Verfahren zur Trennung von Gemischen von D- und L-Monoammoniumglutamat bzw. von DL-Monoammoniumglutamat in die optisch aktiven Komponenten
Glutaminsäure oder Salze dieser Säure sind vor allem wertvoll in der Form der L-Isomeren, die man leicht aus natürlich vorkommenden Quellen in praktisch reiner Form erhalten kann. Es wurde auch die Herstellung von Glutaminsäure auf synthetischem Wege vorgeschlagen; dieses Verfahren war aber wirtschaftlich nicht massgebend; ein Hauptgrund lag darin, dass bei allen solchen synthetischen Methoden ein racemisches Gemisch aus D- und L-Glutaminsäure entsteht. Es gab bisher kein zufriedenstellendes Verfahren, aus diesem das L-Isomere wirtschaftlich abzutrennen.
Es wurde gefunden, dass man optisch aktives Monoammoniumglutamat selektiv aus einer Lösung von D- und L-Monoammoniumglutamat bzw. von DL-Monoammoniumglutamat auskristallisieren kann, wenn man eine wässrige Lösung eines Gemisches von L- und D-Monoammoniumglutamat bzw. des Racemats, welches ein pH zwischen 6 und 9 und eine Temperatur zwischen 15 und 350 C aufweist und an mindestens einer der beiden optisch aktiven Substanzen übersättigt ist, mit einer der beiden optisch aktiven Substanzen in Kristallform, und zwar, falls die Lösung nur in bezug auf eine der beiden Komponenten übersättigt ist, mit dieser impft, und sodann die ausgeschiedenen Kristalle der betreffenden Komponente von der Lösung der anderen abtrennt.
Eine übersättigte Lösung von DL-Monoammoniumglutamat kann in bekannter Weise dadurch erhalten werden, dass man eine kristalline DL-Glutaminsäure in Wasser einrührt und mit einer genügenden Menge an Ammoniak oder Ammoniaklösung vermischt, um einen pH-Wert zwischen 6 und 9 zu erzielen. Die hierbei entstandene Reaktionswärme genügt im allgemeinen, um eine völlige Lösung der Reaktionsteilnehmer zu bewirken. Das pH des reinen Monoammoniumglutamats liegt ungefähr bei 6,5; eine weitere Zugabe von Ammoniak zwecks Ansteigen des pH über diesen Wert bewirkt hauptsächlich eine Abnahme der Löslichkeit des Monoammoniumglutamats und umgekehrt eine Zunahme der Übersättigung der Lösung.
In gewissem Ausmasse ist das Vorhandensein eines Uberschusses an Ammoniak hierfür wünschenswert, da die Lösung mit dem Salz des abzutrennenden Enantiomorphen übersättigt sein muss, damit eine Abscheidung stattfindet: je höher der Übersättigungsgrad ist, verbessert sich der potentielle Grad der Abscheidung. Indessen neigen übermässig konzentrierte Lösungen dazu, zu rasch und nicht selektiv zu kristallisieren, so dass eine Trennung erschwert würde. Aus diesem Grund wird es vorgezogen, die Trennung in einer Lösung durchzuführen, die einen pH-Wert zwischen etwa 7 und etwa 8,5 aufweist.
Der Sättigungsgrad des L-Monoammoniumglutamats ändert sich mit der Temperatur und dem pH wie folgt:
EMI1.1
<tb> <SEP> Konzentration <SEP> bei <SEP> Sättigung
<tb> Temperatur
<tb> <SEP> pH <SEP> 6,5 <SEP> 1 <SEP> pH <SEP> 7,5
<tb> <SEP> 210 <SEP> C <SEP> 48,5 <SEP> Gew.O/o <SEP> 47,8 <SEP> Gew.o/ch <SEP>
<tb> <SEP> 25 <SEP> 51,2 <SEP> 49,5
<tb> <SEP> 30 <SEP> 52,1 <SEP> 52,7
<tb> <SEP> 35 <SEP> 54,4 <SEP> 53,8
<tb>
In der Lösung ist das abzutrennende Enantiomorphen zweckmässig in einer Konzentration von etwa 10 bis etwa 50 O/o im Überschuss zum Sättigungsgrad bei der gewählten Temperatur, vorzugsweise zwischen etwa 15 und etwa 30 /o, vorhanden.
