Способ получения водорастворимых солей аминокислотных производных фуллерена

 

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения водорастворимых солей аминокислотных производных фуллерена, которые могут использоваться в фармакологии, микробиологии и медицине. Описывается способ получения водорастворимых солей аминокислотных производных фуллерена общей формулы HC₆₀NH(CH₂)_nCOOM, где С₆₀-фуллереновое ядро, М - щелочной металл, n = 1, 3, 5, включающий взаимодействие фуллерена с солью аминокислоты в среде органического растворителя при нагревании и последующего выделения целевого продукта, при этом взаимодействие осуществляют в присутствии низкомолекулярного полиалкиленоксида мол. массы 150-400. Технический результат - сокращение времени проведения процесса и снижение стоимости целевого продукта за счет использования доступного и недорогого реагента. 6 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к органической химии фуллерена (С₆₀), а именно к технологии получения на его основе биологически активных соединений, в частности солей аминокислотных производных фуллерена, которые могут быть использованы в фармакологии, микробиологии и медицине.

Именно водорастворимые соли производных фуллерена с аминокислотными остатками представляют наибольший интерес для исследований их биологической активности и в настоящее время рассматриваются как основа для получения эффективных терапевтических и вакцинных препаратов, проявляющих высокую антивирусную активность (Вальпин М.Е., Парнес З.Н., Романова В.С. Известия АН, серия химическая, 1998, 5, с.1050-1054; Киселев О.И. и др. Доклады АН, 1998, т. 361 (4), с.547-549).

Уникальные биологические свойства препаратов на основе аминокислотных производных фуллерена ставят проблему разработки высокотехнологического способа их промышленного получения.

Известен способ получения симметричных растворимых в воде производных бакминстерфуллеренов (С₆₀), в частности производных метанофуллерена С60 (PCT/WO 95/19949, 27.07.95), которые могут быть использованы для профилактики и лечения вируса, вызывающего СПИД и КС.

Новые, неизвестные ранее водорастворимые производные метанофуллерены получают через промежуточный продукт - интермедиат (4,4 Би (N-ацетил 2 аминоэтил) дифенил С₆₁), синтез которого достаточно сложный и включает несколько стадий. Основной компонент - замещенный дифенилдиазометан, который используется в синтезе получения целевого продукта, получают известными приемами из замещенного бензофенона гидразона путем окисления в присутствии пероксида никеля. Интермедиат синтезируют путем присоединения замещенного дифенилдиазометана в тетрагидрофуране к фуллерену С₆₀, предварительно растворенного в толуоле. Полученную смесь перемешивают, удаляют растворители, а продукт очищают известными приемами и обрабатывают уксусной кислотой и концентрированными водными растворами соляной кислоты. На данной стадии получают метанофуллерен в виде би(гидрохлорида). Для приготовления растворимого в воде производного метанофуллерена С₆₀ к полученному раствору на предыдущей стадии добавляют сукцинат ангидрида в сухом пиридине. Реакционную смесь обрабатывают водным раствором соляной кислоты и центрифугированием выделяют преципитат, который выделяют известными приемами, промывают водой и метанолом и высушивают в вакууме. Полученный целевой продукт растворяется в воде при рН≥ 7 (растворимость ~ 1 мг/мл).

Основными недостатками способа получения описанных новых производных метанофуллеренов С₆₀ является сложность и многостадийность технологического процесса, а также использование на всех стадиях большого количества растворителей, таких как тетрагидрофуран, пиридин, о-дихлорбензол и метиловый спирт. Поэтому получение описанных новых фуллереновых производных связано с большими финансовыми затратами. Кроме того, целевой продукт имеет низкую растворимость в воде, что ограничивает его применение в медицине.

Наиболее близким аналогичным решением по технической сущности является способ получения, в частности, фуллеренаминокапроновой кислоты HC₆₀NH(CH₂)₅COOH, описанный в патенте РФ 2124022, 27.12.98 г., который включает несколько стадий.

К раствору фуллерена в о-дихлорбензоле добавляют водный раствор калиевой соли аминокапроновой кислоты и 18-краун-6. Реакционную массу перемешивают 6-8 часов при 60^oС. Затем растворители отгоняют, остаток обрабатывают насыщенным раствором хлористого калия и остаток фуллеренового производного промывают водой. Выход целевого продукта количественный. Полученная N-(моногидро)фуллеренаминокапроновая кислота растворима в диметилсульфоксиде, диметилформамиде, пиридине.

