Brevet FR2671087A1 — publié le 19920703

La présente invention concerne de nouveaux dérivés de cyclodextrines utilisables pour la séparation et l'adsorption de divers composés, tels que des isomères, des stéréoisomères et des énantiomères, ainsi que leur application à la réalisation de supports pour colonnes de chromatographie. De nombreuses techniques de séparations de composés à partir de mélanges ont été développées, et, par exemple, l'utilisation de cyclodextrines fixées sur des supports minéraux a été proposée pour la réalisation de colonnes chromatographiques. Les cyclodextrines sont des oligomères cycliques constitués d'unités glucose dont l'enchaînement forme un cylindre légèrement conique ouvert aux deux extrémités. Une des propriétés les plus intéressantes de ces molécules est leur aptitude à former des complexes d'inclusion avec de nombreux composés organiques ou ioniques. Ces ensembles supramoléculaires sont constitués de deux ou plusieurs molécules, où la molécule hôte, la cyclodextrine (CD), inclut tout ou partie de la molécule invitée sans intervention de liaisons covalentes. La forme de la molécule hôte et la présence de carbones asymétriques engendrent des différences de stabilité des complexes formés entre les différents régioisomères ou énantiomères d'une même molécule. Ces propriétés peuvent être mises à profit par l'immobilisation de cyclodextrine sur des supports pour obtenir - des matériaux pour la séparation, - des adsorbants de matières indésirables ou à haute valeur ajoutée, - ou encore des réservoirs de principes actifs de médicaments en vue d'une libération contrôlée dans l'organisme. Ceci a été fait dans le passé soit par greffage chimique de cyclodextrine sur des particules de silice, soit par polycondensation des groupements hydroxyle de la cyclodextrine avec des composés difonctionnels tels que l'épichlorhydrine ou des diisocyanates. La première méthode permet d'obtenir des supports rigides qui sont employés pour la séparation chromatographique d'isomères et commercialisés sous la marque "Cyclobond". La seconde méthode conduit à des supports "mous" qui sont prin cipalement utilisés pour leur pouvoir adsorbant en vue d'une extraction ou d'une libération contrôlée. Ainsi, Armstrong et al., Science, vol.232, p.1132-1135 (1986), décrivent la formation de complexes d'inclusion de ss- cyclodextrine avec divers principes actifs de médicaments comportant au moins un noyau aromatique, pour séparer des énantiomères tels que le d- et le l-propranolol, et des diastéréoisomères tels que la quinine et la quinidine. Cependant, Armstrong et al. constatent que cette technique ne procure de résultats satisfaisants qu'avec des isomères spécifiques, tandis que certains isomères, tels que la d- et la l-warfarine, ne peuvent pas être séparés. Le brevet US-A-4.539.399 (Armstrong) décrit un support chromatographique comportant une cyclodextrine fixée à un gel de silice par l'intermédiaire d'une liaison silane spécifique, permettant la séparation d'isomères aromatiques tels que les o-, m- et p- anilines et les a- et P-naphtols. Des dérivés de cyclodextrines à propriétés cationiques comportant des substituants éther ou amino-éther sont décrits dans le brevet US-A-3.453.257. Ces dérivés sont utiles comme liants dans la fabrication du papier, ou comme floculants et agents tensio-actifs. Des polymères hydrosolubles de cyclodextrines substitués par des groupes ioniques, utilisables dans la fabrication de comprimés, sont décrits dans les brevets européens EP-A-119.453 et EP-A-119.420. La présente invention a pour objet de nouveaux dérivés de cyclodextrine, et plus particulièrement des polymères solubles cyclodextrine-épichlorhydrine présentant d'excellentes propriétés de séparation et d'extraction. L'invention a également pour objet un procédé pour la préparation des nouveaux polymères cyclodextrine-épichlorhydrine ainsi que leur application pour la séparation ou l'adsorption de diverses substances, notamment la séparation chromatographique d'isomères. Les dérivés suivant l'invention sont des polymères solubles cyclodextrine-êpichlorhydrine (CD-EP) portant des sites azotés. L'association de ces polymères avec des silices poreuses est réalisée par l'intermédiaire de liaisons non covalentes pour obtenir des matériaux rigides capables de fixer réversiblement des composés organiques. Ces nouveaux matériaux sont utilisables pour toutes les applications de séparation, adsorption et libération contrôlée de substances, énoncées cidessus. Les dérivés conformes à la présente invention peuvent être préparés en deux étapes. Un polycondensat soluble cyclodextrine - épichlorhydrine (CD-EP) est tout d'abord synthétisé par une méthode connue. La seconde étape consiste en une fonctionnalisation de ce polymère à l'aide d'un composé époxyammonium. Le polymère fonctionnalisé ainsi obtenu peut ensuite être adsorbé sur un support poreux, par exemple des particules