NO147671B - Fremgangsmaate ved fremstilling av 2-deutero-3-fluor-dl-alanin - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte ved fremstilling av 2-deutero-3-fluor-DL-alanin.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av 2-deutero-3-fluor-DL-alanin og dets salter, som er verdifulle som mellomprodukter for fremstilling av 2-deutero-3-fluor-D alanin, dets salter og estere, sterke antibakterielle midler som er virksomme til å inhibere veksten av patogene bakterier av både grampositiv og gramnegativ type. Mer spesielt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for å overføre et salt av 3-fluor-pyruvinsyre, eller hydratet derav til 2-deutero-3-fluor-DL-alanin ved en reduserende amineringsmetode i hvilken et salt av 3-fluor-pyruvinsyre, eller hydratet derav, underkastes reduserende aminering med et alkalimetallbordeuterid, og derved direkte danne et salt av 2-deutero-3-fluor-DL-alanin.

Denne reduserende amineringsreaksjon utføres bekvemt ved først å bringe i likevekt et salt av fluor-pyruvinsyre-hydrat (f.eks. lithium-2,2-dihydroxy-3-fluor-propionat) i vandig ammoniakkalsk oppløsning under dannelse av det tilsvar-ende salt av 2-imino-3-fluorpropionsyre-hydrat (f.eks.

lithium- eller natrium-2-hydroxy-2-amino-3-fluor-propionat). Likevektsforholdet av det således dannede hydratiserte imin

til hydratisert pyruvat-utgangsmateriale (dvs. 2,2-dihydroxy-3-fluor-propionat) er en funksjon av ammoniakkonsentrasjonen,

og i konsentrert vandig ammoniakk (13N) er forholdet ca. 95:5. Skjønt det ikke vanligvis foretrekkes, kan lavere vandige ammoniakkonsentrasjoner anvendes. F.eks. med 6,5N vandig ammoniumhydroxyd er likevektsforholdet ca. 90:10. Ved reduksjon ville denne blanding nødvendigvis føre til et nedsatt utbytte av likevekts-2-deutero-3-fluor-alaninet og øket utbytte av 2-deutero-3-fluor-lactat-biproduktet. Likevekten ved 37°C

er en pseudo-førsteordens-reaksjon med halveringstid på

15 minutter. Likevektsinnstilling ved 37°C i 90 minutter gir en seks ganger så lang halveringstid, og et effektivt forhold av hydratisert imin til hydratisert pyruvat på 95:5. Skjønt det hydratiserte 2-imino-3-fluor-propionatsalt ikke isoleres fra ammoniakkoppløsningen, kan dets nærvær, i en renhet på

95%, lett påvises ved kjernemagnetisk resonansmåling.

Det hydratiserte imin (2-hydroxy-2-amino-3-fluor-propionatet) er selv i likevekt, ved tap av vann, med en mindre mengde av "2-iminet" (2-imino-3-fluor-propionatet). Det hydratiserte pyruvat (2,2-dihydroxy-3-fluor-propionatet) er likeledes i likevekt, ved tap av vann, med en mindre mengde av "2-ketonet" eller "carbonyl" (dvs. fluor-pyruvatet eller 2-keto-3-fluor-propionatet). I alkalimetall-bordeuterid-reaksjonsoperasjonen er det "2-iminet" og "carbonylet" (ikke de hydratiserte former) som undergår reduksjon. Eftersom "imin" og "carbonyl" reduseres, overføres det hydratiserte imin og det hydratiserte carbonyl hurtig til iminet, henholds-vis carbonylet. Oppdagelsen at "2-iminet" effektivt kan reduseres til "2-aminet" under anvendelse av et alkalimetall-bordeuterid, og spesielt at denne reduksjon kan utføres i vandig oppløsning og endog i nærvær av konsentrert vandig ammoniakk, var virkelig forbausende.

