ITRM990310A1 - Procedimento per la preparazione di r-(-)-carnitina a partire dall'acido s-(-)-clorosuccinico. - Google Patents

Description

La presente invenzione riguarda un procedimento per la preparazione di R-(-)-carnitina (L-(-)-camitina o R-(-)-3-idrossi-4-(trimetilammonio) butanoato), di seguito chiamata, per brevità, L-carnitina, a partire dall’acido S-(-)-clorosuccinico.

Come noto, la camitina possiede un atomo di carbonio asimmetrico e l’enantiomero L-camitina è l’isomero presente negli organismi viventi, dove è essenziale per il metabolismo degli acidi grassi e funziona attivamente nel trasporto degli stessi attraverso le membrane mitocondriali. Per questa ragione la L-camitina, oltre ad essere un farmaco salvavita per coloro che soffrono di una sua carenza di origine genetica ed essere utilizzata nei casi di una sua deficienza temporanea, quale, ad esempio, quella che si ha dopo emodialisi (US 4,272,549, Sigma-Tau), riveste un ruolo importante nel metabolismo energetico ed è considerata un prodotto naturale e non tossico in grado di migliorare la funzionalità cardiaca. Viene quindi utilizzata come farmaco di supporto nel trattamento di diverse malattie cardiache quali ischemia, angina pectoris, aritmie, etc. (US 4,649,159 e US 4,656,191 Sigma-Tau). La L-camitina e derivati semplici della stessa, hanno trovato inoltre significative applicazioni come ipolipidemizzanti, anticonvulsivanti e conservanti di emoderivati. Recentemente un suo derivato, la propionil-L-camitina (Dromos®), è uscito sul mercato italiano per la cura della “claudicatio intermittens” (US 4,968,719, EP 0793962, Sigma-Tau).

E<* >in grande crescita anche l’utilizzo della L-camitina come integratore alimentare nel campo dei cosiddetti “health foods” o “nutraceuticals”. ;Tutto questo spiega perchè la L-camitina venga prodotta industrialmente in grande quantità e spiega anche come siano stati numerosi i tentativi per migliorare la sintesi industriale della stessa in termini di costo del prodotto. ;Da un punto di vista generale, le vie di sintesi percorribili per arrivare alla L-camitina sono essenzialmente tre. ;La prima, partendo da composti non chirali o racemici, passa attraverso intermedi racemici, a livello di uno dei quali avviene la separazione delTenantiomero utile, con metodi noti agli esperti nell’arte. ;Questa via, sebbene possa contare su materiali di partenza di costo relativamente basso, ad esempio la carnitinammide racemica (US 4,254,053, Sigma-Tau); il 2,3-dicloro-l-propanolo racemico (N. Kasai e K. Sakaguchi, Tetrahedron Lett. 1992, 33, 1211); l’acido 3-butenoico (D. Bianchi, W. Cabri, P. Cesti, F. Francalanci, M. Ricci, J. Org. Chem., 1988, 53, 104); il 3-cloro-2-idrossi-trimetilammonio cloruro racemico (R. Voeffray, J.C. Perlberger, L. Tenud e J. Gosteli, Helv. Chim. Acta, 1987, 70, 2058); la epicloridrina racemica (H. Lóster e D.M. Muller, Wiss. Z. Karl-Marx-Univ. Leipzig Math.-Naturwiss. R. 1985, 34, 212); il dichetene (L. Tenud, Lonza, DE 2.542.196, 2.542.227 e DE 2.518.813), ha il grave inconveniente di richiedere, nel momento in cui si vuole isolare da una miscela racemica l’enantiomero utile, la perdita teorica di almeno il 50% del' prodotto sul quale si opera la separazione suddetta. In pratica poi le rese, in questo passaggio, sono notevolmente inferiori (US 4,254,053, Sigma-Tau) e c’è l’inconveniente di dover recuperare il composto chirale usato per la separazione del racemo. ;La seconda via, partendo sempre da composti non chirali, “crea” il centro chirale della configurazione voluta, operando un passaggio in ambiente chirale, vuoi ad opera di un catalizzatore (H.C. Kolb, Y.L. Bennani e K.B., Sharpless, Tetrahedron: Asymmetiy, 1993, 4, 133; H. Takeda, S. Hosokawa, M. Aburatani e K. Achiwa, Synlett, 1991, 193; M. Kitamura, T. Ohkuma, H. Takaya e R. Noyori, Tetrahedron Lett., 1988, 29, 1555), vuoi ad opera di un enzima (US 4,707,936, Lonza). Questa via soffre delTalto prezzo dei catalizzatori e del fatto che, nel momento in cui si crea il centro chirale per via catalitica, non si riesce normalmente ad avere l’enantiomero puro, ma si ottengono miscele, con eccessi enantiomerìci variabili dell’isomero utile, con tutte le conseguenti difficoltà di separare due sostanze con caratteristiche chimico-fisiche uguali. Nel caso dell’utilizzo di microorganismi in reattori a ciclo continuo, la trasformazione dei prodotti di partenza nei prodotti finali non è mai completa e il prodotto finale deve essere purificato scrupolosamente da tutte le impurezze organiche di origine cellulare, pericolose in quanto potenziali allergeni. ;La terza via* prevede l’utilizzo di un prodotto di partenza chirale, che viene trasformato nella L-carnitina attraverso una serie di reazioni che, se interessano il centro chirale, devono essere stereospecifiche, il che vuol dire che la stereochimica di detto centro deve essere mantenuta o invertita completamente durante la reazione, cosa non sempre facile da ottenere. Se il passaggio sintetico non interessa invece il centro chirale, l’eccesso enantiomerico (ee) del prodotto di arrivo deve essere uguale, o molto vicino, a quello del prodotto di partenza, il che vuol dire che si debbono accuratamente evitare condizioni di reazione “racemizzanti”.

