CH501654A

CH501654A - N-carboxy-arginine and-histidine anhydrides

Info

Publication number: CH501654A
Application number: CH1897469A
Authority: CH
Inventors: Frank Veber Daniel
Original assignee: Merck & Co Inc
Priority date: 1965-07-02
Filing date: 1966-07-04
Publication date: 1971-01-15
Also published as: CH501672A; CH501653A; CH501655A

Abstract

Hydrohalic acid salts of N-carboxy arginine anhydride and N-carboxy-histidine anhydride, useful as intermediates for arginine and histidine and peptides contng. these amino-acids are prepd. by reacting a halogenating agent (pref. PBr3 or SOCl2, pref. in 10% molar excess) with the corresponding amino-acid in which the alpha-amino group is substd. by an (ar)alkoxycarbonyl group which is sterically free and is capable of releasing an electron-pair during the reaction.

Description

  

  Verfahren zur Herstellung von halogenwasserstoffsauren Salzen  von N-Carboxyargininanhydrid oder von N-Carboxyhistidinanhydrid    Gegenstand der vorliegenden Eirfindung ist ein Ver  fahren zur Herstellung von halogenwasserstoffsauren  Salzen von N-Carboxyargininanhydrid oder von     N-Car-          boxyhistidinanhydrid;    dieses Verfahren ist dadurch ge  kennzeichnet, dass man ein Halogenierungsmittel mit der  entsprechenden Aminosäure, deren a-Aminogruppe mit  einer Alkoxycarbonyl- oder einer     Aralkoxycarbonylgrup-          pe    substituiert ist, die sterisch frei und fähig ist, während  der Umsetzung ein Elektronenpaar abzugeben umsetzt.  



  Diese erfindungsgemäss erzeugten halogenwasser  stoffsauren Salze sind neue Substanzen und zur Herstel  lung von Arginin oder Histidin oder diese beiden Amino  säuren enthaltenden Peptiden nützlich.  



  Frühere Versuche, Säureadditionssalze von     N-Carbo-          xyargininanhydrid    herzustellen, waren nicht erfolgreich.  Das klassische Verfahren, bei dem     N-Carboxyaminosäu-          reanhydrid    durch Umsetzung einer Aminosäure mit  Phosgen gebildet werden, ist mit Arginin vollständig un  befriedigend, da praktisch kein gewünschtes Produkt  gebildet wird.  



  Es ist nun gefunden worden, dass die gewünschten  Verbindungen durch Umsetzung eines     Halogenierungs-          mittels    mit Arginin oder Histidin bei guter Ausbeute her  gestellt werden können, vorausgesetzt dass die     a-Amino-          funktion    der Aminosäure durch ein hemmendes Mittel  Gehemmt wird, das sterisch frei und imstande ist, eine  positivere Ladung aufzunehmen, indem es im Verlauf der  Umsetzung ein Elektronenpaar abgibt.  



  Die beim     erfindungsgemässen    Verfahren gewöhnlich  verwendeten Halogenierungsmittel umfassen eine be  kannte Klasse Halogenierungsmittel vom bei der Her  stellung von Säurechloriden und Säurebromiden allge  mein verwendeten Typus. Dazu gehören z.B.     Thionyl-          chlorid    und Thionylbromid, Phosphorpentachlorid und  Phosphorpentabromid. Unter diesen wird aus Gründen,  die nachstehend näher dargelegt werden,     Phosphortribro-          mid    bevorzugt.

      Zu den Sperrmitteln, die verwendet werden können  Gehören zweckmässig z.B. bis zu 8 Kohlenstoffatomen  enthaltende Alkoxycarbonyl- und     Aralkoxycarbonyl-          Gruppen,    die dank der Tatsache, dass das Kohlenstoff  atom der Alkoxy- oder Aralkoxy-Gruppe, die an ein  Sauerstoffatom gebunden ist, durch mindestens 2 Was  serstoffatome substituiert ist, sterisch ungehindert sind.  Nicht nur muss dieses Kohlenstoffatom sterisch frei sein,  sondern die Gruppe muss imstande sein, durch Abgabe  eines Elektronenpaares im Verlauf der     Umsetzungen    po  sitiver zu werden.