Dessuten foregår den ønskede reduksjon av imingruppen under dannelse av 2-deutero-3-fluor-alanin meget langsommere enn reduksjonen av carbonyl under dannelse av 2-deutero-3-fluor-lactat gjør. Følgelig anvendes konsentrert vandig ammoniakk i almindelighet i den første likevektsreaksjon for å få det høyeste forhold av hydratisert imin til hydratisert pyruvat (dvs. 95:5), og reduksjonsreaksjonen utføres så hurtig som mulig i forhold til hastigheten .av omvendt likevektsinnstilling av hydratisert imin til hydratisert pyruvat. (Denne reversering av hydratisert imin til hydratisert pyruvat inntrer nødvendig-vis når carbonylgruppen, på grunn av dens hurtigere reduksjon, preferensielt fjernes fra reaksjonsopplosningen.) Denne hurtige reduksjon kan oppnåes \/ed anvendelse av et stort (opp til fem ganger) overskudd av alkalimetall-bordeuterid-redukujons-middel.

Det foretrekkes imidlertid å anvende bare et lite

(dvs. 50 %) overskudd av det dyre bordeuterid-reduksjonsmiddel. Under slike forhold ville reduksjonshastigheten av aminet nedsettes, den. reverserte likevektsinnstilling kunne foregå i

betydelig grad, og dannelsen av det uonskede biprodukt 2-deutero~3-fluor-lactat ville okes betraktelig. Det er en fore-trukken utforelsesform av oppfinnelsen at denne uonskede reverserte likevektsinnstilling kan nedsettes til et minimum under anvendelse av bare et 50 % overskudd av bordeuterid-reduksjonsmiddel. Dette oppnåes ved å tilsette bordeuterid-reduksjonsmidlet til likevektsopplosningen, og derpå hurtig fordampe overskudd av ammoniakk fra oppløsningen. Ved den derav folgende nedsatte pH (svarende til betraktelig fjernelse av overskudd av ammoniakk), er bordeuterid-reduksjonen meget hurtig. Det er et trekk ved oppfinnelsen at fjernelsen av ammoniakken ved fordampning utfores tilstrekkelig hurtig slik at den derved sterkt påskyndede bordeuterid-reduksjon effektivt reduserer alt imin til amin for der kan skje noen vesentlig reversert likevektsinnstilling av hydratisert imin til hydratisert pyruvat (som ellers ville folge av denne nedsatte ammoniakk-konsentrasjon). Skjont parametrene angitt ovenfor med flash-fordampningsutstyr lett kan oppnåes ved værelsetemperatur eller hdyere, har det vist seg bekvemt ved satsoperasjoner å "fryse" likevekten ved 95 deler hydratisert imin til fem deler hydratisert pyruvat i konsentrert vandig ammoniakk ved å avkjole blandingen til 10°C , ved hvilken temperatur likevekts-halverings-tiden (som er 15 minutter ved 37°C) okes til ca. fem timer. Bordeuterid-reduksjonsmidlet tilsettes så til den kolde opp-løsning. Skjont hastigheten av bordeuterid-reduksjonen av imin i denn konsentrerte vandige ammoniakkoppløsning ved 10°C er relativt langsom, okes reduksjonshastigheten (ved anvendelse

av denne lave temperatur og et lite overskudd av bordeuterid-reduksjonsmiddel) sterkt (slik at reduksjonen av imin til amin, dvs. til 2-deutero~3-fluor-DL-alanin, foregår i et tidsrum på bare 10 minutter) ved fjernelse av overskudd av ammoniakk ved fordampning. En slik fordampning utfores under nedsatt trykk mens temperaturen holdes ved ca. 10°C. Denne reaksjon kan katalyseres, og utbyttet av 2-deutero~3-fluor-DL-alanin kan okes betraktelig, ved tilsetning av salter som lithium- eller natriumsalter, som f.eks; lithiumklorid eller natriumklorid til reduks jonsreaks jonsbland ingen.

