CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un procedimiento para la obtención de tioéteres adecuados para uso farmacéutico, mediante el empleo de métodos electroquímicos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Algunos tioéteres, en particular la S-carboximetil-L- cisteína, presentan actividad mucolítica sobre la secreción bronquial humana debido a que producen la ruptura de los enlaces disulfuro que mantienen la estructura gelatinosa de dicha secreción, por lo que son adecuados para el tratamiento de la bronquitis y de los catarros nasales. Adicionalmente, la S-carboximetil-L- cisteína se utiliza en tratamientos normalizadores del metabolismo de la piel, especialmente en aquéllos que implican un exceso de producción de lípidos, tales como acné, seborrea, dermatitis exfoliativa y fragilidad de uñas.

Los tioéteres pueden obtenerse, en general, por métodos químicos, por fermentación microbiana (o síntesis enzimática) o por electrorreducción. Los métodos químicos de obtención de tioéteres comprenden, en general, la síntesis del tiol correspondiente, su aislamiento y finalmente la formación del tioéter. Entre los métodos químicos utilizados para la síntesis de tioéteres se encuentran los descritos por: - Baumann y cois., [Z. Physiol. Chem. 5, 309 (1881)] que describieron la reducción del disulfuro L-cistina a L- cisteína clorhidrato mediante la acción del estaño metálico sobre disoluciones de cistina en HC1;

- Bermann y cois., [Ber, 63, 987 (1930)] que describieron la obtención de tioles por hidrogenación

catalítica de disulfuros en presencia de paladio;

- Martens y cois., [Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 20, 668 (1981)] que describieron un procedimiento para la síntesis de un tiol precursor (racémico) útil como intermedio para la fabricación de tioéteres que transcurría a través de la obtención del intermedio clave, la 2,2-dimetil-3-tiazolina, por reacción en un sólo paso del cloroacetaldehído, bisulfuro de hidrógeno, amoníaco y acetona, seguido de reacción con ácido hidrociánico (HCN) y posteriormente con HC1 acuoso obteniéndose el tiol racémico en un sólo paso;

- Michaelis y cois., [J. Biol. Chem. 106, 331-341 (1934)] que describieron la síntesis de S-carboximetil-L- cisteína a partir de ácido monocloracético y clorhidrato de cisteína en medio KOH;

- la patente francesa n ⁰ - FR 1.298.907, que parte de ácido monocloracético y cisteína para dar la S- carboximetil-L-cisteína;

- la patente japonesa n°- JE, 1.193.245, en la que se describe el empleo de bisulfito como reductor del disulfuro y la posterior carboximetilación con ácido monocloroacético;

- la patente alemana nS DE 3.413.880, en la que se describe la preparación de tioéteres por reacción del ácido tioglicólico con cloroalanina; y

- la patente alemana n2 DE 2.647.094, en la que se describe la obtención de tioéteres por reducción con sodio metálico del disulfuro en amoníaco líquido y posterior reacción de la sal disódica del tiol formada con el ácido monocloroacético.

Eh general, todos estos procedimientos de obtención de tioéteres por métodos químicos presentan inconvenientes asociados con la producción de residuos tóxicos y peligrosos que deben ser eliminados, la recuperación del metal utilizado, la dificultad de controlar la reacción de

hidrogenación, el empleo de reactivos muy peligrosos (HCN), la obtención de bajos rendimientos y el impacto medioambiental, lo que hace que presenten serias desventajas desde un punto de vista económico, industrial y medioambiental.

