Brevet FR2881741A1 — publié le 20060811

SR2 L'invention concerne un nouveau procédé de préparation de dérivés de la cystéine, notamment de thiocarbaester, en particulier du Nbenzyloxycarbonyl-S-phényl-L-cystéine méthyl ester. Les dérivés de la cystéine sont utiles en tant qu'intermédiaires dans la synthèse de plusieurs composés pharmaceutiquement actifs. En particulier, le thiocarbaester entre dans la synthèse du nelfinavir, produit actif anti-sida de la classe des inhibiteurs de la protéase HIV (WO96/23756 et EP 604 185). Dans l'art antérieur, les procédés de synthèse des dérivés de la cystéine font appel à trois voies de synthèse utilisant comme matières premières un dérivé de la sérine estérifié dont la fonction amine est protégée par un radical approprié (Z-Ser-OMe), un dérivé de la cystéine dont la fonction amine est protégée par un radical approprié et la fonction thiol est substituée par un radical phényle (Z-Cys(Ph)-OH), ou un dérivé de la cystéine estérifié dont la fonction amine est protégée par un radical approprié (Z-Cys(H)-OMe). Les dérivés mentionnés précédemment et répondant aux formules Z-Cys(Ph)OH, Z-Cys(Ph)-OMe et Z-Cys(H)-OMe répondent respectivement aux formules a, b ou c: O NH Z NOH Z,N OMe O O H Z N----'OMe \SH c S S a b dans lesquelles Z représente un groupement protecteur de la fonction amine, notamment 25 le radical benzyloxycarbonyle. Les dérivés mentionnés précédemment et répondant aux formules Z-Ser-OH et Z-Ser-OMe répondent respectivement aux formules d ou e: o o NH Z N/-- OH NH Z -' OMe OH OH d e dans lesquelles Z représente un groupement protecteur de la fonction amine, notamment le radical benzyloxycarbonyle. La première voie de synthèse décrite fait intervenir un dérivé de la sérine comme matière première: la Z-Ser-OMe. La fonction alcool de la sérine est ensuite activée sous forme de dérivé mésylate en présence de chlorure de mésyle avant de réagir avec le thiophénate de sodium pour conduire au thiocarbaester. Cette voie chimique a été décrite pour la première fois par l'équipe de l'université de Nottingham dans les publications J. Chem. Soc; Perkin Trans. 1, 15, (1997), 2179-2187 et Tétrahedron Letters, 34 (41), (1993), 6607-6610. Les demandes de brevet EP 0 897 911 et US2002/008688 décrivent la synthèse du thiocarbaester à partir de dérivés de la sérine Z-Ser-OMe. Les procédés effectuant un déplacement de l'hydroxyle de la sérine, substitution du radical hydroxyle ou d'un groupe partant par un radical thiophényle, sont peu intéressant d'un point de vue économique car ils mettent en oeuvre des réactifs élaborés tels que le chlorure de méthanesulfonyle (US2002/008688) et ils sont également difficiles à maîtriser, en raison d'importants risques d'élimination du produit désiré en déhydroalanine et des risques de racémisation. La deuxième voie de synthèse décrite fait intervenir un dérivé de la cystéine comme matière première: la Z-Cys(Ph)-OH. La fonction acide carboxylique de la cystéine est ensuite estérifiée. Le groupement protecteur de la fonction amine Z est généralement introduit dans les conditions de Schotten-Bauman réalisées en milieu aqueux, ce qui implique un isolement et un séchage soigné du produit intermédiaire ZCys(Ph)-OH pour la mise en oeuvre de l'estérification qui requiert des conditions anhydres. La demande de brevet EP 1 054 000, qui décrit cette deuxième voie de synthèse, enseigne qu'il est préférable de réaliser la protection de la fonction amine suivie de la réaction d'estérification de la fonction carboxylique, notamment pour éviter la formation d'impuretés telles que l'ester méthylique de N-benzyle-phénylcystéine ou la déhydroalanine. 