Un’altra limitazione è il costo dei prodotti di partenza chirali, normalmente molto più alto di quello dei prodotti non chirali. Queste difficoltà hanno fatto sì che nessuno dei diversi procedimenti a partire da prodotti chirali quali, ad es., la R-(-)-epicloridrina (M.M. Kabat, A.R. Daniewski e W. Burger, Tetrahedron: Asymmetry, 1997, 8, 2663); il D-galattono- 1,4 -lattone (M. Bols, I. Lundt e C. Pedersen, Tetrahedron, 1992, 48, 319); l’acido R-(-)-malico (F.B. Bellamy, M. Bondoux, P. Dodey, Tetrahedron Leti. 1990, 31, 7323); l’acido R-(+)-4-cloro-3-idrossi-butirrico (C.H. Wong, D.G. Drueckhammer e N.M. Sweers, J. Am. Chem. Soc., 1985, 107, 4028; D. Seebach, F. Giovannini e B. Lamatsch, Helv. Chim. Acta, 1985, 68, 958; E. Santaniello, R. Casati e F. Milani, J. Chem. Res., Synop., 1984, 132; B. Zhou, A.S. Gopalan, F.V. Middlesworth, W.R. Shieh e C.H. Sih; J. Am. Chem. Soc., 1983, 105, 5925); la 4-idrossi-L-prolina (P. Renaud e D. Seebach, Synthesis, 1986, 424); il (-)-β-ρΐηεηε (R. Pellegata, I. Dosi, M. Villa, G. Lesma e G. Palmisano, Tetrahedron, 1985, 41, 5607); 1’ acido L-ascorbico 0 l’arabinosio (K. Bock, I, Lundt e C. Pederson; Acta Chem. Scand., Ser. B, 1983, 37, 341); il D-mannitolo (M. Fiorini e C. Valentini, Anic, EP 60.595), sia stato finora utilizzato per la produzione industriale di L-camitina.

Un caso a parte è costituito dal brevetto italiano n. 01256705 della Sigma-Tau, che può essere considerato un misto della prima e della terza via. Viene infatti descritta la preparazione della L-carnitina a partire dalla D-(+)-carnitina, ottenuta come materiale di scarto del processo di preparazione della L-(-)-carnitina per risoluzione della camitinammide miscela racemica, per mezzo dell’acido canforico (US 4,254,053, Sigma-Tau).

I riferimenti bibliografici e brevettuali sopra riportati, danno solo un’idea della mole di lavoro fatta per trovare una sintesi economicamente vantaggiosa della L-carnitina. Sta di fatto che i soli due procedimenti risultati industrialmente ed economicamente validi, sono quelli utilizzati dai due maggiori produttori di L-carnitina, Sigma-Tau e Lonza, descritti nei due brevetti sopra citati, US 4,254,053 e US 4,708,936, che risalgono rispettivamente al 1978 e al 1987.