   Die bevorzugte     Alkoxycarbonyl-Grup-          pe    ist Methoxycarbonyl, da es am leichtesten erhältlich  ist, doch können auch andere Alkoxycarbonyl-Gruppen  verwendet werden. Typische Alkoxycarbonyl-Gruppen,  die sich als Sperrgruppen im erfindungsgemässen Verfah  ren eignen, sind z.B. Äthoxycarbonyl-, Propoxycarbonyl,  Isobutoxycarbonyl oder Isoamyloxycarbonyl. Die bevor  zugte Aralkoxycarbonyl-Gruppe ist Benzoxycarbonyl,  doch können auch andere Aralkoxycarbonyl-Gruppen,  insbesondere substituierte Benzoxycarbonyl-Gruppen,  wie z.B.

   Methyl- oder Äthylbenzoxycarbonyl-,     Methoxy-          oder    Äthoxybenzoxycarbonyl- oder Chlor- oder     Brom-          benzoxycarbonyl-Gruppen,    verwendet werden.     Substi-          tuenten    im Benzylteil üben ihre elektronische Wirkung am  Günstigsten aus, wenn sie sich in para-Stellung befinden,  doch ist dies nicht wesentlich.  



  Die erwünschten Sperrgruppen sind von den entspre  chenden Chloriden oder Bromiden, zweckmässig     Benzyl-          oxycarbonylchlorid    oder Methoxycarbonylbromid, abge  leitet. Wird ein Chlorid verwendet, so erhält man ein salz  saures Salz. Bromide führen zu Bromwasserstoffsalzen;  p-Nitrobenzyloxycarbonylchlorid und ähnliche, bei denen  der     Substituent    in der     Benzylgruppe    eine starke induktive  Wirkung ausübt, können im     erfindungsgemässen    Verfah  ren als Quellen von Sperrgruppen verwendet werden.  



  Der genaue Verlauf der Umsetzung, durch welche  erfindungsgemäss die Verbindungen hergestellt werden,  wird nicht ganz verstanden, doch wird angenommen, dass      die Umsetzung über eine Zwischenverbindung vor sich  geht, die im Fall von durch ein Benzyloxycarbonyl ge  sperrtem Arginin, durch folgende Strukturformel darge  stellt werden kann:  
EMI0002.0000     
    obwohl  kann.  Die positive Ladung, die auf einen  in der cyclischen Struktur hindeutet, wird durch eine  Einbusse an Elektronen der Benzylgruppe neutralisiert,  die sich als Carboniumion abspaltet und ihrerseits durch  ein Halogenidiom das vom Halogenierungsmittel befreit  wird, neutralisiert wird. Die Theorie dieses Mechanismus  wird durch die Tatsache erhärtet, dass Benzylchlorid im  Verlauf der Umsetzung entwickelt wird.

   Es wird einem  auch dadurch klarer, warum die Sperrgruppe sterisch  frei und imstande sein muss, Elektronen abzugeben. Ist  die Gruppe nicht sterisch frei, so wird das Halogenidion  daran gehindert, zum a&alpha;Kohlenstoffatom zu gelangen.  Kann die Gruppe keine Elektronen abgeben, so kann  die positive Ladung des cyclischen Teils nicht neutrali  siert werden. Der Mangel an Nutzen der     p-Nitrobenzyl-          oxycarbonyl-Gruppe    im erfindungsgemässen Verfahren  wird auch durch diesen vorgeschlagenen Mechanismus  erklärt. Infolge der starken induktiven Wirkung der     Ni-          trogruppe    gibt die Sperrgruppe ihre Elektronen nicht an  den cyclischen Teil ab.  



