Brevet FR2214690A1 — publié le 19740819

La présente invention concerne les procédés de préparation d'amino-acides, en particulier, un procédé de préparation de l'amino-acide indispensable à la vie qu'est l'acide- P -indolyl- -amino-propionique, ou tryptophane. tes recherches ont montré que le tryptophane noue un rôle essentiel au point de vue de la valeur nutritive équilibrée des aliments pour les animaux et l'homme. La carence des aliments en tryptophane les conduit à une forme de l'avitaminose (pellagre), ainsi qu'à l'anémie. On observe des troubles de son métabolisme dans plusieurs maladies graves (telles que le cancer, le diabète, la tuberculose), ainsi que dans certains troubles mentaux On a trouvé que le tryptophane joue un rôle protecteur contre les rayonnements. La production actuelle de tryptophane ne satisfait pas aux besoins croissants en ce produit. Un procédé de production déjà connu de tryptophane par hydrolyse des protéines ou de leurs résidus se heurte à des difficultés considérables : d'abord à cause de la très faible teneur des protéines en tryptophane (on sait, en effet, que les protéines contiennent le tryptophane dans des proportions beaucoup moins élevées que d'autres amino acides indispensables; et ensuite à cause de sa tendance à la dégradation par hydrolyse. On connaît un procédé de biosynthèse du tryptophane par des microorganismes. On obtient le tryptophane à une échellé semi industrielle par voie microbiologique. Cependant, l'ensemble de la synthèse microbiologique exige beaucoup de main d'oeuvre et présente certains inconvénients, tels que : la difficulté de sélection, de séparation et d'adaptation des microorganismes, le danger de dégénération et de mort de souches, les volumes impor tants de la liqueur culturale et la nécessité de recourir à des amino-acides de blocage. tes procédés chimiques de production du tryptophane peuvent s'avérer plus accessibles.Parmi ces procédés on connaît ceux qui consistent à obtenir le tryptophane par al coylation de l'ester-(tri)-nitroacétique ou acétamide-malonique par la } -indolyltriméthylamine (gramine), un procédé par hétérocyclisation de la phénylhydrazine substituée en N, un procédé d'obtention du tryptophane à partir de l'indole ou de l'indole-anìline par ltintermédiaire de ltester de l'acide -indo- line-ew -nitroacrylique, etc,etc. Cependant un inconvénient majeur de ces procédés chimiques d'obtention du tryptophane tient en premier lieu à la multiplicité des stades du procédé (Jusqu'à 15 stades) et le bas rendement en produit visé On connaît déjà un procédé de synthèse du tryptophane à partir d'une solution acqueuse de l'acide indolylpyruvique par amination à l'ammoniac amorcée par les rayons Ce procédé consiste à irradier par les rayons W une solution acqueuse d'acide indolylpyruvique et d'ammoniac dans un intervalle de températures de -1960C à +500C. Un inconvénient de ce procédé est l'utilisation uniquement, en tant que réactifs de départ, de corps solubles dans l'eau et la mise en oeuvre, comme réactifs, de l'acide indolylpyruvique, qui est un produit difficilement disponible et coûteux et n'est pas fabriqué à l'échelle industrielle. En outre, le choix, en tant que réactif, d'un composé aussi complexe que l'acide indolylpyruvique pour la synthèse amorcée aux rayons $ doit conduire aussi à la formation d'un grand nombre de produits secondaires, à une séparation plus compliquée du produit visé et à une conversion insignifiante du réactif en produit visé. Enfin, le procédé est mis en oeuvre au sein d'une solution désaérée, ce qui complique l'appareillage chimique nécessaire. La présente invention vise à éliminer les inconvénients indiqués. On s'est donc proposé de créer un procédé d'obtention du tryptophane qui permettrait de mettre en oeuvre, dans l'industrie, des matières premières chimiques facilement disponibles, et bon marché, tout en obtenant le produit visé avec un rendement élevé. Ce problème est résolu grâce à un procédé de préparation du tryptophane à partir de dérivés de l'indole sous l'action de rayons ionisants au sein d'une solution, ledit procédé étant caractérisé, selon l'invention, en ce qu'on fait agir les rayons ionisants sur un mélange d'indole, ou de ses dérivés, et d'amino-acides aliphatiques au sein de solvants polaires, dans un intervalle de tem péatures de 200 à 1700C et avec un pH de 4 à 12, la dose de