Los procedimientos de síntesis enzimática constituyen una buena alternativa para la obtención de tioéteres en un sólo paso. La síntesis de tioles protegidos mediante el empleo de métodos enzimáticos se describe, por ejemplo, en:

- las patentes japonesas nos. JP 90 72891 y JP 90 100 691 , que describen la obtención de tioéteres a partir de serina y tioglicolatos utilizando la triptófano sintetasa;

- la patente japonesa n ⁰ - 86 152 293 que describe la obtención de tioéteres a partir de b-cloro-DL-alanina y tioglicolato utilizando enzimas bacterianas; y

- la patente alemana n ⁰ - DE 1.024.518 y la patente norteamericana n ⁰ - US 2.907.703, que describen la obtención de tioésteres utilizando Pseudomonas desmoli tica . En general, estos procedimientos de obtención de tioéteres por síntesis enzimática, al igual que los electroquímicos y a diferencia de los métodos químicos, son limpios para el Medio Ambiente. No obstante, estos procedimientos están bien estudiados a nivel de laboratorio pero no a nivel industrial y presentan los inconvenientes asociados con el empleo de proteínas y materia viva, que requieren el empleo de condiciones muy estrictas para mantener la actividad de tales reactivos.

Los procedimientos de obtención de tioles a partir de disulfuros, mediante el empleo de métodos electroquímicos, se conocen desde los años 40, en que se realizan estudios cinéticos sobre electrodos de mercurio y técnicas electro- analíticas para estos importantes compuestos con la pretensión de establecer modelos de estudios de funciones que desempeñan los puentes disulfuro y los grupos tioles

de las proteínas en una variedad de medios biológicos [Ralph et y cois., Review J. Electroanal. Chem., 375, 1-27 (1994)].

Los ejemplos que se mencionan a continuación describen procedimientos de síntesis de tioles, por métodos electroquímicos, que comprenden el aislamiento de los tioles obtenidos y su posterior tratamiento para obtener tioéteres derivados no aptos para su utilización farmacéutica porque no cumplen las especificaciones exigidas por la Farmacopea correspondiente.

Rambacher y cois., [patente alemana n°- DE 1.024.518 y patente norteamericana n≥ US 2.907.703 (1959)] describieron la obtención electroquímica del clorhidrato de L-cisteína por electrorreducción del clorhidrato de L- cistina, utilizando cátodos de cobre y estaño, cuya base eran cátodos de cobre y se adicionaba cloruro de estaño al catolito.

Suzuki y Karube [Recent. Dev. Sep. Sci., 3, 355 (1977)] han investigado la electrorreducción en una serie de cátodos sobre los que era factible la reducción de un disulfuro (cistina) a un tiol (cisteína) con lo que se obtenían rendimientos cuantitativos y eficiencias de corriente del 100% (caso del Zn) pero se producía una corrosión del cátodo en el catolito ácido, contaminando el producto con iones zinc. Dado que los productos adecuados para su utilización en clínica requieren un contenido en metales pesados inferior a 10 ppm, con este procedimiento no se pueden obtener productos con calidad adecuada para su empleo según la Farmacopea Europea. Asimismo, estos autores también observaron, utilizando electrolitos alcalinos, una pérdida considerable de ambos aminoácidos debido a reacciones de oxidación y descomposición y a la migración y difusión de las moléculas del aminoácido al compartimento del anolito. En estos procedimientos en los que se aisla el tiol

intermedio, se obtienen rendimientos variables, entre el 58% y el 75%, y bajas eficacias de corriente, por lo que es necesario recurrir a procesos de purificación posteriores que disminuyen los rendimientos globales e incrementan los costes de producción.

Otros procedimientos relativos a la síntesis electroquímica de tioles en un sólo paso se describen en:

- la solicitud de patente europea n≤ EP 0 235 908, donde se describe un método para la producción de L- cisteína por reducción electroquímica de L-cistina, utilizando una célula electroquímica; y

- la patente española n≤ ES 2.032.155, donde se describe un procedimiento para la obtención de S- carboximetil-L-cisteína, en un sólo paso. No obstante, el producto obtenido por ese procedimiento no cumple las especificaciones demandadas por la Farmacopea Europea ya que para ello es preciso modificar tanto los electrodos como el proceso en general.

