DK166826B1 - Fremgangsmaade til fremstilling af glycosylfluorider i et trin - Google Patents

Description

DK 166826 B1

Den foreliggende opfindelse angår en særlig fremgangsmåde til fremstilling af glycosylfluorider i ét trin.

Blandt 1-halogensukkerarterne (glycosylhalogenider) indtager fluorforbindelserne på grund af deres relative 5 stabilitet og særlige reaktivitet en særstilling. Dette gælder især for glycosid-synteser, som gennemføres med glycosylhalogenider. Glycosylfluorider er de eneste 1-halogensukkerarter, som er bestandige uden beskyttelse af de øvrige hydroxy grupper, idet de anomere fomer gen-10 ske vist kan adskille sig ved deres stabilitet. Eksempelvis er a-glycosylfluorid således mere stabil end β-formen.

Skønt glycosylfluoriderne, som nævnt, er bestandige uden beskyttelsesgrupper, er fremgangsmåden til deres fremstilling ifølge litteraturen relativt omstændelig 15 og forløber i tre trin, hvor man går ud fra det rene carbohydrat (monosaccharid).

Teknikkens stade skal illustreres eksempelvis ved fremstillingen af a-glycosylfluorid. Her betjener man sig stadigvæk af fremgangsmåden ifølge B. Helferich et al.

20 (Liebigs Annalen der Chemie 447 (1926), s. 27 ff)/ ifølge hvilken glucose (I) i trin 1 skal omdannes til dens pentaace- tat (II). Først dette kan i trin 2 omsættes ved hjælp af flydende hydrogenfluorid til tetraacetyl-a-glycosylfluorid (III), som endelig i trin 3 inden for rammerne af en omforestring med methanol i nærværelse af methylat skal omdannes til α-glycosylfluoridet (IV), som ikke har nogle beskyttelsesgrupper (se reaktionsskema på tegningen i fig. 1).

Som yderligere ulempe vejer det til, at det hydrogenfluorid, der anvendes ved fluoreringen (trin 2) går tabt, ^ Λ herved kan der også delvis indtræde en deacetylering, som eventuelt skal afhjælpes ved efteracetylering, og at der med fraspaltningen af beskyttelsesgrupperne ved hjælp af methylat også kan indtræde en dehydrofluorering under dannelse af et sukkeranhydrid, hvilket nedsætter produktets 35 renhed og kan være ugunstig for efterfølgende reaktioner.

DK 166826 B1

O

2

Den relative stabilitet af glycosylfluoriderne/ eksempelvis α-glycosylfluoridet, henleder tankerne på at fremstille dette produkt i ét trin direkte fra monosaccha-ridet, eksempelvis glycosen" og hydrogenfluorid. I virke-5 ligheden er det kendt, at monosaccharider, men også oligo-og polysaccharider, såsom stivelse eller cellulose, let reagerer med hydrogenfluorid under dannelse af glyco-sylfluorider, (jfr..Defaye, Gadeile og Pedersen, Carbohydrate Research 110 (1982), s. 217-227, med yderligere litteratur-10 angivelser, se reaktionsskema i fig. 2a). Som det yderligere fremgår af dette sted i litteraturen, står dannet glycosyl-fluorid imidlertid i en koncentrationsafhængig ligevægt med reversionsprodukter, dvs. produkter fra reaktionen af glycosylfluorid med en vilkårlig hydroxygruppe fra et 15 nabomolekyle ifølge reaktionsskemaet i fig. 2b. De derved dannede fluorerede disaccharider kan ligeledes kondensere i ligevægt med yderligere mono-, oligo- eller polymere saccharidmolekyler i reaktionsblandingen. Som det også fremgår af dette sted i litteraturen, forskydes lige-20 vægten ved bortdampning af hydrogenfluoridet i retning af oligosacchariderne (reversionsprodukter).

For at undgå den uønskede, koncentrationsafhængige forskydning af ligevægten i retning af reversionsprodukterne har man også allerede isoleret glycosylfluorid fra en 25 fortyndet opløsning i hydrogenfluorid ved udfældning med diethylether (Defaye, Gadeile, Pedersen, loc. cit.). Denne fremgangsmåde egner sig imidlertid af sikkerhedsgrunde ikke til større mængder (brand- og eksplosionsfare i sammenhæng med diethylether); desuden må man opgive hydro-30 genfluorid og diethylether, da de kun vanskeligt kan skilles fra hinanden, hvilket gør denne fremgangsmåde særdeles bekostelig og kun anvendelig til videnskabelige formål. En yderligere kendt, men for store mængder på lignende måde upraktiserbar fremgangsmåde, er den umiddel-35 bare neutralisering af opløsningen af glycosylfluorid med calGiumcarbonat (D.T.A. Lamport et al., Biotechnology and DK 166826 B1 3

Bioengineering, vol. XXIV, s. 903-918 (1982). Denne fremgangsmåde giver desuden kun udbytter på højst ca. 20%.