Den foretrukne fremgangsmåte ifolge oppfinnelsen,

som effektivt kombinerer de ovennevnte trekk, innbefatter således (a) .likevektsinnstilling av et fluorpyruvatsalt, fortrinnsvis et alkalimetall- eller jordalkalimetallsalt, som calcium - fluorpyruvat, natrium-fluorpyruvat eller lithium-fluorpyruvat-hydrat ( det er særlig fordelaktig å anvende det nye lithium-fluorpyruvat-hydrat, da dette i motsetning til andre alkalimetall-fluorpyruvater er relativt uopploselig i vann og fremstilles ved den nu oppfundne fremgangsmåte i meget ren form og i hoyt utbytte.), i konsentrert vandig ammoniakk, fortrinnsvis ved ca. 37°C , ved hvilken temperatur der i ca. 90 minutter fåes et 95' 5 forhold av hydratisert imin: hydratisert pyruvat^ (b) tilsetning av alkalimetall-bordeuterid, som natriumbordeuterid, lithiumbordeuterid og lignende, etter avkjoling til 10°C, om onskes, for å "fryse" likevekten^ (c) fjernelse av overskudd av ammoniakk ved fordampning tilstrekkelig hurtig slik at akselerert bordeuteridreduksjon effektivt reduserer imin til amin for vesentlig reversering av likevekten inntrer for å danne hydratisert pyruvat:; ved den foretrukne 10°C temperatur okes likevekts-halveringstiden til fem timer, mens fullstendig reduksjon av iminet til amin inntrer i lopet av bare ca. 10 minutter. Reduksjonen kan om onskes utfores ved værelsetemperatur eller hdyere uten å fordampe overskudd av ammoniakk fra den konsentrerte vandige ammoniakkoppløsning, men denne fremgangsmåte forer til dårligere utbytter. Salter, som lithiumklorid eller natriumklorid, som katalyserer reduksjonen og oker utbyttet av 2-deutero-3~fluor-DL-alanin, kan inkorporeres i reaksjonsblandingen om onskes.

Etter den reduserende amineringsreaksjon inndampes reaksjonsblandingen i vakuum inntil vann destillerer av, hvorved i det vesentlige all ammoniakk som er tilstede fjernes, da gjenværende ammoniumioner overfores i ionebytte-kolonnerens-ningen. Den i det vesentlige ammoniakkfrie reaksjonsopplosning gjores så sur med en vandig mineralsyre, som vandig saltsyre, hvorved borkomplekset av 2-deutero-3-fluor-alanin dannet under den reduserende amineringsreaksjon, spaltes. Den surgjorte reaksjonsblanding, som bekvemt befries for eventuelt farvede forurensninger som kan være tilstede, ved behandling med aktivert trekull, fores så gjennom en kolonne inneholdende en syreforvasket, sterkt sur, kationbytteharpiks som "Dowex 50W-XV eller "Dowex 50W-X8" hvorved det onskede 2-deutero-3-fluor-alanin skilles fra biprodukt-fluormelkesyre og metalliske kationer.

("Dowex 50W-X>+ er en sterkt sur kationbytteharpiks bestående av en sulfonert styren-divinylbenzen copolymer inneholdende h % divinylbenzen med en storrelse på 20 - 50 mesh, U.S.S.S.

"Dowex 50W-X8" ligner "Dowex 50W-X<!>+" unntatt at den inneholder

8 % divinylbenzen i sulfonert styren-divinylbenzencopolymeren.) Ionebyttekolonnen inneholdende det adsorberte 2-déutero~3-fluor-alanin vaskes med avionisert vann inntil eluatet ikke lenger er surt, og kolonnen elueres så med fortynnet vandig ammonium-hydroxydoppldsning hvorpå ammoniumionet erstatter 2-deutero-3~ fluor-alaninet i harpikskolonnen. Eluatet inndampes så i vakuum hvorved eventuelt tilstedeværende ammoniakk i eluatet fjernes.

Den farvede opplosning avfarves med aktivert trekull. Den avfarvede opplosning inndampes i vakuum og residuet krystalliseres fra vandig alkanol, fortrinnsvis vandig isopropanol, hvorved man får 2-deutero~3-fluor-alanin i i det vesentlige ren form.

