ES2354348B2 - Procedimiento mejorado para la obtencion de dendrimeros. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento mejorado para la obtención de dendrímeros. Procedimiento útil para la preparación de la unidad de repetición de fórmula I, que permite su obtención a una escala de 100 g.

Description

Procedimiento mejorado para la obtención de dendrímeros.
Sector de la técnica
La invención se enmarca en el sector químico, más en concreto en procesos industriales de preparación de compuestos con estructura dendrítica.
Estado de la técnica
Los dendrímeros son un tipo de polímero altamente ramificado en el que las unidades de repetición se organizan en generaciones a partir de un punto focal.
Los dendrímeros han demostrado su utilidad en diversos campos como transporte de fármacos y terapia génica, diagnóstico, la preparación de agentes de contraste y catálisis (Menjoge, A. R.; Kannan, R. M.; Tomalia, D. A. Drug Discov. Today 2010, 15, 171; Rolland, O.; Turrin, C.-O.; Caminade, A.-M.; Majoral, J.-P. New J. Chem. 2009, 33, 1809).
En concreto la unidad de repetición dendrítica de fórmula 6
1
es un intermedio útil en la preparación de diversas micelas poliméricas con aplicación en la liberación de moléculas activas entre las que se incluyen proteínas bioactivas (WO2010018286 A1, ES200901645). El proceso global de preparación de dichas micelas es sencillo y rápido. Los copolímeros de bloque dendríticos utilizados para su obtención se sintetizan rápidamente a partir de 6, y se purifican mediante rápidos procesos de precipitación y ultrafiltración.
\vskip1.000000\baselineskip
Sin embargo, las dificultades en la preparación de la unidad de repetición 6 limitan en gran medida su utilización en la industria.
La síntesis de la unidad de repetición de fórmula 6 se publicó por primera vez en el artículo Meunier, S. J.; Wu, Q.; Wang, S.-N.; Roy, R. Can. J. Chem. 1997, 75, 1472. Esta síntesis consta de cuatro etapas, procede con un rendimiento global modesto y requiere purificación por cromatografía en columna en gel de sílice en tres de las cuatro etapas de reacción. Las condiciones experimentales describen la preparación de la unidad de repetición y sus intermedios avanzados en escala inferior a 1 g.
En el año 2006, se publicó una mejora de la síntesis de la unidad de repetición, aumentando los rendimientos y reduciendo a dos el número de columnas cromatográficas en gel de sílice (Fernandez-Megia, E.; Correa, J.; Rodríguez-Meizoso, I.; Riguera, R. Macromolecules 2006, 39, 2113). Las condiciones experimentales de este artículo describen la preparación de la unidad de repetición en una escala de 3 g.
Cuando los inventores aumentaron la escala siguiendo este procedimiento de preparación, se obtuvieron menores rendimientos en la segunda y tercera etapa, y la purificación del producto de la segunda etapa resultó compleja y fue necesario repetir la cromatografía en columna varias veces.
Los procesos de preparación de unidades de repetición como la de fórmula 6 presentan una serie de limitaciones. Entre ellas destacan la necesidad de purificación por cromatografía en gel de sílice de varios de los productos intermedios y la potencial peligrosidad de las transformaciones al estar implicados grupos azida. Estas limitaciones has imposibilitado el escalado en la preparación de estas unidades de repetición.
El gran número de aplicaciones de dendrímeros formados a partir de unidades de repetición como la de fórmula 6, hace necesario el desarrollo de un procedimiento de preparación eficaz a mayor escala.
Descripción de la invención
La presente invención proporciona un procedimiento mejorado para la preparación de unidades de repetición caracterizadas por estar constituidos por cadenas de polietilenglicol cuyo grupo funcional terminal es un grupo azida, que se emplean en la preparación de dendrímeros utilizados en diferentes sectores de la industria.
Este proceso mejorado permite aumentar la escala más de 100 veces respecto al procedimiento original, se mejoran los rendimientos, se evitan las columnas cromatográficas en gel de sílice, y las condiciones de reacción son más respetuosas con el medio ambiente, ya que se evitan en algunos casos disolventes orgánicos y se reduce la peligrosidad de las etapas.
