JP4203786B2 - N−無水カルボン酸の生成方法 - Google Patents

N−無水カルボン酸の生成方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、対応するアミノ酸とホスゲン、ジホスゲンまたはトリホスゲンとからN−無水カルボン酸(N−carbocyanhydride)を製造する方法の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
α-、β-またはγ−アミノ酸から得られるN−無水カルボン酸(省略形NCA)はその酸基の活性から極めて有用な化合物である。すなわち、この化合物の酸基は任意の求核単位と反応することができ、アミン基と反応させてアミド基を容易に製造することができ、従って、容易に重合し、ペプチドの形成に利用することができる。また、アルコールとの反応によってエステル結合を容易に形成できる。また、他の酸基を還元する場合にも重要である。
【0003】
N−無水カルボン酸の製造方法はいくつか知られている。最も一般的で最も直接的な方法の1つはアミノ酸またはその塩酸塩を溶媒中でホスゲン、ジホスゲンまたはトリホスゲンと反応させる方法である。
ホスゲンを用いる一般的な反応方法は以下の通りである:
【0004】
【化1】
Figure 0004203786
(ここで、Rはα-、β-またはγ−アミノ酸の主ラジカルを表し、R'は水素原子またはアミノ酸の第二アミノ基のラジカルを表し、R'はRと一緒に環を形成していてもよい)。
【0005】
この反応ではN−無水カルボン酸の外に多量の塩酸(NCA1モルに対して2モルの塩酸)が形成されるということは知られている。塩酸は反応性が高いため、塩酸が媒体中に存在すると副反応が起こり、塩素化副生成物が生じる。これらの塩素化不純物は製造されたNCA中に残留する。されは品質面および収率面で大問題になる。すなわち、これらの不純物はNCAの重合反応を著しく妨害する。従って、重合を正しく行わせるためにはNCAモノマー中に存在する塩素化物の量を十分に少なくする必要がある。一般に、加水分解可能な塩素は0.05重量%以下でなければならない。
しかし、実際に公知のプロセスで塩基性化合物の非存在で反応を実施した場合には、加水分解可能な塩素の量を上記のような低レベルにすると、反応を反復して実施するのが困難になる。塩酸を中和するために塩基性化合物を添加した場合には望ましくないNCAの重合が活性化され、媒体中にNCAの重合化物ができる危険がある。
【0006】
公知法のさらに他の問題点は溶媒の選択にある。すなわち、エチルアセテートのような脂肪酸エステルやジクロロメタンまたはトルエンのような非極性中でのNCAの生成反応は一般に非常に遅く、不完全であるということは分かっている。テトラヒドロフランやジオキサンのようなエーテル類の溶媒中では反応は速いが、これらの溶媒はホスゲンおよび塩酸に対して完全には不活性でないため、他の不純物が生じる。
従って、アミノ酸とホスゲン、ジホスゲンまたはトリホスゲンとを直接反応さる公知の方法を改良して、優れた収率および純度、特に加水分解可能な塩素のレベルを0.05%以下にすることができるNCAの製造方法が求められている。さらに、最も不活性な溶媒中でも反応時間を短くすることが望まれている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこうした要望を満たす方法を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明方法では、対応するα−、β−またはγ−アミノ酸またはこれらの塩とホスゲン、ジホスゲンおよび/またはトリホスゲンとを溶媒中で反応させてN−無水カルボン酸を製造する際に、反応時間の全体または一部において、一つまたは複数のエチレン性2重結合を有する不飽和有機化合物の存在下で反応を行い、この不飽和有機化合物の分子の残部は媒体中に存在する化合物に対して不活性であり且つ少なくとも1つのエチレン性2重結合の炭素の1つはハロゲン原子以外の置換基で完全に置換されている。