FR2806929A1 - Nouveaux supports chromatographiques a base de cyclodextrines, leur procede de preparation et leurs applications - Google Patents

Nouveaux supports chromatographiques a base de cyclodextrines, leur procede de preparation et leurs applications Download PDF

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Yann Prigent
Jean Claude Combret
Yvette Combret
Francois Blondel
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Chiralsep Sarl
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Abstract

La présente invention concerne de nouveaux supports chromatographiques de grande pureté à base de cyclodextrines natives ou modifiées, liées régiosélectivement en position 2, 3 ou 6 à un gel de silice par l'intermédiaire d'un bras espaceur contenant un hétéroatome. Elle concerne également leur procédé de fabrication et leurs applications.

Description

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NOUVEAUX SUPPORTS CHROMATOGRAPHIQUES A BASE DE CYCLODEXTRINES, LEUR PROCEDE DE PREPARATION ET
LEURS APPLICATIONS.
La présente invention a pour objet de nouveaux supports chromatographiques à base de cyclodextrines natives ou de cyclodextrines modifiées, liées régiosélectivement en position 2,3 ou 6 à un gel de silice par l'intermédiaire d'un bras espaceur contenant un hétéroatome.
L'état antérieur de la technique est notamment représenté par les brevets EP 608 703 et US 4,539,399, qui décrivent des supports chromatographiques à base de cyclodextrines. Ces supports ne sont pas définis chimiquement car ils se présentent sous forme de mélanges.
Plus spécifiquement, les nouveaux supports chromatographiques selon l'invention sont à base de cyclodextrines a, ss ou y, natives ou modifiées, liées de façon covalente à un gel de silice par l'intermédiaire d'un bras espaceur hydrocarboné contenant un hétéroatome de soufre.
Ces supports, outre le fait qu'ils soient nouveaux, permettent d'atteindre des performances chromatographiques
Figure img00010001

tout à fait intéressantes qui sont dues à la régiosélecrivité de l'introduction de la liaison sur le motif glucosidique de la cyclodextrine ainsi qu'à la pureté de la cyclodextrine monosubstituée mise en oeuvre pour réaliser la synthèse du bras espaceur. Les supports chromatographiques selon l'invention sont obtenus avec une grande pureté ce qui les différencient complètement des autres supports décrits dans l'art antérieur qui ne sont en fait que des mélanges.
Ces supports chromatographiques, à base de
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cyclodextrines liées régiosélectivement à un gel de silice par l'intermédiaire d'un bras espaceur sont utilisés comme phase stationnaire dans divers types de chromatographies comme par exemple : - la chromatographie liquide sur couche mince, sur colonne, haute pression (HPLC), basse et moyenne pression, - l'électrophorèse, - la chromatographie gazeuse sur colonne remplie ou capillaire, - la chromatographie super ou sub-critique, pour la séparation d'une très large variété de composés organiques ou minéraux et, plus particulièrement, pour la séparation d'énantiomères, de diastéroisomères, d'épimères, d'isomères géométriques ou de polymères.
Ces phases pourront être utilisées pour des séparations analytiques ou préparatives.
Les supports chromatographiques selon l'invention possèdent la structure chimique de formule (I) :
Figure img00020001

dans laquelle : X représente Si, Zr, Ti, Mg ou Al, Rl, R2 , identiques ou différents, représentent un atome d'halogène ou un groupement alkyle en C1-C6 linéaire ou ramifié, alkoxy en C1-C6 linéaire ou ramifié, hydroxy, aryle
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éventuellement substitué par un ou plusieurs, substituants identiques ou différents, choisis dans le groupe comprenant les atomes d'halogène, les groupements alkyle, alkoxy, hydroxy, trihalogénoalkyle, p est un nombre entier de 1 à 20, de préférence de 2 à 5, R3 représente un groupement alkylènyle en C3-C8 ou arylènyle éventuellement substitué par un groupement alkyle en C3-Cg.
CD représente : - une cyclodextrine native de formule (II), (III) ou (IV) :
Figure img00030001

