JP5374795B2 - アミノ酸メチルエステルの調製方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、アミノ酸メチルエステルの調製方法に関する。

触媒として硫酸を用いてアミノ酸をエステル化する方法は、米国特許第４，６８０，４０３号明細書から分かる。この方法は、硫酸の存在下においてアルコール中でアミノ酸を加熱することを伴う。この方法の重大な欠点は、収率がかなり低いことである。欧州特許出願公開第Ａ−０５４４２０５号明細書においてはこの方法は、より高い収率を得るように改変されている。この改変された方法ではアルコールの主要な部分はアミノ酸、少量のアルコール、および硫酸からなる反応混合物に液体または気体として加えられ、同時に同量のアルコールが反応混合物から蒸留により除去される。この発明者等は、米国特許第４，６８０，４０３号明細書による方法と比べて高い収率を報告している。欧州特許出願公開第Ａ−０５４４２０５号明細書に開示された方法の主要な欠点は、米国特許第４，６８０，４０３号明細書の方法と比べてアルコールの消費量が高い（８倍まで）ことである。このアルコールの高い消費は、この方法を経済的に非常に魅力のないものにしている。

本発明の目的は、アミノ酸のメチルエステルの合成の費用対効果が大きい方法を提供することであり、この合成はアルコールの低消費量だけでなく高い収率を有する。

本明細書中では「アミノ酸」は、少なくとも１個のカルボン酸基ＣＯＯＨと、１個のアミノ基（ＮＨ_２）とを有する有機分子として定義される。これらの基は、アルファアミノ酸の場合のようにその有機分子の同一の炭素原子に付着してもよく、またベータアミノ酸、ガンマアミノ酸などの場合のように異なる炭素原子に付着してもよい。アミノ酸は任意の光学異性体、すなわち右旋性（Ｄ）、左旋性（Ｌ）、またはラセミ（Ｄ、Ｌ）体であることができる。アルファアミノ酸は、成分、すなわちカルボン酸基ＣＯＯＨと、アミノ基（ＮＨ_２）と、水素（Ｈ）と、式
Ｒ−ＨＣ（ＮＨ_２）−ＣＯＯＨ
による基Ｒとが付着している中心炭素原子を有する。このようなアルファアミノ酸の例は、自然界に見出され、タンパク質を作る２０種類のＬ−アルファアミノ酸、すなわちグリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、トレオニン、プロリン、ヒスチジン、セリン、システイン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アルギニン、リシン、グルタミン、グルタミン酸、アスパラギン、アスパラギン酸である。他の例は、Ｄ−フェニルグリシン、Ｄ−ジヒドロ−フェニルグリシン、Ｄ−４−ヒドロキシ−フェニルグリシン、および他のアミノ酸などの半合成ベータ−ラクタム抗生物質の合成に使用されるアミノ酸である。

本明細書中では「遊離アミノ酸」は、非エステル化形態のアミノ酸、すなわち遊離カルボキシル基を有するアミノ酸として定義される。

本明細書中では「アミノ酸メチルエステル」は、アミノ酸のカルボキシル基がアルコールとエステル結合しているメチルエステル形態のアミノ酸、例えばＤ−フェニルグリシンメチルエステル、Ｄ−ジヒドロ−フェニルグリシンメチルエステル、またはＤ−４−ヒドロキシ−フェニルグリシンメチルエステルとして定義される。

本明細書中では「比」は、

（ただし、量はモルの単位で表わされる）として定義される。

一態様において本発明は、
ａ．遊離アミノ酸、メタノール、および強酸を含む反応混合物を還流させるステップと、
ｂ．ステップ（ａ）で得られる混合物を濃縮するステップと、
ｃ．メタノールを加えるステップと、
ｄ．ステップ（ａ）〜（ｃ）を１回または複数回以上繰り返すステップと
を含むアミノ酸メチルエステルの合成方法を提供する。

最初の反応混合物は、適切な量の遊離アミノ酸、メタノール、および強酸を混合することによって作られる。この最初の混合物の体積を、本明細書中では初期反応体積と呼ぶ。

本発明の方法におけるアミノ酸は、本明細書中で定義した任意のアミノ酸であることができる。アルファアミノ酸、具体的にはそのメチルエステルを、Ｄ−フェニルグリシン、Ｄ−ジヒドロ−フェニルグリシン、Ｄ−４−ヒドロキシ−フェニルグリシン、および他のものなど、半合成ベータラクタム抗生物質の合成に使用することができるアルファアミノ酸が好ましい。

