Brevet FR2536391A1 — publié le 19840525

Nouveaux sels de carnitinenitrile ainsi que leur procédé de préparation. La présente invention se rapporte, d'une manière générales à des sels de carnitinenitrile, comme intermédiaires de synthèse, ainsi qu'â leur procédé de préparation. En particulier, l'invention se rapporte à de nouveaux intermédiaires de synthèse pour la préparation de la D-, de la L- ou de la DL-carnitine ainsi que de leurs sels, ces intermédiaires étant les oxalates acides de D-, de L- et de DL-carnitinenitrile et les perchlorates de D-, de L- et de DLcarnitinenitrile. L'invention concerne, en supplément, un procédé pour la résolution du chlorure de DL-carnitinenitrile, de l'oxalate acide de DL-carnitinenitrile et du perchlorate de DL-carnitinenitrile en leurs énantiomères D et L respectifs. On sait que la DL-carnitine et ses sels par exemple le chlorure de DL-carnitine possèdent des propriétés pharmacologiques et thérapeutiques parti- culièrement intéressantes. Toutefois, ces propriétés peuvent être attribuées presqutexclusivement à l'énantiomère L qui est d'ailleurs la forme naturelle de la carnitine (vitamine Bt). La production de l'énantiomère L de la carnitine à partir de sources naturelles par exemple par extraction et purification n'est pas facile à réaliser car de telles méthodes présentent de nombreux inconvénients techniques. De même, les méthodes de synthèse conventionnelles fournissent la carnitine sous forme de racémique nécessitant l'isolation de l'énantiomère L de son antipode D moins actif. Parmi les diverses méthodes qui permettent la séparation des énantiomères D et L à partir de leur mélange DL (racémique), la cristallisation préférentielle alternée de chaque isomère D et L au sein d'une solution sursaturée du racémique est certainement l'une de celles qui se pretent le mieux à des exigences industrielles. Elle ne met pas en oeuvre de substances optiquement actives auxiliaires, souvent coûteuses, et permet l'obtention de quantités importantes d'énantiomères avec un rendement élevé. La mise en application de ce principe exige cependant que le racémique utilisé cristallise sous la forme d'un conglomérat de cristaux d'énantiomère D et d'énantiomère L, circonstance dont on connaît la rareté. En règle générale, les substances racémiques cristallisent sous la forme de composés d'addition cristallins ou racémiques vrais, dans lesquels les isomères D et L sont associés en quantités égales, ce qui rend impossible leur séparation par cristallisation directe. De fait, la DL-carnitine elle-même et ses sels les plus usuels par exemple le chlorure, le fumarate acide ou oxalate acide, existent sous forme de racémiques vrais et ne peuvent donc pas être dédoublés par cristallisation directe. On a donc recherché, dans le cadre de la présente invention, la possibilité d'appliquer à des précurseurs synthétiques potentiels de la DL-carnitine, un procédé de dédoublement des énantiomères D et L de ces précurseurs par cristallisation préférentielle alternée à partir d'une solution sursaturée du mélange racémique et ce, en vue de préparer, au départ des énantiomères séparés D et L de ces précurseurs la D-carnitine, la L-carnitine ou les sels de ces isomères. Il était donc primordial dès le départ, de rechercher des précurseurs de synthèse de la D- ou de la L-carnitine pouvant exister sous forme de conglomérats de cristaux D et L. Parmi les précurseurs potentiels pour préparer la D- et la L-carnitine, on peut citer respectivement le chlorure de D-carnitinenitrile et le chlorure de L-carnitinenitrile. Ces énantiomères peuvent être obtenus notamment par dédoublement du chlorure de