Brevet FR2012102A1 — publié le 19700313

n .l 2012102 La présente invention est relative aux procédés pour séparer par voie chromatographique les isomères optiques qui composent une substance racémique. Le procédé suivant l'invention est applicable aux industries 5 chimique^ pharmaceutique6 et alimentaire^ ainsi qu'à la synthèse -des corps chimiques optiquement actifs effectuée au laboratoire. Ce procédé est particulièrement indiqué pour la séparation des isomères optiquement actifs dont sont composés des aminoacides, des hydroxyacides, des amino-alcools efc leurs dérivés. 10 On connaît déjà des procédés chromatographiques pour séparer les isomères optiques, procédé consistant à faire passer la substance racémique à travers la couche d'un sorbant asymétrique, dont les types sont des produits naturels optiquement actifs, par exemple l'amidon, ou bien des produits naturels modifiés, notam-15 ment la carboxycellulose, ou encore les résines échangeuses d'ions synthétiques. On connaît également des procédés employés industriellement pour séparer les isomères optiques par cristallisation fractionnée et répétée à plusieurs reprises, d'une substance racémique ou 20 d'un mélange de diastéréoisomères résultant de la réaction d'une substance racémique sur un corps optiquement actif quelconque. En outre, on connaît des procédés de séparation des isomères optiques par modification sélective des dérivés de la substance racémique par des enzymes naturels. 25 L'inconvénient des procédés chromatographiques connus pour séparer les isomères optiques est leur rendement très bas. Même lorsqu'on engage des quantités importantes de sorbant asymétrique, on ne parvient pas à effectuer la séparation complète des isomères optiques. On n'obtient normalement par chromatographie qu'un pro-30 duit faiblement enrichi en l'un des isomères optiques. C'est pourquoi le procédé par chromatographie n'a pas jusqu'ici trouvé d'appli c at i ons prat ique s. Les procédés de séparation des isomères optiques par cristallisation fractionnée ont un bas rendement en produits finals et 35 exigent beaucoup de main-d'oeuvre. En outre, ces procédés de séparation ne sont applicables que dans un nombre restreint de cas. Les inconvénients des procédés de séparation des isomères optiquement; actifs à l'aide d'enzymes tiennent à la nécessité d 'obtenir- au préalable des dérivés de la substance racémiqus, à * . BADOfttô*'U 69 22188 ? 2012162 la difficulté de division du mélange obtenu de l'enzyme et des produits de réaction de celui-ci sur chacun des isomères optiques, aux pertes d'enzymes. En outre, on ne peut séparer par ces procédés que les isomères optiques des dérivés des iZ-aminoacides 5 naturels qui sont des substrats naturels des enzymes. L'invention se propose de supprimer les inconvénients précités par un procédé par chromatographie d'un rendement élevé et d'applications assez nombreuses pour séparer les isomères optiques Le problème ainsi posé est résolu en ce que dans le procédé 10 par chromatographie pour séparer en isomères optiques les composés susceptibles de former des complexes avec les ions des métaux de transition, procédé consistant à faire passer une solution du mélange desdits isomères à travers une couche d'un sorbant asymétrique.,- constitué par une résine échangeuse d'ions, apte à for-15 mer des complexes avec les ions des métaux de transition, on traite préalablement le sorbant, conformément à l'invention, par une solution de sel d'un métal de transition. La séparation des isomères optiques dans les conditions opéra toires du procédé suivant 1'invention se produit par suite de la 20 formation d'un complexe dans lequel entrent l'ion d'un métal de transition, les groupements fonctionnels du sorbant asymétrique et les molécules des isomères à séparer. La persistance de ces complexes mixtes est dans une large mesure fonction de la structure spatiale des molécules des isomères à séparer. Pour cette 25 raison, l'un des isomères optiques sera retenu par le sorbant asymétrique d'une façon beaucoup plus forte que l'autre isomère, d'où la possibilité de les séparer au cours de"la chromatographie. On peut séparer par le procédé