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Description

DERIVES DE L'ACIDE GLUTAMIQUE ET LEUR PROCEDE DE PRODUCTION.

La présente invention est relative à des procédés de préparation de nouveaux dérivés de l'acide glutamique. Elle se rapporte plus particuliè- rement à des procédés de préparation de nouveaux dérivés de l'acide glutami- que, à partir desquels est produite une glutamine naturelle optiquement acti- ve.

La présente invention procure de l'acide carboallyloxy-L-gluta- mique substitué en gamma, de la formule
EMI1.1
dans laquelle R est choisi dans le groupe comprenant les radicaux alkoxy et aminé, et R'. est choisi dans le groupe comprenant l'hydrogène, les alcoyles et les phényles.

La présente invention prévoit également un procédé de production de L-glutamine, qui comprend la réduction de l'amide gamma de l'acide N-car- boallyloxy-L-glutamique en glutamine.

Dans le passé, la glutamine a été synthétisée seulement par deux procédés qui comprennent tous deux une série compliquée de phases. A cause de la nature des réactions impliquées et de la pluralité des phases, les ren- dements étaient très faibles. Généralement, on obtient un rendement compris entre environ 5 et environ 15 %, en utilisant la meilleure synthèse connue, c'est-à-dire la méthode carbobenzoxy de Bergmann, Zervas et Salzmann (Berich-

te 66B 1288-90, 1933) et la méthode de Nidd et King (Nature, 162 776, 1948).

En plus de ces désavantages, le hasard intervenait dans la méthode Bergmann lorsqu'on travaillait avec le chloroformiate de benzyle qui est un agent réa- gissant dans l'une des phases de ces procédés. Lors du repos et/ou du sé- chage, ce composé se décompose spontanément d'une manière explosive, ce qui, dans le passé, a provoqué des blessures graves aux travailleurs. Jusqu'à présent, il n'y a pas de méthode acceptable, du point de vue commercial, pour synthétiser la glutamine. Dans la méthode Kidd et King, il y a même un plus grand nombre de phases que dans la méthode Bergmann, et le réactif utilisé, qui est de l'anhydride phtalique, tend à racémiser l'acide glutamique, et la glutamine produite n'est pas la forme pure optiquement active.

Un but de la présente invention est de procurer un procédé amé- lioré pour la synthèse de la glutamine naturelle optiquement active.

Un autre but de la présente invention consiste à prévoir un pro- cédé de synthèse de la glutmine naturelle optiquement active avec des rende- ments relativement élevés sans recourir à la production et au dédoublement du mélange racémique.

Un autre but de la présente invention consiste à prévoir une synthèse améliorée de la glutamine naturelle optiquement active, dans laquel- le des rendements relativement élevés sont obtenus en partant de corps réa- gissants et de produits intermédiaires qui n'offrent pas de risques.

Un autre but de la présente invention consiste à préparer de nou- veaux composés à partir desquels est produite la glutarnine naturelle opti- quement active.

Un autre but encore de la présente invention consiste à prévoir un procédé acceptable du point de vue commercial pour la synthèse de la glu- tamine naturelle optiquement active.

Ces buts et d'autres encore de la présente invention apparaîtront mieux de la description de l'invention, donnée ci-après.

De la glutamine. est obtenue par l'amidation d'un nouveau dérivé d'un ester gamma d'acide glutamique, pour produire un nouveau dérivé amide gamma d'acide glutamique, amidation suivie de la réduction du nouvel amide gamma d'acide glutamique en glutamine. Par le terme glutamine utilisé ici, on désigne la forme naturelle optiquement active de glutamine.

Le nouveau dérivé de l'ester gamma est préparé par la réaction d'un ester gamma de l'isomère naturel optiquement actif d'acide glutamique, avec un chloroformiate d'un composé allyle. Par exemple, du chloroformiate d'allyle réagit avec un ester gamma d'acide L-glutamique, tel qu'un ester gamma-méthylique, gamma-éthylique, gamma-isopropylique, gamma.-butylique, etc, pour produire l'ester gamma d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique. Ce composé est amide avec de l'ammoniaque pour produire un nouveau dérivé d'a- cide glutamique, à savoir l'amide gamma d'acide N-carboallyloxy-L-glutami- que. Cet amide est alors réduit en glutamine.

