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La présente invention concerne la production d'amino-acides optiquement actifs et la production d'anhydrocarboxyamino-acides optiquement actifs en partant de ces amino-acides.
Il est connu que les polypeptides convenant pour la fabri- cation de fibres peuvent être obtenus par polymérisation d'anhydro- carboxyamino-acides en présence de catalyseurs, la polymérisation étant accompagnée du dégagement d'anhydride carbonique. Pour la fabrication de fibres textiles utiles, il est préférable d'utili- ser un anhydrocarboxyamino-acide optiquement actif. Des procédés de préparation de l'amino-acide optiquement actif apparenté ont
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été décrits dans la littérature, mais, d'une façon générale, ils ne conviennent pas pour une utilisation sur une grande échelle.
La présente invention procure un procédé simple et économique, grâce auquel des amino-acides optiquement actifs peuvent être préparés en masse.
Suivant la présente invention, un procédé de production d'amino-acides optiquement actifs comprend l'addition d'un acide optiquement actif à un mélange des formes D et L d'un composé basique qui, lors d'une hydrolyse, produit un amino-acide, en formant ainsi un mélange d'un/composant d'acide optiquement actif et de base D et d'un composant d'acide optiquement actif et de base L, la séparation de ces deux composants par cristallisation fractionnée, le traitement d'au moins un de ces composants sépa- rés avec une résine échange use d'ions acide, grâce auquel la résine se combine avec la base et libère l'acide optiquement actif, et l'hydrolyse de la base optiquement active avec de l'acide en l'amino-acide optiquement actif.
D'une façon générale, les deux composants sont traités comme décrit pour obtenir les amino-acides optiquement actifs. Les anhydrocarboxyamino-acides optiquement actifs peuvent être préparés en par-tant de ces amino-acides d'une manière connue.
Il est déjà connu que les bases racémiques peuvent être dédoublées en combinant les bases avec un acide optiquement actif r tel que l'acide D- ou L- tartique, et en séparant ensuite les deux sels ou les composants base-acide ainsi obtenus par cristal- lisation fractionnée. Dans la présente invention, le procédé de séparation est utilisé pour dédoubler des bases D et L hydrolysa- bles, et une résine échangeuse d'ions acide est utilisée pour se combiner avec la base et libérer l'acide optiquement actif dans chacun des composants base-acide. Les bases optiquement actives séparées en combinaison avec la résine sont ensuite hydrolysées avec de l'aoide pour donner les amino-acides optiquement actifs.
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On a trouvé que l'hydrolyse avec de l'acide, à la différence d'une hydrolyse avec un alcali, est réalisée sans qu'une racémi- sation appréciable s'effectue.
Le procédé de l'invention convient pour la préparation des formes optiquement actives d'alanine et d'autres amino-acides, tels que leucine, norleucine, valine, norvaline, phénylalanine et l'acide [alpha]-amino-n-butyrique. Les composés basiques hydrolysables qui peuvent être utilisés dans le procédé de la présente inven- tion sont les .nitriles, les amides et les esters correspondants de ces acides. Par exemple, le DL- Ó-amino-propionitrile, le DL-alanine amide et les esters de DL-alanine sont des composés de départ convenables pour la fabrication des alanines optique- ment actives.
Un exemple d'un acide optiquement actif, aisément dispo- nible, convenant pour réaliser le dédoublement des nitriles, amides et esters est l'acide L (+) tartrique. Lorsque cet acide est ajouté à une solution de la matière de départ basique, deux composants (ou diastéréoisomè,-res), L-base L-acide et D-base L- acide, sont formés. Ces deux composants sont ensuite séparés par cristallisation fractionnée d'une manière connue en partant d'un solvant convenable. Des exemples de solvants convenables qui sont disponibles pour la séparation sont des alcools miscibles dans l'eau, tels que le méthanol et l'éthanol, et des mélanges de ces alcools avec de l'eau ou de l'acétone. Des essais peuvent être ra nécessaires pour trouver un solvant qui sépare/un mélange parti- culier de composants.
Les deux composants L-base L-acide et D- base L-acide sont ainsi obtenus, l'un cristallin et l'autre en solution. La cristallisation fractionnée peut être réalisée avec un solvant, ce qui aura pour résultat une séparation complète du L-base L-acide et du D-base L-acide, ou bien la séparation peut être telle qu'elle domie une séparation pratique d'au moins 80% des formes pures D-base L-acide et L-base L-acide, qui peuvent
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être traitées comme décrit pour donner des amino-acides consistant en au moins 80% de l'un ou l'autre du D-amino-acide ou du L-amino- acide. Des formes pures de l'un ou l'autre amino-acide peuvent être préparées en partant de ces produits, si on le désire, par recristallisation.
Dans la phase suivantedu procédé de la présente invention, les composants sont traités pour libérer le L-acide pour lequel on @ utilise une résine échangeuse d'ions à acide fort. L'une quelcon- que des résines échangeuses d'ions acides du marché,peuvent être utilisées à cet effet. Une solution d'un des composants, qui peut être commodé-ment la solution de composant obtenue par la séparation du D-base L-acide, d'avec le L-base L-acide, est de préférence passée de haut en bas à travers une colonne de résine échangeuse d'ions à acide fort sous la forme hydrogénée, à la sui- te de quoi la partie base du composant reste sur la colonne, com- binée avec la résine, et l'acide L-tartrique passe à travers.
