FI101385B - Menetelmä aluespesifisesti hydroksialkyloitujen syklodekstriinien valm istamiseksi - Google Patents

Description

F I 000101385B

TTS^TT) (12) PATENTTIJULKAISU

φ PATENTSKRIFT

uo) FI 101385 B

o ei V s (45) Patentti myönnetty - Patent beviljats 15.06.98 (51) Kv.lk.6 - Int.kl.6 C 08B 37/16

SUOM1-FINLAND

(21) Patenttihakemus - Patentansökning 914620 (FI) (22) Hakemispäivä - Ansökningsdag 02.10.91 (24) Alkupäivä - Löpdag 30.03.90

Patentti- ja rekisterihallitus (41) Tullut julkiseksi - Blivit Offentlig 02.10.91

Patent- och registerstyrelsen (86) Kv. hakemus - Int. ansökan PCT/BP90/00524 (32) (33) (31) Etuoikeus - Prioritet

03.04.89 US 332606 P

(73) Haltija - innehavare 1. Janssen Pharmaceutics N.V., Turnhoutseweg 30, 2340 Beerse, Belgium, (BE) (72) Keksijä - Uppfinnare 1. Pitha, Josef, South Anglesea Street 417, Baltimore, MD 21224, USA, (US) 2. Lindberg, Bengt, Äsög 180, 116 23 Stockholm, Sverige, (SE) (74! Asiamies - Ombud: Kolster Oy Ab, Iso Roobertinkatu 23, 00120 Helsinki (54) Keksinnön nimitys - Uppfinningens benämning

Menetelmä aluespesifisesti hydroksialkyloitujen syklodekstriinien valmistamiseksi Förfarande för framställning av omrädesspecikt hydroxialkylerade cyklodextriner (56) Viitejulkaisut - Anförda publikationer (57) Tiivistelmä - Sammandrag

Menetelmä aluespesifisesti hydroksialkyloitujen a-, 6- tai Y-syklodekstriinien valmistamiseksi, joissa dekstriineissä substituutio on ohjattu joko glukoosiyk-sikköjen hydroksyyleihin 2 tai 2,3 ja hyd-roksyylissä 6 on vain vähän substituutiota, tai hydroksyyleihin 6 ja sekundäärisissä hydroksyyleissä on vain vähän substituutiota. Aluespesifisyys aikaansaadaan epoksidista ja syklodekstriineistä ja sopivasta liuottimesta koostuvien reaktio-seosten emäksisyyden oikealla kontrolloimisella.

Förfarande för framställning av regiospe-oifikt hydroxialkylerade a-, β- eller Y-cyklodextriner, varvid substitutionen antingen riktats mot hydroxylgrupperna 2 eller 2,3 i glykosenheterna med liten substitution av hydroxylgrupp 6, eller mot hydroxylgrupperna 6 med liten substitution av de sekundära hydroxylgrupperna. Regio-specificiteten erhälls genom behörig styr-ning av basiciteten hos reaktionsblandnin-garna, vilka bestär av epoxid och cyklodextriner och ett lämpligt lösningsmedel.

101385

Menetelmä aluespesifisesti hydroksialkyloitujen syklo-dekstriinien valmistamiseksi

On ollut toivottavaa kehittää menetelmiä, joilla 5 aikaansaataisiin syklodekstriinijohdannaisten seoksia, joissa johdannaisissa toroidin joko leveän tai kapean puolen substituutio olisi vallitseva. Tällaisen spesifisen substituutiotyypin ei ole ajateltu olevan toteutettavissa yksinkertaisin keinoin, so. käyttäen halpoja reagensseja ilman tuotteen jakotislausta. Se on kuitenkin toteutettu ja esitämme tässä, että valitsemalla oikeat valmistusolo-suhteet voidaan aikaansaada spesifisen substituutiotyypin omaavien syklodekstriinijohdannaisten seoksia. Syklodeks-^ triiniseosten yksityiskohtainen analyysi mahdollisti tämän keksinnön. Tämä analyysi, yhdessä reaktio-olosuhteiden satunnaisen valinnan kanssa, on tämän keksinnön perusta. On huomattava, että on käytetty reagensseja ja reaktio-olosuhteita, jotka ovat samanlaisia kuin meidän ja muiden aikaisemmin käyttämät. Uutta on se havainto, että on olemassa reaktio-olosuhdealueita, joita ei käytetty aikaisem-... min ja joissa aikaansaadaan ainutlaatuisia substituutio- tyyppejä omaavien syklodekstriini johdannaisten seoksia; « i · lisäksi kokonaissubstituutioaste vaikuttaa näihin tyyppei- hin vain vähän. Tämä keksintö voi olla merkittävä, koska 25 ...: sen perusteella voidaan aikaansaada syklodekstriini johdan- • *“*! naisten seoksia, jotka sopivat käyttötarkoituksiin, joissa : : : halutaan tunnistaa spesifinen vieras yhdiste isännässä.

Niiden polysakkaridien johdannaisten käyttökelpoi- ;*;*· suus, joilla on sattumanvarainen kiertynyt konformaatio, *·*·* 30 riippuu ensisijaisesti niiden keskimääräisestä substituu- • · · tioasteesta ja erot substituutiotyypeissä vaikuttavat sii- • · · : ·* hen vain vähän. Polysakkaridi johdannaisiin, joilla on jär-

