteriores, difíciles de
preparar.
Los aminoácidos que son utilizados como
compuestos de partida son preferentemente los \alpha-, \beta-, ó
\gamma-aminoácidos de los que el carbono o los
carbonos \alpha, \beta y \gamma si llega el caso, situados
entre el grupo ácido y el grupo amino reactivos, forman una cadena
hidrocarbonada alquilo, sustituida o no, que puede estar comprendida
en su totalidad o en parte en un radical alquilo lineal o
ramificado, sustituido o no, y/o en un ciclo alquilo o
heteroalquilo, sustituido o no. Los sustituyentes son los grupos o
átomos que se encuentran habitualmente en los aminoácidos, tales
como, por ejemplo, los grupos hidroxi, carboxi, mercapto, alquiltio,
alquilditio, alquilo, cicloalquilo, heterocicloalquilo, arilo,
heteroarilo, alquiloxi, ariloxi, los átomos de halógenos tales como
de flúor, de cloro, de bromo o de yodo, los grupos amino, guanidino
o amido sustituidos o no por unos grupos alquilos.
Mas precisamente en los aminoácidos considerados
los grupos alquilo comprenden de 1 a 7 átomos de carbono y están
sustituidos o no por los sustituyentes indicados anteriormente. Los
grupos arilo están no sustituidos o sustituidos por unos
sustituyentes seleccionados de entre los átomos de halógeno tales
como de flúor, de cloro, de bromo, o de yodo y los grupos alquilo,
alcoxi, ariloxi, arilo, mercapto, alquitio, hidroxi, carboxi, amino,
alquilamino, dialquilamino, nitro, trifluorometilo. Cuando están
presentes, estos grupos sustituyentes lo están más particularmente
en número de uno a tres. Los grupos arilos son en particular
radicales fenilo o naftilo sustituidos o no.
Los grupos cicloalquilos están constituidos por
unos ciclos que tienen de 3 a 7 átomos de carbono, sustituidos o no.
Los heterociclos, que pueden ser sustituidos o no, son unos grupos
cicloalquilos o arilos que comprenden en el ciclo al menos un
heteroátomo seleccionado de entre el átomo de nitrógeno, de oxígeno
o de azufre.
Los sustituyentes de los grupos cicloalquilos o
heterocicloalquilos son seleccionados de entre los sustituyentes
indicados anteriormente para los radicales alquilos y arilos. Los
sustituyentes de los grupos heteroarilos son seleccionados de entre
los sustituyentes indicados para los grupos arilos.
Los grupos hetereoarilos son preferentemente unos
grupos 2- ó 3-furanilo, 2- o
3-tienilo, 2-, 3- ó 4-piridinilo,
4-imidazolilo y 3-indolilo,
sustituidos o no.
Los aminoácidos pueden presentarse en sus
diferentes formas y en particular cuando poseen uno o varios
carbonos asimétricos en sus diferentes formas enantioméricas,
mezclas o bien racémicas o bien de diastereoisómeros o incluso en
forma de estereoisómeros puros.
Cuando el radical del aminoácido contiene unos
grupos funcionales, distintos del grupo amino y el grupo ácido que
forman el ciclo anhídrido, susceptibles de reaccionar en las
condiciones del procedimiento, son enmascarados de forma conocida
mediante unos grupos protectores.
El grupo amino reactivo puede ser un grupo amino
primario o secundario. Por consiguiente, el átomo de nitrógeno puede
llevar un radical alifático, cicloalifático, aralifático o arilo,
sustituido o no, como es habitual para la clase de las aminas. En
particular, este radical puede ser sustituido por los grupos
indicados anteriormente como sustituyentes.
El radical del grupo amino puede también formar
un ciclo, no sustituido o sustituido como se ha indicado
anteriormente, con el resto del radical del aminoácido, como por
ejemplo en la prolina.
Cuando el radical del grupo amino comprende unos
grupos reactivos, se les protege de forma clásica.
