FR2693728A1

FR2693728A1 - Procédé de fabrication de cyclodextrines partiellement méthylées et composés obtenus.

Info

Publication number: FR2693728A1
Application number: FR9209068A
Authority: FR
Inventors: Ropenga Jacek; Deratani Andre; Letavernier Jean-Francois; Majou Didier
Original assignee: Orsan
Current assignee: Orsan
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1994-01-21
Anticipated expiration: 2012-07-17
Also published as: WO1994002516A1; EP0650499A1; FR2693728B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de préparation de cyclodextrines partiellement méthylées en milieu aqueux à partir d'une cyclodextrine telle que l'alpha-cyclodextrine, la bêta-cyclodextrine ou la gamma-cyclodextrine ou d'un sel de ces cyclodextrines que l'on fait réagir avec du sulfate de diméthyle et une base, préférentiellement un hydroxyde de métal alcalin, caractérisé en ce que la réaction de méthylation est mise en œuvre en présence également d'au moins une substance présentant une affinité avec la cavité des cyclodextrines telle qu'un complexe d'inclusion avec ladite substance puisse se former au cours de la réaction de méthylation. L'invention a également pour objet les cyclodextrines partiellement méthylées issues du procédé.

Description

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de cyclodextrines partiellement méthylées, ainsi que les cyclodextrines partiellement méthylées issues de ce procédé.

Les molécules de cyclodextrines (ci-après rappelées par l'abréviation "CD") sont composées de motifs glucose (6 pour l'alpha-CD, 7 pour la bêta-CD et 8 pour la gamma-CD) enchaînés de telle sorte qu'ils forment une cage capable d'inclure des composés hydrophobes très variés. Cette propriété a été mise à profit dans de nombreuses applications dans des domaines aussi variés que l'agro-alimentaire, la cosmétologie, les industries pharmaceutiques et chimiques.

Une des limitations des applications des CD, et principalement de la bêta-CD, résulte de leur faible solubilité : à 25"C elle atteint 127 g/l pour l'alpha-CD, 18,8 g/l pour la bêta-CD et 2,56 g/l pour la gamma-CD.

C'est pourquoi, on a de plus en plus recours à des dérivés de CD très solubles permettant, entre autres, la solubilisation et d'une manière générale l'inclusion de composés insolubles dans l'eau par formation d'un complexe d'inclusion soluble. La fonctionnalité des CD a permis de développer des dérivés des CD présentant une solubilité améliorée. En effet, les CD sont des molécules polyfonctionnelles possédant trois types de fonctions alcool: une fonction alcool primaire par motif glucose (position 6) et deux fonctions alcool secondaire par motif glucose (positions 2 et 3), ce qui représente pour la bêta-CD 21 fonctions alcool susceptibles de réagir.

Parmi les dérivés des CD, les CD partiellement méthylées possèdent une solubilité dans l'eau nettement améliorée comparativement aux CD d'origine. En outre, les CD partiellement méthylées sont aptes à former des complexes d'inclusion.

Ainsi, à 25"C, on relève les solubilités suivantes
- 550 gll de solution pour l'heptakis - (2,6 - di - O - méthyl) - bêta-CD. Mais
sa solubilité et celle de ses complexes décroît lorsque la température
augmente.

- 300 g/l de solution pour l'heptakis - (2,3,6 - tri - O - méthyl) - bêta-CD.

Mais sa solubilité décroît aussi lorsque la température augmente. Par ailleurs,
du fait de la substitution de toutes les positions, on observe une diminution de
la stabilité des complexes d'inclusion formés avec certaines molécules hôtes,
et ceci malgré le renforcement du caractère hydrophobe de la cavité.

- de l'ordre de 1330 g/l d'eau pour les dérivés méthylés de la bêta-CD
possédant un degré moyen de méthylation des groupes hydroxyles de 53 à 64
% pour la position 2, de 38 à 51 % pour la position 3 et de 70 à 100 % pour
la position 6 (Brevet US 4,746,734). La solubilité moyenne de ces dérivés est
croissante lorsque la température augmente.

- de l'ordre de 100 g/l d'eau pour les dérivés méthylés de la bêta-CD
possédant un degré moyen de méthylation par molécule de bêta-CD compris
entre 8 et 1 1 des 21 sites disponibles que contient cette molécule (Brevet JP
62 220501).

Plusieurs possibilités de méthylation des CD sont connues à ce jour. Selon la
synthèse employée, on obtient différents produits: - le dérivé perméthylé (par exemple l'heptakis (2,3,6 - tri - 0 - méthyl)-bêta
CD) est issu d'une méthylation exhaustive de toutes les positions. n peut être
obtenu dans un solvant anhydre (diméthylformamide ou diméthylsulfoxyde)
par réaction entre la CD et le sulfate de diméthyle en présence d'une base
forte, comme l'hydroxyde de sodium sous forme solide pulvérisé [par
exemple, Tetrahedron, 24, 803-821, (1968)].

- le dérivé méthylé spécifiquement en positions 2 et 6 qui sont les positions les
plus réactives (par exemple, l'heptakis - (2,6 - di - O - méthyl) - bêta-CD). n
est obtenu dans un mélange diméthylformamide-diméthylsulfoxyde, par
réaction entre la bêta-CD et le sulfate de diméthyle en présence d'oxyde et
d'hydroxyde de baryum selon une méthode classique de modification des
polysaccharides [par exemple, Chem. Ber., 96 284-287, (1963)].

Ces deux procédés présentent l'inconvénient d'utiliser des solvants à haut point
d'ébullition qu'il est ensuite difficile d'éliminer.

- des dérivés partiellement méthylés sur toutes les positions dans les unités de
glucose avec, soit au moins 90% en position 2, 25-35% en position 3 et au
moins 95% en position 6 (brevet EP N"193850), soit 53-64% en position 2,
38-51% en position 3 et 70-100 % en position 6 (brevet US 4,746,734).

Selon le brevet US 4,746,734, ils sont obtenus par réaction d'une
cyclodextrine avec le sulfate de diméthyle dans la soude concentrée aqueuse.