< I

jestäytynyt konformaatio, ja syklisten oligosakkaridien (esim. a-, 6- tai Ύ1 syklodekstriini en) johdannaisiin, joi-3 5 den järjestys tosiasiassa johtuu renkaan läsnäolosta, liittyy erilainen ongelma; niissä substituutiotyyppi voi 2 101385 merkittävästi vaikuttaa niiden käyttökelpoisuuteen. Syk-lodekstriinien muoto on toroidi: toroidien kapeammalla puolella sijaitsevat kaikki primääriset hydroksyylit (-CH2-OH) ja leveämmillä puolilla ovat sekundaariset hyd-5 roksyylit. Siten substituutio sekundaarisiin hydroksyylei-hin sijoittaa substituentit lähelle toroidin onkalon le-veämpää aukkoa, substituutiot primäärisiin hydroksyyleihin taas lähelle kapeampaa aukkoa. Syklodekstriinien tärkein käyttö on inkluusiokompleksoinnissa: vieras lipofiilinen 10 yhdiste kelpaa isäntäyhdisteen, so. syklodekstriinin, toroidin onkaloon. Isäntämolekyylin aukkokohtien spesifisten muutosten on pakko vaikuttaa tähän prosessiin. Tämä havainnollistui hyvin käytettäessä kemiallisesti puhtaita syklodekstriinijohdannaisia. Nämä yhdisteet valmistettiin 15 monivaihesynteesillä, jossa tarvittiin useita perusteellisia puhdistuksia, ja siten niitä on saatavissa vain pieninä määrinä ja korkeaan hintaan. Useissa sovellutuksissa ei vaadita syklodekstriinijohdannaisten kemiallista puhtautta (yksilöllisyyttä) tai se voi jopa olla haitaksi. 20 Syklodekstriinien seosten käyttö on usein edullista, koska nämä eivät tavallisesti kiteydy ja siten niillä on suurem-;·’ mat liukoisuudet ja ne sopivat myös paremmin päällysteik- * '· si.

Syklodekstriinit kuten a-, 8- tai Y-syklodekstrii- ...’· 25 nit, samoin kuin muut karbohydraatit, reagoivat epoksidien *:**: kanssa, jolloin saadaan oligosubstituoitujen hydroksial- :*·*: kyylisyklodekstriinien seoksia. Jälkimmäiset yhdisteet « kuvattiin ensin US-patentissa 3 459 731. Nämä syklodeks- .·.·. triinit todettiin erikoisen käyttökelpoisiksi farmaseut- • « · 30 tisiin tarkoituksiin ja tämä käyttö esitettiin US-paten- • · · tissa 4 596 795, US-patentissa 4 727 064, US-patentissa ·« · : 4 870 060, US-patentissa 4 764 604, EP-patentissa nro 149 197 ja julkaisuissa Int. J. Pharm. 26, 77, 1985, J. Pharm. Res. 309, 1985 ja J. Pharm. Sei. 75, 571, 1986.

35 Hydroksialkyylisyklodekstriinejä valmistettiin myös syklo- < 3 101385 dekstriinien reaktiolla etyleeni- tai propyleenikarbonaa-tin kanssa käyttäen katalyyttinä kaliumkarbonaattia; R.B. Friedman, Modified Cyclodextrins, abstract B6 of the 4th International Symposium on Cyclodextrins, huhtikuu 1988, 5 Mtinchen, Länsi-Saksa. Sen lisäksi seka-alkyyli- ja hydrok-sialkyylisyklodekstriinien valmistus oli kahden patenttihakemuksen kohteena, nimittäin EP-patenttihakemusten 146 841 ja EP 147 685 kohteena. Hydroksialkyylisyklodekst-riinien monikomponenttiseoksia voitaisiin karakterisoida 10 käyttämällä massaspektrometriaa mitä tulee substituentti-määrään syklodekstriiniä kohti. Jokainen piikki tällaisessa spektrissä vastaa tiettyä substituutioastetta, mutta koska missä tahansa substituutioasteessa on suuri määrä mahdollisia isomeerisiä yhdisteitä, seoksia voidaan vain 15 osittain karakterisoida suoralla massaspektrometrialla.

Parannus karakterisoinnissa aikaansaatiin hydrolysoimalla hydroksipropyylisyklodekstriiniseokset ja tutkimalla näin saatuja hydroksipropyyliglukoosiseoksia massaspektrometrialla (Pharmaceut. Res. 5, 713 - 717, 1988). Nämä tulok-20 set osoittavat, että hydroksipropyylisyklodekstriinien substituentit eivät ole tasaisesti jakautuneina glukoosi-i". ryhmien välille. Suuri joukko hydroksialkyylisyklodekst- *· / riinejä on valmistettu ja karakterisoitu tällä tavalla, ja *·:·’ keskimääräisen substituutioasteen todettiin riippuvan en- 25 sisijaisesti käytettyjen reagenssien suhteesta. Näillä « *:**· melko vaihtelevilla reaktio-olosuhteilla saatiin seoksia, • · · IS I joissa oli melko samanlainen substituutioasteen jakauma (Int. J. Pharm. 29: 73 - 82, 1986; Pharmaceut. Res. 5: ·*·*· 713 - 717, 1988). Tämän seurauksena reaktio-olosuhteet • · · » » • · 30 (so. lisätyn emäksen vahvuus) valittiin ensisijaisesti seosten käsittelyn helppouden perusteella. Erilaisissa • ·* menetelmäkuvauksissa (Int. J. Pharm. 29: 73 - 82, 1986; • · ·

Pharmaceut. Res. 5: 713 - 717, 1988) toisen komponentin liuottimena käytetyn natriumhydroksidiliuoksen pitoisuus 35 vaihteli välillä 5 - 17 % (paino/paino), edullisesti noin 4 101385 11 % (paino/paino). Näitä alemmissa pitoisuuksissa reaktio etenee hitaasti; suuremmissa pitoisuuksissa B-syklodeks-triinin liukoisuus vähenee ja myös natriumhydroksidin poistaminen reaktion jälkeen tulee vaivalloiseksi. Siten 5 hydroksialkyylisyklodekstriinien valmistuksessa käytännöl linen liuottimena käytetyn natriumhydroksidiliuoksen pitoisuuksien alue oli 5 - 17 % eikä ollut syytä kokeilla tämän alueen ulkopuolella olevia pitoisuuksia.