Le groupe carboallyloxy de cet amide gamma peut être enlevé par réduction avec de l'ammoniaque liquide en présence de sodium, par hydrogénation catalytique ou par toute autre réduc- tion convenable. La réduction est réalisée sans cyclisation de la glutamine.

Bien qu'on puisse utiliser pour cette réduction un agent réducteur habituel, tel que de l'hydrogène, en présence d'un catalyseur, tel que du platine ou du palladium sur du carbone, qui sont relativement coûteux, on a trouvé que de l'ammoniaque liquide et du sodium sont, de préférence, utilisés pour en- lever le groupe carboallyloxy. Dans les procédés de Bergmann, Zervas et Salz- mann cités ci-avant, du sodium et de l'ammoniaque liquide ne peuvent pas 'être utilisés pour réduire le groupe carboallyloxy en vue d'obtenir de la gluta- mine.

Dans une forme de mise en oeuvre de la présente invention, l'ester gamma-méthylique d'acide L-glutamique est mis en réaction avec du chlorofor- miate d'allyle en présence d'un catalyseur à oxyde de magnésium. Lorsque la

réaction s'est déroulée jusqu'à achèvement pratiquement complet, le mélange de réaction est extrait avec du chloroforme pour enlever le chloroformiate d'allyle qui n'a pas réagi. Le résidu aqueux est acidifié avec de l'acide chlorhydrique et réextrait avec du chloroforme, la solution au chloroforme résultante contenant l'ester gamma d'acide N-Caarboallyloxy-L-glutamique.

L'ester gamma est amide avec de l'ammoniaque pour obtenir un nouveau dérivé amide gamma d'acide glutamique. Des agents d'amidation que l'on peut utili- ser sont de l'ammoniaque aqueuse ou alcoolique, ou de l'ammoniaque liquide.

L'amidation est, de préférence, réalisée à une température comprise entre environ 50 et environ 60 pendant environ 20 à 24 heures. Lorsqu'une tem- pérature plus basse est utilisée, la période de temps, pour que l'amidation s'achève complètement, est prolongée. L'amide gamma d'acide N-carboallylo- xy-L-glutamique est produit. Les produits de réaction sont évaporés à sic- cité, et du sodium métallique ainsi que de l'ammoniaque liquide sont ajour tés à l'amide. La glutamine est récupérée des produits de réaction résul- tants.

Dans la mise en oeuvre de la présente invention, tout ester gam- ma d'acide L-glutamique peut être utilisé. Cependant, l'ester gamma-méthyli- que est préféré car les rendements de glutamine obtenus dans la synthèse sont plus élevés que lorsque d'autres esters gamma d'acide L-glutamique sont employés.

L'ester gamma réagit avec le chloroformiate d'un composé ally- lé, tel que du chloroformiate d'allyle, du chloroformiate de méthallyle, et du chloroformiate de phénallyle Cette réaction de l'ester et du chlorofor- miate d'allyle est exothermique, les corps réagissants étant généralement mélangés à une température comprise entre environ 0 et environ 15 C, de préférence entre environ 5 et environ 10 C. On laisse la température du mélange résultant s'élever jusqu'à une température voisine de la tempéra- ture atmosphérique et, dans un mode de réalisation préféré, le mélange est agité à peu près à cette température atmosphérique pendant une période de temps comprise entre environ une demi-heure et environ 2 heures.

Les pro- duits de réaction résultants sont extraits avec un solvant pour séparer le chloroformiate d'allyle, qui n'a pas réagi. Un solvant organique, tel que du chloroforme, du tétrachlorure de carbone, du chlorure de méthylène, ou du bichlorure d'éthylène, est utilisé. Le résidu aqueux est alors acidifié, par exemple, -avec de l'acide chlorhydrique jusqu'à un pH compris entre en- viron 1,5 et environ 2,5. L'ester gamma d'acide N-carboallyloxy-L-glutami- que est extrait de la solution acidifiée avec un solvant, tel que du chlo- roforme, du tétrachlorure de carbone, du chlorure de méthylène, du bichlo- rure d'éthylène, de l'éther, de l'acétate d'éthyle, etc...