Cette réaction nécessite plus de 30 parties équivalentes de sulfate de
diméthyle (et de préférence de 100 à 200 pour assurer une méthylation
satisfaisante), plus de 30 parties équivalentes d'hydroxyde de métal alcalin
(tel que la soude) et le maintien de la concentration des réactants au-delà de
10 % en poids. Ces produits présentent l'intérêt d'avoir une plus grande
solubilité dans l'eau à 25"C que les précédents 1330 g/l d'eau contre 300
g/l de solution et 550 g/l de solution respectivement pour le dérivé
perméthylé et le dérivé méthylé spécifiquement en positions 2 et 6.

Cependant, ce dernier procédé est difficile à contrôler industriellement. En effet, la présence d'eau dans le milieu réactionnel entraîne une forte hydrolyse du sulfate de diméthyle. Or, cette hydrolyse conduit à la formation d'une mousse abondante, rigide et très stable qui empêche les échanges thermiques et les transferts de masse de s'établir correctement et peut provoquer un emballement de la réaction par accumulation des réactifs. Par conséquent, à cause de ce phénomène la réaction de méthylation doit être conduite très lentement. Par ailleurs, il est très difficile d'obtenir une reproductibilité des synthèses, c'est-à-dire de produire régulièrement les mêmes dérivés partiellement méthylés.

On a maintenant trouvé un procédé de préparation d'une famille de CD partiellement méthylées ne présentant pas les inconvénients décrits ci-dessus.

Plus précisément, il s'agit d'un procédé de préparation de CD partiellement méthylées en milieu aqueux à partir d'une CD telle que l'alpha-CD, la bêta-CD ou la gamma-CD, ou d'un sel desdites CD que l'on fait réagir avec du sulfate de diméthyle et une base, préférentiellement un hydroxyde de métal alcalin, caractérisé en ce que la réaction de méthylation est mise en oeuvre en présence également d'au moins une substance présentant une affinité avec la cavité des CD telle qu'un complexe d'inclusion avec ladite substance puisse se former au cours de la réaction de méthylation.

il est bien connu que la formation de complexes d'inclusion avec les CD peut modifier les propriétés des molécules incluses. Ainsi, on pense que le sulfate de diméthyle forme un complexe d'inclusion avec les CD et que cette complexation facilite son hydrolyse entraînant une production abondante de mousse. On a maintenant trouvé de façon surprenante que l'on peut méthyler les CD (et plus particulièrement l'alpha-CD, la bêta-CD et la gamma-CD) en milieu aqueux basique, voire fortement basique, sans production de mousse en introduisant dans le milieu réactionnel une substance entrant en compétition avec le sulfate de diméthyle pour la formation du complexe d'inclusion.

Dans la suite de la description, on désignera cette substance par le terme "compétiteur".

Grâce au procédé selon l'invention, on limite l'hydrolyse du sulfate de diméthyle, et par voie de conséquence, la formation de mousse qui , par le passé, rendait la maîtrise du procédé difficile. Dès lors, un meilleur déroulement de la réaction est rendu possible sans nécessité d'une surveillance particulière. Un autre avantage important de l'invention tient dans la reproductibilité du procédé qui, de ce fait, produit régulièrement les mêmes dérivés partiellement méthylés. Egalement, il faut noter que le procédé selon l'invention permet d'éviter l'emploi des solvants organiques tels que le diméthyl formamide et le dimethyl sulfoxyde qui sont généralement difficiles à éliminer et dont la présence, même à l'état de traces, est interdite dans de nombreuses applications.

Les CD partiellement méthylées issues du procédé selon l'invention seront particulièrement utiles pour solubiliser en milieux organiques ou aqueux des composés organiques insolubles ou peu solubles dans ces milieux sous la forme de complexes d'inclusion. De fait, les complexes d'inclusion préparés à l'aide des CD partiellement méthylées selon l'invention conviennent bien à la préparation de solutions aqueuses ou organiques, ou de compositions médicamenteuses, cosmétiques, chimiques, agro-alimentaires ou autres.

Les complexes d'inclusion formés avec les CD partiellement méthylées selon l'invention sont également utiles
- en milieux organiques ou aqueux en vue notamment d'améliorer l'extraction de composés par voie chimique ou par voie physique (par exemple ultrafiltration), la réactivité chimique, la catalyse, le partage entre des phases non miscibles
- ou comme agent émulsifiant.

On peut utiliser comme compétiteurs des molécules telles que les éthers comme le tétrahydrofuranne, les dérivés chlorés comme le chlorure de méthylène, les alcools comme méthanol ou l'isopropanol ou toute autre molécule présentant une bonne affinité avec la cavité CD. Plus l'affinité du compétiteur avec la cavité des
CD est grande, plus le complexe d'inclusion est stable et plus la quantité de compétiteur nécessaire pour éviter le phénomène de moussage est réduite. La quantité de compétiteur introduite dans le milieu réactionnel est telle que le rapport molaire de compétiteur sur la CD est de préférence au moins égal à 1. Le compétiteur peut être additionné avant l'introduction du sulfate de diméthyle, ou par ajouts successifs ou continus en même temps que le sulfate de diméthyle, ou encore par combinaison de ces deux méthodes.

Le procédé selon l'invention est plus particulièrement utile à la méthylation des
CD à l'aide de sulfate de diméthyle et d'une base quand le milieu réactionnel comprend des quantités non négligeables d'eau.

Egalement, le procédé selon l'invention convient à la réaction de méthylation quand elle est opérée directement sur le sel de CD : cette réaction consiste à faire réagir la CD avec l'hydroxyde de métal alcalin, puis sécher le sel obtenu, par exemple par atomisation, enfin faire réagir ce sel directement avec le sulfate de diméthyle. Malgré l'opération de séchage, il subsiste souvent une faible quantité d'eau dans le milieu réactionnel qui peut entraîner l'hydrolyse du sulfate de diméthyle. L'eau présente dans le milieu réactionnel peut aussi avoir été additionnée pour faciliter le déroulement de la réaction de méthylation. Conformément à l'invention, par la présence du compétiteur, on empêche la perte de sulfate de diméthyle par hydrolyse.