dans laquelle n = 6 (a-cyclodextrine) ; n = 7 ss- cyclodextrine ou n = 8 (y-cyclodextrine), ou - une cyclodexzrine modifiée de formule (V), (VI), ou (VII)
Figure img00030002
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dans laquelle : - n a la même signification que dans les formules (II), (III) ou (IV), - Z1 représente -Y1W1, - Z2 représente -Y2W2, - Z3 représente -Y3W3 et - Yi, Y2, Y3, identiques ou différents, représentent un atome d'oxygène, de soufre ou un groupement amino, - W1, W2, W3 identiques ou différents représentent : - un groupement A2-A1A-, dans lequel : - A représente -CO- ou-CS-, - A1 représente une liaison ou un groupement amino, - A2 représente un groupement alkyle en C1-C24 linéaire ou ramifié, éventuellement substitué par un groupement aryle ou un groupement aryle éventuellement substitué par un groupement alkyle en C1-C24 linéaire ou ramifié, étant entendu que les groupements aryles peuvent également être substitués par un ou plusieurs, identiques ou différents, atomes d'halogène, ou groupements alkyle en C1-C6 linéaire ou ramifié, alkoxy en C1-C6 linéaire ou ramifié, hydroxy, trihalogénoalkyle en Ci-C6 linéaire ou ramifié, - un groupement alkyle en Cl-C24 linéaire ou ramifié, - un groupement cycloalkyle en C3-C8, ou - un groupement hétérocyclique.
Le groupement aryle préféré est le groupement phényle éventuellement substitué.
La très grande pureté des supports chromatographiques selon l'invention les rend plus particulièrement utiles pour
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la séparation d'énantiomères à partir de mélanges racémiques.
L'invention s'étend également au procédé d'obtention des supports chromatographiques de formule (I).
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on réalise dans une première étape la synthèse d'un gel de silice portant un groupement mercaptoalkyle que l'on greffe dans une deuxième étape sur une cyclodextrine pure substituée par une chaîne éthylénique.
L'utilisation de dérivés de cyclodextrines purifiées permet d'obtenir des supports de structure chimique parfaitement définie.
La synthèse est illustrée par le schéma suivant : Etape 1
Figure img00050001

Etape 2
Figure img00050002
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Dans les composés de formule (X) , p a la même signification que dans la formule (I) et CD a la même signification que dans la formule (I) , c'est-à-dire représente l'une quelconque des formules (II), (III), ou (IV) pour les cyclodextrines natives, (V), (VI) ou (VII) pour les cyclodextrines modifiées.
Ainsi, les composés de formule (X) peuvent être représentés pour les formules (Xa) à (Xf) :
Figure img00060001
Figure img00060002

avec n = 6 a-cyclodex-crine n = 7 (3-cyclodexrine n = 8 y-cyclodexrine
Figure img00060003
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Les cyclodextrines pures de formules (Xa), (Xb), (Xc), sont obtenues selon le schéma suivant :
Figure img00070001
Figure img00070002

avec T = Cl, 3r, , Losyle, mésyle
Cette réaction est conduite en présence de NaOH/ DMSO ou de NaH/DMF, pendant 1 à 10 jours à la température ambiante.
Le mélange obtenu qui comprend (Xa), (Xb), (Xc) e des cyclodextrines polysubsituées, est ensuite purifié par chromatographie liquide préparative sur gel de silice aminopropyle, en utilisant comme solvant d'éluion un mélange
Figure img00070003