indiqué les isomères optiques de composés dont les molécules renferment un ou plusieurs grou-3° pements fonctionnels susceptibles de former des complexes avec les ions des métaux de transition. Parmi ces groupements fonctionnels on peut classer les groupes aminé, carboxyle, ester, amide, hydro-xyle, phosphoryle, sulfure, carbonyle, mercapto, etc. Parmi les composés renfermant les groupements fonctionnels mentionnées on 35 notera les représentants des classes très importantes de corps organiques, telles que les acides l- et-aminocarboxyliques et atr-inophosphoniques, les acides JL - et $ hydroxycarboxyliques et hj'ôi'-oxypiaosphonio•••es, les œereaptoacides, les aminoalcocls et anz-- ^hiols, des acides dl.:î-3.r-fcox^ liques, les aminé s * les esters et BÀD ORîGJNAL 69 22188 3 2012102 les dérivés acylés des composés énumérés, ainsi que les aminés, les oxydes d'aminés, etc. En tant que sels de métaux de transition on peut utiliser les sels minéraux et organiques de cuivre, de zinc, de nickel, de 5 cobalt, de cadmium, de chrome, de manganèse, de fer, de plomb, d'argent, de platine, de palladium, de rhodium, d'or, de mercure, etc. En qualité de sorbants asymétriques on peut utiliser n'importe quelles résines échangeuses d'ions renfermant des groupement" 10 actifs susceptibles de former des complexes suffisamment stables avec les ions des métaux de transition. Parmi les sorbants de ce genre on peut citer, en premier lieu, les produits résultant de la réaction des copolymères chlorométhylés du styrène et du divinyl-benzène, ou d'un autre agent de réticulation, sur des acides J,-15 ou J* -aminocarboxyliques ou aminophosphoniques optiquement actifs, leurs amides ou esters. On peut également utiliser en qualité de sorbants des produits de polycondensation des composés optiquement actifs susceptibles de former les complexes, par exemple les produits résultant de la réaction du formaldéhyde sur la tyrosine ou 20 Ses dérivés. Enfin, les sorbants asymétriques obtenus à base des produits polymères naturels, notamment à base dé chitosane, d'acide alginique, etc. peuvent être également utilisés. Le procédé par chromatographie suivant 1'invention pour séparer les isomères optiques est mis en oeuvre de la manière suivante. "25 On traite le sorbant asymétrique par une solution de sel d'un métal de transition dans l'eau ou dans un solvant organique, on le charge dans une colonne chromatographique et lave avec de 1'eau ou du solvant organique. On introduit ensuite dans la colonne une solution de substance racémique dans l'eau ou un solvant organique 30 et lave la colonne par le même solvant jusqu'à ce que l'un des isomères optiques en sorte complètement. L'autre isomère qui forme avec le sorbant un complexe plus stable est élué de la colonne en poursuivant le cheminement du solvant, ou bien désorbé en modifiant le pH du solvant, en introduisant dans la colonne des corps qui se 35 substituent à l'isomère en question, en changeant le solvant ou en élevant la température de la colonne. Par évaporation des fractions correspondantes de l'éluat on obtient les isomères purs au point de vue optique. Si les isomères optiques à chromatographier forment un com 69 22188 4 2012102 plexe persistant avec l'ion de métal sorbé dans la colonne et l'entraînent en partie hors de celle-ci, on fera passer l'éluat à travers une colonne complémentaire de faible encombrement remplie du même sorbant que la colonne principale, mais sans traiter celui-5 ci par la solution de sel d'un métal de transition. Au cours de son trajet à travers cette colonne la solution des isomères optiques est complètement débarrassée.des ions de métal. A l'issue d'un certain nombre de cycles chromatographiques le métal est désorbé dans la colonne complémentaire, dont la couche de sorbant est 10 lavée à cette fin par une solution d'acide, pour sorber à nouveau le métal précité par la résine échangeuse d'ions de la colonne principale. En outre, en cas d'entraînement des ions de métal hors de la colonne, le procédé par'chromatographie peut être réalisé dans 15 une colonne unique (sans avoir recours à une colonne complémentaire), les parties supérieure et