ITRM20000221A1

ITRM20000221A1 - Nuovi macrocicli tetrammidici, procedimento per la loro preparazione e loro uso come recettori in fasi stazionarie chirali.

Info

Publication number: ITRM20000221A1
Application number: IT2000RM000221A
Authority: IT
Inventors: Francesco Gasparrini; Domenico Misiti; Claudio Villani
Original assignee: Univ Roma
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2001-10-21
Also published as: ITRM20000221A0; IT1317022B1

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "NUOVI MACROCICLI TETRAMMIDICI, PROCEDIMENTO PER LA LORO PREPARAZIONE E LORO USO COME RECETTORI IN FASI STAZIONARIE CHIRALI "

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto principale nuove molecole che possono essere usate come recettori chirali per la separazione e la purificazione di enantiomeri, e in generale stereoìsomeri , di composti organici ed organometallici, sia a livello analitico che preparativo .

In particolare è oggetto principale della presente invenzione un macrociclo tetrammidico con molecola di formula (I)

m cui

X è un alchile, un arile oppure un frammento polimetilenico -(CH2)n- dove n è un numero intero > 2;

Y è un gruppo allilossi, alcossi o arilmetossi; R è un idrogeno o un alchile,

ed il suo enantiomero.

Particolarmente interessante per la sua versatilità applicativa è il macrociclo tetrammidico in cui X è fenile, Y è allilossi ed R è idrogeno.

L'invenzione si riferisce anche ad un procedimento per la preparazione del macrociclo tetrammidico come da rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di far reagire - in solvente aprotico, in presenza di un'ammina terziaria - un reagente chirale bifunzionale con due gruppi amminici di formula (II)

m cui

X è un alchile, un arile oppure un frammento polimetilenico -(CH2)n- dove n è un numero intero > 2; e

R è un idrogeno oppure un alchile,

con la forma attivata di un diacido carbossilico aromatico di formula (III)

in cui

Y è un gruppo allilossi, alcossi oppure arilmetossi.

Il reagente chirale bifunzionale con due gruppi amminici di formula (II) e la forma attivata del diacido carbossilico aromatico di formula (III) possono reagire in quantità equimolari.

Il solvente aprotico può essere scelto dal gruppo comprendente tetraidrofurano; diossano; cloroformio; N, N-dimetilformammide e loro combinazioni.

L'ammina terziaria può essere scelta dal gruppo comprendente trietilammina, diisopropiletilammina, N-metilmorfolina, piridina e loro combinazioni.

La forma attivata del diacido bicarbossilico aromatico di formula (III) può essere scelta dal gruppo comprendente dicloruro acido, pnitrofenilestere, pentafluorofenilestere e loro combinazioni.

La reazione fra il reagente chirale bifunzionale con due gruppi amminici di formula (II) e la forma attivata del diacido bicarbossilico aromatico di formula (III) può essere fatta avvenire a temperature comprese nell'intervallo tra -10°C e 100°C, preferibilmente -10°C e 25°C.

E' anche oggetto dell'invenzione l'uso dei macrocicli tetrammidici sopra menzionati come recettori chirali per la separazione e la purificazione di enantiomeri, e in generale di stereoisomeri, di composti organici ed organometallici sia a livello analitico che preparativo. In queste applicazioni il macrociclo tetrammidico può essere in forma legata ad un supporto insolubile oppure in un sistema bifasico liquido/liquido .

Come è noto, i metodi classici di separazione di enantiomeri prevedono la formazione di derivati diastereomerici per interazioni con un agente chìrale e successiva separazione dei diasterìsomeri per cristallizzazione, distillazione, estrazione o cromatografia. Recenti sviluppi tecnologici hanno permesso di affrontare il problema in maniera più soddisfacente, sfruttando la elevata efficienza delle moderne tecniche cromatografiche e l'impiego di fasi stazionarie chirali, nelle quali un enantiomero di una molecola chirale (selettore) è immobilizzato su un supporto insolubile. Con questo approccio è possibile separare, in tempi brevi ed in maniera riproducibile, sia a livello analitico {microgrammi) che preparativo (grammi) gli enantiomeri di svariati composti. La possibilità di effettuare tali separazioni è di notevole importanza economica e pratica, ed ha ricadute immediate in svariati campi di attività (accademica ed industriale) che riguardano la produzione di sostanze bioattive e di interesse farmaceutico.