Tämän keksinnön tavoitteena on tarjota menetelmä, 10 joka mahdollistaa hydroksyyliryhmien halutun substituutio- tyypin saavuttamisen a-, B- tai Y-syklodekstriineihin reaktioseosten emäksisyyden kontrolloimisen avulla, jotka reaktioseokset koostuvat epoksidista ja syklodekstriineis-tä sopivassa liuottimessa. On todettu, että emäksisyyden 15 oikealla kontrolloimisella substituutio voidaan ohjata syklodekstriinien onkalon joko leveään tai kapeaan aukkoon, so. (1) glukoosiryhmien hydroksyyleihin 2 tai 2,3, jolloin hydroksyylissä 6 on vain vähän substituutiota, tai (2) hydroksyyliin 6, jolloin sekundäärisissä hydroksyy-20 leissä 2 ja 3 on vain vähän substituutiota. Vesipitoisessa .··. väliaineessa mainitulle aluespesi f isyydelle vaadittu reak- tioseosten emäksisyys voidaan aikaansaada pienentämällä • · · tai suurentamalla aikaisemmin käytettyä natriumhydroksidi-·’; liuoksen pitoisuusaluetta (5 - 17 %), jota natriumhydrok- 25 sidiliuosta käytetään reaktioliuottimena muille reaktio- * ’ seosten komponenteille. Nämä pitoisuudet edustavat taval- » · · V · lisesti alle 2,5 %:n tai yli 10,5 %:n natriumhydroksidipi- toisuutta täysin koostetuissa reaktioseoksissa. Ei-vesipi-toisessa väliaineessa haluttu emäksisyys voidaan edulli-30 sesti aikaansaada käyttämällä natriummetyylisulfinyylime- tanidia emäksenä ja dimetyylisulfoksidia liuottimena. On • · · *.,** kuitenkin ymmärrettävä, että muita orgaanisia liuottimia tai emäksiä voidaan käyttää. Edellä esitettyä menetelmää voidaan käyttää myös valmistettaessa sellaisten hydroksi-35 alkyylisyklodekstriinien seoksia, joiden keskimääräinen 5 101385 substituutioaste vaihtelee, mutta joissa substituutiotyyp-pi ei muutu.

Keksinnön toinen aspekti on aikaansaada aluespesi-fisiä hydroksialkyloituja a-, B- tai Y-syklodekstriinejä, 5 joissa substituutio on pääasiassa glukoosiryhmien hydrok-syyleissä 2 tai 2,3, jolloin hydroksyylissä 6 on vain vähän substituutiota, tai joissa substituutio on pääasiassa hydroksyylissä 6, jolloin sekundäärisissä hydroksyyleissä 2 ja 3 on vain vähän substituutiota, ja näiden alue-10 spesifisten hydroksialkyloitujen a-, B- tai Y-syklodekst-riinien täysin tai osittain alkyloituja johdannaisia. Tietyillä hydroksialkyylisyklodekstriineillä, jotka ovat substituoituja pääasiassa onkalon leveälle puolelle, on 2-hydroksyyliryhmien substituution ja 6-hydroksyyliryhmien 15 substituution välinen suhteellinen jakauma, joka vaihtelee noin suhteesta 2 : 1 noin suhteeseen 20 : 1, edullisesti noin suhteesta 5 : 1 noin suhteeseen 20 : 1, tai noin suhteesta 10 : 1 noin suhteeseen 15 : 1. Tietyillä hydroksi-alkyylisyklodekstriineillä, jotka ovat substituoituja pää-20 asiassa onkalon kapealle puolelle, on 6-hydroksyyliryhmien .··. substituution ja 2-hydroksyyliryhmien substituution väli- ; nen suhteellinen jakauma noin 1,5 : 1 - 20 : 1, edullises- ti noin 2,5 : 1 - 20 : 1, tai noin 3 : 1 - 15 : 1.

; Vielä eräs keksinnön aspekti on aikaansaada seok- ·· 25 siä, jotka käsittävät edellä esitettyjä aluespesifisiä hydroksialkyloituja a-, B- tai Y-syklodekstriinejä.

* Edellä esitetyissä määritelmissä termillä "hydrok- sialkyyli" määritellään kaksiarvoiset haarautumattoman tai • · haarautuneen ketjun omaavat hiilivetyradikaalit, jotka 30 sisältävät 1-6 hiiliatomia, kuten hydroksietyyli-, hyd- • roksipropyyli- tai hydroksi-isobutyyliryhmät.

• ♦ *..· Koska syklodekstriinin hydroksiryhmä voi olla subs- tituoitu hydroksialkyyliyksiköllä, joka itsessään voi olla substituoitu vielä toisella hydroksialkyyliyksiköllä, käy-35 tetään keskimääräistä molaarista substituutiota (M.S.) 6 101385 mittana keskimääräiselle alkyloitujen hydroksiryhmien määrälle glukoosiyksikkömoolia kohti. Tietyillä tämän keksinnön mukaisilla syklodekstriineillä on M.S., joka on välillä 0,125 - 10, erityisesti 0,3 - 3, tai 0,3 - 1,5. Keski-5 määräinen substituutioaste (D.S.) ilmaistaan substituoitu-jen hydroksyylien keskimääränä glukoosiyksikköä kohti. Tämän keksinnön mukaisilla tietyillä syklodekstriineillä on D.S., joka on välillä 0,125 - 3, erityisesti 0,2 - 2, tai 0,2 - 1,5.