Comme indiqué précédemment, la base mise en oeuvre dans le procédé selon l'invention est préférentiellement un hydroxyde de métal alcalin tel que la soude ou la potasse. Selon une autre préférence, le procédé est mis en oeuvre avec une concentration massique d'hydroxyde de métal alcalin comprise entre 30 et 50%. De préférence encore, on choisit une concentration massique d'hydroxyde de métal alcalin comprise entre 30 et 35 % pour obtenir une méthylation moyenne d'au moins les deux tiers des fonctions hydroxyles.

Pour obtenir des dérivés dont les degrés de méthylation par unité de glucose soient majoritairement supérieurs ou égaux à 2, la quantité de sulfate de diméthyle est choisie supérieure aux deux tiers des parties équivalentes basées sur les fonctions hydroxyles de la CD. Dans le cas de la bêta-CD, elle est choisie de préférence inférieure à 105 parties équivalentes basées sur les fonctions hydroxyles de la CD, et de préférence encore entre 30 et 60 parties équivalentes basées sur les fonctions hydroxyles de la CD.

De préférence, pour faciliter la réaction de méthylation, en particulier lorsque la quantité de sulfate de diméthyle est supérieure à 70 parties équivalentes basées sur la CD, on ajoute un émulsifiant dans le milieu réactionnel. Comme émulsifiant, on choisit avantageusement une CD partiellement méthylée, et de préférence encore celle qui doit être produite au cours de la méthylation.

Avantageusement, on prévoit un rapport molaire de sulfate de diméthyle sur l'hydroxyde de métal alcalin supérieur à 0,9. De préférence, ce rapport est compris entre 1 et 1,1 (inclus), et de préférence encore entre 1 et 1,02 (inclus).

Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre entre 0 et 600C. La température de réaction est avantageusement maintenue entre 4 et 100C. En deçà de 4"C, on réduit de façon trop importante la vitesse de méthylation et le sulfate de diméthyle s'accumule dans le mélange réactionnel. Au-delà de 10 C, la vitesse d'hydrolyse du sulfate de diméthyle devient élevée et des quantités importantes de ce réactif sont nécessaires pour obtenir le même rendement de méthylation. De préférence encore, la température est maintenue entre 5 et 80C.

Conformément à un mode préféré de réalisation du procédé selon l'invention, on effectue la réaction de méthylation de l'alpha-CD, la bêta-CD ou la gamma-CD, dans les conditions suivantes
- une concentration massique d'hydroxyde de métal alcalin comprise entre 30
et 50 % et de préférence entre 30 et 35 %
- une quantité de sulfate de diméthyle additionnée progressivement, supérieure
aux deux tiers des parties équivalentes basées sur les fonctions hydroxyles des
CD.Dans le cas de la méthylation de la bêta-CD, cette quantité est de
préférence choisie inférieure à 105 parties équivalentes basées sur les
fonctions hydroxyles de la bêta-CD, et de préférence comprise entre 30 et 60
parties équivalentes basées sur les fonctions hydroxyles de la bêta-CD
- un rapport molaire - sulfate de diméthyle sur hydroxyde de métal alcalin
compris entre 0,9 et 1,1, de préférence entre 1 et 1,1 (inclus), de préférence
encore entre 1 et 1,02 (inclus)
- une température réactionnelle inférieure à 10 C, qui est de préférence
comprise entre 4 et 10 C, de préférence encore entre 5 et 8 C;;
Grâce à cette variante préférée du procédé selon l'invention, on obtient des CD partiellement méthylées possédant une solubilité dans l'eau plus élevée que celles des dérivés méthylés connus des CD.

Un autre intérêt de cette variante préférée tient dans le fait qu'elle conduit à une distribution relativement étroite de dérivés de masse moléculaire moyenne différente.

Dans la suite de la description, on désignera sous l'abréviation "PMCD" les
CD partiellement méthylées issues du procédé selon l'invention.

Les isomères en masse moléculaire dont est constituée chaque PMCD peuvent être une substitution homogène correspondant à une répartition régulière d'un même nombre de groupe méthyle sur chaque unité glucose ou correspondre à une répartition inégale, de telle sorte que les noyaux CD soient formés d'unités glucose non substituées et d'autres substituées par un, deux ou trois groupes méthyle.

La présente invention a également pour objet lesdites PMCD. Chaque PMCD selon l'invention est caractérisée par une répartition resserrée des dérivés de masse moléculaire différente qu'elle comprend, par au plus deux taches lorsqu'elle est analysée par chromatographie en couche mince sur silice "G" à l'aide d'un éluant composé d'un mélange de chloroforme, méthanol 90 :10 (V/V) et par le fait que 40 au moins des dérivés constituant chaque PMCD, mesuré à l'aide d'un spectromètre de masse en mode electrospray possèdent un degré moyen de méthylation majoritairement égal à 2 par unité glucose.

Lorsque le procédé de méthylation selon l'invention est mis en oeuvre avec des
CD non salifiées, les PMCD résultantes présentent un taux de méthylation des fonctions alcool variant de 68 à 72 % suivant les conditions opératoires.

Dans le cas précis de la bêta-CD, on observe une répartition des dérivés contenant de 1 1 à 21 substitutions avec une prédominance de deux dérivés de sorte que 40 % au moins des dérivés PMCD ont un degré moyen de méthylation de 14, et 70 % au moins des dérivés PMCD ont un degré moyen de méthylation de 14 et 15 et 80 % au moins des dérivés PMCD ont un degré moyen de méthylation de 14, 15 ou 16.

Si des degrés de méthylation supérieurs sont désirés, une reméthylation des
PMCD précédentes peut être effectuée selon l'exemple 7 par exemple. Dans le cas précis de la bêta-CD, on a alors obtenu des PMCD dont 20 % au moins des dérivés possédent un degré moyen de méthylation de 16 et 40 % au moins des dérivés possèdent un degré de méthylation de 15 et 16.