好ましくは３から２５の間、より好ましくは５から２５の間、最も好ましくは６から１０の間のメタノール対遊離アミノ酸のモル比が、最初の反応混合物において使用される。強酸は、塩酸、硫酸、アルキルスルホン酸、またはアリールスルホン酸などの任意の強酸であることができ、硫酸、メタンスルホン酸、およびパラ−トルエンスルホン酸が好ましく、硫酸が最も好ましい。好ましくは０．９から１０の間、より好ましくは１から５の間、最も好ましくは２から３の間の強酸（単位は当量、例えば塩酸の１モルは１当量であり、硫酸の１モルは２当量である）対遊離アミノ酸鎖のモル比が使用される。当業者は、選択されるアミノ酸に応じて必要以上の実験なしに反応条件を最適化することが可能なはずである。

還流のステップは、一定の時間、例えば０．５から５時間の間、好ましくは１時間から３時間の間、より好ましくは１．５から２．５時間の間、好ましくは２０から１００℃、より好ましくは４０から１００℃、より好ましくは６０から１００℃、最も好ましくは６０から８０℃の間の温度で行うことができる。

濃縮のステップ（ｂ）の間ずっとメタノールおよび水は、蒸発によって除去する。このステップの間の圧力は、初めは大気圧であることができ、また濃縮のステップの間に、例えば真空ポンプによって好ましくは５０ミリバール以下まで、より好ましくは４０ミリバール以下まで、より好ましくは３０ミリバール以下まで、最も好ましくは２０ミリバール以下まで低下させることができる。このメタノールおよび水の蒸発の結果として温度は最初、例えば４０℃に低下し、濃縮のステップ（ｂ）の間に再び上昇する。一般に濃縮のステップ（ｂ）は、４０から１００℃の間、好ましくは６０から９０℃の間、より好ましくは７０から８０℃の間の温度で行うことができる。濃縮のステップは、その濃縮のステップの前に存在した水の３０％超が除去される、好ましくは水の４０％超が除去される、好ましくは水の５０％超が除去される、好ましくは水の７０％超が除去される、好ましくは水の８０％超が除去される、最も好ましくは水の９０％超が除去されるまで続けられる。

濃縮のステップの後、適切な量のメタノール、好ましくは反応混合物の初期体積を得るための量、または反応混合物の初期体積未満の量、例えば、反応混合物の初期体積の≦９０％、または≦８０％、または≦７０％、または≦６０％、または≦５０％、または≦４０％、または≦３０％、または≦２０％の量をステップ（ｃ）に加える。。この加えられるメタノールの量はまた、反応混合物の初期体積を超えてもよい。ステップ（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を１回または複数回、少なくとも１回、好ましくは２回、より好ましくは３回、より好ましくは４回、より好ましくは５回、より好ましくは６回、より好ましくは７回、より好ましくは８回、より好ましくは９回、より好ましくは１０回繰り返す。これらのステップを繰り返すことによって、本明細書中でさきに定義したアミノ酸メチルエステルの形成の「比」が著しく増加することが分かった。例えば、ステップ（ａ）〜（ｃ）を１回だけしか行わなかった後では７５〜８５％の間の「比」を得ることができ、ステップ（ａ）〜（ｃ）を１回繰り返した後には８５〜９５％の間の「比」を得ることができ、ステップ（ａ）〜（ｃ）を２回繰り返した後には９５〜９７％の間の「比」を得ることができ、ステップ（ａ）〜（ｃ）を３回繰り返した後には９７〜９８％の間の「比」を得ることができ、ステップ（ａ）〜（ｃ）を４回繰り返した後には９８〜９９％の間の「比」を得ることができ、ステップ（ａ）〜（ｃ）を５回繰り返した後には９９〜９９．５％の間の「比」を得ることができ、ステップ（ａ）〜（ｃ）を６回以上繰り返した後には９９．５％を超える「比」を得ることができる。

任意選択で、ステップ（ｂ）またはステップ（ｃ）の後に得られる混合物を、本明細書中でさきに定義した高い「比」を有する混合物を得るためにさらに精製することもできる。混合物の比は、好ましくは≧８５％、より好ましくは≧９０％、より好ましくは≧９５％、より好ましくは≧９６％、より好ましくは≧９７％、より好ましくは≧９８％、より好ましくは≧９９％、より好ましくは≧９９．５％、最も好ましくは≧９９．８％である。

精製のステップの一実施形態は、アミノ酸エステルからの遊離アミノ酸の沈殿および除去を伴う。これは、ステップ（ａ）で得られた混合物のｐＨをＮａＯＨ、アンモニア、ＫＯＨなどの適切な塩基を加えることによって２から６．５の間、好ましくは２．５から５の間、最も好ましくは３から４の間の値に調整することによって達成することができる。別の実施形態ではステップ（ａ）で得られた反応混合物を、適切な量の水に、またはアルコールに、または水とアルコールの混合物に加え、続いてｐＨをＮａＯＨ、アンモニア、ＫＯＨなどの適切な塩基を加えることによって２から６．５の間、好ましくは２．５から５の間、最も好ましくは３から４の間の値に調整することができる。ｐＨを所望の値に調整した後に、適切な塩基を加えることによってｐＨをその所望の値に保つことができる。これらの条件下で遊離アミノ酸を含む沈殿物を形成することができる。適切な時間の後、既知の手法を用いて沈殿物を濾過して取り除くことができる。その濾液はアミノ酸メチルエステルを含む。濾液のｐＨを、１から６の間、好ましくは１から４の間、最も好ましくは１．５から３の間のｐＨにした後に、既知の手法を用いて蒸発によりアルコールを除去してもよい。