Por consiguiente, sigue existiendo la necesidad de disponer de un procedimiento que permita obtener tioéteres para uso farmacéutico y que, preferentemente, cumplan las especificaciones demandadas por la Farmacopea Europea, mediante el empleo de métodos electroquímicos, en una sola etapa, con elevados rendimientos y selectividad. La presente invención proporciona un procedimiento que cumple los objetivos requeridos.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN

La invención proporciona un procedimiento para la obtención de tioéteres adecuados para uso farmacéutico, que pueden cumplir las especificaciones de la Farmacopea

Europea, en un sólo paso, mediante el empleo de métodos electroquímicos.

Para conseguir estos objetivos, se ha encontrado, sorprendentemente, que es necesario combinar el diseño de

los electrodos (tipo, geometría, materiales), junto con el control del pH durante el proceso y la utilización de cantidades adecuadas del reactivo que se adiciona al catolito durante el proceso, de forma que se eviten los procesos de descomposición puestos de manifiesto en los procedimientos conocidos. Por tanto, para conseguir estas exigencias de calidad Farmacopea Europea, es clave:

1 ) el tipo de electrodo, especialmente, el cátodo, ya que está directamente relacionado con el rendimiento, la selectividad y la eficacia de la corriente;

2) los parámetros hidráulicos del reactor y del proceso;

3) la densidad de corriente; y

4) el tipo de reactor, incluidos los elementos internos.

Relacionado con los puntos anteriores, también es clave, tanto el rendimiento como la selectividad, ya que hacen que se produzcan transformaciones cuantitativas del producto de partida en el intermedio no aislado, lo que constituye un punto clave, ya que de no conseguir la citada transformación, es difícil, superados unos determinados porcentajes, eliminar el disulfuro del medio de reacción, lo que conduciría a obtener un producto que no cumpliera las especificaciones requeridas por la Farmacopea Europea.

Debido a que los costes de la materia de partida (disulfuro) son significativos, y teniendo en cuenta el alto valor del producto final (tioéter), así como la elevada pureza que se demanda para poder cumplir las especificaciones de la Farmacopea Europea del tioéter, tanto el rendimiento como la selectividad son criterios importantísimos tenidos en cuenta en la realización del procedimiento de síntesis de tioéteres, en un sólo paso, objeto de esta invención. La elección de los electrodos y de las condiciones de

trabajo, es sumamente importante para evitar la contaminación del producto con metales pesado, en general plomo, ya que es necesario obtener un producto con un máximo de 10 ppm en metales pesados. Los problemas que presentan los procesos de electrosíntesis conocidos, que no permiten la obtención de tioéteres con calidad Farmacopea Europea, se han resuelto mediante el empleo de unos cátodos de carbono tridimensionales, con colector de metal, que han demostrado su eficacia en el procedimiento de esta invención, lo que permite obtener altos rendimientos, eficacia y productividad, factores que conducen a la obtención de un producto con calidad Farmacopea Europea, conseguidos tanto por el propio diseño como por la mejora considerable del transporte de masa al electrodo, evitando los electrodos utilizados la contaminación del producto por metales tóxicos.

El resto de los componentes que forman el reactor o célula de electrosíntesis: ánodo, membranas, catolito, anolito, así como las condiciones de operación, control de pH y adición controlada de reactivo al catolito, contribuyen decisivamente a la obtención de un producto final que cumple directamente las especificaciones requeridas para su uso en farmacia.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La invención proporciona un procedimiento para la obtención, mediante el empleo de métodos electroquímicos, en un solo paso, de tioéteres adecuados para uso farmacéutico, que cumplen las especificaciones de la Farmacopea Europea, de fórmula general (I)

Rl-S-R ₂ (I)

donde

R ₁ es un grupo alquilo C2-C5, un grupo alquilo C2-C5 opcionalmente sustituido con uno o más halógenos, un grupo fenilo sustituido con un halógeno, un grupo fenil(haloalcuilo C ₁ -C ₄ ), un grupo -CH ₂ -COOR ₃ , donde R3 es H o un catión, un grupo haloformilalquilo o haloformilarilo;

R ₂ es -(CH ₂ ) _n -CH-COOH,

NHR ₄ donde R ₄ es H o un grupo acetilo, y n es un número entero seleccionado entre 1 y 2.

