СПОСОБ ОЧИСТКИ ГИДРОХЛОРИДА 5-АМИНОЛЕВУЛИНОВОЙ (5-АМИНО-4-ОКСОПЕНТАНОВОЙ) КИСЛОТЫ

Предлагаемое изобретение касается способа очистки синтетического гидрохлорида 5-аминолевулиновой (5-амино-4-оксопентановой) кислоты (АЛК) - эндогенной аминокислоты, являющейся биологическим предшественником порфиринов во всех живых организмах, в том числе и в организме человека, и может быть использовано в исследовательской и производственной практике.

Способность АЛК превращаться в клетках опухоли в протопорфирин lX (фотосенсибилизатор, генерирующий синглетный кислород при облучении видимым светом) широко используется в медицине для фотодиагностики и фотодинамической терапии злокачественных опухолей различной локализации, а также для лечения кожных заболеваний неопухолевой природы [Q.Peng, К.Berg, J.Moan et al. Photochem. Photobiol. 1997, 65, 235-251]. АЛК применяется в качестве иммуностимулятора [Патент РФ 2160587, А 61 К 31/195, 2000], а также в сельском хозяйстве в качестве стимулятора роста растений, гербицида и др. [Европейский патент ЕР 514776, С 12 Р 13/00, 1992]. Широкий спектр использования АЛК вызывает большой интерес к его производству во многих странах мира.

Известен ряд синтетических методов получения АЛК из различного вида сырья. Так, одним из часто используемых для синтеза АЛК соединений является эфир 5-бромлевулиновой кислоты, в котором замену брома на аминогруппу проводят либо действием фталимида с последующим гидролизом, либо через стадию получения соответствующего азида с последующим восстановлением [Н.Е.Morton, M.E.Leanna Tetrahedron Lett. 1993, 34 (28), 4481-4484]. В последние годы появились публикации, касающиеся синтеза АЛК из производных пиридина, пиперидина, фурана, тетрагидрофурана [Европейский патент 718405, С 12 Р 13/00, 1996]. Однако все эти методы либо нетехнологичны и трудоемки, либо требуют применения труднодоступных исходных веществ, при этом выходы АЛК в них низкие, что затрудняет их освоение в промышленности.

В ряде патентов в качестве исходного вещества для получения АЛК используют 5-нитролевулиновую (5-нитро-4-оксопентановую) кислоту (НЛК) или ее эфиры, нитрогруппу которых восстанавливают химически или электрохимически. Так, известен способ получения АЛК гидрированием разбавленных (0,18-1.5%) растворов НЛК в среде 2М соляной кислоты на катализаторе 10% Pd/C при температуре - 20÷110°С и давлении водорода 1-3 ат [JP 09316041, С 07 С 229/22, 19.12.97].

В более позднем патенте исходным веществом является метиловый эфир НЛК, который гидрируют на катализаторе 5% Pd/C в кислой метанольной среде при температуре 5-30°С и давлении 10-20 ат [Патент РФ 2146667, С 07 С 229/22, 2000]. Авторами определено содержание основного вещества в техническом АЛК, полученном по этому способу - 89-96%. Также апробирован способ очистки АЛК, предложенный в нем и выбранный в качестве прототипа.

Этот способ очистки заключается в перекристаллизации АЛК, который растворяют при нагревании в соляной кислоте (1:1), обрабатывают активированным углем, раствор фильтруют, фильтрат вносят в ацетон, выпавший осадок отфильтровывают и высушивают. Авторами показано, что для достижения содержания основного вещества 98-99% требуется одна процедура перекристаллизации в том случае, если содержание АЛК в образце не ниже 93%, при этом достигается 70-75% весовой выход продукта. При более низком содержании АЛК в очищаемом образце для достижения тех же показателей качества требуется больше операций перекристаллизации, а выход очищенного вещества при этом значительно снижается. Так, при содержании АЛК в исходном образце 90-92% требуется две последовательные перекристаллизации при суммарном выходе 40-45%, а при содержании АЛК в исходном образце 86-89% требуется три перекристаллизации при суммарном выходе 25-30%.

Однако этим методом очистки оказалось невозможным повысить качество АЛК с содержанием ниже 85%, поскольку в этих случаях наблюдается снижение содержания АЛК.