Die Lösung wird vorteilhaft mit praktisch reinem, optisch aktivem Monoammonium-D-glutamatmonohydrat oder Mono ammonium-L-glutamatmonohydrat geimpft; die Menge an Monohydrat-Impfkristallen beträgt vorzugsweise zumindest etwa 5 /o und optimal zwischen etwa 10 und etwa 30 Gew.O/o, berechnet auf das Gewicht des abzutrennenden Isomeren in der Lösung.
Der entstandene Brei wird am besten sanft bewegt, um die Kristallisation zu unterstützen, während die Temperatur durch geeignete Mittel in der gewünschten Höhe aufrechterhalten wird. Das Auskristallisieren wird in dem Temperaturbereich zwischen 15 und 35 C durchgeführt; vorzugsweise wird in einem Bereich von etwa 20 bis etwa 300 C gearbeitet, da in diesem ein hoher Trennungsgrad ohne Komplikationen erzielt wird. Die Abscheidung der optisch aktiven Komponente erreicht in weniger als 60 Minuten ein Maximum; dies kann leicht durch eine Prüfung der Mutterlauge mit dem Polarisationsapparat festgestellt werden. Ist dieses Maximum erreicht, dann wird der Brei rechtzeitig filtriert und die auskristallisierten Festteilchen gewaschen und getrocknet.
Das Auswaschen kann mit einer gesättigten wässrigen Lösung des gewünschten Monoammoniumen antiomor- phen oder mit Methylalkohol, Äthyl alkohol oder mit einem flüchtigen, mit Wasser mischbaren, sauerstoffhaltigen organischen Lösungsmittel erfolgen. Die auskristallisierte Komponente besteht im wesentlichen aus der optisch aktiven Form des Monoammoniumglutamats, die derjenigen der verwendeten Monohydrat-Impfkristalle entspricht.
Der Anteil der Impfkristalle kann in weiten Grenzen schwanken. Die Trennung kann mit einer geringen Menge an Impfkristallen erreicht werden, besonders dann, wenn diese Kristalle von geringer Grösse sind, z. B. eine Teilchengrösse entsprechend einer Sieb öffnung von etwa 1,049 mm bis etwa 0,074 mm (das heisst lichter Maschenweite) aufweisen. Die Abscheidung kann bis zu einem gewissen Grade mit nur wenigen Einzelkristallen vollständig erreicht werden, vorausgesetzt, dass man eine genügend lange Kristallisationszeit einräumt. Es ist notwendig, dass die Ausgangslösung zumindest in dem gewünschten Enantiomorphen übersättigt ist: ist sie mit beiden Enantiomorphen übersättigt, dann treten eventuell in dem Produkt Kristalle des Antipoden in Erscheinung, insbesondere wenn die Kristallis ationszeit unangemessen verlängert wurde.
Die Kristallisationszeit ist begrenzt, wenn man eine Auskristallisation des nicht gewünschten Antipoden aus der Lösung vermeiden will. Dementsprechend muss eine genügende Menge an Impfkristallen benutzt werden, um in einer geringeren Zeit die erwünschte Kristallisation zu bewirken. Für diesen Zweck werden mindestens etwa 5 Gew.O/o an Monohydrat-Impfkristallen eingeführt, bezogen auf den Anteil des gewünschten Isomeren in dem Ausgangsgemisch.
Die Geschwindigkeit der Kristallisation wird von der Grösse der Impfkristalle beträchtlich beeinflusst.