10 Tämän keksinnön mukaiset hydroksialkyloidut a-, β- tai V-syklodekstriinit valmistetaan epoksidien emäskata-lysoidulla reaktiolla syklodekstriinien kanssa sopivassa liuottimessa, edullisesti lämpötilassa, joka on välillä 0 - 100 °C, tai välillä 0 - 70 °C. Sopiva liuotin keksin-15 nön mukaisen prosessin toteuttamista varten on vesipitoinen aikaiimetallihydroksidiliuos. Käytettynä alkalimetal-lihydroksidina voidaan mainita litiumhydroksidi, barium-hydroksidi, natriumhydroksidi ja kaliumhydroksidi. Näistä natriumhydroksidi on edullinen. Reaktioseosten muille kom-20 ponenteille reaktioliuottimena käytettävän natriumhydrok-sidiliuoksen pitoisuus on joko alle 5 % (paino/paino), .·, ; edullisesti alle 4 % (paino/paino), tai yli 17 % (pai- 'no/paino), edullisesti yli 18 % (paino/paino). Joissakin tapauksissa voidaan käyttää myös litium-, kalium- tai ba-·"' 25 riumhydroksidiliuoksia, joilla on sama normaalisuus. Nämä pitoisuudet edustavat tavallisesti alle 2,5 %:n tai yli • · · *.* * 10,5 %:n alkalimetallihydroksidipitoisuuksia täysin koos tetuissa reaktioseoksissa. Alkalimetallihydroksidin mooliin: suhteen syklodekstriinin pitäisi olla edullisesti välillä 30 0,5 - 3,5, tarkemmin sanottuna alle 2,5, tai sen pitäisi olla välillä 10 - 80, tarkemmin sanottuna yli 13,8. Lopul- • · lisen seoksen epoksidipitoisuus voi vaihdella noin 1 %:sta noin 30 %:iin, tarkemmin sanottuna noin 2 %:sta noin 20 %:iin. Tietyt erät hydroksipropyloitua B-syklodekstrii-35 niä valmistettiin saattamalla β-syklodekstriini reagoimaan 7 101385 propyleenioksidin kanssa vesipitoisessa natriumhydroksi-dissa (esimerkit 1 - 7). Näissä valmistuksissa käytetyistä reaktio-olosuhteista on esitetty yhteenveto taulukossa I.

5 Taulukko 1

Yhteenveto hydroksipropyyli-,β-syklodekstriinien velmistusolosuhteista

Esimerkit 1 2 3 4 5 6 7 10 ---------

Liuottimena käytetty 16 9% 17.5% 5 7% 1.5% 4 8% 17% 30% natriumhydroksidiliuos li/t (%, paino/paino)

Lopullinen reaktioseos (% paino/paino) 15 Natriumhydroksidi 10,4% 10,5% 2,9% 1,1% 2,7% 10,3% 23,4%

Syklodekstriini (vede- 29.6% 21.3% 28,6% 15,1% 23,0% 21,3% 11,6%

Propyleenioksidi 4,0% 15,4% 14,4% 10,9% 16,6% 15,4% 8,4%

Lopullinen reaktioseos (moolisuhde)

Natriumhydroksidi/syklo- 20 dekstriini 10,0 13,9 2,9 2,1 3,4 13,8 57,2

Propyleenioksidi/syk- : lodekstriini 2.6 14.1 9.8 14.3 14.3 14.3 14.1

Sopiva liuotin tämän keksinnön toteuttamista varten 25 voi olla myös dimetyylisulfoksidi, N,N-dimetyyliformamidi, • · dioksaani tai niiden seokset veden kanssa emäksen läsnä • · · ollessa. On kuitenkin ymmärrettävä, että muita orgaanisia , . liuottimia tai emäksiä voidaan käyttää. Esimerkissä 8 ku- • · · *·[;’ vatussa valmistuksessa käytettiin vedettömiä olosuhteita • » t *·' * 30 niin, että katalyyttinä ja liuottimena olivat vastaavasti ·*·*: natriummetyylisulfinyylimetanidi dimetyylisulfoksidissa.

• ·

Puhdas aluespesifinen hydroksipropyloitu syklodekstriini voidaan eristää seoksista poistamalla reagoimaton lähtöaine alalla tunnetuilla menetelmillä kuten uuttamalla orgaa-35 nisillä liuottimilla, adsorptiokromatografiällä, selektii- e 101385 visellä kiteytyksellä ja näiden tekniikoiden yhdistelmillä.

Substituenttien jakauman määrittämiseksi eri asemien välillä β-syklodekstriinin a-D-glukopyranosyyliryh-5 missä jokainen tuote permetyloitiin (esimerkki 9), hydrolysoitiin, ja saadut glukoosieetterit pelkistettiin, ase-tyloitiin ja analysoitiin alditoliasetaatteina kaasu-nes-tekromatografiällä (esimerkki 10).

On useita seikkoja, jotka on selvitettävä ennen tu-10 losten arviointia. Eetteröinti epoksidilla kuten propylee-nioksidilla on monimutkainen reaktio. Kun käytetään rasee-mista propyleenioksidia, muodostuu diastereomeerisiä eet-tereitä, jotka ainoastaan osittain erottuvat käytetyllä analyyttisellä menetelmällä. Tämän monimutkaisuuden osoit-15 tamiseksi kokonaan valmistettiin kolme esimerkkiä (esimerkit 1-3) käyttäen raseemista propyleenioksidia, kun taas esimerkeissä 4-8 käytettiin (S)-propyleenioksidia, jolla välttämättä muodostuu yksinkertaisempi tyyppi. Toinen monimutkaisuutta aiheuttava seikka on se, että oksiraaniren-20 gas propyleenioksidissa voi avautua joko hyökkäyksellä .··*. kohtaan 0-1, joka on vallitseva reaktio ja jossa muodos- ,·, ; tuu 2-hydroksipropyylieetteri, tai kohtaan 0-2, jossa muodostuu 2-(1-hydroksipropyyli)eetteri. Tässä kokeessa havaittiin kaksi jälkimmäisen tyypin johdannaista. Kolmas 25 monimutkaisuutta aiheuttava tekijä johtuu substituentin tuomista lisähydroksyyleistä. Onneksi 2-hydroksipropyyli- • · · ·.* * ryhmän sekundaarisen hydroksyylin ei pitäisi olla kovin reaktiivinen, eikä alkyloinnin tähän asemaan siten pitäisi :: r olla kovin merkittävää. Kuitenkin havaittiin pieniä määriä 30 tällaisia johdannaisia. Analyysien tuloksista on esitetty yhteenveto taulukossa II.