精製のステップの別の実施形態は、アミノ酸メチルエステル誘導体および少量の遊離アミノ酸を含有する有機相と、遊離アミノ酸を含有する水相と、場合によっては塩とを含む二相または多相系の形成を伴う。これは、ステップ（ａ）で得られた混合物のｐＨをＮａＯＨ、アンモニア、ＫＯＨなどの適切な塩基を加えることにより７．５から１０の間、好ましくは８．５から９．５の間、最も好ましくは８．８から９．２の間の値に調整することによって達成することができる。別の実施形態ではステップ（ａ）で得られた反応混合物を、適切な量の水、またはアルコール、または水とアルコールの混合物に加え、続いてｐＨをＮａＯＨ、アンモニア、ＫＯＨなどの適切な塩基を加えることにより７．５から１０の間、好ましくは８．５から９．５の間、最も好ましくは８．８から９．２の間の値に調整することができる。ｐＨを所望の値に調整した後に、適切な塩基を加えることによってｐＨをその所望の値に保つことができる。任意選択で水は、塩（例えばＮａＣｌ）の水溶液の形態であることもできる。遊離アミノ酸もまた、沈殿物を形成することができる。多相系中の様々な相は、既知の手法を用いて分離することができる。任意選択で有機相は、水または塩水溶液で洗浄することができる。収率の減損を避けるために、洗液の水相を適切なプロセスの流れに再利用することができる。このプロセスの流れは、ステップ（ａ）後または上記ｐＨ調整後に得られる反応混合物であることができる。

精製のステップの高度に好ましい実施形態は、さきの２つの実施形態を組み合わせる、すなわち先ずステップ（ａ）で得られた混合物のｐＨを２から６．５の間、好ましくは２．５から５の間、最も好ましくは３から４の間の値に調整し、形成される沈殿物を濾過して除き、次いで得られた濾液のｐＨを７．５から１０の間、好ましくは８．５から９．５の間、最も好ましくは８．８から９．２の間の値に調整し、得られた多相系中の様々な相を既知の手法を用いて分離する。

［実施例］
［比較例］
［メタノールの連続添加および蒸留によるＤ−フェニルグリシン−メチルエステル（ＰＧＭ）溶液の合成］
この実験は、本質的には欧州特許出願公開第Ａ−０５４４２０５号明細書の記載と同様だが次の修正を加えて行った。すなわち欧州特許出願公開第Ａ−０５４４２０５号明細書における場合のＬ−フェニルアラニンまたはＬ−アスパラギン酸またはＬ−バリンの代わりにＤ−フェニルグリシンを使用し、また温度はより低い（欧州特許出願公開第Ａ−０５４４２０５号明細書における８５〜９０℃の代わりに７３℃）。

Ｄ−フェニルグリシン１３５ｇをメタノール２５２ｍＬ（２００ｇ）中に懸濁させ、濃硫酸１０７ｇを加えた。この混合物を２時間還流状態で約７３℃に保った。このリアクターは、タップ付き還流／蒸留装置を備える。還流の条件下ではタップを閉じ、一方、蒸留の間はタップを開く。乾燥メタノールを１１０ｇ／時の投入速度でリアクター中へ投入した。同じ流量で蒸留除去する（タップ開）ことによってリアクター内の水位を一定に保った。結果を表１に示す。メタノール７０８ｇの添加後、比（本明細書中でさきに定義した）は９１．０％であった。メタノール２４００ｇを加えた後でさえ、比は９４．７％に増加したに過ぎなかった。

［実施例１］
［Ｄ−フェニルグリシン−メチルエステル（ＰＧＭ）溶液の合成］
Ｄ−フェニルグリシン１３５ｇをメタノール２５２ｍＬ（２００ｇ）中に懸濁させ、濃硫酸１０７ｇを加えた。この混合物を還流状態で約７３℃に２時間保ち、真空ポンプを用いて減圧下で濃縮した。圧力は大気圧から２０ミリバールまで低下し、同時に反応混合物の温度は４０から８０℃に上昇した。