La expresión "grupo alquilo C ₂ -C ₅ " se refiere a un radical alquilo de 2 a 5 átomos de carbono, de cadena lineal o ramificada. La expresión "grupo alquilo C ₂ -C ₅ opcionalmente sustituido con uno o más halógenos" se refiere a un radical alquilo de 2 a 5 átomos de carbono, de cadena lineal o ramificada, que puede estar, opcionalmente, sustituido con uno o más átomos de halógeno, preferentemente, cloro o yodo.

La expresión "grupo fenilo sustituido con un halógeno" se refiere a un radical fenilo que puede estar, opcionalmente, sustituido con un átomo de halógeno en cualquier posición del anillo. La expresión "grupo fenil(haloalquilo C1-C4)" se refiere a un radical fenilo que tiene una cadena lateral constituida por un radical alquilo de 1 a 4 átomos de carbono, de cadena lineal o ramificada, y un halógeno unido a uno de los átomos de carbono del grupo alquilo, preferentemente al último.

La expresión "grupo haloformilalquilo" se refiere a un grupo constituido por un grupo alquilo unido a un grupo haloformilo de fórmula Hal-CO-. El grupo alquilo puede ser, preferentemente, un radical alquilo de 1 a 5 átomos

de carbono, de cadena lineal o ramificada, y Hal puede ser, preferentemente, cloro.

La expresión "grupo haloformilarilo" se refiere a un grupo constituido por un grupo arilo unido a un grupo haloformilo de fórmula Hal-CO- . El grupo arilo puede ser, preferentemente, un radical fenilo, y Hal puede ser, preferentemente, cloro.

El término "halógeno" incluye al flúor, cloro, bromo o yodo. El término "catión" se refiere a un ion procedente de un metal, preferentemente alcalino o alcalinotérreo, e incluye también al radical amonio.

Uno de los tioéteres preferidos que puede obtenerse mediante el procedimiento de esta invención es la S- carboximetil-L-cisteína, de fórmula:

HOOC-CH ₂ -S-CH ₂ -CH-COOH NH ₂

El procedimiento objeto de esta invención se basa en la reactividad de los grupos sulfhidrilo (R ₂ -S ^" ) con haloderivados (X-R- _j ) que reaccionan con los nucleófilos básicos no protonados desplazando el ion del halógeno, según la siguiente reacción:

donde R- _j y R ₂ son los definidos previamente en relación con la fórmula (I) y X es un halógeno.

El procedimiento de obtención de los tioéteres (I) de esta invención comprende la reducción electroquímica de un disulfuro de partida y el aislamiento del tioéter (I) formado en el catolito. El disulfuro de partida tiene la fórmula general (II)

R ₂ -S-S-R ₂ ( II )

donde R ₂ es el definido previamente en relación con la fórmula (I) .

La reducción electroquímica del disulfuro (II) se efectúa en un medio básico, constituido generalmente por una disolución acuosa de un hidróxido de un metal alcalino o alcalino-terreo, preferentemente sodio, con un pH comprendido entre 8 y 13,5, al que se le adiciona un compuesto de fórmula general (III)

donde R ₁ es el definido previamente en relación con la fórmula (I), y X es un halógeno,

de forma controlada, a lo largo del procedimiento y manteniendo el control del pH entre 9 y 12 durante toda la electrólisis.

La reducción del disulfuro (II) y la síntesis del tioéter (I), según el procedimiento de esta invención, puede realizarse en una célula electroquímica o de electrosíntesis, que puede estar formada por, al menos, un cátodo y un ánodo, un catolito y un anolito separados por unos medios de separación adecuados, tales como una membrana de intercambio iónico o cualquier otro separador apropiado.