DL-carnitinenitrile. Le chlorure de DL-carnitinenitrile est un conglomérat, comme le mentionne le brevet français No. 6903177 (publication No. : 2001745) qui décrit en outre un procédé de dédoublement des énantiomères de ce nitrile par cristallisation préférentielle alternée au départ d'une solution sursaturée du racémique. Cependant, la séparation dans ce cas est peu efficace. Cet échec peut être attribué au fait que le chlorure de DL-carnitinenitrile, bien qu'étant un conglomérat, donne lieu dans les conditions décrites dans le brevet mentionné ci-dessus à un phénomère de maclage ou de syncristallisation partielle qui complique la bonne marche de la séparation en fournissant des énantiomères de pureté optique médiocre. Or, on a maintenant découvert, en accord avec la présente invention, que l'oxalate acide de DL-carnitinenitrile d'une part, et le perchlorate de DL-carnitinenitrile d'autre part, existent sous la forme de conglomérats permettant la séparation de leurs énantiomères respectifs. par cristallisations préférentielles alternées au départ de solutions sursaturées de ces racémiques. L'oxalate acide et le perchlorate de DL-carnitinenitrile utilisés dans un tel procédé de dédoublement ne présentent aucune des complications présentées par le chlorure de DL-carnitinenitrile, et permettent d'obtenir des séparations très efficaces de leurs énantiomères dans des solvants tels que l'eau ou les alcools aqueux. En outre, on a trouvé que le chlorure de DL-carnitinenitrile peut être séparé par cristallisations préférentielles alternées en utilisant des.conditions opératoires différentes de celles décrites dans le brevet français. susmen- tionné qui permettent de limiter les difficultés inhérentes au procédé y décrit, conditions opératoires qui consistent essentiellement à effectuer les cristallisations successives dans le méthoxyéthanol à 70%. L'oxalate acide de DL-carnitinenitrile et le perchlorate de DL-carnitinenitrile peuvent être préparés à partir du chlorure de DL-carnitinenitrile par passage sur une résine échangeuse d'ions de forme 011 pour donner l'hydroxyde de DL-carnitinenitrile que l'on traite par une quantité requise d'acide oxalique ou d'acide perchlorique. Le dédoublement des énantiomères de l'oxalate acide de DL-carnitinenitrile et du perchlorate de DL-carnitinenitrile de même que ceux du chlorure de DL-carnitinenitrile s'effectue, par la suite, selon l'invention suivant une série de cristallisations préférentielles alternées lesquelles consistent à partir d'une solution sursaturée du racémique cité ci-dessus, à maintenir dans la solution sursaturée un léger excès de l'énantiomère à cristalliser soit par ajout d'un excès de cet énantiomère dans la solution sursaturée de départ soit après ajout de racémique aux eaux-mères de la cristallisation précédente, à provoquer par amorçage au moyen de germes la cristallisation de l'énantiomère prédominant et a récupérer l'énantiomère cristallisé. La durée de cristallisation est fixée, lors de la première cristallisation, par le choix de paramètres appropriés (degré de sursaturation, vitesse d'agitation de la solution), de façon à limiter le poids des cristaux de l'énantiomère formé au double de la quantité initialement en excès. Après séparation des cristaux ainsi produits, on ajoute aux eaux-mères contenant maintenant un excès de l'antipode de l'énantiomère cristallisé, une quantité de racémique égale au poids de l'énantiomère initialement recueilli et on amorce au moyen de germes de l'antipode à cristalliser de façon à reconstituer un système symétrique au premier, à partir duquel on cristallisera l'antipode en question. Les cycles de cristallisations