Como radical de este grupo amino, se pueden citar
en particular los grupos alquilos, cicloalquilos o aralquilos no
sustituidos o sustituidos, por ejemplo por unos grupos tales como
los descritos en la patente US nº 4.686.295 para los nuevos NCA
formados por medio del fosgeno, y en particular sustituidos por uno
o varios grupos seleccionados de entre los grupos alcoxicarbonilos,
ariloxicarbonilos y aralquiloxicarbonilos.
Como ejemplos de aminoácidos, se pueden citar los
aminoácidos más corrientes tales como la glicina, la alanina, la
valina, la leucina, la isoleucina, la fenilalanina, la serina, la
treonina, la lisina, la \delta-hidroxilisina, la
arginina, la ornitina, el ácido aspártico, la asparagina, el ácido
glutámico, la glutamina, la cisteina, la cistina, la metionina, la
tirosina, la tiroxina, la prolina, la hidroxiprolina, el triptófano,
la histidina y sus derivados.
Como compuesto de partida, se puede utilizar, en
lugar del aminoácido, una de sus sales. Por sales del aminoácido, se
entienden las sales obtenidas por reacción del grupo amino con unos
ácidos orgánicos o minerales, tales como por ejemplo los sulfatos,
acetatos, toluensulfonatos, metansulfonatos y preferentemente los
halohidratos, en particular los clorhidratos y los bromhidratos.
Los clorhidratos son las sales preferidas.
El procedimiento es muy conveniente para la
obtención de los N-carboxianhídridos de los
aminoácidos tales como la
N-(1-etoxi-carbomil-3-fenilpropil)alanina,
la leucina, la alanina, la
N-trifluoroacetil-lisina, el éster
\gamma-bencílico o el éster
\gamma-metílico del ácido glutámico.
Para la realización del procedimiento, el
fosgeno, el difosgeno y/o el trifosgeno pueden ser puestos a
reaccionar con el aminoácido para formar el ciclo del
N-carboxianhídrido. El fosgeno es el compuesto
preferido.
Con respecto al aminoácido, no es necesario un
gran exceso de fosgeno. Así preferentemente, se añaden
aproximadamente de 1 a 3 moles de fosgeno por mol de aminoácido o de
su sal.
El difosgeno o el trifosgeno son añadidos en
cantidad correspondiente con la finalidad de obtener las mismas
relaciones fosgeno/aminoácido.
La reacción puede ser realizada en un solvente
aprótico y polar. Se pueden utilizar los éteres, en particular el
tetrahidrofurano y el dioxano, pero, preferentemente, se selecciona
un solvente que pertenece a la familia de los ésteres
alifáticos.
Se pueden también utilizar unos solventes
apróticos y apolares que pertenecen a la familia de los
hidrocarburos alifáticos o aromáticos, clorados o no, como por
ejemplo el diclorometano o el tolueno.
Los solventes que pertenecen a la familia de los
ésteres o de los hidrocarburos tienen la ventaja de no reaccionar
con el fosgeno o el ácido clorhídrico. Su utilización es por lo
tanto más ventajosa.
Los acetatos de alquilo son muy convenientes y en
particular el acetato de etilo.
Según la invención, la reacción es al menos en
parte realizada a una presión inferior a 1.000 mbar (10^{5}Pa) y
en particular inferior o igual a 960 mbar (96.10^{3}Pa).
Cuando el solvente es un hidrocarburo, la presión
se selecciona en particular en el intervalo comprendido entre 50 y
960 mbar. Preferentemente, cuando el solvente es el acetato de etilo
o un hidrocarburo, la presión se encuentra comprendida entre 800 y
960 mbar.
La temperatura de la reacción es generalmente la
temperatura habitual, comprendida entre 0ºC y 120ºC o igual a estos
valores, y preferentemente comprendida entre aproximadamente 40ºC y
aproximadamente 90ºC.
Preferentemente, la reacción es realizada en
condiciones anhidras.
Una de las ventajas del procedimiento según la
invención es que se acorta la duración de la reacción y se puede
incluso disminuir a la mitad con respecto a la de la técnica
anterior, en particular en unos solventes tales como los ésteres.