В то же время существует настоятельная необходимость очистки образцов АЛК с невысоким содержанием основного вещества. АЛК такого качества образуется, например, при обработке маточников, образующихся по вышеописанной процедуре очистки АЛК. При получении АЛК электрохимическим восстановлением метилового эфира НЛК на графитовом катоде в солянокислом водном растворе при температуре 60-75°С и плотности тока 2-10 А/дм² [патент РФ 2260585, С 07 С 229/22, 2005] содержание основного вещества также невысоко и составляет 70-80%.

С целью разработки метода очистки низкопроцентного АЛК выделили и охарактеризовали основные примеси, содержащиеся в нем. Ими оказались аммоний хлорид и метиламмоний хлорид в соотношении ˜4:1. По-видимому, эти примеси образуются в ходе каталитического или электрохимического восстановления продуктов побочно протекающих реакций расщепления, характерных для алифатических □-нитрокетонов [Нильсен А.Т. Нитроновые кислоты и эфиры. В сб. "Химия нитро- и нитрозогрупп" под ред. Фойера Г., М.: "Мир", 1972, том 1, стр.261-370].

Задачей предлагаемого изобретения является очистка АЛК, получаемого восстановлением (каталитическим или электрохимическим) производных НЛК. Для решения этой задачи предложен способ, в котором очистку низкопроцентной АЛК осуществляют электродиализом 14-30% растворов АЛК при плотности тока 0,5-2,0 А/дм² и температуре 20-30°С, позволяющий повысить содержание основного вещества до 92-97%. Последующая перекристаллизация по прототипу повышает содержание основного вещества до 98-99%.

Данные по электродиализной очистке растворов 5-АЛК от неорганических примесей в литературе отсутствуют, но имеются сведения [Заявка Японии 61-44188, С 25 В 3/00, 1986; патент РФ 2066312, С 07 С 309/14, 1996] по очистке электродиализом других аминокислот, которые в растворе находятся в виде нейтральной внутренней соли, что упрощает процесс очистки. АЛК в растворе находится в ионизированном состоянии, что осложняет его очистку электродиализным методом.

Процесс электродиализной очистки растворов АЛК осуществляют в многокамерном аппарате-электродиализаторе при плотности тока 0,5-2,0 А/дм², температуре 20-30°С и концентрации растворов по основному веществу 14-30%.

Повышение плотности тока выше 2,0 А/дм² нецелесообразно, так как приводит к снижению выхода АЛК и увеличению энергоемкости процесса. В то же время при плотностях тока ниже 0,5 А/дм² снижается производительность процесса.

По аналогичным мотивам выбран и интервал рабочих концентраций: выше 30% снижается выход очищенного АЛК, а ниже 14% увеличиваются энергозатраты на удаление растворителя.

Верхняя граница температурного интервала, при которой проводят процесс электродиализной очистки АЛК в соответствии с предлагаемым изобретением, ограничивается термической устойчивостью анионообменных мембран, нижняя - снижением электропроводности раствора.

Выделение очищенной АЛК из раствора проводят удалением растворителя под вакуумом, внесением остатка в ацетон, выделением фильтрацией образовавшегося осадка и высушиванием. По предлагаемому способу из низкопроцентных образцов с содержанием АЛК 70-85% получают АЛК с содержанием основного вещества не менее 92% и выходом 56-75%. Последующая перекристаллизация по методу, описанному выше, приводит к образцам АЛК с содержанием основного вещества не менее 98%.

Нижеследующие примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение.

Пример 1 (по прототипу)

В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой и рубашкой для термостатирования, загружают 39,55 г АЛК с содержанием 74% (выделен из фильтрата перекристаллизации технического АЛК), 39,5 мл соляной кислоты (1:1) и перемешивают до полного растворения АЛК при нагревании до 70-85°С. При этой температуре к полученному раствору прибавляют 1,5 г активированного угля и перемешивают еще в течение 30-45 минут. Затем раствор фильтруют теплым для освобождения от угля, полученный фильтрат вносят в ацетон и перемешивают. Образовавшийся осадок отфильтровывают, промывают ацетоном и сушат. Получают 19,8 г АЛК с содержанием основного вещества 68% и выходом 46% в расчете на 100% продукт.

Повторная перекристаллизация приводит к получению 11,1 г АЛК с содержанием основного вещества 63,3% и выходом 52% в расчете на 100% продукт.