Однако условия реакции взаимодействия фуллерена С₆₀ и калиевой соли аминокапроновой кислоты в двухфазной системе приводят к увеличению времени процесса и позволяют получить целевой продукт только в виде кислоты, которая практически не растворима в воде. Использование в процессе такого растворителя, как о-дихлорбензол, высокотоксичного с сильным неприятным запахом, и 18-краун-6 - также токсичного реагента приводит к необходимости введения дополнительной стадии очистки целевого продукта от примесей данных реагентов, что усложняет технологический процесс в целом. Кроме того, используемый в качестве катализатора 18-краун-6 имеет высокую стоимость, сравнимую со стоимостью фуллерена.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании простого, высокоэффективного и экологически чистого процесса получения водорастворимых солей фуллереновых производных аминокислот общей формулы I HC₆₀NH(CH₂)_nCOOM, где С₆₀ - фуллереновое ядро, n=1, 3, 5, М - щелочной металл на основе доступной сырьевой базы при использовании общехимического оборудования.

Поставленная задача выполняется путем изменения условий проведения процесса.

Сущность изобретения заключается в том, что способ включает взаимодействие фуллерена с солью аминокислоты в среде органического растворителя при нагревании в присутствии низкомолекулярного полиалкиленоксида мол.м. 150-400 и выделение целевого продукта известными приемами в виде водорастворимых солей аминокислотных производных фуллерена общей формулы HC₆₀NH(CH₂)_nCOOM, где С₆₀ - фуллереновое ядро, М - щелочной металл, n=1,3,5.

В предлагаемом способе взаимодействие фуллерена с солью аминокислоты в среде органического растворителя, в частности толуола, осуществляют при определенных условиях, а именно в присутствии низкомолекулярного полиалкиленоксида мол. м. 150-400, что позволило реализовать реакцию прямого аминирования с получением водо-растворимых солей фуллеренаминокислот общей формулы I.

В предпочтительном варианте низкомолекулярный полиалкиленоксид мол.м. 150-400 вводят в процесс в смеси с органическим растворителем. В качестве органического растворителя предпочтительно используют толуол, т.к. он является наименее токсичным по сравнению с другими растворителями, что особенно важно для последующего использования полученных солей формулы I в медицине. Кроме того, фуллерен и низкомолекулярные полиалкиленоксиды мол.м. 150-400 хорошо растворяются в толуоле и реакция взаимодействия фуллерена с солью аминокислоты протекает в гомогенной среде с высокой скоростью.

При этом объемное соотношение низкомолекулярного полиалкиленоксида к общему количеству органического растворителя, в частности толуола, предпочтительно составляет 1-30:60, особенно предпочтительно 1-40:50. Изменение данного соотношения в сторону уменьшения или увеличения нарушает равновесие гомогенной среды, что приводит к снижению выхода целевого продукта.

В качестве низкомолекулярного полиалкиленоксида предпочтительно используют полиэтиленоксид мол.м. 200-400 или полипропиленоксид мол.м. 150-400. Данные полиалкиленоксиды являются дешевыми промышленными продуктами, имеющими широкий спектр применения, в том числе и в производстве медицинских и косметических препаратов (Лымент О.Н. и др. Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена, М., Наука, с.237-262, 1976).

В результате проведенных исследований было установлено, что введение в процесс низкомолекулярных полиалкиленоксидов мол.м. 150-400 в смеси с толуолом увеличивает скорость реакции и улучшает технологичность процесса.

Температура реакции составляет не выше 60^oС. Повышение температуры реакции приводит к снижению выхода целевого продукта.

Соль алифатической аминокислоты может быть введена в процесс в твердом виде (в виде порошка) или в виде суспензии в растворителе, в частности в толуоле.

После окончания реакции целевой продукт выделяют известными приемами. Смесь растворителя и низкомолекулярного полиалкиленоксида отделяют декантацией. Образующуюся соль промывают несколькими порциями этилового спирта и сушат в вакууме. Выход конечного продукта количественный.

Таким образом, изменение условий проведения реакции по сравнению со способом-прототипом позволило получить водорастворимые соли аминокислотных производных фуллерена общей формулы I, проводить процесс в одну стадию и осуществлять выделение и очистку целевого продукта непосредственно в реакторе, что приводит к его минимальным потерям. При этом значительно сокращается время проведения процесса. Использование доступного и недорогого одного из реагентов, в частности низкомолекулярного полиалкиленоксида мол.м. 150-400, приводит к снижению стоимости продукта.