inférieure de la colonne étant chargées de sorbant exempt d'ions de métal. Alors, la zone centrale de sorbant contenant les ions de métal se déplacera légèrement, à la suite de chaque cycle chromâtographique, vers le haut 20 ou vers le bas, suivant le sens de cheminement du flux d'éluant. On effectuera le cycle chromatographique suivant le sens inverse. S'il y a lieu, on réalisera après chaque cycle chromatographique la régénération du sorbant par lavage des colonnes avec du solvant approprié. ?5 Le procédé en question peut être mis en oeuvre d'une manière - entièrement automatique. L'invention est illustrée par les exemples suivants de sépa-. ration par chromatographie d'isomères optiques. Exemple 1. 30 Le sorbant asymétrique (échangeur d'ions,) ayant un motif structural CH - CH. 2 COOH est synthétisé de la manière suivante. 60 22188 2012102 On effectue la copolymérisation en suspension de 93,5 % de styrène et de 1,5 % de divinylbenzène. On chlorométhyle la fraction du copolymère dont les granules sont comprises entre 0,05 et 0,10 mm de diamètre. On traite le produit ainsi obtenu et renfermant 5 20,5 % de chlore par de la L-proline à raison de 2,25 moles par 1 mole de groupements ehlorométhylés, et par de l'iodure de sodium à raison de 0,^0 mole par 1 mole de groupements ehlorométhylés, en opérant pendant 15 heures et à la température de 60&C au sein d'un mélange dioxanne-méthanol pris en excès (le rapport volumique 10 entre eux étant de 6:1 respectivement). La capacité d'échange analytique du sorbant est de 2,2 eq-mg:g; il présente une stabilité chimique et une résistance mécanique élevées. On traite le sorbant par une solution 0,1 N de sulfate de 15 cuivre dans une solution 0,5 N d'ammoniac engagées en excès (à raison de J>0 ml de solution par 1 g de sorbant). On charge 1J g du sorbant de couleur bleu foncé ainsi obtenu dans une colonne (d = 9 mm, 1 = 500 mm) et lave par une solution 0,5 N d'ammoniac puis à l'eau jusqu'à neutralité. En aval de la colonne principale 20 on branche une seconde colonne de faible encombrement (d = 9 mm.» 1 = 100 mm) garnie de 2 g du même sorbant, mais non traité par la solution de sel cuprifère. On introduit dans la colonne une solution de 0,5 g de D, L-proline dans 5 ml d'eau et lave le système avec de l'eau distillée 25 à un débit d'amenée de 10 ml/h. A la sortie du système (en aval de la seconde colonne) on recueille l'éluat qui donne une réaction à la ninhydrine. Par évaporation de l'éluat, on obtient 0,25 g de L -proline optiquement pure avec ^ = 80,5° (C = 1; eau). 30 On élue la D -proline des colonnes en faisant passer à tra vers elles 100 ml de solution d'ammoniac 1 N, et isole de l'éluat également par évaporation. On obtient 0,25 g de D -proline optiquement pure avec ^ = 80,5° (C = 1; eau). Les sorbants dans les colonnes (principale et complémentaire) 35 sont régénérés par lavage à l'eau distillée jusqu'à neutralité. Après trois cycles chromatographiques- le sorbant dans la petite colonne complémentaire se trouve saturé en ions cuivre ''cela est nettement visible d'après la coloration de la colonne); et on la ::"igénère par une solution 0,5 I! d'acide chlorhydrique qui bad original 49 72188 6 2012102 fait facilement dégrader le complexe de cuivre. Le cuivre élué est sorbé à nouveau par le sorbant remplissant; la colonne principale, en portant préalablement, à l'aide d'ammoniac, la solution cuprifère à un pH supérieur à 6. 5 Exemple 2. Le processus est réalisé dans les mêmes colonnes et sur les mêmes sorbants que dans 1'exemple 1. On introduit dans la première colonne une solution de 0,) g de D,L - valine dans 6 ml d'eau et lave le système avec de l'eau. En concentrant l'éluat par évaporais tion, on obtient 0,15 g de L -valine optiquement pure avec [e£J = 28,2° (C = lj HC1 5 N). On élue la quantité équivalente de D-isomère optiquement pur par une solution drammoniac IN. On régénère les sorbants comme dans l'exemple 1. Exemple 3. 