eau/acétoniirile 60/40.
On obtient ainsi, séparément les cyclodextrines pures (Xa), (Xb) et (Xc).
La pureté des cyclodextrines (Xa) (Xb) (Xc) a été vérifiée selon les techniques chromatographiques usuelles.
Les cyclodextrines modifiées pures de formule (Xd), (Xe), (Xf) sont obtenues selon le procédé précédent ou à partir des cyclodextrines natives pures de formules (Xa), (Xb) ou (Xc).
Les exemples suivants illustrent l'invention mais ne la limitent en aucune façon.
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Exemple 1 : Support chromatographique de P-cyclodextrine native mono-2-0-penténylée
Stade A : (3-cyclodextrine mono-2-0-penténylée
17,02 g de (3-cyclodextrine séchée sous vide à 60 C sont mis en solution dans 80 ml de diméthylsulfoxide anhydre, 0,9 g d'hydroxyde de sodium en pastilles sont ajoutés au milieu réactionnel et une agitation vigoureuse est maintenue pendant 24 heures sous atmosphère inerte. On ajoute ensuite à l'aide d'une seringue 3,55 ml de 5-bromopent-1-ène et le mélange réactionnel est agité à température ambiante pendant 48 heures puis versé goutte à goutte dans 5 000 ml d'acétone. Après filtration et lavage à l'acétone puis à l'éther diéthylique, on obtient une poudre blanche qui est séchée au dessiccateur sous vide sur P2O5 (17,32 g).
L'analyse par chromatographie sur couche mince sur des plaques de silice vierge avec un éluant composé d'une solution d'ammoniaque à 30 %/ éthanol/ isopropanol (2/1/1) révèle principalement deux taches (Rf - 0,5 (P-cyclodextrine native) et Rf = 0,80 ((3-cyclodextrine mono-2-0penténylée) d'intensité égale. La révélation est réalisée par chauffage après pulvérisation d'une solution d'acide sulfurique à 5 % dans l'éthanol.
La purification du produit obtenu est réalisée en chromatographie préparative sur une colonne de silice aminopropyle (100 x 15 cm) avec une phase mobile eau/acétronitrile (60/40) sous une pression de 0,8 bar.
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C : 8, 32
H : 1,16 % ce qui indique après soustraction des pourcentages de la silice thiol un taux de greffage de 0,054 mmol/g.
Exemple 2: Support chromatographique dérivé d'une sscyclodextrine 2,3-acétylée 6-penténylée
Pour pentényler la cyclodextrine en position 6 (afin de greffer sur la silice thiol la cyclodextrine par un hydroxyle en position 6), il est nécessaire dans un premier temps de protéger les hydroxyles en postion 6.
Stade A : P-cyclodextrine 6-0-silylée
6,5 g de P-cyclodextrine et 5,2 g d'imidazole sont mis en solution dans 100 ml de pyridine. Quand les deux réactifs sont dissous, 9,2 g de chlorodiméthyltert-butysilane en solution dans 36 ml de pyridine sont ajoutés au mélange réactionnel goutte à goutte par l'intermédiaire d'une ampoule à brome. L'agitation est maintenue 2 heures à température ambiante.
Le mélange est alors versé dans un mélange eau/glace (500 ml). Un précipité blanc est formé. Il est filtré sur fritté porosité 4 et lavé avec 100 ml d'eau. Le précipité est repris dans 100 ml de chloroforme et lavé avec 60 ml d'une solution d'acide chlorhydrique à 3 %, 60 ml d'une solution saturée en hydrogénocarbonate de sodium, et 120 ml d'eau.
La phase organique est séchée sur sulfate de magnésium.
Après filtration et évaporation, un solide blanc est obtenu (masse 10,04 g).
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Rendement de la réaction : 90 % Stade B : -cyclodextrine 2,3-di-0-acétylée-6-0-silylée
10 g de la cyclodextrine protégée en position 6 et 100 ml d'anhydride acétique sont mis en solution dans 100 ml de dichlorométhane. La réaction est portée à reflux pendant 4 heures. Le milieu est évaporé sous vide et un solide est récupéré (masse 10,25 g).
Rendement de la réaction : 79 Stade C : P-cyclodextrine 2,3-di-0-acétylée
10,25 g de cyclodextrine acétylée silylée obtenue au stade précédent et 10,2 ml d'une solution de trifluorure de bore dans l'éther sont mis en solution dans 200 ml de dichlorométhane. L'agitation est maintenue à température ambiante pendant 8 heures.
Le mélange réactionnel est versé sur un mélange eau/glace (200 ml). Après décantation, la phase organique est lavée avec 200 ml d'eau, 200 ml d'une solution d'hydrogénocarbonate de sodium et 200 ml d'eau. Elle est ensuite séchée sur sulfate de magnésium, filtrée et évaporée.