de silice poreuse, afin de préparer le support pour la séparation et l'adsorption de substances conforme à la présente invention. Dans une étape supplémentaire optionnelle, on peut effectuer si nécessaire une stabilisation du polymère à la surface de la silice par réticulation, suivant les techniques classiques au moyen des réticulants habituels. Cependant cette dernière étape ne s'avère pas indispensable dans beaucoup de cas. Pour la première étape, on peut par exemple préparer le polycondensat CD-EP en faisant réagir une épichlorhydrine sur une cyclodextrine en milieu basique à une température d'environ 40-60 C sous agitation. Le rapport en poids de la cyclodextrine à l'épichlorhydrine peut être compris entre 1:1 et 1:30 environ, et de préférence entre 1:3 et 1:10. Au-delà, on observe une prise en gel rapide du milieu réactionnel. Dans la deuxième étape, le polycondensat CD-EP est modifié chimiquement de manière à introduire un groupement ammonium permettant l'adsorption sur un support poreux tel que des particules de silice.La réaction s'effectue de préférence par addition d'un sel d'époxy-ammonium (par exemple un sel d'époxy-alkylammonium tel qu'un halogénure de 2,3-époxypropyltriméthylammonium) sur le polycondensat CD-EP en solution basique de manière à obtenir un polymère ammonium présentant un taux d'azote compris entre 0,1 et 5%, et de préférence entre 0,2 et 2%. L'adsorption sur le support poreux constituant la 3ème étape, peut s'effectuer en immergeant le support dans une solution du polymère ammonium obtenu dans la 2ème étape. Cette méthode, rendue possible par la structure du polymère, présente l'avantage de fixer le polymère sur le support, sans liaison covalente. Les cyclodextrines utilisées dans l'invention peuvent être choisies parmi les a-, ss- ou #-cyclodextrines, mais on utilise de préférence la ss-cyclodextrine. Le support poreux sur lequel est fixé le polymère ammonium (polycondensat modifié dans la deuxième étape), peut être un oxyde minéral tel que l'alumine, la silice, l'oxyde de titane ou l'oxyde de zirconium. On utilise de préférence une silice dont la granulométrie est comprise entre 1 ym et 1 mm et la porosité entre 2 et 500 nm, selon l'utilisation envisagée. Parmi les nombreuses applications envisageables des nouveaux matériaux de l'invention, on peut citer plus particulièrement celles découlant des propriétés de séparation (chromatographie) et d'extraction (adsorbants). Les supports chromatographiques obtenus conformément à l'invention permettent de séparer aussi bien des isomères de position tels que les dérivés ortho, méta, para, que des isomères optiques. Cette dernière propriété est particulièrement intéressante. De nombreuses séparations d'isomères optiques de principes actifs pharmaceutiques peuvent être effectuées ainsi que ceux de dérivés dansyl d'acides aminés. Ces supports ont des propriétés de séparation différentes des colonnes "Cyclobond" du commerce. En particulier, les composés de la famille de la warfarine ( [ 3-(a-acétonylbenzyl) 4-hydroxy ] coumarine), un anticoagulant connu, peuvent être séparés avec ces supports alors qu'ils ne le sont pas avec les supports existants. L'étude sur les capacités d'adsorption des matériaux suivant l'invention a fait apparaître d'excellentes propriétés permettant de les utiliser comme adsorbants de diverses substances. Par ailleurs, il est à noter que le procédé de fabrication suivant l'invention est plus économique et surtout plus facile à mettre en oeuvre que les méthodes usuelles de la technique. Les caractéristiques et avantages de l'invention sont décrits plus en détails dans les exemples non limitatifs suivants EXEMPLE 1 Polycondensats solubles cvclodextrine-é#ichlorhvdrine 10 g de ss-cyclodextrine (8,82 10-3 moles) sont dissous dans 16 cm3 d'une solution à 50% en poids de NaOH contenant 10 mg de NaBH4. 6,9 cm3 d'épichlorhydrine (8,82 10-2 moles) sont ajoutés à la solution précédente. Le mélange est alors chauffé à 50 C pendant 40 min. sous agitation vigoureuse. Après refroidissement une extraction à l'acétone est réalisée pour éliminer les sous-produits de l'épichlorhydrine. La phase aqueuse est ensuite neutralisée par HC1 6N puis ultrafiltrée sur membrane de seuil de coupure 1000 pour éliminer le sel formé. Le rétentat est reprécipité dans l'acétone.Le produit est récupéré sous forme de poudre blanche. Plusieurs échantillons ont été préparés en utilisant des rapports CD:EP allant 1:3 à 1:10. Les données caractéristiques relatives à la synthèse sont rassemblées dans le tableau 1. TABLEAU 1 Synthèse des polycondensats solubles CD-EP Echantillon CD:EP | Rdt (t) 1% poids CDa masse molé cuîaireb 1 1: 3 58 88 | 4 500 2 6 60 77 5 300 3 1:10 78 63 5 700 a. Pourcentage en poids de p-cyclodextrine dans le polymère b.Masses moléculaires déterminées par chromatographie d'exclu sion par la taille (en équivalent dextrane) EXEMPLE 2 Polymères ammonium Le protocole utilisé est le suivant 10 g de polymère (échantillon 3 de l'exemple 1) sont dissous dans 20 cm3 d'une solution de soude à 0,33 mol/l. On ajoute alors 15 cm3 d'une solution aqueuse de chlorure de 2,3époxypropyltriméthylammonium à 0,44 mol/l. Le mélange est laissé à réagir environ 10 h à 50 C. La solution est ensuite neutralisée, ultrafiltrée sur membrane de seuil de coupure 1000 et le produit résultant précipité dans l'acétone. Le polymère résultant possède un taux d'azote de 0,65%. Plusieurs échantillons possédant des taux d'azote différents ont été préparés en utilisant d'autres rapports de réactifs CD:OH~:2,3-époxypropyltriméthylammonium (EA). Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 2 ci-après. TABLEAU 2 Synthèse des polymères ammonium Echantillon CD:EPa CD:OH#:EA N (%) 4 1: 3 1: 1: 0,5 0,39 5 1: 6 1: 1: 0,5 0,43 6 1: 6 1: 1: 1 0,50 7 1: 6 1: 3: 3 0,98 8 1:10 1: 1: 0,5 0,34 9 1:10 1: 1: 1 0,65 10 1:10 1: 3: 3 1,08 a. rapport CD:EP du mélange de comonomères EXEMPLE 3 Adsorption L'association polymère de cyclodextrine - particules de silice se fait par adsorption physique, c'est-à-dire sans création de liens covalents.Pour cela, des particules de silice sont mises en suspension dans une solution de polymère (généralement de 1 à 10%) pendant des temps variant de 1 à 24 h. Après filtration et lavage, le produit fini est séché pour stockage avant utilisation. Les capacités obtenues sont comprises entre 0,1 et 0,60 moles de cavité cyclodextrine par m2 (soit environ 0,15 à 1 mg de polymère par m2). EXEMPLE 4 Les propriétés adsorbantes des matériaux obtenus comme indiqué dans l'exemple 3, sont testées vis à vis de divers composés lipophiles tels que des colorants et des substances naturelles (Tableau 3). TABLEAU 3 Exemples de capacités d'adsorption Capacité CD Phénolphtaîéine Méthyl Caféine orange mol/m 0,139 0,80 0,104 0,016 Ces résultats montrent que les nouveaux matériaux selon l'invention présentent d'excellentes propriétés d'adsorption vis-à-vis de composés lipophiles. EXEMPLE 5 Séparation chromatographique d'énantiomères On utilise un polymère ammonium fixé sur particules de silice (Lichrosphère Si100 Merck 5ym), préparé comme indiqué dans l'exemple 3, pour constituer une colonne chromatographique (hauteur 10 cm ; diamètre intérieur 4 mm). On effectue des séparations en injectant sur cette colonne 50 p1 de solutions 10-6M de chacune des substances A à D cidessous, en utilisant comme phase mobile un mélange méthanol / tampon phosphate 0,1 M à pH 4 (20/80 vol.). Les substances A à D sont des dérivés de l'hydroxy-4 coumarine connus pour leurs propriétés anticoagulantes, représentés par la formule générale ci-après, se présentant sous forme d'un mélange d'énantiomères A : warfarine R = -CH(CsHs)-CH2COCH3 B : acenocoumarine R = -CH(p-C6H4NOz)-CH2COCH3 C : coumachlore R = -CH(p-C6H4Cl)-CH2COCH3 D : phenprocoumone R = -CH(C6Hs)-C2Hs Les chromatogrammes obtenus (figure jointe) montrent que les énantiomères (+) et (-) sont parfaitement séparés dans le cas de chacune des quatre substances ci-dessus. En particulier, les énantiomères de la warfarine sont nettement séparés tandis qu'ils ne peuvent pas l'être avec une colonne usuelle telle qu'une colonne "Cyclobond". REVENDICATIONS 1. Nouveaux polymères à base de cyclodextrine et d'épichlorhydrine, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par addition d'un sel d'époxy-ammonium à un polycondensat cyclodextrine - épichlorhydrine. 2. Polymères cyclodextrine - épichlorhydrine selon la revendication 1, caractérisés en ce que le rapport cyclodextrine : épichlorhydrine est compris entre 1:3 et 1:10. 3. Polymères cyclodextrine - épichlorhydrine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisés en ce que le taux d'azote est compris entre 0,1 et 5%. 4. Procédé de préparation de polymères cyclodextrine épichlorhydrine selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans une première étape on prépare un polycondensat cyclodextrine - épichlorhydrine d'une manière connue en soi, et dans une deuxième étape on fait agir un sel d'époxy-ammonium sur le polycondensat. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on fait réagir un sel d'époxy-ammonium sur le polycondensat cyclodextrine - épichlorhydrine en solution basique. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le sel d'époxy-ammonium est un halogénure de 2,3-époxypropyltriméthylammonium. 7. Support pour la séparation et l'adsorption de substances caractérisé en ce qu'il est constitué par un polymère cyclodextrine - épichlorhydrine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, adsorbé sur un solide poreux. 8. Support selon la revendication 7, caractérisé en ce que le solide poreux comprend des particules de silice, d'alumine, d'oxyde de titane ou d'oxyde de zirconium. 9. Colonne pour la séparation chromatographique de substances isomères, caractérisée en ce qu'elle comprend un support selon la revendication 8.