SE451326B - Sett att framstella l-4-amino-2-hydroxismorsyra eller l-2,4-diaminosmorsyra - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 451 326 2 på kolatomen i 3-ställning i propionsyraföreningen. Som resultat har man funnit att den karboxamidogrupp, som är närvarande i den använda utgångspropionsyraföreningen, lätt kan omvandlas till en nitrilgrupp med högt utbyte t o m vid omgivningstemperatur genom omsättning med en alkansyraanhydrid, såsom ättiksyraanhydrid, eller med en alkansyrahalogenid, särskilt syrakloriden såsom acetyl- klorid, i ett reaktionsmedium, som huvudsakligen utgöres av en flytande tertiär amin, såsom pyridin, pikolin, piperi- din, och en trialkylamin med 1-4 kolatomer, t ex trimetyl- amin, trietylamin, tripropylamin och tributylamin. Denna reaktion mellan karboxamidogruppen och en alkansyraan- hydrid eller -halogenid för omvandling till en nitril- grupp är inte känd tidigare och anses vara en ny kemisk reaktion.

Ytterligare undersökning av denna nya kemiska reaktion har visat att den utgångsförening, som används för reak- tionen, ovillkorligen skall innehålla en fri karboxyl- grupp i molekylen förutom karboxamidogruppen för att man skall uppnå den önskade omvandlingen av karboxamidogruppen till en nitrilgrupp, och även att det intramolekylära av- ståndet mellan karboxylgruppen och karboxamidogruppen i utgångsföreningen är mycket viktigt för att den önskade omvandlingen skall uppnås med framgång, vilket innebär att karboxamidogruppen måste vara belägen på ett sådant avstånd från karboxylgruppen i utgångspropionsyraföre- ningen, som precis är tillräckligt för att tillåta dessa båda funktionella grupper att förenas så att en iso-imid- ring och företrädesvis en 5-ledad eller 6-ledad iso-imid- ring bildas. Med denna nya kemiska reaktion uppnås många fördelar genom att billiga och lättillgängliga reagens kan användas, att den använda utgångspropionsyraföreningen kan innehålla en hydroxylsubstituent utan att det är nöd- vändigt att skydda hydroxylgruppen, att reaktionen mellan utgångspropionsyraföreningen och en alkansyraanhydrid eller en alkansyrahalogenid sker snabbt även vid omgivnings- temperatur, och att karboxamidogruppen i utgångsföreningen 10 15 20 '25 30 35 451 326 3 kan omvandlas till en nitrilgrupp med högt utbyte, vilket gör föreliggande förfarande praktiskt och kommersiellt lönsamt.

Föreliggande uppfinning avser därför ett sätt att framställa L-4-amino-2-hydroxismörsyra eller L-2,4-diamino- smörsyra med formeln (I): HZN-CH2-CH2-CH~COOH (I) R där R är en aminogrupp eller en hydroxylgrupp, varvid man enligt uppfinningen: a) omsätter N-karbobensoxi-L-asparagin med ättiksyra- anhydrid eller acetylklorid i ett reaktionsmedium, som väsentligen består av en vätskeformig tertiär amin vid omgivande temperatur eller upp till kokpunkten för reak- tionsmediet, eller b) omsätter L-malamidsyra med ättiksyraanhydrid i ett reaktionsmedium, som väsentligen består av en vätskeformig tertiär amin vid omgivande temperatur eller upp till kok- punkten för reaktionsmediet, och c) eventuellt behandlar den erhållna reaktionsproduk- ten med klorvätesyra och reducerar den bildade nitril- föreningen medden allmänna formeln NEC-CH2-CH-COOH (V) Rl där R1 är en hydroxylgrupp eller en karbobensoxiamino- grupp, genom katalytisk hydrering, med samtidig avspalt- ning av återstående aminoskyddande karbobensoxigrupper.