alternées peuvent être répétés un assez grand nombre de fois, par exemple 10 à 15 fois, dans la mesure où le racémique ajouté à chaque opération possède une pureté chimique convenable. Le procédé ainsi décrit pour la séparation des énantiomères de l'oxalate acide ou du perchlorate de DL-carnitinenitrile peu-t être mis en oeuvre dans l'eau ou dans des solvants aqueux tels que les alcools aqueux ayant de 1 à 3 atomes de carbone par exemple le méthanol, l'éthanol, le n-propanol ou l'isopropanol et en particulier le méthoxyéthanol aqueux à 70% (nD30 = = 1,3888). Dans le cas particulier du chlorure de DL-carnitinenitrile, on utilisera le méthoxyéthanol aqueux à 70%. Les solubilités des énantiomères d'oxalate acide de carnitinenitrile, du perchlorate de carnitinenitrile ainsi que des racémiques correspondants dans certains solvants et à diverses températures sont indiquées dans les Tableaux I et II suivants : Tableau I Solubilité des oxalates acides de L (ou D)-carnitinenitrile et de DLcarnitinenitrile (en g/100 g de solution). Méthoxyéthanol à 70 % Eau T ( C) L ou D DL L ou D DL 5 9,7 16,8 : 10 : 11,7 : 20,2 : 52,6 : 62,1 15 13,9 23,7 55,2 64,4 : 20 : 16,4 : 27,4 : 57,5 : 66,6 : 25 19,0 31,3 . 59,8 68,7 30 : 22,0 : 35,8 : 62,2 : 71,0 Tableau II Solubilité des perchlorates de L (ou D)-carnitinenitrile et de DL-carnitinenitrile (en g/100 g de solution) Eau T ( C) L ou D DL 0 3,5 6,2 10 5,6 10,2 15 7,2 14,1 20 9,2 20,0 25 11,9 29,2 30 15,8 43,5 La solution sursaturée de racémique utilisée initialement pour la cristallisation sera obtenue par refroidissement à température ambiante d'une solution elle-même sursaturée en racémique et contenant un léger excès d'un des énantiomères, par exemple de 1 à 5% èn poids par rapport au racémique de départ.Cette dernière solution sera préparée à une température de l'ordre de 50 à 600C et la quantité de germes ajoutés pour l'amorçage des cristallisations sera par exemple de 0,05 à 0,1% en poids par rapport au racémique. L'énantiomère utilisé comme apport initial ainsi que les germes des énantiomères destinés à l'amorçage des cristallisations peuvent être obtenus par triage mécanique des cristaux D et L au départ du racémique correspondant. Quant à la phase de cristallisation, celle-ci sera poursuivie à une température de l'ordre de -10 à 300C par exemple à la température ambiante tout en agitant convenablement la solution sursaturée de racémique par exemple à 140 à 150 tours/min. Les énantiomères D et L optiquement actifs de chlorure ou de perchlorate ou d'oxalate acide de carnitinenitrile ainsi obtenus à l'état pur peuvent être utilisés, par la suite, pour la préparation de D- ou de L- ou de DL-carnitine ainsi que de leurs sels. Ainsi, on prépare les sels de D- ou L- ou de DL-carnitine au départ des perchlorates de D-, de L- ou de DL-carnitinenitrile ou des oxalates de D-, de L- ou de DL-carnitinenitrile par hydrolyse au reflux en présence d'un acide fort par exemple l'acide chlorhydrique et le sel ainsi obtenu est traité par une résine échangeuse d'ions de type OH pour donner la D-, la L- ou la DL-carnitine base. La base obtenue est alors mise en réaction avec la quantité appropriée d'acide pour donner les sels de D-, de L- ou de DL-carnitine. Les Exemples non limitatifs suivants illustrent l'invention EXEMPLE 1 Préparation de l'oxalate acide de DL-carnitinenitrile On élue en 5 fois sur une colonne contenant 1 kg de résine Amberlite IRA 400 (ou équivalent) sous forme OH, 305 g de chlorure de DI-carnitineni- trile en solution dans 200 g d'eau et ce, pour donner une solution d'hydroxyde de DL-carnitinenitrile. Celle-ci est dosée et traitée par la quantité