Способ получения d-глюкозы, меченной изотопом углерода в положении 1


 


Владельцы патента RU 2425051:

Учреждение Российской академии наук Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (ИОХ РАН) (RU)
Государственное унитарное предприятие г. Москвы "Международный научный и клинический центр "Интермедбиофизхим" (ГУП МНКЦ "Интермедбиофизхим") (RU)

Изобретение относится к способу получения D-глюкозы, меченной изотопами углерода 13С или 14С в положении 1, заключающемуся в конденсации D-арабинозы с меченым нитрометаном, взятых в эквимолярном соотношении, в диметилсульфоксиде в присутствии основания, последующей бензольной экстракции избытка диметилсульфоксида, лиофилизации из бензола, охлаждении полученной смеси солей 1-дезокси-1-нитроальдитов до температуры жидкого азота, прибавлении воды, последующем медленном оттаивании при перемешивании и разложении солей 1-дезокси-1-нитроальдитов, содержащихся в полученном водном растворе, и выделении D-глюкозы с помощью хроматографии. Указанный способ обеспечивает повышение выхода и усовершенствование процесса. Полученные продукты могут быть использованы в медицине в качестве изотопных диагностических средств, а также в научных исследованиях и других областях. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к органической химии, в частности к способам получения гексоз, содержащих изотопы углерода 13С или 14С, в частности D-глюкозы, меченной изотопом углерода в положении 1. Полученные продукты могут быть использованы в медицине в качестве изотопных диагностических средств, а также в научных исследованиях и других областях. Например, 1-13C-D-глюкоза может быть использована для диагностики онкологических заболеваний.

В работе [J.C.Sowden, H.O.Fischer, J. Am. Chem. Soc. 69, 1963 (1947)] раскрыт способ получения D-глюкозы путем конденсации D-арабинозы с нитрометаном в метаноле в присутствии метилата натрия и последующего разложения солей 1-дезокси-1-нитроальдитов действием серной кислоты при низкой температуре. Недостатком предложенного способа является низкий выход целевого продукта в связи с большими потерями солей 1-дезокси-1-нитроальдитов вследствие их ретрораспада при выделении из реакционной среды путем обработки катионитом и последующей кристаллизации. Другим серьезным недостатком этой методики является необходимость использования большого избытка нитрометана (11 экв.), что делает этот подход неприменимым для синтеза изотопно-меченой глюкозы. Позднее этот же способ был применен для синтеза 1-14C-глюкозы, исходя из 14С-меченого нитрометана [J.C.Sowden, J. Biol. Chem. 180, 55 (1949)]. Выход глюкозы в расчете на нитрометан в обоих случаях не превышает 6%.

Аналогичный подход был использован в работе [K.-O.Schoeps, B.Langstrom, S.Stone-Elander, C.Halldin, Appl. Radiat. Isot, 42, 877 (1991)] для синтеза 1-11С-глюкозы, однако вместо метанола в качестве растворителя использовали диметилсульфоксид (ДМСО), а в качестве основания - водный раствор NaOH. Для разложения солей 1-дезокси-1-нитроальдитов в этой работе также применяли серную кислоту. Реакционную смесь нейтрализовали на колонке с анионитом, отделяли ДМСО на колонке с аминофазой, а моносахарид выделяли с помощью ВЭЖХ. Для синтеза использовали недостаток нитрометана (0,7 экв.); при этом выход глюкозы в расчете на нитрометан составил 10%. Предложенная методика не пригодна для синтеза больших количеств глюкозы, т.к. масштабирование данного процесса требует дорогостоящих препаративных колонок для ВЭЖХ и неэффективно с ценовой точки зрения. Кроме того, особенностью обоих изложенных способов является кислотное разложение солей 1-дезокси-1-нитроальдитов, которое требует нейтрализации кислоты большим количеством анионита или гидроксида бария, что крайне неудобно с препаративной точки зрения при проведении синтеза в крупных масштабах, хотя и приемлемо для маломасштабных синтезов.

