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Für die Synthese von Aspartam wurden bereits eine Vielzahl von chemischen und enzymatischen Verfahren beschrieben, bei weichen vor allem L-Asparaginsäure und Phenylalaninmethylester auf unter- schiedlichste Weisen, etwa mit oder ohne enzymatischer Katalyse, miteinander gekoppelt werden. Dabei wird beispielsweise von fester Asparaginsäure ausgegangen, die nach Umwandlung in das Dinatriumsalz mit Benzyloxycarbonylchlond (Z-CI) in wässriger Lösung zu Z-L-Asparaginsäure-Dinatriumsalz umgesetzt wird. Asparaginsäure wird dabei, wie beispielsweise in EP-A-O 127 940 beschneben, aus Maleinsäure, die zur Fumarsäure isomerisiert wird, auf enzymatischem Wege über das Ammonium-L-Aspartat und anschliei- ssender Kristallisation in Gegenwart einer Säure hergestellt.
Dabei fallen in der Mutterlauge äquimolare Mengen an Ammoniumsalzen an, die entsprechend entsorgt werden müssen. Weiters ist eine Vielzahl von Schritten erforderlich, um Z-L-Asparaginsäure-Dinatriumsalz zu erhalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zu finden, bei weichem die Ammoniumionen-hältigen Abwasser vermieden und die Anzahl der Schritte zum Z-L-Asparaginsäure-Dinatriumsalz reduziert wird.
Unerwarteterweise konnte diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst werden, bei welchem, ausgehend von Fumarsäure, Ammonium-L-Aspartat direkt in das Dinatriumsalz der L-Asparaginsäure bei gleichzeitiger quantitativer Rückführung des Ammoniaks überführt wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von Z-L-Asparagin- säure-Dinatriumsalz aus Fumarsäure, das dadurch gekennzeichnet ist, dass a) Fumarsäure in einem inerten Verdünnungsmittel in Gegenwart von Aspartase oder Aspartase- produzierenden Mikroorganismen mit Ammoniak zu Ammonium-L-Aspartat umgesetzt, anschliessend b) die Ammonium-L-Aspartat hältige Lösung mit Natriumhydroxid versetzt wird, wobei sich je nach eingesetzter Menge an Natriumhydroxid das Mono- oder Dinatrium-L-Aspartat oder ein Gemisch davon bildet und c) der sich abspaltende Ammoniak in eine Fumarsäuresuspension, die als Ausgangslösung für weitere enzymatische Umsetzungen verwendet wird, rückgeführt wird, worauf d)
die verbleibende Natrium-L-Aspartat hältige Lösung mit Benzyloxycarbonylchlorid bei einem pH-Wert zwischen 9 und 14 bei gleichzeitiger Zugabe von Natriumhydroxid reagieren gelassen wird, sodass sich Z-L-Asparaginsäure-Dinatriumsalz bildet.
Im ersten Schritt a) des erfindungsgemässen Verfahrens wird Fumarsäure in einer enzymatischen Reaktion zu Ammonium-L-Aspartat umgesetzt.
Das Ausgangsprodukt für das erfindungsgemässe Verfahren, die Fumarsäure kann beispielsweise durch Isomerisierung von Maleinsäure hergestellt werden.
Für die enzymatische Reaktion wird Fumarsäure bis zur Löslichkeitsgrenze in ein inertes Verdünnungsmittel eingerührt, sodass eine Suspension erhalten wird. Als inerte Verdünnungsmittel eignen sich Wasser, Wasser/Ethanol- oder Wasser/Aceton Gemische und dergleichen.
Bevorzugt wird Wasser eingesetzt. In die Fumarsäure-Suspension wird sodann bei Raumtemperatur Ammoniak verflüssigt oder in Form einer 10 bis 35 Gew. %igen Lösung eingeleitet, wodurch sich die Temperatur bis zu 60. C erhöht und ein pH-Wert zwischen 8 und 9 einstellt.