• · · • · Käytettiin tavanomaisia lyhennyksiä, esim. S2 merkitsee monosubstituutiota kohtaan 0-2, S226 merkitsee bi-substituutiota kohtaan 0 - 2( -CH2-C(CH3)H-0-CH2-CH(0CH3)- 35 CH3-ryhmällä) ja monosubstituutiota kohtaan 0-6; aldito- 9 101385 leille käytettiin glukoosijohdettua numerointia. Joissakin analyyseissä havaittiin alimetyloitumista erityisesti 3-asemassa. Tuotteet identifioitiin kuitenkin massaspekt-reistään, ja mooliprosentit lisättiin vastaavien täysin 5 metyloitujen komponenttien mooliprosentteihin. Havaittiin kaksi 2-(1-metoksipropyyli)eetteriä, joissa tämä ryhmä oli glukosyyliryhmän 2- ja vastaavasti 6-asemassa. Näiden eetterien saannot olivat 2 - 4 % vastaavista l-(2-metoksipro-pyyli)eettereistä, mikä heijastaa propyleenioksidin pri-10 määrisen ja vastaavasti sekundaarisen aseman suhteellisia reaktiivisuuksia.

• i «

• I

• | • · • · · • · · • · · • » • · · • · · • · • · ♦ • « c • « · • · · • · · • · • » ··« f f 10 101385

Taulukko 11

Eri 2-hydrokslpropyyli-yfl -syklodekstriinivalmlstuksista saatu aldlto~ liasetaattien koostumus mooljprosentteina

EsimurkJt

Subst 1tuutlotyyppl 2-metoksIpropyyliryh- 12345 67 8 ml 1 lii_________„ SQ 77,8 43/9 39,3 74,4 40.2 42,9 53,2 65,5 S„, ei-metyloitu koh- 0 taan 0 - 3__-__-__-__- 2,8 2,2__^

Yhteensä ei-substi- tuoitu 77,8 43,9 39.3 74,4 43,0 45.1 53,2 65,5 —- (---4--*----»--/--1--t- s2 5,2 10,9 30,3 14,6 23,0 8,4 3,1 2,3 S-, ei-metyloitu koh- - 0,6 0,2 2 taan 0-3 ' 7 S- 2-(l-metoksipropyylD * s3 2,7 5,2 5,4 4,8 6,1 3.0 1,4 0,9 S_, ei-metyloitu koh- - 0,5 - 3 taan 0,6 ' S6 12,5 23,6 3,8 2,6 7.0 26,4 33,0 23,3 S,, ei-metyloitu koh- . _ _ - 0515

o taan 0-3 t V

^6’ 2“(l-n'etoksipropyy- - - 06 ·, , · Yhteensä ei-substituoitu__20,4 39,7 39,5 22,0 38,3 40,1 37;.5 36,5 S23 0,6 3,9 14,3 2,2 8,9 2,8 0,7 S26 0,9 7,5 3,7 0,9 5,2 6,4 1,9 1,8 .... S„,, ei-metyloitu koh- n n • · 26 taan 0,3 - - - - u./ - - :T: ^36 0,3 2,3 1.4 0,5 1,6 2,2 0,9 —66_ ----- 0,3 4.7 6,0 .y. di-substituoitu__1,8 13,7 19,4 3,6 16,4 11,7 8,2 7,8 « < • · · g ' 266 - - - - 0.2 0,2 • rt :‘y S236 0,1 2,7 1,7 - 2,4 2,3 0,7 ^266 - -- -- 0,5 0,4 666___^ tri-suistituoltu 0,1 2,7 1,7__0 2.4 3,0 1,5__0_ η 101385

Suhteelliset reaktiivisuudet kolmessa eri asemassa α-D-glukopyranosyyliryhmissä voidaan määrittää eetterien mooliprosenteista. Suhteellisten reaktiivisuuksien, k2:n, k3:n ja k6:n, määrittämiseen substituenttien jakaumasta 5 käytettiin Sperlin-yhtälöitä (H.M. Sperlin, E. Ott, H.M. Sperlin ja M.W. GraffIin (Eds.) Cellulose and Cellulose Derivatives, Part II, Interscience, New York, 1954, s. 673 - 712). Taulukon II tulokset voidaan siten pelkistää niiksi kolmeksi parametriksi (taulukko III). Siinä arvo 10 k2:lle ja k3:lle koskee suhteellisia reaktiivisuuksia, kun muu hydroksyyli ei ole alkyloitu. Jatkolaskelmat osoittavat, että nämä reaktiivisuudet suurenevat huomattavasti, kun muu hydroksyyli alkyloidaan, erityisesti substituutio kohtaan 0-3 lisää 0 - 2-hydroksyylien reaktiivisuutta.

15

Taulukko III

Suhteelliset reaktiivisuudet 2,3- ja 6-asemissa ja keskimääräisen substituutioasteen arvot ja β -syklodekstriinin eri 2-hydroksipro-pyylieettereille

Keskimääräinen substi- 20 tuutioaste • * --1-1-g—I---———-- '··· Esimerk- Propylee- % NaOH k :k :k. Eetterien moo- Massaspekt- : ki nioksidi li-%:sta rometriasta 12 101385

Taulukossa III esitettyjen tulosten perusteella on ilmeistä, että kohtien O - 2 ja O - 3 suhteelliset reaktiivisuudet ovat melko riippuvaisia emäspitoisuudesta eet-teröinnin aikana. Kohdan 0-6 suhteellinen reaktiivisuus 5 kohtaan 0-2 verrattuna vaihtelee kuitenkin suunnilleen suhteesta 1 : 5 alhaisessa emäspitoisuudessa suhteeseen 7 : 1 suuressa emäspitoisuudessa. Reaktiossa, jota edistetään natriummetyylisulfinyylimetanidilla dimetyylisulfok-sidissa, 6-aseman alkylointi on vielä edullisempi. Nämä 10 voimakkaasti vaikuttavat muutokset kohdan 0-6 reaktiivisuudessa muodostavat perustan aluespesifisyydelle, joka havaitaan erittäin alhaisissa tai suurissa emäspitoisuuk-sissa, ilmiölle, joka on tämän keksinnön kohteena.