Como cátodo pueden utilizarse electrodos constituidos por grafito, plomo, estaño, zinc, mercurio, cobre, titanio, titanio platinizado, cualquier acero o aleación en la que intervenga el hierro, o preferentemente, un electrodo de carbono tridimensional con un colector de metal. Como ánodo pueden utilizarse electrodos constituidos

por plomo, grafito, titanio, DSA (ánodos dimensionalmente estables), titanio platinizado, titanio-plomo, dióxido de plomo, preferentemente un DSA-Oxígeno, sin que estos electrodos sean limitantes de la invención. No obstante, al objeto de que los rendimientos y la selectividad sean los adecuados, y para evitar la contaminación por metales pesados en el producto final, al tener que utilizar plomo, es preferible la utilización de uno o varios cátodos constituidos por un electrodo de carbono tridimensional combinado con un colector de plomo, ya que la naturaleza y forma del electrodo influye decisivamente en la calidad del producto final. Asimismo, para obtener un tioéter de fórmula (I) con la calidad farmacéutica requerida es necesario que la célula de electrosíntesis incluya uno o varios ánodos constituidos por DSA-Oxígeno, al objeto de evitar los problemas de corrosión detectados en otros tipos de ánodos utilizados, y que conducen a un producto con calidad no farmacéutica. El catolito, o disolución eri contacto con el cátodo, puede estar formado por una disolución acuosa de un disulfuro de la fórmula general (II) antes mostrada, en medio básico, constituido generalmente por una disolución acuosa de un hidróxido de metal alcalino o alcalino- térreo, preferentemente sodio, con un pH comprendido entre 8 y 13,5. El compuesto de fórmula (III) debe adicionarse al catolito, necesariamente, a lo largo del procedimiento, al objeto de obtener un producto con calidad farmacéutica, y es necesario mantener un control de pH entre 9 y 12 durante toda la electrólisis del disulfuro (II). El anolito, o disolución que está en contacto con el ánodo, puede estar formado por una disolución acuosa de cualquier electrolito salino, por ejemplo, una disolución acuosa de sulfato sódico.

El catolito y el anolito han de estar necesariamente separados por unos medios de separación adecuados, tales

como una membrana de intercambio iónico, preferentemente una membrana selectiva que permite el paso de cationes pero no de aniones, o por cualquier otro tipo de separador. Como se ha mencionado previamente, la célula de electrosíntesis puede estar formada por un número variable de electrodos, según las necesidades de producción, que actúan como ánodo o como cátodo. Los electrodos pueden ser planos o pueden tener cualquier forma o estructura, y pueden estar dispuestos en una agrupación tipo filtro- prensa o similar. Preferentemente, se deben utilizar electrodos porosos tridimensionales.

La conexión de los electrodos a la fuente puede ser monopolar, bipolar o mixta, preferentemente, la bipolar por el diseño específico de la célula de electrosíntesis. La electrólisis puede realizarse a una temperatura comprendida entre 0 y 90SC.

La densidad de corriente puede estar comprendida entre 1 mA/cm ² y 5.000 mA/cm ² y_no tiene que permanecer, necesariamente, constante durante la electrólisis.

Aunque se debe circular una cantidad de carga suficiente para reducir todo el disulfuro (II) inicial presente en el catolito, el final de la reacción de electrosíntesis se detecta por HPLC (cromatografía de líquidos de alta resolución), evaluando el contenido en disulfuro (II) libre del catolito, que debe ser menor del 0,02%, lo que garantiza menos del 0,5% en el producto final [tioéter (I)] para que resulte adecuado a la calidad demandada por la Farmacopea Europea. El catolito resultante se acidifica hasta un pH comprendido entre 2 y 3, por ejemplo con HC1 concentrado, y se mantiene la disolución, con agitación, durante el tiempo necesario para que tenga lugar la formación de cristales. Tras centrifugar, el producto resultante se lava con una cantidad de agua suficiente para eliminar la

mayor parte de los cloruros (en caso de utilizar HCl para acidificar el catolito) del sólido que pudieran haberse formado y obtener un tioéter (I), con un contenido en tales cloruros menor del 0,15%, de calidad Farmacopea Europea.

En una realización particular del procedimiento de esta invención, el tioéter (I) obtenido es la S- carboximetil-L-cisteína, el disulfuro (II) es la L-cistina y el compuesto (III) es el ácido monocloroacético o una de sus sales.