Formålet med opfindelsen er således at udvikle en fremgangsmåde, som tillader en genvinding af hydro-5 genfluoridet, ikke benytter noget fældningsmiddel og alligevel forløber uden reversion af det primært dannede glycosylfluorid.

Det har nu overraskende vist sig, at hastigheden af indstillingen af den omtalte koncentrationsafhængige 10 reversionsligevægt er særdeles stærkt temperaturafhængig, således at man kan undgå en reversion på simpel måde ved, at man ved oparbejdning af en opløsning af et glycosyl-fluorid i hydrogenfluorid vælger en egnet lav fordampningstemperatur og/eller en egnet høj fordampningshastighed.

15 Den foreliggende opfindelse angår følgelig en frem gangsmåde til fremstilling af glycosylfluorider i ét trin ved opløsning af saccharider, hvis hydroxygrupper er frie, i flydende hydrogenfluorid og efterfølgende fordampning af hydrogenfluoridet, og denne fremgangsmåde er ejendommelig 20 ved, at fordampningen foregår under sådanne betingelser, at reversion af det primært dannede glycosylfluorid undgås, nemlig ved en temperatur på -80 til +20eC og/eller en tilstrækkelig høj fordampningshastighed.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen får man i sagens 25 natur glycosylfluoridet i den stereomere form, som er termodynamisk mest stabil, sædvanligvis α-formen.

Til temperaturen ved fordampningen kommer hele det flydende område for udgangsstoffets opløsning i hydrogenfluorid mellem -80°C og hydrogenfluorids kogepunkt ved atmos-30 færisk tryk, ved normalt tryk 20°C, i betragtning. Et foretrukket område er dog området mellem -50“C og 0eC, især området mellem -40°C og -20°C, idet højere temperaturer op til den øvre grænse af dé angivne områder er tilladelig ved højere fordampningshastigheder, og ved lavere fordampnings-35 hastigheder opretholdes hensigtsmæssigt lavere temperaturer, dvs., at man i så tilfælde indstiller disse i nærheden af DK 166826 B1 4 de nedre grænser for de angivne områder.

En udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at der til fordampningsprocessen indstilles en begyndelsestemperatur på -20 til +20°C og 5 bevirkes en tilstrækkelig høj fordampningshastighed ved mekanisk forstøvning, sprøjteforstøvningstørring, tyndtlags-eller faldende-film-fordampning.

Da det er opfindelsens formål at undgå reversionen af glycosylfluoridet, foretrækker man naturligvis også i 10 området fra -50°C til 0°C, eller i det snævre foretrukne område mellem -40 og -20"C at gribe til sådanne forholdsregler, som modvirker reversionen, dvs. at bevirke en så høj fordampningshastighed som muligt.

Man kan indstille en lav temperatur ved fordamp-15 ningen eksempelvis ved en destillation under formindsket tryk, eller ved en fordampning af hydrogenfluoridet ved indblæsning af indifferent gas (eksempelvis luft, nitrogen, carbondioxid eller ædelgasser) uden eller fortrinsvis med udvendig afkøling. Man kan dog også ved frembringelse af 20 en så høj fordampningshastighed og dermed et højt forbrug af fordampningsvarme pr. tidsenhed fremkalde en så stærk indre afkøling af opløsningen, at en udvendig afkøling er unødvendig.

Den især i det sidste tilfælde nødvendige 25 høje fordampningshastighed kan eksempelvis fremkaldes ved anvendelsen af gængse fremgangsmåder, såsom en mekanisk forstøvning eller sprøjteforstøvningstørring, tyndtlags- eller faldende-film-fordampning, som nævnt ovenfor. Remanensen fra inddampningen neutraliseres i disse 30 tilfælde hensigtsmæssigt straks, fortrinsvis kontinuerligt, eller også dybfryses den forud for yderligere forarbejdning, eksempelvis ved hjælp af en fast carbondioxid.