È stato ora trovato un procedimento che parte da un prodotto chirale e risolve tutti i problemi della “terza via”, vale a dire quello del costo del prodotto di partenza e quelli della stereo e regiospecificità delle reazioni necessarie per passare dall’acido S-(-)-clorosuccinico alla L-carnitina. La L-carnitina che si ottiene è infatti particolarmente pura, con una percentuale di D-camitina ≤ 0.2%. Altro vantaggio di questo procedimento è che non è previsto l’utilizzo di colonne, vuoi a scambio ionico che cromatografiche, sempre problematico quando si devono preparare prodotti a livello industriale (“bulk”).

Pertanto è un oggetto della present invenzione un procedimento per la preparazione di L-carnitina sale interno che comprende la trasformazione di acido S-(-)-clorosuccinico in L-carnitina attraverso la anidride S-(-)-clorosuccinica.

In particolare, la presente invenzione si riferice a un procedimento per la preparazione di L-camitina sale interno che comprende i seguenti stadi:

a) trasformare l’acido S-(-)-clorosuccinico nella corrispondente anidride S-(-)-clorosuccinica;

b) ridurre l’anidride S-(-)-clorosuccìnica con un idruro misto, in presenza di un solvente, con ottenimento di un composto che, senza venire isolato, viene direttamente convertito in L-camitina sale interno per trattamento con un idrossido alcalino e trimetilammina.

Lo schema di reazione che illustra il procedimento oggetto della presente invenzione è il seguente:

L’acido S-(-)-clorosuccinico 1 può essere preparato con buone rese e con reazione stereo specifica, ad es., dall’acido L-aspartico (acido S-(+)-aspartico) (J.A. Frick, J.B. Klassen, A. Bathe, J.M. Abramson e H. Rapoport, Synthesis, 1992, 7, 621 e letteratura ivi riportata), comunque questo preagente è acquistabile sul mercato a basso prezzo.

L’anidride S-(-)-clorosuccinica 2, che viene ottenuta dall’acido S-(-)-clorosuccinico 1 convertendo l’acido bicarbossilico in un’anidride, è un composto nuovo e pertanto la presente invenzione comprende detto composto come intermedio di reazione nel procedimento qui descritto. La conversione avviene trattando l’acodi S-(-) -clorosuccinico con un agente disidratante, preferibilmente con acetile cloruro/acido acetico o con anidride acetica, ad una temperatura compresa tra la temperatura ambiente e i 90 °C. Sono possibili altri modi di conversione, con altri reattivi, mezzi e condizioni di reazione, che il tecnico esperto può dedurre dalle proprie conoscenze generali.

La camitina sale interno 3 viene a sua volta ottenuta all’anidride S-(-)-clorosuccinica 2 per riduzione con un idruro misto, preferibilmente NaBH4, in un mezzo di reazione adeguato, quale un solvente organico, preferibilmente aprotico, ad esempio, tetraidrofurano (THF), diossano, acetato di etile (EtOAc) o una miscela di un solvente organico e di acqua, e reazione del grezzo così ottenuto con sodio idrossido e trimetilammina acquosi, a temperature variabili tra i 40 °C e i 120 °C, preferibilmente tra i 60 °C e i 100 °C.

La L-camitina sale interno 3 può essere salificata con un acido “esterno”, come schematizzato di seguito:

dove Χ<θ >è, ad es., uno ione alogenuro (preferibilmente cloruro), un solfato acido, un metansolfonato o un fumarato acido,

oppure

dove è il controione di un acido bicarbossilico come, ad es., lo ione tartrato o lo ione mucato.

Naturalmente sono possibili tutte le salificazioni con i controioni adeguati, normalmente controioni di acidi non tossici, accettati per gli usi farmaceutici, alimentari, zootecnici e per gli usi previsti per la L-camitina e suoi derivati, ad esempio acil camitine, esteri di carnitina ed esteri di acil carnitina.

Il seguente esempio illustra ulteriormente la presente invenzione.