Les propriétés physico-chimiques des PMCD de degrés de méthylation supérieurs ainsi obtenus sont proches des PMCD issues du procédé selon l'invention.

C'est pourquoi elles peuvent être avantageusement employées dans les mêmes secteurs industriels que les PMCD.

Les PMCD selon l'invention sont avantageuses à plus d'un titre:
- en particulier, nous avons montré que la capacité de complexation des
dérivés méthylés sur plus de 14 positions se révèle plus élevée que celle de
la diméthyl-CD, par exemple dans le cas de la phénylalanine (se reporter à
l'exemple 11).

- leur capacité de former des complexes d'inclusion est généralement plus
élevée que celle des CD partiellement méthylées connues telles que les CD
méthylées du brevet français 2 484 252 dans la complexation de
l'hydrocortisone (exemple 1, page 10 du brevet).

- leur solubilité dans l'eau est nettement améliorée par comparaison avec les
produits connus. Elle est en effet, à 22"C, de l'ordre de 710 g/l de
solution (soit 150 parties pour 100 parties d'eau) voire supérieure. De
plus, la solubilité des PMCD selon l'invention croît avec la température
pour atteindre des valeurs d'au moins 300 parties pour 100 parties d'eau à
70 C: ceci a notamment été mis en évidence dans l'exemple 8, tableau I.

- les PMCD s'avèrent très solubles dans des solvants usuels contrairement
aux CD natives ou à certains dérivés comme les hydroxypropyl-CD : ceci
a notamment été mis en évidence dans l'exemple 8, tableau II.

Les PMCD selon l'invention sont identifiées - par spectroscopie de masse en mode d'ionisation electrospray qui permet de
définir la répartition des dérivés de masse moléculaire différente et leur taux
de méthylation. La spectrométrie de masse en mode d'ionisation electrospray
est une technique récente dans les applications usuelles et les conditions
opératoires générales ont été décrites notamment par:
- C.-K. Meng, C.N. Mc Ewen, B.S. Larsen Rapid Commun. Mass Spec.

4-5 (1990) 147-150
- B. Ganem J. Am. Chez. Soc. 113 (1990) 6294-6296
- A.Van Dorsselaer, F. Bifsch, B. Green, S. Jarvis, P. Leparge, R.

Bischoff, H.V. J. Kolbe, and C. Roitsch Biomed. Environ. Mass Spec.

19 (1990) 692-704.

Cette technique, contrairement aux modes de fonctionnement usuels en
spectrométrie de masse, permet d'éviter la fragmentation : on accède ainsi
aux ions moléculaires de molécules fragiles de forte masse. Dans certaines
conditions, il est possible en outre d'obtenir des ions multi-chargés dont la
présence confirme la masse des ions mono-chargés d'origine. Comme il a été
montré très récemment par J.W. Metzger, M. Jung. D. Schmatzing, E.

Bayer et V. Shurig Carbohydr. Res. 222 51991) 23-35, cette méthode permet
d'obtenir la répartition en masse molaire des dérivés de CD. La
demanderesse a appliqué cette méthode de caractérisation non seulement pour
définir les CD partiellement méthylées mais aussi, et ceci de façon originale,
pour mettre en évidence les composés d'inclusion obtenus entre les CD
partiellement méthylées et les molécules invitées modèles comme la
dodécylamine, l'hydrocortisone ou la phénylalanine. La dodécylamine réagit
quantitativement avec les PMCD. Les spectres obtenus présentent une
excellente lisibilité (sans interférence avec les traces d'ions éventuellement
présents tels que les ions sodium). Cette particularité a été utilisée pour
déterminer la distribution des masses molaires des PMCD obtenues par le
procédé selon l'invention.Par ailleurs, on a montré que l'inclusion n'est
nullement limitée à un optimum pour des dérivés possédant 14 substituants
méthyles (autrement nommés diméthylCD), les composés à 15, 16 et 17
méthyles présentant une efficacité au moins égale dans le cas de la
dodécylamine et de l'hydrocortisone et même supérieure dans le cas de la
phénylalanine.

- par leur solubilité dans l'eau, d'après les "Lignes directrices de 1'OCDE pour
les essais de produits chimiques", à l'article "Solubilité dans l'eau, méthode
du flacon", référence n" 105 du 12 Mai 1981.

On peut noter qu'une seule tache est obtenue par chromatographie couche mince (mélange éluant chloroforme, méthanol 90:10 (V/V) lorsque le produit final ne contient pas de dérivés de degré de substitution inférieur à 2 par unité glucose, correspondant dans le cas de la bêta-CD à des dérivés ayant au moins 14 substituants méthyles par molécule.

Les PMCD produites par le procédé selon l'invention ont un point de fusion avec décomposition mesuré par DSC (Differential Scanning Calorimetry) et confirmé par TGA (Thermal Gravimetry Analysis, i.e. Analyse thermique gravimétrique) de 375"C + 10 C.

L'invention va maintenant être illustrée au travers des exemples qui suivent, donnés à titre illustratif et non limitatif.

Exemple 1
Une suspension de 160 g de bêta-CD (Ringdex-B, Ringdex) dans 300 ml d'eau est additionnée à une solution de 282 g de NaOH dans 272 ml d'eau maintenue à
10"C. Après dissolution complète de la bêta-CD, on ajoute 40 ml de tétrahydrofuranne (THF). Puis, 675 ml de sulfate de diméthyle et 110 ml de THF sont additionnés par petites fractions pendant une période de 8 à 10 heures. La température du milieu est strictement maintenue à une température comprise entre 5 et 8"C pendant toute la durée de l'addition. Le mélange réactionnel est ensuite laissé à réagir à la température ambiante pendant une nuit. A la fin de la réaction, le sulfate de diméthyle n'ayant pas réagi est décomposé par l'addition de 20 ml d'ammoniaque à 20 %. Après une heure, le pH du milieu neutralisé par l'addition d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique.Le THF est évaporé sous vide. On ajoute alors 800 ml d'eau et la solution est extraite 2 fois avec 500 ml de chlorure de méthylène. La phase organique lavée à l'eau et séchée sur sulfate de sodium anhydre, est évaporée à sec. Le résidu repris dans l'eau est traité au charbon actif à 80"C sous vide. Après filtration, le produit (166,5 g) est séché par atomisation ou lyophilisation.