Bevorzugt wird eine wässrige 20 bis 30 Gew. %ige Ammoniaklösung verwendet. In das so erhaltene System, vorzugsweise eine Lösung, wird sodann bei 20 bis 60 C, bevorzugt bei 30 bis 50 C, das Enzym Aspartase oder ein Aspartaseproduzierender Mikroorganismus eingerührt. Bei dieser Zugabe an Enzymbzw. Aspartase-produzierenden Mikroorganismus ist es von Vorteil, wenn durch die Ammoniakzugabe eine Lösung erhalten wird, da im Falle einer Suspension durch Adsorption des Enzyms und dadurch bedingten Aktivitätsverlust mehr Enzym erforderlich ist. Für einen fast quantitativen Umsatz nach bis zu 24 bis 30 Stunden sind dabei 30 bis 50 IU (Enzymaktivität) pro Mol Fumarsäure erforderlich.
Aspartase-produzierende Mikroorganismen sind beispielsweise Pseudomonas fluorescens, Protens vulgaris, Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens, Bacterium succinium, Bacillus subtilis, Aerobacter aerogenes, Micrococcus sp.
Escherichia coli u. a.
Weitere geeignete Aspartase-produzierende Mikroorganismen sind beispielsweise in US 3. 791, 926 und US 3, 198. 712 beschrieben.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann weiters gereinigte oder synthetische Aspartase eingesetzt werden. Das Enzym bzw. der Aspartaseproduzierende Mikroorganismus kann in flüssiger oder in immobilisierter Form. wie beispielsweise in EP 0 127 940 beschrieben, zugesetzt werden.
Nach vollendeter Reaktion, das Reaktionsende kann beispielsweise photometrisch ermittelt werden, wird die das Ammonium-L-Aspartat enthaltende Lösung bevorzugt auf 20 bis 30. C abgekühlt und im 2. Schritt (b) mit Natriumhydroxid versetzt. Die Menge an zugesetztem Natriumhydroxid ist dabei abhängig vom
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gewünschten Natnumsalz. Für die Weiterreaktion eignen sich dabei sowohl das Mononatrium- und das Dinatriumsalz als auch Gemische davon. Natriumhydroxid kann dabei in fester Form, oder als Natronlauge eingesetzt werden. Bevorzugt wird Natronlauge eingesetzt. Die Reaktionslösung erwärmt sich dabei auf etwa 40 bis 60.
C. Der sich abspaltende und entweichende Ammoniak wird beispielsweise in einem weiteren Reaktionsgefäss mittels Tauchrohr in eine Fumarsäuresuspension, die nach weiterer Zugabe von Ammoniak wieder als Ausgangslösung für die nächste enzymatische Umsetzung verwendet werden kann, eingeleitet. (Schritt c) Um den Ammoniak aus der Reaktionslösung zu entfernen, wird eine Temperatur zwischen etwa 50 und 100. C eingestellt und bei Normaldruck bis zu einem Druck von 80 bis 120 mbar die Hauptmenge des Ammoniaks ausgetrieben.
Nach etwa 0, 5 bis 10 Stunden wird gegebenenfalls bei einem Vakuum von 200 bis 300 mbar Stickstoff durch die Reaktionslösung geblasen und eine Temperatur von 55 bis 65 C gehalten. sodass auch die Restmenge an Ammoniak entfernt wird.
Die so erhaltene Natrium-L-Aspartat-Lösung wird sodann im nächsten Schritt d) bei einer Temperatur von 30 bis 60'C mit Benzyloxycarbonylchlorid (Z-Ct) versetzt, wobei durch gleichzeitiges Zutropfen von Natronlauge ein pH-Wert zwischen 9 und 14, bevorzugt zwischen 11 und 12, gehalten wird. Z-CI kann dabei in einer äquimolaren Menge, aber auch in leichtem Überschuss zugesetzt werden. Nach der Z-CI Zugabe wird das Reaktionsgemisch noch 0, 5 bis 4 Stunden bei der Reaktionstemperatur stehen gelassen und anschliessend auf Raumtemperatur abgekühlt, worauf es zu einer Phasentrennung kommt.
Die wässrige Phase wird sodann gewaschen, beispielsweise mit Methyl-tertbutylether, Diisobutylether, Toluol oder anderen mit Wasser nicht-mischbaren Lösungsmitteln.
