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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 :
EMI2.1
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
EMI2.2
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.
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The present invention relates to a process for the preparation of novel derivatives of glutamic acid, and more particularly to processes for the preparation of derivatives of glutamic acid from which optically active natural glutamine is produced.
The present invention provides a process for the preparation of N-carboallyloxy-L-glutamic acid which comprises reacting L-glutamic acid with a chloroformate of an allylic compound, and if desired, converting L-glutamic acid. of the resulting acid into its corresponding anhydride.
The present invention further provides a process for producing L-glutamine, which comprises treating an N-carboallyloxy-L-glutamic anhydride with liquid ammonia to produce the corresponding N-carboallyloxy-L-glutamine, and the treatment of N-carboallyloxy-L-glutamine to remove the carboallyloxy group and thereby produce L-glutamine.
The present invention also provides a compound of the group consisting of N-carboallyloxy-L-glutamic acid and N-carboallyl-oxy-1-glutamic anhydride.
The known processes for the preparation of L-glutamine have been characterized by difficulties resulting from the complicated series of phases involved, dangers due to the reactants used, economically impractical handling, poor yields, etc. For example, using the carbobenzyloxy method of Bergmann, Zervas and Salzmann, Berichte 66B, 1288-90 (1933), and the method of Kidd and King, Nature 166,776 (1948), low yields of. around 5 to 15%.
Other processes used in the past have been characterized by poorer yields. The Bergmann process in particular has the further disadvantage of the danger due to benzyl chloroformate. On standing and / or drying, this compound spontaneously decomposes in an explosive manner, and in the past it has been the cause of numerous accidents to workers. It has been necessary to obtain a commercially feasible process to synthesize glutamine.
An object of the present invention is to provide an improved process for the synthesis of optically active natural glutamine.
Another object of the present invention is to provide a process for carrying out the synthesis of optically active natural glutamine in relatively high yields, without resorting to resolution of a racemic mixture.
Another object of the present invention is to provide an improved synthesis of optically active natural glutamine, in which relatively high yields are obtained using reactants and intermediates which are not hazardous.
Another object of the present invention is to prepare new compounds from which optically active natural glutamine is produced.
Another object of the present invention is to provide a commercially acceptable process for the synthesis of optically active natural glutamine.
These and other objects of the present invention will emerge from the description given below.
According to the present invention, naturally occurring optically active glutamine, i.e., L-glutamine, is produced by amidating an N-carboallyloxy-L-glutamic anhydride to produce N-carboallyloxy-L.
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corresponding glutamine, and then removing the carboallyloxy group from the last compound to produce L-glutamine.
In carrying out the process of the present invention, using L-glutamic acid as a starting material, L-glutamic acid is reacted with a chloroformate of an allyl compound, such as allyl, phenallyl or methallyl chloroformate, or other alkallyl chloroformates.
Reaction of an ally chloroformate compound with L-glutamic acid produces the corresponding N-carboallyloxy-L-glutamic acid which is believed to have the structural formula:
EMI2.1
wherein R is selected from the group consisting of hydrogen, alkyl and phenyl, depending on the particular allyl chloroformate employed. When R is an alkyl group it is preferably a lower alkyl group, i.e., an alkyl group having less than about 8 carbon atoms with a straight chain or branched chain configuration.
The N-carboallyloxyl-L-glutamic acid compound is then subjected to a cyclization reaction, for example, by treatment with acetic anhydride, to produce the corresponding N-carboallyloxy-L-glutamic anhydride as 'we believe we have the structural formula
EMI2.2
wherein R is hydrogen, alkyl or phenyl, as described above.
The particular carboallyloxy- group of N-carboallyloxy-L-glutamic anhydride will obviously correspond to the carboallyloxy group of the particular N-carboallyloxy-L-glutamic acid compound used in its preparation, N-carboallyloxy-L-glutamic anhydride and N-carbomethallyloxy-L-glutamic anhydride are preferred types of the class, since they are of particular interest in the preparation of L-glutamine according to the present invention.