Les caractéristiques du produit obtenu sont les suivantes
- La chromatographie couche mince sur silice du produit élué par un mélange
chloroforme, méthanol 90:10 (V/V) ne donne qu'une seule tache (Rf =
0,63).

- Pouvoir rotatoire à 25"C = + 158,5 (C = 10g/l, eau).

- solubilité dans l'eau 20"C = 142 parties pour 100 parties d'eau.

- Degré de méthylation moyen = 70,5 % (14,8 fonctions hydroxyles
substituées) ; par spectroscopie de masse en mode electrospray, on définit la
répartition des différents dérivés : 57,7 % des dérivés ont 14 substitutions,
26 % des dérivés ont 15 substitutions et 8,1 % ont 16 substitutions.

- capacité d'inclusion : elle est montrée sur la figure 1 qui représente un
spectre de masse en mode electrospray du complexe d'inclusion de la
dodécylamine par la PMCD préparée selon l'exemple 1.

Exemple 2
Une suspension de 80 g de bêta-CD (Ringdex-B, Ringdex) dans 150 ml d'eau est additionnée à une solution de 296 g de NaOH dans 450 ml d'eau maintenue à 10"C.

Après dissolution complète de la bêta-CD, on ajoute 150 ml de îIW et 1,2 g de bêta-CD partiellement méthylée telle que celle obtenue dans l'exemple 1. Puis, 700 ml de sulfate de diméthyle sont additionnés par petites fractions pendant une période de 8 à 10 heures en maintenant strictement la température du milieu à une température comprise entre 5 et 80C. Le mélange réactionnel est ensuite traité comme dans l'exemple 1. On obtient 73,8 g de produit.

Les caractéristiques du produit sont les suivantes
- La chromatographie couche mince sur silice du produit élué par un mélange
chloroforme, méthanol 90:10 (V/V) ne donne qu'une seule tache (Rf =
0,63).

- Pouvoir rotatoire à 25"C = + 157,5" (C = 10 g/l, eau).

- solubilité dans l'eau, 20"C = 152 parties pour 100 parties d'eau.

- Taux de méthylation moyen = 71,6% (15 fonctions hydroxyles substituées)
par spectroscopie de masse en mode electrospray, on définit la répartition des
différents dérivés : 51,3 % des dérivés ont 14 substitutions, 31,1 % des
dérivés ont 15 substitutions et 8,7 % ont 16 substitutions.

- capacité d'inclusion : elle est montrée sur la figure 2 qui représente un
spectre de masse en mode electrospray du complexe d'inclusion de la
dodécylamine par la PMCD préparée selon l'exemple 2.

Exemple 3
Une suspension de 80 g de bêta-CD (Ringdex-B, Ringdex) dans 150 ml d'eau est additionnée à une solution de 220 g de NaOH dans 296 ml d'eau maintenue à 10 C.

Après dissolution complète de la bêta-CD, on ajoute 150 ml de TIIF et 1,0 g de bêta-CD partiellement méthylée telle que celle obtenue dans l'exemple 1. Puis, 505 ml de sulfate de diméthyle sont additionnés par petites fractions pendant une période de 8 à 10 heures en maintenant strictement la température du milieu à une température comprise entre 5 et 80C. Le mélange réactionnel est ensuite traité comme dans l'exemple 1. On obtient 70,0 g de produit.

- Pouvoir rotatoire à 25"C = + 158,7 (C = 10 g/l, eau).

- solubilité dans l'eau à 20"C = 169 parties pour 100 parties d'eau.

- Taux de méthylation moyen = 71 % (14,9 fonctions hydroxyles substituées);
par spectroscopie de masse en mode electrospray, on définit la répartition des
différents dérivés : 58,1 % des dérivés ont 14 substitutions, 27,8 % des
dérivés ont 15 substitutions et 7 % ont 16 substitutions.

- capacité d'inclusion : elle est montrée sur la figure 3 qui représente un
spectre de masse en mode electrospray du complexe d'inclusion de la
dodécylamine par la PMCD préparée selon l'exemple 3.

Exemple4
Une suspension de 40 g de bêta-CD (Ringdex-B, Ringdex) dans 75 ml d'eau est additionnée à une solution de 70,5 g de NaOH dans 68 ml d'eau maintenue à 10"C.

Après dissolution complète de la bêta-CD, on ajoute 168 ml de sulfate de diméthyle par petites fractions pendant une période de 8 à 10 heures en maintenant strictement la température du milieu à une température comprise entre 5 et 80C. 5 ml de chlorure de méthylène (CH2C12) sont additionnés lorsqu'une mousse abondante apparaît. Le mélange réactionnel est ensuite traité comme dans l'exemple 1. On obtient 38,4 g de produit.

Les caractéristiques du produit sont les suivantes
- La chromatographie couche mince sur silice du produit élué par un mélange
chloroforme, méthanol 90:10 (V/V) donne deux taches (Rf = 0,63 et 0,31).

- Pouvoir rotatoire à 25"C = + 163 (C = 10 g/l, eau).

- solubilité dans l'eau à 20"C = 161 parties pour 100 parties d'eau.

- Taux de méthylation moyen = 69,2 % (14,5 fonctions hydroxyles
substituées) ; la figure 4 représente la répartition des différents dérivés.

- Degré de méthylation des différentes positions déterminé par spectrométrie
de masse en mode electrospray : 57 % des dérivés ont 14 substitutions,
15,9 % des dérivés ont 15 substitutions et 11,8 % ont 16 substitutions.