Hydrogenfluorid og saccharider er i sig blandbare i ethvert blandingsforhold. I de opløsninger, som under-35 kastes behandlingen ifølge opfindelsen, kan forholdet mellem hydrogenfluoridet og saccharidet eksempelvis være DK 166826 B1 5 mindst 4:1. Almindeligvis er det imidlertid mindst 7:1 og især mindst 9:1. Teoretisk kan forholdet være særdeles stort, eksempelvis 100:1. Dette er imidlertid med hensyn til den tekniske håndtering naturligvis ikke praktisk, således at 5 man almindeligvis indskrænker overskuddet af hydrogenfluorid på teknisk hensigtsmæssig måde, eksempelvis til højst 20:1 eller 30:1.

Som udgangsstoffer til fremstillingen ifølge opfindelsen af glycosylfluorider kan man anvende de monomere 10 aldo- eller ketotetroser, -pentoser, -hexoser, -heptoser, -octoser og -nonoser, men også glycosidisk bundne oligo- og polysaccharider, hvis glycosidiske bindinger kan spaltes ved hjælp af hydrogenfluorid. Som eksempler på de i denne forstand anvendelige monosaccharider angives: 15 Glucose, galactose, mannose, allose, fructose, sorbose, fucose, rhamnose, xylose, ribose, arabinose og erythrose.

Som eksempler på glycosidisk bundne oligo- og polysaccharider angives: Maltose, isomaltose, cellobiose, lactose, saccharose, raffinose, cellodextrin, amylose, amylopectin 20 og cellulose, idet der naturligvis til fremstilling af et ensartet sammensat glycosylfluorid kun kan tjene et ensartet opbygget udgangsstof.

Som materialer til reaktionsbeholderen og fordampningsapparaturet kommer alle materialer på tale, 25 som ved reaktionsbetingelserne er bestandig over for hydrogenfluorid, såsom polyethylen, polypropylen, copolymere af hexafluorpropen og vinylidenfluorid, eksempelvis ® Viton, polytetrafluorethylen, polytrifluorchlorethylen, chromnik-kelstål, rent nikkel, monelmetal, sølv, guld og platin.

30 Til apparatdele med mindre belastning kan man som metallisk materiale også anvende ulegeret stål.

Det valgte udgangsstof opløses på gængs måde under omrøring i hydrogenfluorid; herved går man hensigtsmæssigt ud fra hydrogenfluoridet og tildoserer det faste saccharid.

3S Den herved frigjorte reaktions- og opløsningsvarme kan eksempelvis føres bort ved udvendig afkøling eller tilbagesvalings-

O

DK 166826 B1 6 afkøling eller forbruges som fordampningsvarme.

Efter påfølgende opløsning af det som udgangsstof anvendte saccharid er det hensigtsmæssigt at fuldstændiggøre reaktionen i endnu nogen tid, eksempelvis fra ca. 15 5 til ca. 200 minutter, fortrinsvis fra 30 til 100 minutter, eventuelt under omrøring, hensigtsmæssigt inden for et temperaturområde fra 0 til 20°C. Derpå underkastes den klare reaktionsopløsning afdampningsprocessen ifølge opfindelsen.

Hydrogenfluoridet, som afdampes ved fremgangsmåden 10 ifølge opfindelsen, kan, efter kondensationen i et egnet køleapparat, som regel umiddelbart genanvendes. Udbyttet af genvundet hydrogenfluorid ligger alt efter anvendt ind-dampningsmetode på op til langt over 90% af udgangsmængden.

Den eventuelt afkølede inddampningsremanens, som inde-15 holder det rå glycosylfluorid, restmængder af hydrogenfluorid som eventuelt reaktionsvand, kan atter neutraliseres på gængs måde, eksempelvis ved hjælp af calcium-carbonat i vandig opslæmning, jvf. D.T.A. Lamport et al-, loc. cit.. Isoleringen af 1-fluorsukkeret fra det neutrale, 20 vandige filtrat kan eksempelvis ske ved inddampning. Man foretrækker dog skånende fremgangsmåder, såsom frysetørringen. Udbytterne er, da tab kun kan forekomme i sammenhæng med en eneste filtreringsproces, altid særdeles høje, i regelen næsten kvantitative. Det således tlvejebragte produkt er 25 for det meste tilstrækkelig rent til den videre anvendelse. Da glycosylfluoriderne adskiller sig noget i deres stabilitet, forekommer den tilsvarende fluorfri monosaccharid, eksempelvis galactosen, undertiden i ringe mængder, eksempelvis op til 5%, som forurening. Ud over grundstofanalyse 30 egner sig fremfor alt tyndtlagschromatogrammet til identifikation og renhedskontrol.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen har i forhold til teknikkens stade følgende to store fordele: a) Det drejer sig om en reaktion i ét trin, der går ud fra 35 et carbohydrat, som er ubeskyttet i hydroxylgrupperne, og dette kan ikke kun være et monosaccharid, men også