Näin valmistetuista aluespesifisistä hydroksialky-15 loiduista syklodekstriineistä voidaan myös valmistaa johdannaisia alkyloivan aineen kanssa, jolloin saadaan täysin tai osittain substituoituja sekaeettereitä. Alkylointi-reaktio voidaan toteuttaa sopivien alkylointiaineiden kanssa kuten alkyylisulfaattien tai alkyylihalogenidien 20 kanssa emäksessä, nestemäisessä reaktioväliaineessa, joka sisältää alkalimetallihydroksidia, vettä ja mahdollisesti .·. ainakin yhtä orgaanista liuotinta kuten esimerkiksi dime- toksietaania tai isopropanolia. Tässä suhteessa on tärkeää I « huomata, että jos aluespesifistä substituutiota seuraa ei-" 25 spesifinen substituutio, niin myös jälkimmäinen saa jonkin verran aluespesif isyyttä.

• · « ’·* ’ Seuraavien esimerkkien on tarkoitus valaista eikä rajoittaa tämän keksinnön piiriä kaikissa sen aspekteissa. V,: Esimerkki 1 : ' . 30 Hydroksipropyyli-fi-syklodekstriinin valmistus ··[·, B-syklodekstriiniä (200 g hydraattia, joka vastaa • « *..I 173,2 g:aa vedetöntä ja 0,153 mol) liuotettiin sekoittaen lämpimään (60 °C) natriumhydroksidiliuokseen (61,2 g tai 0,53 mol 300 ml:ssa tislattua vettä, so. 16,9 %, pai-j ; 35 no/paino). Liuos laitettiin pyöreään kolviin, jäähdytet- 13 101385 tiin jäähauteen lämpötilaan ja sen jälkeen, kun oli kiinnitetty palautusjäähdytin, joka sisälsi hiilihappojään ja asetonin seosta, lisättiin propyleenioksidia (25 ml, 23,2 g, 0,40 mol) tipoittain sekoittaen tasaisesti. Se-5 koittamista jatkettiin 3 tunti jäähauteen lämpötilassa ja yön yli huoneenlämpötilassa. Sen jälkeen seos neutraloitiin väkevällä vetykloridihapolla ja haihdutettiin tyhjössä paksuksi siirappimaiseksi koostumukseksi, joka lisättiin 1 litraan etanolia (pitoisuus 190 proof). Sekoitet-10 tiin useita tunteja, minkä jälkeen liukenematon natrium-kloridi suodatettiin, pestiin etanolilla (pitoisuus 190 proof, 200 ml). Etanolipitoiset liuokset haihdutettiin tyhjössä, jäännös liuotettiin tislattuun veteen (300 ml) ja dialysoitiin 5 tuntia 0 °C:ssa useita eriä vastaan tis-15 lattua vettä. Saatu fraktio pakastuskuivattiin ja saatua jauhetta sekoitettiin asetonin (1,5 1) kanssa vuorokauden ajan. Asetoni dekantoitiin ja jäännöstä sekoitettiin vielä asetonin (1,0 1) kanssa vuorokauden ajan, ja hydroksipro-pyyli-fi-syklodekstriinisakka suodatettiin ja sitä kuivat-20 tiin 2 tuntia tyhjössä. Asetoniliuokset haihdutettiin, jolloin saatiin öljymäinen jäännös (3 g), joka oli pää-asiallisesti oligopropyleeniglykoleja. Kuivattu hydroksi- « i . propyyli-B-syklodekstriinijauhe liuotettiin tislattuun

I I

« < I

veteen (300 ml) ja liuos pakastuskuivattiin, jolloin saa-25 tiin valkoinen jauhe (98 g).

• · ... Esimerkki 2 • « « *·* * Hydroksipropyyli-B-syklodekstriinin valmistus S-syklodekstriiniä (200 g hydraattia, so. 173 g • « vedetöntä, 0,153 mol) liuotettiin kuten edellä natriumhyd- • · * V * 30 roksidiliuokseen (85 g, 2,12 mol 400 ml:ssa tislattua vet- tä, so. 17,5 %, paino/paino) ja käsiteltiin samalla taval- • · !···, la kuin edellä propyleenioksidilla (150 ml, 125 g, 2,152 mol). Käytettäessä edellä kuvatun kanssa analogista menetelmää oligopropyleeniglykolifraktion määrä oli 38 g, 35 kun taas yhteensä saatiin 193 g hydroksipropyyli-8-syklo-dekstriiniä.

10 101385

Esimerkki 3

Hydroksipropyy1i-B-syklodekstriinin valmistus B-syklodekstriiniä (500 g hydraattia, so. 432 g vedetöntä, 0,382 mol) liuotettiin kuten edellä natriumhyd-5 roksidiliuokseen (45 g, 1,1 mol 750 ml:ssa tislattua vettä, so. 5,7 %, paino/paino) ja käsiteltiin samoissa olosuhteissa kuin edellä propyleenioksidilla (260 ml, 217 g, 3,73 mol). Reaktioseoksen annettiin olla viisi tuntia jää-hauteessa ja sitä pidettiin huoneenlämpötilassa kaksi vuo-10 rokautta. Käsiteltiin samalla tavalla kuin edellä on kuvattu ja oligopropyleeniglykoleja uutettiin asetonilla, minkä jälkeen saatiin valkoista hydroksipropyyli-B-syklo-dekstriinijauhetta (490 g).

Esimerkki 4 15 (S)-hydroksipropyyli-B-syklodekstriinin valmistus β-syklodekstriiniä (13,3 g hydraattia, so. 11,5 g vedetöntä, 0,010 mol) liuotettiin natriumhydroksidiliuok-seen (0,822 g, 0,0206 mol 54 ml:ssa tislattua vettä, so.