Im allgemeinen nimmt der Wirkungsgrad dieser Impfkristalle pro Gewichtseinheit mit der Abnahme der Kristallgrösse erheblich zu. Daraus kann man ohne weiteres den Schluss ziehen, dass der Einfluss der Teilchengrösse wie auch der Menge der Impfkristalle in jedem Falle in direkter Beziehung zu ihrer Gesamtoberfläche steht. So werden beispielsweise mit fein gemahlenen Impfkristallen mit einer unter einer lichten Maschenweite von 0,074 mm (200 mesh) liegenden Teilchengrösse eine höhere Geschwindigkeit der Abscheidung und auch eine etwas höhere Ausbeute erzielt, als dies bei gleichem Gewicht der ursprünglichen Kristalle der Fall ist, von denen etwa 70 /o eine Teilchengrösse besitzen, die einer lichten Maschenweite von 0,25 bis 0,42 mm (40-60 mesh) entsprechen.
Die Auskristallisation des optisch aktiven Salzes beginnt gewöhnlich innerhalb einer Minute nach dem Impfen, und die Trennung erreicht allgemein ein Maximum in etwa 10 bis etwa 60 Minuten nach dem Beginn der Kristallisationsperiode, wobei sie direkt als Funktion der Kristallisationstemperatur sowie umgekehrt proportional der Salzkonzentration und umgekehrt proportional der Impfkonzentration variiert. Ist das Maximum der Abscheidung erreicht, dann beginnt die Kristallisation des nichtgewünschten Enantiomorphen, sofern die Lösung auch bezüglich des Antipoden übersättigt ist. Daher sollte in solchen Fällen die Kristallisation innerhalb etwa einer bis etwa 60 Minuten abgeschlossen sein, berechnet von dem Zeitpunkt der Zugabe der Impfkristalle, vorzugsweise innerhalb etwa 10 bis etwa 40 Minuten.
Beträchtlich längere Zeiten können ohne Gefahr dann angewendet werden, wenn die Lösung nur mit dem abzutrennenden Enantiomorphen übersättigt ist.
Als Lösungsmittel wird vorzugsweise Wasser benutzt, man kann in gewissen Fällen eine wässrige Lösung von bis zu 50 Vol.B/o eines flüchtigen, mit Wasser mischbaren sauerstoffhaltigen organischen Lösungsmittels, wie z. B. Methylalkohol, Äthylalkohol, Isopropylalkohol, Aceton oder dergleichen, verwenden. Das organische Lösungsmittel dient dazu, die Löslichkeit des Ammoniumglutamats herabzusetzen, wobei etwas höhere Ausbeuten bei geringeren Salzkonzentrationen erzielt werden; dies aber nur auf Kosten geringerer Reinheit des Produktes. Das nach der Erfindung erhaltene optisch aktive Monoammoniumglutamat kann, wenn gewünscht, in das entsprechende Mononatrium- oder Monokaliumglutamat oder dergleichen konvertiert werden, indem man es in wässriger Lösung mit einer hierfür geeigneten Base vermischt und das Ammoniak abdestilliert. So kann man z.
B. das Monoammonium-L-glutamat durch Reaktion mit Natriumhydroxyd in wässriger Lösung und durch Abdestillieren des Ammoniaks direkt in das Mononatrium-L-Glutamat überführen. Das Mononatriumglutamat kann aus der entstandenen Lösung in bekannter Weise auskristallisiert werden.
Die Überführung zu Mononatriumglutamat bietet eine speziell bequeme Methode für die weitere Reinigung des nach der Erfindung erhaltenen optisch aktiven Monoammoniumglutamates. Es kann dieses Erzeugnis eine gewisse Menge an unerwünschtem Antipoden enthalten. In einem solchen Falle kann das Produkt mit Natriumhydroxyd in wässriger Lösung in Reaktion gebracht, zwecks Austreibung von Ammoniak destilliert und bis zur Sättigungsgrenze des Mononatriumglutamatenantiomorphen, das im Über- schuss vorhanden ist, konzentriert werden. Bei diesem Punkt kristallisiert der Antipode quantitativ in Form des Mononatrium-DL-glutamats aus und hinterlässt eine reine Lösung des gewünschten Enantiomorphens.
