СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2-ГИДРОКСИ-4-МЕТИЛСЕЛЕНОМАСЛЯНОЙ КИСЛОТЫ В ВИДЕ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА ИЛИ В ВИДЕ СМЕСИ С ЕЕ СЕРОСОДЕРЖАЩИМ АНАЛОГОМ, ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В ПИЩЕ, В ЧАСТНОСТИ В ЖИВОТНЫХ КОРМАХ
METHOD OF PRODUCING 2-HYDROXY-4-METHYLSELENOBUTYRIC ACID AS SEPARATE SUBSTANCE OR AS MIXTURE WITH SULPHUR-CONTAINING ANALOGUE THEREOF, AND USE THEREOF IN NUTRITION, PARTICULARLY ANIMAL NUTRITION

Настоящее изобретение относится к способу получения 2-гидрокси-4-метилселеномасляной кислоты в виде индивидуального вещества или в виде смеси с ее серосодержащим аналогом, а также к ее применению в пище, в частности, в животных кормах.
Селен является необходимым микроэлементом для млекопитающих и, в частности, для людей. В виде L(+)-селеноцистеина или L(+)-селенометионина он вовлечен в биосинтез селенопротеинов, таких как глютатионпероксидаза, тиоредоксинредуктаза и селенопротеин Р. Согласно FDA-RDA (Рекомендуемые диетические нормы Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США), суточная потребность в селене у людей варьирует от 10-30 мкг для детей до 40-70 мкг для подростков-взрослых, причем эти уровни особенно высоки у женщин в период беременности (65 мкг/сутки) и лактации (75 мкг/сутки). Комплементация (дополнение до нормы) L(+)-селенометионина (2,7 мкмоль эквивалента селена) у кормящих женщин значительно увеличивает концентрацию селена в их молоке.
В некоторых ситуациях, таких как дефициты, заболевания или воздействие излучений, комплементация пищевого селена, как было доказано, является очень полезной. Это особенно верно в случае детей, страдающих генетическими заболеваниями, такими как фенилкетонурия или гиперфенилаланинемия, которые вынуждены соблюдать диету с низкими уровнями белков. В другой области ассоциированный с витаминами селен в органической форме, такой как L(+)-селенометионин, обладает защитными эффектами против УФ-излучений у людей. Наконец, L(+)-селенометионин защищает от вредных биологических эффектов высокоэнергетических ионизирующих излучений.
В заявке на французский патент на имя того же заявителя (FR 2873376) впервые раскрыты 2-гидрокси-4-метилселеномасляная кислота и ее производные, а также способы их синтеза. Более того, ее серосодержащий аналог 2-гидрокси-4-метилтиомасляная кислота, также называемая жидким метионином, известна в качестве предшественника метионина для питания животных (WO 9636598). Для этого применения ее производят промышленным путем в масштабе нескольких сотен тысяч тонн в год.
Следовательно, 2-гидрокси-4-метилселеномасляная кислота предшественник L(+)-селенометионина, а также 2-гидрокси-4-метилтиомасляная кислота - предшественник L(+)-селенометионина являются соединениями, представляющими исключительный интерес в животных кормах. Поэтому важно иметь легко осуществимые способы промышленного синтеза, т.е. такие, которые могут быть осуществлены в крупном масштабе, самым простым путем, применение и стоимость которых не являются существенными препятствиями.
Заявитель разработал способ синтеза, который удовлетворяет этим критериям и который имеет много преимуществ относительно существующих способов.
Таким образом, в первом аспекте настоящее изобретение относится к способу получения 2-гидрокси-4-метилселеномасляной кислоты, отличающемуся тем, что он включает стадии:
- взаимодействия 3-метилселенопропиональдегида формулы (I):
,
+
-
+
-
3
с цианидом щелочного металла формулы MCN, предпочтительно в присутствии бисульфитной соли щелочного металла формулы MHSO , где М представляет собой атом щелочного металла, в полярном протонном растворителе,
с получением соединения 2-гидрокси-4-метилселенобутиронитрила формулы (II):
,
соединение формулы (II) гидролизуют в среде горячей концентрированной сильной кислоты, в полярном протонном растворителе с получением соединения формулы (IV):
,
которое может быть превращено в одну из его солей после добавления физиологически приемлемого основания.