La solution d'acide L-tartrique est, de préférence,évaporée jusqu'à siccité pour donner l'acide sous forme optiquement pure prête à la réutilisation. La base optiquement active sur la colonne est alors convertie en l'amino-acide optiquement actif par hydrolyse acide. Ceci peut être réalisé (a) par/élution de la colonne avec un acide minéral, suivie par ébullition de l'éluat pendant une période de temps suffisante pour réaliser l'hydrolyse, ou (b) par chauffage de la colonne, par exemple à 100 0, pendant une pério- de de temps suffisante pour réaliser l'hydrolyse sur la colonne de résine. Dans le dernier cas, 1'amino-acide peut être élué de la colonne en utilisant une solution d'hydroxyde d'ammonium et, lors de l'évaporation de l'éluat, l'amino-acide optiquement actif est obtenu.
Le composant obtenu à l'état cristallin peut être converti à l'autre forme de l'amino-acide optiquement ac.tif par le même traitement après qu'il a été dissous pans un solvant convenable. D résine échangeuse d'ions dans la colonne peut être régénérée,
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@ lorsque c'est nécessaire, par traitement avec un acide aqueux, par exemple de l'acide chlorhydrique dilué.
Il n'est pas essentiel dans la mise en oeuvre de la pré- sente invention d'utiliser une colonne de résine pour réaliser la séparation des composants D-base L-acide et L-base L-acide pour obtenir les constituants base et acide. Par exemple, une solution d'un des composants peut être agitée avec une résine échangeuse d'ions acide, et le mélange est filtré. Le L-acide peut être récu- péré du filtrat, et la base optiquement active sur la résine peut être convertie en ariiino-acide optiquement actif, comme décrit ci- avant.
L'invention est illustrée par les exemples suivants; les pourcentages sont en poids.
EXEMPLE 1
40 gr de DL-alanine amide étaient dissous dans 580 ml d'un mélange de volumes égaux d'eau et d'alcool, et la solution était ajoutée à une solution de 70 gr d'acide L (+)tartrique dans 580 ml du même mélange dissolvant. Le mélange était laissé au repos à la température ambiante, à la suite de quoi on obtenait un précipité très cristallin. Le précipité était enlevé par filtration et lavé avec un peu d'alcool et ensuite de l'éther. Il consistait princi- palement en D-alanine amide hydrate L-tartrique; la production
20 était de 53 gr et son [Ó]D était de + 11,7 mesuré pour une solution aqueuse à 2%. Les liqueurs-mères alcooliques aqueuses étaient traitées en vue de la récupération du L-alanine amide hydrate L.-tartrique, comme décrit ci-après.
Les 53 gr de sel étaient dissous dans 500 ml d'eau et la solution était admise à passer de haut en bas dans une colonne (diamètre : 5 cm; longueur : 16 cm) contenant du "Zeo-Karb 225" (résines échangeuses d'ions acide sous forme hydrogénée). La colonne était ensuite lavée avec 1250 ml d'eau et l'éluat était évaporé jusqu'à siccité à 15 mm de pression de mercure. Le résidu, 31 gr ,et 100% de retour, consistait en acide L(+)tartrique qui était prêt pour une réutilisation.
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La colonne était ensuite chauffée pendant 3 heures à 100 C pour réaliser l'hydrolyse de l'amide en alanine. La colonne était ensuite refroidie et éluée avec 1500 ml d'hydroxyde d'ammonium 2N.
L'éluat était évaporé à 15 mm de pression pour donner 18,3 gr d'a-
20 lanine homogène chromatographiquement avec un[4 égal à -11,1
D mesuré pour une solution à 2% dans de l'acide chlorhydrique 6N.
Cette rotation correspond@@@ à un mélange 88/12 respectivement de la forme D et de la forme L. Lors d'une recristallisation avec de l'eau, on obtenait,la D-alanine pure.
La résine dans la colonne était transformée à partir de la forme sel d'ammonium à la forme hydrogénée prête à.une réutili- sation, par traitement avec un acide, tel que de l'acide chlorhy- drique dilué.
Les liqueurs-mères alcooliques aqueuses obtenues lors de l'enlèvement du précipité cristallin étaient évaporées jusqu'à siccité, et le résidu était lavé avec de l'teher pour enlever tout acide tartrique libre. Le produit (56,7 gr) consistait principa-
20 lement en L-alanine amide L-tartrate hydrate dont le [Ó] est
D égal à 21 pour une solution aqueuse à 2%. Ce sel était traité de la même manière que le sel de D-alanine amide, et le produit était, dans ce cas, un mélange 87,5/la,5 des formes L et D, sa ro-
20 tation [Ó] étant de Il,05 , mesurée pour une solution à 2%
D dans de l'acide chlorhydrique 6N. Lors d'une recristallisation avec de l'eau, en obtint de la L-alanine pure.