Así, la invención se dirige a un procedimiento de preparación de la unidad de repetición de fórmula I
2
donde m se selecciona entre 1 y 30, y n es 2 o 3,
que comprende
a)
la reacción de Cl(CH_{2}CH_{2}O)_{m}H, donde m es como se definió anteriormente, con azida sódica en agua para obtener N_{3}(CH_{2}CH_{2}O)_{m}H,
b)
la reacción de N_{3}(CH_{2}CH_{2}O)_{m}H con un agente clorante para obtener N_{3}(CH_{2}CH_{2}O)_{m}Cl,
c)
la reacción de N_{3}(CH_{2}CH_{2}O)_{m}Cl con hidroxibenzoatos de fórmula II
3
donde n es como se definió anteriormente, y R se selecciona entre alquilo sustituido o no sustituido, arilo sustituido o no sustituido, o arilalquilo sustituido o no sustituido,
en presencia del éter corona 18C6 en medio básico, y
d)
hidrólisis en un medio acuoso básico.
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La clave de este procedimiento es que un hidroxibenzoato de fórmula II reacciona con un derivado clorado de oligómeros de etilenglicol sustituyendo al grupo cloro, en lugar de a un grupo tosilo como enseña el estado de la técnica. El hecho de que la reacción de sustitución se produzca sobre el cloroderivado, que contiene un grupo azida en la posición terminal, hace que la reacción transcurra de forma más limpia y se eviten procedimientos tediosos y costosos de purificación. A pesar de que es conocido que el cloruro es mucho peor grupo saliente que el grupo tosilo, y a priori se esperaría que la siguiente etapa fuese más difícil de realizar, este cambio es clave para que el proceso mejore tanto en los procedimientos de purificación de esta etapa y de la etapa posterior, como para evitar disolventes orgánicos nocivos.
En un aspecto particular m se selecciona entre 1 y 15; más preferiblemente entre 1 y 7; aún más preferiblemente es 3.
En otro aspecto particular, cuando n es 2, los sustituyentes se encuentran en las posiciones 3 y 4 o 3 y 5; es decir, el compuesto está sustituido en las posiciones meta-para o meta-meta.
\newpage
En otro aspecto particular, cuando n es 3, los sustituyentes se encuentran en las posiciones 2, 4 y 6 o 3, 4 y 5; es decir, el compuesto está sustituido en las posiciones orto-para-orto o meta-para-meta.
En un aspecto particular, m es 3, n es 3 donde los sustituyentes se encuentran en las posiciones 3, 4 y 5.
En una realización particular, la etapa a) se lleva a cabo a una concentración 2M de Cl(CH_{2}CH_{2}O)_{m}H y a una temperatura entre 50 y 75ºC.
En otra realización particular, para el aislamiento del producto obtenido en la etapa a), la reacción se mantiene a presión reducida para eliminar el agua, se resuspende en tetrahidrofurano y se filtra.
En una realización particular, el agente clorante se selecciona entre cloruro de tionilo, PCl_{5} o Cl_{3}PO, en presencia de un catalizador. En una realización preferida, el catalizador es una sal de amonio cuaternaria, más preferiblemente cloruro de benciltrietilamonio.
En una realización particular, para el aislamiento del producto obtenido en la etapa b) la reacción se mantiene a presión reducida para eliminar el agente clorante, se resuspende en una disolución acuosa y se extrae con una mezcla acetato de etilo/hexano.
Este proceso evita el empleo de disolventes orgánicos más nocivos como el cloruro de metileno, tanto durante la reacción como durante el aislamiento del producto.
En una realización preferida, la etapa c) se lleva a cabo en N,N-dimetilformamida a una concentración entre 0.3 M y 1 M, preferiblemente a 0.5 M.
En otra realización preferida, la base que se emplea en la etapa c) se selecciona entre carbonato potásico, carbonato sódico o carbonato de cesio.
En una realización preferida, el medio acuoso de la etapa d) se selecciona entre mezclas hidralcohólicas de metanol o etanol.
En otra realización preferida, para aislar el compuesto obtenido en la etapa d) la reacción se neutraliza con Amberlita IR-120, se filtra y se elimina el disolvente a presión reducida.
