JOURNAL OF POLYMER SCIENCE VOL. XXX, PAGES 149-154 (1958) PRAGUE SYMPOSIUM

Sur quelques polypeptides nouveaux

J. PARROD et G. SPACH, Centre de Recherches sur les Macromol~cules, Strasbourg, France

Depuis quelques annbes, de trhs nombreux travaux ont 6t6 publies sup les polypeptides de poids mol6culaire 6lev6. En g6n6ra1, le motif monom&re est un reste d’acide a-amin6 nature1 ou d’un dCriv6 simple de celui-ci. Nous avons pens6 qu’il pourrait &re int6ressant de s’6carter quelque peu de cette voie en utilisant des acides a-amin6s presentant une longue chaPne hydrocarbonhe. le dl-amino-2 octadbcanolque (ou acide dl-amino-2 stbarique)

Ce sont en l’occurence :

CH,( CHz),s-CHNHz-COzH et le dl amino-2 tridbcanoique oate-13 de benzyle

~ H ~ - o ~ c - ( CH~)~~-CHNH~-CO~H

PREPARATION DES ACIDES a-AMINES

L’acide amino-2 stearique, d6crit anterieurement par l’un de nous‘ s’obtient par action de l’ammoniac sur l’acide bromo-2 stdarique, en milieu alcoolique.

Les r6actions suivantes nous ont permis de parvenir h l’amino-2 trid6- canoique oate-13 de benzyle.

Le bromo-11 und6canoate d’bthyle et le malonate d’6thyle sod6, se condensent en milieu alcoolique en donnant le trid6cane dioate carbonate-2 de tri6thyle (Cz0H8,O6), liquide se solidifant au voisinage de 0” , Eo.,mm. : 195”.

Celui-ci est trait6 B reflux par la potasse alcoolique; apr&s acidification, extraction h l’bther, puis evaporation du solvant, se d6posent des aiguilles purifiahles par cristallisation dans l’alcool aqueux, d’acide trid6canedioique carbonique-2 (C14H~406) F - 90-91 O .

En solution BthBrBe, il r6agit sur la quantit6 6quimol6culaire de brome, A condition d’amorcer par une illumination intense. Le r6sidu d’kvaporation cristallise dans l’alcool aqueux. C’est l’acide dl bromo-2 carbonique-2 tridecanedioique (C14Hz306Br), F - 92” (d6comp.).

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Hozc>Br-(C&),o-CO~H KO?C

Ce derive brome est abandonne pendant deux jours b la temperature ordinaire, en solution dans une grand excb d’ammoniaque 35y0. L’Bvapo- ration de l’ammoniac, puis la neutralisation du liquide, provoquent la precipitation de l’amino-triacide form6 (C14HzsOsN), F - 165” (decamp.) cependant l’isolement de celui-ci n’est pas necessaire; apr?,s avoir chasse la majeure partie de l’ammoniac, il suffit de reprendre par l’acide chlor- hydrique b l’Bbullition, puis de neutraliser pour obtenir la cristallisation du dl amino-2 tridecanedioique (C13H2604N) purzable par cristallisation dans l’acide acetique, F 218-220” avec d6composition.

A partir du diacide, le monoester benzylique attendu (CzOH3,O4N) se forme par esterification directe en presence d’acide bromhydrique b 60-70”. I1 cristallise dans un melange contenant 1 volume d’eau, 4 vol. d’alcool et 1 volume de CC14; F 217” avec d6composition.

PREPARATION DES DERIVES DE LEUCHS

Parmi les m6thodes decrites dans la litterature, la plus directe nous a donne d’excellents rbultats; elle consiste b saturer d’oxychlorure de car- bone une suspension de l’acide a-amin6 finement pulv6ris6 dans le dioxane. Lorsque le solide a disparu, on reprend par le benzene ou le chloroforme et precipite par l’6ther de p6trole.

R-CHNH1-CO2H + COClz + R-C--C=O + 2 C1H I 1 NH 0

\cd Nous avons ainsi isole avec un excellent rendement deux composes: l’hexa- dBcyl-4 oxazolidine dione-2-5, (C19H3s03N) paillettes incolores F 79-80’, solubles dans le benzene, le dioxane, l’dther, insolubles dans 1’6ther de petrole; et le d6cam6thylGne-4 oxazolidine dione-2-5 carbonate de benzyle, (CzlHzgOSN), paillettes incolores F 53”’ ou aiguilles F 60’.

Dimorphisme de Certains des ComposCs PrCciXents

Les combinaisons possedant une longue chabe hydrocarbonbe satur6e se presentent quelquefois sous deux formes cristallines distinctes. Nous avons trouv6 parmi les composes precedents deux exemples tr&s nets de ce dimor- phisme.

Observe au microscope, l’acide bromo-1 1 und6canoique cristallis6 en prismes fond b 46”’ puis il se solidifie en fines aiguilles fondant b leur tour b 49’5-50”. Le point de fusion indiqu6 dans la litterature &ant de 51”’ il est possible que notre Qchantillon contienne une faible proportion d’im- puretCs. Ce fait favorise peut-&re le ph6nom8ne. mais ne saurait l’expliquer entierement.

