Jnurn.ll of Labelled Compounds - - October-December Vol. I V , N o . 4

Synth&se de la DL-Ephedrine (Hydroxym6thylkne 14C)

NGUYEN-HOANG-NAM *(l), M. HERBERT *'k,

NGUYEN-DAT-XUONG '' et L. PICHAT ""

* lnstitut de Chimie des Substances Naturelles du C. N. R . S., 91 - Gif s/Yvette. ** Service des Molecules Marquees, C. E. N., Saclay, B. P. n" 2, 91 - Gif s/Yvette. R e p le 3 juillet 1968.

SUMMARY

DL-ephedrine (hydroxymethylene IJC) lias heen prepared from Ba'dCO3 by a 5 step synthesis. After 2 successive purijications by silicagel-partition column chromatography and by chroinatography on an ion exchange resin column AG 50 W-X2 DL-epliedritie (liydro- xymethylene l a c ) HCl is obtained with a radioactive overall yield of 30 based on Ba14C03 (specijc activity : 17 mCijniM). The analysis by paper electrophoresis in sodium borate bufler at p H 9.2, in conjunction with the thin-layer and paper chroniatographies. enables control of radiochemical purity of DL-ephedrine 1".

RESUME

La DL-PphPdrine (IiydroxymPthylPne l a c ) a ktP synthPtisPe a partir de Bd4C03 en 5 stades. AprPs 2 purijcations successives par chromatographie sur colonne de partage-silicagel el sur rPsitie e'changeuse d'ions AG 50 W-X2, on obtient la DL-kplie'drine (hydroxy- mPthylPne 14C) HCl avec un rendement radioactif de 30 "/, par rapport a B U ~ ~ C O ~ (activitk spkcijque : 17 mCi lmM) . L'analyse par PlectrophorPse sur papier en tampon borate de sodium p H 9,2, associe'e u la chromatographie sur papier et d la chromatographie en couche mince, permet de contrdler la pureti ratliochimique de la DL4phPdrine ldC.

( I ) Chercheur i 1'1. N. S . E. R. M

326 NGUYEN-HOANG-NAM et al.

Nous avons eu 2 prtparer la DL-tphtdrine marquee au I4C pour une etude approfondie de son mttabolisme *.

La litttrature a mentionnk de nombreuses syntheses de la DL-ephtdrine dont la premiere a Ctt rkaliste par Eberhard (l) en 1915 et mise au point plus tard par Fourneau et Kanao (2). Mais, a notre connaissance, une seule prt- paration de DL-Cphtdrine 14C (avec une activitt sptcifique tres faible, environ 0,l mCi/mM) a CtC dtcrite en 1961 par Nagase et coll. (3) qui ont adaptt la technique de et passt sous silence la DL-pseudotphedrine, alors que plu- sieurs auteurs ( 4 3 5 7 6 l 7 , ont signale la formation de 5 a 10 % d'isomere pseudo.

Dans les essais preliminaires ((a blanc D, nous avons experiment6 la technique de Sawa t 7 ) : la benzylmtthylamino-2 propiophknone (obtenue a partir de l'wbromopropiophtnone et de la benzylmtthylamine) est hydro- gtnte en prtsence de Pd-C et conduit a 91 "/, de DL-tphtdrine et environ 4 % de DL-pseudotphkdrine. Cette voie a t te abandonnee car nous n'avons pas pu reproduire les resultats obtenus par 0 ) en ramenant la quantitt d'ami- nocttone de 0,20 M a 3 ou 4 mM.

Nous avons alors tentt de transposer la mkthode de (2) pour prtparer la DL-Cphtdrine (hydroxymtthylene I4C) (VIa) avec une forte activite sptci- fique. Le schema rtactionnel a t t t donc le suivant (voir tableau I).

"CO, AICI, CH, - CH, - Mg 1 __ + CH,-CH,-*COONa ____f

G H , (1) (11)

e * C O - ;?" - CH,

NH - CH,, HCI

(V)

H, (Pd - C)

EtOH 90 '0 ~ -

OH NH -CH,, HCI

* Travail entrepris a la detnande de M. le Professeur Y . Cohen, Laboratoire de Pharma- codynamie, Facult6 de Pharmacie de Paris, et effectue au Service des Molecules MarquCes, C. E. N., Saclay.

