JP2004509834A - β−アラニンアミドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、β−アラニンのアミド化合物、とくにジペプチド、たとえばカルノシン(Carnosin)の製造方法に関する。本発明はさらに、本発明の製造方法における中間生成物としての、新規なシアノ酢酸アミドにも関する。
【0002】
【従来の技術】
カルノシン(β−アラニル−L−ヒスチジン)は、天然に存在するジペプチドであって、後記する構造を有し、筋肉組織から単離することができる。カルノシンは、可能性をもった治療剤として、また最近は、食品添加剤(ダイエットのためのサプリメント)としても、その抗酸化作用のゆえに、興味をもたれている。
【0003】
【化8】
【0004】
カルノシンを、その構成成分であるL−ヒスチジンとβ−アラニン、場合によっては対応する誘導体とから出発して合成する方法は、すでに多数知られているが、それらは、なお保護基および(または)活性化した誘導体の使用を必要とするものであり、したがって、大量を低いコストで製造するには、あまり適していない。そこで、たとえばUS−A−4359416は、L−ヒスチジンと、β−アラニンがそれから得られるジヒドロ−1,3−チアジン−2,6−ジオンとから出発する、カルノシンの製造を記述している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ここに提案する発明の目的は、それゆえ、カルノシンその他のβ−アラニンのジペプチドを、工業技術的に合成するのに適した方法であって、保護基を使用することなく、また高価な誘導体から出発することなく、容易に入手できる出発物質を使用する製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明に従う、請求項1に記載した方法によって解決する。
【0007】
本発明によって製造することができるβ−アラニンアミドは、下記の一般式(I)を有する。
【0008】
【化9】
[式中、R1は水素、または場合によってはヒドロキシ、アミノ、カルボキシ、カルバモイル、メチルメルカプト、グアニジノにより、または場合によっては置換されたアリールもしくはヘテロアリールにより置換されたC1−6−アルキルをあらわし、かつ、R2は水素であるか、さもなければ、R1とR2とが一体となって式−(CH2)n−の基を構成し(ここでnは3または4である)、そして、R3は水素であるか、無機または有機のカチオンで補償されたマイナスの電荷に相当するものであるか、またはC1−6−アルキルをあらわす。]
【0009】
これらの化合物は、中性の形で、またカルボキシル基の脱プロトン化により(R3=マイナスの電荷の場合)、および(または)一級アミノ基へのプロトン付与により、分子内塩の形で、また塩基や、場合によっては酸との塩の形で存在することができる。これらの化合物のあるものは、とくにイミダゾリルエステルを含むものは、多くの互変異性体の形をとることがあり、またそれらの混合物としても存在し得る。R1が水素である場合、β−アラニンアミド(I)は、最小限の不整中心しか持たない。一般式(I)は、ここでは、すべての、それぞれの場合に可能である立体異性体と、それらの混合物を包含する意味で用いる。
【発明の実施形態】
【0010】
この明細書において、C1−6−アルキルの語は、すべての、直線状の、または分岐した、一級、二級、または三級のアルキル基であって、1〜6個の炭素原子を有するものと理解すべきであり、たとえば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、イソブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、2−メチルブチル、ヘキシル、2−メチルペンチル、3−メチルペンチルなどである。これに対応して、C1−10−アルキルの語は、上に挙げた例に加えて、たとえばオクチルまたは2−エチルヘキシルなどの基を数え上げることになる。
【0011】
アリールの語は、モノ−またはポリ−環状の炭素環の芳香族基、たとえば、とくにフェニルまたはナフチルを意味すると理解すべきであり、ヘテロアリールの語は、これに対応して、モノ−またはポリ−環状のヘテロ環の芳香族基であって、1個または複数個のヘテロ原子を有するものを意味すると解すべきであり、とりわけ、イミダゾリルまたはインドリルである。アリール基は、場合によっては、1個または複数個の、上に挙げたような置換基、とくにヒドロキシ基、たとえば4−ヒドロキシフェニルにおけるそれを有していてもよい。
【0012】
場合によって(R3=マイナスの電荷の場合)存在する無機のカチオンは、1価であっても、多価であってもよい。1価の無機カチオンの例を挙げれば、アルカリ金属イオンのLi+、Na+、K+、Rb+およびCs+のようなものである。多価の無機カチオンの例を挙げれば、アルカリ土類金属イオンのMg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+のようなものである。有機カチオンは、たとえば四級アンモニウムイオンである。