Siendo además estos últimos solventes menos caros, la realización
del procedimiento según la invención implica una economía real.
Una vez terminada la reacción, los productos son
aislados según los procedimientos clásicos. El fosgeno y el solvente
son generalmente eliminados por destilación a una presión muy
baja.
Se ha mejorado claramente el rendimiento obtenido
en NCA, después de la cristalización, y es a menudo superior o igual
al 90%. La proporción de cloro hidrolizable es inferior a 0,05%,
En consecuencia, los NCA preparados según el
procedimiento de la invención podrán ser utilizados en las numerosas
aplicaciones para las que se exigen productos muy puros y en
particular para la obtención de productos farmacéuticos.
Los ejemplos siguientes ilustran la invención sin
por ello limitarla.
\vskip1.000000\baselineskip
100 g (0,42 mol) de
H-Glu(OBzl)-OH son puestos en
suspensión en 885 ml de acetato de etilo. Se enfría la suspensión a
5ºC y seguidamente se introducen en ésta 90 g (0,91 mol, 2,16 eq) de
fosgeno gaseoso en 1 hora 30, a una temperatura de 10ºC.
Se lleva la temperatura del medio de reacción a
60ºC y seguidamente se pone el medio de la reacción a una presión
reducida (850-950 mbar) y se deja constante durante
3 horas a una temperatura másica de 60ºC. El medio se vuelve límpido
al cabo de una hora.
Se realiza a continuación una destilación
alrededor de 13 mbar para separar 600 ml de una mezcla de acetato de
etilo y de fosgeno. Se añaden en caliente en el medio restante 600
ml de heptano industrial y se enfría a 0ºC durante 1 hora. El
producto que ha cristalizado es filtrado y lavado con heptano
industrial.
Después del secado, se obtienen 106 g
(rendimiento: 95,5%) de
H-Glu(OBzl)-NCA cuya
proporción de cloro hidrolizable es inferior al 0,05%.
Ejemplo comparativo
1
100 g (0,42 mol) de
H-Glu(OBzl)-OH son puestos en
suspensión en 885 ml de acetato de etilo. Se enfría la suspensión a
5ºC y seguidamente se introducen 90 g (0,91 mol, 2,16 eq) de fosgeno
gaseoso.
Se calienta el medio de reacción a 60ºC. La
reacción se desarrolla lentamente. El medio de reacción debe
permanecer constante 6 horas a esta temperatura en lugar de 3 horas
del ejemplo anterior.
Se destila a continuación como anteriormente para
separar 600 ml de una mezcla de acetato de etilo y fosgeno. Se
añaden al medio restante, en caliente 600 ml de heptano industrial y
se enfría a -10ºC durante 2 horas. El producto que ha cristalizado
es filtrado y lavado con heptano industrial.
Después del secado, se obtienen 88 g de
H-Glu(OBzl)-NCA, cuya
proporción de cloro hidrolizable es del 0,13%. El rendimiento es
únicamente del 74,6%.
En un reactor con termostato de 1 litro
inertizado previamente con nitrógeno, se introducen 350 ml de
acetato de etilo anhidro y seguidamente 42 g (0,15 mol, 1
equivalente) de
N-(1-etoxicarbonil-3-fenilpropil)alanina
(EPAL). En la suspensión obtenida agitada mecánicamente, se
introducen entonces 6 g (0,165 mol, 1,1 equivalente/EPAL) de ácido
clorhídrico gaseoso anhidro, en 15 minutos a una temperatura entre
10ºC y 28ºC para formar el clorhidrato de EPAL.
Se añaden a continuación en el medio de reacción
30 g (0,3 mol, 2 equivalentes/EPAL) de fosgeno gaseoso en una hora.
Se calienta seguidamente el medio a 60ºC y se disminuye la presión
hasta aproximadamente 800 mbar para estar en reflujo del acetato de
etilo. Se mantienen estas condiciones durante 3 horas. Se comprueba
entonces, por análisis HPLC, que ya no queda EPAL en el medio de
reacción.