nécessaire d'acide oxalique puis évaporée à sec pour donner 380 g de sel brut. La recristallisation dans 850 ml de méthoxyéthanol donne 316 g (80%) d'oxalate acide de DL-carnitinenitrile pur. P.F. : 1190C Analyse C9H10O5N2 Calculé : C 46,55 H 6,94 Trouvé : C 46,7 H 6,9 En opérant de la même manière mais à partir de 3 g de chlorure de Dcarnitine nitrile, on obtient 3,1 g d'oxalate acide de D-carnitinenitrile P.F. 145 C. [&alpha;]D30 = +20,3 (eau, C=1) Analyse C9H16O5N2 Calculé : C 46,55 H 6,94 Trouvé : C 46,5 H 7,0 Les spectres IR en suspension dans le Nujol # (paraffine liquide) des oxalates acides des DL- et D-carnitinenitriles sont superposables. En utilisant un procédé similaire, on a préparé l'oxalate acide de Lcarnitinenitrile. P.F. 145 C [&alpha;]D30 = -20,3 (eau, C=1) Analyse : C9H1605N2 Calculé : C 46,55 H 6,94 Trouvé : C 46,6 H 6,9 EXEMPLE 2 Préparation du perchlorate de DL-carnitinenitrile On prépare une solution d'hydroxyde de DL-carnitinenitrile, comme décrit à l'Exemple 1, à partir de 27,7 g de chlorure de DL-carnitinenitrile et on neutralise par la quantité requise d'acide perchlorique pour donner, après recristallisation dans le méthanol, 30 g (80%) de perchlorate- de DL-carnitinenitrile. P.F. 131 C Analyse : C7H15ClN2O5 Calculé : C 34,65 H 6,23 Trouvé : C 34,6 H 6,3 En opérant de la même manière, à partir du chlorure de L-carnitinenitrile, on obtient le perchlorate de L-carnitinenitrile. P.F. : 1710C [&alpha;]D30 = -19,2 (eau, C=1) Les spectres IR en suspension dans le Nujol des perchlorates de DL- et Lcarnitinenitrile sont identiques. En utilisant un procédé similaire, on a préparé le perchlorate de D-carnitinenitrile. P.F. : 1710C [&alpha;]D30 = +19,30 (eau, C=1) Analyse : C7H15ClN2O5 Calculé : C 34,65 H 6,23 Trouvé : C 34,6 H 6,3 EXEMPLE 3 Dédoublement de l'oxalate acide de DL-carnitinenitrile On opère à partir d'une solution préparée à 500C contenant 58 g d'oxalate acide de DL-carnitinenitrile, 1,91 g d'oxalate acide de D-carnitinenitrile et de 130,8 g de méthoxyéthanol à 70%. La solution est refroidie à 200C et agitée à 140 t/min. On amorce la cristallisation par ajout de 0,060 g de germes d'énantiomère D tamisés (granulométrie On effectue alors 9 nouveaux cycles basés sur celui décrit précédemment mais en alternant à chaque cycle la cristallisation préférentielle d'un des énantiomères. Ces 10 cycles au total sont résumés ci-après N cycle :Composition de la : Temps de cristal- : Poids (en g) des : : solution sursaturée : lisation (min) : cristaux d'énan tiomère D ou L 1 58,0 g de racémique 90 4,0 (D) 1,91 g de D 130,8 g de solvant : 2 : eaux-mères précéden-: 80 : 4,1 (L) : : tes + 4,5 g de : : racémique 3 3 : eaux-mères précéden- 80 319 (D) tes + 4,1 g de racémique 4 eaux-mères précéden- 80 3,9 (L) : : tes + 3,9 g de : : racémique 5 : eaux-mères précéden- 90 4,2 (D) tes + 12,8 g de racé mique + 19,6 g de solvant : 6 : eaux-mères précéden-: 80 : 4,4 (L) : : tes + 4,12 g de : : racémique : 7 : eaux-mères précéden- 80 4,2 (D) : tes + 4,4 g de : racémique : 8 : eaux-mères précéden-: 80 : 4,3 (L) : : tes + 4,2 g de racémique 9 eaux-mères précéden- 90 4,5 (D) tes + 8,5 g de racémique + 9,9 g de solvant 10 eaux-mères précéden- 80 4,2 (L) : : tes + 4,5 g de : : racémique On récolte par conséquent à chaque cycle 4 à 4,5 g d'énantiomère D ou L ayant une pureté optique de 97-98%. Le bilan des 10 opérations est le suivant Investissement 109 g de racémique 2,2 g d'énantiomère D (apport initial + germes) 0,3 g d'énantiomère L (germes) Récolte 20,8 g d'énantiomère D [&alpha;]D30 = +20,0 (eau, C=1) pureté optique 97-98% 20,9 g d'énantiomère L [&alpha;]D30 = -20,1 (eau, C=1) pureté optique 97-98% 