Dans un mode de réalisation préféré, le produit est extrait avec du chloroforme, et l'ex- trait au chloroforme est séché, par exemple, avec du sulfate de sodium ou du sulfate de calcium anhydre. Il n'est pas nécessaire de sécher la solution, mais les rendements sont améliorés si on le fait. Le solvant, tel que du chloroforme, est alors séparé de l'ester gamma d'acide N-carboallyloxy-L- glutamique, par exemple, par évaporation.

L'ester gamma d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique est alors ami- dé avec de l'ammoniaque pour produire le nouveau dérivé amide gamma d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique. De l'ammoniaque concentrée ou de l'ammoniaque liquide, ou du méthanol absolu saturé d'ammoniaque peuvent être employés pour l'amidation de l'ester. Dans une forme de réalisation, une solution ammonia- cale d'environ 18 % est utilisée à une température comprise entre environ 50 et environ 60 C dans un récipient de pression. Lorsqu'on utilise une tem- pérature inférieure, les rendements obtenus sont très faibles.

Dans une autre forme de mise en oeuvre, de l'ammoniaque liquide est utilisée dans un réci- pient sous pression environ à la température atmosphérique pour amider l'es- ter gamma. Dans une autre forme de réalisation, l'amidation est réalisée en saturant du méthanol avec de l'ammoniaque à environ 0 C, en le mélangeant avec l'ester gamma, et en chauffant à une température comprise entre environ 45 et environ 50 C dans un récipient de pression. L'ammoniaque est enlevée @

de l'amide gamma, par exemple, par évaporation.

L'amide gamma d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique est alors ré- duit en glutamine. Dans une forme de réalisation, de l'ammoniaque liquide et du sodium sont ajoutés à l'amide gamma qui a été évaporé jusqu'à siccité, pour réduire ce composé en glutamine. La réduction est sensiblement totale lorsque la solution prend une couleur bleue permanente. La solution de glu- tamine est alors acidifiée jusqu'à un pH compris entre environ 4,5 et envi- ron 6,0, de préférence environ 5,5 avec un acide. On utilise un acide,dont le sel de sodium et d'ammonium est soluble dans un alcool, tel que de l' aci de iodhydrique, de l'acide formique, etc. On ajoute un alcool, tel que du méthanol, de l'éthanol, une combinaison de méthanol et d'acétone, ou de l'i- sopropanol.

La glutamine est insoluble dans la solution alcoolique, et est séparée de la solution. La production totale de glutamine, par rapport à l'a- cide glutamique, est généralement comprise entre environ 31 et environ 36%'
Un exemple particulier du procédé est donné ci-après à titre d'il- lustration mais non de limitation de l'invention.

EXEMPLE
Environ une mole d'acide L-glutamique étant mélangée avec environ 6 à 10 moles de méthanol anhydre. La réaction était menée à peu près à la tem- pérature ambiante, en présence d'environ une mole d'acide sulfurique sec. La réaction était généralement achevée en une période de temps comprise entre environ 16 heures et environ 22 heures. Le sulfate était enlevé de l'ester gamma d'acide glutamique en ajoutant de la diéthylamine, et l'ester était sé- paré par filtration. L'ester gamma était alors mis en réaction avec environ 1,15 mole de chloroformiate d'allyle en présence d'environ 1,2 mole d'hydro- xyde de magnésium comme catalyseur. Le chloroformate était ajouté goutte à goutte, et la température du mélange de réaction était maintenue à environ 8 C.

Après l'achèvement de l'addition, on laissait la température du mélange s'élever jusqu'à environ la température atmosphérique, et le mélange était agité pendant environ une demi-heure à environ une heure. Les produits de ré- action résultants étaient extraits avec du chloroforme. La solution aqueuse restante étant acidifiée avec de l'acide chlorhydrique jusqu'à un pH d'envi- ron 2,2, et l'ester d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique était extrait de la solution acidifiée avec du chloroforme. La solution au chloroforme était sé- chée avec du sulfate de sodium anhydre. Le chloroforme était évaporé de la solution séchée résultante, et l'ester gamma-méthylique d'acide N-carboallyl- oxy-L-glutamique était obtenu.

Ce nouveau dérivé d'acide glutamique était un solide blanc, qui a un point de fusion d'environ 48 à 50 C. La rotation spécifique était de -16,2 degrés à 28 G, lorsque 4,08 gr étaient dissous dans 100 ml. d'eau.

L'index de réfraction du composé à 26,5 C était de 1,473. La teneur en azote était déterminée comme étant de 5,83 %, comparativement à la teneur en azote théorique ou calculée de 5,71 %.