rayonnement absorbée étant de 10 à 60 mégarads.Les dérivés de l'indole qui peuvent etre utilisés sont ; la p -indolyltrimé- thylamine, l'acide p-indolylacétique, le sel potassique de l'acide p -indolylacétique, le ss -indoléaldéhyde, la t-indole- aniline, la -indolyléthylène-amine et d'autres dérivés de l'indole, En tant qu'amino-acides aliphatiques on peut utiliser tous les &alpha;;-amino-acides dans lesquels le nombre d'atomes de carbone est deux ou plus pour les dérivés de l'indole, et ceux dans lesquels il est de trois ou plus pour l'indole, mais l'allongement et la ramification de la chaîne hydrocarbonée dans la molécule de l'amino-acide favorise la formation des produits secondaires sous l'action des rayons ionisants C'est pourquoi on utilise, en tant qutamino-acides aliphatiques, l'acide aminoacétique, l'acide &alpha; -aminopropionique, l'acide ss -hydroxy &alpha;- -aminopropionique, acide ss -thioaminopropionique. On peut également utiliser d'autres amino-acides aliphatiques.Comme solvants polaires on peut utiliser l'eau, l'éthanol, le méthanol, le formamide, le diméthylformamide, des mélanges d'eau et d'éthanol,des mélanges d'eau et de méthanol et d'autres solants polaires, qui permettent de mettre en solution les réactifs de départ et qui sont sables aux rayonnements. Il est recommandé d'employer, entant que solvants, des mélanges de méthanol ou d'éthanol et d'eau dans un rapport de 1:1, le rendement en produit visé augmentant dans ce cas. Comme rayonnement ionisant on peut utiliser un rayonnement mixte émis par ut pile nucléaire ou un rayonnement t-. Il est préférable d'utiliser notamment un rayonnement g de 6000, parce que cela permet d'éviter l'activation du produit visé par des contaminants éventuels et d'organiser une production autonome, indépendamment d'une pile nucléaire. te procédé proposé de préparation du tryptophane peut être appliqué dans un intervalle de températures de 200C à 170 C, mais il est préférable d'effectuer les réactions à une température de 100 C, car on obtient ainsi un rendement maximal en produit visé, égal à 28 mleromoks/cm3, et on élimine des réactions indésirables de cyclisation des amino-acides, qui se déroulent aux températures plus élevées. te procédé de fabrication du tryptophane peut etre mis en oeuvre avec un pH compris dans unintervalle de 4 à 12. Pour créer des milieux acides à pH 7 on. utilise des bases (NaOli). On sait que le tryptophane est dégradé par l'hydrolyse acide ou basique. En outre, les rayonnements ionisants activent l'hydrolyse; c'est ainsi que pour un pH egal a' 3,4 le taux de dégradation du tryptophane est de 57%, tandis que pour un pH égal à 11,6 il est de 60;; en l'absence de rayons ionisants pour un pH égal à 3,4 le taux de dégradation du tryptophane est égal à 7, tandis que pour un pH égal à 11,6 il est de 22. C'est pourquoi il est préférable de mettre en oeuvre le procédé d'obtention du tryptophane avec un pH optimal égal à -6,5-7,5, ce qui correspond à la valeur propre du pH de la solution de départ saturée de Ci02' On sature la solution initiale de G02 avec de l'anhydride carbonique à un état quelconque. C'est ainsi qu'on peut employer C 2 soit à l'état de gaz, soit à l'état de neige carbonique- jusqu'à saturation complète de la solution sous pression atmosphérique et à la température ambiante. Gela permet d'obtenir un rendement plus élevé en produit visé. La dose absorbée de rayons ionisant peut varier de 10 à 60 mégarads, mais on obtient un rendement maximal en tryptophane pour une dose absorbée de 40 mégarads. Une-dose plus faible conduit à une baisse du rendement en produit visé,par suite dela réaction incomplète, tandis qu'une dose supérieure à 60 mégarads entraîne une dégradation du produit visé, ce qui conduit aussi à une diminution du rendement en ce dernier.On peut mettre en oeuvre le procédé proposé de la manière suivante : on -sature. de GO2 à un état quelconque, un mélange placé dans un récipient réactionnel d'une solution alcoolique d'indole ou de ses dérivés et d'une solution aqueuse d'aminoacide aliphatique introduit dans un rapport de 1.:1, On effectue cette saturation jusqu'à .15 solubilité limite de CQ? sous la pression atmosphérique ce qui peut-êlrecontrôlé par anSyse chimique. On règle la valeur du pllde façon qu'elle soit comprise dansun intervalle de 6,5 à 7,5. On ferme ensuite hermétiquement le récipient