SUR QUELQUES POLYPEPTIDES NOUVEAUX 151

De m&me le derive de Leuchs de l’ester benzylique de I’amino-2 trid6- canedioique, cristallis6 en paillettes, fond B 53” puis se solidifie en aiguilles fondant B leur tour B 60”. C’est 21 notre connaissance, la premiere fois que le dimorphisme a 6t6 signal6 dans la s6rie des oxazolidine dione-2-5.

PREPARATION DES POLYPEPTIDES

Acide Poly dl Amino-2 StCarique

A une solution benzhique B 5% d’hexad6cyl-4 oxazolidine dione-2-5, on ajoute une petite quantit6 de carbonate de potassium.2 La tr&s faible solubilit6 de celui-ci suffit pour provoquer la polym6risation; on observe un ddgagement r6gulier de COZ, tandis que la solution devient tr&s vis- queuse. Aprhs 48 heures, le taux de conversion &ant de SO%, la majeure partie du solvant est 6vaporBe dans le vide, puis l’addition d’6ther pr6cipite le polymhre, tandis que le monomere reste en solution. Pour fractionner le produit brut, on dissout celui-ci B raison de 1% dans le benzhe, et pr6cipite par l’alcool m6thylique. Cinq fractions ont 6t6 isol6es ainsi; ce sont des poudres blanches solubles dans Ie benzene et l’acide dichlor- acdtique, surtout B chaud, insolubles dans la dim6thylformamide et la plupart des solvants usuels.

Poly dl Amino-2 tridCcanoique-oate de Benzyle

La formation de ces polypeptides B partir du derive de Leuchs corres- pondant ne s’effectue pas aussi facilement que dans le cas pr6c6dent. I1 est n6cessaire d’utiliser comme promoteur une solution d’hydroxyde de sodium dans l’alcool mdthyl iq~e .~ Une petite quantit6 de celle-ci est m6lang6e B une solution de 7y0 du monomere dans le dioxane. Aprhs 48h. le solvant est 6vapor6, puis le polymere est pr6cipit6 par 1’6ther; on frac- tionne ce produit brut en prbcipitant par I’alcool mdthylique sa solution B 1% dans la cyclohexanone. Deux fractions ont 6t6 recueillies; ce sont des solides incolores solubles, lentement B froid, plus rapidement B chaud dans le chloroforme, la dim6thyl-formamide, l’acide dichlorac&ique, le dioxane. Ces caractbes sont analogues B ceux du polyglutamate de benzyle.

PROPRIETES DES SOLUTIONS D’ACIDE POLY dl AMINO-2 STEARIQUE

Nous avons 6tudi6 la viscosit6 des solutions benzeniques de fractions d’acide poly dl amino-2 stdarique, ainsi que la diffusion de la lumihre par celles-ci.

ViscositC

Les mesures effectu6es B 20” et B 60” montrent que la viscosit6 rdduite, (9 - ~ o ) / ~ o c , n’est pas une fonction lin6aire de la concentration, du moins dans le domaine des valeurs exp6riment6es; elle croft plus vite que ne l’exigerait une telle loi (fig. 1).

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Fig. 1. ViscositC: des solutions d'acide polydl-amino-2 st6arique: (0) produit non frac- tionn6 A 20'; (+) produit non fractionn6 B 60'; (0 ) fraction No. I B 20'.

Ce fait sugghe que les mol6cules du polypeptide forment des agregats dont la grosseur croft en mCme temps que la concentration. De toute faqon l'extrapolation 21 concentration nulle est incertaine.

Diffusion de la Lumibre

Les mesures ont 6t6 effectu6es 21 20". Pour une concentration de 0'3%' l'intensit6 de la lumihre diffude varie dans le rapport de 3 21 2, lorsque l'angle form6 par le faisceau incident et le faisceau diffuse passe de 45" A 135". Les particules diffusantes, ou au moins une partie d'entre elles ont donc

C . I 5 .b

1 1 0 $ 2 5

Fig. 2. Diffusion de la lumibre. Fraction 11: c = 1 correspond B 0'10 g/100 cm3 Fraction 111: e = I correspond B 0,20 g/100 cma.

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des dimensions du mCme ordre que la longueur d’onde, soit 5460 A. Cette dissym6trie disparaft lorsque la concentration de la solution est dix fois plus faible (0,03%), ce qui indique une diminution de la taille des particules jusqu’h une valeur inf6rieure h 1/20’ soit environ 250 A.

Si l’on observe maintenant la lumihre diffust5e perpendiculairement au faisceau incident, on constate que son intensit6 n’est pas proportionnelle h la concentration, le rapport C / I dbcroissant rapidement lorsque C croft (fig. 2).

Ce fait, comme les prec6dents s’explique bien par la prdsence d’agrbgats d’autant plus volumineux que la concentration est plus 6lev6e.

