AMINOBUTYROLACTONE

La présente invention concerne un procédé de préparation d'un acide aminé à partir de la 2-aminobutyrolactone (2ABL).

Il existe une conversion classique de la 2ABL en méthionine par réaction du méthanethiolate de sodium (CH ₃ SNa), telle que décrite dans Chem. Ber. (1950) 83, 265. Cette synthèse est réalisée en une seule étape dans du toluène, à 160°C, sur une durée d'une heure. Son rendement n'est cependant que de 44%.

Selon US2008/0146840A1 , on connaît un procédé d'obtention de la méthionine à partir d'homosérine, comprenant les étapes consistant à :

a) effe ct u e r u n e ré a ct i o n d e N-acylation et cyclisation concomitantes de l'homosérine,

b) à faire réagir le méthylmercaptan avec le N-acétamide de 2- am inobutyrolactone obtenu à l'étape a), en présence d'un catalyseur acide ou basique, pour obtenir le N-acétamide de méthionine, et

c) à hydrolyser le N-acétamide de méthionine en méthionine.

Ce procédé conduit à des rendements plus élevés, mais il présente l'inconvénient de nécessiter trois étapes, devant chacune recourir à la purification des intermédiaires formés.

Par ailleurs, l'homosérine est un composé très disponible. Elle peut être obtenue par voie chimique. Elle peut aussi être obtenue par fermentation microbiologique de sucres ; une large bibliographie existe sur ce sujet. Cette source est d'autant plus attrayante qu'on obtient l'isomère L de l'homosérine. Comme le montre l'art antérieur, l'étape de cyclisation de l'homosérine en 2ABL, protégée ou non, est efficace, mais on se heurte à des rendements beaucoup trop faibles de l'étape ultime de conversion en méthionine ou à un process trop lourd, pour en envisager une synthèse à grande échelle.

Les auteurs de la présente invention ont découvert un groupement protecteur de la fonction aminé de la 2ABL, ainsi que le réactif en permettant le placement, ledit groupement étant introduit et retiré facilement, et ce de manière réversible. Ils ont de ce fa it révélé une application majeure de l'homosérine dans la préparation d'acides aminés. L'invention apporte un procédé de préparation d'un acide aminé, ou de ses sels, à partir de la 2-aminobutyrolactone (2ABL), ledit acide aminé répondant à la formule I, XCH ₂ CH ₂ CHNH ₂ COOH , où X est tel que X ^" représente un ion nucléophile, qui comprend les étapes suivantes :

- On réalise la N-carboxylation de la 2-aminobutyrolactone

(2ABL) par du dioxyde de carbone, et

- On fait réagir le N-carboxyl de la 2ABL ainsi obtenu avec un réactif XH ou ses sels, et on acidifie.

Comme l'illustreront les exemples, les rendements de déprotection rendent possible une synthèse industrielle de la méthionine à partir de 2ABL. La synthèse industrielle de nombreux autres acides aminés, tels que ceux répondant à la formule I ci-dessus est tout aussi préconisable. Par acide aminé, on entend tout acide aminé comportant un carbone asymétrique porteur d'un groupe -NH ₂ , d'un groupe -COOH, de -H et d'une chaîne latérale de forme -CH ₂ CH ₂ X, X étant apporté selon l'invention par le réactif XH ou son sel, ou de forme -CH ₂ CH ₂ Y, où Y représente un groupe résultant d'une conversion de X par exemple par hydrolyse. A titre d'exemples préférés, on peut citer en plus de la méthionine, la sélénométhionine, l'homocystéine et la glutamine. Ce procédé permet aussi de préparer l'homocystéine, celle-ci étant obtenue avec son dimère.

Le carbone porteur du groupement aminé et du groupement carboxylique étant asymétrique, on entend par acide aminé, chacun de ses isomères, L- ou D-, ou leurs mélanges et notamment le racémique. On obtient l'isomère ou le mélange d'isomères recherché de l'acide aminé en partant de l'isomère ou du mélange d'isomères correspondant de la 2ABL, et en amont de l'homosérine, le procédé objet de l'invention n'affectant pas la configuration des entités.

Un autre objet de l'invention est le N-carboxyl-2- aminobutyrolactone. Il s'agit du composé intermédiaire obtenu à l'issue de l'étape de N-carboxylation de la 2ABL. Bien entendu, son application ne se limite pas à cette synthèse.