De folgende eksempler illustrerer foreliggende fremgangsmåte .

EKSEMPEL 1

Til ca. 150 ml konsentrert vandig ammoniumhydroxyd tilsettes under god omroring og ved værelsetemperatur 18,35 g lithium-fluor-pyruvat-hydrat, som kan fremstilles som beskrevet ovenfor. Den dannede suspensjon oppvarmes til 35 - 37°C (hvorved i det vesentlige alt fast materiale opploses), og opp-lesningen holdes ved denne temperatur i ca. 1,5 timer. Den dannede opplosning, som kan være morkfarvet, avkjdles til ca. 10°C , og til denne kolde opplosning tilsettes 1,785 g natriumbordeuterid. Den dannede opplosning anbringes under vakuum med omroring og kraftig innstrømning av nitrogen under overflaten for å fjerne opplost ammoniakk. Oppløsningens temperatur holdes ved 10 - 13°C i ca. 1 time, heves så gradvis til ca. 25°C i lopet av 1 time og holdes ved 28 - 33°c i ca. 1,5 timer. Reaksjonsopplosningen inndampes i vakuum ved 35°C inntil vann destillerer av og oppløsningen er i det vesentlige fri for ammoniakk, og den dannede opplosning gjores så sur med ca. 80 ml 2,5N vandig saltsyreopplosning. Den surgjorte reaksjonsblanding omrores med ca. 2,5 g aktivert trekull ("Darco KB") i ca. 15 minutter og filtreres.

Den filtrerte opplosning fores langsomt gjennom en kolonne inneholdende 850 ml syreforvasket, sterkt sur, kationbytteharpiks ("Dowex 50W-X<1>+"). Kolonnen vaskes med avionisert vann inntil eluatet ikke lenger er surt (ca. h 1 vann kreves),

og kolonnen elueres så med 0,5 N vandig ammoniumhydroxydopp-losning. De ninhydrinpositive fraksjoner forenes og inndampes i vakuum ved en temperatur som ikke overstiger ^ 0°C, hvorved man får ca. ^OO ml av en ammoniakkfri opplosning. Denne opplosning omrores ved værelsetemperatur med 2,5 g aktivert trekull ("Darco KB"). Trekullet fjernes ved filtrering, den filtrerte opplosning omrores igjen med ytterligere 1,5 g aktivert trekull, og oppslemningen filtreres igjen. Den filtrerte opplosning inndampes til torrhet i vakuum ved en temperatur som Ikke overstiger 30°C, hvorved man får ca. 7,3 g råmateriale.

Dette materiale opploses i 33 ml vann ved en temperatur på ca. 60°C, ca. 27 ml isopropanol (foroppvarmet til 60°C) tilsettes, den vandige isopropanolopplcsning podes med krystaller av 2-deutero~3-fluor-DL-alanin, og den erholdte blanding av-kjøles langsomt forst til værelsetemperatur og så til ca. 0°C. Den krystallinske suspensjon hensettes ved 0°C i 1-2 timer, suspensjonen filtreres og det krystallinske materiale på filteret vaskes med 2 x 5 rnl 90 % ig vandig isopropanol, derpå med 5 ml porsjoner isopropanol og tilslutt med hexan. Det vaskede materiale torres i vakuum ved en temperatur på 50 - 60°C hvorved man får 5,6 g 2-deutero-3-fluor-DL-alanin.

EKSEMPEL 2

En blanding av 1,79 g (13 m mol) lithium-fluor-pyruvat -hydrat og 19,5 ml 6,5 N vandig ammoniakk holdes ved 37°C under omroring i 2 timer, avkjoles til 25°C, og til den av-kjdlte opplosning tilsettes 600 mg (13,8 m mol) lithiumklorid og 231 mg (5,5 m mol) natrium-bordeuterid. Den dannede opplosning oppvarmes ved 37°C i 2 timer.

