DE1052991B - Verfahren zur optischen Spaltung von DL-Serin - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Spaltung von DL-Serin (Formel I).

CH₂-OH CH₂-OH

CH-NH₂ CH-NH-CO

CO₂H

CO₂H
II

NO₉

NO,

Serin ist eine a-Amino-ß-oxysäure, die in ihrer linksdrehenden Form (L-Serin) im tierischen Metabolismus eine Rolle spielt. Darüber hinaus nimmt es unter seinen D- und L-Formen am Aufbau verschiedener Polypeptide teil: Die D-Form tritt beispielsweise bei gewissen PoIymyxinen, die L-Form beim Viomycin, Hypertensin, Azaserin und zahlreichen Polypeptiden verschiedensten Ursprungs auf.

Da die Methoden zur Synthese des Serins zum Racemat führen, ist es notwendig, über ein Verfahren zur optischen Spaltung zu verfügen, das leicht und ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden kann und schnell zu dem optisch reinen D- und L-Serin führt, die z. B. bei der Synthese der Polypeptide, die diese Aminosäuren enthalten, verwendet werden können.

Es wurde schon vorgeschlagen, das L(+)-threol-p-Nitrophenyl-2-aminopropandiol-(l,3) zur optischen Spaltung von N-Acyl-DL-tryptophanen zu verwenden. Desgleichen wurde vorgeschlagen, die d(—)- und l( +)-threo-l-p-Nitrophenyl-2-aminopropandiole-(l,3) zur optischen Spaltung von DL-Prolin und DL-Oxyprolin zu verwenden, wobei die Umsetzung in einem Lösungsmittel stattfindet, in dem eines der beiden Enantiomorphen mit dem Spaltungsreagens ein wenig lösliches Salz gibt.

Es wurde nun gefunden, daß das DL-Serin in Form seines N-3,5-Dinitrobenzoylderivats (II) unter Verwendung dieser Reagenzien ebenfalls gespalten werden kann.

Gemäß dem Verfahren der Erfindung beobachtete man bei Zugabe einer im wesentlichen hemimolekularen Menge von L(-f)-threo-l-p-Nitrophenyl-2-aminopropandiol-(l,3) zu einer Lösung von N-3,5-Dinitrobenzoyl-DL~ serin in einem organischen Lösungsmittel, wie einem niedrigeren Alkohol, z. B. Methanol, die bevorzugte Bildung des Salzes aus N-3,5-Dinitrobenzoyl-L-serin mit L (+) - threo -1 - ρ - Nitrophenyl -2 - aminopropandiol - (1,3). Dieses wenig lösliche Salz fällt in kristallinem Zustand aus. Man kann die Ausbeute bei der Abtrennung noch verbessern, indem man zu der Reaktionsmischung eine variable Menge eines mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittels, wie Äthylacetat oder Äther, zusetzt. Umgekehrt bildet das N-3,5-Dinitrobenzoyl-D-serin vorzugsweise und in gleicher Weise ein wenig lösliches Salz Verfahren zur optischen Spaltung
von DL-Serin