Como puede apreciarse, esta invención proporciona un procedimiento que permite obtener, por electrosíntesis, los tioéteres (I) con calidad Farmacopea Europea, a partir del disulfuro (II) correspondiente, en un sólo paso. La principal novedad del procedimiento radica en efectuar la reducción de dicho disulfuro (II) por métodos electroquímicos, en medio básico, sin aislar el producto intermedio, utilizando, al menos, un cátodo constituido por un electrodo de carbono con_colector de plomo y, al menos, un ánodo constituido por un DSA-Oxígeno, controlando el pH y la adición del haloderivado (III) al catolito. Este procedimiento presenta numerosas ventajas frente a los procedimientos conocidos que pueden resumirse en su elevado rendimiento de síntesis, prácticamente cuantitativa, con lo que se obtiene un producto final aislado con rendimientos superiores al 95%, aspecto clave para conseguir la calidad de Farmacopea Europea que se demanda al producto final. Además, el procedimiento de esta invención tiene la ventaja de que medioambientalmente es limpio y, en relación con otros procesos, evita el empleo de reductores potencialmente peligrosos, tales como el sodio metálico.

Los resultados analíticos típicos del tioéter (I), para el derivado de cisteína (Cys) obtenido a partir del disulfuro correspondiente (cistina, Cys2), se resumen en

la Tabla 1

Tabla 1 Resultados analíticos típicos de un tioéter (I)

Riqueza >98,5%

Rotación específica -33,0 a -35,0

(c=10%, pH=6,3)

Turbidez <5 UFT (unidades formadoras de turbidez)

Residuo ignición <0,3%

Cloruros <0,15%

Aminoácidos (Cys2/Cys) <0, 5% individualmente

Metales pesados <10 ppm

Como se puede apreciar, el procedimiento objeto de esta invención pone de manifiesto que para conseguir la calidad Farmacopea Europea, tanto el rendimiento como la selectividad, el tipo de electrodos y las condiciones del proceso, son los criterios más importantes para realizar esta electrosíntesis.

A continuación se incluye un ejemplo que no debe ser considerado como limitativo del alcance de la presente invención sino como ilustrativo del procedimiento descrito.

EJEMPLO

Obtención de S-carboximetil-L-cisteína Para la realización de este Ejemplo se utilizó un reactor tipo filtro-prensa con 9 células electrolíticas, que suponían un área total de 2,25 πr y una densidad de corriente de 1.500 A/m ² .

El reactor se operó en batch, con recirculación. La separación del anolito y del catolito se efectuó a través de una membrana selectiva al paso de cationes (Neosepta*™'

CMX) .

A una disolución agitada de 165 litros de agua y 23 litros de hidróxido sódico (50% p/p), se adicionaron 51 kg de L-cistina, resultando una disolución de aproximadamente 1 M (sal sódica) .

El anolito se preparó disolviendo 45 kg de sulfato sódico decahidratado en 57 litros de agua.

A continuación se preparó una disolución acuosa de ácido monocloroacético disolviendo 4 kg de dicho ácido en 124 litros de agua.

Una vez preparadas las disoluciones correspondientes, se inició la recirculación, tanto del anolito como del catolito, se conectó el rectificador, se ajustó el flujo del catolito y se mantuvo constante la densidad de corriente a lo largo de todo el procedimiento.

Una vez iniciada la reacción, se procedió a dosificar el ácido monocloroacético, manteniendo el pH a valores comprendidos entre 9 y 12. La reacción se dio por finalizada cuando se transformó toda la L-cistina (determinado por HPLC) . La corriente se desconectó después de 8 horas de electrólisis.

A continuación, se ajustó el pH del catolito con HCl hasta 2,8-3, se centrifugó, se lavó, y se secó a vacío, a

70 ² C, obteniéndose 73,02 kg de S-carboximetil-L-cisteína que cumple las especificaciones de la Farmacopea Europea

(Rendimiento 96%).