Die organische Phase wird verworfen und Z-L-Asparaginsäure als Dinatriumsalz in wässriger Lösung erhalten. Zur Entfernung von eventuellen Restmengen an organischen Lösungsmitteln in der wässrigen Phase, wird bei Raumtemperatur ein Vakuum angelegt.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird Z-L-Asparaginsäure-Dinatriumsalz als klare, leicht gelbliche Lösung erhalten, die bei Bedarf für die Weiterverarbeitung zu Aspartam. mittels Kopplung mit Phenylalanin, verwendet werden kann. Durch das erfindungsgemässe Verfahren werden Ammoniumionen-hältige Abwässer vermieden und Ammoniak quantitativ für weitere enzymatische Umsetzungen von Fumarsäure rückgeführt.
Weiters ist es bei dem erfindungsgemässen Verfahren nicht erforderlich, L-Asparaginsäure oder eines der Zwischenprodukte zu isolieren.
Beispiel 1 a) Enzymatische Umsetzung
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38Mol) eingerührt. In die Fumarsäuresuspension wurden anschliessend 1450 ml 25 Gew. %ige AmmoniakLösung (1314 g) während 30 Minuten eingebracht. Dabei wurde eine Reaktionstemperatur von 45-50* C und ein pH-Wert von 8, 5 erreicht. Bei 45 *C und unter leichtem Rühren wurden In die klare Lösung 1. 4 mut Aspartase Lösung (245 lU/ml) eingebracht. Danach wurde die Rührung ausgeschaltet und die Reaktionsiö- sung bei 45*C gehalten. Der Reaktionsverlauf wurde photometrisch verfolgt. Eine nahezu quantitative Umsetzung ( > 99 %) wurde nach 25, 5 Stunden erreicht. b) und c) Austreiben von Ammoniak
In die gemäss a) erhaltene Lösung wurde nach Abkühlen auf 25.
C 1330 g 50 Gew. %ige Natronlauge innerhalb von 15 Minuten eingebracht. Dabei erwärmte sich die Lösung auf 50. C. Es wurde ein pH-Wert von 11, 5 gemessen. Der entweichende Ammoniak wurde in eine Fumarsäuresuspension mittels Tauchrohr eingeleitet (Fumarsäure/Ammoniak Waschlösung). Die Wassermenge und Fumarsäuremenge waren dieselben, wie in a) angeführt. Durch Erwärmen auf 57'C und Anlegen eines Vakuums von 100 mbar wurde die Hauptmenge des Ammoniaks ausgetrieben. Nach 6 Stunden wurde Stickstoff durch die Reaktionslösung geblasen (20 I/Std.). Die Temperatur wurde dabei auf 60. C erhöht und ein Vakuum von 240 mbar eingestellt (Dauer 4, 5 Stunden). Die Gesamtmenge an Destillat betrug ungefähr 1100 g. Restammoniakgehalt < 100 ppm.
Es wurde eine Dinatrium-L-Aspartat-Lösung mit einem Gehalt von 23, 5 Gew. % an L-Asparaginsäure erhalten. Dabei konnte keine Racemisierung beobachtet werden.
Der Gehalt an Fumarsäure betrug < 0, 1 Gew. %, Äpfelsäure und Asparagin konnte nicht nachgewiesen werden.
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d) Herstellung von Dinatrium Z- (L)-aspartat
Es wurden 80 ml einer analog Beispiel la-c) hergestellten Dinatrium L-Aspartat Lösung mit 18, 1 Gew.
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annd (Z-CI) (Gehalt : 92, 5 nach GC) (0, 11 Mol) während 1 Stunde zugetropft. Gleichzeitig wurde durch Zutropfen von 50 Gew. %ige Natronlauge der pH-Wert zwischen 10, 9 und 13, 8 gehalten. Insgesamt wurden dabei 7, 8 g 50 Gew. %ige Natronlauge zugegeben. Nach dem Zutropfen wurde die Reaktionslösung für 2, 5 Stunden bel 45 - 47. C gehalten. Der pH-Wert betrug konstant 12, 1. Nach dem Abkühlen auf 25.