Anmelder:
UCLAF, Paris

^rtreter: Dr. F. Zumstein, Patentanwalt,
München 2, Bräuhausstr. 4

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 20. Mai 1954

Dr. Gaston Amiard, Noisy-le-Sec, Seine,
Rene Heymes, Romainville, Seine,

und Dr. Leon Velluz, Paris (Frankreich),
sind als Erfinder genannt worden

mit dem d(—)-threo-l-p-Nitrophenyl-2-aminopropan-

In jedem Falle führt die alkalische Behandlung des kristallinen Niederschlages und anschließendes Ansäuern nach fast quantitativer Wiedergewinnung des Spaltungsmittels zu der gewünschten optisch aktiven Form des N-3,5-Dinitrobenzoylserins, das durch saure Hydrolyse ohne merkliche Racemisierung das entsprechende Serin liefert. Aus den Mutterlaugen, aus denen das Salz kristallisierte, kann man in gleicher Weise das entsprechende Enantiomorphe abtrennen, das im allgemeinen mit geringen Mengen Racemat verunreinigt ist. Dieses Enantiomorphe kann entweder durch Umkristallisieren aus einem geeigneten Lösungsmittel oder durch Ausfällung mit dem entsprechenden d(—)-threo-lp-Nitrophenyl-2-aminopropandiol-(l,3) gereinigt werden oder auch direkt nach einem bekannten Verfahren oder durch alkalische Behandlung des entsprechenden freien Serins nach Crawhall und Elliot (Biochem. J., 48 [1951], S. 237) racemisiert und zu einer neuen Charge des zu spaltenden Racemats gegeben werden. Durch abwechselnde aufeinanderfolgende Spaltungen und Racemisierungen kann man so das gesamte ursprünglich vorhandene Racemat in das gewünschte Emantiomorphe umwandeln.

D (—)-und L (-j-)-threo-l -p-Nitrophenyl-2-aminopropandiol-(l,3), welche Zwischenprodukte der Synthese des Chlorarnphenicols darstellen, werden nach dem von Velluz, Amiard und JoIy (BuI. Soc. Chim. [1953], S. 342) beschriebenen Verfahren erhalten. Sie besitzen

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die Struktur III. Ihre Eigenschaften sind folgende: F. 162 bis 163°C; [α] _D der D-Base: —28 ± 2° (c = 2°/₀in 0,1 n-Salzsäure); [α] _D der L-Base: +28 ± 2° (c = 2⁰J₀ in 0,1 η-Salzsäure).

NH,

O₉N- <f ^-CH-CH-CH₉OH III

OH

Die N-3,5-Dinitrobenzoylierung wird in an sich bekannter Weise durchgeführt. Bei der Herstellung der Salze des d(—)- oder L(+)-threo-l-p-Nitrophenyl-2-aminopropandiols-(l,3) können das Lösungsmittel, die Lösungs- und Kristallisationstemperaturen und die Abkühlungszeit variiert werden.

Es ist zwar schon bekannt, racemische Gemische optisch aktiver Säuren dadurch zu trennen, daß man das Racemat in ein geeignetes Derivat überführt und dieses dann mittels einer optisch aktiven Base in die Enantiomeren trennt (vgl. G. W. Wheland, Advanced Organic Chemistry, 2. Auflage [1951], S. 235, Zeile 4 ff^.""'^&

Es war aber durchaus überraschend und in ""keine* Weise vorauszusehen, daß gerade das N-3,5-Dinitro/ benzoylderivat des Serins die zur optischen Spaltung des Salzes aus diesem Serinderivat mit dem threo-1-p-Nitrophenyl-2-aminopropandiol-(l ,3) notwendigen Löslichkeitseigenschaften besitzen würde. Durchgeführte Versuche haben nämlich ergeben, daß sich andere Acylderivate des Serins, wie z. B. Acetylserin, Formylserin, Benzoylserin, p-Nitrobenzoylserin, in keiner Weise zur optischen Spaltung des dl-Serins eignen. Das N-3,5-Dinitrobenzoylserin ist das einzige Derivat, das sich zur optischen Spaltung des Serins nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eignet.

Weiterhin sei noch darauf hingewiesen, daß zur optischen Spaltung des Serins bisher ein einziges Verfahren aus dem Jahre 1906 bekanntgeworden ist (vgl. E. Fischer und Jacobs, Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, Bd. 39 [1906], S. 2942). Dieses bekannte Verfahren besteht darin, das p-Nitrobenzoylderivat des racemischen Serins herzustellen und die optisch aktiven Formen mittels Chinin und Brucin zu trennen. Dieses Verfahren ist kompliziert, und es müssen zwei Spaltungsmittel verwendet werden, wobei noch zu berücksichtigen ist, daß das Brucin auf Grund seiner großen Toxizität äußerst gefährlich zu handhaben ist. Es war deshalb von großem Interesse, ein neues Spaltungsverfahren für das Serin zu finden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wurde nun ein einfaches Spaltungsverfahren gefunden, bei dem ein marktübliches und nicht toxisches Spaltungsreagens verwendet wird. Abgesehen davon, sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr viel bessere Ausbeuten erhältlich als bei dem literaturbekannten Verfahren. Nach E. Fischer (a.a.O.) wird bei der Spaltung eine Gesamtausbeute von 58°/₀ für das D-Serin und von 47,5 °/₀ für das L-Serin erzielt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dagegen bei der Spaltung zum L-Serin eine Ausbeute von 75% und bei der Spaltung zum D-Serin eine Ausbeute von 81% erhalten.