15 Le processus est réalisé dans les mêmes colonnes et sur les mêmes sorbants que dans l'exemple 1. On introduit dans la première colonne 0,5 g de D,L-valinamide dans 6 ml d'eau. Par élution à l'eau on isole 0,25 g de L-valinamide a.vec[e^J ^ = 17^8° (C = Ij éthanol), alors qu'en cas d'élution par une solution d'am-20 moniac IN, on isole 0,25 g de D-valinamide optiquement pur. On régénère les sorbants comme dans l'exemple 1. Exemple 4. Selon le mode opératoire décrit dans l'exemple 1, on sépare quantitativement et isole à l'état pur les isomères optiques des 25 composés racémiques suivants X -alanine, isovaline, leucine, isoleucine, méthionine, allothréonine,^-phényl-^-alanine, 1-ami-nopropanol-2, ainsi qu'un composé ayant pour formule ÇH2 - ÇH - HH2 J G 3 H,C / ^ X CH3 5 I 0 35 Dans tous les cas énumérés on introduit dans la colonne une solution de 0,4 g de substance racémique dans l'eau. Exemple 5. Le processus est réalisé dans les mêmes eolci-^es et slu- Isa r:;'5:.':es sortants que dans i 'exeiacle 1. On introduit dans la prends BAÛ ORIGINAL, 69 22188 7 2012102 colonne une solution de 0,2 g d'acide D,L -X- hydroxyphénylac é- tique (acide mandélique) dans 2 ml d'eau et lave le système avec de l'eau amenée à un débit de 10 ml/h. On recueille l'éluat par fractions de 10 ml. L'acide L-(+)-mandélique est élué le premier, Les fractions sont concentrées par évaporation séparément. -> suivi du D-(-)-isomere./Les fractions intermédiaires contenant 0,08 à 0,1g d'acide mandélique ayant un taux de pureté optique inférieur à 100 % subissent une nouvelle chromatographie conjointement avec la portion suivante d'acide mandélique racémique. Chaque cycle chromatographique fournit 0,05 à 0,06 g d'acide 10 L-(+)-mandélique optiquement pur et la même quantité de D-(-) -isomère optiquement pur. Exemple 6. Le processus est réalisé dans les mêmes colonnes et sur les mêmes sorbants que dans l'exemple 1. Le système est parcouru par 15 une solution aqueuse à 3 $ de valine racémique cheminant à une vitesse de 9 ml/h. On recueille l'éluat par fractions de 10 ml et on détermine la teneur de chaque fraction en valine et le taux de pureté optique de cette dernière. Les premières 60 ml d'éluat contiennent 1,45 g de L-valine optiquement pure. Dans 20 les fractions suivantes on observe une baisse de taux de pureté optique de la L-valine. Après un lavage soigneux du système avec de l'eau, on élue du sorbant par une solution d'ammoniac IN 1,8 g de D-valine présentant un taux de pureté optique égal à 98 %. On régénère les sorbants comme dans l'exemple 1. 25 Exemple 7• On réalise le processus dans les mêmes colonnes et sur les mêmes sorbants que dans 1'exemple 1. On lave le système par une solution d'ammoniac 0,01 N dans le méthanol absolu. On introduit dans la première colonne une solution de 0,2 g d'acide^ -formy-30 iamino-y3-(n-dichlorodiéthylaminophényl)- propionique racémique dans 2 ml de méthanol et lave le système par une solution d'ammoniac 0,01 N dans le méthanol, admise à un débit horaire de 9 ml. On recueille l'éluat par fractions de 3 ml. Par évaporation des fractions 6 à 16 on obtient 0,1 g d'isomère lévogyre optiquement 35 pur. La quantité équivalente d'isomère dextrogyre est obtenue par évaporation des fractions 20 à 31 „ Exemple 8. Le sorbant dissymétrique renfermant les radicaux de l'acide L -aspartique est synthétisé en traitant le copolymère chloromé- 69 22188 8 2012102 thylé de styrène et de divinylbenzène (le eopolymère est décrit dans l'exemple l) par de l'ester diméthylique"de 1'acide ,/*-aspar-tique engagé à raison de 2,25 moles par 1 mole de groupements ehlorométhylés, et par de l'iodure de sodium engagé à raison de 5 0,30 mole par 1 mole de groupements ehlorométhylés, en opérant pendant 15 heures et à la température de 50°C au sein de dioxanne pris en excès. La saponification des groupements ester est effectuée en maintenant les sortants pendant 5 jours à la température ambiante 10 dans un mélange de dioxanne et d'une solution de soude caustique 1 N (le rapport volumique entre le dioxanne et la solution d'alcali étant de 1:1). ■ La capacité d'échange analytique du sorbant est de 2,6 eq-mg/g. On traite 11,5 g de sorbant par une solution de sulfate de 15 cuivre, charge dans la colonne et lave avec une solution d'ammoniac puis à l'eau, de la manière décrite dans l'exemple 1. On charge dans la colonne complémentaire 