Ein praktisch gleiches Resultat wird erzielt, wenn man optisch aktives Ammoniumglutamat, das mit dem nicht gewünschten Antipoden verunreinigt ist, mit einer wässrigen Natriumhydroxydlösung zu Brei verrührt, wobei das Verhältnis des genannten Glutamats zur Lösung ein solches sein soll, dass sich eine praktisch gesättigte Lösung des Mononatriumsalzes des Isomeren ergibt, und dass man das Ammoniak entfernt, wobei der Antipode quantitativ in das Mononatrium-DL-glutamat in fester Form übergeführt wird und eine reine Lösung des gewünschten Enantiomorphens hinterlässt.
Nach der erfindungsgemässen Abscheidung einer der optisch aktiven Komponenten kann die zurückbleibende Lösung konzentriert werden, bis sie in dem anderen Enantiomorphen übersättigt wird. Danach kann das Verfahren der Erfindung wiederholt werden, um auch den Antipoden durch Impfen der Lösung mit Kristallen daraus zu gewinnen. So kann man kontinuierlich arbeiten, indem man alternativ mit dem einen und mit dem anderen Enantiomorphen impft.
Die als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemässe Verfahren in Betracht kommende DL-Glutaminsäure kann z. B. nach dem in der USA-Patentschrift Nr. 2606921 wiedergegebenen Verfahren hergestellt werden.
Die erfindungsgemäss hergestellten optisch aktiven Monoammoniumglutamate finden Verwendung zur Herstellung von D- bzw. L-Glutaminsäure bzw. deren Alkalimetallsalzen und dergleichen.
Beispiel 1
DL-Glutaminsäuremonohydrat (57,9) wird mit Wasser (19 ml) vermischt. Dazu werden 26 ml einer wässrigen, 281) leigen Ammoniumhydroxydlösung gegeben, um einen pH-Wert von 8,0 zu erzielen. Die hierbei entstehende Reaktionswärme genügt, um eine völlige Lösung herbeizuführen. Die Lösung wird auf 25asc abgekühlt und mit 6,4 g reiner Monoammonium-L-glutamatmonohydrat-Kristalle geimpft. Der entstandene Brei wird etwa 50 Minuten durchgerührt; während dieser Zeit erreicht die Kristallisation des Monoammonium-L-glutamats ein Maximum. Dann werden die Kristalle abgefiltert, vorsichtig mit Methylalkohol ausgewaschen und getrocknet.
Eine mit dem Polarisationsapparat durchgeführte Analyse ergab, dass diese getrockneten Kristalle zu 98-99 0/6 reines Mono ammonium-L-glutamatmonohydrat waren. Das Gewicht des Produktes im Überschuss der Impfkristalle ist 6,7 g, was 21e/o Monoammonium-Lglutamatmonohydrat in der ursprünglichen Lösung darstellt.
Anschliessend wurde ein Versuch vorgenommen, um den Einfluss verschiedener Kristallisationszeiten bei einer Lösungstemperatur von 200 C festzustellen, wobei von einer Lösung ausgegangen wurde, die 61 Gew.1/o an Monoammonium-DL-glutamatmonohydrat enthielt. Der pH-Wert der Lösung betrug annähernd 8, die Konzentration an Impfmaterial etwa 20 O/o, bezogen auf den Anteil der L-Komponente in der Lösung. In bestimmten Zwischenräumen wurden Proben abgezogen und analysiert.
Bei der Abscheidung der L-Komponente wurden folgende Ausbeuten erzielt:
Kristallisationszeit Ausbeute
5 Minuten 3,71/6
15 7,41/o
30 22,0 ovo
Eine weitere Prüfung wurde wie oben durchgeführt mit der Ausnahme, dass während des Kristallisationsvorganges die Temperatur der Lösung 25"C betrug.
Die erzielten Ausbeuten bei unterschiedlicher Kristallis ationszeit waren folgende:
Kristallisationszeit Ausbeute
10 Minuten 5,00/6
20 7,4 ovo
30 8,3 /o
50 9,4 ovo
70 10,9 ovo
Es wurde eine weitere Prüfung wie oben ausgeführt, mit der Ausnahme, dass die ursprüngliche Lösung 64 Gew.O/M Monoammonium-DL-glutamatmonohydrat enthielt und die Kristallisation bei einer Temperatur der Lösung von 25o C stattfand.