【0013】
一般式(II)のα−アミノ酸、そのエステルおよび塩が、
【化10】
[式中、R1、R2およびR3は上記した意味を有する。]
一般式(III)のシアノ酢酸エステルを用いて、
【化11】
[式中、R4は、C1−10−アルキルである。]
一般式(IV)のシアノ酢酸アミドまたはその対応する塩に転化することができ、
【化12】
[式中、R1、R2およびR3は上記した意味を有する。]
そして、シアノ酢酸アミド(IV)を、触媒を用いて水素化することにより、目的物質(I)またはその対応する塩に誘導することができる、ということが見出された。
【0014】
好ましくは、R1は、水素、または場合によっては置換されているC1−4−アルキル、とりわけ、メチル、イソプロピル、イソブチル、sec−ブチル、インドール−3−イルメチル、ベンジル、p−ヒドロキシベンジル、2−(メチルスルファニル)エチル、ヒドロキシメチル、1−ヒドロキシエチル、カルバモイルメチル、2−カルバモイルエチル、カルボキシメチル、2−カルボキシエチル、4−アミノブチルまたは3−グアニジノプロピルである。
【0015】
R2は、好ましくは水素である。
【0016】
とりわけ好ましいのは、R1がイミダゾール−4−イルメチルまたは3−メチルイミダゾール−4−イルメチルであり、R2が水素である場合である。
【0017】
R4は、好ましくはメチルまたはエチルである。
【0018】
α−アミノ酸、場合によっては分子内塩または塩としてのそのエステル(II)である場合、α−位置のアミノ基をプロトン化すると、これはつぎに、塩基の添加によって脱プロトン化しなければならない。ここで塩基としては、基本的にはアミノ酸(II)のα−アミノ基よりも塩基性が強いすべての塩基を使用することができる。好ましいのは、中程度の強さないし強い塩基を用いることである。この見地から適切なものの例を挙げれば、アルカリ金属水酸化物、たとえば水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウム、四級アミン、たとえばトリエチルアミン、4−ジメチルアミノピリジン、1,4−ジアザ[2.2.2]ビシクロオクタン、二環型アミジン(「DBN」、「DBU」)、ならびに、非水溶媒中の、ナトリウムメチラートまたはエチラートのようなアルカリアルコラート、およびアプロティックな溶媒中の、やはりアルカリ金属の水素化物およびアミド、たとえばナトリウムハイドライドまたはナトリウムアミドである。塩基は、化学量論的な、またはほぼ化学量論的な量で使用することが好ましい。
【0019】
第一工程に好適な溶媒は、極性をもった、プロティックな、またはアプロティックな溶媒であって、水、C1−4−アルカノールたとえばメタノールおよびエタノール、およびアミドたとえばN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、1−メチル−2−ピロリドン、または1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(DMPU)などがそれである。
【0020】
水素化のための触媒としては、ニッケル、コバルト、銅、ロジウム、パラジウム、ルテニウムまたは白金系の金属触媒が好適に使用され、これらは、場合によっては担体に担持させて使用する。ここでは、ラネー型のニッケルおよびコバルト触媒、微細化した白金(たとえばPtO2の還元によって取得した)、活性炭または酸化アルミニウム上のロジウム、パラジウムまたは白金、さらに二酸化ケイ素(シリカ)上のコバルトを例に挙げることができる。
【0021】
とくに好ましいのは、ラネーニッケルおよびラネーコバルト、ならびに活性炭または酸化アルミニウムに担持させたロジウムである。
【0022】
水素化の溶媒としては、ニトリルを水素化してアミンにするときに使用される溶媒、たとえば水、濃厚なアンモニアの水溶液、メタノール、エタノール、N,N−ジメチルホルムアミド、またはこれらの溶媒の混合物を使用することができる。
【0023】
一般式(IV)のシアノ酢酸アミド、およびその塩は、
【化13】
[式中、R1、R2およびR3は上記した意味を有する。]
新規な化合物であって、同じく本発明の対象である。
【0024】
この種のシアノ酢酸アミド(IV)のうち、とりわけ好ましいのは、R1が場合によっては置換されているイミダゾール−4−イルメチルであり、R2が水素であるものである。置換基としては、ここでは、たとえば前述したようなC1−6−アルキル基、とくにメチルを挙げることができる。
【0025】
とりわけ好ましいシアノ酢酸アミド(IV)は、下式のNα−(シアノアセチル)−L−ヒスチジンおよびそのエステル、
【化14】
[式中、R3は上記した意味を有する。]