DL-EPHEDRINE l4C 3 27

Selon la technique habituelle la carbonatation de I’iodure d’ethvl- magnesium ( I ) par 14C0, fournit I’acide propionique (~arboxyle-~~C) avec un rendement presque thtorique. Celui-ci est purifie par entrainement a la vapeur d’eau suivi d’une neutralisation. A partir du propionate de sodium (carboxyle 14C) (11) ainsi obtenu, la reaction de Friedel et Craft conduit aisiment a la propiophenone (carbonyle l4 C) (I I I) dont la purett chimique est contralee par chromatographie en phase vapeur et la puretC radiochimique, par chromato- graphie sur couche mince (rendement = 78 %). L‘a-bromopropiophtnone (carbonyle 14C) (IV) est obtenue par bromation de (111) selon Boyer et Straw (9) en milieu tktrachlorocarbonique, au lieu du sulfure de carbone employe par (3) . En contralant la purete chimique de (IV) par chromatographie en phase vapeur et sa purete radiochimique par chromatographie sur couche mince, nous avons constate que (IV) contient (111) risiduelle, ou parfois une autre impurete, probablement I’a, a-dibromopropiophknone. Cette anomalie est due a la quantitt calculte de brome utilise par rapport a la propiophhone brute (111). La condensation de (IV) en milieu benztnique avec la mithyl- amine anhydre donne naissance a la mithylamino-2 propiophenone (carbonyle 14C) (V) dont le meilleur rendement a Cte obtenu en tube scellt maintenu a la temptrature ambiante pendant 16 heures environ.

Comme 1’CphCdrone brute (V) se laisse difficilement hydrogkner, nous avons essay6 de la purifier, sans rksultats satisfaisants, par chromatographie sur resine tchangeuse Dowex 50-W-12 forme H+ avec Clution par HC1 de concentration croissante. I1 en a ete de mCme pour plusieurs essais de puri- fication sur colonne de partage (gel de silice, elution avec CHCI, : EtOH 5 : 1) au cours desquels (V) s’est alterCe. Finalement, a e t i retenue la technique de purification par extraction de l’ephedrone 14C (V) sous forme de chlorhydrate dont la purett radiochimique est contralee par chromatographie sur couche mince et par Clectrophorise sur papier.

AisCment rialisable, l’hydroghation du chlorhydrate de (V), en solution dans 1’Cthanol a 90 ”/, sur Pd-C et la pression atmosphCrique, nous a conduit a un mtlange de DL-tphkdrine (hydroxymtthylkne 14C)-HC1 (VIa) et de son isomere pseudo (Vlb).

La purification de (VIa) a nCcessitC de minutieuses mises au point. Tandis qu’une purification sur colonne de partage (gel de sjlice, CHCI, : EtOH 5 : 1) a donne une separation incomplite, la m&me purification avec elution pro- gressive nous a permis d’eliminer toutes les impuretCs radiochimiques (environ 30 %) sauf (Vlb). Kori et Kono (lo) ont stpare la L-Cphtdrine et la D-pseudo- CphCdrine par chromatographie sur resine Dowex 50-X2 avec elution par le phosphate tripotassique 0,1 M. Cette technique nous a permis de sCparer de faGon quantitative la DL-ephedrine 14C (Vla) de son isomire pseudo (VIb) (environ 7 %). Nous avons Cgalement v6rifiC si une seule purification sur rtsine echangeuse d’ions selon (lo) suffisait a eliminer a la fois (VIb) et les autres jmpuretts radiochimiques. Aucun rtsultat positif n’a Ctt obtenu. Donc,

328 NGUYEN-HOANG-NAM et al.

la purification de (VIa) s’effectuera en 2 stades : d’abord sur colonne de par- tage-gel de silice, ensuite sur resine echangeuse d’ions.

Pour contraler la purett chimique et radiochimique de la DL-ephedrine 14C-HCI (VIa), nous avons dCI mettre au point une nouvelle methode d’analyse de (VIa) dans un melange de (VIb) et (V). En effet, la IittCrature fait mention de nombreuses mtthodes d’analyse d’CphCdrine, de pseudoephedrine et d’CphC- drone, mais aucune n’est applicable B notre probleme. Nous avons obtenu une excellente separation d’un milange de (Vla), (Vlb) et (V) par tlectro- phorise sur papier, en utilisant un tampon pH 9,2 de borate de sodium ( l l ) .

En conclusion, la synthese totale de la DL-ephedrine (hydroxymkthylene “T)-HCI (VIa) partir de Ba14C0, se fait en 5 stades (tableau I), avec un rendement global radioactif de 30 x; activitt spkcifique : 17 mCi/mM.

La puretC chimique de (Via) est contralee par spectrophotomitrie ultra- violette et sa purett radiochimique, par tlectrophorise sur papier, par chromato- graphie sur papier et chromatographie sur couche mince.