Поэтому был предложен другой вариант нитрометанового способа получения L-глюкозы из L-арабинозы, где расщепление солей 1-дезокси-1-нитроальдитов до свободных моносахаридов осуществляли действием озона [Patent 278067 SK, C07H 3/02, 19.02.1992] (прототип), что практически не ограничивает масштабирование синтеза. В этой работе конденсацию нитрометана с арабинозой проводили в присутствии метилата натрия в ДМСО, избыток которого удаляли фильтрованием осадка солей 1-дезокси-1-нитроальдитов с последующей их промывкой спиртами. После обработки полученных солей озоном образовавшуюся D-глюкозу выделяли из реакционной смеси кристаллизацией в виде фенилгидразона. Недостатком данного способа является необходимость фильтрования солей 1-дезокси-1-нитроальдитов с последующей промывкой н-бутанолом и смесью н-бутанола и метанола на воздухе с целью отделения диметилсульфоксида, в ходе которого протекает частичное разложение указанных солей и образование побочных примесей, что заставило авторов очищать L-глюкозу в виде фенилгидразона и лишь затем выделять ее в свободном виде с помощью лигандообменной хроматографии. Кроме того, в данном способе используют значительный избыток нитрометана (2,8 экв.), что весьма удорожает этот подход к синтезу изотопно-меченой глюкозы. Выход глюкозы в расчете на нитрометан составил 7%.

Задачей предлагаемого изобретения была разработка эффективного способа получения меченой D-глюкозы, меченной в положении 1, обеспечивающего повышение выхода и усовершенствование процесса. Поставленная задача решается тем, что конденсацию D-арабинозы с меченым нитрометаном, взятых в эквимолярном соотношении, проводят в растворе в диметилсульфоксиде в присутствии основания. В качестве основания используют метилат натрия или гидроксид натрия. Для отделения избытка диметилсульфоксида используют экстракцию реакционной смеси бензолом при комнатной температуре, после лиофилизации остатков бензола натриевые соли 1-дезокси-1-нитроальдитов получают в виде сухого порошка или сухой пены. Полученную смесь солей 1-дезокси-1-нитроальдитов охлаждают до температуры жидкого азота и прибавляют воду. Последующее медленное оттаивание при перемешивании позволяет получить водный раствор натриевых солей 1-дезокси-1-нитроальдитов в мягких условиях. Разложение солей 1-дезокси-1-нитроальдитов, содержащихся в полученном водном растворе, действием серной кислоты или озона приводит к смеси D-глюкозы, D-маннозы и D-арабинозы, из которой меченую D-глюкозу выделяют с помощью лигандообменной хроматографии.

Особенностью и одним из преимуществ предлагаемой методики является использование эквимолярного (1:1) соотношения реагентов (арабинозы и меченого нитрометана), что позволяет повысить эффективность использования изотопного сырья, минимизировав его расход, и тем самым повысить выход целевой глюкозы в расчете на введенный в реакцию нитрометан. С помощью этой методики впервые удалось получить синтетическую глюкозу с выходом 14% в расчете на введенный в реакцию нитрометан.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами его реализации.

Пример 1

1 г D-арабинозы (6,66 ммоль) растворили в 6 мл ДМСО, прибавили при перемешивании 360 мкл (6,66 ммоль) меченого нитрометана (13CH3NO2), колбу заполнили аргоном, при перемешивании прибавили 2 мл раствора MeONa в МеОН (получен из 212 мг или 8,8 ммоль Na) и перемешивали при комнатной температуре в течение 16 ч. Метанол отогнали в вакууме без нагревания, к полученному раствору прибавили при интенсивном перемешивании 40 мл бензола, образовавшуюся суспензию центрифугировали, супернатант отбросили. Экстракцию бензолом повторили еще два раза до полного отсутствия ДМСО в экстракте (контроль - по отсутствию нелетучего остатка после испарения бензола). Полученный желтый осадок заморозили и лиофилизовали. Получили 2 г желтого порошка, который заморозили в жидком азоте, прибавили 10 мл воды, дали оттаять образовавшемуся льду и в полученный раствор при +10°С продували озон до существенного исчезновения окраски реакционной смеси. Остаток озона отдули, барботируя аргон через полученный раствор. Реакционную смесь деионизовали последовательной обработкой ионообменными смолами Amberlyst 15 (H+) и Dowex 1×8(HCO3-), раствор лиофилизовали. Полученный сироп фракционировали на колонке с Dowex 50×8 (Ca2+) при элюировании водой. Выход D-глюкозы, меченной изотопом 13С, составил 170 мг (14,0%).

