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La présente invention est relative à un procédé de préparation de nouveaux dérivés de l'acide glutamique, et plus particulièrement à des procédés de préparation de dérivés d'acide glutamique à partir desquels est produite de la glutamine naturelle optiquement active.
La présente invention procure un procédé de préparation d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique, qui comprend la mise en réaction d'acide L- glutamique avec un chloroformiate d'un composé allylique, et si on le dési- re, la conversion de l'acide résultant en son anhydride correspondant.
La présente invention procure en outre un procédé de production de L-glutamine, qui comprend le traitement d'un anhydride N-carboallyloxy- L-glutamique avec de l'ammoniaque liquide pour produire la N-carboallyloxy- L-glutamine correspondante, et le traitement de la N-carboallyloxy-L-glutami- ne pour enlever le groupe carboallyloxy et produire ainsi la L-glutamine.
La présente invention procure également un composé du groupe com- prenant un acide N-carboallyloxy-L-glutamique et un anhydride N-carboallyl- oxy-1-glutamique.
Les procédés connus pour la préparation de L-glutamine se sont caractérisés par des difficultés résultant de la série compliquée de pha- ses impliquées, des dangers dus aux corps réagissants utilisés, des mani- pulations économiquement impraticables, des pauvres rendements, etc... Par exemple, en utilisant le procédé du carbobenzyloxy de Bergmann, Zervas et Salzmann, Berichte 66B, 1288-90 (1933), et le procédé de Kidd et King, Na- ture 166 776 (1948), on obtient de bas rendements de.l'ordre de 5 à 15%.
D'autres procédés utilisés dans le passé se sont caractérisés par des ren- dements plus pauvres. Le procédé de Bergmann a en particulier le désavan- tage supplémentaire du danger dû au chloroformiate de benzyle. Au repos et/ou au séchage, ce composé se décompose spontanément d'une façon explosi- ve, et dans le passé il a été la cause de nombreux accidents pour les ou- vriers. Il a été nécessaire pour obtenir un procédé commercialement prati- cable de synthésiser la glutamine.
Un but de la présente invention est de procurer un procédé amé- lioré pour la synthèse de glutamine naturelle optiquement active.
Un autre but de la présente invention est de procurer un procédé pour réaliser la synthèse de glutamine naturelle optiquement active avec des rendements relativement élevés, sans recourir au dédoublement d'un mé- lange racémique.
Un autre but de la présente invention est de fournir une synthè- se améliorée de glutamine naturelle optiquement active, dans laquelle on obtient des rendements relativement élevés en utilisant des corps réagis- sants et des intermédiaires qui ne sont pas hasardeux.
Un autre but de la présente invention est de préparer de nouveaux composés à partir desquels est produite de la glutamine naturelle optique- ment active.
Un autre but de la présente invention est de procurer un procédé commercialement acceptable pour la synthèse de glutamine naturelle optique- ment active.
Ces buts et d'autres encore de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après.
Suivant la présente invention, de la glutamine naturelle optique- ment active, c'est-à-dire, de la L-glutamine, èst produite en amidant un anhydride N-carboallyloxy-L-glutamique pour produire la N-carboallyloxy-L
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glutamine correspondante, et en enlevant ensuite le groupe carboallyloxy du dernier composé pour produire le L-glutamine.
En mettant en oeuvre le procédé de la présente invention, en uti- lisant de l'acide L-glutamique comme matière de départ, l'acide L-glutami- que est mis en réaction avec un chloroformiate d'un composé d'allyle, tel que du chloroformiate d'allyle, de phénallyle ou de méthallyle, ou d'autres chloroformiates d'alkallyles.
La réaction d'un composé ohloroformiaté d'al- lyde avec de l'acide L-glutamique produit l'acide N-carboallyloxy-L-gluta- mique correspondant que l'on croit avoir la formule structurelle :
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dans laquelle R est choisi dans le groupe consistant en hydrogène, alkyle et phényle, suivant le chloroformiate d'allyle particulier employé. Lors- que R est un groupe alkylique, il est, de préférence, constitué par un grou- pe d'alkyle inférieur, c'est-à-dire, un groupe alkylique ayant moins d'en- viron 8 atomes de carbone avec une configuration de chaîne droite ou de chaîne ramifiée.