PARTIE EXPERIMENTALE

PROPIONATE DE SODIUM (CARBOXYLE 14C) (11).

On prepare le reactif de Grignard (I) en milieu tthere anhydre a une concentration d’environ 0,5 M/litre B partir de 1,80 (75 milliat.) de magnesium pur en tournures et de 7,80 g (50 mM) d’iodure d’Cthyle fraichement redistille.

Avec 14C02 provenant de l’acidification par H,S04 concentrt de 526 mg (2,67 mM) de Ba14C0, d’activite totale : 99,85 mCi (activite spkifique : 37,4 mCi/mM), on carbonate 10 inM de solution magnksienne B -20” C, pendant 30 mn, bur la rampe B vide selon la technique habituelle (8). Apres traitement, I’acide propionique est purifie par entrainement a la vapeur et titrC avec une solution de soude 0,l N. On recueille 250 mg (2,61 mM) de (11) avec un rendement chimique de 98 %; activite globale = 98 mCi, rendement radiochimique = 98 %.

PROPIOPH~NONE (CARBONYLE 14C) (111) (12).

Dans un ballon a fond rond de SO m! on introduit 196 mg (2,OS mM, 76,7 mCi) de propionate de sodium 14C ( I I ) , diluC par 237 mg de derive sodique non radioactif, pour obtenir 4,Sl mM B activitt specifique 17 mCi/mM.

On siche sous vide a 120°C pendant 2 h, adapte un rtfrigerant muni d’une garde de CaCI, et ajoute successivement 10 ml de benzene anhydre et 2,7 g (20 mM) de chlorure d’aluminium finement pulvtrid. Le mtlange reac- tionnel est soumis au reflux, avec agitation magnktique, pendant 6 h, refroidi et trait6 par la glace additionnte de HC1 concentre. L’extrait Cthtre obtenu par extraction en continu est concentrt et alcalinist par CO,Na, 10 %. Apres extraction B I’Cther de la solution prCcCdente et evaporation de l’ether, on

DL-EPHEDRINE “c 329

obtient 495 mg d’un liquide jaune foncC (3,69 mM, rendement chimique =

81 x), avec une activite de 59,8 mCi (rendement radioactif = 78 %; littb rature (3) : 65 x de produit distillC). Le produit (111) est mis en Cvidence et sa purete contralee par radiochromatographie sur couche mince (voir tableau 11).

TABLEAU 11. Chromatographie en couche mince des divers produits de la synthese de (VIa)