  Die     Umsetzung    kann mit oder ohne Lösungsmittel  durchgeführt werden. Zu den zweckmässigen Lösungs  mitteln gehören aromatische Kohlenwasserstofflösungs  mittel, die z.B. bis zu 9 Kohlenstoffatome enthalten wie  z.B. Benzol oder Toluol. Bis zu 8 Kohlenstoffatome auf  weisende Ätherlösungsmittel, insbesondere cyclische  Ätherlösungsmittel, wie z.B. Dioxan oder     Tetrahydrofu-          ran,    eignen sich ebenfalls. Mit Halogenierungsmitteln,  wie z.B. Thionylchlorid oder Thionylbromid, kann über  schüssiges Reagens als Lösungsmittel dienen.  



  Bei einer     bevorzugten    Ausführungsform der vorlie  genden Erfindung wird Phasphortribromid als     Haloge-          nierungsmittel    und Tetrahydrofuran als Lösungsmittel  verwendet. Bei dieser Kombination reagiert die Amino  säure mit dem Halogenierungsmittel und bildet eine lös  liche Zwischenverbindung, und das gewünschte Produkt  fällt aus der Lösung aus. Die Reaktion wird mit Vorteil  bei Raumtemperatur, d.h. 25 - 35 C, durchgeführt; es  erübrigt sich, die Temperatur zu steuern.  



  Die Umsetzung kan im allgemeinen innerhalb eines  weiten Bereiches von Temperaturen, z.B. von etwa Raum  temperatur bis etwa 100 C, ausgeführt werden. Bevor  zugte Reaktionstemperatur wird anhand von Faktoren  wie der Wirkung des Halogenierungsmittels, dem all  fällig verwendeten jeweiligen Lösungsmittel und der Men  ge Reaktionsteilnehmer ausgewählt.         Normalerweise    geht die Umsetzung rasch vor sich.  Deren Dauer schwankt je nach Faktoren wie den oben  erwähnten. Aus Gründen der Zweckmässigkeit wird es  vorgezogen, die Umsetzung so rasch wie möglich, z.B.

    in etwa 2 - 15 Minuten, durchzuführen, obwohl die Dauer  bis zu einer Stunde oder sogar mehr betragen  Es können äquimolare Mengen Reaktionsteilnehmer  verwendet werden, doch wird es vorgezogen, einen     Über-          schuss    an Halogenierungsmittel zu verwenden, um eine  möglichst hohe Ausbeute zu erzielen.     Normalerweise     wird ein mindestens 10%iger molarer Überschuss an  Halogenierungsmittel verwendet, doch ist ein bis     SO-fa-          cher    oder sogar grösserer Überschuss oft nützlich. Wie  bereits erwähnt, kann das Halogenierungsmittel als Lö  sungsmittel verwendet werden. Mit Thionylchlorid oder  Thionylbromid kann die Ausbeute oft gesteigert werden,  indem die Umsetzung in zwei Stufen durchgeführt wird.

    In der ersten Stufe wird die Umsetzung in einem Lö  sungsmittel wie Benzol durchgeführt. Am Ende der  Reaktionsperiode wird das Lösungsmittel und überschüs  siges Halogenierungsmittel entfernt. Der Rückstand wird  in der Regel zerdrückt und die Umsetzung ohne Lösungs  mittel wiederholt. Es wird angenommen, dass das Pro  dukt in der ersten Stufe auf dem Aminosäure-Ausgangs  stoff einen Überzug bildet, der eine Fortsetzung der Um  setzung verhindert. Durch Zerdrücken wird dieser Über  zug zerbrochen, so dass die Umsetzung in der zweiten  Stufe zu Ende geführt wird.    <I>Beispiel 1</I>    N-Carboxyargininanhydrid-hydrochlorid  In 30 mg Natriumbenzyloxycarbonylarginin in 0,25  ml Benzol wird 1 ml Thionylchlorid unter Rühren gege  ben. Das Gemisch wird etwa 30 Minuten unter Kratzen  und Rühren auf einem Dampfbad erhitzt.