- capacité d'inclusion : elle est montrée sur la figure 4 qui représente un
spectre de masse en mode electrospray du complexe d'inclusion de la
dodécylamine par la PMCD préparée selon l'exemple 4.

Exemple 5
Une suspension de 80 g de bêta-CD (Ringdex-B, Ringdex) dans 100 ml d'eau est additionnée à une solution de 82 g de NaOH dans 65 ml d'eau maintenue à 10"C.

Après dissolution complète de la bêta-CD, on ajoute 10 ml de THF. Puis 193 ml de sulfate de diméthyle et 40 ml de THF sont additionnés par petites fractions pendant une période de 8 à 10 heures en maintenant strictement la température du milieu à une température comprise entre 5 et 8"C. Le mélange réactionnel est ensuite traité comme dans l'exemple 1. On obtient 70,4 g de produit.

- Pouvoir rotatoire à 25"C = + 161,0 (C = 10 g/l, eau).

- solubilité dans l'eau à 20"C = 150 parties pour 100 parties d'eau.

- Taux de méthylation moyen = 68,7 % (14,4 fonctions hydroxyles
substituées) ; par spectroscopie de masse en mode electrospray, on définit la
répartition des différents dérivés : 66,8 % des dérivés ont 14 substitutions,
21,4 % des dérivés ont 15 substitutions et 5,0 % ont 16 substitutions.

- capacité d'inclusion : elle est montrée sur la figure 5 qui représente un
spectre de masse en mode electrospray du complexe d'inclusion de la
dodécylamine par la PMCD préparée selon l'exemple 5.

Exemple 6 512 g de bêta-CD (Ringdex-B, Ringdex) sont lentement solubilisés dans une solution aqueuse de soude (336 g de NaOH dans 1818 ml d'eau). Le sel de sodium de bêta
CD (bêta-CD-Na) est ensuite récupéré par séchage par atomisation (170"C). A une suspension contenant 20 g de bêta-CD-Na dans 30 ml de THF, sont ajoutés 30 ml de sulfate de diméthyle. Le mélange est laissé sous agitation pendant 70 mn. Deux fractions de 2,5 ml d'eau sont alors ajoutées à température ambiante sous agitation à intervalles de 30 mn. Le mélange réactionnel est alors chauffé à 55"C pendant 15 mn. Laissé 1 heure à température ambiante, il est ensuite traité comme dans l'exemple 1. On obtient 10,8 g de dérivé méthylé de bêta-CD.

- Pouvoir rotatoire à 25"C = + 156,5 (C = 10 g/l, eau).

- solubilité dans l'eau à 20"C = 149 parties pour 100 parties d'eau.

- Taux de méthylation moyen = 64,3 % (13,5 fonctions hydroxyles
substituées) ; par spectroscopie de masse en mode electrospray, on définit la
répartition des différents dérivés : 29,5 % des dérivés ont 14 substitutions,
6,9 % des dérivés ont 15 substitutions et 3,0 % ont 16 substitutions.

- capacité d'inclusion : elle est montrée sur la figure 6 qui représente un
spectre de masse en mode electrospray du complexe d'inclusion de la
dodécylamine par la PMCD préparée selon l'exemple 6.

Exemple 7 40 g de dérivé méthylé de bêta-CD issus de l'exemple 5 et présentant plusieurs taches en CCM (Ringdex-B, Ringdex) sont dissous dans une solution de 26 g de
NaOH dans 39 ml d'eau maintenue à 10"C. Puis, 60 ml de sulfate de diméthyle et 30 ml de THF sont additionnés par petites fractions pendant une période d'environ 2 heures en maintenant strictement la température du milieu à une température comprise entre 5 et 8"C. Le mélange réactionnel est ensuite traité comme dans l'exemple 1. On obtient 33 g de produit.

Les caractéristiques du produit sont les suivantes
- La chromatographie couche mince sur silice du produit élué par un mélange
chloroforme, méthanol 90:10 (V/V) ne donne plus qu'une seule tache
(Rf = 0,63).

- Pouvoir rotatoire à 25"C = + 161,0 (C = 10 g/l, eau).

- solubilité dans l'eau, à 20"C = 144 parties pour 100 parties d'eau.

- Taux de méthylation moyen = 77,1 % (16,2 fonctions hydroxyles
substituées) ; par spectroscopie de masse en mode electrospray, on définit la
répartition des différents dérivés : 29,5 % des dérivés ont 15 substitutions,
33,2 % des dérivés ont 16 substitutions et 16,2 % ont 17 substitutions.

- capacité d'inclusion : elle est montrée sur la figure 7 qui représente un
spectre de masse en mode electrospray du complexe d'inclusion de la
dodécylamine par la PMCD préparée selon l'exemple 7.

Exemple 8
Une suspension de 40 g bêta-CD (Ringdex-B, Ringdex) dans 75 ml d'eau est additionnée à une solution de 70,5 de NaOH dans 68 ml d'eau maintenue à 10 C.

Après dissolution complète de la bêta-CD, on ajoute 168 ml de sulfate de diméthyle par petites fractions pendant une période de 8 à 9 heures en maintenant strictement la température du milieu à une température comprise entre 5 et 80C. 14 ml d'isopropanol sont versés dans le milieu dès que la mousse commence à apparaître.

Le mélange réactionnel est ensuite traité comme dans l'exemple 1 en utilisant l'acétate d'éthyle comme solvant d'extraction. On obtient 40,3 g de produit.

- pouvoir rotatoire à 25"C = + 159 (C = 10 g/l, eau);
- solubilité dans l'eau à 20"C = 156 parties pour 100 parties d'eau.

- solubilité dans l'eau en fonction de la température: comme on peut le voir
dans le tableau I ci-après, elle est croissante avec la température.