ESEMPIO

Anidride s-i-1-clorosucclnica 2

Una sospensione di 53 g (0,347 moli) di acido S-(-)-clorosuccinico 1 in 38 mL (0,40 moli) di anidride acetica, venne tenuta sotto agitazione a 70 °C fino a completa dissoluzione del solido e quindi l’acido acetico e l’eccesso di anidride acetica vennero distillati sotto vuoto. A questo punto l’anidride S-(-)-clorosuccinica 2 potè essere recuperata per filtrazione, dopo trattamento con cicloesano o con acqua e ghiaccio, oppure per distillazione a 0,5 mmHg. In tutti i casi si ottennero rese intorno al 95% (=

44 4 g) (ee > 99%)

L-carnitina sale interno 3

Ad una sospensione di 6,13 g (0,162 moli) di NaBH4 in 18 mL di THF anidro, tenuta a 0 °C, vennero aggiunti, sotto forte agitazione, 43,4 g (0,323 moli) di anidride S(-)-clorosuccinica 2 in 90 mL di THF anidro. La sospensione/ soluzione venne agitata per 8 h alla temperatura suddetta e quindi si aggiunse NaOH 4N in due porzioni, la prima per arrivare a pH 7,5 e la seconda, dopo avere evaporato il solvente organico sotto vuoto, per arrivare ad un’aggiunta complessiva di 0,484 moli di NaOH (in totale, 121 mL). Alla soluzione suddetta vennero aggiunti 51 mL (0,337 moli) di soluzione acquosa al 40% di Me3N, il tutto venne trasferito in un recipiente chiuso e tenuto per 16h a 70 °C. Al termine della reazione, la trimetilammina residua venne eliminata per evaporazione sotto vuoto e quindi vennero aggiunti 80,75 mL (0,323 moli) di NaOH 4N. La soluzione, contenente L-carnitina sale interno, assieme a circa un 8% di impurezze (principalmente ac. fumarico, ac. maleico, ac. idrossicro tonico, D-camitina) e a cloruro di sodio, venne desalinizzata attraverso elettrodialisi o di nanofiltrazione e quindi tirata a secco sotto vuoto. Si ottennero 38,5 g di un grezzo che venne cristallizzato da alcol isobutilico a dare 31,4 g (60,4%) di L-carnitina sale interno pura.(ee > 99,6%).

L-carnitina cloruro

La reazione venne ripetuta tal quale a quella descritta sopra, solo che, al termine della reazione in recipiente chiuso, il contenuto, dopo raffreddamento, venne tirato a secco sotto vuoto. Il residuo venne ripreso con 53,5 mL (0,646 moli) di HC1 37% e tirato di nuovo a secco sotto vuoto. Il residuo venne ripreso con etanolo due volte; la prima con 200 mL e la seconda con 60 mL, decantando/filtrando entrambe le volte. Le soluzioni etanoliche riunite vennero concentrate sotto vuoto ad un volume di circa 50 mL al quale vennero aggiunti 600 mL di acetone per precipitare la L-carnitina cloruro. Dopo una notte a t.a. il solido venne filtrato per avere 47,8 g di L-camitina cloruro grezza. Per cristallizzazione da isopropanolo si ottennero 38,5 g (60,4%) di L-camitina cloruro pura (ee > 99,6%).

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la preparazione della L-carnitina sale interno secondo lo schema di reazione seguente:

   3 comprendente i seguenti stadi: a) trasformare l’acido S-(-)-clorosuccinico nella corrispondente anidride S-(-)-cIorosuccinica; b) ridurre Tanidride S-(-)-clorosuccinica con un idruro misto, in presenza di un solvente, con ottenimento di un composto che, senza venire isolato, viene direttamente convertito in L-carnitina sale interno per trattamento con un idrossido alcalino e trimetilammina.
2. 2. Procedimento della rivendicazione 1, in cui la trasformazione nello stadio a) avviene con un agente disidratante.
3. 3. Procedimento della rivendicazione 2, in cui detto agente disidratante è scelto nel gruppo che consìste di acetile cloruro/acido acetico e anidride acetica, ad una temperatura compresa tra la temperatura ambiente e 90 °C.
4. 4. Procedimento della rivendicazione 1, in cui, nello stadio b), il solvente è un solvente organico aprotico o una miscela di un solvente organico e di acqua.
5. 5. Procedimento della rivendicazione 4, nel quale detto solvente aprotico è scelto nel gruppo che consiste di tetraidrofurano, diossano e acetato di etile.
6. 6. Procedimento della rivendicazione 1 o una qualsiasi delle rivendicazioni 4-5, in cui, nello stadio b), detto idruro misto è NaBH4.
7. 7. Anidride S-(-)-clorosuccinica come intermedio nel procedimento delle rivendicazioni 1-6.