En föredragen utföringsform av uppfinningen avser ett sätt att framställa en förening med formeln I, där R är en hydroxylgrupp eller en skyddad eller oskyddad amino- grupp, som omfattar att man omsätter en propionsyraföre- ning representerad av formeln (II): 10 15 20 25 30 35 451 326 4 Ncc-CH -cH-coofl (II ) H2 2 där R' är en hydroxylgrupp eller en skyddad aminogrupp, med en alkansyraanhydrid med formeln (III): / (IIIW där R5 och R6 båda är en alkylgrupp med l-6 kolatomer, eller med en alkansyraklorid eller -bromid med formeln (IV): R COC1 eller R COBr (IV) 5 5 där R5 har den ovan angivna definitionen, i ett reaktions- medium som huvudsakligen består av en flytande tertiär amin, särskilt pyridin, för omvandling av karboxamido- gruppen till en nitrilgrupp och därigenom framställning av en nitrilförening representerad med formeln (V): NæC-CH2-CH-COOH (V) R. där R' har den ovan angivna definitionen, och att man där- efter reducerar nitrilföreningen (V) med väte för omvand- ling av nitrilgruppen till en aminometylgrupp och fram- ställning av en 4-aminosmörsyraförening med formeln (I'): H2N-CH2-CH2-ïH-COOH (I') m, RI där R' har den ovan angivna definitionen, och vidare even- tuellt avlägsnar en kvarvarande skyddsgrupp från den er- hållna 4-aminosmörsyraföreningen (I'). 10 15 20 25 30 35 451 326 5 Vid det första steget av sättet enligt uppfinningen omsätts generellt utgångspropionsyraföreningen (II) med en alkansyraanhydrid (III) eller med en alkansyrahalo- genid (IV) i ett reaktionsmedium, som huvudsakligen består av en flytande tertiär amin, som företrädesvis kan vara torr och i vilken utgångsföreningen (II) och alkansyra- anhydriden (III) eller alkansyrahalogeniden (IV) är lösliga.

Lämpliga exempel på den flytande tertiära aminen inne- fattar pyridin, pikolin, piperidin och en trialkylamin, vars alkylgrupp innehåller 1-4 kolatomer, såsom trimetylamin, trietylamin, tri-n-propylamin, tri-iso-propylamin, tri-n- -butylamin, tri-iso-butylamin. Torrt pyridin är mest före- draget som reaktionsmedium för föreliggande förfarande.

I detta första steg kan reaktionen utföras vid omgiv- ningstemperatur, men om så önskas kan den även utföras vid förhöjd temperatur upp till kokpunkten för det använda lösningsmedlet. Den erforderliga reaktionstiden ligger vanligtvis i området 1-3 timmar.

Lämpliga exempel på utgångspropionsyraföreningen (II) innefattar 3-karboxamido-propionsyra; 2-amino-3-karbox- amido-propionsyra (känd som L-asparagin), dess amino- skyddade derivat; och 2-hydroxi-3-karboxamido-propionsyra (känd som L-malamidsyra). När den använda utgångspropion- syraföreningen (II) innehåller en annan aminosubstituent än den i karboxamidogruppen närvarande aminogruppen, måste denna aminogrupp tidigare vara skyddad med någon känd aminoskyddsgrupp. När å andra sidan en utgångspropionsyra- förening (II) har en hydroxylsubstituent, är det inte nödvändigt att skydda denna hydroxylgrupp i utgångsföre- ningen. Vilken som helst av kända aminoskyddsgrupper inne- fattande en aralkyloxikarbonylgrupp, såsom karbobensoxyl, och alkoxikarbonylgrupp, såsom tert.-butoxikarbonyl, kan användas för detta ändamål. Aminoskyddsgruppen är före- trädesvis sådan att den lätt kan avlägsnas från den amino- skyddade nitrilföreningen under det efterföljande reduk- tionssteget vid föreliggande förfarande. Exempelvis är karbobensoxylgruppen mest föredragen som aminoskyddsgrupp, 10 15 20 25 30 35 451 326 6 eftersom den kan avlägsnas genom hydrogenolys samtidigt som det andra steget, nämligen reduktionssteget vid före- liggande förfarande, utförs med nitrilprodukten (V).

När en utgângspropionsyraförening (II), där en av Q R1, R2, R3 och R4 är en aminogrupp, skall skyddas med en aminoskyddsgrupp, kan det aminoskyddade derivatet av denna iv utgångsförening framställas genom omsättning av utgångsföre- ningen med en väsentligen ekvimolär andel av ett känt reagens för införande av aminoskyddsgruppen, som vanligtvis används i enlighet med sedvanlig peptidsyntes. Det amino- skyddsgruppinförande reagenset kan t ex vara ett klorformiat med formeln: Cl~CO-OR7 där R7 är en alkylgrupp med l-5 kolatomer såsom metyl, etyl, t-butyl och t-amyl; en cykloalkylgrupp med 3-6 kol- atomer såsom cyklopentyl och cyklohexyl; en aralkylgrupp såsom fenyl~alkyl innehållande alkyl med 1-4 kolatomer, såsom bensyl och p-nitrobensyl; en arylgrupp såsom fenyl; eller en heterocyklisk grupp såsom furfuryl, eller ett p-nitrofenylkarbonat med formeln: p-N02-C H -O-CO-OR 6 5 7 eller en N-hydroxisuccinimidester med formeln: 0 .