réactionnel et on soumet le mélange initial à l'action d'un rayonnement ionisant à la température de 1000G. La dose absorbée au cours de cette opération est de 10-60 mégarads. Après l'irradiation on ouvre le récipient et on sépare le tryptophane du mélange réactionnel par des méthodes classiques, notamment par chromatographie sur résines échangeuses de cations. te rendement radiochimique initial en tryptophane est de 1,0 mole/100 eV, et sa concentration maximale dans la solution atteint 28 micromoles/cm3 Ainsi, le procédé proposé d'obtention du tryptophane permet d'utiliser des matières premières chimiques facilement disponibles et d'obtenir un rendement élevé en produit visé. On se trouve donc à même d'industrialiser la production de cet amino-acide indispensable à la vie, avec utilisation du rayonnement d'une source bon marché et largement disponible, c'est-à-dire 60cl. Un avantage du procédé est qu'il se déroule en un stade unique, qu'il permet d'éliminer les phénomènes indésirables d'hydrolyse, tout enessurant un rendement radiochimique élevé.En outre ce procédé permet d'élargir les ressources de matières de départ, d'obtenir une haute sélectivité (40% -au moins des matières premières étant converties en produit), les opérations se déroulant à des températures modérées. Pour une meilleure compréhension de l'invention, plusieurs exemples concrets mais non limitatifs de mise en oeuvre du procédé proposé sont décrits dans ce qui suit. EXEMPtE 1. On place dans une ampoule de quartz vitreux 10 cm d'une solution 0,1 M de t indolyltriméthylamine dans méthanol. On ajoute 10 cm3 d'une solution acqueuse 0,1 M d'acide aminoacétique. On sature le mélange obtenu de gaz carbonique à la température ambiante et sous la presion atmosphérique jusqu'à la solubilité limite du gaz carbonique. te pH du mélange obtenu est compris entre 6,5 à 7,5. On scelle i'ampoule, on la place dans un chateau d'aluminium et l'on irradie avec un rayonnement ionisant mixte dans le canal vertical d'une pile nucléaire à une température de 600. ta dose absorbée est de 67 mégarads. L'intensité de la dose est de (9,0 t 0,3) x 107 rad'/s. On ouvre les ampounes irradiées et on analyse leur contenu pour déterminer la présence des amino-acides par chromatographie ascendante sur papier, par chromatographie sur couche mince, par électrophorèse sur papier avec dosage spectrophotométrique subséquent du tryptophane en présence d'un témoin (les valeurs Rf du tryptophane témoin et du composé obtenu sont Jentiques). La concentration stationnaire en tryptophane de la solution est de 8,1 micromoles/cm . On sépare le tryptophane à partir du mélange réactionnel par chromatographie préparative avec utilisation d'une résine échangeuse de cations. Exemple 2. Dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1, on fait agir les rayons &gamma; sur une ampoule de verre au molybdène à une température de 250. La dose absorbée est égale à 50 mégarads, la concentration maximale du tryptophane dans la solution est 3,9 micromoles/cm . Exemple 3. Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 2, on utilise 10 cm3 d'une solution 0,1 M d'acide ss -indolylacétique dans l'éthanol. La concentration maximale de tryptophane dans la solution est de 2,3 micromoles/cm3. Exemple 4. Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 2, on utilise 10 cm3 d'une solution alcoolique 0,1 M de-sel potassique de l'acide k -indolylacétique, que l'on soumet à l'action du rayonnement &gamma;. La concentration maximale de tryptophane est de 0,69 micromole/cm . Exemple 5. Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 2, on utilise 10 cm3 d'une solution aqueuse 0,1 M d'acide P -hydroxy- O(. &alpha;- - -aminopropionique. La concentration maximale de tryptophane dans la solution est de 0,62 micromole /cm . Exemple 6. QD place dans une ampoule de verre au molybdène 10 cm3 d'une solution 0,1 M d'indole dans méthanol. On ajoute 10 cm3 d'une solution aqueuse 0,1 M de l'acide p -hydroxy- Q(- amino propionique. On scelle l'ampoule et on l'irradie à une température de 250 C au moyen d'une source de rayons X . La dose absorbée est de 40 mégarads. La concentration maximale de tryptophane est égale à 3,2 micromolea/cm3. Exemple 7. Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 6, on sature de C02 le mélange de constituants de départdans une ampoule, jusqu'à ce que son pH soit de 6,5 à 7,5. La concentration maximale de tryptophane est de 17,4 micromoles/cm3. Exemple 8. Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 7, on irradie les réactifs à une température de 100G. La concentration maximale dans la solution de tryptophane est de 28,0 micromoles/ cm3. Exemple 9. Dans les mêmes conditions de l'exemple 7, on irradie les réactifs à une température de 1700G. La concentration maximale de tryptophane est de 3,2 micromoles/cm3. Exemple 10. On place dans-une ampoule dé verre au molybiène-10 cm3 d'une solution 0,1 M d'indole dans méthanol. Onajoute 10 cm3 d'une solution aqueuse 0,1 M de l'acides ou -aminopropionique. On sature la solution de gaz carbonique en réglant le pH entre 6,5 et 7,5, et on irradie par des rayons à une température de.200G. La dose absorbée est de 40 mégarads. La concentration maximale de tryptophane est de 11,6 micromoles/cm3. Exemple 11. Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 10 on ajoute dans l'ampoule une solution-aqueuse 0,5 M d'acide acétique jusqu'à ce que le pH soit égal à 4. La concentration maximale de tryptophane est de 2,9 micromoles/cm3. Exemple 12. Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 10, on introduit dans une ampoule une solution aqueuse 0,5 M de NaOH jusqu'à ce que le pH soit de 12. La concentration maximale de tryptophane est de 2,3 micromoles/cm3. Exemple 13. Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 7, on utilise 10 cm7 d'une solution 0,1 M d'indole dans le méthanol. La concentration maximale de tryptophane est de 14,5 micromoles/cm3. Exemple 14. Dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, on utilise 10 cm d'une solution saturée de ss -indolyltriméthylamine dans l'su. la concentration maximale de tryptophane est de 0,5 micromole /cm3. Exemple 15. Dans les mimes conditions que dans l'exemple 1., on utilise 10 cm3 d'une solution saturée d'acid4aminoacétique dans l'éthanol. La concentration maximale de tryptophane est de 0,5 micromole/cm3. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée autmodes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents tec-hniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V -E N D I C A T I O g S. 1. Procédé d'obtention du tryptophane à partir de dérivés de l'indole sous l'action d'un rayonnement ionisant au sein d'une solution, caractérisé en ce qu'on soumet à l'action du rayonnement ionisant un mélange d'indole ou de ses dérivés avec un aminoacide alip tique dans un milieu de solvants polaires, à une température de 20 à 170 C et avec un pH pouvant aller de 4 à 12, la dose absorbée étant de 10 à 60 mégarads. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractériséen ce qu'on utilise, en tant que dérivés de l'indole, la 13 - indolyltriméthylamine, l'acide P -indolylacétique, le sel potassique de 11 acide t -indolylacétique. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise, en tant qu'aminoacide aliphatiques, l'acide aminoacétique, l'acide -aminopropionique, l'acide ss -hydroxy- d -aminopropionique. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce qu'on utilise, en tant que solvants polaires, l'mu, méthanol, le méthanol, un mélange d'eau et de méthanol ou d'éthanol. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'on utilise un mélange dWau et- d'éthanoldans rapport de 1:1. 6. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu on utilise un mélange dbau et de méthanol dans un rapport de 1 : 1. 7. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 60, caractérisé en ce que pour l'irradiation ionisante on utilise les rayons. 8. Procédé-suivant l'une des revendications 1 à7, caractérisé en ce que la prépara+ion du --ryEtophane 'effec--ue à la température de 100 G. 9. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la préparation du tryptophane s'effectue dans un milieu dont le pH est compris entre 6,5 et 7,5. 10. UnIrocédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'on crée un pH compris entre 6,5 et 7,5 en saturant de dioxyde de carbone, le mélange de départ. 11. Procédé suivant l'une des revendications de 1 à 10, caractérisé en ce que la valeur de la dose absorbée est de 40 mégarads. 12. le .ry ophane, utile notamment en tant qu'aminoacide apte à équilibrer la valeur nutritive des aliments de l'homme et des animaux et à la protection contre les rayonnements, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 11.