On laissait ce produit réagir avec environ 28 % d'ammoniaque dans une bouteille de pression à une température comprise entre environ 50 et en- viron 55 G. La réaction était achevée en environ 20 à 24 heures. L'ammoniaque était évaporée du produit, sous le vide, à environ 50 C. Le produit était l'a- mide gamma d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique.

Le nouveau composé était hygroscopique, cassant et vitreux. Il avait une rotation spécifique de -2,1 degrés à 26 C, lorsque 4,25 gr étaient dissous dans 100 ml. d'eau. La teneur en azote de ce composé était déterminée comme étant de 16,8 %, la teneur théorique en azote étant de 17,0 %.

L'amide gamma était dissous dans de l'ammoniaque liquide à envi- ron -34 C, et du sodium métallique était ajouté à la solution résultante.

Lorsque la solution prenait une couleur bleue permanente, la réduction était pratiquement complète, et la solution était évaporée jusqu'à siccité. Le rési-

du était dissous dans de l'eau, et la solution était acidifiée jusqu'à un pH d'environ 5,5 avec de l'acide iodhydrique. Du méthanol était ajouté.. et la L-glutamine était séparéd au refroidissement et repos. Le rendement de L- glutamine était d'environ 35,4 % par rapport à l'acide glutamique.

REVENDICATIONS. le Un acide carboallyloxy-L-glutamique substitué en gamma, ayant la formule:
EMI5.1
dans laquelle R est choisi dans le groupe comprenant les radicaux alkoxy et amine, et R', est choisi dans le groupe comprenant l'hydrogène, les alcoyles et les phényles.

2. Un acide carboallyloxy-L-glutamique substitué en gamma, suivant la revendication 1, ayant la formules
EMI5.2
dans laquelle R est choisi dansle groupe comprenant les radicaux alkoxy et amine.

3. Un acide carboallyloxy-L-glutamique substitué en gamma, sui- vant la revendication 1, ayant la formule:
EMI5.3

Claims

4. Un acide carboallyloxy-L-glutamique substitué en gamay sui- vant la revendication 1, ayant la formule: EMI5.4 5 Procédé de production de L-glutsnine, qui comprend la réduc- tion de l'amide gamma d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique en glutamine.

6. Procédé de production de glutamine, qui comprend: la mise en réaction d'un ester gamma d'acide L-glutamique avec un chloroformiate d' al- lyle en présence de magnésie comme catalyseur; la séparation de l'ester gam- ma d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique, des produits de réaction; l'amida- tion de l'ester gamma d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique avec de l'amnonia- que pour produire l'amide gamma; la séparation de l'amide gamma d'acide N-car- boallyloxy-L-glutamique résultant,, des produits d'amidation; et la réduction de l'amide gamma en glutamine.

7. Procédé suivant la revendication 6, dans lequel ladite réac- tion entre l'ester gamma d'acide L-glutamique et le chloroformiate d'allyle <Desc/Clms Page number 6> s'effectue à une température comprise entre environ 0 C et environ la tempé- rature atmosphérique.

8. Procédé suivant les revendications 5, 6 ou 7, dans lequel la- dite réduction est réalisée en ajoutant de l'ammoniaque liquide et du sodium métallique à l'amide gamma d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique, et en sépa- rant la glutamine des produits de réaction résultants.

9. Procédé de production de glutamine, qui comprend l'amidation de l'ester gamma d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique avec de l'ammoniaque, et la réduction de l'amide résultant en glutamine.

10. Procédé suivant la revendication 9, qui comprend: la sépara- tion de l'amide gamma d'acide N-carboal1lyloxy-L-glutamique, des produits de réaction d'amidation; l'addition de'ammoniaque liquide et de sodium métalli- que à l'amide; et la séparation de glutamine, des produits de réaction résul- tants.

11. Procédé de production de glutamine, qui comprend! la réac- tion de l'ester gamma-méthylique d'acide L-glutamique avec du chloroformiate d'allyle en présence de magnésie comme catalyseur; la séparation de l'ester gamma..-méthylique d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique résultant, des produite de réaction; l'amidation de l'ester gamma avec de l'ammoniaque pour produire l'amide gamma d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique; et la réduction dudit anide gamma, en glutamine.