Es ergaben sich folgende Werte:
Kristallisationszeit Ausbeute
15 Minuten 15,00/6
30 16,80/6
45 18,7 ovo
60 21,0 O/o
Eine weitere Prüfungsreihe wurde durchgeführt, wobei Lösungen angewendet wurden, die 61 Gew.O/o Monoammonium-DL-glutamat als Monohydrat berechnet enthielten. Indessen wurde das pH der Lösung über einen Bereich von 6,7 bis 9,45 variiert, um den Einfluss des pH zu erforschen.
Bei pH 6,7 wurde in 30 Minuten eine Ausbeute von 11 /o erreicht.
Bei pH 8,0 wurde in 30 Minuten eine Ausbeute von 191/6 erreicht.
Bei einem pH von 9,45 erfolgte die Kristallisation der L-Komponente sehr rasch, und eine Ausbeute von 26 ovo wurde in nur 15 Minuten erzielt. In diesem Falle war jedoch das Produkt allerdings sehr mit racemischem Salz verunreinigt. So wurde der optimale Grad der Trennung (gute Ausbeute ohne Verunreinigung) bei diesem pH-Niveau schon überschritten.
Eine andere Prüfungsreihe wurde durchgeführt, um die günstigste Kristallisationszeit bei 250 C zu bestimmen, um eine maximale Trennung ohne wesentliche Verunreinigung bei verschiedenen Konzentrationen des DL-Salzes in der Ausgangslösung zu erzielen. Es ergab sich folgendes:
Anfangskonzentration des DL-Salzes Kristallisationszeit Ausbeute
Gew. % Minuten
61 70 9,0
64 50 21
66 15-20 24
In der folgenden Aufstellung werden die Ergebnisse über die Änderung der ursprünglichen Konzentration des Monoammonium-DL-glutamatmonohydrats und der Temperatur in Beziehung gebracht.
EMI4.1
<tb>
Ursprüngliche <SEP> Ausbeute <SEP> bei
<tb> Konzentration
<tb> des <SEP> DL-Salzes <SEP> 200 <SEP> C <SEP> | <SEP> 250 <SEP> C <SEP> | <SEP> 300 <SEP> C
<tb> <SEP> 55 <SEP> ovo <SEP> 1,3 <SEP> ovo <SEP> 0, <SEP> - <SEP>
<tb> <SEP> 61 <SEP> 17 <SEP> 9,0 <SEP> - <SEP>
<tb> <SEP> 64 <SEP> - <SEP> <SEP> 21,0 <SEP> 21,0 <SEP> O/o <SEP>
<tb> <SEP> 66 <SEP> 25,6 <SEP> 24,0 <SEP> 23,4
<tb> <SEP> 68 <SEP> - <SEP> <SEP> - <SEP> <SEP> 22,0
<tb>
Beispiel 2
DL-Glutaminsäuremonohydrat (140 g) wurde mit 55 ml Wasser zu einem Brei verrührt.
Dazu wurden 62,5 ml einer 280/(ringen wässrigen Ammoniumhydroxydlösung bis Einstellung eines pH-Wertes von 8 gegeben. Die entstandene Mischung wurde zwecks Beschleunigung des Lösens bis auf 600 C erhitzt. Dann wurde die Lösung auf 200 C abgekühlt, mit 15,2 g reinen Monoammonium-L-glutamatmono- hydrat-Kristallen geimpft, bei 200 C 28 Minuten lang langsam durchgerührt und gefiltert. Die Kristalle wurden abgepresst, mit 5 ml eines wasserhaltigen 80 /Oigen Athylalkohols ausgewaschen, auf einem Filter durch einstündiges Absaugen getrocknet und schliesslich in einem Ofen 10 Minuten lang bei etwa 65"C getrocknet.
Die getrockneten Kristalle wogen 30,4 g und enthielten 93,5 0/6 Monoammonium-Lglutamatmonohydrat. Dies entspricht einer Ausbeute von 170/6, bezogen auf den Gewichtsanteil des L-Isomeren in der ursprünglichen Lösung.