<tb>

Température <SEP> ("C) <SEP> 20 <SEP> 50 <SEP> 70
<tb> Solubilité <SEP> dans <SEP> l'eau, <SEP> en <SEP> parties <SEP> 156 <SEP> 271 <SEP> 303
<tb> PMCD/100 <SEP> parties <SEP> d'eau
<tb> - solubilité dans des solvants usuels (tableau 11):

<tb> Solvant <SEP> Ethanol <SEP> Acétone <SEP> Chloroforme <SEP> Eth <SEP> Ethylène-glycol <SEP> | <SEP>
<tb> Solubilité <SEP> en <SEP> g <SEP> 65,7 <SEP> 71 <SEP> 45 <SEP> 37
<tb> PMCD/100 <SEP> g <SEP> de <SEP> solution
<tb> - taux de méthylation moyen = 71,6 % (15 fonctions hydroxyles substituées)
par spectroscopie de masse en mode electrospray, on définit la répartition des
différents dérivés : 50,8 % des dérivés ont 14 substitutions, 21,4 % des
dérivés ont 15 substitutions et 11,8 % ont 16 substitutions.

- capacité d'inclusion : elle est montrée sur la figure 8 qui représente un
spectre de masse en mode electrospray du complexe d'inclusion de la
dodécylamine par la PMCD préparée selon l'exemple 8.

Exemple 9
Une suspension de 40 g de bêta-CD (Ringdex-B, Ringdex) traitée dans les mêmes conditions que l'exemple 8 en substituant les 14 ml d'isopropanol par 15 ml d'éthanol donne 37,6 g d'un produit dont les caractéristiques sont les suivantes.

- La chromatographie couche mince sur silice du produit élué par un mélange
chloroforme, méthanol 90:10 (V/V) ne donne qu'une seule tache (Rf =
0,63).

- Pouvoir rotatoire = + 160 (c = 10 g/l, eau)
- solubilité dans l'eau à 20"C = 169 parties pour 100 parties d'eau.

- Taux de méthylation moyen = 70,7 % (14,8 fonctions hydroxyles
substituées) ; par spectroscopie de masse en mode electrospray, on définit la
répartition des différents dérivés: 54,8 % des dérivés ont 14 substitutions,
25 % des dérivés ont 15 substitutions et 8,5 % ont 16 substitutions.

- capacité d'inclusion : elle est montrée sur la figure 9 qui représente un
spectre de masse en mode electrospray du complexe d'inclusion de la
dodécylamine par la PMCD préparée selon l'exemple 9.

Exemple 10
Selon une méthode usuelle bien connue de l'homme de l'art, on prépare un complexe d'inclusion à partir des PMCD de l'exemple 8 et d'hydrocortisone.

La solubilité de l'hydrocortisone a été mesurée à 20"C après agitation brève de 3 h dans une solution contenant les PMCD préparées selon l'exemple 8. Les résultats sont rassemblés dans le tableau suivant:

<tb> PMCD <SEP> (g/l <SEP> de <SEP> solution) <SEP> | <SEP> 0 <SEP> | <SEP> 300 <SEP> | <SEP> 350 <SEP> r <SEP> <SEP> 400
<tb> Hydrocortisone <SEP> (g/l <SEP> de <SEP> solution) <SEP> 0,35 <SEP> 43 <SEP> 51 <SEP> 62
<tb>
On observe une augmentation de la solubilité de l'hydrocortisone d'environ 150 fois par rapport à sa solubilité dans l'eau.

Exemple i1
Les figures 10 et 1 1 montrent la capacité des PMCD préparées selon les exemples 7 et 8 respectivement, à former des complexes d'inclusion. I1 s'agit des spectres de masse en mode electrospray réalisés sur le complexe formé entre ces PMCD et la dodécylamine (figure 10) et la phénylalanine (figure 11). Les complexes d'inclusion ont été préparés en suivant un mode opératoire bien connu de l'homme de l'art. La figure 10 montre, à l'aide de la dodécylamine utilisée comme molécule "invitée" modèle, que la capacité d'inclusion du dodécylamine par des PMCD préparées selon l'exemple 10 n'est pas limitée aux diméthyl CD (dérivés à 14 substituants méthyles) et que tous les autres composés constituant le mélange participent avec une efficacité au moins égale à la complexation. On peut noter, par ailleurs, que la complexation de la dodécylamine est quantitative (disparition quasi totale des pics correspondant aux PMCD libres situés entre 1300 et 1400); ceci est cohérent avec le fait que la dodécylamine est couramment utilisée pour le dosage des cyclodextrines par potentiométrie (D. Jezequel, thèse d'Université. Université Pierre et Marie Curie, 26.11.91).

La figure 1 1 montre le complexe d'inclusion avec la phénylalanine (pics 1497-1525) dans des conditions où la PMCD est en excès (pics 1325-1360). li est remarquable de noter que les dérivés de degré de substitution supérieur à 14 ont une affinité proportionnellement plus grande pour la phénylalanine que la diméthylCD. Le massif centré vers 1420 correspond à l'inclusion d'une molécule invitée phénylalanine dans deux molécules de PMCD (ions doublement chargés).

Claims

REVENDICATIONS

avec ladite substance puisse se former au cours de la réaction de méthylation.

une affinité avec la cavité des cyclodextrines telle qu'un complexe d'inclusion

est mise en oeuvre en présence également d'au moins une substance présentant

un hydroxyde de métal alcalin, caractérisé en ce que la réaction de méthylation

que l'on fait réagir avec du sulfate de diméthyle et une base, préférentiellement

cyclodextrine ou la gamma-cyclodextrine ou d'un sel de ces cyclodextrines,

aqueux à partir d'une cyclodextrine telle que l'alpha-cyclodextrine, la bêta

1/ Procédé de préparation de cyclodextrines partiellement méthylées en milieu
2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance présentant

une affinité avec la cavité des cyclodextrines (ou compétiteur) est choisie parmi

les éthers comme le tétrahydrofuranne, les dérivés chlorés comme le chlorure

de méthylène, les alcools comme méthanol ou l'isopropanol ou toute autre

molécule présentant une bonne affinité avec la cavité cyclodextrine.
3/ Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport molaire

de compétiteur sur la cyclodextrine est au moins égal à 1.