La réaction de N-carboxylation est avantageusement et simplement réalisée en présence d'un bullage de CO ₂ gazeux. De préférence, elle est conduite dans un solvant polaire aprotique. A titre d'exemple, il est choisi parmi le diméthylsulfoxyde et la N-méthylpyrrolidone (NMP). Elle peut aussi être conduite avec du CO2 super critique.

Cette étape est de préférence menée à une température comprise entre 0 et 50°C.

La seconde étape du procédé met en jeu un réactif XH ou un sel de celui-ci. X est défini tel que X ^" est un ion, constitué de un ou de plusieurs atomes, qui est nucléophile. Plus spécifiquement, il est capable d'agir sur le carbone en beta de la fonction aminé protégée, afin d'ouvrir le cycle lactone. Il comprend un atome riche en électrons généralement choisi parmi les atomes de soufre, de sélénium, d'oxygène, de carbone, ledit atome étant lié à au moins l'un de l'hydrogène, un alkyle en C1 -C6, linéaire ou ramifié, l'azote. A titre d'exemples, X ^" est choisi parmi CH ₃ S ^" et CH ₃ Se ^" pour obtenir la méthionine et la sélénométhionine, respectivement, parmi SH ^" et SeH ^" pour obtenir l'homocystéine et l'acide 2-amino-4-SeH-thiobutyrique, respectivement. I I pe u t a u s s i êt re C N ^" pou r l 'obtention de l 'acide 2-amino-4-cyano- thiobutyrique ; celui-ci sera avantageusement hydrolysé en groupe amide pour conduire à la glutamine.

Les sel s de XH sont avantageusement choisis parmi les sels métalliques, par exemple sels de métaux alcalins et alcalino-terreux.

La concentration du réactif XH ou son sel est avantageusement en excès par rapport à la 2-ABL, elle représente de préférence de 3 à 30% en pourcentage poids/poids de la masse totale du milieu réactionnel . Cette étape se déroule de préférence à u ne tem pératu re variant de 1 00 à 200°C . Avantageusement, la température est de l'ordre de 130°C.

Le procédé de l'invention peut être mis en œuvre sur une période variant de 5 minutes à 3 heures.

Comme indiqué précédemment, ce procédé permet d'obtenir un acide aminé ou ses sels. Ces sels sont avantageusement choisis parmi les sels de sodium, de lithium, de calcium, de zinc. Pour obtenir un sel, on choisira le sel approprié du réactif XH.

L'invention et ses avantages sont ci-après illustrés à l'appui des exemples suivants décrivant la préparation de méthionine selon les exemples 1 e t 2 , d e l ' homocysté i n e et son d i m ère sel on l ' exem pl e 3 , et de sélénométhionine selon les exemples 4, 5, 6 et 7, à partir de 2ABL. Les exemples 1 et 2 décrivent la préparation de méth ion ine directement à partir de 2ABL (exemple 1 ) et à partir de 2ABL en passant par l' interméd iaire 2ABL-N-carboxylée (ou carbonatée), c'est-à-d i re se lo n l'invention (exemple 2), d'après le schéma suivant :

1 mmoi

R = H : 2-ABL MTN

R = COOH : 2-ABL-N-carbonatée Exemple 1 : préparation de méthionine directement à partir de 2ABL

Cet essai est réalisé à l'échelle d'1 mmole de 2-ABL. La 2-ABL est placée en solution dans 1 ,2 m L de N M P . L'agitation est maintenue à 20°C pendant 1 0 min, puis 10,8 m L de N MP et 3 éq . de MeSNa sont ajoutés. Le milieu réactionnel placé sous agitation est chauffé à 150°C pendant 1 heure. Le milieu est hydrolysé par simple dilution dans le solvant HPLC.

Exemple 2 : préparation de méthionine selon l'invention

Le schéma réactionnel est le suivant :

2ABL N-carboxylée

Les cond itions opératoires de l'exemple 1 sont reproduites à l'identique, à la seule différence près qu'un bullage de CO2 est réalisé à 20°C pendant 10 min.

Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 1 suivant : Rendement en % (HPLC)

Exemple Substrat

Méthionine Dicétopipérazine Homosérine

1 2ABL 17 19 29

2 2ABL-N-carboxylée 80 16 <1

On observe u n quadru plement d u rendement en méth ion ine préparée par le procédé de l'invention. L'exemple 3 décrit la préparation de l'homocystéine à partir de

2ABL selon l'invention

Exemple 3 : Préparation de l'homocystéine selon l'invention

Le schéma réactionnel est le suivant :

2-ABL homocystéine homocystine

Le procédé de l' invention permet aussi d 'obten ir le d imère de l'homocystéine (nommé l'homocystine).