Les alanines 'optiquement actives peuvent être converties en les anhydrocarboxyamino-acides par des procédés connus, par exemple par réaction avec du phosgène. Si les anhydrocarboxyamino- acides doivent être polymérisés dans le but de produire éventuel- lement des fibres, il n'est pas nécessaire de purifier encore les mélanges 88/12 et 87,5/12,5.
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EXEMPLE 2
17,7 gr de DL-alpha-aminopropionitrile étaient dissous dans 200 ml d'éther et la solution était ajoutée à une solution de 40 gr d'acide L (+) dans 200 ml d'alcool contenant 6 ml d'eau. Au repos, on obtenait 53 gr d'un sel précipité, ce sel étant un mélange des diastéréoisomères L-base L-acide et D-base L-acide. Tout le sel était dissous dans 185 ml d'eau et un volume égal d'alcool était ajouté. On obtenait un précipité
20 avec une production de 24,4 gr et un [Ó] de + 17,9 , mesuré D pour une solution aqueuse à 2%; le sel précipité contient, par conséquent, environ 80% d'alpha-aminopropionitrile L-tartrate hy- drate et 20% de D-alpha-aminopropionitrile L-tartrate hydraté. La liqueur-mère était retenue en vue d'un traitement comme décrit ci-après.
Le sel précipité était recristallisé à partir d'éthanol @@@@ aqueux pour donner 18,7 gr d'un sel contenant environ 94% du L-alpha-aminopropionitrile L-tartrate hydrate. Ce sel était dissous dans de l'eau et passé de haut en bas dans une colonne de "Zeo-Karb 225" sous forme acide. La colonne était lavée avec de l'eau jusqu'à ce que les eaux de lavage ne soient plus acides, et l'éluat et les eaux de lavage combinés étaient évaporés en vue de la récupération de l'acide L (+) Le L-alpha-aminopropio- nitrile sur la colonne était élué avec de l'acide chlorhydrique 6N, et l'éluat acide contenant le L-alpha-aminopropionitrile était mis à ébullition sous reflux pendant 1 heure pour réaliser une hydrolyse.
La solution résultante était ensuite évaporée jusqu'à siccité à 15 mm de pression de mercure, et lion chlorure était enlevé par dissolution du résidu dans de l'eau et passage de la solution de haut en bas dans une,,colonne contenant une résine échangeuse d'ions basique. L'évaporation de l'éluat donnait 7 gr d'alanine contenant 92% du L-isomère. Une analyse chromatographi- que montrait que le produit ne contenait pas de traces de nitrile ou d'amide d'alanine.
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La forme D de l'alanine était récupérée de la liqueur- mère de la même manière, en commençant avec la phase de passage de la liqueur à travers une colonne de "Zeo-Karb 225".
EXEMPLE 11,7 gr d'ester méthylique de DL-alanine étaient dissous dans 100 ml d'alcool et ajoutés à une solution de 18 gr d'acide
L(+)tartrique dans un mélange de 150 ml d'alcool et de 250 ml d'éther. Le précipité formé était enlevé par filtration et séché pour donner 28,3 gr d'un mélange d'ester @@@@@ méthylique de L- alanine L-tartrate hydrate et d'ester méthylique de D-alanine L- tartrate hydrate. Le mélange de sel était dissous dans du métha- nol et) lors d'une recristallisation, on obtenait 8,4 gr de l'ester méthylique de D-alanine L-tartrate hydrate, le L-base L-acide cor- respondant étant présent dans la liqueur-mère au méthanol.
Le D-base L-acide précipité était dissous dans de l'eau et la solution était passée de haut en bas dans une colonne de "Zeo-Karb 225". La colonne était lavée avec de l'eau, et l'éluat et les eaux de lavage combinés étaient évaporés en vue de la récu- pération de l'acide L(+)tartrique. Une hydrolyse de la base ester était ensuite réalisée par chauffage de la colonne à 100 C pen- dant 2 heures. La colonne était refroidie, éluée avec de l'hydro- xyde d'ammonium 2N, et l'éluat était évaporé jusqu'à siccité. On obtenait 2,8 gr d'alanine contenant 96% de la forme D.
La forme L dans la liqueur-mère au méthanol était récupérée de la même manière.
EXEMPLE 4
8,8 gr de DL-leucine amide étaient dissous dans 35 ml d'@@ @@@@@ éthanol et la solution était ajoutée à une solution de 10,5 gr d'acide L-tartrique dissous dans un mélange de 55 ml d'éthanol et 2 ml d'eau. Le DL-amide L-tartrate (17,1 gr) était précipité immédiatement. Par deux recristallisations du sel à partir de mé- thanol contenant un peu d'eau, on obtenait du L-leucine amide L- tartrate, le produit contenant à la fois de l'eau et du méthanol , de cristallisation.