Un solide marron clair est obtenu (masse 6,4 g).
Rendement de la réaction : 91 %.
Stade D : -cyclodextrine 2,3-di-0-acétylée-6-penténylée
6 g de cyclodextrine acétylée obtenue au stade précédent sont mis en solution dans 200 ml de DMSO, puis 1g de soude
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(très hydroscopique) est ajouté rapidement au milieu réactionnel. L'agitation est maintenue entre 24 et 36 heures.
5,45 g de bromure de pentényle sont alors ajoutés au mélange et la réaction est poursuivie pendant 4 jours à température ambiante. 600 ml d'eau sont ajoutés et le mélange est extrait avec 4 fois 70 ml de dichlorométhane. Les phases organiques sont réunies et séchées sur sulfate de magnésium. Une huile visqueuse est: obtenue.
Stade E: Support chromatographique dérivé d'une cyclodextrine 2,3-acétylée 6-penténylée
6 g de cyclodextrine obtenue au stade précédent et 4 g de silice modifiée sont mises en suspension dans 40 ml de chloroforme. 0,11 g d'AIBN sont ajoutés et le milieu réactionnel est porté à reflux pendant 4 jours. La silice dérivée est ensuite filtrée sur fritté porosité 4, et lavée avec 3 fois 30 ml de méthanol, 3 fois 30 ml de dichlorométhane, 3 fois 30 ml d'acétonitrile et 3 fois 30 ml de diéthyléther.
En considérant une cyclodextrine acétylée sur toutes les positions 2 et 3 et penténylée sur une position 6, le taux de greffage calculé à partir de l'analyse élémentaire est de 0,0375 mmol de cyclodextrine par gramme de silice modifiée.
Remplissage d'une colonne de 25 cm x 4,6 mm :
Solvant de suspension : toluène ;
Solvant de poussée : acétone ;
Pression : 550 bars.
Les supports synthétisés dans les conditions de l'exemple 1 et de l'exemple 2 sont ensuite conditionnés dans
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des colonnes de 250 x 4,6 mm (longueur par diamètre intérieur) et testés en phase liquide pour la séparation chromatographique des diverses molécules suivantes: éthylphénylhydantoïne, propylphénylhydantoïne, Indapamide et Dansylleucine, la Dansylleucine n'ayant pas été testée avec le support de l'exemple 2.
Les données chromatographiques utilisées sont les suivantes : - k'1 et k'2 sont les facteurs de capacité, c'est-à-dire que, si i = 1 ou 2, k'i = (tR1-t0)/t0, tRl étant le temps de rétention du composé i et to le temps mort; a est le facteur de sélectivité : a = (tR2-to)/(tRi-to)=k'2/k'l - Rs est le facteur de résolution :
RS = (1/4) x [(a-1)/a] x [(k'2)/(1+k'2)] x (N)1/2 - N étant le nombre de plateaux déterminé d'après les grandeurs chromatographiques mesurées sur chromatogramme.
SUPPORT de l'exemple 1 Phase mobile méthanol/eau 10/90 éluée au travers de la colonne à un débit de 1 ml/min.
Température : 22 C.
Détection : U. V. à 254 nm.
Echelle de densité optique : 0,2.
Figure img00130001
<tb>
<tb>
Support <SEP> Ethylphenyl <SEP> Propylphenyl <SEP> Indapamide <SEP> Dansylleucine
<tb> Exemple <SEP> 1 <SEP> hydantoine <SEP> hydantoine
<tb> k'1 <SEP> 3,50 <SEP> 5,01 <SEP> 5,81 <SEP> 0,30
<tb> K'2 <SEP> 3, <SEP> 96 <SEP> 6,03 <SEP> 6,59 <SEP> 0,57
<tb> [alpha]1,13 <SEP> 1,19 <SEP> 1,13 <SEP> 1,92
<tb>
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SUPPORT de l'exemple 2 Phase mobile méthanol/eau 20/80 éluée au travers de la colonne à un débit de lml/min.
Température : 22 C.
Détection : U. V. à 254 nm.
Echelle de densité optique : 0,2
Figure img00140001
<tb>
<tb> Support <SEP> Ethylphenyl <SEP> Propylphenyl <SEP> Indapamide
<tb> Exemple <SEP> 2 <SEP> hydantoïne <SEP> hydantoine
<tb> k'1 <SEP> 4,38 <SEP> 7,10 <SEP> 12,0
<tb> K'2 <SEP> 5,56 <SEP> 8,46 <SEP> 15,2
<tb> [alpha]1,27 <SEP> 1,19 <SEP> @ <SEP> 1,27
<tb>
L'invention porte également sur des procédés chromatographiques mettant en #uvre des supports chromatographiques conformes à l'invention et des éluants choisis dans le groupe comprenant les liquides, les gaz et les fluides à l'état supercritique ou subcritique, pour la séparation d'énantiomères, de diastéréoisomères, d'isomères géométriques, d'isomères de position, de molécules organiques, organométalliques ou d'espèces ioniques ou minérales.