Beispiel 3
Es wurde eine Lösung von racemischem Ammoniumglutamat wie folgt hergestellt: 60 g DL-Glutaminsäuremonohydrat wurden in 14,4 g Wasser verrührt und mit 28,6 ml einer 28 6/o igen Ammoniumhydroxydlösung auf einen pH-Wert 6,4 eingestellt.
Hierbei ergaben sich 100 g einer Lösung, die 66 g Monoammonium-DL-glutamat, als das Monohydrat errechnet, enthielt. Zu dieser Lösung wurden bei 200 C unter Durchrührung 11,0 g kristallines Monoammonium-L-glutamatmonohydrat gegeben. Nach bestimmten Zeitabschnitten wurden Bruchteile des Lösungsgemisches und der Impfkristalle abgezogen, die Kristalle aus der Lösung abgetrennt und die optische Drehung der Lösung bestimmt. Nachdem das Durchrühren nach 5 Minuten fortgesetzt wurde, konnte man feststellen, dass 18,8 /o des am Anfang in der Lösung befindlichen Monoammonium-L-glutamats auf den Impfkristallen auskristallisiert waren. Nach
15 Minuten waren 25 O/o des ursprünglichen Monoammonium-L-glutamats auskristallisiert.
Process for the separation of mixtures of D- and L-monoammonium glutamate or of DL-monoammonium glutamate into the optically active components
Glutamic acid or salts of this acid are particularly valuable in the form of the L-isomers, which can easily be obtained in practically pure form from naturally occurring sources. The synthesis of glutamic acid has also been proposed; However, this procedure was not economically decisive; One of the main reasons was that all such synthetic methods produce a racemic mixture of D- and L-glutamic acid. There has hitherto been no satisfactory process for separating the L-isomer from it economically.
It has been found that optically active monoammonium glutamate can be selectively crystallized from a solution of D- and L-monoammonium glutamate or of DL-monoammonium glutamate, if an aqueous solution of a mixture of L- and D-monoammonium glutamate or of the racemate, which is a pH between 6 and 9 and a temperature between 15 and 350 C and at least one of the two optically active substances is supersaturated with one of the two optically active substances in crystal form, if the solution is only with respect to one of the two components is oversaturated, inoculated with this, and then separates the precipitated crystals of the component in question from the solution of the other.
A supersaturated solution of DL-monoammonium glutamate can be obtained in a known manner by stirring a crystalline DL-glutamic acid into water and mixing it with a sufficient amount of ammonia or ammonia solution to achieve a pH between 6 and 9. The resulting heat of reaction is generally sufficient to bring about complete dissolution of the reactants. The pH of the pure monoammonium glutamate is approximately 6.5; a further addition of ammonia to raise the pH above this value mainly causes a decrease in the solubility of the monoammonium glutamate and, conversely, an increase in the supersaturation of the solution.
To a certain extent, the presence of an excess of ammonia is desirable for this, since the solution must be supersaturated with the salt of the enantiomorph to be separated off so that separation takes place: the higher the degree of supersaturation, the better the potential degree of separation. Overly concentrated solutions, however, tend to crystallize too quickly and not selectively, so that separation would be difficult. For this reason it is preferred to perform the separation in a solution that has a pH between about 7 and about 8.5.
The degree of saturation of L-monoammonium glutamate changes with temperature and pH as follows:
EMI1.1
<tb> <SEP> Concentration <SEP> at <SEP> saturation
<tb> temperature
<tb> <SEP> pH <SEP> 6.5 <SEP> 1 <SEP> pH <SEP> 7.5
<tb> <SEP> 210 <SEP> C <SEP> 48.5 <SEP> wt. O / o <SEP> 47.8 <SEP> wt. o / ch <SEP>
<tb> <SEP> 25 <SEP> 51.2 <SEP> 49.5
<tb> <SEP> 30 <SEP> 52.1 <SEP> 52.7
<tb> <SEP> 35 <SEP> 54.4 <SEP> 53.8
<tb>
The enantiomorph to be separated is expediently present in the solution in a concentration of about 10 to about 50% in excess of the degree of saturation at the selected temperature, preferably between about 15 and about 30 / o.