hydroxyde de métal alcalin comme base.
4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise un
5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une concentration

massique d'hydroxyde de métal alcalin comprise entre 30 et 50 % est

employée.
6/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une concentration

massique d'hydroxyde de métal alcalin comprise entre 30 et 35 % est

employée.
7/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la quantité

de sulfate de diméthyle est supérieure aux deux tiers des parties équivalentes

basées sur les fonctions hydroxyles de la cyclodextrine.
8/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le rapport

molaire de sulfate de diméthyle sur l'hydroxyde de métal alcalin est supérieur à0,9.
9/ Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport molaire de

sulfate de diméthyle sur l'hydroxyde de métal alcalin est compris entre 1 et

1,1 (inclus).
10/ Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rapport molaire de

sulfate de diméthyle sur l'hydroxyde de métal alcalin est compris entre 1 et

1,02 (inclus).
11/ Procédé selon l'une des revendication 1 à 10, caractérisé en ce que la

température de réaction est comprise entre 0 et 60 "C.
12/ Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la température de

réaction est comprise entre 4 et 10"C.
13/ Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la température de

réaction est comprise entre 5 et 80C.
14/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la réaction

de méthylation de 1'alpha-cyclodextrine, de la bêta-cyclodextrine, de la

gamma-cyclodextrine ou d'un sel de ces cyclodextrines est mise en oeuvre

dans les conditions suivantes:

- une concentration massique d'hydroxyde de métal alcalin comprise entre

30 et 50 % et de préférence entre 30 et 35 %

- une quantité de sulfate de diméthyle additionné progressivement,

supérieure aux deux tiers des parties équivalentes basées sur les fonctions

hydroxyles de la cyclodextrine ou de son sel;;

- un rapport molaire - sulfate de diméthyle sur hydroxyde de métal alcalin

-compris entre 0,9 et 1,1, de préférence entre 1 et 1,1, de préférence

encore entre 1 et 1,02

- une température réactionnelle inférieure à 10 C, de préférence comprise

entre 4 et 10 C, de préférence encore entre 5 et 8"C.

l'obtention des PMCD selon l'invention.

- l'émulsifiant devra être ajouté seulement s'il est indispensable à
15/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la quantité

de sulfate de diméthyle est choisie inférieure à 105 parties équivalentes basées

sur les fonctions hydroxyles de la cyclodextrine, quand cette dernière est la

bêta-cyclodextrine.
16/ Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la quantité de sulfate

de diméthyle est comprise entre 30 et 60 parties équivalentes basées sur les

fonctions hydroxyles de la bêta-cyclodextrine.

ou totalement méthylées possédant un degré de méthylation supérieur.

à une réaction de méthylation afin d'obtenir des cyclodextrines partiellement

méthylation conformément aux revendications 1 à 16, sont soumises à nouveau

cyclodextrines partiellement méthylées, obtenues à l'issue de la réaction de
17/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les
18/ Cyclodextrines partiellement méthylées, obtenues au moyen du procédé selon

l'une des revendications 1 à 17.
19/ Cyclodextrines partiellement méthylées (PMCD) obtenues au moyen du

procédé selon la revendication 14, 15 ou 16 et présentant les caractéristiques

suivantes:

- répartition resserrée des dérivés de masse moléculaire différente;

- pas plus de deux taches par chromatographie en couche mince sur silice à

l'aide d'un éluant composé d'un mélange de chloroforme, méthanol

90:10 (V/V)

- degré moyen de méthylation de 40 % au moins des dérivés PMCD égal

à 2 par unité glucose, la mesure du degré de méthylation étant effectuée à

l'aide d'un spectomètre de masse en mode électrospray.

et 15.

70 % au moins des dérivés PMCD ont un degré moyen de méthylation de 14

moins des dérivés PMCD ont un degré moyen de méthylation de 14 et

substitutions avec une prédominance de deux dérivés de sorte que 40 % au

caractérisées en ce qu'elles comprennent des dérivés contenant de 11 à 21
20/ Bêta-cyclodextrines partiellement méthylées selon la revendication 18 ou 19,

fonctions alcool variant de 68 à 72 %.

selon la revendication 14, 15 ou 16 et présentant un taux de méthylation des

cyclodextrine (alpha-, bêta- ou gamma-) non salifiée et au moyen du procédé
21/ Cyclodextrines partiellement méthylées (PMCD) obtenues à partir de

PMCD ayant un degré moyen de méthylation de 15 et 16.

ayant un degré moyen de méthylation de 16 et 40 % au moins de dérivés

selon la revendication 17, composées de 20 % au moins de dérivés PMCD
22/ Bêta-cyclodextrines partiellement méthylées obtenues au moyen du procédé

définies dans les revendications 19, 20, 21 et 22.

obtenues au moyen du procédé selon l'une des revendications 1 à 17 ou

ou peu solubles dans l'eau avec des cyclodextrines partiellement méthylées,
23/ Complexes d'inclusion solubles dans l'eau de composés organiques insolubles
24/ Solutions aqueuses de complexes d'inclusion solubles dans l'eau selon la

revendication 23.
25/ Complexes d'inclusion solubles en milieu organique formés des composés

organiques et des cyclodextrines partiellement méthylées obtenues au moyen

du procédé selon l'une des revendications 1 à 17 ou définies dans les

revendications 19, 20, 21 et 22.
26/ Solutions organiques de complexes d'inclusion selon la revendication 25.
27/ Préparations médicamenteuses, cosmétiques, chimiques, agro-alimentaires ou

autres, caractérisées en ce qu'elles contiennent des complexes d'inclusion

solubles dans les milieux aqueux ou organiques selon la revendication 23 28/ Application des cyclodextrines partiellement méthylées obtenues au moyen du

procédé selon l'une des revendications 1 à 17 ou conformes aux revendications

19 à 22 dans les milieux organiques ou aqueux:

- en vue d'améliorer:

- l'extraction de composés par voie chimique ou par voie physique;

- la réactivité chimique;

-la catalyse;

- le partage entre les phases non-miscibles; - ou en tant qu'agent émulsifiant.