В качестве альтернативы способу, описанному выше, соединение формулы (II) гидролизуют в среде горячей концентрированной серной кислоты, в полярном протонном растворителе для получения соединения формулы (III):
,
соединения формулы (III), которое само гидролизуется в среде горячей концентрированной сильной кислоты с получением соединения формулы (IV).
Согласно предпочтительному воплощению способа по изобретению реагент цианид щелочного металла выбран из цианида натрия, цианида калия и цианида лития.
Реакцию осуществляют в протонном полярном растворителе, таком как, например, вода.
Последующие реакции, с помощью которых соединение формулы (IV) может быть превращено в его соответствующие соли, осуществляют в стандартных условиях, известных специалисту в данной области.
Способ по настоящему изобретению имеет преимущество в том, что не требует ни комплексных реагентов, таких как металлорганические соединения, ни токсичных агентов, таких как алкилирующие агенты, как в способах из предшествующего уровня техники (FR 2573376). Кроме того, он может быть осуществлен в крупном масштабе, в нетоксичных растворителях, таких как, например, вода. В дополнение к аспекту осуществимости, эти преимущества также значительно уменьшают стоимость применения.
Соединение формулы (I), которое используют в качестве исходного вещества для применения способа по изобретению, известно, и как его получить, в частности, описано в публикации Synthesis, 1988, pages 616-619.
Преимущество серосодержащего аналога соединения формулы (IV), описанного выше, 2-гидрокси-4-метилтиомасляной кислоты, широко известно (см. выше), в частности, в той же области питания.
Одновременное введение этого соединения и соединения формулы (IV) имеет несомненное преимущество в контексте применения и эффективности. Для того чтобы удовлетворить потребности промышленного производства, важно просто иметь оба эти соединения в смеси и, кроме того, контролировать относительное содержание обоих этих производных относительно друг друга. Их введение, либо одновременно, либо отдельно, в составе препаратов в определенных соотношениях также могло бы обеспечить значительное преимущество.
Заявитель показал, что способ получения по настоящему изобретению, описанный выше, может быть использован для одновременного получения смеси двух серосодержащих и селеносодержащих соединений, которые существенно улучшают промышленную производительность.
Таким образом, во втором аспекте настоящее изобретение относится к способу получения смеси 2-гидрокси-4-метилселеномасляной кислоты и 2-гидрокси-4-метилтиомасляной кислоты в определенных соотношениях, который характеризуется тем, что он включает стадии:
- взаимодействия смеси 3-метилселенопропиональдегида формулы (I) и 3-метилтиопропиональдегида формулы (Ia):
,
+
-
+
-
3
с цианидом щелочного металла формулы MCN, предпочтительно в присутствии бисульфитной соли щелочного металла формулы MHSO , где М представляет собой атом щелочного металла, в полярном протонном растворителе,
для получения смеси 2-гидрокси-4-метилселенобутиронитрила формулы (II) и 2-гидрокси-4-метилтиобутиронитрила формулы (IIa):
,
которая в результате гидролиза в среде горячей концентрированной сильной кислоты, в полярном протонном растворителе, дает смесь двух ожидаемых соединений формул (IV) и (IVa):
,
которые могут быть превращены в смесь их солей после добавления физиологически приемлемого основания,
причем следует понимать, что относительные содержания обоих соединений (IV) и (IVa) заданы в начале способа относительными количествами соединений (I) и (Ia) и сохраняются на протяжении всего указанного способа получения.
В предпочтительном аспекте реагент цианид щелочного металла выбран из цианида натрия, цианида калия и цианида лития.
Реакцию осуществляют в протонном полярном растворителе, таком как, например, вода.
В способе по изобретению, как описано выше, относительное содержание двух соединений формул (IV) и (IVa) контролируют, и его можно установить в зависимости от предполагаемого применения. В частности, соотношение между соединением (IV) и соединением (IVa) составляет от 0,01% до 1% по массе и предпочтительно от 0,05% до 0,5% по массе.