Une t%che prochaine sera d’6lucider la nature des forces qui provoquent leur formation. L’examen du spectre d’absorption infra-rouge des solu- tions benzhniques additionn6es de 1 h 2% d’acide formique ne rt5vhle pas la rupture de liaison hydroghe; cependant la mCme addition diminue fortement l’intensit6 de la lumihre diffusde, ce qui suggere la rupture de liaisons intermol6culaires.

References

(1) J. Parrod et G. Spach, Compt. rend., 242, 1299 (1956). (2) D. Coleman, J. Chem. SOC., 1950,3222. (3) E. R. Blout, R. H. Karlson, P. Doty, et B. Hargitay, J. Am. Chem. SOC., 76,

(4) E. Katchalsky, Advances in Protein Chem., 6 , 166 (1951). 4492 (1954).

Resume

Les auteurs ont prbparb des polypeptides derivant des acides a-amines racbmiques suivants:

l‘acide dbamino-2-octadQanoique,

e t l’acide dl-amino-Ztridbcanoique oate 13 de benzyle,

Les acides a-amin6s sont obtenus par action de NH3 sur les acides a-brombs, le deuxiBme avec une variante: l’acide carbonique 2-tridbcanedioique, obtenu t i partir de son tri- ester bthylique, est brcmb, puis trait6 par NH3; l’amino-triacide, dCcarboxyl6, engendre le dl-amino-2-tridbcanedioique; celui-ci est monoestbrifib par l’alcool benzylique. A partir des acides aminbs, on passe aux derives de Leuchs correspondants, par l’acton directe de l’oxychlorure de carbone: hexadbcyl-4 oxazolidine dione-2,5 et dbcamethyl- Bne-4 oxazolidine dione-2,5 carbonate de benzyle. Le dimorphisme a 6t6 observe sur ce dernier et sur l’acide bromo-1 1-undbcanolque. Les oxazolidines diones-2,5-polym6risent en solution sous l’influence d’initiateurs alcalins. AprBs fractionnement par precipita- tion, l’btude de la viscositb des solutions benzbniques de poly-dl-amino-2-octadbcanoique, ainsi qusla diffusion de la lumiBre par celles-ci suggbrent la formation d’agregats lorsque la concentration croit.

1% J . PARROD El’ G. SPACH

Synopsis Polypeptides were prepared from racemic mixtures of the following amino acids:

dl-2-aminooctadecanoic acid,

CH,--(CHz) irCHNHz-CO?H

dl-2-aminotridecanedioic acid-l,13-benzylester-13,

C?H7COz-(CHz)irCHNH,--CO?H

The amino acids were obtained by the action of NHI on the corresponding brominated acids, with the exception of the following variation in the preparation of the second. The 2-carboxytridecanedioic-l,13 acid, obtained from its triethylester, was brominated and then treated with ammonia. The amino-triacid yielded, on decarboxylation, dl-2-aminotridecanedioic-l,13 acid, which was monoesterified with benzyl alcohol. From the amino acids, the corresponding Leuchs derivatives, 4-hexadecyloxazolidine- dione-2,5 and Pdecamethyleneoxazolidinedione-2,5 benzyl carboxylate, were prepared by the direct action of phosgene. Dimorphism has been observed in the case of the later oxazolidimdione and of 1-bromoundecanoic acid. The oxazolidinediones were poly- merized in solution with the use of alkaline initiators and fractionated by precipitation. Viscosity and light scattering studies of the poly-dl-2-aminooctadecanoic acid in benzene solutions indicated that aggregates form at higher concentrat,ions.

Zusammenfassung Die Autclren haben Polypeptiden dargestellt die aus den folgenden razemischen Amino-

sauren ausstammen: dl-2-aminooktadekansaure (dl-2-aminostearinsiiure) und d1-2- aminotridekandiosaure-13-Benzylester. Die Aminosauren sind durch Einwirkung von NH3 auf die a-Bromsauren gewonnen die zweite Saure jedoch durch h d e r u n g der Methode; die durch seinem Ethyltriester erhaltene Saure 2-Karbonsaure-Tridekandio- saure ist bromiert, dann mit NH3 behandelt; die Amino tri Saure gibt nach Dekarboxy- lation die dl-2-aminotridekandiosaure; endlich wurde diese Saure durch Benzylalkohol monoesterifiziert .

Von den Aminosauren an, geht man durch direkte Einwirkung des Karboxychlorids zu den entsprechenden Leuchs-Derivaten uber PHexadecyl-oxazolidin-25dion und 4-l)ekamethylenoxazolidin-2-5-dion (Karbonsaure-Benzylester). Der Dimorphismus war mit diesem letzten korfer und mit der 11-Bromundekansaure bemerkbar. Die Oxazolidinen-2,5-Dionen polymerisieren in Losung durch Einwirkung von alkalischen Initiatoren. Eine Bildung von Agregaten durch Zunahme der Konzentration lasst sich oingeben, nach fraktionierter Fallung, durch Viskositats-so anch wie diirch Lichtzer- streiiungs-Mpssnnapn drr Pol?--dl-2-aminost.~srinsBiir~.