ならびに、その互変異性体、たとえば下式のNα−(シアノアセチル)−3−メチル−L−ヒスチジンおよびそのエステルである。
【化15】
[式中、R3は上記した意味を有する。]
【0026】
【実施例】
以下の例は、本発明に従う方法および本発明の化合物を製造する実施例を明らかにするものであって、その中に限定を見出すものではない。
【0027】
[実施例1](S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸ナトリウム塩
5.57g(0.24mol)のナトリウムを800mlのエタノールに溶解することによって得たナトリウムメチラートの溶液に、室温で、40.0g(0.26mol)のL−ヒスチジンを加えた。15分後、44.12g(0.39mol)のシアノ酢酸エチルエステルを添加し、生じた分散液を16時間、還流下に加熱した。室温まで冷却した後、反応混合物を濾過した。黄色みがかった濾液を真空下に濃縮し、残留物を酢酸エチルにとって濾過し、酢酸エチルで洗浄してから、シリカゲルを用いたフラッシュクロマトグラフィーにより精製した(溶離剤:酢酸エチル→メタノール/酢酸エチル=3:1混合液)。
【0028】
収量:28.42g(46%)
【0029】
[実施例2](S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸ナトリウム塩
40.0g(0.26mol)のL−ヒスチジンを750mlのN,N−ジメチルホルムアミドに分散させた液に、室温で、9.80gのナトリウムハイドライド(ミネラルオイル中60%)および50.6g(0.51mol)のシアノ酢酸メチルエステルを添加した。混合物を、開放したフラスコで2時間、155℃に加熱して、生じた溶液をHPLCにより分析した。ヒスチジン(8面積%)および(S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸ナトリウム塩(38面積%)が同定された。
【0030】
[実施例3](S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸
4.02gのナトリウム(0.175mol)を280mlのエタノールに溶解して得たナトリウムエチラート溶液に、室温で、28.27g(0.18mol)のL−ヒスチジンを加えた。混合物をゆっくりと加熱し、温度が60℃に達したところで、30.92g(0.27mol)のシアノ酢酸エチルエステルを滴下して加えた。混合物をさらに加熱し、エタノールを蒸留除去して、除去されたエタノールの量に比例して、N,N−ジメチルホルムアミドをポーションに分けて添加した。反応の最後には、溶液の温度は130℃であった。この温度においてさらに2時間、撹拌した。褐色の反応混合物(200g)を50℃に冷却し、30gの濃塩酸を添加した。減圧下に約70gの溶媒(H2O/N,N−ジメチルホルムアミドの混合物)を蒸留除去した。粘い分散液を200gのアセトンにとり、−10℃に冷却して、濾過した。再結晶のために残留物を水に溶解し、pHを5.0に調節した。冷却(<5℃)により、白色の固体が析出したので、それを濾過し、エタノールで洗浄して、40℃/20mbarにおいて乾燥した。
【0031】
収量:26.39g(66%)
【0032】
上述した手法にしたがって取得したサンプルは、光学純度が>99.8%であると測定された。測定法は、アミド結合の加水分解(6N塩酸、110℃、24時間)と、それに続く、トリフルオロ酢酸無水物とクロラム鉄酸イソブチルエステルを用いて、遊離のヒスチジンを誘導体にすることからなる。ガスクロマトグラフィーにより、キラルな固定相は、D−ヒスチジンの含有量が<0.1%であることが証明された。
【0033】
[実施例4]L−カルノシン
1.90g(7.8mmol)の(S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸ナトリウム塩(実施例1の方法に従って製造したもの)の、50mlのエタノール/濃アンモニア溶液(V:V=4:1)に、0.3gのロジウム/活性炭(5%Rh)を加えた。混合物を110℃、45気圧の条件で、1時間水素化した。最後に触媒を濾過分離し、濾液を蟻酸で、pH8.2に調節した。溶液を真空下に濃縮した後、残留物を200mlのエタノールにとり、30分間、60℃に温めた。生成物を濾過し、エタノール、酢酸エチルおよびジエチルエーテルで順次洗浄し、最後に乾燥した。
【0034】
収量:1.33g(76%)
【0035】
光学純度は、実施例3に記載した方法により測定したところ、99.5%であった。
【0036】
[実施例5](S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸メチルエステル
0.94gのナトリウム(40.7mmol;1.95当量)を100mlのメタノールに溶解して得たナトリウムメチラート溶液に、室温で、5.0g(20.4mmol)のL−ヒスチジンメチルエステル・ジ塩酸塩を加えた。30分後、3.03g(30.6mmol)のシアノ酢酸メチルエステルを添加し、混合物を、16時間、還流下に加熱した。室温まで冷却した後、混合物を濾過した。黄色みがかった濾液を真空下に濃縮し、残留物を、シリカゲルを用いたフラッシュクロマトグラフィー(溶離剤:酢酸エチル→酢酸エチル/メタノール=3:1)により精製した。
【0037】
収量:1.51g(31%)
【0038】
[実施例6]L−カルノシン
容量1リットルのオートクレーブ内において、1.76gのRh/C(0.4モル%の純粋なRhを付加的に加えたエダクト)を、94.2gのアンモニア溶液(H2O中25%)と62.8gのメタノールとからなる混合物に装入した。オートクレーブを閉じて内容物を90℃に加熱し、40気圧の水素を圧入した。1時間以内に、20.0g(0.09mol)の(S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸(実施例3の方法に従って製造したもの)の、94.2gのアンモニア溶液(H2O中25%)と62.8gのメタノールとの混合物中の溶液を装入した。90℃における1時間の後反応ののち、反応混合物を室温まで冷却した。オートクレーブの圧力を解放し、活性炭担持触媒を濾過分離した。HPLCインプロセス分析により、明るい緑色の反応溶液(326.2g)が5.74%(m/m)のカルノシンを含有していることがわかった。これは、選択率92%の完全な転化に相当する。反応混合物は、最終的には回転蒸発機にかけて、約60gに濃縮した。174gのエタノールを滴下して添加することにより、白色の固体が析出し、それを濾過分離して、50℃/20mbarにおいて乾燥した。
【0039】
収量:13.0g(64%)
【0040】
[実施例7]L−カルノシン
容量1リットルのオートクレーブ内において、0.88gのRh/C(0.4モル%の純粋なRhを付加的に加えたエダクト)に対し、10.00g(45.0mmol)の(S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸(実施例3の方法に従って製造したもの)を、157gの濃NH3アンモニア/メタノール(m/m=3:2)混合物に添加した。オートクレーブを閉じて、40気圧の窒素で2回、そして水素で1回、パージした。内容物を90℃に加熱し、40気圧の水素を圧入した。90℃に3時間保ったのち、反応混合物を室温まで冷却し、オートクレーブの圧力を解放して、触媒を濾過により分離した。インプロセス分析(HPLC)は、反応溶液(147.2g)が6.38%(m/m)のカルノシンを含有していることを示した。これは、選択率92%における完全な転化に相当する。反応混合物は、最終的には回転蒸発機にかけて、41.2gに濃縮した。室温において、これに124gのエタノールを滴下して添加し、フラスコを一夜冷蔵庫に保存した。翌日、沈殿物を濾過分離し、エタノールで洗浄して、乾燥器内に置いて40℃/20mbarで乾燥した。7.96g(78%)の、わずかに緑色がかった固体が、純度(HPLC)98.0%(m/m)をもって得られた。
【0041】
[実施例8]L−カルノシン
実施例7に記載したような方法を、酸化アルミニウム担持5%Rhを触媒として装入したという相違点をもって実施した。その結果、L−カルノシンが83%の選択率をもって生成した。
【0042】
[実施例9]L−カルノシン
容量1リットルのオートクレーブ内において、4.5gのラネーコバルト(0.3%の鉄を添加)を、195gのメタノール中に装入した。30.0g(0.135mmol)の(S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸(実施例3の方法に従って製造したもの)を375gのアンモニア溶液(H2O中25%)に入れたものを、これに添加した。オートクレーブを閉じて、40気圧の窒素で2回パージした。つづいて、45気圧で水素を圧入し、内容物を半時間のうちに100℃まで加熱した。100℃で3時間の後反応ののち、反応混合物を室温まで冷却し、オートクレーブの圧力を解放した。HPLCインプロセス分析は、反応溶液(590.8g)は4.68%(m/m)のカルノシンを含有していること、これが選択率91%において完全な転化に相当することを示した。
【0043】
[実施例10]L−カルノシン
容量100mlのオートクレーブ中で、2.0g(9.0mmol)の(S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸(実施例3の方法に従って製造したもの)を、25gのアンモニア液(H2O中25%)と13gのメタノールとの混合物に溶解した液に対し、1.1gのラネーニッケル(1.8%のモリブデンを添加)を添加した。オートクレーブを閉じて、あらかじめ100℃に加熱してある油浴内に置いた。10分後、50気圧の水素を圧入した。100℃に2.5時間保ったのち、反応混合物を室温まで冷却し、オートクレーブの圧力を解放した。HPLCインプロセス分析は、反応溶液(39.4g)が4.54%(m/m)のカルノシンを含有していること、これが転化率99%において、選択率89%に相当することを示した。
