Brevet FR2695127A1 — publié le 19940304

s. Procédé de préparation de glycosylamines à partir de sucres réduc- teurs L'invention concerne un nouveau procédé de préparation de glycosylamines à partir de sucres réducteurs. La glucosylamine, de même que les glycosylamines d'une façon générale, sont connues comme intermédiaires de synthèse par exemple pour la préparation des amides correspondants, ainsi que pour la préparation de divers produits d'acylation particulièrement intéressants dans la préparation de produits à activité détergente. Le développement de ces produits s'est trouvé limité du fait du manque de stabilité de l'intermédiaire de synthèse et de la difficulté à l'obtenir de façon économique et quantitative. En effet il est connu que les produits de La classe des glycosylamines présentent de considérables différences de stabilité mais ne sont d'une façon générale pas particulièrement stables La glucosylamine, en particulier, s'hydrolyse facilement en glucose, très rapidement entre p H 3 et 7; d'autre part, elle peut former en solution une bis-glucosylamine par élimination d'ammoniac Même cristalline, il vaut mieux éviter de la conserver dans un dessic- cateur contenant un desséchant tel que P 205. Lorsque l'on veut synthétiser de la glucosylamine, la première idée qui vient à l'esprit est de faire réagir une solution aqueuse d'ammoniac sur du glucose selon le mécanisme suivant: OH O H NH 3 H O 0 I'-I HO'' - H H O H OH NOH Une te L Le réaction ainsi que les produits de réaction des sucres avec l'ammoniac en solution aqueuse est abondamment étudiée dans "Reactions of free sugars with aqueous ammoniac" par M J. KORT, Adv Carb Chem Biochem, 25, 1970, 311-349 d'o il ressort qu'un grand nombre de sous- produits peuvent être obtenus lors de la réaction du fait de réactions annexes d'épimérisation, réarrange- ments de type Amadori, dégradations et condensations diverses. Il apparaît donc difficile d'obtenir de façon simple une glycosylamine pure en solution à partir de sucres réducteurs et d'ammoniaque. Par ailleurs, en vue d'éviter les phénomènes d'hydrolyse on a décrit de façon déjà très ancienne des procédés recourant à de l'ammoniac dissous dans un solvant organique Ainsi, on a décrit dans Rec Trav Chim Pays-Bas, 12 ( 1895), 98-105, un procédé con- sistant à dissoudre du glucose dans une solution de méthano L satu- rée d'ammoniac, et à attendre la cristallisation de la glucosyla- mine à 00 C; celle-ci dure plusieurs mois avec un rendement de 15 %. D'après H S Isbel et H L Frush, J Org Chem, 23 ( 1958) 1309-1319, le rendement de la réaction peut être améLioré en dissolvant le glucose dans une solution saturée de chlorure d'ammo- nium dans le méthanol Cette méthode peu efficace a été malgré tout étendue à un grand nombre de glycosylamines, telles que galactosy- lamine, mannosylamine. Plus récemment, L M Likhosherstov et a L, Carbohydr. Res 146 ( 1986) C 1-C 5 puis E Kallin et al, J Carbohydr Chem, 8 ( 1989) 597-611 ont préparé respectivement des 2-acétamido-2-déoxy- glucosylamines et la lactosylamine en dissolvant le sucre libre correspondant dans une solution aqueuse saturée de bicarbonate d'ammonium. La réaction dure de 3 à 45 jours à température ambiante. D'autre part, l'isolement de la glycosylamine après passage sur résine acide puis basique est rendu difficile du fait de sa fra- gilité et du fort excès de bicarbonate d'ammonium; les rendements restent donc modestes. En effet, les mécanismes mis en oeuvre au cours de la réaction du glucose sur le bicarbonate d'ammonium sont les sui- vants: OH H OH HO HC 03 + H 4 NHCOO + NH 4 OH OH Glucose Glucosylcarbanate i T > 60 C OH HO H H NI-12 OH ON I-lI HO o H H o OHC OH OH Glucosylamine Bisglucosylarn Inc Kallin et al ont montré que le lactose donne accès à la lacto- sylamine en présence d'une solution saturée de bicarbonate d'ammo- nium à température ambiante Ils ont montré qu'il se forme dans les conditions opératoires un carbamate qui, au cours du traitement sur résine pour éliminer le sel, se décompose en lactosylamine. Des essais réalisés par la demanderesse ont montré que le même phénomène se produisait avec le glucose conduisant à la forma- tion de glucosylcarbamate. De plus, la demanderesse a observé qu'à partir de 60 C il y avait condensation