2881741 3 La troisième voie de synthèse décrite fait intervenir un dérivé de la cystéine comme matière première: la Z-Cys(H)-OMe. La fonction thiol, du dérivé cystéine, est ensuite substituée par un radical phényle. Les procédés permettant d'introduire un groupe phényle sur la cystéine sont des procédés connus tels que la réaction de la cystéine avec un sel de phényldiazonium (J. Org. Chem., 23, (1958), 1251) ou la réaction de bromo ou iodobenzène avec la cystéine ou un dérivé de cystéine (Australian J. Chem., 38, (1985), 38 et EP 0 968 997). Ce type de procédé donne des rendements et des puretés médiocres. Aussi existe t'il un besoin d'un procédé plus économique permettant l'obtention 10 de dérivés de la cystéine, notamment du thiocarbaester, avec une bonne pureté chimique et chirale. Or, les inventeurs ont découvert, d'une manière surprenante, qu'il était possible de réaliser la synthèse one pot de dérivés de la cystéine, notamment du thiocarbaester, en utilisant comme produit de départ la cystéine, dont la fonction thiol est substituée par un radical alkyle ou aryle. L'invention a donc pour objet un procédé de synthèse de dérivés de la cystéine de formule I dans laquelle R1 représente un radical alkyle, R2 représente un radical choisi dans le groupe constitué par les radicaux alkyles, aryles et R3 représente un radical choisi dans le groupe constitué par les radicaux alkyles, aryles et arylalkyles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: a) estérification du composé de formule II o H2N-,.---\OH SR2 avec un alcool de formule III R1OH pour former le composé de formule IV O H2N - OR, \SR2 les radicaux RI et R2 ayant la même signification que pour le composé de formule I, b) puis, fonctionnalisation du groupement amino pour donner le composé de formule I. Dans le cadre de la présente invention, le terme alkyle désigne un résidu hydrocarboné à chaîne droite ou ramifiée contenant de 1 à 10 atomes de carbone, avantageusement de 1 à 6 atomes de carbone, encore plus avantageusement de 1 à 4 atomes de carbone, tel que le méthyle, l'éthyle, le propyle, l'isopropyle et le butyle. Dans le cadre de la présente invention, le terme aryle désigne un résidu carbocyclique aromatique contenant de 6 à 10 atomes de carbone. Comme exemple de radical aryle, on peut notamment citer le phényle et le naphtyle, avantageusement le phényle. Dans le cadre de la présente invention, le terme aralkyle désigne un résidu hydrocarboné contenant de 1 à 6 atomes de carbone lié à un radical aryle, tel que défini précédemment. Comme exemple de radical aralkyle, on peut notamment citer le benzyle et le phénéthyle. R1 représente avantageusement un radical alkyle, linéaire ou ramifié, en C1-C6, encore plus avantageusement le radical méthyle. R2 représente avantageusement un radical aryle en C6-C10, encore plus avantageusement le phényle. R3 représente avantageusement le radical benzyle. Selon une variante avantageuse de l'invention le composé de formule I représente le composé de formule la suivante: O R1 O SR2 dans laquelle R1 et R2 ont la même signification que pour le composé de formule I. 2881741 5 Le procédé selon invention permet avantageusement de conserver l'énantiomérie du composé de départ, plus particulièrement de la cystéine. Ainsi lorsque le composé de formule II est sous une forme énantiomériquement pure (R ou S), le composé de formule I est obtenu sous la même forme énantiomérique. Le procédé selon l'invention permet donc l'obtention de dérivés de la cystéine, notamment du thiocarbaester, avec une bonne pureté chirale. Si le composé de départ est sous une forme énantiomériquement pure, le produit désiré est obtenu avec un excès énantiomérique supérieur à 90%, avantageusement supérieur à 95%, encore plus avantageusement supérieur à 97%, encore plus avantageusement supérieur à 98%. Le procédé selon l'invention permet également l'obtention de dérivés de la cystéine, notamment du thiocarbaester, avec une bonne pureté chimique Le produit désiré est obtenu avec une pureté chimique supérieure à 90% en poids, avantageusement supérieure à 95% en poids, encore plus avantageusement supérieur à 97% en poids, par rapport au poids total des composés présents. La réaction d'estérification de l'étape a) peut avantageusement être réalisée dans des conditions anhydres, pour favoriser le déplacement de l'équilibre de la réaction d'estérification vers la formation de l'ester. La réaction de l'étape a) peut être catalysée (catalyse acide) : elle peut