Примеры конкретного исполнения поясняют изобретение.

Пример 1. Получение калийной соли фуллерен-ε-аминокапроновой кислоты HC₆₀NH(CH₂)_nCOOK К раствору 0,72 г (0,001 моля) фуллерена С₆₀ в 350 мл толуола добавляют 1,69 г (0,01 моля) тонко измельченной калийной соли ε-аминокапроновой кислоты. Полученную суспензию нагревают до температуры не выше 60^oС и к ней прибавляют в течение 2-х часов смесь, состоящую из 10 мл толуола и 7 мл полиэтиленгликоля мол. м. 400, при этом объемное соотношение полиэтиленгликоля и толуола составляет 1: 50. Реакционную смесь перемешивают до полного обесцвечивания раствора. Затем смесь толуола и полиэтиленоксида-400 удаляют декантацией, полученный осадок промывают этиловым спиртом и сушат в вакууме. Выход целевого продукта по взятому фуллерену.

ИК-спектр синтезированного соединения содержит: полосы поглощения, характерные для карбоксилат-аниона: 1560 см^-1, 1400 см^-1, N-H-валентные колебания 3400 см^-1, N-H-деформационные 1580 см^-1, полосы поглощения С60-NH-R: 1104 см^-1, 930 см^-1, 840 см^-1. Электронный спектр поглощения содержит полосы: 215 нм, 256 нм, 340 нм.

Пример 2. Получение натриевой соли фуллерен-γ-аминомасляной кислоты.

К раствору 1,44 г (0,002 моля) фуллерена С₆₀ в 700 мл толуола добавляют при интенсивном перемешивании суспензию 2,5 г (0,02 моля) натриевой соли γ-аминомасляной кислоты. Полученную смесь нагревают до температуры не выше 60^oС и приливают смесь, состоящую из 100 мл толуола и 20 мл полипропиленоксида мол. массы 150. Объемное соотношение полипропиленгликоля м. м. 150 и общего количества толуола составляет 1:40. Реакционную смесь перемешивают в течение 3-х часов, после чего от осадка отделяют декантацией растворитель и полипропиленгликоль. Осадок промывают этиловым спиртом и сушат в вакууме. Получают целевой продукт темно-коричневого цвета, выход - количественный по отношению к исходному фуллерену.

ИК-спектр полученного продукта доказывает наличие в соединении карбоксилат-аниона 1648 см^-1,1560 cм^-1,1400 см^-1, фуллерена, связанного с NН-R-группой, 1106 см^-1, 962 см^-1, 839 см^-1, валентные колебания N-H-группы 3352 см^-1.

Таким образом, проведенные анализы подтвердили получение соединений, представляющих собой водорастворимые соли фуллеренаминокислот общей формулы НС₆₀NН(СН₂)_nСООМ, где М - щелочной металл, n=1,3,5. Полученные соединения обладают биологической активностью, включая антивирусную, и могут быть использованы для создания новых лекарственных препаратов.

Предлагаемый новый способ технологически прост в осуществлении, не требует специальной аппаратуры и может широко применяться в промышленных условиях.

Формула изобретения

1. Способ получения водорастворимых солей аминокислотных производных фуллерена общей формулы HC₆₀NH(CH₂)_nCOOM, где С₆₀ - фуллереновое ядро, М - щелочной металл, n= 1,3,5, включающий взаимодействие фуллерена с солью аминокислоты в среде органического растворителя при нагревании и последующего выделения целевого продукта, отличающийся тем, что взаимодействие осуществляют в присутствии низкомолекулярного полиалкиленоксида мол. массы 150-400.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что низкомолекулярный полиалкиленоксид мол. массы 150-400 вводят в смеси с органическим растворителем.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве щелочного металла предпочтительно используют натрий или калий.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя предпочтительно используют толуол.

5. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве низкомолекулярного полиалкиленоксида используют предпочтительно полиэтиленоксид мол. массы 200-400 или полипропиленоксид мол. массы 150-400.

6. Способ по пп. 1, 2, 4 и 5, отличающийся тем, что объемное соотношение низкомолекулярного полиалкиленоксида мол. массы 150-400 и органического растворителя в смеси составляет 1-40: 50 соответственно.

7. Способ по пп. 1-6, отличающийся тем, что процесс осуществляют при температуре не выше 60^oС.