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Le L-leucine amide L-tartrate séparé était dissous dans de l'eau pour donner une solution à environ 10%; celle-ci était ad- mise à passer de haut en bas dans une colonne de "Zeo-Karb 225" comme décrit à l'exemple 1. La colonne était lavée avec de l'eau, et l'éluat était évaporé jusqu'à siccité pour récupérer l'acide L-tartrique. La colonne de résine était chauffée avec de l'eau pendant plusieurs heures à 100 C pour hydrolyser la base en l'aci- de. Après refroidissement,la résine était lavée avec/de l'ammonia- que aqueuse diluée, et l'éluat était évaporé jusqu'à siccité pour
20 récupérer le L-leucine. Le produit avait une rotation [Ó]20 de
D -10,8 , mesurée pour une solution aqueuse à 2% et qui se compare
EMI9.1
avec un [t.4-] - - 21b7 de -10,8 donné dans le msanN Handbook of
D.
Chemistry and Physics, 35e Edition.
Les liqueurs-mères au méthanol étaient évaporées jusqu'à siccité pour récupérer le D-leucine amide L-tartrate, à partir duquel la D-leucine peut être obtenue comme décrit ci-avant pour l'obtention de la L-leucine.
EXEMPLE 5
34,5 gr de DL-valine amide étaient dissous dans 275 ml d'éthanol, et la solution était ajoutée à une solution de 45 gr d'acide L-tartrique dans un mélange de 275 ml d'éthanol et de 9 m@ d'eau. On ajoutait 500 ml d'éther pour précipiter le DL-amide L- tartrate. Le L-base L-sel était séparé par recristallisation avec
20 de l'éthanol aqueux ; son [Ó]D était de 31,5 , mesuré pour une solution aqueuse à 2%.
Lé L-valine amide acide L-tartrique était dissous dans de l'eau et traité comme décrit à l'exemple 4 pour la séparation de l'acide L-tartrique, hydrolyse du L-amide en L-valine et récupéra...
20 tion de la L-valine. Le [Ó] était de 28 , mesuré pour une
D solution à 3,3% dans du HCl 6N ; Fischer dans Berichte (1906), 39, 20 2320 donne pour la L-valine un [Ó]D égal à + 28,8 mesuré pour
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une solution à 3,4% dans du HCl 6N.
EXEMPLE 6
25 gr de DL-phénylalanine amide étaient dissous dans 200 ml d'éthanol et ajoutés à une solution de 23,5 gr d'acide L-tar- trique dissous dans 165 ml d'éthanol et 5 ml d'eau; on ajoutait 600 ml d'éther pour précipiter le DL-amide L-tartrate. Trois récris tallisations avec de l'éthanol aqueux donnaient du D-phénylalanine
20 amide L-hydrogène tartrate hémihydrate, ayant un [Ó] de + 1,1
D mesuré pour une solution aqueuse à 2%.
En utilisant le processus donné à l'exemple 4, on obtenait de la D-phénylalanine. Son [Ó]20 était/de 34,2 mesuré pour
D une solution aqueuse à 1,7%; Fischer et Schoeller dans Annalen
20 (1907), 357 page 1, donnent un [ -]- de 35 pour une solution aqueuse à 2%. D
EXEMPLE 7
9,4 gr de DL-norleucine amide étaient dissous dans 101 d'alcool, et la solution était ajoutée à une solution de 5,5 gr d'acide L-tartrique dans 40,5 ml d'eau. La solution était refroi- die jusqu'à 12 C, à la suite de quoi du L-norleucine amide L- ., 20 tartrate/se séparait par cristallisation. Son [Ó] était de . D + 23,15 , mesuré pour une solution aqueuse à 2%.
Le L-base amide L-acide était recristallisé avec de l'é- thanol aqueux et traité comme décrit à l'exemple 4 pour produire la L-norleucine ayant un [Ó]20 égal à +.23,2 , mesuré pour une
D 25 solution à 2% dans du HCl 5N, qui se compare avec un [Ó]D égal D à + 24,5 donné dans Journal of Biologicol Chemistry (1953) 204 page 307. ,
Les liqueurs-mères obtenues lors de 1!enlèvement du L- norleucine amide L-tartrate étaient passées de haut en bas dans une colonne de "Zeo-Karb 225".La colonne était ensuite lavée avec de l'eau pour enlever l'acide L-tartrique, et l'amide sur la rési-
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ne était hydrolysé à 100 C.
Le produit obtenu par extraction par lavage avec l'ammoniaque aqueuse et évaporation avait un [Ó]20 D de -18,1, ,mesuré pour une solution à 2% dans du HCl 5N ; ceci correspond à un mélange de 88% de D-norleucine et 12% de la forme L.
EXEMPLE 8 68 gr de DL-norvaline amide et 45 gr d'acide L-tartrique étaient ajoutés à un mélange de 1900 ml de méthanol et de 380 ml d'eau à 12 C, à la suite de quoi on obtenait un précipité de L- 20 norvaline amide L-tartrate. Son [Ó]20 était de +26,2 ,mesuré pour D @ une solution aqueuse à 2%.
Les liqueurs-mères étaient traitées comme celles de l'exem 20 ple 7, pour obtenir la D-norvaline d'un [[alpha]]/ de -20,5 , mesuré pour une solution à 2% dans du HCl 5N. La D-norvaline peut être purifiée par recristallisation avec de l'éthanol aqueux.