1,5 %) sekoittaen 60 °C:ssa. Käytetty suurempi määrä alka-20 lista liuosta oli tarpeen β-syklodekstriinin alhaisen liukoisuuden vuoksi hyvin alhaisessa (tämä tapaus) tai hyvin • i · korkeassa (30 %) natriumhydroksidipitoisuudessa. Liuos • i jäähdytettiin jäähauteessa ja lisättiin samalla tavalla : kuin edellä (S)-propyleenioksidia (10 ml, 8,29 g, 25 0,143 mol), kaupallista valmistetta, jota toimittaa • · · « ....{ Aldrich Chemical Co. Reaktioseosta pidettiin yön yli 0 - 5 °C:ssa ja sen jälkeen 4 tuntia huoneenlämpötilassa. Sen • · · jälkeen seos neutraloitiin rikkihapolla (10 %) pH-arvoon . . 7,5 ja haihdutettiin kuiviin. Koska tuote ei liukene hyvin • · · 30 etanoliin eikä veteen, jäännös suspendoitiin haihduttami- • · · * sen jälkeen tislattuun veteen (100 ml) ja sitä dialysoi- i tiin tislattua vettä vastaan 5 tuntia huoneenlämpötilassa.

Saatu suspensio haihdutettiin kuiviin, jolloin saatiin valkoinen jauhemainen tuote (14,23 g).

15 101385

Esimerkki 5 (S)-hydroksipropyyli-8-syklodekstriinin valmistus β-syklodekstriiniä (13,3 g hydraattia, so. 11,5 g vedetöntä, 0,010 mol) liuotettiin edellä kuvatulla menet-5 telyllä natriumhydroksidiliuokseen (1,35 g, 0,034 mol 27 ml:ssa tislattua vettä, so. 4,8 %) ja käsiteltiin edellä kuvatulla tavalla (S)-propyleenioksidillä (10 ml, 8,29 g, 0,143 mol). Reaktioseosta pidettiin yön yli 0 -5 °C:ssa ja sen jälkeen 3 tuntia huoneenlämpötilassa. 10 Neutraloitiin laimealla rikkihapolla (10 %), minkä jälkeen liuos haihdutettiin tyhjössä lähes kuiviin ja jäännöstä sekoitettiin etanolin (100 ml, pitoisuus 190 proof) kanssa 30 minuuttia. Liukenematon natriumsulfaatti suodatettiin pois, minkä jälkeen etanolipitoiset uutteet haihdutettiin 15 kuiviin, liuotettiin tislattuun veteen (35 ml) ja dia-lysoitiin tislattua vettä vastaan 3 tunnin ajan 0 °C:ssa. Saatu aine haihdutettiin, jolloin saatiin valkoista (S)-hydroksipropyyli-8-syklodekstriinijauhetta (17,3 g).

Esimerkki 6 20 (S)-hydroksipropyyli-B-syklodekstriinin valmistus β-syklodekstriiniä (13,3 g hydraattia, so. 11,5 g vedetöntä, 0,010 mol) liuotettiin kuten edellä natriumhyd-: roksidiliuokseen (5,53 g, 0,13 mol 27 mltssa tislattua : vettä, so. 17,0 %) ja käsiteltiin edellä kuvatulla tavalla 25 (S)-propyleenioksidilla (10 ml, 8,29 g, 0,143 mol). Eris-

Ml» ....: tettiin samalla menettelyllä kuin edellä, jolloin saatiin valkoista (S )-hydroksipropyyli-B-syklodekstriinijauhetta (17,9 g).

. . Esimerkki 7 *;!*' 30 (S) -hydroksipropyyli-B-syklodekstriinin valmistus • · · ’·] ‘ β-syklodekstriiniä (8,02 g hydraattia, 6,93 g vede- töntä, 6,1 mol) lisättiin natriumhydroksidiliuokseen (13,955 g, 0,349 mol 32,6 ml:ssa vettä, so. 30 %) ja liuotettiin sekoittaen ja kuumentaen 70 °C:ssa kirkkaankeller-35 täväksi liuokseksi. Sen jälkeen seos jäähdytettiin jäähau- ie 101385 teessä, ja homogeeniseksi jääneeseen liuokseen lisättiin sekoittaen (S)-propyleenioksidia (5 g, 0,086 mol). Neutraloitiin, haihdutettiin, uutettiin etanolilla ja dialysoi-tiin, kaikki kuten edellä, jolloin saatiin valkoista jauhemaista tuotetta (9,22 g).

Esimerkki 8

Permetyyli-(S)-hydroksipropyyli-B-syklodekstriinin yksi astia -valmistus

Natriumhydridiä (5,51 g 80 %-ista dispersiota mineraaliöljyssä, so. 0,31 mol) lisättiin vedettömään dimetyy-lisulfoksidiin (65 ml) ja annettiin reagoida 60 °C:ssa sekoittaen ja käyttäen argonia suojakaasuna 1 tunnin ajan. Sen jälkeen lisättiin vedetöntä S-syklodekstriiniä (10 g, 0,0088 mol), joka oli liuotettu vedettömään dimetyylisul-foksidiin (65 ml), sekoitettiin 3 tuntia huoneenlämpötilassa, ja sitten tähän liuokseen lisättiin hitaasti (S)-propyleenioksidiliuosta (2,05 g, 0,035 mol) dimetyylisul-foksidissa (10 ml). Reaktioseosta sekoitettiin 15 tuntia huoneenlämpötilassa. Sen jälkeen lisättiin tipoittain metyyli jodidia (26 ml) (jäähaudejäähdytys), ja seosta sekoitettiin vuorokauden ajan huoneenlämpötilassa. Hajotettiin vedellä (100 ml), minkä jälkeen tuote uutettiin trikloori-metaanilla (2 x 150 ml). Trikloorimetaaniuutteet pestiin vedellä (100 ml), kylläisellä natriumkloridilla ja haihdutettiin. Jäännöstä jakouutettiin vedellä (25 ml) ja di-etyylieetterillä (2 x 100 ml). Eetteripitoiset uutteet • · ... pestiin vedellä (20 ml), kuivattiin vedettömällä natrium- ♦ · ♦ sulfaatilla, suodatettiin alumiinioksidin (8 g) läpi ja haihdutettiin, jolloin saatiin tuote vaaleankeltaisen sii- • f * rappimaisen aineen muodossa (10,2 g).