Claims (7)

  1. Figure img00150002
    dans laquelle : X représente Si, Zr, Ti, Mg ou Al RI, R2 , identiques ou différents, représentent un atome d'halogène ou un groupement alkyle en Ci-Ce linéaire ou ramifié, alkoxy en Ci-Cg linéaire ou ramifié, hydroxy, aryle éventuellement substitué par un ou plusieurs, identiques ou différents, atomes d'halogène ou groupements alkyle, alkoxy, hydroxy, trihalogénoalkyle, p est un nombre entier de 1 à 20, de préférence de 2 à 5, R3 représente un groupement alkylènyle en C3-C8 ou arylènyle éventuellement substitué par un groupement alkyle en C3-C8. ; CD représente : - une cyclodextrine native de formule (II), (III) ou (IV) :
    Figure img00150001
    REVENDICATIONS 1/ Supports chromaographiques caractérisés en ce qu'ils possèdent la formule générale (I)
    <Desc/Clms Page number 16>
    Y1, Y2, Y3 identiques ou différents, représentent un atome d'oxygène, de soufre ou un groupement amino, Wi, W2, W3 identiques ou différents représentent : uri -groupemenL A2-A1A-, dans lequel : - A représente -CO- ou-CS-, - A1 représente une liaison ou un groupement amino, - A2 représente un groupement alkyl e en C1-C24 linéaire ou ramifié, éventuellement substitué par un groupement aryle ou un groupement aryle éventuellement substitué par un groupement alkyle en C1-C24 linéaire ou ramifié, étant entendu que les groupements aryles peuvent
    dans laquelle : - n a la même signification que dans les formules (II), (III) ou (IV), - Z1 représente -Y1W1, - Z2 représente -Y2W2, - Z3 représente -Y3W3 et
    Figure img00160001
    dans laquelle n=6 (a-cyclodextrine); n=7 (ss-cyclodextrine) ou n=8 (y-cyclodextrine), ou - une cyclodextrine modifiée de formule (V), (VI), ou (VII).
    <Desc/Clms Page number 17>
    également être substitués par un ou plusieurs, identiques ou différents, atomes d'halogène ou groupements alkyle en Ci-Cg linéaire ou ramifié, alkoxy en C1-C6 linéaire ou ramifié, hydroxy, trihalogénoalkyle en C1-C6 linéaire ou ramifié, - un groupement alkyle en C1-C24 linéaire ou ramifié, - un groupement cycloalkyle en C3-C8, ou - un groupement hétérocyclique.
  2. 2/ Supports chromatographiques selon la revendication 1 caractérisés par le fait que dans la formule (I), CD représente une cyclodextrine native de formule (II), (III) ou (IV) .
  3. 3/ Supports chromatographiques selon la revendication 1 caractérisés par le fait que CD représente une cyclodextrine modifiée de formule (V), (VI) ou (VII).
  4. 4/ Procédé de préparation de supports chromatographiques de formule (I) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on fait réagir un composé de formule (VIII)
    Figure img00170001
    dans laquelle Ri et R2 ont la même signification que dans la formule (I) sur un gel de silice, pour conduire à un gel de
    <Desc/Clms Page number 18>
    CH2 =CH-(CH2)p-CD (X) dans laquelle CD a la même signification que dans la formule (I), pour conduire au support de formule (I).
    dans laquelle R1 et R2 ont la même signification que dans la formule ( I ) , que l'on greffe une cyclodexrine de formule (X) :
    Figure img00180001
    silice de formule (IX) :
  5. 5/ Procédé de préparation selon la revendication 4 de supports chromaographiques de formule (I) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les composés de formule (X) sont les cyclodexrines pures natives ou modifiées de formule (Xa) à (Xf) :
    Figure img00180002
    <Desc/Clms Page number 19>
    Figure img00190001
  6. 6/ Procédé de préparation des cyclodextrines pures de formule (Xa) à (Xf) selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'on purifie un mélange de cyclodextrines natives comprenant (Xa), (Xb), (Xc) et des cyclodextrines natives polysubstituées ou un mélange de cyclodextrines modifiées comprenant (Xd), (Xe), (Xf) et des cyclodextrines modifiées polysubstituées, par chromatographie liquide préparative sur gel de silice aminopropyle.
  7. 7/ Procédés chromatographiques mettant en #uvre des supports chromatographiques selon l'une des revendications 1 à 3 ou préparés selon l'une des revendications 4 ou 5 et des éluants choisis dans le groupe comprenant les liquides, les gaz et les fluides à l'étal. supercritique ou subcritique, pour la séparation d'énantiomères, de diastéréoisomères, d'isomères géométriques, d'isomères de position, de molécules organiques, organométalliques ou d'espèces ioniques ou minérales.
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US7235186B2 (en) * 2002-08-23 2007-06-26 Wacker Chemie Ag Organosilicon compounds comprising cyclodextrin radicals
JPWO2018159791A1 (ja) * 2017-03-02 2020-01-23 国立大学法人大阪大学 ホスト基含有重合性単量体、高分子材料及びその製造方法、並びに、包接化合物及びその製造方法

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