O

DK 166826 B1 7 et billigt polymert saccharid, nemlig et oligo-eller poly-saccharid, såsom stivelse eller cellulose; samtidig nedbrydes de polymere saccharider til monomere eller oligo-mere produkter.

5 b) Næsten hele det relativt bekostelige hydrogenfluorid kan genvindes og genanvendes.

Begge fordele bevirker, at glycosylfluorider kan fremstilles hurtigere, enklere og billigere ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen end tidligere.

10 De følgende eksempler skal belyse fremgangsmåden yderligere.

Eksempel 1 I en halvgennemsigtig beholder, som kan lukkes, 15 af polyethylen med magnetomrøringsindretning og termometer går man ud fra 50 g hydrogenfluori<^ og der afkøles ved hjælp af et tørisbad ned til -50°C; derpå fjernes kølebadet. Under overlejring med tørt nitrogen tilfører man derpå hurtigt 5 g glucose under omrøring således, 20 at sluttemperaturen når ca. 5°C. Den således tilvejebragte, klare, kun svagt farvede reaktionsopløsning henstilles tillukket under lejlighedsvis omrøring i én time ved stuetemperatur og afkøles derpå til -30°C. Ved hjælp af et gastilledningsrør af polyethylen leder man derpå en strøm af 25 tørt nitrogen med en hastighed på ca. 100 liter pr. time ind i opløsningen og indregulerer imens den udvendige kølebadstemperatur således, at man opretholder en indre temperatur på ca. -30°C. Gasstrømmen ledes til en køler, fyldt med tøris, hvori hydrogenfluoridet kondenserer 30 og kan forenes i et afkølet destillationsforlag. Efter 1,5 timers forløb blandes den nu seje sirup under pH-værdi-kontrol med en vandig opslæmning af fint pulveriseret calciumcarbo-nat. Der sættes endelig få dråber af en mættet vandig calciumhydroxidopløsning til reaktionsproduktet, indtil 35 pH-værdien forbliver 7,5, og væsken skilles fra ved sugning. Det klare filtrat frysetørres, og man får 4,6 g råt

O

DK 166826 B1 8 glucosylfluorid.

Analyse: Smeltetemperaturområdet er fra 115-118°C (dekomp.) i god overensstemmelse med litteraturen; ved en blanding med autentisk materiale indtræder der ikke nogen nedsættelse.

5

Grundstofanalyse: Fluor: fundet 10,5%; beregnet 10,4%.

Tyndtlagschromatografi på kiselgel G, elueringsmiddel ethylacetat/isopropanol/vand (23:65:12): ingen forskel 10 i sammenligning med autentisk materiale.

1H-, 19F- og 13C-NMR-spektroskopien godtgør, at a-anomeren foreligger.

15 Eksempel 2 I en destillationskolbe af polytetrafluorethylen destilleres én analogt til eksempel 1 fremstillet opløsning af 10 g glucose i 100 g hydrogenfluorid ved en indre temperatur på -30°C under formindsket tryk. Trykket indregule-20 res mellem 100 og 130 mbar således, at der sker en kontinuerlig destillation. Efter 2,5 timers forløb er rest-HF-indhol-det i destillationssumpen kun 5 g. Destillationen afbrydes, og remanensen oparbejdes som ifølge eksempel 1. Man får 9,5 g glycosylfluorid.

25

Eksempel 3 1 g D-galactose omsættes med 10 g hydrogenfluorid i et apparatur og ved fremgangsmåden ifølge eksempel 1, blandingen henstår 1 time ved fra -30° til -40°C, og hy-30 drogenfluoridet fordrives derefter ved indblæsning af nitrogen i 15 minutter. Ved oparbejdning fås a-D-galactosyl- fluorid (ca. 1 g), som identificeres ved grundstofanalyse, 19 13 tyndtlagschromatogram og F eller C-NMR-spektre (jfr.

J.E.C. Barnett et al., Biochem J. 105 (1967), s. 669).