Para la presente invención se entiende por "alquilo" un radical hidrocarbonado lineal o ramificado, cíclico o no cíclico, que no contiene instauraciones, entre 1 y 12 átomos de carbono, preferiblemente entre 1 y 8, más preferiblemente entre 1 y 4, el cual se encuentra unido al resto de la molécula por un enlace simple, opcionalmente sustituido por uno o más sustituyentes seleccionados entre un grupo halógeno, un grupo hidroxilo, un grupo alcoxilo, un grupo nitro, un grupo ciano, un grupo heterociclolalquilo, por ejemplo, metilo, etilo, propilo, terc-butilo, ciclopropilo, etc.
Para la presente invención se entiende por "arilo" un hidrocarburo aromático, entre 6 y 10 átomos de carbono, unido al resto de la molécula por un enlace simple, opcionalmente sustituido por uno o más sustituyentes seleccionados entre un grupo halógeno, un grupo hidroxilo, un grupo alcoxilo, un grupo ciano, un grupo heterociclolalquilo, o un grupo nitro.
Para la presente invención se entiende por "arilalquilo" uno o varios grupos arilo unidos al resto de la molécula por radical alquilo, por ejemplo, bencilo.
En el procedimiento de la invención, las etapas a) y b) evitan la utilización de un disolvente orgánico como ocurría en los procedimientos empleados hasta el momento, que en la etapa a) la reacción tenía lugar en dimetilformamida y en la etapa b) en cloruro de metileno.
En este proceso mejorado se emplea agua en la etapa a) como medio de reacción y esto mejora la seguridad del proceso ya que las azidas orgánicas son potencialmente explosivas.
La reacción es más concentrada en la etapa a) y esto permite disminuir la temperatura a la que es posible realizar la reacción, inferior a 100ºC, lo que mejora también la seguridad del proceso.
El proceso de tratamiento de la reacción en la etapa a) es más sencillo que en procesos bibliográficos, evita la columna cromato gráfica y disolventes más nocivos como el cloruro de metileno.
Los siguientes ejemplos son ilustrativos de la presente invención y sirven para interpretarla pero no son limitativos de la misma.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 1 Síntesis de 1-azido-8-hidroxi-3,6-dioxaoctano (2)
4
En un matraz esférico provisto con un tubo de secado relleno de NaOH se disolvió 1 (153.0 g, 0.907 mol) en H_{2}O (445 mL). Tras la adición NaN_{3} (118.0 g, 1.815 mol) la reacción se agitó a 75ºC durante 48 h. Posteriormente, la reacción se dejó enfriar hasta alcanzar temperatura ambiente y se concentró en un rotavapor a presión reducida, condensando el H_{2}O evaporada sobre unas lentejas de NaOH y situando una torre de NaOH entre el rotavapor y la fuente de vacío. El residuo obtenido se suspendió en tetrahidrofurano (2 L) y filtró a través de una placa filtrante del número 5 para eliminar el exceso de NaN_{3}. El filtrado se concentró para dar 2 (158.6 g, 100%) como un aceite incoloro.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 2 Síntesis de 1-azido-8-cloro-3,6-dioxaoctano (3)
5
Sobre una mezcla de 2 (158.6 g, 0.905 mol) y cloruro de benciltrietilamonio (0.618 g, 2.71 mmol) a 65ºC se añadió gota a gota SOCl_{2} (132 mL, 1.81 mol) bajo una ligera corriente positiva de Ar. La mezcla resultante se agitó a 65ºC durante 3 h y posteriormente se dejó enfriar hasta alcanzar temperatura ambiente. El exceso de SOCl_{2} se evaporó a presión reducida. El residuo obtenido se suspendió en una disolución acuosa de tampón fosfato (50 mM, pH 7.0, 1 L) y se extrajo con EtOAc/Hexano (1:1, 1 L). La fase orgánica se lavó con una disolución acuosa de tampón fosfato (50 mM, pH 7.0, 5 x 1 L), se secó (Na_{2}SO_{4}) y concentró para dar 3 (173.2 g, 99%) como un aceite amarillo claro.