La capacità di una molecola (selettore) di discriminare i due enantiomeri di una seconda molecola è strettamente legata ad alcuni elementi strutturali che sono comuni ai più efficaci selettori noti in letteratura: struttura macrociclica, rigidità conformazionale, presenza di gruppi funzionali altamente direzionali. Sono noti diversi sistemi molecolari che possiedono questi requisiti e che mostrano elevata enantioselettività per una specifica classe di composti. Macrocicli chirali altamente enantioselettivi verso gli enantiomeri di derivati di amminoacidi del tipo R-CONH-CH (R)-CONHCH3 sono stati preparati a partire da una unità aromatica trifunzionale e tre residui di fenilalanina o tirosina uniti da legami ammidici (Stili, W.C.; J. Am. Chem. Soc. 113, 1991, 5111). L'enantioselettività di tale macrociclo, espressa come differenza nelle energie di associazione con i due enantiomeri (ΔΔG tra 1 e 3 Kcal/mole) si avvicina per entità a quelle tipiche dei recettori biologici. Un analogo recettore preparato a partire da due unità triarilbenzeniche e tre residui tirosinici connessi da legami ammidici mostra elevata enantioselettività (ΔΔG ~ 1 Kcal/mole) per gli enantiomeri di amminoacidi N-protetti (Diederich, F.; J. Chem. Soc. Perkin Trans.2, 1997, 1891).

Sebbene siano noti selettori chirali capaci di discriminare in maniera efficace gli enantiomeri di specifiche classi di sostanze organiche, non esistono nello stato della tecnica, come si è venuto evolvendo, composti di utilità pratica che abbiano allo stesso tempo enantioselettività di tipo recettoriale (ΔΔG > 1 Kcal/mole) e siano in grado di separare gli enantiomeri di composti appartenenti a diverse classi.

Il macrociclo tetrammidico secondo la presente invenzione esibisce invece una struttura molecolare che possiede enantioselettività elevate con ampio campo di applicazione ed è di utilità pratica nella separazione di enantiomeri e di stereoisomeri ed, in generale, nella purificazione di composti organici ed organometallici.

E' pertanto anche oggetto della presente invenzione un procedimento per la preparazione di una fase stazionaria chirale, utile alla separazione di sostanze organiche ed inorganiche con tecnologìe cromatografiche, mediante immobilizzazione del macrociclo tetrammidico secondo l 'invenzione sulla superficie di un supporto solido.

Il supporto solido può essere scelto dal gruppo comprendente silice, silice microporosa, resine polimeriche funzionalizzate quali poliacrilammide, polimetacrilato, polistirene, materiali polimerici come carboidrati, alluminati, silicati e loro combinazioni.

In una forma di realizzazione preferita del procedimento per la preparazione di una fase stazionaria chirale secondo la presente invenzione, il macrociclo tetrammidico, in cui X è fenile, Y è allilossi ed R è idrogeno, viene immobilizzato sulla superficie di silice 3-mercaptopropilsilanizzata mediante addizione radicalica dei gruppi tiolici ai doppi legami dei frammenti allilici. L'iniziatore radicalico può essere scelto dal gruppo comprendente α, α -azobisisobutirronitrile (AIBN), dibenzoilperossido e loro combinazioni .

Questa fase stazionaria chirale, con il macrociclo tetrammidico secondo l'invenzione, in cui X è fenile, Y è allilossi ed R è idrogeno, immobilizzato su silice, risulta particolarmente efficace e potenzialmente utile in processi di sviluppo e produzione di molecole chirali per le seguenti ragioni:

- facilità di preparazione del selettore e della silice derivatizzata,·

- stabilità chimica, stereochimica e termica, che rendono questa molecola adatta all'impiego con solventi organici, acquosi e fluidi supercritici, contenenti modificatori acidi e basici (CH3COOH, CF3COOH, Et3N) ed in condizioni estreme di temperatura (da -80°C a 100°C);

- elevate efficienze cromatografiche, dovute alla passivazione efficace della superficie silicea, che rendono il materiale cromatografico adatto all'analisi enantiomerica di tracce;

- ampio campo di applicazione;

- enantioselettività non convenzionali (a > 100) verso specifiche classi di composti, con differenze nei tempi di eluizione per i due enantiomeri dell'ordine di ore.