   Es wird dann  auf Raumtemperatur abgekühlt und das Benzol und das  überschüssige Thionylchlorid abgegossen. Der Rück  stand wird zweimal mit Benzol und einmal mit Petrol  äther gewaschen und im Vakuum getrocknet, wobei man  N-Carboxyargininanhydrid-hydrochlorid erhält.  



  Das bromwasserstoffsaure Salz wird in ähnlicher Wei  se erzielt, indem das Thionylchlorid durch eine äquiva  lente Menge Thionylbromid ersetzt wird.  



  N-Carboxyhistidinanhydrid-hydrochlorid und N-Car  boxyhystidinanhydrid-hydrobromid werden auf dieselbe  Weise erhalten.    <I>Beispiel 2</I>    N-Carboxyargininanhydrid-hydrochlorid  4 g Benzyloxycarbonylarginin werden in etwa 5 ml  Benzol suspendiert und 17 ml Thionylchlorid werden  beigefügt. Das Gemisch wird eine halbe Stunde bei  Raumtemperatur gerührt und das überschüssige     Thionyl-          chlorid    abgegossen. Der Rückstand wird zuerst mit 50  ml Benzol und dann mit 50 ml Hexan gewaschen.  



  Der gewaschene Rückstand wird bei Raumtempera  tur in Vakuum getrocknet, und 20 ml Thionylchlorid  werden beigefügt. Das Gemisch wird auf einem Dampf  bad auf etwa 80 C erhitzt, das überschüssige     Thionyl-          chlorid    entfernt und der Rückstand mit je 50 ml Benzol  und dann Hexan gewaschen.

   Das erzielte     N-Carboxyar-          gininanhydrid-hydrochlorid    wird durch Lösung in 10     ml          Dimethylformamid@        Ausschleudern    des Gemisches,     Ab-          giessen,    Fällen durch Zusatz von 30 ml     Äthylacetat,     nochmaliges Zentrifugieren und Abgiessen des Lösungs  mittels gereinigt.      <I>Beispiel 3</I>  N-Carboxyhistidinanhydrid-hydrobromid  Zu 4 Millimole Benzyloxycarbonylhistidin in 5 ml  Tetrahydrofuran werden 8 Millimole Phosphortribromid  gegeben; das Gemisch wird bei Raumtemperatur gerührt.  Nach etwa 5 Minuten erhält man eine Lösung, die wei  tere 5 Minuten gerührt wird.

   N-Carboxyhistirinanhydrid  hydrobromid fällt aus und wird durch Filtrieren gesam  melt.  



  N-Carboxyhistidinanhydrid-hydrochlorid wird in glei  cher Weise hergestellt, indem das Phosphortribromid  durch eine äquivalente Menge Phosphortrichlorid ersetzt  wird.



  Process for the preparation of hydrohalic acid salts of N-carboxyarginine anhydride or of N-carboxyhistidine anhydride The subject matter of the present invention is a process for the preparation of hydrohalic acid salts of N-carboxyarginine anhydride or of N-carboxyhistidine anhydride; This process is characterized in that a halogenating agent is reacted with the corresponding amino acid whose α-amino group is substituted with an alkoxycarbonyl or an aralkoxycarbonyl group which is sterically free and capable of donating a pair of electrons during the reaction.



  These hydrohalic acid salts produced according to the invention are new substances and useful for the production of arginine or histidine or peptides containing these two amino acids.



  Previous attempts to make acid addition salts of N-carbonxyarginine anhydride have not been successful. The classic process, in which N-carboxyamino acid anhydride is formed by reacting an amino acid with phosgene, is completely unsatisfactory with arginine, since practically no desired product is formed.



  It has now been found that the desired compounds can be prepared in good yield by reacting a halogenating agent with arginine or histidine, provided that the α-amino function of the amino acid is inhibited by an inhibiting agent that is sterically free and capable is to take on a more positive charge by releasing an electron pair in the course of the reaction.