Le composé acide N-carboallyloxyl-L-glutamique est ensuite soumis à une réaction de cyclisation, par exemple, par traitement avec de l'anhy- dride acétique, pour produire l'anhydride N-carboallyloxy-L-glutamique cor- respondant que l'on croit avoir la formule structurelle
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dans laquelle R consiste en hydrogène, alkyle ou phényle, comme décrit ci- avant.
Le groupe carboallyloxy- particulier de l'anhydride N-carboallyloxy- L-glutamique correspondra évidemment au groupe carboallyloxy du composé acide N-carboallyloxy-L-glutamique particulier utilisé dans sa préparation, L'anhydride N-carboallyloxy-L-glutamique et l'anhydride N-carbométhallyloxy- L-glutamique sont des types préférés de la classe, car ils sont particuliè- rement intéressants dans la préparation de la L-glutamine suivant la présen- te invention.
Dans la production de la L-glutamine suivant le procédé de la pré- sente invention, un anhydride N-carboallyloxy-L-glutamique est amidé par traitement avec de l'ammoniaque liquide pour produire la N-oarboallyloxy- L-glutamine correspondante. La N-carboallyloxy-L-glutamine peut ensuite être convertie en L-glutamine par un traitement destiné à enlever le groupe carboallyloxy. Par le terme "glutamine" tel qu'utilisé ici, soit seul, soit en combinaison avec un ou plusieurs préfixes, on désigne le L-glutamine.
Dans une forme d'application de la présente intention, l'acide L- glutamique est mis en réaction avec du chloroformiate d'allyle en présence d'un catalyseur d'oxyde de magnésium. Lorsque la réaction est pratiquement terminée, le mélange de, réaction est extrait avec du chloroforme pour en- lever le chloroformiate d'allyle qui n'a pas réagi. Le résidu aqueux est acidifié avec de l'acide chlorhydrique et extrait avec un solvant, tel que du butanol normal. La solution résultante avec le butanol normal contient
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de l'acide N-carboallyloxy-L-glutamique. Le traitement de l'acide N-carbo- allyloxy-L-glutamique avec un anhydride d'acide liquide, tel que de l'an- hydride acétique, produit l'anhydride N-carboallyloxy-L-glutamique de la présente intention.
Dans la mise en oeuvre de la présente invention, tout chlorofor- miate d'allyle convenable peut être utilisé et l'expression "chloroformiate d'allyle", telle qu'utilisée ici, se réfère au chloroformiate d'allyle non substitué, aux chloroformiates d'alkallyle, ou au chloroformiate de phénal- lyle. Dans le cas des chloroformiates d'allyle substitués par alkyle, il est préférable que le substituant alkylique so t un groupe d'alkyl inférieur, c'est-à-dire, un groupe alkylique contenant moins d'environ 8 atomes de car - boneo Le chloroformiate d'allyle non substitué est préféré dans la mise en oeuvre de la présente invention du fait des rendements plus élevés obte- nus avec ce composé.
Les expressions "un acide N-carboallyloxy-L-glutamique", "un an- hydride N-carboallyloxy-L-glutamique", et "une N-carboallyloxy-L-glutamine" se référent à des dérivés N-carboallyloxy d'acide L-glutamique, d'anhydride L-glutamique, et de L-glutamine, dans lesquels le groupe allyloxy peut être un groupe allyloxy non substitué ou un groupe allyloxy substitué par phény- le ou alkyle, dans lequel le groupe alkylique est un groupe d'alkyl inférieur, tel que signalé ci-avant.
Les expressions "acide N-carboallyloxy-L-glutami- que", "anhydride N-carboallyloxy-L-glutamique",et "N-carboallyloxy-L-gluta- mine" se réfèrent à des dérivés N-carboallyloxy, dans lesquels le groupe allyloxy n'est pas substitué. '
Suivant un mode d'application préféré de la présente invention, de l'anhydride N-carboallyloxy-L-glutamique produit par cyclisation d'aci- de N-oarboallyloxy-L-glutamique est traité avec de l'ammoniaque liquide pour produire la N-carboallyloxyde-L-glutamine correspondante. Ce dernier dérivé de L-glutamine est ensuite traité avec de l'acide bromhydrique ou de l'acide chlorhydrique sous des conditions anhydres.