*·* ' Esimerkki 9 ·*·*: (S)-hydroksipropyyli-fl-syklodekstriinien permety- lointi

Kaikki käytetyt menettelyt olivat samanlaisia kuin seuraava: natriumhydridiä (2,1 g, kuten edellä, so.

17 101385 0,07 mol) lisättiin vedettömään dimetyylisulfoksidiin (20 ml) käyttäen argonia suojakaasuna, ja seosta kuumennettiin 1 tunti noin 60 °C:ssa. Sen jälkeen lisättiin hyvin kuivattua (3 tuntia, 110 eC) hydroksipropyyli-B-syklo-dekstriiniä (4 g), joka oli liuotettu dimetyylisulfoksi-diin (15 ml), ja annettiin reagoida käyttäen argonia suojakaasuna ja samalla sekoittaen huoneenlämpötilassa vielä 3 tunnin ajan. Sitten reaktioseos jäähdytettiin jää-hauteessa, ja lisättiin tipoittain metyylijodidia (10 ml, 0,161 mol). Annettiin olla vielä tunnin ajan jäähauteen lämpötilassa, minkä jälkeen seosta sekoitettiin yön yli. Sen jälkeen lisättiin vettä (24 ml) samalla jäähdyttäen, ja tuotetta uutettiin kaksi kertaa trikloorimetaanilla (yhteensä 90 ml). Trikloorimetaaniuute pestiin vedellä (20 ml) ja haihdutettiin. Jäännöstä käsiteltiin vedellä (25 ml) ja uutettiin kolme kertaa eetterillä (yhteensä 75 m), eetteriuutteet pestiin vedellä ja haihdutettiin. Jäännös liuotettiin eetteriin (100 ml), sekoitettiin 30 minuuttia neutraalin alumiinioksidin kanssa, suodatettiin ja haihdutettiin, jolloin saatiin 3,7 g permetyloitua tuotetta.

Esimerkki 10

Hydroksipropyyli-B-syklodekstriinienpermetyylijohdannaisten analyysi

Permetyloitu tuote (3 mg) liuotettiin trifluori- ....: etikkahapon 1 M vesiliuokseen (0,5 ml), sitä pidettiin kierrekorkillisessa putkessa 100 °C:ssa yön yli ja väke- • · · vöitiin huuhtomalla ilmalla. Jäännös ja natriumboorihydri-, . di (10 mg) liuotettiin ammoniakin 1 M vesiliuokseen (0,5 ml) ja pidettiin huoneenlämpötilassa 1 tunti. Liuos • i· · *·1 ‘ tehtiin happamaksi 50-%:isella etikkahapolla (2 tippaa) ja väkevöitiin. Boorihappo poistettiin tislaamalla ensin etikkahapon ja metanolin seoksen (1 : 9, 5 ml) kanssa ja sitten metanolin (25 ml) kanssa. Jäännöstä käsiteltiin etikkahappoanhydridillä ja pyridiinillä (2 : 1, 0,5 ml) « 101385 100 °C:ssa 30 minuutin ajan, väkevöitiin ja jakouutettiin trikloorimetaanilla ja vedellä (2 : 1, 6 ml). Trikloorime-taanifaasi väkevöitiin ja jäännös analysoitiin kaasu-nes-tekromatografiällä ja kaasu-nestekromatografian ja massaspektrometrian yhdistelmällä.

Kaasu-nestekromatografointi suoritettiin Hewlett Packard 5830 A -laitteella, joka oli varustettu liekki-ionisointidetektorilla, ja vedyn ollessa kantokaasuna. Kaasu-nestekromatografian ja massaspektrometrian yhdistelmä suoritettiin Hewlett Packard 5790 - 5970 -systeemillä heliumin ollessa kantajakaasuna. Käytettiin Hewlett Packard Ultra 2 (silloitettu 5 % fenyylimetyylipiidioksi-di) -fuusioitua piidioksidia, kapillaaripylvästä (25 m, 0,2 mm i.d.). Lämpötilaohjelma: 8 minuuttia 185 °C:ssa, 250 °C:seen 5 °C minuutissa, 250 °C 10 minuutin ajan.

• » t * · • · · • I «

• I I

I < I

1 I I

i i i • t « » • • · • · · • · « • · · • · • e • · · • < ( · i • · « I t t 1 · · • · · • · • ·

Claims (4)

19 101385

1. Menetelmä aluespesifisesti hydroksialkyloitujen a-, β- tai γ-syklodekstriinien valmistamiseksi, joissa 5 dekstriineissä substituutio on ohjattu joko syklodekstrii-nien onkalon kapeampaan tai leveämpään aukkoon, reaktio-seoksessa, joka käsittää epoksidin, syklodekstriinin ja alkalimetallihydroksidiliuoksen, tunnettu siitä, että alkalimetallihydroksidin pitoisuus täysin koostetussa 10 reaktioseoksessa on alle 2,5 % (w/w) tai yli 10,5 % (w/w).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että epoksidi on propyleenioksidi ja syklodekstriini on β-syklodekstriinin.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että alkalimetallihydroksidin ja syklodekstriinin moolisuhde on välillä 0,5 - 3,5 tai välillä 10 - 80.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistetaan α-, β- 20 tai γ-hydroksialkyylisyklodekstriinien seos, joiden deks-triinien keskimääräinen substituutioaste vaihtelee mutta .·. : substituutiotyyppi ei muutu. tili • · • · · • · · • · · • · • · · • « · • · • · · • · · • · · • · · • · · • « • · 20 101385