  The halogenating agents commonly used in the process of the present invention include a known class of halogenating agents of the type generally used in the preparation of acid chlorides and acid bromides. These include e.g. Thionyl chloride and thionyl bromide, phosphorus pentachloride and phosphorus pentabromide. Of these, phosphorus tribromide is preferred for reasons set forth below.

      The blocking means that can be used suitably include e.g. Alkoxycarbonyl and aralkoxycarbonyl groups containing up to 8 carbon atoms, which are sterically unhindered thanks to the fact that the carbon atom of the alkoxy or aralkoxy group, which is bonded to an oxygen atom, is substituted by at least 2 hydrogen atoms. Not only does this carbon atom have to be sterically free, but the group has to be able to become more positive by donating an electron pair in the course of the reactions.

   The preferred alkoxycarbonyl group is methoxycarbonyl because it is the most readily available, but other alkoxycarbonyl groups can also be used. Typical alkoxycarbonyl groups which are suitable as blocking groups in the process according to the invention are e.g. Ethoxycarbonyl, propoxycarbonyl, isobutoxycarbonyl or isoamyloxycarbonyl. The preferred aralkoxycarbonyl group is benzoxycarbonyl, but other aralkoxycarbonyl groups, especially substituted benzoxycarbonyl groups such as e.g.

   Methyl or ethylbenzoxycarbonyl, methoxy or ethoxybenzoxycarbonyl or chlorine or bromobenzoxycarbonyl groups can be used. Substituents in the benzyl part exert their electronic effect most favorably when they are in the para position, but this is not essential.



  The desired blocking groups are derived from the corresponding chlorides or bromides, suitably benzyl oxycarbonyl chloride or methoxycarbonyl bromide. If a chloride is used, an acidic salt is obtained. Bromides lead to hydrogen bromide salts; p-Nitrobenzyloxycarbonyl chloride and the like, in which the substituent in the benzyl group has a strong inductive effect, can be used as sources of blocking groups in the process according to the invention.



  The exact course of the reaction by which the compounds are prepared according to the invention is not fully understood, but it is assumed that the reaction takes place via an intermediate compound which, in the case of arginine blocked by a benzyloxycarbonyl, is represented by the following structural formula can:
EMI0002.0000
    though can. The positive charge, which indicates one in the cyclic structure, is neutralized by a loss of electrons of the benzyl group, which splits off as a carbonium ion and is in turn neutralized by a halide id which is freed from the halogenating agent. The theory of this mechanism is supported by the fact that benzyl chloride is evolved in the course of the reaction.

   This also makes it clearer why the blocking group must be sterically free and able to donate electrons. If the group is not sterically free, the halide ion is prevented from making its way to the aα carbon atom. If the group cannot donate electrons, the positive charge of the cyclic part cannot be neutralized. The lack of utility of the p-nitrobenzyl oxycarbonyl group in the process of the invention is also explained by this proposed mechanism. Due to the strong inductive effect of the nitro group, the blocking group does not give up its electrons to the cyclic part.



  The reaction can be carried out with or without a solvent. Useful solvents include aromatic hydrocarbon solvents, e.g. contain up to 9 carbon atoms, e.g. Benzene or toluene. Ether solvents having up to 8 carbon atoms, especially cyclic ether solvents, e.g. Dioxane or tetrahydrofuran are also suitable. With halogenating agents, e.g. Thionyl chloride or thionyl bromide, excess reagent can serve as a solvent.



  In a preferred embodiment of the present invention, phosphorus tribromide is used as the halogenating agent and tetrahydrofuran is used as the solvent. In this combination, the amino acid reacts with the halogenating agent to form a soluble intermediate and the desired product precipitates out of solution. The reaction is advantageously carried out at room temperature, i. 25-35 C, performed; there is no need to control the temperature.