In the production of L-glutamine according to the process of the present invention, an N-carboallyloxy-L-glutamic anhydride is amidated by treatment with liquid ammonia to produce the corresponding N-arboallyloxy-L-glutamine. N-carboallyloxy-L-glutamine can then be converted to L-glutamine by treatment to remove the carboallyloxy group. By the term "glutamine" as used herein, either alone or in combination with one or more prefixes, is meant L-glutamine.
In one form of application of the present intent, L-glutamic acid is reacted with allyl chloroformate in the presence of a magnesium oxide catalyst. When the reaction is substantially complete, the reaction mixture is extracted with chloroform to remove unreacted allyl chloroformate. The aqueous residue is acidified with hydrochloric acid and extracted with a solvent, such as normal butanol. The resulting solution with normal butanol contains
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N-carboallyloxy-L-glutamic acid. Treatment of N-carboallyloxy-L-glutamic acid with a liquid acid anhydride, such as acetic anhydride, produces the N-carboallyloxy-L-glutamic anhydride of the present intention.
In practicing the present invention, any suitable allyl chloroformate may be used and the term "allyl chloroformate" as used herein refers to unsubstituted allyl chloroformate, chloroformates. alkallyl, or phenyl chloroformate. In the case of alkyl substituted allyl chloroformates, it is preferable that the alkyl substituent is a lower alkyl group, i.e., an alkyl group containing less than about 8 carbon atoms. Unsubstituted allyl chloroformate is preferred in the practice of the present invention because of the higher yields obtained with this compound.
The terms "an N-carboallyloxy-L-glutamic acid", "an N-carboallyloxy-L-glutamic anhydride", and "an N-carboallyloxy-L-glutamine" refer to N-carboallyloxy derivatives of acid. L-glutamic, L-glutamic anhydride, and L-glutamine, wherein the allyloxy group may be an unsubstituted allyloxy group or an allyloxy group substituted by phenyl or alkyl, wherein the alkyl group is a group of d 'lower alkyl, as mentioned above.
The terms "N-carboallyloxy-L-glutamic acid", "N-carboallyloxy-L-glutamic anhydride", and "N-carboallyloxy-L-glutamine" refer to N-carboallyloxy derivatives, in which the allyloxy group is not substituted. '
In a preferred embodiment of the present invention, N-carboallyloxy-L-glutamic anhydride produced by cyclization of N-oarboallyloxy-L-glutamic acid is treated with liquid ammonia to produce N -carboallyloxide-L-glutamine corresponding. This latter derivative of L-glutamine is then treated with hydrobromic acid or hydrochloric acid under anhydrous conditions.
The product is L-glutamine in the form of a salt by addition of hydrohalic acid.
L-glutamine can be recovered from the mixture produced by the reaction by any suitable means. A suitable process comprises evaporating the product mixture to dryness, dissolving the residue in methanol, adjusting the pH of the methanol solution to about the isoelectric point of L-glutamine, c 'that is to say a pH of about 5.5 by adding aqueous ammonia, adding acetone in an amount equal to that of methanol, and allowing the mixture to stand at 0 -10 C to allow crystallization of L-glutamine. L-glutamine crystals can be recovered by filtration.
L-glutamic acid readily reacts with the chloroformate of an allyl compound, such as allyl chloroformate, methallyl chloroformate, phenallyl chloroformate, and lower alkyl substituted allyl chloroformates. (methyl, ethyl, propyl). The reaction is exothermic, the reactants generally being mixed at a temperature of between about 0 C and about 50 C, preferably between about 15 C and about 35 C. The temperature of the resulting mixture is allowed to rise. raise to about atmospheric temperature and, in a preferred mode of application, the mixture is stirred at about atmospheric temperature for a period of from about one half hour to about two hours.
