DE3400746A1

DE3400746A1 - Verfahren zur synthese von aspartam

Info

Publication number: DE3400746A1
Application number: DE19843400746
Authority: DE
Inventors: Roberto De Castiglione; Romualdo Forino; Mauro Mailand/Milano Galantino; Giuseppe Desio Mailand/Milano Perseo; Giuseppe Gallarate Varese Ribaldone
Original assignee: Farmitalia Carlo Erba SRL
Current assignee: Pfizer Italia SRL
Priority date: 1983-01-13
Filing date: 1984-01-11
Publication date: 1984-07-19
Also published as: JPS59130846A; BE898650A; GB8300810D0

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein neues Syntheseverfahren für Aspartam, d. h. ci-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester Aspartam besitzt Süßungseigenschaften wie Rohr- und Rübenzucker, und es wird als Süßstoff für Speisen und Getränke verwendet (vgl. BE-PS 717 373).
Aspartam ist ein Dipeptid und wird als solches aus einer aktivierten Carboxylgruppe einer Aminosäure und der Aminogruppe einer anderen Aminosäure unter Amidbildung gebildet. Die Aktivierung ist erforderlich, um die Geschwindigkeit und die Ausbeute bei der Kondensation zu erhöhen. Wenn das gewünschte Peptid in reiner Form hergestellt werden soll, müssen alle anderen funktionellen Gruppen, die an der Peptidbindung nicht teilnehmen, geschützt werden. Schließlich werden die Schutzgruppen entfernt.
Aspartam kann durch Umsetzung eines N-geschützten L-Asparaginsäureanhydrids mit L-Phenylalaninmethylester hergestellt werden. Hierbei erhält man ein Gemisch aus L-a-Aspartyl-und L-ß-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester. Dies erfordert eine Trennung der Isomeren. Die verwendeten N-Schutzgruppen sind entweder die üblichen N-Schutzgruppen, die in der Peptidchemie eingesetzt werden, wie Benzyloxycarbonyl (Z) (FR-PS 2 040 473) und t-Butyloxycarbonyl (GB-PS 1 339 101), oder, damit die letzte Entfernung der N-Schutzgruppe vermieden wird, erfolgt eine einfache Protonierung (US-PS 3 901 871). In der DE-OS 20 64 482 wird die Trennung der a-und -Isomeren beschrieben (das ß-Isomere besitzt keine Sü-Bungseigenschaften). Dies führt zu einer Verringerung in der Ausbeute und einer Erhöhung der Kosten. In der DE-OS 26 08 174 und der EP-PS 27 319 wird die Verwendung von Palladium auf Aktivkohle als Katalysator für die Entfernung der Schutzgruppen durch katalytische Hydrierung beschrieben.
Während dieser Entfernung wird Kohlendioxid gebildet und muß entfernt werden, damit die Reaktion nicht zum Stillstand kommt. Dies erfolgt im allgemeinen unter einem Wasserstoffstrom mit dem konsequenten Verlust großer und gefährlicher Mengen an diesem explosiven Gas.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synthese von Aspartam, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein vollständig geschütztes L-Asparaginsäurederivat mit L-Phenylalaninmethylester in Anwesenheit eines Kondensationsmittels kondensiert, welches man durch Umsetzung zwischen einer Stickstoff enthaltenden heterocyclischen Verbindung und einem organischen oder anorganischen Säurechlorid erhalten hat, die Schutz gruppen durch Hydrierung mit einem Wasserstoffdonor ausgenommen molekularer Wasserstoff in Anwesenheit einer Säure entfernt.
Die Verwendung eines vollkommen geschützten L-Asparaginsäurederivats vermeidet die Bildung von ß-Isomeren. Die oben erwähnten Kondensationsmittel sind auf leichte Weise erhältlich, billig und bei milden Bedingungen wirksam. Die Entfernung der Schutzgruppen mit einem Wasserstoffdonor, ausgenommen molekularer Wasserstoff, kann in einer einfachen Vorrichtung erfolgen, ohne daß gefährliche gasförmige Reaktionsteilnehmer verwendet werden müssen. Die Anwesenheit einer Säure bei der letzten Stufe bei der Abspaltung der Schutzgruppen verhindert die Bildung des unerwünschten Nebenprodukts Diketopiperazin.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch das folgende Reaktionsschema dargestellt werden:

Y

X-Asp-OH + HC1 . H-Phe-OCH3

1.A

Y

X-Asp-Phe-OCH3

SP 3

tB + Ratalysator

H-Asp-Phc-OCH3

worin X ein endständiges Stickstoffatom der Schutzgruppe der aromatischen Urethan- oder Aralkylart bedeutet; Y eine Carboxylschutzgruppe bedeutet; A das Kondensationsmittel bedeutet; und B einen Wasserstoffdonor, ausgenommen molekularer Wasserstoff, bedeutet.
Bevorzugte endständige Stickstoffschutzgruppen X sind (des aromatischen Urethantyps): Benzyloxycarbonyl, 2,4-Dichlorbenzyloxycarbonyl, 2-Brombenzyloxycarbonyl, 4-Nitrobenzyloxycarbonyl und 4-Methoxybenzyloxycarbonyl; (des Aralkyltyps) Benzyl, Benzhydryl und Trityl. Bevorzugte Carboxylschutzgruppen Y sind Benzylester, 4-Methoxybenzyleser und 4-Nitrobenzylester. Bevorzugte Kondensationsmittel A besitzen die allgemeine Formel R-W-R, worin R Imidazol, 2-Methylimidazol, Benzimidazol, Pyrazol, 3,5-Dimethylpyrazol, Triazol oder Benzotriazol und W CO, CS, SO, so2 oder 2-OR1 bedeuten, worin R1 für Phenyl, 4-Chlorphenyl oder Benzyl steht. Der WasserstoffdonorB ist bevorzugt Ammoniumformiat, Cyclohexen oder Cyclohexadien.
Die Kondensation des L-Asparaginsäurederivats mit dem L-Phenylalaninmethylesterhydrochlorid kann unter Verwendung äquimolarer Mengen an Reagenzien in Anwesenheit eines Uberschusses (bis zu 50%) des Kondensationsmittels in einem Lösungsmittel, beispielsweise Dichlormethan, Chloroform, Tetrahydrofuran, Toluol, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid odbr N-Methylpyrrolidon, erfolgen. Dichlormethan, Chloroform oder Tetrahydrofuran ist bevorzugt. Die Reaktionstemperatur kann von -300C bis Umgebungstemperatur betragen. Die Reaktionszeit ist im allgemeinen geringer als fünf Stunden. Die Kondensationsmittel können nach H.A. Staab (Angew.Chem., 1962, 74, 407) hergestellt werden.
Die Gewinnung des geschützten Dipeptids kann durch Entfernung des Reaktionslösungsmittels und anschließende Auflösung des Rückstands in einem Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid oder N-Methylpyrrolidon, Verdünnung mit einem niedrigen Alkyl (bevorzugt Methyl oder Ethyl-) Alkohol und Ausfällung durch Zugabe von Wasser erfolgen. Die Umkristallisation kann aus einem Gemisch aus Dimethylformamid und einem niedrigen Alkyl- (bevorzugt Methyl-oder Ethyl-) Alkohol erfolgen. Die Schutzgruppen werden quantitativ aus dem geschützten Dipeptid durch katalytische Ubertragungs- bzw. Transferhydrierung unter Verwendung einer geeigneten Menge an Katalysator entfernt. Der Katalysator kann irgendeines der Edelmetalle sein, die für diesen Zweck geeignet sind (bevorzugt wird Palladium oder Platin), allein oder als Komplex oder zusammen mit einem Träger verwendet.
Ammoniumformiat ist ein bevorzugter Wasserstoffdonor. Die Hydrierung kann in einem Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid oder N-Methylpyrrolidon, welches eine organische Säure (bevorzugt Ameisensäure oder Essigsäure) oder eine anorganische Säure (bevorzugt Chlorwasserstoffsäure) und einen niedrigen Alkyl- (bevorzugt Methyl- oder Ethyl-) Alkohol enthält, erfolgen. Die Reaktionstemperatur kann von OOC bis 650C betragen.
Für die letzte Gewinnung von Aspartam kann man irgendein an sich bekanntes Verfahren anwenden.