Пример 2

Синтез проводили аналогично примеру 1, однако после добавления меченого нитрометана (13CH3NO2) в колбу при перемешивании прибавили 670 мкл 10 N раствора NaOH в воде (6,7 ммоль) и далее перемешивали при 40°С в течение 30 мин. Раствор охладили до комнатной температуры и прибавили при интенсивном перемешивании 40 мл бензола и далее обрабатывали, как описано в примере 1, до полного удаления ДМСО. Полученный желтый сироп заморозили и лиофилизовали. Полученную желтую пену подвергали озонолизу, как описано в примере 1, продувая озон до значения рН реакционной смеси 7,5-8,0 (5,5 мин). Выход D-глюкозы, меченной изотопом 13С, составил 125 мг (10,3%).

Пример 3

Синтез проводили аналогично примеру 2, однако использовали половинную загрузку: 500 мг D-арабинозы (3,33 ммоль), 3 мл ДМСО, 180 мкл меченого нитрометана (13CH3NO2) (3,33 ммоль) и 350 мкл 10 N раствора NaOH (3,5 ммоль). Желтую пену, полученную после отделения ДМСО экстрацией бензолом, заморозили в жидком азоте, прибавили 10 мл воды, дали оттаять образовавшемуся льду. Полученный раствор при интенсивном перемешивании прибавили к смеси 1,1 мл конц. H2SO4 и 1,4 мл воды при -20°С. Дали нагреться до +10°С при перемешивании. Раствор разбавили водой до объема 30 мл, нейтрализовали кислоту анионитом Dowex 1×8 (НСО3-) до pH 7, смолу отфильтровали. Фильтрат обессолили последовательной обработкой катионитом Dowex 50×8 (H+) и анионитом Dowex 1×8 (НСО3-). Фильтрат заморозили и лиофилизовали. Полученный сироп фракционировали на колонке с Dowex 50×8 (Са2+) при элюировании водой. Выход D-глюкозы, меченной изотопом С, составил 71 мг (11,5%).

Пример 4

2.5 г D-арабинозы (16,65 ммоль) растворили в 15 мл ДМСО, прибавили при перемешивании 900 мкл (16,65 ммоль) меченого нитрометана (13CH3NO2), колбу заполнили аргоном, при перемешивании прибавили 670 мг порошкообразного NaOH (16.65 ммоль) и перемешивали при 40°С ч. К полученному раствору прибавили при интенсивном перемешивании 40 мл бензола, образовавшуюся суспензию центрифугировали, супернатант отбросили. Экстракцию бензолом повторили еще два раза до полного отсутствия ДМСО в экстракте (контроль - по отсутствию нелетучего остатка после испарения бензола). Полученный желтый осадок заморозили и лиофилизовали. Полученный желтый порошок заморозили в жидком азоте, прибавили 15 мл воды, дали оттаять образовавшемуся льду и в полученный раствор при +10°С продували озон до pH≈7. Остаток озона отдули, барботируя аргон через полученный раствор. Реакционную смесь деионизовали последовательной обработкой ионообменными смолами Amberiyst 15 (H+) и Dowex 1×8 (НСО3-), раствор лиофилизовали. Полученный сироп фракционировали на колонке с Dowex 50×8 (Ca2+) при элюировании водой. Выход D-глюкозы, меченной изотопом 13С, составил 378 мг (12,5%).