The solution is advantageously inoculated with practically pure, optically active monoammonium D-glutamate monohydrate or monoammonium L-glutamate monohydrate; the amount of monohydrate seed crystals is preferably at least about 5 / o and optimally between about 10 and about 30% by weight, calculated on the weight of the isomer to be separated in the solution.
The resulting slurry is best agitated gently to aid crystallization while the temperature is maintained at the desired level by suitable means. The crystallization is carried out in the temperature range between 15 and 35 C; it is preferred to work in a range from about 20 to about 300 ° C., since in this a high degree of separation is achieved without complications. The deposition of the optically active component reaches a maximum in less than 60 minutes; this can easily be determined by checking the mother liquor with the polarization apparatus. Once this maximum is reached, the pulp is filtered in good time and the solid particles that have crystallized out are washed and dried.
The washing can be done with a saturated aqueous solution of the desired monoammonium antiomorph or with methyl alcohol, ethyl alcohol or with a volatile, water-miscible, oxygen-containing organic solvent. The crystallized component consists essentially of the optically active form of monoammonium glutamate, which corresponds to that of the monohydrate seed crystals used.
The proportion of seed crystals can vary within wide limits. The separation can be achieved with a small amount of seed crystals, especially when these crystals are of small size, e.g. B. have a particle size corresponding to a sieve opening of about 1.049 mm to about 0.074 mm (that is, clear mesh size). To a certain extent, the deposition can be completely achieved with only a few individual crystals, provided that a sufficiently long crystallization time is allowed. It is necessary that the starting solution is at least supersaturated in the desired enantiomorph: if it is supersaturated with both enantiomorphs, then crystals of the antipode may appear in the product, especially if the crystallization time has been inappropriately extended.
The crystallization time is limited if you want to avoid crystallization of the undesired antipode from the solution. Accordingly, a sufficient amount of seed crystals must be used to cause the desired crystallization in a shorter time. For this purpose, at least about 5% by weight of monohydrate seed crystals are introduced, based on the proportion of the desired isomer in the starting mixture.
The rate of crystallization is significantly influenced by the size of the seed crystals.
In general, the efficiency of these seed crystals per unit weight increases significantly as the crystal size decreases. From this one can easily draw the conclusion that the influence of the particle size as well as the amount of seed crystals is in any case directly related to their total surface area. For example, with finely ground seed crystals with a particle size below a clear mesh size of 0.074 mm (200 mesh), a higher rate of deposition and a slightly higher yield are achieved than is the case with the same weight of the original crystals, of which about 70 / o have a particle size which corresponds to a mesh size of 0.25 to 0.42 mm (40-60 mesh).
The optically active salt usually begins to crystallize out within a minute after seeding, and the separation generally reaches a maximum in about 10 to about 60 minutes after the start of the crystallization period, being directly as a function of crystallization temperature and inversely proportional to salt concentration and inversely proportional the vaccination concentration varies. If the maximum separation is reached, then the crystallization of the undesired enantiomorph begins, provided that the solution is also supersaturated with respect to the antipode. Therefore, in such cases, crystallization should be completed within about one to about 60 minutes, calculated from the time of addition of the seed crystals, preferably within about 10 to about 40 minutes.
Considerably longer times can then be used without danger if the solution is only supersaturated with the enantiomorph to be separated off.
Water is preferably used as the solvent; in certain cases, an aqueous solution of up to 50 Vol.B / o of a volatile, water-miscible oxygen-containing organic solvent, such as. B. methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, acetone or the like, use. The organic solvent serves to reduce the solubility of the ammonium glutamate, with somewhat higher yields being achieved with lower salt concentrations; but only at the expense of lower purity of the product. The optically active monoammonium glutamate obtained according to the invention can, if desired, be converted into the corresponding monosodium or monopotassium glutamate or the like by mixing it in aqueous solution with a base suitable for this purpose and distilling off the ammonia. So you can z.