N-o-co-om, 0 eller ett azidoformiat med formeln: N3-CO-OR7 w där R7 har den ovan angivna definitionen. Detta reagens kan omsättas med utgångsföreningen (II), som innehåller den fria aminogruppen, i ett lämpligt lösningsmedel som 10 15 20 '25 30 35 451 326 7 vatten, etanol, aceton eller en blandning därav under neu- trala eller basiska betingelser på för petidsyntes tidi- gare känt sätt.

Den syraanhydrid med formeln (III) som skall användas är företrädesvis ättiksyraanhydrid, men propionsyraanhydrid och smörsyraanhydrid kan också användas. Syraklorid eller syrabromid kan användas som syrahalogenid med formeln (IV) i det första steget av föreliggande förfarande, och acetyl- klorid är att föredra. Givetvis kan acetylbromid, propionyl- klorid eller -bromid, butyrylklorid eller -bromid också användas för detta ändamål.

Syraanhydriden (III) eller syrahalogeniden (IV) används företrädesvis i ett förhållande av en mol eller mer per mol av den använda utgångsföreningen (II).

Sedan reaktionen avslutats, upphettas den erhållna reaktionslösningen för avdestillering av lösningsmedlet vid reducerat tryck, och den koncentrerade lösningen behand- las med saltsyra, vilket vanligtvis leder till utfällning av nitrilprodukten med formeln (V).

Reduktionen av nitrilföreningen (V) i det andra steget av föreliggande förfarande kan åstadkommas i enlighet med varje sedvanligthydreringsförfarande, genom vilket nitril- gruppen kan överföras till en aminometylgrupp. Det är att föredra att reducera nitrilföreningen (V) katalytiskt med väte i närvaro av en hydreringskatalysator, såsom platina- oxid, platinametall och palladium.

Vidare kan elimineringen av en kvarvarande aminoskydds- grupp från den sålunda framställda 4-aminosmörsyraföre- ningen vid behov utföras genom ett sedvanligt förfarande.

Exempelvis kan de ovan nämnda aminoskyddsgrupperna avlägs- nas genom hydrolys med svag syra eller genom hydrogenolys samtidigt med den ovannämnda katalytiska reduktionen i det andra steget.

Med användning av förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan man lätt framställa de biokemiskt värdefulla förenürmrna L-2,4-diaminosmörsyra och L(-)-4-amino-2-hydroxi- smörsyra. Särskilt L(-)-4-amino-2-hydroxismörsyra är ett 10 15 20 25 30 35 451 326 8 av de viktiga reagensen för framställning av olika amino- glukosidantibiotika, eftersom man på senare år funnit att L(-)-4-amino-2-hydroxismörsyra kan omsättas med vissa aminoglykosidantibiotika, såsom kanamycin A, B, C eller ribostamycin till terapeutiskt värdefulla halvsyntetiska antibiotika, som är ytterst aktiva mot en mångfald amino- glykosidantibiotika-resistena bakterier (se t ex US-PS 4,008,362).

Enligt sättet vid föreliggande uppfinning behandlas exempelvis N-karbobensoxi-L-asparagin, den förening med formeln (II), där R1, R2 och R3 vardera är en väteatom och R4 är gruppen -NHCOOCHZ-C6H5, med ättiksyraanhydrid i pyridin vid rumstemperatur i en timme, varefter pyridin avdestilleras från reaktionsblandningen vid reducerat tryck och den koncentrerade reaktionslösningen behandlas under sura betingelser med saltsyra för kristallisation av den bildade produkten N-karbobensoxi-B-cyano-L-alanin. Denna nitrilmellanprodukt reduceras sedan med väte i närvaro av en katalysator av platinaoxid med det sedvanliga hydre- ringsförfarandet för omvandling av cyanogruppen i mellan- produkten till en aminometylgrupp och samtidig eliminering av karbobensoxigruppen (aminoskyddsgruppen), och slutligen renas den erhållna oskyddade produkten med någon lämplig metod, såsom omkristallisation. Pâ detta sätt framställer man lätt L-2,4-diaminosmörsyra med ett högt utbyte på 75% utgående från L-asparagin. Vidare kan L(-)-4-amino-2- -hydroxismörsyra framställas utgående från denna L-2,4- -diaminosmörsyra (Agr. Biol. Chem. gg, 8, 1649-1650 (1976)).