Подобным же образом при использовании 14C-меченого нитрометана (14CH3NO2) может быть получена D-глюкоза, меченная изотопом 14С. Преимущество данного способа состоит в том, что бензольная экстракция ДМСО, проводимая при комнатной температуре, позволяет быстро получить натриевые соли 1-дезокси-1-нитроальдитов в сухом виде без заметного разложения последних. Это повышает устойчивость натриевых солей 1-дезокси-1-нитроальдитов при хранении, увеличивает выход целевой D-глюкозы в расчете на введенный в реакцию нитрометан, а также резко снижает объем примеси диметилсульфоксида, что существенно облегчает контроль за полнотой превращения солей при озонолизе и выделение целевого продукта. Предложенная бензольная экстракция диметилсульфоксида из реакционной смеси значительно упрощает способ получения D-глюкозы и ранее не применялась в подобном процессе.

Для уменьшения разложения натриевых солей 1-дезокси-1-нитроальдитов при растворении в воде был применен оригинальный прием, заключающийся в предварительном охлаждении сосуда, содержащего сухие натриевые соли 1-дезокси-1-нитроальдитов, до температуры жидкого азота и быстрого прибавления необходимого количества воды, которая при этом сразу замерзает. Оттаивание полученной смеси солей при перемешивании позволяет получить водный раствор натриевых солей 1-дезокси-1-нитроальдитов в мягких условиях. Данная процедура также увеличивает выход целевого продукта - D-глюкозы - в расчете на введенный в реакцию нитрометан.

Выделение моносахарида проводится с помощью лигандообменной хроматографии в воде, что позволяет уверенно проводить очистку граммовых количеств смесей и существенно упрощает процедуру выделения конечного продукта.

Одним из преимуществ предлагаемой методики является также использование эквимолярного (1:1) соотношения реагентов (арабинозы и нитрометана), что позволяет повысить эффективность использования изотопного сырья, минимизировав его расход.

Сравнение различных способов синтеза глюкозы (Glc) из арабинозы (Ага) нитрометановым методом
Способ Ara, ммоль CH3NO2, ммоль CH3NO2/Ara, моль/моль Удаление растворителя Метод разложения солей 1-дезокси-1-нитроальдитов Выход Glc в расчете на CH3NO2, % Метод выделения Glc
(Patent 278067 SK) 66,6 185 2,78 Фильтрование O3 7 Образование фенилгидразона,
Прототип кристаллизация, затем лигандо-обменная хроматография
Пример 1 6.66 6,66 1,0 Экстракция бензолом O3 14 лигандо-обменная хроматография
Пример 2 6,66 6,66 1,0 Экстракция бензолом O3 10 лигандо-обменная хроматография
Пример 3 3,33 3,33 1,0 Экстракция бензолом H2SO4 12 лигандо-обменная хроматография
Пример 4 16,65 16,65 1,0 Экстракция бензолом O3 12 лигандо-обменная хроматография

1. Способ получения D-глюкозы, меченной изотопом углерода в положении 1, заключающийся в конденсации D-арабинозы с меченым нитрометаном, взятых в эквимолярном соотношении, в диметилсульфоксиде в присутствии основания, последующей бензольной экстракции избытка диметилсульфоксида, лиофилизации из бензола, охлаждении полученной смеси солей 1-дезокси-1-нитроальдитов до температуры жидкого азота, прибавлении воды, последующем медленном оттаивании при перемешивании и разложении солей 1-дезокси-1-нитроальдитов, содержащихся в полученном водном растворе, и выделении D-глюкозы с помощью хроматографии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве основания используют метилат натрия или гидроксид натрия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для расщепления натриевых солей 1-дезокси-1-нитроальдитов используют серную кислоту или озон.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области соединений, которые являются ингибиторами протеиназы, в частности соединений формулы (I), описанных ниже по тексту, имеющих хорошую растворимость в воде и ингибирующую активность для металлопротеиназы матрикса, пригодных для лечения заболеваний, связанных с патологической активностью и/или сверхэкспрессией указанных выше ферментов, а также для лечебно-профилактического ухода, предотвращающего старение кожи.