The resulting reaction products are extracted with a solvent to separate unreacted allyl chloroformate. An organic solvent, such as chloroform, carbon tetrachloride, chloride
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methylene or ethylene dichloride, is used. The aqueous residue is then acidified, for example, with hydrochloric acid to a pH of between about 1.5 and about 2.5. N-carboallyloxy-L-glutamic acid is extracted from the acidified solution with a solvent, such as n-butyl alcohol. In a preferred application form, the product is extracted with normal butanol, and the normal butanol extract is evaporated to dryness.
The N-carboallyloxy-L-glutamic acid is then cyclized by treatment with a liquid organic acid anhydride, such as acetic anhydride, to produce N-carboallyloxy-L-glutamic anhydride. This reaction is preferably carried out by dissolving N-carboallyloxy-L-glutamic acid in acetic anhydride and then rapidly heating the solution to a temperature of about 100 ° C. preferably about 95 ° C, and maintaining this temperature for about 5 minutes. Any temperature ranging from about 20 C to about 100 C. can be used.
The reaction product mixture is then allowed to cool slowly and the solvent consisting of a mixture of acetic acid and acetic anhydride is removed by distillation at reduced pressure and at a temperature below about 65C.
N-carboallyloxy-L-glutamic anhydride is then amidated with ammonia to produce the corresponding N-carboallyloxy-L-glutamine. The amidation reaction is carried out using liquid ammonia. A pressure vessel can be used, if desired. By continuing the reaction ammonia is removed from the N-carboallyloxy-L-glutamine, for example by evaporation.
The N-carboallyloxy-L-glutamine is then processed to remove the oarboallyloxy group to produce L-glutamine. In one application form, liquid ammonia and sodium are added to N-carballyloxy-L-glutamine, which has been evaporated to dryness, to reduce this compound to L-glutamine. The reduction is practically complete when the solution takes on a permanent blue color. The ammonia is evaporated from the solution, and the residue is dissolved in water. The L-glutamine solution is then acidified to a pH of between about 4.5 and about 6, preferably about 5.5, with an acid. An acid is used which forms a sodium or ammonium salt which is soluble in alcohol, such as, for example, hydroiodic acid, formic acid, etc.
An alcohol, such as methanol, ethanol - or a combination of methanol and acetone or ispropanol is then added. L-glutamine is insoluble in alcoholic solution and is separated from solution. In another form of application, L-carboallyloxy-L-glutamine can be treated to remove the oarboallyloxy group by treatment with hydrogen and a noble metal catalyst, such as platinum, palladium, rhodium. , etc., or other hydrogenation catalysts, such as nickel, etc.
The hydrogen treatment is preferably carried out at room temperature and at pressures above atmospheric pressure.
The following examples give cases of application of the present invention. All parts are by weight unless otherwise noted.
EXAMPLE 1.
L-glutamic acid in an amount of about 73.5 parts is charged to a reaction vessel along with about 58 parts of hydrated magnesia and about 300 parts of water. While stirring the mixture vigorously, about 150 parts of allyl chloroformate are added at room temperature. Stirring is continued for a further
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about 1 hour and a half at about 28 C, and the mixture is then filtered to remove excess hydrated magnesia. The filtrate is washed with two portions of 150 parts of chloroform to remove unreacted allyl chloroformate. The extracted filtrate is acidified to a pH of approximately
1.5, using a 1: 1 mixture of water and concentrated hydrochloric acid.
The acidified mixture is again extracted with three portions of
162 parts of normal butanol, and the combined butanol extracts are washed with 200 parts of water and then distilled to about 25 mm. Hg in a water bath to about 60 Ce. The residue is N-carboallyloxy-1-glutamic acid.
N-carboallyloxy-L-glutamic acid is a viscous syrupy oil having a neutralization equivalent of -118 ((theoretically 116), and a nitrogen content of 5.91% (theoretically 6.06%). The refractive index is n25 = 1.4899 and the specific rotation is -128 = -17.4 (C = D 4.08; water).