Dessutom kan sättet enligt föreliggande uppfinning utföras utgående från L-malamidsyra, den förening med for- meln (II), där R1, R2 och R3 vardera är en väteatom och R4 är en hydroxylgrupp. I detta fall kan L(-)-4-amino-2- -hydroxismörsyra erhållas med ett utbyte på 61% utan att man behöver isolera nitrílmellanprodukten genom reduktion av den senare med väte och därefter rening av reaktions- produkten. = i ) 10 15 20 25 30 35 451 326 9 Således erbjuder föreliggande sätt en ny väg, som är fördelaktig genom att samtliga reagens som används i varje steg är billiga, att reaktionen i varje steg kan utföras under moderata reaktionsbetingelser, att ingen oönskad isomeriseringsreaktion äger rum, och att ingen optisk uppspjälkningsbehandling av slutprodukten erfordras.

Således är föreliggande sätt ett praktiskt och mycket an- vändbart sådant.

Uppfinningen belyses nu med hänvisning till de efter- följande exemplen, där alla temperaturer anges i Celsius- grader.

Exempel l (1) Syntes av N-karbobensoxi-ß-cyano-L-alanin 2,66 g (10 millimol) N-karbobensoxi-L-asparagin (Journal of Organic Chemistry 26, 3356-3360 (1961)) blandades med 30 ml torrt pyridin och 1,2 ml (12 millimol) ättiksyra- anhydrid, och den erhållna blandningen omrördes vid en temperatur från 20 till 25° i en timme. Reaktionslösningen koncentrerades sedan till en sirap genom avdestillering av pyridinet vid reducerat tryck, och sirapen löstes i 50 ml lN saltsyra som sattes till sirapen. Därefter kyldes blandningen. Produkten, som avsattes som färglösa nålar, avlägsnades genom filtrering, tvättades med kallt vatten och torkades, vilket gav 2,05 g N-karbobensoxi-B-cyano-L- -aknfin. Utbyte 83%. Denna produkt befanns ha följande egen- skaper: [u]š5= -1a,7° (C = 1,27, metanol) Smältpunkt 129-l3l,5° (2) Framställning av L(+)-2,4-diaminosmörsyra 1,24 g (5 millimol) N-karbobensoxi-B-cyano-L-alanin löstes i en blandning av 80 ml etanol, 20 ml vatten och 3 ml konc. saltsyra, den erhållna lösningen blandades med 100 mg platinaoxid och blandningen underkastades reduk- tion med väte vid 3 atm. vid rumstemperatur i 5 timmar.

Genom detta förfarande avlägsnades även aminoskyddsgruppen (karbobensoxigruppen) från den aminoskyddade föreningen samtidigt med den katalytiska reduktionen av cyanogruppen 10 15 20 25 30 35 451 326 10 till en aminometylgrupp. Reaktionsblandningen filtrerades för eliminering av katalysatorn och tvättades sedan med vatten. Tvättvattnen slogs samman med filtratet och den sammanslagna vätskan neutraliserades genom tillsats av en vattenlösning av lN natriumhydroxid. Den erhållna neu- traliserade lösningen fick sedan passera genom en kolonn i av 40 ml katjonbytarharts, "Amberlite CG-50" (NH4-form) (en produkt från Rohm & Haas Co., USA) för adsorption av den önskade produkten. Sedan kolonnen tvättats med 120 ml vatten, eluerades den med 0,3N vattenthaltig ammoniak.

Eluatet uppsamlades i 10 ml-fraktioner och de sammanslagna fraktionerna 1-13 koncentrerades till torrhet, vilket gav 558 mg L(+)-2,4-diaminosmörsyra. Utbyte 95%.

Denna substans upptogs i 10 ml lN saltsyra och blan- dades med etanol för utfällning av den önskade produkten som färglösa kristaller. Denna produkt befanns ha följande egenskaper: Smältpunkt l93~l94° lülšs = +l3,4° (c = 1,25, vatten) Exempel 2 (1) Syntes av N-karbobensoxi-ß-cyano-L-alanin 596 mg (2,4 millimol) N-karbobensoxi-L-asparagin blandades med 6 ml torrt pyridin, och till denna bland- ning sattes droppvis 0,17 ml (1,1 millimol) acetylklorid.