2 g de sorbant exempt d'ions cuivre. On introduit dans la colonne principale 1 ml d'une solution aqueuse à 10 % de D,L-proline et lave le système par une solution d'ammo-20 niac 0,05 N qui élue 0,05 g de L-proline optiquement pure. Le D-isomère optiquement pur est élué par une solution 1 N d'ammoniac. On effectue la régénération des sorbants par une solution d'ammoniac 0,05 N. Exemple 9• 25 Le sorbant dissymétrique renfermant les radicaux de L-histi- dine est synthétisé selon le mode opératoire décrit dans l'exemple 8, avec utilisation de l'ester méthylique de la L-histidine, de l'iodure de sodium et du dioxane en proportions indiquées. La saponification des fonctions ester est effectuée en maintenant le 30 sorbant pendant 5 jours à la température d'environ ?0°C dans un mélange de dioxanne et d'une solution d'alcali 1 N (le rapport volumique entre le dioxanne et la solution d'alcali étant de 1:1). La capacité d'échange analytique du sorbant est de 2,1 eq-mg/g. 35 On charge dans la colonne principale 14 g de sorbant traité par une solution d'acétate de nickel 0,1 N dans une solution d'ammoniac 0/5 N, et dans la colonne complémentaire 2 g de sorbant non traité, après quoi on lave le système à l'eau. On introduit dans la première colonne 0,25 g de D,L-thréonine dans 4 ml d'eau. Par 69 22188 > 2012102 élution du système par une solution aqueuse d'ammoniac 0,05 K on obtient 0,125 g de L-isomère optiquement pur, alors qu'en éluant le système par une solution aqueuse d'ammoniac 0,5 N on obtient la quantité égale de D-isomère optiquement pur. 5 Exemple 10. Le sorbant dissymétrique renfermant les radicaux de l'acide e^-aminophosphonique optiquement actif est préparé selon la technique décrite dans l'exemple 8, avec utilisation de l'ester dié-thylique dextrogyre de l'acide ^-aminobenzylphosphonique, de 10 l'iodure de sodium et du dioxanne, les quantités engagées restant identiques. L'hydrolyse des groupements ester est effectuée par chauffage du sorbant pendant 3 heures à la température de 100°C en présence d'acide chlorhydrique concentré. La capacité d'échange analytique du sorbant est de 1,95 15 eq-mg/g. On lave dans la colonne avec une solution d'ammoniac 1 N puis à l'eau lj5 g de sorbant en question traité par une solution de sulfate de cuivre de la manière décrite dans l'exemple 1. On admet dans la colonne 0,5 g de D,L-proline dans une solu-20 tion aqueuse d'ammoniac 0,5 N. Par élution avec une eau ammoniacale 0,5 N, l'acide aminé peut être dédoublé en 2 fractions égales ayant un taux de pureté optique de 87 %• Exemple 11. Le sorbant dissymétrique à base de L-tyrosine est préparé en 25 chauffant une solution à 15 % de L-tyrosine au sein d'un mélange formol-acide chlorhydrique concentré (le rapport volumique entre le formol et l'acide étant de 1:1) avec durcissement ultérieur du gel formé pendant heures à la température de 115°C. Après avoir broyé la résine, on utilise la fraction présentant 30 une granulométrie allant de 0,05 à 0,15 mm. A la suite du traitement par une solution de sulfate de cuivre, de la manière décrite dans l'exemple 1, la résine acquiert une couleur bleu foncé, quasi noir. On charge dans la colonne principale 11 g de sorbant traité, 35 et dans la colonne complémentaire 2 g de sorbant exempt d'ion cuivre. Après le lavage du système avec de l'eau, on sépare quantitativement les isomères de 0,5 g de D,L-alanine. La L-alanine est élues avec de l'eau, et le D-isomère avec une solution aqueuse d'ammoniac 0,5 H. 4^ k;r. %ji+.3nt.s contenus dans les colonnes (principale et ccrapléaentsirs) sont* - s 1 svpcïg civS'C o "î 7 * c r-i-. dintinéo nsu3 Ix-» BAD OR'ClK,M_ 69 22188 -**r\ i . i -J 5 ^ V J. REVENDICATION Procédé par chromatographie pour séparer en isomè^^s- optiques les composés susceptibles de former des complexes avec les ions des métaux de transition, en faisant passer une solution du mélange desdits isomères à travers la couche d'un sorbant dissy-5 métrique, à savoir une résine échangeuse d'ions»apte à former des complexes avec les ions des métaux de transition, caractérisé en ce que le sorbant est traité au préalable par une solution de sel d'un métal de transition.