Le L-norvaline amide L-tartrate était recristallisé avec. du méthanol aqueux pour donner un sel contenant à la fois de l'eau et du méthanol de cristallisation. Il était traité comme décrit 20 à l'exemple 4 pour produire la L-norvaline avec un [[alpha]]/D de à 2% +23,9 , mesuré pour une solution/dans du HCl 5N ; le Journal of Biological Chemistry, dont il est question à l'exemple 7,donne un [Ó]25 de +24,9 dans le même solvant.
D EXEMPLE 9 Une solution de 16,4 gr de DL-amino-n-butyramide dans 250 ml d'éthanol était ajoutée à une solution de 25 gr d'acide L-tartrique dans 250 ml d'éthanol et 100 ml d'eau. Lors d'un refroidissement jusqu'à 12 C, le L- Ó -amino-n-butyramide L-hydrogène 20 tartrate se séparait par cristallisation; son [Ó] était de D +29,6 , mesuré pour une solution aqueuse à 2%. Lors d'un traitement tel que décrit à l'exemple 4, on obtenait l'acide L- Ó -ami- 20 no-n-butyrique avec un [Ó] de +20,1 , mesuré pour une; solution D à 2% dans du HCl 5N ; le Journal of Biological Chemistry dont, il
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est question l'exempie donne 20 +20,6 méme , est question à l'exemple 7 donne un [Ó] de +20,6 à la même
D- . concentration dans le même solvant.
EXEMPLE 10
Une solution de 15,35 gr de chlorhydrate ester méthylique dans 50 ml de méthanol. d'acide DL- Ó-amino-n-butyrique/était mélangée avec 50 ml d'une solution d'hydroxyde de sodium 2N méthanolique, et la précipita- tion du chlorure de sodium était achevée par addition de 300 ml d'éther. Le mélange était filtré et le. filtrat était ajouté à 50 ml de méthanol dans lequel étaient dissous 15 gr d'acide L- tartrique. On obtenait un sel cristallin , fondant à 107 - 110 C
20 et ayant un [Ó]D de +15,350, mesuré pour une solution aqueuse à 2%.
Lors d'une recristallisation de ce sel avec de l'acétone aqueuse, on obtenait l'ester méthylique d'acide D-Ó-amino-n-butyri- que L-hydrogène tartrate hydrate. Il était converti en le D-amino- acide comme décrit à l'exemple 4 ; il avait le [Ó]20 égal à
D -19,95 , mesuré pour une solution à 2% dans du HCl 5N.
Lors d'une double recristallisation avec de l'acétone méthanolique, on obtenait l'ester méthylique d'acide L-[alpha]-amino- n-butyrique L-hydrogène tartrate. Il était converti en l'acide L-[alpha]-amino-n-butyrique comme décrit à l'exemple 4; lucide don-
20 nait un [[alpha]] de +20,2%, mesuré pour une solution à 2% dans du
D HCl 5N.
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The present invention relates to the production of optically active amino acids and the production of optically active anhydrocarboxyamino acids from these amino acids.
It is known that polypeptides suitable for the manufacture of fibers can be obtained by polymerization of anhydrocarboxyamino acids in the presence of catalysts, the polymerization being accompanied by evolution of carbon dioxide. For the manufacture of useful textile fibers, it is preferable to use an optically active anhydrocarboxyamino acid. Methods of preparing the related optically active amino acid have
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been described in the literature, but in general they are not suitable for large scale use.
The present invention provides a simple and economical process by which optically active amino acids can be prepared in bulk.
In accordance with the present invention, a process for the production of optically active amino acids comprises adding an optically active acid to a mixture of the D and L forms of a basic compound which, upon hydrolysis, produces an amino acid. -acid, thereby forming a mixture of an optically active acid component / component and base D and an optically active acid component and base L, the separation of these two components by fractional crystallization, the treatment of at least one of these components separated with an acidic ion exchange resin, whereby the resin combines with the base and liberates the optically active acid, and hydrolysis of the optically active base with acid to the optically active amino acid.
Generally, the two components are treated as described to obtain the optically active amino acids. Optically active anhydrocarboxyamino acids can be prepared from these amino acids in a known manner.
It is already known that racemic bases can be resolved by combining the bases with an optically active acid r such as D- or L-tartic acid, and then separating the two salts or the base-acid components thus obtained by crystal. - fractional lization. In the present invention, the separation process is used to resolve hydrolyzable D and L bases, and an acidic ion exchange resin is used to combine with the base and release the optically active acid in each of the base components. -acid. The optically active bases separated in combination with the resin are then hydrolyzed with acid to give the optically active amino acids.
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It has been found that hydrolysis with acid, unlike hydrolysis with alkali, is carried out without appreciable racemization taking place.
The process of the invention is suitable for the preparation of optically active forms of alanine and other amino acids, such as leucine, norleucine, valine, norvaline, phenylalanine and [alpha] -amino-n-butyric acid. The basic hydrolyzable compounds which can be used in the process of the present invention are the corresponding nitriles, amides and esters of these acids. For example, DL-Ó-amino-propionitrile, DL-alanine amide, and DL-alanine esters are suitable starting compounds for the manufacture of optically active alanines.