C wurde die wässrige Lösung 2 mal mit jeweils 92 ml Methyl-tert- butylether behandelt. Die organische Phase wurde verworfen ; die wässrige Phase wurde 30 Minuten bei 20 * C und 20 mbar im Rotavapor von Lösungsmittelresten befreit.
Es wurden 101 g einer leicht gelblichen, klaren Lösung erhalten. Der Gehalt betrug 30, 8 Gew. % DinatriumZ- (L)-Aspartat.
Beispiel 2 Herstellung von Mononatrlum-L-Aspartatlösung
Analog Beispiel 1 b) und c) wurde in 1300 ml einer gemäss la) erhaltenen Lösung nach Abkühlen auf 25. C 588 g 20 Gew. % ige Natronlauge innerhalb von 15 Minuten eingebracht. Dabei erwärmte sich die Lösung auf 50.. Der entweichende Ammoniak wurde in eine Fumarsäuresuspension mittels Tauchrohr eingeleitet (Fumarsäure/Ammoniak Waschlösung). Die Wassermenge und Fumarsäuremenge waren dieselben, wie in a) angeführt. Bei Normaldruck wurde die Gesamtmenge des Ammoniaks ausgetrieben und die Reaktionslösung auf 1200 ml eingeengt. Restammoniakgehalt < 300 ppm.
Es wurde eine Mononatrium-L-Aspartat-Lösung mit einem Gehalt von 25. 9 Gew. % an L-Asparaginsäure erhalten. Dabei konnte keine Racemisierung beobachtet werden.
Der Gehalt an Fumarsäure betrug < 0, 1 Gew. %, Äpfelsäure und Asparagin konnte nicht nachgewiesen werden.
Die Lösung wurde analog Bsp. 1 d zu Dinatrium Z- (L)-aspartatweiterverarteitet.
Beispiel 3 Herstellung von Dinatrium Z- (L)-Aspartat mit einem ÜberschuB von Z-Ci
Es wurden 64, 2 ml einer Dinatrium-L-Aspartat Lösung mit 18, 1 Gew. % L-Asparaginsäure (0, 09 Mol), hergestellt analog Beispiel 1 a-c, auf 45. C erwärmt. Unter Rühren wurden 17, 7 g Benzyloxycarbonylchlorid (Z-CI, Gehalt : 92, 5 nach GC) (0, 10 Mol) während 1 Stunde zugetropft. Gleichzeitig wurde durch Zutropfen von 50 Gew. %ige Natronlauge der pH Wert zwischen 9, 4 und 11, 8 gehalten. Insgesamt wurden dabei 8. 8 g 50 Gew. %ige Natronlauge zugegeben. Nach dem Zutropfen wurde die Reaktionslösung für 2, 5 Stunden bei 45. C gehalten. Der pH-Wert betrug konstant 11, 3.
Nach dem Abkühlen auf 25 * C wurde die wässrige Lösung 2 mal mit jeweils 46 ml Methyl-tert-butylether behandelt. Die organische Phase wurde verworfen ; die wässrige Phase wurde 30 Minuten bei 20 C und 20 mbar im Rotavapor von Lösungsmittelresten befreit.
Es wurden 84, 2 g einer leicht gelblichen, klaren Lösung erhalten. Der Gehalt betrug 31, 4 Gew. % Dinatrium-Z- (L)-Aspartat.
Beispiel 4 : Enzymatische Umsetzung der Fumarsäure/Ammoniak-Waschlösung
Die gemäss Beispiel 1 a-c erhaltene Fumarsäure/Ammoniak Waschlösung wurde nach abgeschlossenem Versuch mit 514 g 25 Gew. % Ammoniak auf pH 8, 5 gestellt und analog Beispiel 1 a-c zu Dinatrium-LAspartat-Lösung weiterverarbeitet.
Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
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<tb>
<tb> Versuch <SEP> 1. <SEP> 2. <SEP> 3. <SEP> 4. <SEP> 5.