Die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Symbole und Abkürzungen sind wie folgt: AcOH = Eisessig; Bzl = Benzyl; Zers. = Zersetzung; DMF = Dimethylformamid; Me = Methyl; Fp. = Schmelzpunkt; DSC = Dünnschichtchromatographie. Die Rf-Werte werden auf vorbeschichteten Platten aus Silicagel 60 F254 (Merck - Warenzeichen), Schichtdicke 0,25 mm, Länge der Platte 20 cm, unter Verwendung der folgenden Entwicklungssysteme bestimmt (alle Teile sind als Volitenteile angegeben): System A: Benzol:Benzin (60-80) : Ethylacetat (25:5:70) System B: Benzol : Ethylacetat : Essigsäure : Wasser (10:10:2:1) (obere Phase) System C: n-Butanol : Essigsäure : Wasser (4:1:1) System D: Chloroform : Methanol : 32%ig. Ammoniumhydroxid (65:45:20) Die DCS-Analysen -erfolgen nicht bei Standardbedingungen, so daß sich die Rf-Werte ändern können, insbesondere bei anderen Temperaturen. Die Schmelzpunkte werden in offenen Kapillaren bestimmt und sind nicht korrigiert. Die Papierelektrophorese bei hoher Spannung erfolgt mittels einer Pherograph-Original-Frankfurt-Vorrichtung vom Typ 64 auf Schleicher-und Schüll-Papier Nr. 2317 bei pH 1,2 (Ameisensäure:Essigsäure:Wasser 123*100:777, ausgedrückt durch das Volumen) bei 1600 V (40 Acm). Elektrophoretische Mobilität (E1.2> wird relativ zu der von Glutaminsäure angegeben.
Beispiel 1 Stufe 1: Herstellung von Z-Asp (OBzl)-Phe-OMe (V) durch Kondensation Zu einer Lösung aus 0,2 g Thionyldiimidazol in 300 ml Dichlormethan gibt man 35,7 g Z-Asp(OBzl)-OH, 21,6 g HCl H- PheOMe und 11,2 ml N-Methylmorpholin nacheinander bei 0°C.
Nach dem Rühren bei dieser Temperatur während einer Stunde und drei Stunden bei Raumtemperatur wird das Lösungsmittel durch Verdampfen im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird in 400 ml Dimethylformamid gelöst, auf ein geringes Volumen eingeengt und mit Ethylalkohol verdünnt. Das Produkt wird durch tropfenweise Zugabe von Wasser ausgefällt, und der Niederschlag wird abfiltriert. Die rohe Verbindung wird aus einem Gemisch aus Dimethylformamid und Ethylalkohol umkristallisiert, und man erhält 46,1 g (I) (89%ige Ausbeute).
Fp. 115-1160C; [a]D22 = -13,1 (c = 1, DMF); RfA 0,86, RfB 0,89.
Stufe 2: Herstellung von H-Asp-PheOMe (I) durch Hydrierung 41,5 g Z-Asp(OBzl)-PheOMe (V) werden in 300 ml Dimethylformamid gelöst und mit 150 ml Essigsäure und 150 ml Methylalkohol verdünnt. 8 g 1Ogew.-%iges Palladium auf Aktivkohle und 24 g Ammoniumformiat werden unter Rühren zugegeben.
Nach Beendigung der Reaktion wird der Katalysator abfiltriert und das Lösungsmittel zur Trockene eingedampft. Der Rückstand wird in Wasser aufgenommen, der pH-Wert mit einer automatischen Titrationsvorrichtung bei 6 gehalten, und die Zugabe von Triethylamin bewirkt die Ausfällung des Produkts.
Das Gemisch wird über Nacht in einem Kühlschrank stehengelassen.
Nach dem Filtrieren wird das Produkt in Ethylalkohol suspendiert, und es wird drei Stunden bei Raumtemperatur gerührt.
Man erhält 20 g reine Verbindung (II) in 85%iger Ausbeute.
FP. 233-235°C (Zers.); [α]D22 = +33,2 (c = 1, AcOH); E12 = 0,85; RfC = 0,36; RfD = 0,66.c