Den sålunda erhållna blandningen omrördes vid en tempera- tur från 20 till 25° i 45 minuter för åstadkommande av reaktionen. Reaktionslösningen koncentrerades sedan till en sirap genom avdestillering av pyridin vid reducerat tryck, och sirapen blandades med 10 ml lN saltsyra för kristallisation av den önskade produkten. Den erhållna kristallina produkten avlägsnades genom filtrering, tvät- tades med kallt vatten och torkades, vilket gav 401 mg _ N-karbobensoxi-B~cyano-L-alanin som färglösa nålar. Ut- byte 73%. Denna produkt befanns ha följande egenskaper: fd] äs = -16,3” (c = 1,2, metanol) Smältpunkt 130-l32° 10 15 20 25 30 35 451 326 ll (2) Den ovan erhållna produkten N-karbobensoxi-ß- -cyano-alanin reducerades med väte på samma sätt som i exempel 1 (2), med undantag av att platinaoxidkatalysatorn ersattes med 0,1 g palladium. Reaktionslösningen behand- lades sedan på samma sätt som i exempel l (2), vilket gav 255 mg L(+)-2,4-diaminosmörsyra som färglösa kristaller.

Utbyte 90%. g Exempel 3 Framstållning av L(-)-4-amino-2-hydroxismörsyra 532 mg (4 millimol) Ä-malamidsyra (NH2CO-CH2(OH)-COOH) blandades med 15 ml torrt pyridin och 1,5 ml ättiksyra- anhydrid, och den erhållna blandningen omrördes vid rums- temperatur i en timme. Reaktionslösningen koncentrerades sedan till en sirap genom avdestillering av pyridin vid reducerat tryck, och den erhållna sirapen löstes i en bland- ning av 20 ml etanol och 5 ml vatten, som sattes till sirapen. Till denna lösning sattes vidare l ml konc. salt- syra och 50 mg platinaoxid, och blandningen underkastades reduktion med väte vid 3 atm. vid rumstemperatur över natten. Reaktionsblandningen filtrerades för eliminering av katalysatorn och tvättades med vatten. Tvättlösningarna slogs samman med filtratet, och den sammanslagna lösningen koncentrerades till torrhet vid reducerat tryck. Den så- lunda erhållna fasta återstoden upptogs i 10 ml vatten, och den erhållna lösningen fick sedan passera genom en kolonn av 20 ml katjonbytarharts Doweg 50W x 4 (H+-form) (en produkt från Dow Chemical Co., USA) för adsorption av den önskade produkten. Sedan kolonnen tvättats med 100 ml vatten, eluerades den med 0,5N vattenhaltig ammo- niak. Det erhållna eluatet uppsamlades i 5 ml-fraktioner och de sammanslagna fraktionerna 15-20 koncentrerades till torrhet, vilket gav 291 mg L(-)-4-amino-2-hydroxismörsyra.

Utbyte 61%. Denna produkt omkristalliserades ur vatten- -mäïunl för rening. Den erhållna kristallina produkten befanns ha följande egenskaper: Smältpunkt 197-198,S° [a]š5 = -28,2° (c = 1,2, vatten).

Claims (2)

1. 0 15 20 25 30 451 326 12 PATENTKRAV l. Sätt att framställa L-4-amino-2-hydroxismörsyra eller L-2,4-diaminosmörsyra med formeln (I): HZN-CHZ-CHZ -cH-cooH (I) R där R är en aminogrupp eller en hydroxylgrupp, k ä n - n e t e c k n a t därav, att man a) omsätter N-karbobensoxi~L-asparagin med ättiksyra- anhydrid eller acetylklorid i ett reaktionsmedium, som väsentligen består av en vätskeformig tertiär amin vid omgivande temperatur eller upp till kokpunkten för reaktionsmediet, eller b) omsätter L-malamidsyra med ättiksyraanhydrid i ett reaktionsmedium, som väsentligen består av en vätske- formig tertiär amin vid omgivande temperatur eller upp till kokpunkten för reaktionsmediet, och c) eventuellt behandlar den erhållna reaktionsprodukten med klorvätesyra och reducerar den bildade nitril- föreningen med den allmänna formeln NaC~CH2-CH-COOH (V) R1 där R1 är en hydroxylgrupp eller en karbobensoxiaminogrupp, genom katalytisk hydrering, med samtidig avspaltning av återstående aminoskyddande karbobensoxigrupper.

2. Sätt enligt kravet l, därav, att man genomför stegen a) resp b) i pyridin vid k ä n n e t e c k n a t 20 till 25°C, varvid steget a) genomföres med acetylklorid.