  The reaction can generally take place over a wide range of temperatures, e.g. from about room temperature to about 100 ° C. The preferred reaction temperature is selected based on factors such as the action of the halogenating agent, the particular solvent used, and the amount of reactants. Implementation is usually quick. Their duration varies depending on factors such as those mentioned above. For the sake of convenience it is preferred to have the implementation as soon as possible, e.g.

    in about 2-15 minutes, although the duration can be up to an hour or even more. Equimolar amounts of reactants can be used, but it is preferred to use an excess of halogenating agent in order to achieve the highest possible yield. Usually at least a 10% molar excess of halogenating agent is used, but up to 50 times or even greater excess is often useful. As already mentioned, the halogenating agent can be used as a solvent. With thionyl chloride or thionyl bromide, the yield can often be increased by carrying out the reaction in two stages.

    In the first stage, the reaction is carried out in a solvent such as benzene. At the end of the reaction period, the solvent and excess halogenating agent are removed. The residue is usually crushed and the reaction is repeated without a solvent. It is assumed that the product forms a coating on the amino acid starting material in the first stage, which prevents the continuation of the conversion. This coating is broken by crushing, so that the reaction in the second stage is completed. <I> Example 1 </I> N-carboxyarginine anhydride hydrochloride 1 ml of thionyl chloride is added to 30 mg of sodium benzyloxycarbonylarginine in 0.25 ml of benzene with stirring. The mixture is heated on a steam bath with scraping and stirring for about 30 minutes.

   It is then cooled to room temperature and the benzene and excess thionyl chloride are poured off. The residue is washed twice with benzene and once with petroleum ether and dried in vacuo, N-carboxyarginine anhydride hydrochloride being obtained.



  The hydrobromic acid salt is obtained in a similar manner by replacing the thionyl chloride with an equivalent amount of thionyl bromide.



  N-carboxyhistidine anhydride hydrochloride and N-carboxyhystidine anhydride hydrobromide are obtained in the same manner. <I> Example 2 </I> N-carboxyarginine anhydride hydrochloride 4 g of benzyloxycarbonylarginine are suspended in about 5 ml of benzene and 17 ml of thionyl chloride are added. The mixture is stirred for half an hour at room temperature and the excess thionyl chloride is poured off. The residue is washed first with 50 ml of benzene and then with 50 ml of hexane.



  The washed residue is dried in vacuo at room temperature, and 20 ml of thionyl chloride are added. The mixture is heated to about 80 ° C. on a steam bath, the excess thionyl chloride is removed and the residue is washed with 50 ml of benzene and then hexane.

   The N-carboxyargine anhydride hydrochloride obtained is purified by dissolving it in 10 ml of dimethylformamide, centrifuging the mixture, pouring it off, precipitating it by adding 30 ml of ethyl acetate, centrifuging again and pouring off the solvent. <I> Example 3 </I> N-carboxyhistidine anhydride hydrobromide To 4 millimoles of benzyloxycarbonylhistidine in 5 ml of tetrahydrofuran are added 8 millimoles of phosphorus tribromide; the mixture is stirred at room temperature. After about 5 minutes, a solution is obtained which is stirred for 5 more minutes.

   N-carboxyhistirin anhydride hydrobromide precipitates and is collected by filtration.



  N-carboxyhistidine anhydride hydrochloride is prepared in the same way by replacing the phosphorus tribromide with an equivalent amount of phosphorus trichloride.

Claims

PATENT CLAIM A process for the preparation of hydrogen halide acid salts of N-carboxyarginine anhydride or N- carboxyhistidine anhydride, characterized in that a halogenating agent is sterically free with the corresponding amino acid whose α-amino group is substituted with an alkoxycarbonyl or an aralkoxycarbonyl group and is able to donate a pair of electrons during the conversion, converts. SUBClaims 1. The method according to claim, characterized in that the halogenating agent used is phosphorus tribromide or thionyl chloride. 2.

Process according to patent claim for the production of hydrobromic or hydrochloric acid salts of N-carboxyaroline anhydride or N-carboxyhistidine anhydride. <I> Note from the </I> Federal <I> Office for Intellectual Property: </I> If parts of the description do not comply with the definition of the invention given in the patent claim, it should be remembered that according to Art 51 of the Patent Act, the patent claim is decisive for the material scope of the patent.