La silice contenente il selettore immobilizzato può essere impiegata come impaccamento per la preparazione di colonne cromatografiche adatte alla cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC). Data la facilità di sintesi del selettore chirale, è possibile preparare quantità rilevanti (50-100g) di silice derivatizzata per applicazioni cromatografiche preparative, sia in modalità batch che S.M.B. (Simulated Moving Bed).

In una serie di applicazioni pratiche, la silice modificata è stata impaccata mediante la tecnica slurry in colonne di acciaio {dimensioni 1,8 x 250 e 4,0 x 250 mm) ed impiegata nella risoluzione diretta degli enantiomeri di una vasta gamma di molecole a chiralità centrale, assiale e planare e contraddistinte dalla presenza di svariati gruppi funzionali (alcoli, acidi, ammidi, immidi, solfossidi, fosfinossidi, organometallici).

E' infine oggetto della presente invenzione anche la fase stazionaria chirale che è ottenibile con il procedimento sopra descritto.

Si è data finora della presente invenzione una descrizione di carattere generale. Con l'aiuto dei seguenti esempi verrà ora fornita una descrizione più dettagliata di sue specifiche forme di realizzazione finalizzate a far meglio comprendere scopi, caratteristiche, vantaggi e modalità di applicazione dell'invenzione.

ESEMPIO 1

PREPARAZIONE DEL MACROCICLO TETRAMMIDICO DELL'INVENZIONE IN CUI X È FENILE. Y È ALLILOSSI ED R È IDROGENO

Preparazione del dicloruro del diacido carbossilico aromatico di formula III con Y = allilossi

5 mL di cloruro di acetile vengono aggiunti a 100 mL dì metanolo, sotto agitazione magnetica alla temperatura di 0°C. Terminata l'aggiunta si agita per 10 minuti a 25°C e si aggiungono 5,0 g (27,45 mmoli) di acido 5-idrossiisoftalico. La miscela viene tenuta alla temperatura di riflusso per 4 ore e, dopo raffreddamento a temperatura ambiente, il solvente viene rimosso a pressione ridotta. Si ottengono 5,8 g (27,34 mmoli) del diestere metilico (5-idrossi dimetilisoftalato) riconoscibile dai seguenti spettri IR e NMR:

IR(KBr): 3361, 1728, 1704, 1597, 1269, 1253, 760 cm-1

1H-NMR(CDC13):d 8,25(t, IH, J=l,6 Hz), 7,75 (d, 2H, J=1,6 Hz), 3,95 (s, 6H).

Una sospensione di carbonato di potassio (5,5 g, 40,30 mmoli) e 5-idrossi dimetilisoftalato (5,7 g, 26,87 mmoli) in 80 mL di N, N-dimetilformammide (DMF) viene tenuta sotto agitazione magnetica a temperatura ambiente in atmosfera di Argon. Dopo 30 minuti si aggiungono 3,4 mL (40,30 mmoli) di allil bromuro e si mantiene sotto agitazione per 12 ore. Si addizionano alla miscela di reazione 60 mL di etile acetato e la soluzione viene estratta con 3 porzioni (3*60 mL) di acqua. Il solvente organico viene separato, disidratato con solfato di sodio anidro e rimosso a pressione ridotta. Si ottiene dimetil-5-allilossi-isoftalato riconoscibile dai seguenti spettri IR e NMR:

IR(KBr) : 3025, 3018, 3000, 2951, 1737, 1720, 1597, 1269, 760 cm-1

Hl-NMR(CDC13)d 8,20 (t, IH, J=l,4 Hz), 7,65 (d, 2H, J=1,4 Hz), 6,05 (m, IH), 5,48 (m, IH), 5,32 (m, IH), 4,63 (τη, 2H).

Una sospensione di 0,3 g (1,31 mmoli) di acido 5-allilossiisoftalico, 2 mL di cloruro di tionile e 2 mL di benzene sono tenuti alla temperatura di riflusso per 4 ore. Dopo raffreddamento i componenti volatili sono rimossi per evaporazione a pressione ridotta ed il residuo, cloruro dell'acido 5-allilossiisoftalico viene usato direttamente per la preparazione del macrociclo tetrammidico di interesse.