de deux molécules de glycosylcarbamate pour donner de la bis-glucosylamine avec élimination d'ammoniac. Ainsi donc, il n'existe pas à l'heure actuelle de procédé permettant de préparer la glucosylamine de façon quantitative en solution aqueuse et permettant par conséquent de l'utiliser in situ sans purification comme intermédiaire de synthèse, en particulier dans des réactions d'acylation. En effet, l'étude des documents de littérature cités précédemment ainsi que les essais réalisés par la demanderesse montrent que la réaction du glucose avec des solutions aqueuses d'ammoniac conduit à la formation de mélanges contenant de nom- breuses impuretés mal définies à côté de la glucosylamine alors que la réaction du bicarbonate d'ammonium ne peut conduire de façon quantitative à la formation de glucosylamine qu'à condition d'uti- Liser un très Large excès de bicarbonate, de L'ordre de 35 pour 1 glucose. La demanderesse a maintenant découvert un nouveau procédé permettant de former directement en so Lution aqueuse La glucosyl- amine ainsi que différentes glycosylamines à partir des sucres réducteurs correspondants sans impuretés et dans des conditions économiquement acceptables. Le procédé mis au point par La demanderesse présente l'avantage de n'utiliser que des réactifs peu coûteux, à des con- centrations économiquement acceptables et de permettre la formation quantitative de glycosylamines à partir de sucres réducteurs Le fait que ces glycosylamines soient obtenues de façon quantitative et sans impuretés en solution aqueuse permet d'envisager leur uti- lisation in situ dans Le milieu et sans purification ultérieure comme intermédiaires de synthèse, notamment dans des réactions d'acylation. Ainsi, selon une de ses caractéristiques essentielles, l'invention concerne un procédé de préparation de glycosylamines à partir de sucres réducteurs en milieu aqueux, caractérisé en ce que L'on fait réagir lesdits sucres réducteurs avec une so Lution conte- nant de l'ammoniaque et du bicarbonate d'ammonium. Selon une variante avantageuse L'ammoniaque est en excès par rapport à la quantité stoechiométrique nécessaire pour réaliser la réaction. Selon une caractéristique de l'invention, le bicarbonate d'ammonium est introduit en quantité suffisante pour obtenir la glycosylamine sans impureté, alors qu'il ressort de L'art anté- rieur, ainsi que des essais réa Lisés par la demanderesse, que l'ammoniac en solution seul conduit par réaction avec les sels réducteurs à des glycosylamines contenant une quantité non négli- geable d'impuretés mal définies. Un avantage du procédé selon l'invention est qu'il permet par ail Leurs d'utiliser des quantités beaucoup plus faibles de bicarbonate d'ammonium que celles utilisées en absence d'ammo- niaque. Selon une caractéristique de l'invention, le sucre réduc- teur utilisé est le glucose. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le sucre réducteur peut être un autre saccharide, par exemple le galactose ou un disaccharide, par exemple le Lactose, le cellobiose, le mal- tose. La réaction est réalisée en milieu aqueux en présence d'un excès d'ammoniaque La solution d'ammoniaque utilisée sera avantageusement une solution commerciale à 16 M. La quantité de bicarbonate d'ammonium est déterminée de façon à obtenir, en présence d'une solution aqueuse de concentra- tion donnée en glucose ou en sucre réducteur et d'un excès d'ammo- niaque, une glucosylamine ou une glycosylamine sans impureté. Ainsi, par exemple, pour une solution de glucose à 0,2 M en présence de NH 3 aqueux à 16 M à 42 C, au bout de 24 h les résul- tats consignés dans le tableau 1 ci-dessous ont été observés en fonction de la concentration du bicarbonate d'ammonium introduit. Tableau 1 NH 4, HCO 3 Amine Carbamate Glucose Impuretés OM 51 % 0 % 22 % 27 % 0,05 M 56 % 0 % 31 % 13 % 0,10 M 65 % 0 % 35 % 0 % 0,20 M 78 % 8 % 14 % 0 % 0,40 M 80 % 10 % 10 % 0 % 1 M 90 % 10 % O % O % En 36 h, la réaction avec du glucose 0,2 M et du bicarbo- nate d'ammonium 0,2 M a donné quantitativement de la P-glucosy- lamine. Par concentration d'ammonium. ailleurs la en glucose demanderesse à cherché à augmenter la tout en limitant celle de bicarbonate Les tableaux 2 et 3 ci-dessous donnent les résultats Tableau 2 Conditions glucose 0,4 