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Ejemplo 3 Síntesis de 3,4,5-tri-(8-azido-3,6-dioxaoctiloxi)benzoato de metilo (5)
6
Sobre una disolución de 3 (140.0 g, 0.711 mol) en DMF (470 mL) bajo Ar se añadieron secuencialmente 4 (44.1 g, 0.235 mol), K_{2}CO_{3} seco (324.3 g, 2.347 mol) y 18C6 (6.2 g, 0.023 mol). La mezcla resultante se calentó a 80ºC durante 32 h con agitación mecánica. Posteriormente la reacción se dejó enfriar hasta alcanzar temperatura ambiente, se concentró y filtró a través de una columna corta de alúmina (gradiente: hexano a acetona). Tras evaporación del disolvente, el residuo obtenido se separó en 5 fracciones que fueron purificadas por cromatografía en columna (MPLC Teledyne ISCO CombiFlash Rf-200 psi, columna: RediSep Rf normal-phase sílica, gradiente: hexano a acetona) para dar 5 (130 g, 87%) como un aceite amarillo claro.
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Ejemplo 4 Síntesis del ácido 3,4,5-tri-(8-azido-3,6-dioxaoctiloxi)benzoico (6)
7
Sobre una disolución de 5 (130.3 g, 0.199 mol) en MeOH (370 mL) se añadió KOH (1.13 L, 1M en MeOH). La disolución resultante se calentó a reflujo durante 2 h. Posteriormente se dejó enfriar a temperatura ambiente y neutralizó con Amberlita IR-120. Tras filtración, la disolución resultante se concentró para dar 6 (127 g, 100%) como un aceite amarillo claro.

Claims (14)

1. Procedimiento de preparación de la unidad de repetición de fórmula I
8
donde m se selecciona entre 1 y 30, y n es 2 o 3,
que comprende
a)
la reacción de Cl(CH_{2}CH_{2}O)_{m}H, donde m es como se definió anteriormente, con azida sódica en agua para obtener N_{3}(CH_{2}CH_{2}O)_{m}H,
b)
la reacción de N_{3}(CH_{2}CH_{2}O)_{m}H con un agente clorante para obtener N_{3}(CH_{2}CH_{2}O)_{m}Cl,
c)
la reacción de N_{3}(CH_{2}CH_{2}O)_{m}Cl con hidroxibenzoatos de fórmula II
9
donde n es como se definió anteriormente, y R se selecciona entre alquilo sustituido o no sustituido, arilo sustituido o no sustituido, o arilalquilo sustituido o no sustituido,
en presencia del éter corona 18C6 en medio básico, y
d)
hidrólisis en un medio acuoso básico.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde m se selecciona entre 1 y 15.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, donde m se selecciona entre 1 y 7.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, donde m es 3.
5. Procedimiento según las reivindicaciones anteriores donde, cuando n es 2, los sustituyentes se encuentran en las posiciones 3 y 4 o 3 y 5.
6. Procedimiento según las reivindicaciones anteriores donde, cuando n es 3, los sustituyentes se encuentran en las posiciones 2, 4 y 6 o 3, 4 y 5.
7. Procedimiento según las reivindicaciones anteriores donde m es 3, n es 3 donde los sustituyentes se encuentran en las posiciones 3, 4 y 5.
8. Procedimiento según las reivindicaciones anteriores, donde la etapa a) se lleva a cabo a una concentración 2M de Cl(CH_{2}CH_{2}O)_{m}H y a una temperatura entre 50 y 75ºC.
9. Procedimiento según las reivindicaciones de 1 a 7, donde el agente clorante se selecciona entre cloruro de tionilo, PCl_{5} o Cl_{3}PO, en presencia de un catalizador.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, donde el catalizador es una sal de amonio cuaternaria.
\newpage
11. Procedimiento según las reivindicaciones anteriores, donde la etapa c) se lleva a cabo en N,N-dimetilformamida a una concentración entre 0.3 M y 1 M.
12. Procedimiento según las reivindicaciones anteriores, donde la base que se emplea en la etapa c) se selecciona entre carbonato potásico, carbonato sódico o carbonato de cesio.
13. Procedimiento según las reivindicaciones anteriores, donde el medio acuoso de la etapa d) se selecciona entre mezclas hidralcohólicas de metanol o etanol.
14. Procedimiento según las reivindicaciones anteriores, donde para aislar el compuesto obtenido en la etapa d) la reacción se neutraliza con Amberlita IR-120, se filtra y se elimina el disolvente a presión reducida.
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