Preparazione del macrociclo tetrammidico del titolo Ad una soluzione di (R, R)-l,2-dìfenìletilendiammìna (0,28 g, 1,31 mmoli) e diisopropiletilammina (0,36 mL, 2,6 mmoli) in 300 mL di tetraidrofurano (THF), vengono aggiunti, a 0°C e sotto agitazione magnetica, 0,35 g (1,31 mmoli) del cloruro dell'acido 5-allilossiisoftalico disciolti in 15 mL di THF. Dopo un'ora si porta la miscela a temperatura ambiente e si tiene sotto agitazione per 12 ore. Dopo evaporazione del solvente a pressione ridotta, il residuo viene purificato per cromatografia preparativa ad alta efficienza (LiChroprep Si 60, 15-25 μιη, colonna a compressione assiale 200*20 mm I.D., P=12 Bar, eluente diclorometano/metanolo 97,5/2,5). Si ottengono 0,28 g del macrociclo Tetrammidico di interesse in cui X è C6H5, Y è allilossi ed R è H (resa 56%). Il macrociclo tetrammidico di interesse è riconosciuto dai seguenti spettri IR, NMR e MS:

ESEMPIO 2

Immobilizzazione del macrociclo tetrammidico dell'invenzione in cui, X è fenile. 3L è allilossi ed R è idrogeno. su particelle di silice per applicazioni cromatografiche

Una miscela di 5 μιη (2,7 g) di silice Hypersil e 100 mL di toluene viene tenuta alla temperatura di riflusso finché tutta l'acqua adsorbita sulla silice non viene rimossa per distillazione azeotropica. Dopo raffreddamento a temperatura ambiente, si aggiungono 12,2 mi (64,6 mmoli) di 3-mercaptopropiltrimetossisilano e 5,4 mL di 4-metilmorfolina . La miscela viene tenuta alla temperatura di riflusso per 8 ore. Dopo raffreddamento la silice modificata viene isolata per filtrazione e lavata in sequenza con toluene, metanolo, etile acetato ed esano (200 mL ognuno) e seccata a pressione ridotta a 40°C.

Analisi elementare: %C, 4,43; %H, 0,92.

Una miscela di silice 3-mercaptopropilsilanizzata (800 mg), del macrociclo tetrammidico dell'Esempio 1 (114 mg, 0,14 mmoli), α,α-bis-azobisìsobutirronitrile (7 mg, 0,04 mmoli) e diclorometano (5 mL) viene scaldata a 50°C in un recipiente chiuso di acciaio e mantenuta a questa temperatura, sotto agitazione, per 72 ore.

Dopo raffreddamento a temperatura ambiente, la silice modificata viene isolata per filtrazione e lavata in sequenza con diclorometano, metanolo, etile acetato ed esano (200 mL ognuno) e seccata a pressione ridotta a 40°C.

Analisi elementare: %C, 11,08; %H, 1,43; %N, 0,83

IR (KBr): 1653, 1595, 1531 cm-1.

Nel primo stadio del seguente Schema 1 di reazione viene mostrata la preparazione del macrociclo tetrammidico dell'Esempio 1, mentre nel secondo stadio di reazione viene mostrata la formazione della fase stazionaria chirale dell'esempio 2 con questo macrociclo immobilizzato su particelle di silice.

ESEMPIO 3

Formule di alcuni composti chirali i cui enantiomeri sono separabili con la fase stazionaria chirale dell ' Esempio 2*

* Il significato del radicale R è quello indicato in questo Esempio e non deve essere confuso con quello del radicale R delle formule I e II

ESEMPIO 4

Alcuni risultati cromatografici ottenuti a livello analitico con la fase stazionaria chirale dell'Esempio 2 (colonna 4.0 x 250 mm)

I dati cromatografici riportati nelle seguenti Tabelle 1, 2, 3, 4 sono stati ottenuti rispettivamente con gli eluenti a, b,c, d, e, g i cui significati sono i seguenti

Eluente: a, CH2Cl2/MeOH 99,5/0,5; b, esano/2propanolo 90/10 0 , 1% CF3C00H;

C, esano/2 -propanol 95/5; d, esano/2-propanolo 85/15.

g , esano/2-propanolo 90/10; g CH2Cl2/MeOH 90/10.

Il significato di R è quello indicato per ciascuna Tabella e non deve essere confuso con il significato del radicale R nelle formule I e II indicate nella descrizione.

