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

Формула изобретения

1. Способ получения 2-гидрокси-4-метилселеномасляной кислоты, отличающийся тем, что он включает стадии:

- взаимодействия 3-метилселенопропиональдегида формулы (I):

,

с цианидом щелочного металла формулы M⁺ CN^-, предпочтительно в присутствии бисульфитной соли щелочного металла формулы M⁺HSO₃ ^-, где М представляет собой атом щелочного металла, в полярном протонном растворителе,

для получения соединения 2-гидрокси-4-метилселенобутиронитрила формулы (II):

,

соединение формулы (II) гидролизуют в среде горячей концентрированной соляной кислоты, в полярном протонном растворителе, для получения ожидаемого соединения формулы (IV):

,

либо

соединение формулы (II) гидролизуют в среде горячей концентрированной серной кислоты в полярном протонном растворителе с получением соединения формулы (III):

,

которое само гидролизуется в среде горячей концентрированной сильной кислоты для получения соединения формулы (IV), затем

соединение формулы (IV) может быть превращено в одну из его солей после добавления физиологически приемлемого основания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что цианид щелочного металла выбран из цианида натрия, цианида калия и цианида лития.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полярный протонный растворитель представляет собой воду.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что полярный протонный растворитель представляет собой воду.

5. Способ получения смеси 2-гидрокси-4-метилселеномасляной кислоты и 2-гидрокси-4-метилтиомасляной кислоты, отличающийся тем, что включает стадии:

- взаимодействия смеси 3-метилселенопропиональдегида формулы (I) и 3-метилтиопропиональдегида формулы (Ia):

,

с цианидом щелочного металла формулы M ⁺CN^-, предпочтительно в присутствии бисульфитной соли щелочного металла формулы M⁺HSO₃ ^-, 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 относительное содержание обоих соединений (IV) и (IVa) задано в начале способа относительными количествами соединений (I) и (Ia) и сохраняется на протяжении всего указанного способа получения.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что цианид щелочного металла выбран из цианида натрия, цианида калия и цианида лития.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что полярный протонный растворитель представляет собой воду.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что полярный протонный растворитель представляет собой воду.

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что массовое отношение соединения (IV) к соединению (IVa) составляет от 0,01 до 1,0, предпочтительно от 0,05 до 0,5.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что массовое отношение соединения (IV) к соединению (IVa) составляет от 0,01 до 1,0, предпочтительно от 0,05 до 0,5.

11. Способ по п.7, отличающийся тем, что массовое отношение соединения (IV) к соединению (IVa) составляет от 0,01 до 1,0, предпочтительно от 0,05 до 0,5.

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что массовое отношение соединения (IV) к соединению (IVa) составляет от 0,01 до 1,0, предпочтительно от 0,05 до 0,5.

13. Соединение 2-гидрокси-4-метилселенобутиронитрил формулы (II):

.

14. Применение соединения формулы (II), охарактеризованного в п.16, в качестве источников селенометионина и/или селена у людей или у животных.

15. 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.

16. Композиция по п.15, отличающаяся тем, что массовое отношение соединения (IV) к соединению (IVa) составляет от 0,01 до 1,0, предпочтительно от 0,05 до 0,5.

17. Применение смеси 2-гидрокси-4-метилселеномасляной кислоты формулы (IV) и 2-гидрокси-4-метилтиомасляной кислоты формулы (IVa) в качестве пищевого ингредиента, дополнения или добавки.

Описание изобретения к патенту

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):

,

с цианидом щелочного металла формулы M ⁺CN^-, предпочтительно в присутствии бисульфитной соли щелочного металла формулы M⁺HSO₃ ^-, 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):

,

с цианидом щелочного металла формулы M⁺CN^-, предпочтительно в присутствии бисульфитной соли щелочного металла формулы M⁺HSO₃ ^-, 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,

- 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 B₆, 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

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 (Na₂SO₄), фильтрации и упаривания получают желаемое соединение в виде бесцветного масла, которое может быть использовано как таковое на следующей стадии.

R_f (SiO₂, циклогексан/этилацетат, 50/50): 0,22.

ЯМР-¹Н (CDCl₃, 300 МГц): (млн^-1)=2.06 (s, 3H); 2.27 (m, 2H); 2.73 (m, 2H); 3.20 (bs, 1H, ОН); 4.74 (t, J=8 Гц, -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

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 (Na₂SO₄), фильтрации и упаривания получают желаемое соединение в виде масла, которое кристаллизуется на холоду.

Rf (SiO₂ , циклогексан/этилацетат, 50/50+1% CF₃COOH): 0,26.

ЯМР-¹Н (CDCl₃, 300 МГц): (млн^-1) = 2.02 (s, 3H, SeCH₃); 2.08 (m, 1H); 2.22 (m, 1H); 2.70 (m (сим.), 2Н); 4.41 (dd, J=8 Гц, J=4 Гц, 1H, -Н).

Пример 3: Получение D,L-2-гидрокси-4-метилселеномасляной кислоты амида

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 (Na₂SO₄), фильтрации и упаривания получают 48 мг желаемого соединения в виде вязкого бесцветного масла.

R_f (SiO₂, циклогексан/метанол, 90/10): 0,13.

ЯМР-¹Н (CDCl₃ , 300 МГц): (млн-¹) = 2.06 (s, 3H, SeCH₃); 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, -Н); 5.5 (bs, 1H, NH₂); 6.5 (bs, 1H, NH ₂).

MS (IC, NH): m/z (%) = 215 (40, M+NH ₄)⁺; 198 (100, M+NH₄)⁺ ; 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.

,

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 (Na₂SO₄), 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.

ЯМР-¹Н (CDCl₃, 300 МГц): (млн^-1) = 2.06 (s, SeCH₃); 2.16 (s, SСН₃), 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.

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 (Na₂SO₄), 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.

ES (электрораспыление) (LC-MS (жидкостная хроматография - масс-спектрометрия): t _R=1,69 мин: 148,9 (М[C₅H₁₀O₃ S]-H⁺);

t_R=2,24 мин: 196,8 (М[C₅H₁₀O₃Se]-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