Se elimina el exceso de fosgeno, el ácido
clorhídrico restante y se separa el acetato de etilo bajando la
presión hasta aproximadamente 13 mbar (1,3 KPa).
Se añaden a continuación 200 ml de éter
diisopropílico en el medio de reacción concentrado y se enfría a
0º-5ºC. El EPAL-NCA cristaliza. Se recoge por
filtración bajo atmósfera de nitrógeno.
Después del secado al vacío a la temperatura de
20º-25ºC, se obtienen 41,2 g de EPAL-NCA (sólido
blanco) de una pureza superior al 99,7% determinada por HPLC y cuya
proporción de cloro hidrolizable es inferior al 0,05%. El
rendimiento es del 90%.
Ejemplo 2
comparativo
Se utilizan las mismas cantidades de compuestos
que en el ejemplo anterior y se procede de la misma forma y en las
mismas condiciones con la excepción de la presión de la reacción que
no es disminuida y sigue siendo la presión atmosférica normal.
Después de ocho horas de reacción a 60ºC, 3,73%
en peso de EPAL que no ha reaccionado sigue aún en el medio de
reacción no observándose ninguna transformación más.
Son puestos en suspensión 25 g (0,285 mol) de
alanina (H-Ala-OH) en 200 ml de
acetato de etilo. Se introducen seguidamente en la suspensión 70,5 g
(0,71 mol, 2,5 eq) de fosgeno gaseoso en 1 hora 30 a una temperatura
de 10ºC.
Se calienta el medio de reacción a 55ºC y a
continuación se pone a presión reducida (850-950
mbar) y se deja así constante durante 6 horas a una temperatura
másica de 55ºC. Se vuelve límpido al cabo de 3 horas.
Se destila seguidamente a una presión muy baja
para separar 200 ml de una mezcla de acetato de etilo y fosgeno.
Se añaden entonces en caliente, en el medio
restante, 80 ml de tolueno y se realiza otra destilación para
separar 78 g de una mezcla de acetato de etilo y tolueno. Se enfría
a continuación a 0ºC el medio restante durante 1 hora. El producto
que ha cristalizado es filtrado y lavado con 39 g de tolueno
frío.
Después de secado, se obtienen 19, 4 g
(rendimiento: 59,2%) de H-Ala-NCA
cuya proporción de cloro hidrolizable es inferior al 0,05%.
Claims (10)
1. Procedimiento para la preparación de los
N-carboxianhídridos por reacción del \alpha-,
\beta-, ó \gamma-aminoácido correspondiente o
una de sus sales obtenidos por reacción del grupo amino con unos
ácidos, con el fosgeno, el difosgeno y/o el trifosgeno, en un medio
solvente, caracterizado porque al menos una parte de la
reacción tiene lugar a una presión inferior a 1000 mbar.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la presión es inferior o igual a 960
mbar.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el solvente se selecciona de entre el
grupo constituido por los ésteres alifáticos y los hidrocarburos
alifáticos o aromáticos, clorados o no.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el solvente es el acetato de etilo y la
presión se selecciona en el intervalo comprendido entre 800 y
960 mbar.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la reacción
se realiza con el fosgeno.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cuando el
radical del aminoácido comprende grupos reactivos distintos del
grupo ácido y el grupo amino que forman el anhídrido, éstos son
protegidos.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
aminoácido de partida es seleccionado de entre el grupo que
comprende la leucina, la alanina, la
N-trifluoroacetil-lisina, el éster
\gamma-bencílico y el éster
\gamma-metílico del ácido glutámico, la
N-(1-etoxicarbonil-3-fenilpropil)alanina
y sus sales.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sal del
aminoácido es un sulfato, un acetato, un toluensulfonato o un
metansulfonato.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sal del
aminoácido es un halohidrato.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la reacción
se realiza a una temperatura comprendida entre 0ºC y 120ºC.
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