35 Smeltepunkt: 130°C (dekomp.).

O

DK 166826 B1 9

Eksempel 4

Ligesom beskrevet i eksempel 3 omsættes 1 g D-man-nose med 10 g hydrogenfluorid. Man isolerer ca. 1 g a-D-mannosylfluorid, og det identificeres ved sammenlig-5 ning med autentisk materiale, jfr. Barnett et al., loc. cit. i eksempel 3).

Eksempel 5 5 g stivelse omsættes med 50 g hydrogenfluorid 10 i et apparatur og ved fremgangsmåden ifølge eksempel 1.

Bortblæsningen af hydrogenfluoridet sker efter en éntimes-opholdstid med fra -30 til -35°C i løbet af 1 time.

Derefter udgør rest-hydrogenfluorid-indholdet i inddampnings-remanensen endnu 5 g. Neutraliseringen med calciumcarbonat, 15 som beskrevet, og filtrering under anvendelse af cellulosepulver som filterhjælpestof fører til frysetørret a-glyco-sylfluorid. - Udbytte 4,2 g.

Eksempel 6 20 5 g cellulose omsættes med 50 g hydrogenfluorid i et apparatur og ved fremgangsmåden ifølge eksempel 1. Bortblæsningen af hydrogenfluoridet sker ved -30°C i løbet af 1,5 timer. Derefter udgør rest-HF-indholdet i inddamp-ningsremanensen endnu 5 g. Ved neutralisering med calcium-25 carbonat, som beskrevet, filtrering og frysetørring fås α-glucosylfluorid i et udbytte på 4,5 g.

Eksempel 7 5 g D-glucose omsættes med 50 g hydrogenfluorid 30 i et apparatur og ved fremgangsmåden ifølge eksempel 1.

Efter udløbet af efterrøringstiden overføres den klare opløsning til en skilletragt af polytrifluorchlorethylen og dryppes derfra ind i et cylindrisk kammer af halvgennemsigtigt polyethylen, hvori en hurtigt roterende bladrører 35 sørger for en fin forstøvning af opløsningen.

Det udstrømmende hydrogenfluorid ledes ved hjælp af en DK 166826 Bl 10 o opad rettet nitrogen-strøm (300 liter pr. time) ud af kammeret og kondenseres i en køler. På væggen i kammeret sørger en svag udvendig opvarmning med varmt vand på 40°C for en hurtig fordampning af hydrogenfluroidet fra den nedløben-5 de sirup-film. Den sirupsagtige inddampningsremanens løber ud af den afkølede bund i kammeret kontinuerligt ind i et med tøris afkølet forlag. Varigheden af fordampningen er 15 minutter. Inddampningsremanensen indeholder endnu 10 g'hydrogenfluorid og oparbejdes, som beskrevet i eksempel 1. 10 Udbyttet af a-glucosylfluorid er 4,6 g.

15 20 25 30 35

Claims (6)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af glycosylfluorider i ét trin ved opløsning af saccharider, hvis hydroxygrupper er frie, i flydende hydrogenfluorid og efterfølgende for-5 dampning af hydrogenfluoridet, kendetegnet ved, at fordampningen foregår under sådanne betingelser, at reversion af det primært dannede glycosylfluorid undgås, nemlig ved en temperatur på -80 til +20"C og/eller en tilstrækkelig høj fordampningshastighed.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at der til fordampningsprocessen indstilles en begyndelsestemperatur på -20 til +20°C, fortrinsvis -20 til 0eC, og bevirkes en tilstrækkelig høj fordampningshastighed ved mekanisk forstøvning, sprøjteforstøvningstørring, tyndt- 15 lags- eller faldende-film-fordampning.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at temperaturen ved begyndelsen af fordampningen ligger inden for et område fra -80 til -30°C, fortrinsvis fra -50 til -30°C.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendeteg net ved, at temperaturen ved begyndelsen af fordampningen indstilles ved destillering under formindsket tryk eller ved indblæsning af indifferent gas.

5. Fremgangsmåde ifølge et eller flere af kravene 1 25 til 4, kendetegnet ved, at en opløsning af glyco-sylfluorid underkastes en fordampning, i hvilken ligevægtforholdet mellem hydrogenfluorid og saccharid mindst er 4:1, fortrinsvis mindst 7:1 og især mindst 9:1.

6. Fremgangmåde ifølge et eller flere af kravene 1 30 til 5, kendetegnet ved, at der som saccharid anvendes et polysaccharid. 35