alors être réalisée en présence d'un acide, tel que l'acide chlorhydrique gaz, ou d'un chlorure d'acide, tel que le chlorure de thionyle. L'alcool de formule III est avantageusement également utilisé comme solvant de la réaction d'estérification de l'étape a). Lors de la réaction d'estérification de l'étape a), suite à l'ajout des réactifs, le milieu est avantageusement chauffé à une température comprise entre 40 C et la température de reflux du solvant (156 C pour l'hexanol), plus avantageusement entre 40 C et à une température située 5 C en dessous de la température de reflux du solvant, encore plus avantageusement entre 50 et 60 C. La durée de chauffage du milieu de l'étape a) varie de 2 à 36 heures, avantageusement le milieu est chauffé pendant 2 à 10 heures, encore plus avantageusement pendant 3 à 5 heures. Le milieu est ensuite refroidi à température ambiante, avantageusement à 20 C. 2881741 6 Suite à l'étape a), les excès d'acide et de solvant sont avantageusement éliminés puis le résidu obtenu est solubilisé dans de l'eau. Lors de l'étape b), le groupement amino pourra être fonctionnalisé par toute méthode connue de l'homme de l'art. Dans le cadre de la présente invention, l'expression fonctionnalisation du groupement amino signifie que la fonction amine du composé de formule IV est substituée, dans des conditions opératoires appropriées bien connues de l'homme de l'art, pour former le composé de formule I. L'étape b) est avantageusement effectuée en milieu aqueux et basique par ajout d'un composé R3O-C(0)-X (formule V), dans laquelle X représente un atome d'halogène. Dans le cadre de la présente invention, le terme halogène désigne le chlore, le brome, le fluor ou l'iode, avantageusement le fluor ou le chlore. Le milieu aqueux de l'étape b) peut également comprendre un solvant choisi dans le groupe constitué par le toluène, l'acétate d'éthyle (AcOEt) , l'acétate d'isopropyle (AcOiPr) et le dichlorométhane (CH2C12). Selon une variante avantageuse de l'invention, la fonctionnalisation du groupement amino est réalisée dans les conditions de Schotten-Bauman, c'est-à-dire par réaction d'un chlorure d'acide en présence d'alcali et d'eau (J. March, Advanced Organic Chemistry, p 392). Le milieu de l'étape b) est avantageusement rendu basique par addition d'une base forte telle que la soude. Le milieu de l'étape b) est avantageusement tamponné par ajout d'une base faible, avantageusement l'hydrogénocarbonate de sodium et/ou l'hydrogénocarbonate de potassium. Le pH du milieu aqueux de l'étape b) est ainsi avantageusement ajusté à des valeurs comprises entre 4 et 7, plus avantageusement comprises entre 5,5 et 6,5, encore 25 plus avantageusement à une valeur de 6 0,2. L'ajout du composé de formule V est avantageusement réalisé à une température comprise entre 0 et 20 C, avantageusement entre 0 et 10 C, encore plus avantageusement entre 3 et 7 C. Ensuite, le milieu est avantageusement agité à cette température pendant une durée variant de 5 minutes à 1 heure, avantageusement de 15 à 45 minutes, encore plus avantageusement pendant environ 30 minutes. Enfin, le milieu est avantageusement agité à température ambiante (avantageusement 20 C) pendant une 2881741 7 durée variant de 5 minutes à 1 heure, avantageusement de 15 à 45 minutes, encore plus avantageusement pendant environ 30 minutes. Le composé de formule V est avantageusement le chloroformiate de benzyle. Selon une variante avantageuse de l'invention, l'étape b) est effectuée par ajout de chloroformiate de benzyle en milieu basique en présence d'une base faible, telle que dhydrogénocarbonate de sodium et/ou dhydrogénocarbonate de potassium. Le produit désiré peut ensuite être récupéré par des méthodes classiques connues de l'homme du métier. Selon une variante avantageuse de l'invention, la première étape a) consiste à préparer la H-Cys(Ph)-OMe, HC1 par réaction d'estérification du dérivé de cystéine H-Cys(Ph)-OH dans le méthanol en présence d'un chlorure d'acide tel que le chlorure de thionyle ou d'un acide tel que l'acide chlorhydrique gaz. Après élimination