【0044】
[実施例11]L−カルノシン
容量1リットルのオートクレーブ中で、4.50gのラネーコバルト(0.3%の鉄を添加)を、285gの濃アンモニア/メタノール(m/m=1.9:1)混合液中に装入した。オートクレーブを閉じて、40気圧の窒素で2回パージした。つづいて、45気圧で水素を圧入し、内容物を100℃に加熱した。1時間以内で、30.0g(0.135mol)の(S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸(実施例3の方法に従って製造したもの)の、285gの濃アンモニア/メタノール(m/m=1.9:1)中の溶液を、これに添加した。100℃における1時間の後反応ののち、反応混合物を室温まで冷却した。オートクレーブの圧力を解放し、触媒を濾過により分離した。HPLCインプロセス分析は、赤褐色の反応溶液(310.5g)が9.57%(m/m)のカルノシンを含有していること、これが選択率97%における完全な転化に相当することを示した。
【0045】
[実施例12](S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(3−メチル−3H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸ナトリウム塩
0.20g(2.94mmol)のナトリウムエチラートのエタノール5.60g中の溶液に対し、40℃で、0.50g(2.95mmol)の3−メチル−L−ヒスチジンを加えた。透明な溶液を60℃に加熱し、これに、0.50g(4.43mmol)のシアノ酢酸エチルエステルを滴下して添加した。混合物を1時間、還流下に加熱した。最後に、10mg(0.15mmol)のイミダゾールを添加した。続いて、エタノールをゆっくりと蒸留除去し、除去したエタノール量に比例するように、N,N−ジメチルホルムアミドを区分して加えた。125℃における2時間の後反応に続いて、反応混合物を注意深く濃縮し、残留物を、シリカゲルを用いたフラッシュ・カラムクロマトグラフィーにかけて(溶離剤:酢酸エチル→酢酸エチル/メタノール=2:1混合液)精製した。0.49g(64%)の淡黄色の固体が得られた。
【0046】
DC:Rf=0.46(エタノール/H2O=3:7)
【0047】
[実施例13](S)−2−(3−アミノプロピオニルアミノ)−3−(3−メチル−3H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸(=アンセリンAnserin)
0.20g(0.77mmol)の(S)−2−(シアノアセチルアミノ)−3−(3−メチル−3H−イミダゾール−4−イル)プロピオン酸ナトリウム塩(実施例12の方法に従って製造したもの)の、2.4gのメタノールと1.6gのアンモニア液(H2O中25%)との混合物中の溶液に、16mgのロジウム/Al2O3(5%Rh)を添加した。混合物を85℃、50気圧において1時間水素化した。最後に、触媒を濾過分離した。濾液の中にアンセリンが、薄膜クロマトグラフィー、HPLC(市販の標準物質とともにCo注入)およびLC−MSにより、明白に検出された。
【0048】
粗収率:約45%
DC:Rf=0.25(酢酸エチル/メタノール/アンモニア/H2O=43:35:8:10)
Claims (8)
- 一般式(I)であらわされるβ−アラニンアミドを製造する方法であって、
一般式(II)のアミノ酸またはアミノ酸エステル
またはその対応する塩を、第一工程において、一般式(III)のシアノ酢酸エステルを用いて、
一般式(IV)のシアノ酢酸アミドまたはその対応する塩に転化させ、
それを、第二工程において、触媒を用いた水素化により目的物質(I)またはその対応する塩に導くことを特徴とする製造方法。 - R1が、場合によっては置換されているイミダゾール−4−イルメチルであり、R2が水素であることを特徴とする請求項1の製造方法。
- 第一工程における溶媒として、エタノールおよび(または)N,N−ジメチルホルムアミドを使用することを特徴とする請求項1または2の製造方法。
- 第二工程における触媒として、活性炭担持ロジウム、酸化アルミニウム担持ロジウム、ラネーニッケルおよびラネーコバルトからなるグループから選んだものを使用することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかの製造方法。
- 請求項5に記載した一般式(IV)のシアノ酢酸アミドにおいて、R1が、場合によっては置換されているイミダゾール−4−イルメチルであり、R2が水素であるシアノ酢酸アミド。
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