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の新規な方法を用いることによって従来技術の上記問題は解決する。すなわち、放出された塩酸は形成される不飽和有機化合物のエチレン性2重結合すなわち不飽和結合と結合する。従って、塩酸によって生じる多数の副反応が抑制され、その結果、好ましくない不純物の生成もまた抑制される。さらに、反応の平衡も所望のNCAが製造される方向へ移動し、従って、反応速度が加速される。
第二アミン基を有するアミノ酸の変換の場合、不飽和有機化合物の存在によってトリエチルアミンやN−メチルモルホリン等の第三アミンの媒体への添加は無意味になるというもことも確認された。これらのアミンは媒体中で先ず最初に形成される中間体としての塩化カルバモイルを環化するのに必要なものと当業者はこれまで考えていた。
本発明方法では、アミン基が第1アミンでも第2アミンでもよい環式または非環式の天然または合成の大部分のα−アミノ酸、特にホスゲン、ジホスゲンおよび/またはトリホスゲンと反応する公知の全てのα−アミノ酸のN−無水カルボン酸およびその誘導体を得ることができる。
本発明はさらに、第1アミンまたは第2アミンを有するβ−およびγ−アミノ酸のN−無水カルボン酸とその誘導体を得るのにも極めて有用である。すなわち、これらの化合物は従来法で製造するのは困難である。
【0010】
出発化合物として使用されるアミノ酸はα−、β−およびγ−アミノ酸であるのが好ましく、反応性の酸基と反応性のアミノ基との間に位置する一つまたは複数のα−、β−およびγ−炭素は必要に応じて置換された、または、非置換のアルキル炭化水素質鎖を形成し、このアルキル鎖は置換された、または、非置換の直鎖または分岐アルキル基中、および/または、置換された、または、非置換のシクロルアキルまたはヘテロアルキル環中にその全部または一部が含まれていてもよい。上記置換基はアミノ酸中に通常存在する基および元素、例えばヒドロキシル、カルボキシル、メルカプト、アルキルチオ、アルキルジチオ、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アルキロキシまたはアリールオキシ基、フッ素、塩素、臭素または沃素原子等のハロゲン原子或いはアルキル基で置換されていてもいなくてもよいアミノ基、グアニジン基またはアミド基にすることができる。
【0011】
特に、上記置換基で置換されていても置換されていなくてもよい1〜7個の炭素原子を有するアルキル基を有するアミノ酸にすることができる。アリール基は置換されていないか、フッ素、塩素、臭素または沃素原子等のハロゲン原子およびアルキル、アルコキシ、アリロキシ、アリール、メルカプト、アルキルチオ、ヒドロキシル、カルボキシル、アミノ、アルキルアミノ、ニトロまたはトリフルオロメチル基の中から選択される置換基で置換できる。特に、アリール基は置換されたまたは非置換のフェニル基またはナフチル基にすることができる。
【0012】
シクロアルキル基は置換された、または置換されていない3〜7個の炭素原子を有する環で構成される。ヘテロ環は置換されていても、置換されていなくてもよく、環に窒素、酸素または硫黄原子の中から選択される少なくとも一種のヘテロ原子を有するシクロアルキルまたはアリール基である。
シクロアルキルまたはヘテロシクロアルキル基の置換基はアルキル基またはアリール基について説明した上記置換基の中から選択される。ヘテロアリール基の置換基はアリール基について説明した上記置換基の中から選択される。
ヘテロアリール基は置換または非置換の2−または3−フラニル、2−または3−チエニル、2−、3−または4−ピリジニル、4−イミダゾリルおよび3−インドリル基にするのが好ましい。
【0013】
アミノ酸は各種形態でよく、特にこれが一つまたは複数の不斉炭素を有する場合には各種の鏡象体、ラセミ化合物またはジアステレオ異性体の混合物或いは純粋なステレオ異性体にすることができる。