Le produit est la L-glutamine sous la forme d'un sel par addition d'acide halogénhydrique.
La L-glutamine peut être récupérée du mélange produit par la réaction, par tout moyen convenable. Un procédé convenable comprend l'évaporation du mé- lange produit jusqu'à siccité, la dissolution du résidu dans du méthanol, le réglage du pH de la solution au méthanol jusqu'à environ le point iso- électrique de la L-glutamine, c'est-à-dire un pH d'environ 5,5 par addition d'ammoniaque aqueuse, l'addition d'acétone en une quantité égale à celle du méthanol, et la mise au repos du mélange à 0 -10 C pour permettre la cris- tallisation de la L-glutamine. Les cristaux de L-glutamine peuvent être récupérés par filtration.
L'acide L-glutamique réagit facilement avec le chloroformiate d'un composé d'allyle, tel que du chloroformiate d'allyle, du chloroformia- te de méthallyle, du chloroformiate de phénallyle, et des chloroformiates d'allyl substitués par un alkyle inférieur (méthyle, éthyle, propyle). La réaction est exothermique, les corps réagissants étant généralement mélan- gés à une température comprise entre environ 0 C et environ 50 C, de préfé- rence entre environ 15 C et environ 35 C. On laisse la température du mé- lange résultant s'élever jusqu'à environ la température atmosphérique et, dans un mode d'application préféré, le mélange est soumis à agitation à en- viron la température atmosphérique pendant une période comprise entre envi- ron une demi-heure et environ deux heures.
Les produits de réaction résultants sont extraits avec un solvant pour séparer le chloroformiate d'allyle qui n'a pas réagi. Un solvant or- ganique, tel que du chloroforme, du tétrachlorure de carbone, de chlorure
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de méthylène ou du bichlorure d'éthylène, est utilisé. Le résidu aqueux est alors acidifié, par exemple, avec l'acide chlorhydrique jusqu'à un pH compris entre environ 1,5 et environ 2,5. L'acide N-carboallyloxy-L-gluta- mique est estrait de la solution acidifiée avec un solvant, tel que de l'al- cool n-butylique. Dans une forme d'application préférée, le produit est extrait avec du butanol normal, et l'extrait au butanol normal est évaporé jusqu'à siccité.
L'acide N-carboallyloxy-L-glutamique est ensuite cyclisé par trai- tement avec un anhydride d'acide organique liquide, tel que de l'anhydride acétique, pour produire l'anhydride N-carboallyloxy-L-glutamique. Cette réaction est, de préférence, mise en oeuvre par dissolution de l'acide N-car- boallyloxy-L-glutamique dans l'anhydride acétique et par chauffage ensuite de la solution de façon rapide jusqu'à température atteignant environ 100 C, de préférence environ 95 C, et maintien de cette température pendant envi- ron 5 minutes. On peut utiliser toute température allant d'environ 20 C à environ 100 C.
Le mélange produit de la réaction est ensuite laissé à refroidir lentement et le solvant consistant en un mélange d'acide acétique et d'anhydride acétique est enlevé par distillation à une pression réduite et à une température inférieure à environ 65 C.
L'anhydride N-carboallyloxy-L-glutamique est ensuite amidé avec de l'ammoniaque pour produire le N-carboallyloxy-L-glutamine correspondante La réaction d'amidation est mise en oeuvre en utilisant de l'ammoniaque li- quide. Un récipient à pression peut être utilisé, si on le désire. En pour- suivant la réaction l'ammoniaque est enlevé de la N-carboallyloxy-L-gluta- mine, par exemple par évaporation.