Beispiel 1

a) Herstellung des

N-3,5-Dinitrobenzoyl-DL-serins

Man löst 6,3 g DL-Serin in 60 ecm n-Natronlauge, kühlt ab und gibt 6,9 g 3,5-Dinitrobenzoylchlorid zu. Dann gibt man noch 10 g 3,5-Dinitrobenzoylchlorid zu, wobei das Medium durch Zugabe von n-Natronlauge (75 ecm) alkalisch gemacht wird. Man setzt 15 ecm Salzsäure zu, kühlt ab, saugt ab, wäscht zur Entfernung der Dinitrobenzoesäure mit Äther und trocknet. Man erhält so 16,7 g (93%) N-S.S-Dinitrobenzoyl-dl-serin. Das Monohydrat schmilzt bei 100 bis 101⁰C (Block).

b) Herstellung des Salzes aus N-3,5-Dinitrobenzoyl-L-serin und L(+)-threo-l-p-Nitrophenyl-2-aminopropan-

Erstes Verfahren: Man löst bei 6O⁰C 10g N-3,5-Dinitrobenzoyl-dl-serin in 30 ecm Methanol und gibt 4,2 g L (+) -threo-1 -p-Nitrophenyl-2-aminopropandiol- (1,3) zu. Durch Abkühlen auf +10 ° C erhält man 6,8 g (80%) des optisch reinen Salzes aus N-3,5-Dinitrobenzoyl-L-serin und L(+)-threo-l-p-Nitrophenyl-2-aminopropandiol-(l,3)vomF. 160 bis 161 °C; [a]_D: + 33 + l°(c = l% in Wasser).

Zweites Verfahren: Man löst bei 60°C 10g N-3,5-Dinitrobenzoyl-dl-serin in 5 ecm Methanol und gibt 4,2 g L (+) - threo -1 - ρ - Nitrophenyl - 2 - aminopropandiol-(1,3) zu. Dann wird in die Reaktionsmischung 55 ecm Äthylacetat gegeben. Man kühlt ab und saugt das gebildete Salz ab, das gewaschen und getrocknet wird. Man erhält so 8,2 g (96,5 %) des optisch reinen Salzes aus N-3,5-Dinitrobenzoyl-L-serin und L(+)-threo-l-p-Nitrophenyl-2-aminopropandiol-(l ,3).

c) Herstellung von N-3,5-Dinitrobenzoyl-L-serin

Man löst 8,2 g des obigen Salzes in 16,5 ecm n-Natronlauge. Das auskristallisierende L(+)-threo-l-p-Nitrophenyl-2-aminopropandiol-(l,3) wird abgesaugt und gewaschen. Man gewinnt so 3,1 g (74%) des Spaltungsreagens zurück. Nach dem Ansäuern des Filtrats mit 1,7 ecm konzentrierter Salzsäure kristallisiert das N-3,5-Dinitrobenzoyl-L-serin aus. Man saugt ab, wäscht und trocknet und erhält so 4,5 g (90 % in bezug auf das eingesetzte N-3,5-Dinitrobenzoyl-DL-serin) kristallisiertes Produkt. Monohydrat: F. 110bisll2°C; [et] 2": +23,5 + 1° (c = 1 % in 50%igem Äthanol).
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d) Herstellung des L-Serins

Man erhitzt eine Lösung von 4,3 g N-3,5-Dinitrobenzoyl-L-serin in 60 ecm 5n-Salzsäure 1 Stunde unter Rückfluß.