An example of a readily available optically active acid suitable for resolving nitriles, amides and esters is L (+) tartaric acid. When this acid is added to a solution of the basic starting material, two components (or diastereoisomer, -res), L-base L-acid and D-base L-acid, are formed. These two components are then separated by fractional crystallization in a known manner starting from a suitable solvent. Examples of suitable solvents which are available for separation are water-miscible alcohols, such as methanol and ethanol, and mixtures of these alcohols with water or acetone. Tests may be necessary to find a solvent which separates / a particular mixture of components.
The two components L-base L-acid and D-base L-acid are thus obtained, one crystalline and the other in solution. The fractional crystallization can be carried out with a solvent, which will result in complete separation of the L-base L-acid and D-base L-acid, or the separation can be such that it involves a practical separation of L-acid. at least 80% of the pure forms D-base L-acid and L-base L-acid, which can
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be treated as described to give amino acids consisting of at least 80% of either D-amino acid or L-amino acid. Pure forms of either amino acid can be prepared from these products, if desired, by recrystallization.
In the next phase of the process of the present invention, the components are treated to liberate L-acid for which a strong acid ion exchange resin is used. Any of the acidic ion exchange resins on the market can be used for this purpose. A solution of one of the components, which may conveniently be the component solution obtained by separating the D-base L-acid from the L-base L-acid, is preferably passed from top to bottom to through a column of strong acid ion exchange resin in the hydrogenated form, whereupon the base part of the component remains on the column, combined with the resin, and L-tartaric acid passes to through.
The L-tartaric acid solution is preferably evaporated to dryness to give the acid in optically pure form ready for reuse. The optically active base on the column is then converted to the optically active amino acid by acid hydrolysis. This can be done (a) by eluting the column with mineral acid, followed by boiling the eluate for a period of time sufficient to effect hydrolysis, or (b) by heating the column, for example at 100 0, for a period of time sufficient to effect the hydrolysis on the resin column. In the latter case, the amino acid can be eluted from the column using ammonium hydroxide solution, and upon evaporation of the eluate, the optically active amino acid is obtained.
The component obtained in the crystalline state can be converted to the other form of the optically active amino acid by the same treatment after it has been dissolved in a suitable solvent. D ion exchange resin in the column can be regenerated,
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@ when necessary, by treatment with an aqueous acid, for example dilute hydrochloric acid.
It is not essential in the practice of the present invention to use a resin column to effect the separation of the components D-base L-acid and L-base L-acid to obtain the components base and acid. . For example, a solution of one of the components can be stirred with an acidic ion exchange resin, and the mixture is filtered. L-acid can be recovered from the filtrate, and the optically active base on the resin can be converted to the optically active ariino acid, as described above.
The invention is illustrated by the following examples; the percentages are by weight.
EXAMPLE 1
40 g of DL-alanine amide were dissolved in 580 ml of a mixture of equal volumes of water and alcohol, and the solution was added to a solution of 70 g of L (+) tartaric acid in 580 ml of same solvent mixture. The mixture was left to stand at room temperature, as a result of which a very crystalline precipitate was obtained. The precipitate was removed by filtration and washed with a little alcohol and then with ether. It consisted mainly of D-alanine amide hydrate L-tartaric; the production
20 was 53 gr and its [Ó] D was + 11.7 measured for a 2% aqueous solution. The aqueous alcoholic mother liquors were processed for the recovery of L-alanine amide hydrate L.-tartaric, as described below.
The 53 g of salt were dissolved in 500 ml of water and the solution was allowed to pass from top to bottom in a column (diameter: 5 cm; length: 16 cm) containing "Zeo-Karb 225" (exchange resins d. 'acid ions in hydrogenated form). The column was then washed with 1250 ml of water and the eluate was evaporated to dryness at 15 mm Hg pressure. The residue, 31 gr, and 100% return, consisted of L (+) tartaric acid which was ready for reuse.
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The column was then heated for 3 hours at 100 ° C. to effect hydrolysis of the amide to alanine. The column was then cooled and eluted with 1500 ml of 2N ammonium hydroxide.
The eluate was evaporated at 15 mm pressure to give 18.3 g of a-
20 chromatographically homogeneous lanin with a [4 equal to -11.1
D measured for a 2% solution in 6N hydrochloric acid.
This rotation corresponds to an 88/12 mixture of form D and form L, respectively. On recrystallization with water, pure D-alanine was obtained.
The resin in the column was converted from the ammonium salt form to the hydrogenated form ready for reuse, by treatment with an acid, such as dilute hydrochloric acid.
The aqueous alcoholic mother liquors obtained from removing the crystalline precipitate were evaporated to dryness, and the residue was washed with ether to remove any free tartaric acid. The product (56.7 gr) consisted mainly of
20 element in L-alanine amide L-tartrate hydrate whose [Ó] is
D equal to 21 for a 2% aqueous solution. This salt was treated in the same manner as the D-alanine amide salt, and the product in this case was an 87.5 / la mixture, of the L and D forms, its ro-
20 tation [Ó] being Il, 05, measured for a 2% solution
D in 6N hydrochloric acid. On recrystallization with water, obtained pure L-alanine.