51,3 g de racémique récupéré. EXEMPLE 4 Dédoublement de l'oxalate acide de DL-carnitinenitrile On opère à partir d'une solution préparée à 600C contenant 207 g d'oxalate acide de DL-carnitinenitrile, 6,3 g d'oxalate acide de L-carnitinenitrile et de 86,7 g d'eau. On refroidit la solution à 200C, agite à 140 t/min. et amorce la cristallisation avec 0,150 g de germes d'énantiomère L tamisés (granulométrie Ces 6 cycles au total sont résumés ci-après N cycle Composition de la Temps de Poids (en g) Pureté opti solution sursaturée cristal- des cristaux que des lisation d'énantiomère cristaux (min) D ou L (%) 1 207 g de racémique 20 23,4 (L) 89 6,3 g de L 86,7 g d'eau 2 eaux-mères précéden- 45 24,4 (D) 93 : : tes + 24,4 g de : : : racémique + 26,4 g : : : d'eau : 3 eaux-mères précéden- 35 21,0 (L) 90 tes + 24,4 g de racémique 4 eaux-mères précéden- 35 22,5 (D) 88 tes + 32,6 g de racémique + 4,4 g . d'eau : 5 : eaux-mères précéden- : 35 : 22,2 (L) : 89 : : tes + 28,6 g de : : racémique + 2,5 g : : : d'eau 6 eaux-mères précéden- 40 19,1 (D) 95 tes + 28,0 g de racémique + 1,7 g d'eau On récolte ainsi à chaque cycle 19 à 25 g d'énantiomère D ou L ayant une pureté optique de 88 à 95%. Le bilan des 6 opérations est le suivant Investissement 335 g de mélange DL 6,75 g d'énantiomère L (apport initial + germes) 0,45 g d'énantiomère D (germes) Récolte 66,6 g d'énantiomère I pureté optique : 89% 66,o g d'énantiomère D pureté optique : 92% 195,1 g de racémique récupéré Après recristallisation des énantiomères ainsi obtenus on récolte : 55,3 g d'énantiomère L pureté optique : 99% et 56,5 g d'énantiomère D pureté optique : 98% EXEMPLE 5 Dédoublement du perchlorate de DL-carnitinenitrile On dissout à 600C, 32,85 g de perchlorate de DL-carnitinenitrile et 0,89 g de perchlorate de D-carnitinenitrile dans 106,3 g d'eau. On refroidit la solution à 200C et on l'agite à 150 t/min. On amorce la cristallisation avec 0,020 g de germes de perchlorate de D-carnitinenitrile (granulométrie On ajoute aux eaux-mères à 60 C, 2,2 g de racémique puis on opère comme ci-dessus en amorçant avec 0,020 g de germes d'énantiomère L. La cristallisation qui survient fournit 1,8 g d'énantiomère L (pureté optique : 91%). On effectue alors 4 nouveaux cycles en alternant comme précédemment, la cristallisation préférentielle d'un des énantiomères. Les 3 premiers cycles sont résumés ci-après N cycle Composition de la Temps de Poids (en g) Pureté opti solution sursaturée cristal- des cristaux que des lisation d'énantiomère cristaux (%) (min) D ou L 1 : 32,85 g de racémique 17 : 2,2 CD) 83 0,89 g de D 106,3 g d'eau : 2 : eaux-mères précéden- : 15 : 1,8 (L) : 91 : : tes + 2,2 g de : : : racémique 3 eaux-mères précéden- 17 1,5 (D) 81 tes + 1,8 g de mélange DL Le bilan de 6 opérations successives est indiqué ci-dessous : Investissement 41,7 g de racémique 0,95 g d'énantiomère D (apport initial + germes) 0,06 g d'énantiomère L (germes) Récolte 5,35 g d'énantiomère D pureté optique : 81% 5,25 g d'énantiomère L pureté optique : 79% eaux-mères racémiques Après recristallisation des énantiomères ainsi obtenus on récolte 3,8 g d'énantiomère D pureté optique 98% [&alpha;]D30 = +18,8 (eau, C=1) et 3,7 g d'énantiomère L pureté optique : 98% [&alpha;]D30 = -18,8 (eau, C=1) EXEMPLE 6 Dédoublement du chlorure de DL-carnitine On opère dans le mélange méthoxyéthanol/eau 70:30, à 200C, conditions pour lesquelles la solubilité du racémique est de 30,5 g %(=g de soluté pour 100 g de solution). On dissout à 600C, 193,8 g de racémique et 3,0 g d'énantiomère L dans 403,2 g de solvant et on maintient la solution à cette température pendant 15 min. pour éliminer les germes