Cet exemple est réalisé à l'échelle d'1 mmol de 2ABL dans un pilulier avec une agitation magnétique. La 2-ABL est placée en solution dans 1 ,2 mL de NMP. Le bullage du CO ₂ est effectué à 20°C pendant 10 min, puis 10,8 mL de NMP et 3 équivalents de Na2S sont ajoutés. Le milieu réactionnel placé sous agitation est chauffé progressivement jusqu'à 90°C. Après 30 min, le milieu est hydrolysé par simple dilution dans le solvant HPLC.

Ces cond itions permettent de former de l'homocystéine et son dimère. Les meilleures performances sont obtenues à une température de 90°C. Après un temps de réaction de 30 min, la réaction est terminée. A une température supérieure et en présence de 3 équivalents de Na2S, l'homocystine est favorisée. L'excès de Na2S accélère la dimérisation de l'homocystéine

Les rendements (HPLC) suivants sont obtenus :

Homocystéine 36%

Homocystine 14%

Dicétopipérazine 2% Les exemples 4 , 5 , 6 e t 7 décrivent la préparation de sélénométhionine directement à partir de 2ABL (exemples 4 et 6) et à partir de 2ABL en passant par l'intermédiaire 2ABL-N-carboxylée, c'est-à-dire selon l'invention (exemples 5 et 7), par réaction avec MeSeNa ou MeSeLi.

Selon les exemples 4 et 5, le schéma est le suivant :

21 Ό ¹ ' NH ₂ 2- Η Ό ₄ (dosage HPLC) T ^■

NH ₂

3 éq.

2-ABL ou séténométhionine

Exemple 4 : préparation de sélénométhionine directement à partir de 2ABL

Cet exemple est réalisé à l'échelle de 50 mg de Na, dans un pilulier de 4 mL avec une agitation magnétique à 20°C. Le Me2Se2 est placé en solution dans 2 mL de NMP puis à 20°C, 50 mg de Na sont additionnés. La 2-ABL est placée en solution dans 870 μί de NMP. L'agitation est maintenue à 20°C pendant 10 min, puis 10,8 mL de NMP et la solution de MeSeNa dans la NMP sont ajoutés. Le milieu réactionnel placé sous agitation est chauffé à 90°C pendant 1 heure. Le milieu réactionnel est hydrolysé par simple dilution dans le solvant HPLC.

Exemple 5 : préparation de sélénométhionine selon l'invention

Les conditions opératoires de l'exemple 4 sont reprodu ites à l'identique, à la seule différence près qu'un bullage de CO2 est réalisé.

Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 2 suivant :

Selon les exemples 6 et 7, le schéma est le suivant :

3 éq. 1 éq.

2-ABL ou sélénométhionine 2-ABL-N-carbonatée

MeSeLi est préparé selon la synthèse décrite dans M. Tiecco et al., Synthetic Communications, 1983, 13, 617.

Exemple 6 : préparation de méthionine directement à partir de 2ABL

Cet exemple est réalisé à l'échelle d'1 mmol de 2ABL dans un pilulier avec une agitation magnétique à 20°C. La 2-ABL est placée en solution dans 1 .2 mL de NMP. L'agitation est maintenue à 20°C pendant 10 min, puis 10,8 mL de NMP et 2,43 mL de MeSeLi en solution dans le THF sont ajoutés. Le milieu réactionnel placé sous agitation est chauffé pendant 1 heure à 60°C. Le milieu réactionnel est hydrolysé par simple dilution dans le solvant HPLC.

Exemple 7 : préparation de sélénométhionine selon l'invention

Les conditions opératoires de l'exemple 6 sont reprodu ites à l'identique, aux seules différences près qu'un bullage de CO2 est réalisé à 20°C pendant 10 min et que la température de réaction est portée à 90°C.

Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 3 suivant

Il ressort de l'ensemble de ces exemples que le procédé constitue une voie très performante d'obtention d'acides aminés à partir de la 2ABL et en cela une nouvelle exploitation intéressante de l'homosérine. Le composé intermédiai re N-carboxyl-2-aminobutyrolactone, un des objets de l'invention, formé notamment aux exemples 2, 3, 5 et 7 a été analysé. Ces analyses sont les suivantes :

Spectre RMN du proton (fréquence : 250MHz, solvant dmso-d6) :

2.16 ppm (multiplet, 1 H), 2.28-2.44 (multiplet, 1 H), 4.08-4.22 (multiplet, 1 H), 4.23-4.38 (multiplet, 2H), 7.25 (doublet, J = 8.2 Hz, 1 H)