При одновременном получении соединений формул (IV) и (IVa), соответственно предшественников селенометионина и метионина, также можно получать композиции, содержащие эту смесь, поскольку обращение с ними упрощается.
Таким образом, целью настоящего изобретения также является композиция, в частности пищевая композиция, содержащая в качестве активного ингредиента смесь 2-гидрокси-4-метилселеномасляной кислоты формулы (IV) и 2-гидрокси-4-метилтиомасляной кислоты формулы (IVa) и физиологически приемлемую среду. Соотношение между соединением (IV) и соединением (IVa) будет составлять, в частности, от 0,01% до 1,0% по массе и предпочтительно от 0,05% до 0,5% по массе.
Под физиологически приемлемой средой в контексте настоящего изобретения подразумевают среду, в частности, выбранную из:
- водного, спиртового раствора или масла,
- водно/масляной или масляно/водной эмульсии, микроэмульсии,
- водного геля,
- дисперсии везикул, микрокапсул, микрочастиц или наночастиц,
6
- твердой среды, состоящей из одной или более добавок и/или эксципиентов, которые могут быть выбраны из витаминов, природных антиоксидантов, минеральных солей, моно-, ди- или полисахаридов, в частности, фолиевой кислоты, витаминов B, E или С, лактозы, крахмала. Эта твердая среда, состоящая из одной или более добавок и/или эксципиентов, как определено выше, и содержащая по меньшей мере одно из соединений общей формулы (I), может быть приготовлена в виде желатиновой капсулы, таблетки или порошка. Количества различных компонентов этих композиций, отличных от соединения формулы (IV) и (IVa), представляют собой количества, обычно используемые для упомянутых применений.
В качестве неограничивающих примеров, приведенных лишь в качестве иллюстрации и которые, следовательно, не могут каким-либо образом ограничивать объем изобретения, эти среды могут представлять собой питательные жидкости, такие как, например, пищевое молоко, фруктовые соки, сиропы, а также молоко для грудных детей, или парентеральный раствор, столовая соль или вообще любая пища, дополненная селеном контролируемым образом.
Изобретение также относится к применению смеси 2-гидрокси-4-метилселеномасляной кислоты формулы (IV) и 2-гидрокси-4-метилтиомасляной кислоты формулы (IVa) в качестве пищевого ингредиента, дополнения или добавки.
Соединение 2-гидрокси-4-метилселенобутиронитрил формулы (II):
,
является новым и как таковое является частью изобретения, как и его энантиомеры.
В контексте настоящего изобретения в качестве физиологически приемлемого основания могут быть упомянуты неограничивающим образом минеральные основания, такие как гидроксиды натрия, лития, кальция, калия, магния, аммония или цинка, карбонаты щелочных или щелочноземельных металлов, такие как карбонаты и бикарбонаты натрия, лития, кальция, калия, магния, аммония или цинка, или органические основания, такие как метиламин, пропиламин, триметиламин, диэтиламин, триэтиламин, N,N-диметилэтаноламин, трис(гидроксиметил)аминоэтан, этаноламин, пиридин, пиколин, дициклогексиламин, морфолин, процеин, лизин, аргинин, гистидин, N-метилглюкамин, или дополнительно их фосфониевые соли, такие как алкилфосфониевые соли, арилфосфониевые соли, арилалкилфосфониевые соли, алкениларилфосфонии, или четвертичные аммониевые соли, такие как соли тетра-н-бутиламмония.
Соединение формулы (II) используют в объеме настоящего изобретения в качестве промежуточного соединения в синтезе при получении соединения формулы (IV), которое может быть превращено в селенометионин. Например, объектом изобретения является также применение соединения формулы (II), как определено ранее, или его энантиомеров в качестве источников селенометионина и/или селена у людей или животных.
Кроме того, подразумевают, в частности, применение указанного соединения формулы (II) в качестве:
- предшественников L(+)-селенометионина либо непосредственно, либо после ферментативного гидролиза, окисления и трансаминирования in vivo;
или в качестве:
- источников селена с целью компенсации частичного или полного дефицита селена;
или в качестве:
- пищевых ингредиентов, дополнений или добавок для изготовления пищевых композиций для животных кормов (более конкретно для крупного рогатого скота, овец, свиней, лошадей, кошек и собак, а также домашней птицы).