The optically active alanines can be converted to the anhydrocarboxyamino acids by known methods, for example by reaction with phosgene. If the anhydrocarboxyamino acids are to be polymerized in order to eventually produce fibers, it is not necessary to further purify the 88/12 and 87.5 / 12.5 mixtures.
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EXAMPLE 2
17.7 g of DL-alpha-aminopropionitrile were dissolved in 200 ml of ether and the solution was added to a solution of 40 g of L (+) acid in 200 ml of alcohol containing 6 ml of water. On standing, 53 g of a precipitated salt were obtained, this salt being a mixture of the L-base L-acid and D-base L-acid diastereoisomers. All the salt was dissolved in 185 ml of water and an equal volume of alcohol was added. We got a precipitate
20 with a yield of 24.4 gr and a [Ó] of + 17.9, measured D for a 2% aqueous solution; the precipitated salt therefore contains about 80% alpha-aminopropionitrile L-tartrate hydrate and 20% D-alpha-aminopropionitrile L-tartrate hydrate. The mother liquor was retained for processing as described below.
The precipitated salt was recrystallized from aqueous ethanol to give 18.7 g of a salt containing about 94% of the L-alpha-aminopropionitrile L-tartrate hydrate. This salt was dissolved in water and passed from top to bottom in a column of "Zeo-Karb 225" in acid form. The column was washed with water until the washings were no longer acidic, and the combined eluate and washings were evaporated to recover the acid L (+) Le L -alpha-aminopropionitrile on the column was eluted with 6N hydrochloric acid, and the acidic eluate containing L-alpha-aminopropionitrile was boiled under reflux for 1 hour to effect hydrolysis.
The resulting solution was then evaporated to dryness at 15 mm Hg pressure, and the chloride was removed by dissolving the residue in water and passing the solution up and down through a column containing an exchange resin. basic ion. Evaporation of the eluate gave 7 g of alanine containing 92% of the L-isomer. Chromatographic analysis showed that the product did not contain traces of nitrile or alanine amide.
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The D-form of alanine was recovered from the mother liquor in the same manner, starting with the phase of passing the liquor through a "Zeo-Karb 225" column.
EXAMPLE 11.7 g of DL-alanine methyl ester were dissolved in 100 ml of alcohol and added to a solution of 18 g of acid
L (+) tartaric in a mixture of 150 ml of alcohol and 250 ml of ether. The precipitate formed was removed by filtration and dried to give 28.3 g of a mixture of L-alanine L-tartrate hydrate methyl ester and D-alanine L-tartrate hydrate methyl ester. The salt mixture was dissolved in methanol and) on recrystallization 8.4 g of D-alanine methyl ester L-tartrate hydrate were obtained, the corresponding L-base L-acid being obtained. present in the methanol mother liquor.
The precipitated D-base L-acid was dissolved in water and the solution was passed from top to bottom through a "Zeo-Karb 225" column. The column was washed with water, and the combined eluate and washings were evaporated for the recovery of L (+) tartaric acid. Hydrolysis of the ester base was then carried out by heating the column at 100 ° C. for 2 hours. The column was cooled, eluted with 2N ammonium hydroxide, and the eluate was evaporated to dryness. 2.8 g of alanine were obtained, containing 96% of the D form.
The L form in the methanol mother liquor was recovered in the same manner.
EXAMPLE 4
8.8 g of DL-leucine amide was dissolved in 35 ml of ethanol and the solution was added to a solution of 10.5 g of L-tartaric acid dissolved in a mixture of 55 ml. of ethanol and 2 ml of water. DL-amide L-tartrate (17.1 g) was precipitated immediately. By two recrystallizations of the salt from methanol containing a little water, L-leucine amide L-tartrate, the product containing both water and methanol, crystallized out.
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The separated L-leucine amide L-tartrate was dissolved in water to give about a 10% solution; this was allowed to pass from top to bottom through a "Zeo-Karb 225" column as described in Example 1. The column was washed with water, and the eluate was evaporated to dryness to recover L-tartaric acid. The resin column was heated with water for several hours at 100 ° C. to hydrolyze the base to the acid. After cooling, the resin was washed with dilute aqueous ammonia, and the eluate was evaporated to dryness to obtain.
20 recover L-leucine. The product had a rotation [Ó] 20 of
D -10.8, measured for a 2% aqueous solution and which compares
EMI9.1
with a [t.4-] - - 21b7 of -10.8 given in the msanN Handbook of
D.
Chemistry and Physics, 35th Edition.
The methanol mother liquors were evaporated to dryness to recover D-leucine amide L-tartrate, from which D-leucine can be obtained as described above to obtain L-leucine.
EXAMPLE 5
34.5 g of DL-valine amide were dissolved in 275 ml of ethanol, and the solution was added to a solution of 45 g of L-tartaric acid in a mixture of 275 ml of ethanol and 9 m @ d 'water. 500 ml of ether was added to precipitate the DL-amide L-tartrate. The L-base L-salt was separated by recrystallization with
Aqueous ethanol; its [Ó] D was 31.5, measured for a 2% aqueous solution.
The L-valine amide L-tartaric acid was dissolved in water and treated as described in Example 4 for the separation of L-tartaric acid, hydrolysis of L-amide to L-valine and recovered ...