Дальнейшая очистка АЛК перекристаллизацией приводит к получению 6,0 г АЛК с содержанием основного вещества 57,4% и выходом 49% в расчете на 100% продукт.

Пример 2

Раствор АЛК, полученный растворением 163 г образца АЛК с содержанием основного вещества 70% в 300 мл дистиллированной воды, подвергают электродиализной очистке в многокамерном аппарате-электродиализаторе фильтр-прессного типа, состоящем из чередующихся мембран марок МК-40 и МА-40 с промежуточными рамками из паронита и сепараторами - турбулизаторами. Катодом служит пластина из нержавеющей стали марки Х18Н10Т с рабочей поверхностью 1,0 дм², анодом - платинированный титан с той же поверхностью. Электродиализатор состоит из 6 камер "очистки" и 7 камер "концентрирования", а также двух электродных камер. Рабочая поверхность каждой мембраны 1,0 дм², а расстояние между ними 1,5 мм. Раствор АЛК насосом прокачивают через камеры "очистки", одновременно через камеры "концентрирования" прокачивают дистиллированную воду, а через электродные камеры - водопроводную воду. При температуре раствора АЛК 20°С через электродиализатор пропускают постоянный ток, сила которого соответствует плотности тока 2,0 А/дм². Поддержание температуры в ходе электродиализа осуществляют подачей холодной воды в рубашки промежуточных емкостей. В процессе электродиализной очистки получают 478 мл очищенного раствора АЛК, из которого при пониженном давлении отгоняют воду. Полученный остаток вносят в ацетон, выпавший осадок отфильтровывают, промывают ацетоном и сушат. Получают 66 г АЛК с содержанием основного вещества 92% (выход по веществу 53%, выход по току 71%).

Пример 3

Раствор АЛК, полученный растворением 88 г образца АЛК с содержанием основного вещества 77% в 350 мл дистиллированной воды, подвергают электродиализной очистке и выделению очищенного АЛК аналогично примеру 2. Получают 44,9 г продукта с содержанием основного вещества 96% (выход по веществу 64%, выход по току 72%).

Пример 4

Раствор АЛК, полученный растворением 73 г образца АЛК с содержанием основного вещества 87% в 400 мл дистиллированной воды, подвергают электродиализной очистке и выделению очищенного АЛК аналогично примеру 2, но при плотности тока 0,5 А/дм². Получают 46,8 г продукта с содержанием основного вещества 95% (выход по веществу 70%, выход по току 67%).

Пример 5

Раствор АЛК, полученный растворением 73 г образца АЛК с содержанием основного вещества 87% в 400 мл дистиллированной воды, подвергают электродиализной очистке и выделению очищенного АЛК аналогично примеру 2, но при плотности тока 1,0 А/дм² и температуре 30°С. Получают 43 г продукта с содержанием основного вещества 97%. (выход по веществу 66%, выход по току 73%).

Пример 6

Раствор АЛК, полученный растворением 124 г образца АЛК с содержанием основного вещества 85% в 230 мл дистиллированной воды, подвергают электродиализной очистке и выделению очищенного АЛК аналогично примеру 2. Получают 71 г продукта с содержанием основного вещества 92% (выход по веществу 62%, выход по току 54%).

Пример 7 (сравнительный)

Раствор АЛК, полученный растворением 139 г образца АЛК с содержанием основного вещества 85% в 210 мл дистиллированной воды, подвергают электродиализной очистке и выделению очищенного АЛК аналогично примеру 2, но при плотности тока 3,0 А/дм². Получают 60,6 г продукта с содержанием основного вещества 92% (выход по веществу 47%, выход по току 44%).

Пример 8

Очищают 66 г АЛК с содержанием основного вещества 92% (пример 2) по описанной в примере 1 процедуре перекристаллизации. Получают 43,6 г очищенного АЛК с содержанием основного вещества 98,4% (выход 71% по стадии перекристаллизации).

Аналогично из образцов АЛК, полученных в примерах 3-6, с высокими выходами (65-75%) получают образцы с содержанием основного вещества 98-99%.

Таким образом, предлагаемый способ очистки позволяет повысить содержание основного вещества в технических образцах АЛК и, с использованием последующей кристаллизации, повысить суммарный выход целевого продукта с требуемым содержанием основного вещества 98-99%.