<tb>
Wasser <SEP> (mi) <SEP> 2070 <SEP> 2000 <SEP> 2423 <SEP> 2450 <SEP> 2100
<tb> Fumarsäure <SEP> (g) <SEP> 973 <SEP> 973 <SEP> 973 <SEP> 973 <SEP> 973
<tb> Ammoniak <SEP> (g) <SEP> 1314 <SEP> 514 <SEP> 752 <SEP> 570 <SEP> 643
<tb> pH-Wert <SEP> bel <SEP> 45 <SEP> C <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP> 8. <SEP> 18 <SEP> 8, <SEP> 48 <SEP> 8, <SEP> 48 <SEP> 8, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Enzym-Lsg <SEP> (mi) <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Dauer <SEP> (h) <SEP> 25, <SEP> 5 <SEP> 24 <SEP> 16 <SEP> 15 <SEP> 28
<tb> Umsatz <SEP> (%) <SEP> > 99 <SEP> > 99 <SEP> > 99 <SEP> 98, <SEP> 6 <SEP> > 99
<tb> 50% <SEP> NaOH <SEP> (g) <SEP> 1330 <SEP> 1229 <SEP> 1316 <SEP> 1333 <SEP> 1312
<tb> pH-Wert <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP> 11, <SEP> 9 <SEP> 11, <SEP> 6 <SEP> 11, <SEP> 9 <SEP> 11, <SEP> 8 <SEP>
<tb> T <SEP> max <SEP> (-C)
<SEP> 57 <SEP> 51 <SEP> 53 <SEP> 66 <SEP> 59
<tb> Vakuum <SEP> (mbar) <SEP> 100 <SEP> 174 <SEP> 120 <SEP> 200 <SEP> 170
<tb> Dauer <SEP> (h) <SEP> 6 <SEP> 1 <SEP> 2. <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 75 <SEP>
<tb> N2 <SEP> Purge <SEP> I/h <SEP> 20 <SEP> 35 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 30
<tb> Temp. <SEP> ('C) <SEP> 61 <SEP> 60 <SEP> 59 <SEP> 70 <SEP> 63
<tb> Vakuum <SEP> (mbar) <SEP> 240 <SEP> 300 <SEP> 250 <SEP> 250 <SEP> 210
<tb> Dauer <SEP> (h) <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> Gehalt <SEP> (%L-Asp) <SEP> 23,5 <SEP> 18,2 <SEP> 21,4 <SEP> 22,6 <SEP> 20,7 <SEP>
<tb>
Die so erhaltenen Dinatrium-L-Aspartat-Lösungen wurden analog Beispiel 1d und Beispiel 3 zu Z-L- Asparaginsäure-Dlnatnumsalz umgesetzt.
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A large number of chemical and enzymatic processes have already been described for the synthesis of aspartame, in which, in particular, L-aspartic acid and phenylalanine methyl ester are coupled to one another in a variety of ways, for example with or without enzymatic catalysis. For example, solid aspartic acid is assumed, which after conversion to the disodium salt is converted to benzyloxycarbonylchloride (Z-CI) in aqueous solution to Z-L-aspartic acid disodium salt. Aspartic acid is, as described for example in EP-A-O 127 940, made from maleic acid, which is isomerizes to fumaric acid, enzymatically via ammonium L-aspartate and then crystallized in the presence of an acid.
This gives rise to equimolar amounts of ammonium salts in the mother liquor, which must be disposed of accordingly. Furthermore, a variety of steps are required to obtain Z-L-aspartic acid disodium salt.
It was therefore an object of the present invention to find a process in which the ammonium ion-containing waste water is avoided and the number of steps to the Z-L-aspartic acid disodium salt is reduced.
This task was unexpectedly achieved by a process in which, starting from fumaric acid, ammonium L-aspartate is converted directly into the disodium salt of L-aspartic acid with simultaneous quantitative recycling of the ammonia.