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности, в частности к способу получения сульфатированных биополимеров на основе арабиногалактана (АГ) - основного полисахарида лиственницы сибирской.

Изобретение относится к органической химии, точнее к химии сахаров, и может быть использовано при получении таких биологически активных веществ, как 1,4-D(+)-глюкаролактон (I) и 6,3-D(+)-глюкаролактон (II).

Изобретение относится к переработке растительного сырья, в частности к способам получения нового продукта - ксилитно-сорбитного сиропа, который может быть использован как компонент зубной пасты, а также в других производствах фармацевтической, парфюмерной и микробиологической промышленности.

Изобретение относится к синтезу углеводов , конкретно к способам получения 3,6- ди-0-метил-О-глюкозы, являющейся специфической антигенной детерминантной Микобактерии лепры.

Изобретение относится к химии сахаров, в частности к получению сложного эфира сахароаскорбииовой кислоты tобщей ф-лы Изобретение относится к области химии Сахаров, в частности к способу получения нового сложного эфира сахароаскорбиновой кислоты общей формулы: GOOR но он -он о ,0 V НО ЧШ где R - Cj-CZ4-алкил, аллил, олеил, пропаргил, 2-оксиэтил, бутоксиэтоксиэтил, циклогексил или бензил; ОН имеет S- или R-конфигурацию, обладающего противоокислительным действием.

Изобретение относится к полиморфам мотилида и способам получения и применения таких полиморфов. .

Изобретение относится к группе соединений общей формулы (I) (причем заместитель Q-A расположен на кольцевом атоме, который отделен двумя атомами от кольцевого атома, непосредственно присоединенного к замещенной глюцитольной группе), где R 1, R2, R3 и R4 каждый независимо выбран из водорода, -C(=O)Rx и алкила, которая может быть замещена одним или более Ra, где Ra - фенил, и Rx - алкил; Ar1 - бензольное кольцо, которое может быть замещено алкилом или галогеном, тиофеновое кольцо или пиразиновое кольцо; Q представляет -(CH2)m-(L)p-; m - целое число, выбранное из 0-2, n - целое число, выбранное из 1 и 2, и р - целое число, выбранное из 0 и 1; L представляет -О-, А - фенил, который может быть замещен одним или более Rb, нафтил или 5-10-членная ароматическая гетероциклическая группа, содержащая атом азота или серы; Rb независимо выбран из алкила, который может быть замещен одним или более Rc, циклоалкила, алкенила, алкинила, галогена, гидроксила, цианогруппы, карбоксильной группы, алкоксигруппы, которая может быть замещена одним или более Rc, фенила, алкилтиогруппы, алкилсульфонильной группы, -NRfRg, алкилкарбонильной группы, алкоксикарбонильной группы, алкилендиоксигруппы, пиразолильной группы и тетрагидрофуранилокси группы; Rc независимо выбран из галогена, гидроксила и фенила; Rf - водород и Rg - алкилкарбонил, или к их фармацевтически приемлемым солям.

Изобретение относится к группе соединений общей формулы (I), где R1, R2, R3, R4, R5 и R6 независимо друг от друга означают C1-4 алкил, -SO3H, полисульфатированную -гликозильную или полисульфатированную дигликозильную группу, при условии, что, по меньшей мере, один из R1-R 6 представляет собой полисульфатированную -гликозильную или полисульфатированную дигликозильную группу, или их фармацевтически приемлемым солям, где гликозильная группа содержит молекулу пентопиранозы или гексопиранозы с конфигурацией по выбору, а дигликозильная группа содержит молекулу пентопиранозы или гексопиранозы с конфигурацией по выбору, одна гидроксильная группа которой гликозилирована другой молекулой пентопиранозы или гексопиранозы с конфигурацией по выбору.

Изобретение относится к соединению по изобретению как лекарственному средству
Наверх