アミノ酸が本発明方法の条件下で反応が可能な官能基(無水物環を形成するアミノ基および酸基以外)を有する場合、その官能基は公知の方法で保護基でマスクする。
アミノ酸の例としてはグリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアラニン、セリン、トレオニン、リシン、δ−ヒドロキシリシン、アルギニン、オルニチン、アスパラギン酸、アスパラギン、グルタミン酸、グルタミン、システイン、メチオニン、チロシン、サイロキシン、プロリン、ヒドロキシプロリン、トリプトファン、ヒスチジンおよびこれらの誘導体等の最も一般的なアミノ酸が挙げられる。
【0014】
反応性アミノ基は第1級または2級のアミノ基でよい。従って、窒素原子はこのクラスのアミンに一般的な置換または未置換の脂肪族基、脂環式基、アリール基を有することができる。特に、このラジカルは上記置換基で置換することができる。
アミノ基のラジカルはアミノ酸の他の基、例えばプロリン中の残りの基と一緒に環を形成することができ、この環は非置換でも、置換されていてもよい。このラジカルが反応基を有する場合には、従来方法で保護することができる。
【0015】
アミノ基のラジカルの例としては特にアルキル、シクロアルキルまたはアラルキル基を挙げることができ、これらは例えば米国特許第4,686,295号に記載のホスゲンを用いた新規なNCAの製造法で用いる置換基、特にアルコキシカルボニル、アリロキシカルボニルおよびアラルキロキシカルボニル基の中から選択される一つまたは複数の基で置換することができる。
出発化合物としてアミノ酸の代わりにその塩を用いることもできる。「アミノ酸の塩」という用語はアミノ基と有機酸または無機酸との反応によって得られる塩、例えば硫酸塩、酢酸塩、トルエンスルホネート、メタンスルホネート、好ましくはハロゲン化水素、特に塩酸塩および臭化水素塩を意味する。塩酸塩が好ましい塩である。
【0016】
本発明方法はアミノ酸のN−無水カルボン酸、例えばN−(1−エトキシカルボニル−3−フェニルプロピル)アラニン、ロイシン、アラニン、N−(トリフルオロアセチル)リシンまたはグルタミン酸のγ−ベンジルエステルまたはγ−メチルエステル等のN−無水カルボン酸を得るのに適している。
本発明方法ではホスゲン、ジホスゲンおよび/またはトリホスゲンをアミノ酸と反応させてN−無水カルボン酸の環を形成する。ホスゲン用いるのが好ましい。
【0017】
アミノ酸に対してホスゲンを過剰にする必要は無い。アミノ酸またはその塩1モル当たり1〜2モルのホスゲンを添加するのが好ましい。対応する量のジホスゲンまたはトリホスゲンを添加してそれと同じホスゲン/アミノ酸比を得る。
反応は中性および極性溶媒中で行うことができる。エーテル、特にテトラヒドロフランおよびジオキサンを使用できるが、脂肪族エステル類に属する溶媒を選択するのが好ましい。
塩素化または非塩素化脂肪族炭化水素および芳香族炭化水素に属する中性溶剤および非極性溶媒、例えばジクロロメタンまたはトルエンを使用することもできる。
エステル類または炭化水素類に属する溶媒はホスゲンまたは塩酸に反応しないという利点を有する。従って、これらの溶媒の使用がより有利である。
アルキルアセテートが好ましく、中でも酢酸エチルが適している。
【0018】
本発明では、NCAを優れた純度および収率で得るために、少なくとも一つのエチレン性2重結合を有し、その少なくとも一つのエチレン性2重結合の炭素の1つがハロゲン原子以外の置換基で置換された不飽和有機化合物が反応系中に存在していなければならない。
少なくとも一つのエチレン性2重結合を有する任意の化合物を用いることができ、それに塩酸を付加することができる。この不飽和化合物は反応系中に存在する化合物と反応する他の基および/または原子、特にニトリル基および/またはハロゲン原子等を有していてはならないということは当然である。これらが存在すると新しい不純物が生じ、収率が低下する。化合物が他の反応基を有する場合には公知の方法で保護する。