La N-carboallyloxy-L-glutamine est ensuite traitée .our enlever le groupe oarboallyloxy en vue de produire de la L-glutamine. Dans une forme d'application, de l'ammoniaque liquide et du sodium sont ajoutés à la N- carballyloxy-L-glutamine, qui a été évaporée jusqu'à siccité, pour réduire ce composé en L-glutamine. La réduction est pratiquement totale lorsque la solution prend une couleur bleue permanente. L'ammoniaque est évaporée de la solution, et le résidu est dissous dans de l'eau. La solution de L- glutamine est ensuite acidifiée jusqu'à un pH compris entre environ 4,5 et environ 6, depréférence environ 5,5, avec un acide. On utilise un acide qui forme un sel de sodium ou d'ammonium, qui est soluble dans l'alcool, tel que par exemple, de l'acide iodhydrique, de l'acide formique, etc...
On ajoute ensuite un alcool, tel que du méthanol, de l'éthanol -ou une combinai- son de méthanol et d'acétone ou ispropanol. La L-glutamine est insoluble dans la solution alcoolique et est séparée de la solution. Suivant une au- tre forme d'application, la L-carboallyloxy-L-glutamine peut être traitée pour enlever le groupe oarboallyloxy par traitement avec de l'hydrogène et un catalyseur de métal noble, tel que du platine, du palladium, du rhodium, etc, ou d'autres catalyseurs d'hydrogénation, tels que du nickel, etc..
Le traitement à l'hydrogène est, de préférence, mis en oeuvre à la tempéra- ture ambiante et à des pressions supérieures à la pression atmosphérique.
Les exemples suivants donnent des cas d'application de la présen- te invention. Toutes les parties sont en poids à moins d'indications con- traires.
EXEMPLE 1.
De l'acide L-glutamique en une quantité d'environ 73,5 parties est chargé dans un récipient de réaction en même-temps qu'environ 58 par- ties de magnésie hydratée et environ 300 parties d'eau. Pendant agitation vigoureuse du mélange, on ajoute environ 150 parties de chloroformiate d'allyle à la température ambiante. L'agitation est poursuivie pendant en-
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viron 1 heure et demie à environ 28 C, et le mélange est ensuite filtré pour enlever l'excès de magnésie hydratée. Le filtrat est lavé avec deux portions de 150 parties de chloroforme pour enlever le chloroformiate d'allyle qui n'a pas réagi. Le filtrat extrait est acidifié jusqu'à un pH d'environ
1,5, en utilisant un mélange 1 pour 1 d'eau et d'acide chlorhydrique con- centré.
Le mélange acidifié est à nouveau extrait avec trois portions de
162 parties de butanol normal, et les extraits au butanol combinés sont la- vés avec 200 parties d'eau et ensuite distillés à environ 25 mm. de Hg au bain-marie à environ 60 Ce Le résidu est de l'acide N-carboallyloxy-1-gluta- mique.
L'acide N-carboallyloxy-L-glutamique est une huile sirupeuse vis- queuse ayant un équivalent de neutralisation de-118( (théoriquement 116), et une teneur en azote de 5,91% (théoriquement 6,06%). L'indice de réfraction est de n25= 1,4899 et la rotation spécifique est de- -128 = -17,4 (C = D 4,08; eau).
L'acide N-carboallyloxy-L-glutamique, préparé comme ci-avant, @ est dissous, en une quantité d'environ 98,6 parties, dans environ 300 ml . d'anhydride acétique, et la solution est chauffée au bain-marie bouillant pendant environ 5 minutes à environ 95 C, et ensuite elle est laissée au repos dans un récipient fermé, à la température ambiante, pendant environ 1 heure. Le solvant est enlevé par distillation à environ 28 mm de Hg à une température d'environ 60 C. Le produit qui est de l'anhydride N-carboal- lyloxy-L-glutamique est dissous dans environ 184 parties d'ammoniaque li- quide en une période d'environ 1 heure, avec agitation. Après achèvement de la dissolution, l'excès d'ammoniaque est enlevé par distillation sous pression réduite à la température ambiante, et condensé en vue d'être réuti- lisé.
Le résidu restant après enlèvement de l'excès d'ammoniaque est le sel d'ammonium du gamma-amide d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique. L'aci- dification du sel d'ammonium avec de l'acide formique produit le gamma-ami- de d'acide N-carboallyloxy-L-glutamique.