M NH 3 aqueux 16 M température 42 C NHHCO 3 Temps 18 h 24 h 36 h 0,2 M Glucosylamine 83 % 93 % 100 % i Glucose 17 % 7 % 0 % 0,4 M Glucosylamine 100 % Glucose 0 % I Tableau 3 Conditions glucose 0,6 M NH 3 aqueux 16 M température 42 C obtenus: NH 4,HC 03 Espèce Temps = 18 h 0,2 M Glucosylamine 77 % Glucose 15 % Bis-glucosylamin 8 % l Tab 7 eau 3 (suite) Tab I eau 3 (suite) Si on cherche à réduire au maximum la concentration en bicarbonate d'ammonium (pour une question de coût d'une part et pour faciliter son élimination dans une phase ultérieure), la con- centration 0,6 M en glucose se trouve trop élevée, car on forme de la bis-glucosylamine avant la fin de la réaction; par contre, on peut opérer à 0,4 M de glucose Dans ce cas, la réaction dure 36 h à 42 C en présence d'une solution aqueuse 16 M d'ammoniac et 0,2 M de bicarbonate d'ammonium. Ainsi, donc la demandresse a mis en évidence que les con- ditions sont avantageusement les suivantes pour préparer la gluco- sylamine quantitativement à partir du glucose sans impuretés visi- bles en RMN: 0,2 M-0,4 M de glucose; 0,2 M de bicarbonate d'ammo- nium; ammoniac 16 M dans l'eau; 36 h à 42 C. Ces conditions permettent de lyophiliser simplement la glucosylamine pour la soumettre à une réaction ultérieure par exem- ple d'acylation. Bien entendu, l'homme du métier sait que ces conditions ne sont nullement limitatives et qu'en particulier les concentra- tions optimales de chacun des réactifs varient avec la température. La température dans le cas du glucose sera avantageuse- ment choisie entre 20 et 60 C, par exemple 42 C. La méthode exposée précédemment peut être utilisée avec tous les sucres réducteurs en particulier avec les monosaccharides comme le galactose ou les disaccharides comme le lactose, le cello- biose, le maltose. Les conditions opératoires sont avantageusement les sui- vantes: N Hj,HC 03 Espèce Temps = 18 h 0,4 M Glucosylamine 95 % Glucose 0 % Bis- glucosylamine 5 % Conditions mono ou disaccharide 0, 2 M bicarbonate d'ammonium 0,2 M NH 3 16 M température 42 C temps de réaction 36 h Un avantage particulier du procédé de l'invention est qu'il permet une synthèse quantitative des glycosylamines à partir des sucres réducteurs correspondants et permet ainsi une utilisa- tion aisée sans isolation intermédiaire de la glycosylamine en par- ticulier comme intermédiaire dans des réactions mettant en oeuvre un produit éLectrophile, tout particulièrement des réactions d'acy- lation. Selon un autre aspect de l'invention, elle concerne donc l'utilisation de la glycosylamine directement obtenue dans le pro- cédé selon l'invention pour réaliser des réactions mettant en oeuvre un produit éLectrophile, tout particulièrement des réactions d'acylation. A titre d'exemples de réactions mettant en oeuvre un éLectrophile, on citera les réactions avec les chlorures d'acide, les anhydrides, les aldéhydes et les cétones, les époxydes, les chlorocarbonates. A titre d'exemples de réactions d'acylation, on citera les réactions de peracétylation ainsi que les réactions d'acylation sélective sur l'atome d'azote (N-acylation). La réaction de peracétylation est avantageusement effec- tuée sur la glycosylamine préalablement lyophilisée par mise en contact de cette glycosylamine avec un anhydride en milieu solvant. A titre d'exemple de réaction de peracylation, on citera la peracétylation de la glucosylamine Cette réaction est avanta- geusement réalisée sur la glucosylamine préparée selon le procédé de l'invention puis lyophilisée et mise en contact à froid, de préférence vers 0 C, avec un méLange d'anhydride acétique et de pyridine; le schéma de réaction étant le suivant: H O N H 2 OH I-10 HO___; 01- Ac 20 / py-rid L-ne ooc O Ac Ac O NH Ac Ac O/ O Ac Dans ces conditions la glucosylamine peracétylée est formée avec un rendement de 77 % A titre d'exemple de réaction d'acylation sélective sur l'atome d'azote on citera la réaction de la glucosylamine en solu- tion dans un solvant tel que l'éthanol sur un anhydride, par exemple l'anhydride octanoique selon le schéma suivant: Ci- l 4 c D CH c Co 2 Hc EFCH HOH HOH, CH Dans ces conditions, la glucosylamine N-octanoy Lée est formée avec un rendement de 82 %. Pour débarrasser le produit ci-dessus des sels il est avantageusement acéty