【0019】
炭素の1つが完全に置換された2重結合を有する不飽和化合物が適している。炭化水素類に属する化合物を用いるのが好ましい。このような化合物の例としてはα−ピネンおよびジイソブテンが挙げられ、α−ピネンが好ましい化合物である。
用いる不飽和有機化合物の量は、出発化合物としてアミノ酸を選択した場合には一般にアミノ酸1モル当たり1〜3モル、アミノ酸塩の場合には1モル当たり1.5〜4モル、好ましくはそれぞれアミノ酸1モル当たり約2モル、アミノ酸塩1モル当たり約3モルである。
【0020】
不飽和有機化合物は反応開始から反応系中に存在していてもよいが、反応中に添加してもよい。
反応は一般に0℃〜120℃間の通常の温度またはこれらの値に等しい温度、好ましくは約40℃〜約90℃で行う。
反応を実施する圧力は一般に大気圧である。減圧下、特に約500mbar、特に約700〜800mbarの減圧下で反応させることもできる。反応は無水条件下で行うのが好ましい。
【0021】
本発明方法の1つの利点は反応時間が短縮され、特にエステル等の溶媒中で従来技術の半分に減らすことができることにある。エステル等の溶媒は安いので、本発明方法は経済的に実施することができる。
反応完了後、生成物を従来法で単離する。ホスゲンおよび溶媒は一般に減圧して除去する。不飽和化合物から得られた塩素化誘導体はNCAの結晶化時に単離する。
結晶化後に得られるNCAの収率は著しく改良され、90%以上になる。加水分解可能な塩素の量は常に0.05%以下であり、塩素化不純物はその量を正確に求めることができないほど低い。
従って、本発明方法で作られたNCAは極めて純粋な化合物が必要とされる各種の用途、特に医薬品の製造に用いることができる。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
【0022】
【実施例】
実施例1
ロイシンのN−無水カルボン酸(H−Leu−NCA)の製造
【0023】
【化2】
Figure 0004203786
【0024】
1リットルの酢酸エチル、次に100gのL−ロイシン(0.76モル、1当量)を予め窒素で不活性化されたサーモスタット制御の2.5リットル反応器中に添加する。この懸濁液を機械撹拌し、その中に208.0gのα−ピネン(1.52モル、2当量)を導入し、混合物を5℃に冷却する。154.5gのホスゲン(1.56モル、2.05当量)を、温度を5℃〜10℃に維持し、1時間バブリングしながら反応系中に導入する。続いて反応系を60℃〜65℃に加熱する。この温度に2時間維持した後、反応系を減圧脱気して過剰なホスゲンを除去し、全ての酢酸エチルを除去し、反応系を濃縮する。
【0025】
その後、濃縮した反応系に加熱した750mlの工業ヘプタンを添加する。H−Leu−NCAが結晶し始める。反応系を0℃〜5℃に冷却する。窒素雰囲気下で濾過する。室温で真空乾燥後、101.9g(収率:85%)のL−H−Leu−NCAを得る。その純度は99.9%以上であり(HPLCで求めた)、銀の定量測定で求めた加水分解可能な塩素の量は0.018重量%であった。
【0026】
実施例2
アラニンのN−無水カルボン酸(H−Ala−NCA)の製造
【0027】
【化3】
Figure 0004203786
【0028】
125gのアラニン(H−Ala−OH)(1.4モル)を445mlのα−ピネン(382g、2.8モル、2当量)と937mlの酢酸エチルとの混合物中に懸濁する。懸濁液を還流し、209g(2.11モル、1.5当量)の気体ホスゲンを導入する。この状態を12時間維持した後に不溶部分が少し残る。
蒸留をして反応系から酢酸エチルとホスゲンとの800mlの混合物を単離し、残りの反応媒体を加熱条件下で濾過する。
濃縮した反応媒体中に800mlの工業ヘプタンを加熱条件下で添加して、混合物を−10℃に一晩冷却する。結晶化した生成物を濾過し、工業ヘプタンで洗浄する。