-

Produit

- ~~~-

Adsorbant de chromatographie

-~ - _ _

Solvant de developpement

-~ -

Rf approximati

~

Revelateurs

a) : plaque silicagel FZj, Merck

C,H, : CHCI, (60 : 40) 0.38 uv

idem idem 0.46 uv

idem CHCI,, : EtOH (50 : 10) 0,17 UV, ninhy- drine 0,3 7; dans EtOH

idem

0) : plaque preparec avec silicagel G Merck en suspension dans S0,HNaO.I M

MeOH 0,37

EtOH 95 0,45

EtOH : NH,OH (90 : IC 0,70

CHCI, : EtOH (50 : 10) 0,05

MeOH 0,42 idem

EtOH 95 ”/, 0,54

EtOH : NH,OH (90 : 1( 0,57

Dans les essais ( (a blanc >), une analyse par chromatographie en phase vapeur de (Ill) a 1 80° C sur colonne acier inoxydable (( chromosorb )) imprCgnC a 10 de (( silicone rubber D, vaporisation 6 2800 C, avec un dCtecteur d’ioni- sation de flamme (300oC), debit de I’hClium gaz vecteur = 80-100 ml/mn, rtvde une purett chimique d’environ 98 7:.

On rtcuphe environ 10 % d’acide propionique dans la solution alcaline.

E-BROMOPROPIOPH~NONE (CARBONYLE 14C) (IV).

A une solution maintenue a 00C de 495 mg (3,69 mM) de ( I l l ) dans 5 ml de CCI,, dans u n ballon forme poire de 25 ml, on ajoute goutte a goutte

330 NGUYEN-HOANG-NAM et al.

une solution de 592 mg (3,7 mM) de brome dans 5 ml de CCl, (durte = environ 15 mn). On retire le bain de glace, laisse le mClange a la tempkrature ambiante pendant 1 h, Cvapore le solvant sous vide et recueille 794 mg (poids thkorique de (IV) pour 3,69 mM = 786 mg) d’un liquide jaune fond . Une radiochroma- tographie sur couche mince (voir tableau 11) deckle la prCsence d’environ 10 % d’une impuretC radiochimique (Rf= 0,58). Cette derniire serait I’K, cc-dibromopropiophhone car, au cours des essais (( B blanc n, la chromato- graphie en phase vapeur de (IV) a montrt qu’il peut contenir soit la propio- phCnone (111) soit cette impurete non identilike.

MCTHYLAMINO-2 PROPIOPHgNONE (CARBONYLE l4C) CHLORHYDRATE (v). On introduit 12 mM de mkthylamine (gaz anhydre) dans la rampe a

vide Cquipee d’une jauge B gaz. On transfere la solution de 794 mg de (IV) dans 5 ml de benzene anhydre dans un tube (0 ext. = 18 mm, 1 = 25 cm) niuni d’un rodage RIN mdle no 1. On le branche sur la rampe a vide, refoidit avec I’azote liquide et y transvase la mtthylamine par distillation. On scelle le tube sous vide, laisse le melange revenir a la tempirature ambiante et I’agite pen- dant une nuit. On ouvre le tube, essore le prCcipitC de bromhydrate de mtthyl- amine, le lave avec 20 ml de benzene anhydre. La solution benzenique d’kphtdrone 14C (V) est transvaste dans un ballon de 100 ml fond rond avec un long col (servant de recipient pour I’hydrogCnation) et concentrCe B sec sous vide. On forme le chlorhydrate de (V) par addition de 25 ml HCI 2 N et compte 53,9 mCi de produit radioactif. Une radiochromatographie sur couche mince (voir tableau 11) enregistre un pic radioactif principal de Rf= 0,17 correspondant B celui de I’CphCdrone tCmoin et 4 autres pics repre- sentant environ 35 % de la radioactivitt de (V) brute.

L’tphCdrone-HCI servant de tCmoin et de matiere premikre pour les essais d’hydrogknation a CtC preparCe selon ( 6 ) , F = 179-182O C. Analyse : C,,H,,ONC1

calc. ;4 C 60,05 H 7,06 N 7,OO tr. :< 60,31 6,91 6,89

PURIFICATION DE (V).

On ajoute 10 ml d’Cther la solution aqueuse acide, agite magnetiquement pendant 10 mn et prtleve la couche CthCrCe. On rtpkte 4 fois de suite la mCme extraction. On compte la radioactivite de la solution aqueuse et de l’extrait CthCrC, les analyse par CCM (voir tableau 11) et par Clectrophorese (voir figure 1).

a) Solution aqueuse : activitC : 44,9 mCi. C’est le produit (V) contenant 2 impuretes radioactives (environ 20 ?<); rendement radioactif par rapport a (111) : 75 %.

DL-EPHEDRINE l4C 331

DO.) DL-EPHEDRINE HCL

me) DL- PSEUDOEPHEIIRINE HCe

Z) EPHEDRONE H d

7RICII NE

FIG. I . Separation d’un melange de DL-ephedrine HCI, de DL-pseudoephedrine HCL et d’ephedrone HCI par electrophorese sur papier.

Appareil : <( Pherograph D, Marque Hormuth - Francfort. Conditions : pH 9,2 (solution aqueuse de borate de sodium cristallise, 10 g/l); tension : 1 700 V; amperage : 30-40 mA; temperature : -5” C; papier Whatman no. 1 L - 40 cm 1 = 27 cm; 1 h 40 mn.