Claims

Verfahren zur Synthese von Aspartam P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Verfahren zur Herstellung des W-L-a-Aspartyl-L-phenylalaninmethylesters (Aspartam) der Formel I: H-Asp-Phe OMe (I) dadurch g e k e n n z e i c h n e ti, daß ein in einem organischen Lösungsmittel gelöstes, vollständig geschütztes L-Asparaginsäurederivat der Formel II: worin X und Y jeweils geeignete N-Schutz- und Carboxylschutzgruppen bedeuten, bei einer Temperatur von -30 bis 250C und während einer Zeit von 2 bis 5 Stunden mit Phenylalaninmethylesterhydrochlorid der Formel III: Hle-H-Phe-OCH3 (III) in Anwesenheit von N-Methylmorpholin und einem Kondensationsmittel der Formel IV: R-W-R (IV) worin R eine Imidazol-, 2-Methylimidazol-, Benzimidazol-, Pyrazol-, 3,5-Dimethylpyrazol-, Triazol- oder eine Benzotriazolgruppe bedeutet und W für CO, CS, SO, SO, oder eine P-OR1-Gruppe steht, worin R1 für eine Phenyl-, 4-Chlorphenyl- oder eine Benzylgruppe steht, unter Bildung des geschützten Zwischenprodukts der Formel V: worin X und Y die oben gegebenen Definitionen besitzen, umsetzt, dieses gelöst in einem organischen Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid oder N-Methylpyrrolidon, und in Anwesenheit einer organischen oder anorganischen Säure und einem Niedrigalkylalkohol bei einer Temperatur von 0 bis 650C einer katalytischen Ubertragungshydrierung unter Verwendung eines Wasserstoffdonors und eines Edelmetalls als Katalysator zur Entfernung aller Schutzgruppen und unter Bildung des gewünschten Produkts der Formel I unterwirft und das Produkt der Formel I nach an sich bekannten Verfahren isoliert und reinigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die N-Schutz-X-Gruppen in dem Zwischenprodukt der Formel II ausgewählt werden aus Benzyloxycarbonyl-, 2,4-Dichlorbenzyloxycarbonyl-, 2-Brombenzyloxycarbonyl-, 4-Nitrobenzyloxycarbonyl-, 4-Methoxy-benzyloxycarbonyl-, Benzyl-, Benzhydryl- oder Tritylgruppen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Carboxylschutz-Y-Gruppen in dem Zwischenprodukt der Formel II aus der Gruppe Benzyl-, 4-Methoxybenzyl- oder 4-Nitrobenzylgruppen ausgewählt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die organische Säure zur Entfernung der Schutzgruppen aus der Verbindung der Formel V bevorzugt Ameisensäure oder Essigsäure ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß man als anorganische Säure, die alternativ zur Entfernung der Schutzgruppen aus der Verbindung der Formel V verwendet wird, bevorzugt Chlorwasserstoffsäure verwendet.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß man als Niedrigalkylalkohol, der zur Entfernung der Schutzgruppen aus der Verbindung der Formel V verwendet wird, bevorzugt Methyl- oder Ethylalkohol verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß man als Wasserstoffdonor zur Entfernung der Schutzgruppen aus der Verbindung der Formel V Ammoniumformiat, Cyclohexen oder Cyclohexadien verwendet.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß man als Edelmetall, welches als Katalysator für die Entfernung der Schutzgruppen aus der Verbindung der Formel V verwendet wird, bevorzugt Palladium oder Platin allein oder in Form eines Komplexes oder zusammen mit einem Träger verwendet.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß man als organisches Lösungsmittel während des Kondensationsverfahrens für die Herstellung des geschützten Derivats der Formel V Dichlormethan, Chloroform, Tetrahydrofuran, Toluol, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid oder N-Methylpyrrolidon verwendet.