乾燥後に111gすなわち収率68.8%のH−Ala−NCAが得られる。加水分解可能な塩素の量は検出限度以下すなわち0.01%以下であり、測定できない。
【0029】
実施例3
N−I(トリフルオロ−アセチル)リシンのN−無水カルボン酸(H−Lys(TFA)−NCA)の製造
【0030】
【化4】
Figure 0004203786
【0031】
250gのH−TFA−Lys−OH(1.03モル)を328mlのα−ピネン(281g、2.06モル、2当量)と1875mlの酢酸エチルとの混合物中に懸濁する。懸濁液を65℃に加熱し、154g(1.55モル、1.5当量)の気体ホスゲンを導入する。反応系を還流し、その条件を3時間維持する。蒸留して反応系から酢酸エチルとホスゲンの1750mlとの混合物を単離する。
【0032】
1750mlの工業ヘプタンを加熱条件下に残留反応媒体中に添加し、混合物を−10℃に一晩冷却する。結晶化した生成物を濾過で単離し、工業ヘプタンで洗浄する。
乾燥後、261g(収率94.48%)のH−Lys(TFA)−NCAが得られる。加水分解可能な塩素の量は検出限度以下すなわち0.01%以下であり、測定不可能。
【0033】
実施例4
グルタミン酸のγ−ベンジルエステルのN−無水カルボン酸(H−Glu(Obzl)−NCA)の製造
【0034】
【化5】
Figure 0004203786
【0035】
250gのH−Glu(Obzl)−OH(1.05モル)を334mlのα−ピネン(287g、2.1モル、2当量)と1875mlの酢酸エチルとの混合物中に懸濁する。懸濁液を+5℃に冷却し、164g(2.28モル、1.57当量)の気体ホスゲンを導入する。反応系を加熱還流させ、この温度で3時間、同じ条件下に放置する。
蒸留して反応系から酢酸エチルとホスゲンとの1500mlの混合物を単離する。1500mlの工業ヘプタンを加熱条件下で残留反応媒体中に添加し、混合物を−10℃に2時間冷却する。結晶化した生成物を濾過で単離し、工業ヘプタンで洗浄する。
乾燥後、253g(すなわち収率91.3%)のH−Glu(Obzl)−NCAが得られる。加水分解可能な塩素の量は0.01%以下(この方法の検出限度)であり、測定できない。
【0036】
比較例
グルタミン酸のγ−ベンジルエステルのN−無水カルボン酸(H−Glu(OBzl)−NCA)の製造
100gのH−Glu(OBzl)−OH(0.42モル)を885mlの酢酸エチル中に懸濁する。懸濁液を+5℃に冷却し、90g(0.91モル、2.16当量)の気体ホスゲンを導入する。
反応系を還流する。上記実施例に比較して過剰なホスゲンが多く存在するが反応が遅く、上記実施例のように3時間ではなく6時間反応系を還流温度で同じ条件下に放置しなければならない。
【0037】
続いて蒸留して反応系から酢酸エチルとホスゲンの600mlの混合物を単離する。600mlの工業ヘプタンを加熱条件下で添加し、混合物を−10℃に2時間冷却する。結晶化した生成物を濾過で単離し、工業ヘプタンで洗浄する。
乾燥後、88g(すなわち収率74.6%)のH−Glu(OBzl)−NCAが得られる。加水分解可能な塩素の量は0.13%である。
【0038】
実施例5
グルタミン酸のγ−メチルエステルのN−無水カルボン酸(H−Glu(OMe)−NCA)の製造
【0039】
【化6】
Figure 0004203786
【0040】
250gのH−Glu(OMe)−OH(1.55モル)を493mlのα−ピネン(423g、3.1モル、2当量)と1875mlの酢酸エチルとの混合物中に懸濁する。懸濁液を65℃に加熱し、227g(2.31モル、1.5当量)の気体ホスゲンを導入する。反応系を還流し、同じ条件下に6時間放置する。続いて蒸留して反応系から酢酸エチルとホスゲンの1500mlの混合物を単離する。
1500mlの工業ヘプタンを加熱条件下で残留反応媒体中に添加し、反応媒体を−10℃に一晩冷却する。結晶化した生成物を濾過分離し、工業ヘプタンで洗浄する。
乾燥後、269g(すなわち収率92.6%)のH−Glu(OMe)−NCAが得られる。加水分解可能な塩素の量は0.01%(検出限度)以下である。