The present invention accordingly relates to a process for the preparation of ZL-aspartic acid disodium salt from fumaric acid, which is characterized in that a) fumaric acid in an inert diluent in the presence of aspartase or aspartase-producing microorganisms with ammonia to form ammonium-L- Implemented aspartate, then b) the solution containing ammonium L-aspartate is mixed with sodium hydroxide, the mono- or disodium L-aspartate or a mixture thereof being formed, depending on the amount of sodium hydroxide used, and c) the ammonia which is split off into one Fumaric acid suspension, which is used as the starting solution for further enzymatic reactions, is recycled, whereupon d)
the remaining sodium L-aspartate-containing solution is reacted with benzyloxycarbonyl chloride at a pH between 9 and 14 with the simultaneous addition of sodium hydroxide, so that Z-L-aspartic acid disodium salt forms.
In the first step a) of the process according to the invention, fumaric acid is converted to ammonium L-aspartate in an enzymatic reaction.
The starting product for the process according to the invention, fumaric acid, can be prepared, for example, by isomerization of maleic acid.
For the enzymatic reaction, fumaric acid is stirred into an inert diluent up to the solubility limit, so that a suspension is obtained. Suitable inert diluents are water, water / ethanol or water / acetone mixtures and the like.
Water is preferably used. Ammonia is then liquefied into the fumaric acid suspension at room temperature or introduced in the form of a 10 to 35% by weight solution, as a result of which the temperature rises to 60 ° C. and a pH value between 8 and 9 is established.
An aqueous 20 to 30% by weight ammonia solution is preferably used. The enzyme aspartase or an aspartase-producing microorganism is then stirred into the system thus obtained, preferably a solution, at 20 to 60 ° C., preferably at 30 to 50 ° C. With this addition of enzyme. It is advantageous for aspartase-producing microorganisms if a solution is obtained by adding ammonia, since in the case of a suspension, more enzyme is required due to adsorption of the enzyme and the resulting loss of activity. For an almost quantitative conversion after up to 24 to 30 hours, 30 to 50 IU (enzyme activity) per mole of fumaric acid are required.
Aspartase-producing microorganisms are, for example, Pseudomonas fluorescens, Protens vulgaris, Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens, Bacterium succinium, Bacillus subtilis, Aerobacter aerogenes, Micrococcus sp.
Escherichia coli u. a.
Further suitable aspartase-producing microorganisms are described, for example, in US Pat. Nos. 3,791,926 and 3,198,712.
Purified or synthetic aspartase can also be used in the method according to the invention. The enzyme or the aspartase-producing microorganism can be in liquid or in immobilized form. as described, for example, in EP 0 127 940.
After the reaction is complete, the end of the reaction can be determined, for example, photometrically, the solution containing the ammonium L-aspartate is preferably cooled to 20 to 30 ° C. and sodium hydroxide is added in step 2 (b). The amount of sodium hydroxide added depends on
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desired sodium salt. Both the monosodium and disodium salt and mixtures thereof are suitable for the further reaction. Sodium hydroxide can be used in solid form or as sodium hydroxide solution. Sodium hydroxide solution is preferably used. The reaction solution heats up to about 40 to 60.
C. The ammonia which splits off and escapes is introduced, for example, in a further reaction vessel by means of a dip tube into a fumaric acid suspension which, after further addition of ammonia, can be used again as the starting solution for the next enzymatic reaction. (Step c) In order to remove the ammonia from the reaction solution, a temperature between about 50 and 100 ° C. is set and the majority of the ammonia is expelled at normal pressure up to a pressure of 80 to 120 mbar.
After about 0.5 to 10 hours, nitrogen is blown through the reaction solution under a vacuum of 200 to 300 mbar and a temperature of 55 to 65 ° C. is maintained. so that the remaining amount of ammonia is also removed.
The sodium L-aspartate solution obtained in this way is then treated in the next step d) at a temperature of 30 to 60'C with benzyloxycarbonyl chloride (Z-Ct), a pH value between 9 and 14 being simultaneously added dropwise with sodium hydroxide solution, preferably between 11 and 12. Z-CI can be added in an equimolar amount, but also in a slight excess. After the Z-CI addition, the reaction mixture is left to stand at the reaction temperature for a further 0.5 to 4 hours and then cooled to room temperature, whereupon phase separation occurs.
The aqueous phase is then washed, for example with methyl tert-butyl ether, diisobutyl ether, toluene or other water-immiscible solvents.