Reaksjonsblandingen inndampes i vakuum hvorved overskudd av ammoniakk fjernes, gjores sur med 10 ml 2,5 N saltsyre og oppløsningen avfarves ved behandling med 0,2 g aktivert trekull ("Darco KB"). Den avfarvede opplosning påfores på en kolonne av 100 ml sterkt sur kationbytteharpiks ("Dowex 50W-X8")

i hydrogenformen, kolonnen vaskes med 500 ml destillert vann,

og produktet elueres med 0,5 N vandig ammoniumhydroxyd. Ninhydrinpositive fraksjoner forenes og inndampes til torrhet i vakuum. Dette residuum oppldses i ca. 356 ml vann ved 60°C og krystalliseres ved tilsetning av 2,3 ml isopropanol. Den dannede krystallinske oppslemning hensettes ved 0 5°C i 1 time, filtreres og det hvite krystallinske produkt torres i vakuum hvorved man får ca. 0,5 g 1 det vesentlige rent 2-deutero-3-fluor-DL-alanin.

Lithium-fluorpyruvat-hydratet anvendt som utgangsmateriale i eksempel 1 og 2 kan fremstilles som folger: En blanding av ^-00 ml ethylether og 2^-0 ml 5 N vandig saltsyre avkjoles til -15°C til -20°C. Til denne blanding tilsettes under god omroring og under en nitrogenatmosfære, ca. I38 g klumpfritt ethyl-ethoxalyl-fluoracetat-natriumsalt med en jevn hastighet slik at temperaturen forblir mellom -15°C og -20°C.

Når tilsetningen er avsluttet, oppvarmes blandingen til værelsetemperatur, fortynnes med 2>+0 ml vann og den vandige etheriske blanding oppvarmes ved atmosfæretrykk og etheren destillerer av inntil temperaturen på den vandige opplosning når 102 - 105UC. Den dannede vandige opplosning oppvarmes så under tilbakelop

i ca. •+ timer. Reaksjonsoppldsningen avkjoles til værelsetemperatur, omrores med ca. 6 g aktivert trekull ("Darco G-60"),

filtreres gjennom syreforvasket diatomé-kiselsyre CSupercei"), og det uopploselige materiale på filteret vaskes med et minimum av vann. Den filtrerte opplosning avkjoles til 0 - 5°C , nøytraliseres under pH-kontroll ved tilsetning av fast lithium-hydroxyd-hydrat (ca. >+7 g LiOH>H20 kreves) til en slutt-pH

på 6,0 - 6,5. Den erholdte nøytraliserte suspensjon hensettes ved ca. 0°C i ca. 15 timer. Det utfelte materiale utvinnes ved filtrering, vaskes med et minimum av koldt vann, derpå med 2 x 200 ml methanol og så med 2 x 200 ml aceton. Det erholdte materiale lufttorres hvorved man får ca. 56 g lithium-fluor-pyruvat -hyd r at.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av 2-deutero-3-fluor-DL-alanin, karakterisert ved at et salt av 3-fluor-pyruvinsyre, eller hydratet derav, omsettes med vandig ammoniakk og at reaksjonsproduktet derpå reduseres med alkalimetallbordeuterid, surgjøres så, og det frie 2-deutero-3-fluor-DL-alanin isoleres, eventuelt ved hjelp av en sur ionebytter.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at et salt av 3-fluor-pyruvinsyre, omsettes med konsentrert vandig ammoniakk i ca. 90 minutter ved ca. 37°C, den erholdte oppløsning avkjøles til ca. 10°C, alkalimetallbordeuterid tilsettes, den erholdte oppløsning holdes ved en temperatur på ca. 10°C under nedsatt trykk så lenge at i det vesentlige alt overskudd av ammoniakk er fjernet fra oppløsningen, og den således erholdte oppløsning holdes i ca. 10 minutter ved 10°C, surgjøres så, og det frie 2-deutero-3-fluor-DL-alanin isoleres fra reaksjonsblandingen, eventuelt ved hjelp av en sur ionebytter.