【0041】
実施例6
N−(1−エトキシ−カルボニル−3−フェニルプロピル)アラニンのN−無水カルボン酸(EPAL−NCA)の製造
【0042】
【化7】
Figure 0004203786
【0043】
予め窒素で不活性化されたサーモスタット制御の3リットル反応器中に2.6リットルの無水酢酸エチル、次に312gのEPAL(1.11モル、1当量)を添加する。この懸濁液を機械撹拌し、その懸濁液中に45gの気体HCl(1.22モル、1.1当量/EPAL)を40℃で15分間導入する。
続いて223gの気体ホスゲン(2.22モル、2.00当量)を1時間かけて反応系に導入する。反応系を60℃〜65℃に加熱する。この温度に2時間維持した後に、反応系を減圧脱気して過剰なホスゲンを除去し、全ての酢酸エチルを除去する。
【0044】
濃縮した反応系中に1385mlのイソプロピルエーテルを添加する。反応系を0℃〜5℃に冷却する。EPAL−NCAの結晶化が観察される。これを窒素雰囲気下で濾過分離単離する。
室温で真空乾燥後に312g(収率:91.5%)のEPAL−NCA(白色固体)が得られる。純度は99.7%以上(HPLCで求めた)、加水分解可能な塩素の量は0.04重量%である。

Claims (12)

  1. 対応するα−アミノ酸またはその塩と、ホスゲン、ジホスゲンおよび/またはトリホスゲンとを溶媒中で反応させてN−無水カルボン酸を製造する方法において、
    反応時間の少なくとも一部で、一または複数のエチレン性二重結合を有する不飽和有機化合物の存在下で反応を実施し、上記不飽和有機化合物の分子の残部は溶媒中に存在する化合物に対して不活性であり且つ少なくとも一つのエチレン性二重結合の炭素の一つはハロゲン原子以外の置換基で完全に置換されていることを特徴とする方法。
  2. アミノ酸をホスゲンと反応させる請求項1に記載の方法。
  3. 不飽和有機化合物が炭化水素の中から選択する請求項1または2に記載の方法。
  4. 不飽和有機化合物がα−ピネンである請求項1または2に記載の方法。
  5. 用いる不飽和有機化合物の量をアミノ酸1モル当たり1〜3モルまたはアミノ酸の塩1モル当たり1.5〜4モルにする請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 溶媒を脂肪酸エステルおよび塩素化された、または塩素化されていない脂肪酸または芳香族炭化水素の中から選択する請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 溶媒を酢酸エチルにする請求項6に記載の方法。
  8. アミノ酸の反応性アミノ基が第1級または第2級である請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 無水物を形成する酸基およびアミノ基以外の反応基を有するアミノ酸の場合の反応基が保護されている請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 出発材料のアミノ酸がロイシン、アラニン、N−(トリフルオロアセチル)リシン、グルタミン酸のγ−ベンジルエステルまたはγ−メチルエステル、N−(1−エトキシカルボニル−3−フェニルプロピル)アラニンまたはこれらの塩である請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. アミノ酸の塩が硫酸塩、酢酸塩、トルエンスルホネートまたはメタンスルホネートである請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. アミノ酸の塩がハロハイドレートである請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
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