TABELLA 1

TABELLA 2

2. Dati cromatografici

TABELLA 3

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Macrociclo tetrammidico con molecola di formula (I)

in cui X è un alchile, un arile oppure un frammento polimetilenico -(CH2)n- dove n è un numero intero > 2; Y è un gruppo allilossi, alcossi o arilmetossi; R è un idrogeno o un alchile, ed il suo enantiomero.
2. Macrociclo tetrammidico come da rivendicazione 1, in cui X è fenile, Y è allilossi e R è idrogeno.
3. Procedimento per la preparazione del macrociclo tetrammidico come da rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di far reagire - in solvente aprotico, in presenza di un'ammina terziaria - un reagente chirale bifunzionale con due gruppi amminici di formula (II)

m cui X è un alchile, un arile oppure un frammento polimetilenico -{CH2)n- dove n è un numero intero > 2; e R è un idrogeno oppure un alchile, con la forma attivata di un diacido carbossilico aromatico di formula (III)

in cui Y è un gruppo allilossi, alcossi oppure arilmetossi.
4. Procedimento come da rivendicazione 3, in cui il reagente chirale bifunzionale con due gruppi amminici di formula (II) e la forma attivata del diacido carbossilico aromatico di formula (III) vengono fatti reagire in quantità equimolari.
5. Procedimento come da una qualsiasi delle rivendicazioni 3 e 4, in cui il solvente aprotico è scelto dal gruppo comprendente tetraidrofurano; diossano; cloroformio; N,N-dimetilformammide e loro combinazioni .
6. Procedimento come una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 5, in cui l'ammina terziaria è scelta dal gruppo comprendente trietilammina, diisopropiletilammina, N-metilmorfolina, piridina e loro combinazioni.
7. Procedimento come da una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui la forma attiva del diacido bicarbossilico aromatico di formula (III) è scelta dal gruppo comprendente dicloruro acido, pnitrofenil estere, pentafluorofenil estere e loro combinazioni .
8. Procedimento come da una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 7, in cui la reazione fra il reagente chirale bifunzionale con due gruppi amminici di formula (II) e la forma attivata del diacido bicarbossilico aromatico di formula (III) viene fatta avvenire a temperature comprese nell'intervallo fra -10°C e 100°C.
9. Procedimento come da rivendicazione 8, in cui la reazione fra composto di formula (II) e composto di formula (III) avviene a temperature comprese nell'intervallo fra -10°C e 25°C.
10. Uso dei macrocicli tetrammidici, come da rivendicazione 1 o 2, come recettori chirali per la separazione e la purificazione di enantiomeri, e in generale di stereoisomeri, di composti organici ed organometallici, sia a livello analitico che preparativo.
11. Uso come da rivendicazione 10, in cui il macrociclo tetrammidico è in forma legata ad un supporto insolubile.
12. Uso come da rivendicazione 10, in cui il macrociclo tetrammidico è in un sistema bifasico liquido/liquido .
13. Procedimento per la preparazione di una fase stazionaria chirale, utile alla separazione di sostanze organiche ed inorganiche con tecnologie cromatografiche, mediante immobilizzazione di un macrociclo tetrammidico come da rivendicazione 1 o 2 sulla superficie di un supporto solido.
14. Procedimento per la preparazione di una fase stazionaria chirale come da rivendicazione 13, in cui il supporto solido è scelto dal gruppo comprendente silice, silice microporosa, resine polimeriche funzionalizzate quali poliacrilammide, polimetacrilato, polistirene, materiali polimerici come carboidrati, alluminati, silicati e loro combinazioni .
15. Procedimento per la preparazione di una fase stazionaria chirale come da rivendicazione 13 o 14, in cui il macrociclo tetrammidico di rivendicazione 2 viene immobilizzato sulla superficie di silice 3 -mercaptopropilsilanizzata mediante addizione radicalica dei gruppi tiolici ai doppi legami dei frammenti allilici.
16. Procedimento per la preparazione di una fase stazionaria chirale come da rivendicazione 15, in cui l'iniziatore radicalico è scelto dal gruppo comprendente α, α1-azobis-isobutirronitrile (AIBN), dibenzoilperossido e loro combinazioni.
17. Fase stazionaria chirale, caratterizzata dal fatto di essere ottenibile con il procedimento delle rivendicazioni da 13 a 16.
18. Nuovi macrocicli tetrammidici, procedimento per la loro preparazione, loro uso come recettori in fasi stazionarie chirali e fasi stazionarie chirali così ottenibili, come precedentemente descritto, esemplificato e rivendicato.