20 tion of L-valine. The [Ó] was 28, measured for a
D 3.3% solution in 6N HCl; Fischer in Berichte (1906), 39, 20 2320 gives for L-valine a [Ó] D equal to + 28.8 measured for
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a 3.4% solution in 6N HCl.
EXAMPLE 6
25 g of DL-phenylalanine amide were dissolved in 200 ml of ethanol and added to a solution of 23.5 g of L-tartaric acid dissolved in 165 ml of ethanol and 5 ml of water; 600 ml of ether were added to precipitate the DL-amide L-tartrate. Three recris tallizations with aqueous ethanol gave D-phenylalanine
20 amide L-hydrogen tartrate hemihydrate, having a [Ó] of +1.1
D measured for a 2% aqueous solution.
Using the procedure given in Example 4, D-phenylalanine was obtained. His [Ó] 20 was / of 34.2 measured for
D a 1.7% aqueous solution; Fischer and Schoeller in Annalen
20 (1907), 357 page 1, give a [-] - of 35 for a 2% aqueous solution. D
EXAMPLE 7
9.4 g of DL-norleucine amide was dissolved in 101 alcohol, and the solution was added to a solution of 5.5 g of L-tartaric acid in 40.5 ml of water. The solution was cooled to 12 ° C, whereupon L-norleucine amide L-, tartrate / crystallized out. His [Ó] was. D + 23.15, measured for a 2% aqueous solution.
The L-base amide L-acid was recrystallized from aqueous ethanol and treated as described in Example 4 to produce L-norleucine having an [Ó] equal to +.23.2, measured for a
D 25 2% solution in 5N HCl, which compares with a [Ó] D equal to D at + 24.5 given in Journal of Biologicol Chemistry (1953) 204 page 307.,
The mother liquors obtained from the removal of L-norleucine amide L-tartrate were passed from top to bottom through a "Zeo-Karb 225" column. The column was then washed with water to remove the acid. L-tartaric, and the amide on the resin
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was hydrolyzed at 100 C.
The product obtained by washing with aqueous ammonia and evaporation had a [Ó] 20 D of -18.1,, measured for a 2% solution in 5N HCl; this corresponds to a mixture of 88% D-norleucine and 12% of the L form.
EXAMPLE 8 68 g of DL-norvaline amide and 45 g of L-tartaric acid were added to a mixture of 1900 ml of methanol and 380 ml of water at 12 ° C., following which a precipitate of L was obtained. - 20 norvaline amide L-tartrate. Its [Ó] was +26.2, measured for D @ a 2% aqueous solution.
The mother liquors were treated like those of Example 7, to obtain the D-norvaline of a [[alpha]] / of -20.5, measured for a 2% solution in 5N HCl. D-norvaline can be purified by recrystallization with aqueous ethanol.
L-norvaline amide L-tartrate was recrystallized with it. aqueous methanol to give a salt containing both water and methanol of crystallization. It was treated as described in Example 4 to produce L-norvaline with an [[alpha]] / D of 2% +23.9, measured for solution / in 5N HCl; the Journal of Biological Chemistry, referred to in Example 7, gives an [Ó] of +24.9 in the same solvent.
D EXAMPLE 9 A solution of 16.4 g of DL-amino-n-butyramide in 250 ml of ethanol was added to a solution of 25 g of L-tartaric acid in 250 ml of ethanol and 100 ml of water . On cooling to 12 ° C, the L- Ó -amino-n-butyramide L-hydrogen tartrate crystallized out; its [Ó] was D +29.6, measured for a 2% aqueous solution. In a treatment as described in Example 4, L- Ó -amino-n-butyric acid was obtained with an [Ó] of +20.1, measured for one; 2% solution D in 5N HCl; the Journal of Biological Chemistry, of which he
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is question the example gives 20 +20.6 same, is question for example 7 gives a [Ó] of +20.6 to the same
D-. concentration in the same solvent.
EXAMPLE 10
A solution of 15.35 g of methyl ester hydrochloride in 50 ml of methanol. DL-Ó-amino-n-butyric acid / was mixed with 50 ml of a 2N methanolic sodium hydroxide solution, and the precipitation of sodium chloride was terminated by the addition of 300 ml of ether. The mixture was filtered and the. The filtrate was added to 50 ml of methanol in which 15 g of L-tartaric acid were dissolved. A crystalline salt was obtained, melting at 107 - 110 C
20 and having a [Ó] D of +15.350, measured for a 2% aqueous solution.
On recrystallization of this salt with aqueous acetone, the D-Ó-amino-n-butyric acid methyl ester L-hydrogen tartrate hydrate was obtained. It was converted to the D-amino acid as described in Example 4; he had the [Ó] 20 equal to
D -19.95, measured for a 2% solution in 5N HCl.
On double recrystallization with methanolic acetone, the L- [alpha] -amino-n-butyric acid methyl ester L-hydrogen tartrate was obtained. It was converted to L- [alpha] -amino-n-butyric acid as described in Example 4; lucid don-
20 results in an [[alpha]] of + 20.2%, measured for a 2% solution in
D 5N HCl.