cristallins. On refroidit la solution rapidement à 200C sous agitation mécanique. La vitesse d'agitation étant fixée à 150 t/min., on amorce la cristallisation en introduisant 0,120 g de germes d'énantiomères L pur, finement pulvérisés (granulométrie Rendement en énantiomère pur : 7,15 g Pureté optique : 50% Les eaux-mères sont réajustées approximativement aux conditions initiales, par addition de racémique et la cristallisation alternative de chaque énantiomère est réalisée de la même manière que ci-dessus. Au total 14 cristallisations successives ont été réalisées. Les 7 premiers cycles sont résumés ci-après : N cycle Composition de la : Temps de Poids (en g) Pureté opti solution sursaturée cristal- des cristaux que des lisation d'énantiomère cristaux (min) D ou L (%) 1 193,8 g de racémique 15 14,3 (L) 50 3,0 g de L 403,2 g de solvant : 2 : eaux-mères précéden- : 14 : 16,5 (D) 52 tes + 14,3 g de racémique 3 eaux-mères précéden- 16,5 17,7 (L) 51 tes + 15,5 g de racémique 4 eaux-mères précéden- 13 18,0 (D) 50 tes + 16,3 g de : : racémique : 5 : eaux-mères précéden- : 12 : 17,9- (L) : 49 : : tes + 17,0 g de racémique 6 eaux-mères précéden- 13 18,8 (D) 49 tes + 16,7 g de racémique 7 : eaux-mères précéden- : 13 : 18,6 (L) : 46 : : tes + 17,4 g de : : racémique Le bilan des 14 opérations s'établit comme suit 117,4 g d'énantiomère L, pureté optique 50% et 106,4 g d'énantiomère D, pureté optique 50%. Après deux recristallisations dans le méthanol, on obtient les énantiomères purs à savoir 57,4 g d'énantiomère L [&alpha;]D25 = -26,0 (eau, C=1) et 51,8 g d'énantiomère D [&alpha;]D25 = +26,0 (eau, C=1,3) Revendications 1. Procédé de résolution de l'oxalate acide de DI-carnitinenitrile et du perchlorate de DL-calnnitinenitrile en leurs énantiomères D et L carac térisé en ce que, à partir d'une solution aqueuse ou aqueuse alcoolique sursaturée d'oxalate acide ou de perchlorate de DL-carnitinenitrile, on effectue une série de cristallisations préférentielles alternées les quelles consistent à maintenir dans la solution sursaturée un léger excès de lténantiomère à cristalliser soit par ajout d'un excès de cet énantiomère dans la solution sursaturée de départ soit après ajout d'oxalate acide ou de perchlorate de DL-carnitinenitrile aux eaux-mères de la cristallisation précédente, à amorcer la cristallisation de l'énan tiomère par addition de germes et à récupérer l'énantiomère cristallisé. 2. Procédé de résolution du chlorure de DL-carnitinenitrile en ses énan tiomères D et L caractérisé en ce que, à partir d'une solution sursa turée de chlorure de DL-carnitinenitrile dans le méthoxyéthanol aqueux à 70%, on effectue une série de cristallisations préférentielles alter nées lesquelles consistent à maintenir dans la solution sursaturée un léger excès de l'énantiomère à cristalliser soit par ajout d'un excès de cet énantiomère dans la solution sursaturée de départ soit après ajout de chlorure de DI-carnitinenitrile aux eaux-mères de la cristal lisation précédente, à amorcer la cristallisation de l'énantiomère pré dominant par addition de germes et à récupérer l'énantiomère cristallisé. 3. Procédé selon la Revendication 1 caractérisé én ce que la solution aqueuse alcoolique est une solution aqueuse de méthoxyéthanol à 70%. 4. Procédé selon l'une des Revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la cristallisation s'effectue à une température comprise entre 10 et 300C. 5. Oxalate acide de DL-carnitinenitrile. 6. Oxalate acide de D-carnitinenitrile. 7. Oxalate acide de L-carnitinenitrile. 8. Perchlorate de DL-carnitinenitrile. 9. Perchlorate de D-carnitinenitrile. 10. Perchlorate de L-carnitinenitrile.