第二部分のメタノール１２６ｍＬ（１００ｇ）を加え、その混合物を還流状態で約８１℃に１時間保ち、上記の減圧下でさらに濃縮した。この手順をさらに３回繰り返した（メタノールの添加、還流、および濃縮）。最後にメタノール１２６ｍＬ（１００ｇ）を加え、その溶液をさらに１時間還流し、周囲温度まで冷却した。結果を表１に示す。最終の比は９９．２％であり、メタノール７００ｇが消費された。

その後、ｐＨが２．３〜２．４になるまでアンモニア１５ｍＬを一定速度で３５分のうちに加えた。次いで水７５ｍＬを加え、５０℃未満の温度を保ちながらメタノールを減圧下で蒸留して除いた。最終ＰＧＭ溶液のｐＨは２．０であった。

実施例１を比較例の結果と比較した場合、従来技術の方法（メタノールの連続的な添加および蒸留）の比較例は、実施例１で用いた方法（９９．２％）と比べてずっと低い「比」（９４．７％）を与える。さらに従来技術の方法は、同じ「比」を得るのにずっと多量のメタノールを消費する。例えば、９３％の（低い）「比」を得るために比較例では約１４００ｇのメタノールが使用され、一方、実施例１では２１％に過ぎない３００ｇが使用されるのみである。

［実施例２］
［Ｄ−フェニルグリシン−メチルエステル（ＰＧＭ）溶液の合成］
Ｄ−フェニルグリシン９０ｇをメタノール１７０ｍＬ中に懸濁させ、濃硫酸７３．２ｇを加えた。この混合物を還流状態で約７３℃に２時間保ち、真空ポンプを用いて減圧下で濃縮した。圧力は大気圧から２０ミリバールに降下し、同時に反応混合物の温度は４０から８０℃に上昇した。

メタノール１７０ｍＬを加え、その混合物を再び還流状態で２時間保ち、減圧下で濃縮した。さらに、メタノール１７０ｍＬを加え、その混合物を還流状態で２時間保ち、減圧下で濃縮した。最後にメタノール１２５ｍＬを加えた。本明細書中でさきに定義した「比」は、この段階で９５％であった。

この溶液を、メタノール２０ｍＬを予め装入した第二リアクター中へ２０℃で１時間のうちに投入した。ｐＨをアンモニアで３．５に保った。固形物が形成され、それを濾過により取り除いた。得られた母液を水２５ｍＬで希釈し、減圧下で濃縮した（ｐ＝２０ｍｍＨｇ、Ｔ＝４０〜４５℃）。最後にＤ−フェニルグリシン−メチルエステル（ＰＧＭ）溶液２０７．５ｇが得られた。得られた溶液の「比」は９９％であった。

［実施例３］
［Ｄ−ヒドロフェニルグリシン−メチルエステル（ＤＨＰＧＭ）溶液の合成］
Ｄ−ジヒドロフェニルグリシン（ＤＨＰＧ）９０ｇをメタノール２００ｍＬ中に懸濁させ、濃硫酸７３．２ｇを加えた。この混合物を還流状態で７３℃に２時間保ち、真空ポンプを用いて減圧下で濃縮した。圧力は大気圧から２０ミリバールに降下し、同時に反応混合物の温度は４０から８０℃に上昇した。

メタノール１７０ｍＬを加え、その混合物を再び還流状態で２時間保ち、減圧下で濃縮した。さらに、メタノール１７０ｍＬを加え、その混合物を還流状態で２時間保ち、減圧下で濃縮した。最後にメタノール１２５ｍＬを加えた。本明細書中でさきに定義した「比」は、この段階で９４．８％であった。

この溶液を、メタノール２０ｍＬを予め装入した第二リアクター中へ２０℃で１時間のうちに投入した。ｐＨをアンモニアで３．５に保った。固形物が形成され、それを濾過により取り除いた。得られた母液を水２５ｍＬで希釈し、木炭（活性炭）３ｇで脱色し、減圧下で濃縮した（ｐ＝２０ｍｍＨｇ、Ｔ＝４０〜４５℃）。最後にＤＨＰＧＭ溶液２１７．６ｇが得られた。得られた溶液の「比」は９９．２％であった。

Claims (5)

1. ａ．遊離アミノ酸、メタノール、および強酸を含む反応混合物を還流させるステップと、
   ｂ．ステップ（ａ）で得られる前記混合物を濃縮するステップと、
   ｃ．メタノールを加えるステップと、
   ｄ．ステップ（ａ）〜（ｃ）を２回以上繰り返すステップと
   を含むアミノ酸メチルエステルの合成方法。
2. ステップ（ａ）〜（ｃ）が少なくとも２回繰り返される、請求項１に記載の方法。
3. 前記アミノ酸は、アルファアミノ酸である、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記アルファアミノ酸が、Ｄ−フェニルグリシン、Ｄ−ジヒドロ−フェニルグリシン、またはＤ−４−ヒドロキシ−フェニルグリシンである、請求項３に記載の方法。
5. 前記強酸が硫酸である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。