Следующие ниже примеры предложены лишь в качестве иллюстрации и не могут каким-либо образом ограничивать объем изобретения.
Пример 1: Получение 2-гидрокси-4-(метилселено)бутиронитрила
2
4
468 мг (3,1 ммоль) 3-метилселенопропиональдегида (R.Dieden et L. Hevesi, Synthesis 1988, 616-619) добавляют к раствору 291 мг (2,8 ммоль) бисульфита натрия в 1,2 мл воды. Смесь энергично перемешивают в течение 10 мин при комнатной температуре и затем добавляют 155 мг (3,16 ммоль) цианида натрия. После 2 ч перемешивания при комнатной температуре добавляют 5 мл дихлорметана и органическую фазу отбрасывают. Водную фазу экстрагируют второй раз 5 мл дихлорметана. Органические фазы собирают и затем после сушки (NaSO), фильтрации и упаривания получают желаемое соединение в виде бесцветного масла, которое может быть использовано как таковое на следующей стадии.
f
2
R (SiO, циклогексан/этилацетат, 50/50): 0,22.
1
-1
3
ЯМР-Н (CDCl, 300 МГц): δ (млн)=2.06 (s, 3H); 2.27 (m, 2H); 2.73 (m, 2H); 3.20 (bs, 1H, ОН); 4.74 (t, J=8 Гц, α-Н).
MS (масс-спектрометрия) (IE (энергия ионизации), 70 эВ): m/z (%) = 179 (80, М+); 164 (90); 153 (100); 123 (50); 109 (80).
Пример 2: Получение D,L-2-гидрокси-4-метилселеномасляной кислоты путем гидролиза 2-гидрокси-4-(метилселено)бутиронитрила
2
4
390 мг (2,1 ммоль) соединения, описанного в Примере 1, добавляют к смеси 1,7 мл концентрированной соляной кислоты и 3,6 мл воды. Смесь нагревают при дефлегмации в течение 6 ч и затем перемешивают в течение 14 ч при комнатной температуре. Затем водную фазу экстрагируют 3×10 мл трет-бутил метилового эфира. После сушки (NaSO), фильтрации и упаривания получают желаемое соединение в виде масла, которое кристаллизуется на холоду.
2
3
Rf (SiO, циклогексан/этилацетат, 50/50+1% CFCOOH): 0,26.
1
-1
3
3
ЯМР-Н (CDCl, 300 МГц): δ (млн) = 2.02 (s, 3H, SeCH); 2.08 (m, 1H); 2.22 (m, 1H); 2.70 (m (сим.), 2Н); 4.41 (dd, J=8 Гц, J=4 Гц, 1H, α-Н).
Пример 3: Получение D,L-2-гидрокси-4-метилселеномасляной кислоты амида
2
4
262 мг (1,47 ммоль) 2-гидрокси-4-(метилселено)бутиронитрила, описанного в Примере 1, добавляют к смеси 0,13 мл воды и 0,5 мл концентрированной серной кислоты. Смесь нагревают до 45°С в течение 2 ч и затем добавляют 5 мл воды и 5 мл дихлорметана. Органическую фазу отбрасывают и водную фазу экстрагируют второй раз в 5 мл дихлорметана. Органические фазы собирают и затем после сушки (NaSO), фильтрации и упаривания получают 48 мг желаемого соединения в виде вязкого бесцветного масла.
f
2
R (SiO, циклогексан/метанол, 90/10): 0,13.
1
1
3
3
2
2
ЯМР-Н (CDCl, 300 МГц): δ (млн-) = 2.06 (s, 3H, SeCH); 2.08 (m, 1H); 2.30 (m, 1H); 2.75 (m (сим.), 2Н); 3.25 (bs, 1H, ОН); 4.36 (dd, J=8 Гц, J=4 Гц, 1H, α-Н); 5.5 (bs, 1H, NH); 6.5 (bs, 1H, NH).