de l'excès d'acide et du solvant de synthèse, le résidu est solubilisé dans de l'eau. La fonctionnalisation du groupement amino (étape b)) est effectuée par ajout de chloroformiate de benzyle en milieu basique en présence d'hydrogénocarbonate de sodium et/ou d'hydrogénocarbonate de potassium. Selon une variante encore plus avantageuse de l'invention, le procédé est caractérisé en ce que l'on fait réagir 1 partie de H-Cys(Ph)-OH avec 1,2 parties de chlorure de thionyle dans 4 à 10 volumes de méthanol. Après concentration, le milieu est dissous dans de l'eau en présence d'un solvant (AcOEt, AcOiPr, CH2C12) auquel on additionne de la soude jusqu'à pH = 6 suivie de 2 parties d'hydrogénocarbonate de sodium et 1 partie de chloroformiate de benzyle. Après réaction, le produit est obtenu dans la phase organique après décantation puis précipitation par addition de 3 à 5 volumes d'heptane et refroidissement. Le procédé selon l'invention est caractérisé par l'utilisation d'une base faible, lors de l'étape b), permettant de travailler en milieu tamponné de façon à éviter la réaction secondaire de saponification, réaction généralement observée lorsque l'on utilise une base forte comme la soude ou la potasse. Ainsi, le procédé selon l'invention par les conditions de pH et les conditions de température choisies évitent la décomposition du chloroformiate qui est à l'origine de l'impureté ester méthylique de Nbenzyle-phénylcystéine. Les conditions de pH et de 2881741 8 température du procédé permettent également d'éviter la réaction d'élimination du thiophénol et ainsi d'éviter la formation de l'impureté déhydroalanine. La réalisation de l'estérification, préalablement à la fonctionnalisation de la fonction amine, permet de conserver le produit dans le même réacteur car il suffit d'éliminer l'excès d'alcool RI-OH par évaporation avant la mise en oeuvre de la benzyloxycarbonylation. La synthèse "one pot" ne mobilise donc qu'un réacteur, elle permet ainsi de fabriquer le produit désiré en un minimum de manipulations et d'opérations unitaires, par exemple une seule filtration, un seul séchage de produit isolé, moins de nettoyage des équipements donc moins de solvants et moins de rejets. La réalisation de l'estérification, préalablement à la fonctionnalisation de la fonction amine, permet également d'éviter la formation d'impuretés dipeptidiques, qui peuvent être obtenues lors de la réaction de benzyloxycarbonylation des acides aminés, dont la fonction acide carboxylique est libre. Les procédés permettant d'introduire un groupe phényle sur la cystéine donnant des rendements et des puretés médiocres, il est avantageux de placer ces réactions en début de synthèse pour réduire l'impact sur le coût et maîtriser les impuretés dès le début de la synthèse. Le composé de départ est avantageusement le S-Phényl cystéine qui permet d'accéder au thiocarbaester, (2R)-2-[(benzyloxycarbonyl)amino]-3(phénylthio) propanoïque acide méthyl ester, de formule Iai 2881741 9 avec conservation de l'excès énantiomérique de la cystéine de départ, ledit thiocarbaester étant ensuite utilisé dans la synthèse de médicaments, notamment le Nelfinavir. L'invention a également pour objet l'utilisation des composés de formule (I), obtenus par le procédé selon l'invention, en tant que produits intermédiaires dans la synthèse de médicaments, notamment dans la synthèse de produits actifs anti-sida de la classe des inhibiteurs de la protéase HIV. En particulier, l'invention concerne l'utilisation du thiocarbaester Iai, obtenu par le procédé selon l'invention, en tant que produit intermédiaire dans la synthèse de produits actifs anti-sida de la classe des inhibiteurs de la protéase HIV, notamment le Nelfinavir. Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois la limiter. Exemple 1: synthèse du thiocarbaester lai a) Mode opératoire: Dans un réacteur de 2 litres équipé, on introduit 100 g de L-(R)-S-phényl cystéine (H-Cys(Ph)-OH; S-phényl cystéine lévogyre, de configuration R) et 400 ml de méthanol. Le milieu est chauffé à 55 C puis 70,8 g de chlorure de thionyle sont additionnés en maintenant la température inférieure à 60 C. Un palier de 4 h à 60 C est effectué puis le milieu est refroidi à 20 C puis concentré sous vide réduit. 