Lé, par exemple avec un méLange anhydride acétique-pyridine, pour donner l'acétate ci-dessous: Ac O Ac O- OAC LN 5 r Hco(CFI" 9 CH 3 O Ac c qui par déacétylation conduit à la glucosylamine N-octanoy Lée qui pourra à son tour être purifiée ultérieurement, par exemp Le par chromatographie sur colonne. Exemples Les produits préparés ont été contrôlés par RMN du proton et du 13 C. Les produits dissous dans CDCL 3 ont pour référence interne le TMS ( 60). Les produits dissous dans D O ont pour référence interne l'acétone ( 62 09 en 1 H; 630 50 en 13 C). Exemple 1 Préparation de la N-acétyl-2,3,4,6-tétra-O-acétyl D- glucopyranosylamine (dénommée ci-dessous A) On dissout 1 g de glucose ( 0,2 M) et 0,439 g de bicarbo- nate d'ammonium ( 0,2 M) dans 27 ml d'ammoniaque 16 M Cette so Lution est chauffée 36 h à 42 C, concentrée au tiers du volume initial, puis lyophilisée On vérifie la présence de glycosylamine en RMN 1 H La glycosylamine est dissoute dans 13,6 ml de pyridine On ajoute lentement 9,5 ml d'anhydride acétique à 00 C La solution est laissée une nuit à température ambiante Elle est ensuite versée dans 100 ml d'acide chlorhydrique aqueux 0,1 M Le produit est extrait avec 100 ml de dichlorométhane et on neutralise avec 100 ml d'eau saturée de bicarbonate de sodium Le dichlorométhane est évaporé à sec Le résidu est recristallisé dans l'éthanol On obtient 1,665 g de produit A (rdt = 77 %) F = 161 C lEc 20 = 17 D (c 0,97, CH C 13). Exemple 2 Préparation de la N-octanoyl-2,3,4,6-tétra-0-acétyl-P-D- glucosylamine (ci-après dénommée produit B) On dissout 1 g de glucose ( 0,2 M) et 0,439 g de bicarbo- nate d'ammonium ( 0,2 M) dans 27 ml d'ammoniaque 16 M Cette solution est chauffée 36 h à 42 C, concentrée au tiers du volume initial, puis lyophilisée La glycosylamine est dissoute dans 50 ml d'étha- nol On ajoute 3,7 ml d'anhydride octanoique ( 2 équivalents) à tem- pérature ambiante Après 10 min, on évapore l'éthanol On reprend avec 100 ml d'eau, puis on extrait l'acide octano;que avec 2 fois ml d'éther L'eau est évaporée On ajoute 13,6 ml de pyridine et on ajoute lentement 9,5 ml d'anhydride acétique à O C La solu- tion est laissée une nuit à température ambiante Elle est ensuite versée dans 100 ml d'acide chlorhydrique aqueux 0,1 M Le produit est extrait avec 100 ml de dichlorométhane et on neutralise avec ml d'eau saturée de bicarbonate de sodium Le dichlorométhane est évaporé à sec Le produit est chromatographié sur silice -45 pm avec un méLange hexane/éther 1/3 On obtient 2,10 g de produit B (rdt 82 %). Exemple 3 Préparation de la N-octanoyl-P-D-glucopyranosylamine (dénommée ci-dessous C) 0,570 g de produit B de l'exemple 2 est dissous dans une solution de méthylate de sodium 0,1 m M La réaction est immédiate. La solution est passée sur 60 g de résine Dowex 50 X 8-100 sous forme protonée; la résine est lavée avec 100 ml de méthanol qui est ensuite évaporé Le produit est dissous dans 30 ml d'eau et passé sur 25 g de gel Bio-Beads SM 2 le gel est lavé avec 100 ml d'eau Le produit est éLué avec 30 ml de méthano L Après évapora- tion du méthanol, on obtient 0,334 g de produit C (rdt 91 %). REVENDICATIONS 1 Procédé de préparation de g Lycosylamines à partir de sucres réducteurs, caractérisé en ce que l'on fait réagir lesdits sucres réducteurs avec une solution contenant de l'ammoniaque et du bicarbonate d'ammonium. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que L'ammoniaque est en excès par rapport à la quantité stoechio- métrique. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que le bicarbonate d'ammonium se trouve en quantité suffisante pour obtenir une transformation quantitative du sucre réducteur en glycosylamine. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que le sucre réducteur est le glucose. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que le sucre réducteur est un monosaccharide ou un disaccharide. 6 Utilisation des glycosylamines issues du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans des réactions mettant en oeuvre un produit éLectrophile, en particulier dans des réactions d'acylation. 7 Utilisation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la réaction d'acylation est une réaction de peracétylation ou d'acylation sélective, par exemple de N-acylation.