N-carboallyloxy-L-glutamic acid, prepared as above, is dissolved, in an amount of about 98.6 parts, in about 300 ml. acetic anhydride, and the solution is heated in a boiling water bath for about 5 minutes at about 95 ° C., and then it is left to stand in a closed container at room temperature for about 1 hour. The solvent is removed by distillation at about 28 mm Hg at a temperature of about 60 C. The product which is N-carboalyloxy-L-glutamic anhydride is dissolved in about 184 parts of liquid ammonia. over a period of about 1 hour, with agitation. After the dissolution is complete, excess ammonia is removed by distillation under reduced pressure at room temperature, and condensed for reuse.
The residue remaining after removing excess ammonia is the ammonium salt of N-carboallyloxy-L-glutamic acid gamma-amide. Acidification of the ammonium salt with formic acid produces the N-carboallyloxy-L-glutamic acid gamma-amide.
The ammonium salt of N-carhoallyloxy-L-glutamine (N-carboallyloxy-L-glutamine) gamma-amide in an amount of about 49.4 parts is dissolved in about 360 parts of liquid ammonia. , and about 13.8 parts of metallic sodium is added to this solution in the form of small fragments. A blue color forms at the end of the reaction: The excess ammonia is expelled under reduced pressure at room temperature and the ammonia vapors are condensed for reuse. The residual white solid is treated with about 55 parts of methanol to destroy any unreacted sodium metal.
The suspended solids are dissolved with cooling to below 10 ° C in about 160 parts of water, and the pH is quickly adjusted to about 5.5 with about 55 parts of 90% formic acid and then adding about 569 parts of methanol. A volume of acetone equivalent to that of methanol is then added to the mixture. The temperature of the solution is reduced to about -10 ° C, and this solution is allowed to stand.
Over a period of 24 to 48 hours, a solid crystallizes from the mixture, this solid being identified as L-glutamine. The crude L-glutamine which is about 85% purity is dissolved as quickly as possible in about 9 times its weight of water which has been preheated to about 60 -65 C. The solution is filtered. while hot immediately when dissolution is complete, and about 158 parts of acetone are added to the filtrate. The solution is immediately cooled to 0 C and filtered after standing for about 1 hour and half to 2 hours. The filter cake is washed with about 8 parts of methanol
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and dried at about 58 ° C. The glutamine obtained has a purity of about 98%.
EXAMPLE II.
The ammonium salt of N-carboallyloxy-L-glutamine, prepared as in Example I, is dissolved in an amount of about 24.7 parts, but about 105 parts of glacial acetic acid by heating the juice mixture. - at a temperature of about 48 C with stirring. To the heated solution is added about 105 parts of a 36% solution of hydrobromic acid in glacial acetic acid. The mixture is allowed to stand at room temperature for about 2 hours with occasional stirring. The reaction mixture is then evaporated to dryness under reduced pressure (about 25 mm Hg) using a temperature of about 58 C.
The residue which is a sticky straw-colored mass is dissolved in about 198 parts of absolute methanol, and the pH of the solution is adjusted to about 5.5 with 14% aqueous ammonia solution. A volume of acetone equivalent to that of methanol is then added. After storing the mixture at about 5 ° C. for about 2 hours, the crystallized product is filtered off and washed with methanol. The yield of L-glutamine is about 9.3 parts and has a purity of about 84%. The crude glutamine is dissolved in about 84 parts of water at a temperature of about 63 ° C and is filtered rapidly as soon as the dissolution is complete.
To the filtrate, about 168 parts of hot acetone (50 ° C) are added. This mixture is cooled as fast as possible to 0 ° C. and after about 1.5 hours at this temperature it is filtered to give crystalline L-glutamine. The recrystallized L-glutamine has a purity of about 91% and the yield amounts to a recovery of 91%. By recrystallizing L-glutamine a second time, using the same procedure, the purity rose to 96% with a yield of 95%.
CLAIMS.
1. A process for the preparation of N-carboallyloxy-L-glutamic acid, which comprises reacting L-glutamic acid with a chloroformate of an allyl compound, and if desired, the reaction thereof. conversion of the resulting acid to its corresponding anhydride.