Nach dem Filtrieren wird unter Vakuum zur Trockne eingedampft und das erhaltene Hydrochlorid des L-Serins aus Aceton umkristallisiert. Man nimmt das Produkt in 1 ecm Wasser auf, gibt 1,4 ecm Anilin und dann 10 ecm absoluten Alkohol zu. Man erhält nach dem Abkühlen 1,3 g (90 %) kristallisiertes, optisch reines L-Serin vom F. 228°C; [a]_D: + 15 ± 1° (c = 4% in n-Salzsäure).

e) Abtrennung des D-Serins

Man extrahiert die Äthylacetat-Methanol-Lösung, aus der das Salz des N-3,5-Dinitrobenzoyl-L-serins mit dem l( +)-threo-l-p-Nitrophenyl-2-aminopropandiol-(l ,3) (Beispiel 1, b) zweites Verfahren) kristallisierte, mit 10 ecm 0,5 n-Salzsäure und dann mit 5 ecm Wasser. Die wäßrigen Lösungen werden vereinigt und dann mit n-Natronlauge alkalisch gemacht. Man gewinnt so 0,4 g (10%) des Spaltungsreagens wieder. Die organische Phase wird dann eingeengt und mit Petroläther versetzt. Man erhält so 4,85 g (97 %, bezogen auf das eingesetzte N-3,5 - Dinitrobenzoyl-DL - serin) N - 3,5 - Dinitrobenzoyl L-serin, das durch Umkristallisieren leicht gereinigt werden kann. Das Rohprodukt schmilzt bei 109 bis 111°C; [α]!?: —22 ± 1° (c = 1 % in 50%igem Äthanol). Das entsprechende D-Serin wird durch salzsaure Hydrolyse erhalten, wie dies im Beispiel 1, d) für das L-Serin beschrieben ist.

Beispiel 2

Herstellung von N-3,5-Dinitrobenzoyl-D-serin
mittels d(—)-threo-l-p-Nitrophenyl-

2-aminopropandiol-(l ,3)

Man behandelt das gemäß Beispiel 1, a) hergestellte N-3,5-Dinitrobenzoyl-DL-serin mit d(—)-threo-l-p-Nitrophenyl-2-aminopropandiol-(l,3) analog der im Beispiel 1, b) beschriebenen Arbeitsweise. Man erhält so das Salz aus N-3,5-Dinitrobenzoyl-D-serin und d(—)-threo-l-p-Nitrophenyl-2-aminopropandiol-(l,3) vom F. 160 bis 161°C; [α]!?: —33 ±1° (c = 1% in Wasser). Es führt wie nach der im Beispiel 1, c) angegebenen Arbeitsweise zum optisch reinen N-3,5-Dinitrobenzoyl-D-serin. Monohydrat: F. 110 bis 112°; [a]_D- —23,5 ± 1° (c = 1 % in 50°/₀igem Äthanol); dann gelangt man analog Beispiel 1, d) zum D-Serin, [a]i>: —15 ± 1° (c = 4°/₀ in n-Salzsäure).

Claims (5)

Patentansprüche: 20

1. Verfahren zur optischen Spaltung von dl-Serin, dadurch gekennzeichnet, daß man DL-Serin in an sich bekannter Weise in N-3,5-Dinitrobenzoyl-DL-serin überführt, dieses mit einer im wesentlichen hemdmolekularen Menge von L(+)-threo-l-p-Nitrophenyl-

2-aminopropandiol-(l,3) in einem Lösungsmittel umsetzt, das entstehende Salz abtrennt, daraus durch alkalische Behandlung und anschließendes Ansäuern N-3,5-Dinitrobenzoyl-D- bzw. -L-serin freisetzt und letzteres durch saure Hydrolyse im D- bzw. L-Serin überführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel einen niedrigmolekularen Alkohol, wie Methanol, verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ausbeute bei der Abtrennung des wenig löslichen Salzes durch Zugabe einer variablen Menge eines mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittels, z. B. Äthylacetat bzw. Äther, zu der Reaktionsmischung verbessert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel 9 Teile Äthylacetat je Teil Methanol verwendet.

5. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in analoger Weise D (—) -threo-1 -p-Nitrophenyl-2-aminopropandiol- (1,3) mit N-3,5-Dinitrobenzoyl-DL-serin umsetzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
G. W. Wheland, Advanced Organic Chemistry, 2. Auflage (1951), S. 235.

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