100 ml de toluène sont additionnés puis le milieu est de nouveau concentré sous vide réduit. 300 ml de toluène puis 300 ml d'eau sont additionnés, le pH de la phase aqueuse est ajusté à pH=6 par addition de soude aqueuse, puis 96 g d'hydrogénocarbonate de sodium sont additionnés. 82 g de chloroformiate de benzyle sont additionnés à 5 C. Le milieu est agité 30 min à 5 C puis 30 min à 20 C. Le pH de la phase aqueuse est ajusté à pH = 3 par addition d'acide chlorhydrique 35%. Après décantation du milieu, les phases sont séparées. La phase toluénique est lavée deux fois à l'eau puis concentrée de moitié. 2881741 10 420 ml d'heptane sont additionnés puis le milieu est refroidi à 10 C. Après un palier de 2h à 10 C, le précipité est filtré, lavé à l'heptane. Après séchage, on obtient 130g de thiocarbaester sous forme d'un solide blanc, soit un rendement massique de 80%. b) analyse Les résultats de l'analyse du thiocarbaester synthétisé précédemment sont donnés dans le tableau 1 ci-dessous. Analyse Résultats Description Aspect Poudre Couleur Blanc Identification Par HPLC' Positif Par IR2 Positif Teneur en eau KF3 0,03 % Pureté chirale S-Thiocarbaester 0,2 % Analyse HPLC' Thiocarbaacide Tableau 1 High Performance Liquid Chromatography = Chromatographie liquide haute performance 2 hifr-ouge 3 titrage selon la méthode Karl Fischer Le procédé selon l'invention permet d'obtenir le thiocarbaester Iai avec un bon rendement, un pureté chirale de 99,8% et une pureté chimique de 99,4%. 11 REVENDICATIONS 1. Procédé de synthèse de dérivés de la cystéine de formule I o dans laquelle R1 représente un radical alkyle, R2 représente un radical choisi dans le groupe constitué par les radicaux alkyles ou aryles, et R3 représente un radical choisi dans le groupe constitué par les radicaux alkyles, aryles et arylalkyles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: a) estérification du composé de formule II o avec un alcool de formule III R1-OH pour former le composé de formule IV SRZ les radicaux R1 et R2 ayant la même signification que pour le composé de formule I, b) puis, fonctionnalisation du groupement amino pour donner le composé de formule I. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que R1 représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié, en C1-C6, avantageusement le radical méthyle. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que R2 représente le radical phényle. 2881741 12 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que R3 représente le radical benzyle. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réaction d'estérification de l'étape a) est réalisée en présence d'un acide ou d'un chlorure d'acide. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de l'étape a), on chauffe à une température comprise entre 40 C et la température d'ébullition du solvant, pendant 2 à 36 heures. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que suite à l'étape a) et préalablement à l'étape b), les excès d'acide et de solvant sont éliminés. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape b) est effectuée en milieu aqueux et basique par ajout d'un composé R3O-C(0)-X (formule V), dans laquelle X représente un atome d'halogène. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le milieu est tamponné par ajout d'une base faible, avantageusement l'hydrogénocarbonate de sodium et/ou l'hydrogénocarbonate de potassium. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le pH du milieu aqueux 25 est ajusté à une valeur comprise entre 4 et 7. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'ajout du composé de formule V est réalisé à une température comprise entre 0 et 20 C. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le composé de formule V est le chloroformiate de benzyle. 2881741 13 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les étapes a) et b) sont réalisées dans un même réacteur.