The organic phase is discarded and Z-L-aspartic acid is obtained as the disodium salt in aqueous solution. A vacuum is applied at room temperature to remove any residual amounts of organic solvents in the aqueous phase.
The process according to the invention gives Z-L-aspartic acid disodium salt as a clear, slightly yellowish solution, which, if necessary, for further processing to aspartame. by means of coupling with phenylalanine. Waste water containing ammonium ions is avoided by the process according to the invention and ammonia is quantitatively recycled for further enzymatic conversions of fumaric acid.
Furthermore, it is not necessary in the process according to the invention to isolate L-aspartic acid or one of the intermediates.
Example 1 a) Enzymatic implementation
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38Mol) stirred in. 1450 ml of 25% by weight ammonia solution (1314 g) were then introduced into the fumaric acid suspension over a period of 30 minutes. A reaction temperature of 45-50 * C and a pH of 8.5 was reached. At 45 ° C. and with gentle stirring, 1. 4 mut aspartase solution (245 lU / ml) were introduced into the clear solution. The stirring was then switched off and the reaction solution was kept at 45 ° C. The course of the reaction was monitored photometrically. An almost quantitative conversion (> 99%) was achieved after 25.5 hours. b) and c) expulsion of ammonia
After cooling to 25.
C 1330 g of 50% by weight sodium hydroxide solution were introduced within 15 minutes. The solution heated up to 50 ° C. A pH of 11.5 was measured. The escaping ammonia was introduced into a fumaric acid suspension using a dip tube (fumaric acid / ammonia washing solution). The amount of water and amount of fumaric acid were the same as stated in a). The majority of the ammonia was expelled by heating to 57'C and applying a vacuum of 100 mbar. After 6 hours, nitrogen was bubbled through the reaction solution (20 l / h). The temperature was raised to 60 ° C. and a vacuum of 240 mbar was set (duration 4.5 hours). The total amount of distillate was approximately 1100 g. Residual ammonia content <100 ppm.
A disodium L-aspartate solution containing 23.5% by weight of L-aspartic acid was obtained. No racemization was observed.
The fumaric acid content was <0.1% by weight, malic acid and asparagine could not be detected.
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d) Production of disodium Z- (L) aspartate
80 ml of a disodium L-aspartate solution prepared in a manner analogous to Example la-c) with 18.1 wt.
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annd (Z-CI) (content: 92.5 by GC) (0.11 mol) was added dropwise over 1 hour. At the same time, the pH was kept between 10.9 and 13.8 by the dropwise addition of 50% by weight sodium hydroxide solution. A total of 7.8 g of 50% by weight sodium hydroxide solution were added. After the dropping, the reaction solution was kept at 45-47 ° C. for 2.5 hours. The pH was constantly 12.1. After cooling to 25.
C, the aqueous solution was treated twice with 92 ml each of methyl tert-butyl ether. The organic phase was discarded; the aqueous phase was freed from solvent residues at 20 ° C. and 20 mbar in a Rotavapor for 30 minutes.
101 g of a slightly yellowish, clear solution were obtained. The content was 30.8% by weight disodium Z- (L) aspartate.
Example 2 Preparation of Mononatrlum L-Aspartate Solution
Analogously to Example 1 b) and c), 588 g of 20% strength by weight sodium hydroxide solution were introduced into 1300 ml of a solution obtained according to la) after cooling to 25 ° C. within 15 minutes. The solution warmed to 50. The escaping ammonia was introduced into a fumaric acid suspension by means of a dip tube (fumaric acid / ammonia washing solution). The amount of water and amount of fumaric acid were the same as stated in a). The total amount of ammonia was driven off at normal pressure and the reaction solution was concentrated to 1200 ml. Residual ammonia content <300 ppm.
A monosodium L-aspartate solution containing 25.9% by weight of L-aspartic acid was obtained. No racemization was observed.
The fumaric acid content was <0.1% by weight, malic acid and asparagine could not be detected.
The solution was further processed to disodium Z- (L) aspartate analogously to Example 1 d.