Le sel d'ammonium du gamma-amide d'acide N-carhoallyloxy-L-gluta- mique (N-carboallyloxy-L-glutamine) en une quantité d'environ 49,4 parties est dissous dans environ 360 parties d'ammoniaque liquide, et on ajoute en- viron 13,8 parties de sodium métallique à cette solution sous la forme de petits fragments. Une couleur bleue se forme à la fin de la réaction: L'excès d'ammoniaque est expulsé sous pression réduite à la température ambiante et les vapeurs d'ammoniaque sont condensées en vue d'une réutilisa- tion. Le solide blanc résiduaire est traité avec environ 55 parties de mé- thanol pour détruire tout sodium métallique qui n'a pas réagi.
Les solides en suspension sont dissous avec refroidissement jusqu'en dessous de 10 C dans environ 160 parties d'eau, et le pH est rapidement réglé jusqu'à envi- ron 5,5 avec environ 55 parties d'acide formique à 90% et addition ensuite d'environ 569 parties de méthanol. Un volume d'acétone équivalent de ce- lui du méthanol est ensuite ajouté au mélange. La température de la solu- tion est réduite jusqu'à environ -10 C, et on laisse reposer cette solution.
Sur une période de 24 à 48 heures, un solide se cristallise à partir du mélange, ce solide étant identifié comme étant de la L-glutamine. La L- glutamine brute qui est d'une pureté d'environ 85% est dissoute aussi rapi- dement que possible dans environ 9 fois son poids d'eau qui a été préchauf- fé à environ 60 -65 C. La solution est filtrée pendant qu'elle est chaude immédiatement lorsque la dissolution est terminée, et on ajoute environ 158 parties d'acétone au filtrat. La solution est immédiatement refroidie jusqu'à 0 C et filtrée après repos pendant environ 1 heure et.demie à 2 heures. Le gâteau de filtre est lavé avec environ 8 parties de méthanol
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et séché à environ 58 C. La glutamine obtenue a une pureté d'environ 98%.
EXEMPLE II.
Le sel d'ammonium de N-carboallyloxy-L-glutamine,préparé comme à l'exemple I, est dissous, en une quantité d'environ 24,7 parties, mais environ 105 parties d'acide acétique glacial par chauffage du mélange jus- qu'à une température d'environ 48 C avec agitation. A la solution chauf- fée, on ajoute environ 105 parties d'une solution à 36% d'acide bromhydri- que dans de l'acide acétique glacial. Le mélange est laissé au repos à la température ambiante pendant environ 2 heures avec une agitation occasion- nelle. Le mélange de réaction est ensuite évaporé jusqu'à siccité sous pres- sion réduite (environ 25 mm de Hg) en utilisant une température d'environ 58 C.
Le résidu qui est une masse gluante de couleur paille est dissous dans environ 198 parties de méthanol absolu, et le pH de la solution est réglé jusqu'à environ 5,5 avec une solution d'ammoniaque aqueuse à 14%. Un volu- me d'acétone équivalent de celui du méthanol est ensuite ajouté. Après em- magasinage du mélange à environ 5 C pendant environ 2 heures, le produit cristallisé est filtré et lavé avec du méthanol. Le rendement de L-gluta- mine s'élève à environ 9,3 parties et a une pureté d'environ 84%. La glu- tamine brute est dissoute dans environ 84 parties d'eau à une température d'environ 63 C et est filtré rapidement dès que la dissolution est totale.
Au filtrat, on ajoute environ 168 parties d'acétone chaude (50 C). Ce mé- lange est refroidi aussi vite que possible jusqu'à 0 C et après environ 1 heure et demie à cette température, il est filtré pour donner de la L-gluta- mine cristalline. La L-glutamine recristallisée a une pureté d'environ 91% et le rendement s'élève à une récupération dé 91%. Par recristallisation de la L-glutamine une seconde fois, en utilisant le même processus, la pure- té s'élève à 96% avec un rendement de 95%.
REVENDICATIONS.
1. - Un procédé de préparation d'acide N-carboallyloxy-L-gluta- mique, qui comprend la réaction d'acide L-glutamique avec un chloroformia- te d'un composé d'allyle, et si on le désire, la conversion de l'acide ré- sultant en son anhydride correspondant.