On effectue une electrophorese simultanee de produits marques au I4C et des temoins (depBt de 10 a 40 y). Apres une migration de 1 h 40 mn, le papier est sBch6 a llOo C. Les produits ternoins sont reveles a la ninhydrine (0,3 % dans ETOH 95 %); apres pulverisation, les chromatogranimes stches a 110” C pendant quelques minutes donnent des taches violettes : (Vla) a 28,5 cm du dip&, (Vlb) a 17.5 crn du depBt et (V) a 20,5 cm du depBt.

6) Extrait ethere : activitt : 5,4 mCi. On detecte 2 impuretes radioactives avec des traces de (V).

D L - ~ P H ~ D R I N E (HYDROXYMETHYLENE 14C) CHLORHYDRATE (VIa). A une solution de 610 mg (44,9 mCi) de (V) purifie dans 10 ml &ethanol

a 90 %, on ajoute 150 mg de palladium sur charbon actif a 10 ”/, de Pd. On prockde a l’hydrogenation a la pression atmospherique, B la tempkrature ambiante, en agitant avec une secoueuse : 75 ml d’hydrogkne sont absorbes aprks 2 h. On continue l’agitation pendant une nuit : le volume total d’hydro- gene absorb6 est de 95 ml. On tlimine le catalyseur en filtrant sur du clarcel.

332 NGUYEN-HOANG-NAM rt UI.

Solvants : phases organiques Papier : Whatman no 4

Une analyse par CCM (voir tableau 11) et par electrophorese (voir figure I ) de la solution alcoolique (44 mCi) dktecte environ 35 (x d'impuretes radio- actives.

Rf approximatif(V), (VIn) et (Vlb) ont le m@me Rf

PURIFICATION DI. ( V La).

I r e pur@cation : elle Cliinine toutes les inipuretes chiniiques et radio- chimiques sauf (Vlb).

On place le produit brut (en suspension dans 10 ml de chloroforme et 5 g de gel de d i ce de partage Woelm) sur une colonne ext. = 20 mm, h = 100 cm) contenant environ 150 g de gel de d ice de partage Woelm. La colonne est Cquilibrte avec du chloroforme. L'elution progressive est obtenue a l'aide de 2 flacons de 500 ml superposes A (inferieur) et B (supkrieur). On remplit A avec 500 ml de chloroforme agitC magnetiquement, puis B successi- vement avec :

-- 1,2 1 du melange CHCI, (50 vol.)-EtOH (10 vol.) - 1 I EtOH.

Avec un collecteur automatique, on collecte des fractions de 15 ml environ toutes les 30 mn. On dktecte simultanement la radioactivitk de I'tluat et les produits absorbant dans I'UV a 254 mp (dttecteur (( Uvicord L. K. B. n, Stockholm). Les fractions correspondantes B chaque pic radioactif sont ana- IysCes : par CCM (tableau [ I ) , les fractions 10-16, 30-32 et 45-55 sont 3 inipu- retes radioactives; par CCM (tableau II), chroniatographie sur papier (tableau I l l ) et dectrophorkse (fig. I ) , la fraction 125-165 (26,4 mCi) contient u n melange de (VIa) et (Vlb) (environ 7 x).

2e purijmztion : elle stpare (Vla) de (VIb), radiochimiquement purs apres la premiere purification.

On place la fraction 125-165 de la I r e purification sur une colonne (a ext. = 32 inm, h 140 cm) de resine echangeuse d'ions A G 50 W-X2

TAHLEAI' 111. Chromatographie descendante sur papier de (V), (Vlu) et (Vlh) ~~

I

~I-BuOH : AcOH : HtO (40 10 : 50) it-BuOH : Tolutne : AcOH : H,O ( I 0 0 : 100 : 50 : 50) AcOEt : AcOH : H,O (30 : 10 : 30)

0,81 0.65 0,85

KPve'luterrr : ninhydrine 0,3 7, dans EtOH. Tmhes : aptes pulvkrisation, les chroniatogrammes seches a I 10 "C pendant quelqires

minutes donnenl des taches violettey.

1) 1.- E P H L D KI N L “C 333

(200-400 mesh) forme H t- (BIO-RAD Laboratories) prtalablernent equilibree avec du phosphate tripotassique 0,1 M. On Clue avec la mEme solution potas- sique, collecte les fractions dont on enregistre la radioactivitk et I’UV. On rassemble les fractions correspondantes i chaque pic radioactif et les extrait en continu par I’ether. On tvapore I’tther, ajoute HCI 2 N et analyse le chlor- hydrate par Clectrophorise (fig. I ) . La fraction 137-169 fournit 282 mg (1,4 m M , 23,8 mCi) de (Vla) et la fraction 182-210 contient 1,7 mCi de (VIb).

Le rendement radioactif global (23,8 mCi) en DL-ephedrine (hydroxy- mCthylene 14C)-HCI (Vla) est de 30 par rapport a Ba14C0,, activitC specifique: 17 mCiimM.

CONTKOLE DE LA P U R E T ~ : C H I M I Q U E ET KADIOCHIMIQUE DE (VIa).

La puretk chimique est contralee” par spectrophotomttrie U V en solution dans I’eau a 254,5 mp : elle est superieure

La puretC radiochimique est contralie par chromatographie sur couche mince (tableau I I ) , chromatographie sur papier (tableau I I I ) et par Clectro- phorese sur papier (fig. 1)” : on ne detecte aucune impurete radiochimique.

99 %.

BI BLIOGRAPH IE

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* Travail effectue par Mine Y. Olombel.