Example 3 Preparation of disodium Z- (L) -aspartate with an excess of Z-Ci
64.2 ml of a disodium L-aspartate solution with 18.1% by weight L-aspartic acid (0.09 mol), prepared analogously to Example 1 a-c, were heated to 45 ° C. 17.7 g of benzyloxycarbonyl chloride (Z-CI, content: 92.5 by GC) (0.10 mol) were added dropwise with stirring over the course of 1 hour. At the same time, the pH was kept between 9.4 and 11.8 by the dropwise addition of 50% by weight sodium hydroxide solution. A total of 8. 8 g of 50% by weight sodium hydroxide solution were added. After the dropping, the reaction solution was kept at 45 ° C. for 2.5 hours. The pH was constant 11.3.
After cooling to 25 * C, the aqueous solution was treated twice with 46 ml of methyl tert-butyl ether. The organic phase was discarded; the aqueous phase was freed from solvent residues at 20 C and 20 mbar in a Rotavapor for 30 minutes.
84.2 g of a slightly yellowish, clear solution were obtained. The content was 31.4% by weight disodium Z (L) aspartate.
Example 4: Enzymatic conversion of the fumaric acid / ammonia washing solution
The fumaric acid / ammonia washing solution obtained according to Example 1 a-c was adjusted to pH 8.5 with 514 g of 25% by weight ammonia after the end of the experiment and processed further to disodium LApartate solution as in Example 1 a-c.
The results are shown in Table 1.
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EMI4.1
EMI4.2
<tb>
<tb> Try <SEP> 1. <SEP> 2. <SEP> 3. <SEP> 4. <SEP> 5.
<tb>
Water <SEP> (mi) <SEP> 2070 <SEP> 2000 <SEP> 2423 <SEP> 2450 <SEP> 2100
<tb> fumaric acid <SEP> (g) <SEP> 973 <SEP> 973 <SEP> 973 <SEP> 973 <SEP> 973
<tb> Ammonia <SEP> (g) <SEP> 1314 <SEP> 514 <SEP> 752 <SEP> 570 <SEP> 643
<tb> pH value <SEP> bel <SEP> 45 <SEP> C <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP> 8. <SEP> 18 <SEP> 8, <SEP> 48 <SEP> 8, <SEP> 48 <SEP> 8, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Enzyme solution <SEP> (mi) <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP > 1, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Duration <SEP> (h) <SEP> 25, <SEP> 5 <SEP> 24 <SEP> 16 <SEP> 15 <SEP> 28
<tb> Sales <SEP> (%) <SEP>> 99 <SEP>> 99 <SEP>> 99 <SEP> 98, <SEP> 6 <SEP>> 99
<tb> 50% <SEP> NaOH <SEP> (g) <SEP> 1330 <SEP> 1229 <SEP> 1316 <SEP> 1333 <SEP> 1312
<tb> pH value <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP> 11, <SEP> 9 <SEP> 11, <SEP> 6 <SEP> 11, <SEP> 9 <SEP> 11, <SEP> 8 <SEP>
<tb> T <SEP> max <SEP> (-C)
<SEP> 57 <SEP> 51 <SEP> 53 <SEP> 66 <SEP> 59
<tb> Vacuum <SEP> (mbar) <SEP> 100 <SEP> 174 <SEP> 120 <SEP> 200 <SEP> 170
<tb> Duration <SEP> (h) <SEP> 6 <SEP> 1 <SEP> 2. <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 75 <SEP>
<tb> N2 <SEP> Purge <SEP> I / h <SEP> 20 <SEP> 35 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 30
<tb> Temp. <SEP> ('C) <SEP> 61 <SEP> 60 <SEP> 59 <SEP> 70 <SEP> 63
<tb> Vacuum <SEP> (mbar) <SEP> 240 <SEP> 300 <SEP> 250 <SEP> 250 <SEP> 210
<tb> Duration <SEP> (h) <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> Content <SEP> (% L-Asp) <SEP> 23.5 <SEP> 18.2 <SEP> 21.4 <SEP> 22.6 <SEP> 20.7 <SEP>
<tb>
The disodium L-aspartate solutions obtained in this way were reacted analogously to Example 1d and Example 3 to Z-L-aspartic acid dlnate salt.