4
4
+
+
MS (IC, NH): m/z (%) = 215 (40, M+NH); 198 (100, M+NH); 181 (20); 102 (25).
Пример 4: Получение смеси по изобретению
Стадия А: Получение смеси 2-гидрокси-4-(метилтио)бутиронитрила и 2-гидрокси-4-(метилселено) бутиронитрила.
,
2
4
120 мг (0,8 ммоль) 3-метилселенопропиональдегида (R.Dieden and L. Hevesi, Synthesis 1988, 616-619) и 273 мг (2,5 ммоль) 3-метилтиопропиональдегида добавляют к раствору 312 мг (3 ммоль) бисульфита натрия в 1,2 мл воды. Смесь энергично перемешивают в течение 10 мин при комнатной температуре и затем добавляют 164 мг (3,3 ммоль) цианида натрия. После 2 ч перемешивания при комнатной температуре добавляют 5 мл дихлорметана и органическую фазу отбрасывают. Водную фазу экстрагируют второй раз в 5 мл дихлорметана. Органические фазы собирают и затем после сушки (NaSO), фильтрации и упаривания получают смесь 2-гидрокси-4-(метилтио)бутиронитрила и 2-гидрокси-4-(метилселено)бутиронитрила в соотношении 3:1 в виде желтоватого масла, которое может быть использовано как таковое на следующей стадии.
1
-1
3
3
3
ЯМР-Н (CDCl, 300 МГц): δ (млн) = 2.06 (s, SeCH); 2.16 (s, SСН), 2.10-2.35 (m); 2.50-2.65 (m); 2.64-2.90 (m); 3.20 (bs, ОН); 4.74 (t, J=8 Гц, 2-Н, Se соединение); 4.76 (t, J=8 Гц, 2-Н, S соединение).
Стадия В: Получение смеси D,L-2-гидрокси-4-метилселеномасляной кислоты и D,L-2-гидрокси-4-метилтиомасляной кислоты.
2
4
105 мг продукта, описанного на стадии А, добавляют к смеси 0,6 мл концентрированной соляной кислоты и 1,3 мл воды. Смесь нагревают при дефлегмации в течение 5 ч и затем водную фазу экстрагируют 2×10 мл трет-бутилметилового эфира. После сушки (NaSO), фильтрации и упаривания получают смесь 2-гидрокси-4-(метилтио)масляной кислоты и 2-гидрокси-4-(метилселено)масляной кислоты в соотношении 3:1 в виде желтоватого масла.
R
5
10
3
+
ES (электрораспыление) (LC-MS (жидкостная хроматография - масс-спектрометрия): t=1,69 мин: 148,9 (М[CHOS]-H);
R
5
10
3
+
t=2,24 мин: 196,8 (М[CHOSe]-H).
Пример 5: Получение композиций по изобретению
Пример 5.А: Желатиновые капсулы получали стандартным способом в соответствии со следующей композицией:
L-2-гидрокси-4-метилселеномасляная кислота
0,2 мг
L-2-гидрокси-4-метилтиомасляная кислота
200 мг
Эксципиенты* и инкапсуляция**
сколько необходимо для желатиновой капсулы
1000 мг
(* кукурузный крахмал, лактоза, стеарат магния, лаурилсульфат натрия,
** желатин, диоксид титана, красители).
Пример 5.8: Желатиновые капсулы получали стандартным способом в соответствии со следующей композицией:
L-2-гидрокси-4-метилселеномасляная кислота
0,05 мг
L-2-гидрокси-4-метилтиомасляная кислота
50 мг
Эксципиенты* и инкапсуляция**
сколько необходимо для желатиновой капсулы
1000 мг
(* кукурузный крахмал, лактоза, стеарат магния, лаурилсульфат натрия,
** желатин, диоксид титана, красители).
Пример 5.С: Желатиновые капсулы получали стандартным способом в соответствии со следующей композицией:
L-2-гидрокси-4-метилселеномасляная кислота
10 мг
L-2-гидрокси-4-метилтиомасляная кислота
10 мг
Вода
сколько необходимо
до 1000 мг