B. convert the monoammonium L-glutamate by reacting with sodium hydroxide in aqueous solution and by distilling off the ammonia directly into the monosodium L-glutamate. The monosodium glutamate can be crystallized out of the resulting solution in a known manner.
The conversion to monosodium glutamate offers a particularly convenient method for the further purification of the optically active monoammonium glutamate obtained according to the invention. This product may contain a certain amount of undesirable antipodes. In such a case, the product can be reacted with sodium hydroxide in aqueous solution, distilled to drive off ammonia and concentrated to the saturation limit of the monosodium glutamate enantiomorph, which is present in excess. At this point the antipode crystallizes out quantitatively in the form of monosodium DL-glutamate and leaves a pure solution of the desired enantiomorph.
A practically the same result is achieved if optically active ammonium glutamate, which is contaminated with the undesired antipode, is mixed with an aqueous sodium hydroxide solution to form a pulp, the ratio of said glutamate to the solution being such that a practically saturated solution of the Monosodium salt of the isomer results, and that the ammonia is removed, the antipode being converted quantitatively into the monosodium DL-glutamate in solid form, leaving a pure solution of the desired enantiomorph.
After the deposition according to the invention of one of the optically active components, the remaining solution can be concentrated until it is supersaturated in the other enantiomorph. Thereafter, the method of the invention can be repeated to also obtain the antipode by seeding the solution with crystals therefrom. So you can work continuously by alternatively inoculating with one and the other enantiomorph.
The DL-glutamic acid which can be used as the starting material for the process according to the invention can, for. B. be prepared according to the method reproduced in U.S. Patent No. 2606921.
The optically active monoammonium glutamates produced according to the invention are used for producing D- or L-glutamic acid or their alkali metal salts and the like.
example 1
DL-glutamic acid monohydrate (57.9) is mixed with water (19 ml). 26 ml of an aqueous ammonium hydroxide solution are added to achieve a pH of 8.0. The resulting heat of reaction is sufficient to bring about a complete solution. The solution is cooled to 25asc and inoculated with 6.4 g of pure monoammonium L-glutamate monohydrate crystals. The resulting paste is stirred for about 50 minutes; during this time the crystallization of the monoammonium L-glutamate reaches a maximum. Then the crystals are filtered off, carefully washed out with methyl alcohol and dried.
An analysis carried out with the polarization apparatus showed that these dried crystals were 98-99% of pure monoammonium-L-glutamate monohydrate. The weight of the product in excess of the seed crystals is 6.7 g, which is 21e / o monoammonium L-glutamate monohydrate in the original solution.
An experiment was then carried out to determine the influence of different crystallization times at a solution temperature of 200 ° C., starting from a solution which contained 61% by weight of monoammonium DL-glutamate monohydrate. The pH of the solution was approximately 8, the concentration of inoculum about 20%, based on the proportion of the L-component in the solution. Samples were drawn off and analyzed at certain intervals.
The following yields were achieved when separating the L component:
Crystallization time yield
5 minutes 3.71 / 6
15 7.41 / o
30 22.0 ovo
A further test was carried out as above with the exception that the temperature of the solution was 25 ° C. during the crystallization process.
The yields achieved with different crystallization times were as follows:
Crystallization time yield
10 minutes 5.00 / 6
20 7.4 ovo
30 8.3 / o
50 9.4 ovo
70 10.9 ovo
A further test was carried out as above, with the exception that the original solution contained 64% by weight / M monoammonium DL-glutamate monohydrate and that the crystallization took place at a temperature of the solution of 25 ° C.
The following values resulted:
Crystallization time yield
15 minutes 15.00 / 6
30 16.80 / 6
45 18.7 ovo
60 21.0 O / o
A further series of tests was carried out using solutions which contained 61% by weight monoammonium DL-glutamate calculated as monohydrate. Meanwhile, the pH of the solution was varied over a range from 6.7 to 9.45 to investigate the influence of the pH.
At pH 6.7, a yield of 11 / o was achieved in 30 minutes.
At pH 8.0, a yield of 191/6 was achieved in 30 minutes.
At a pH of 9.45, the crystallization of the L-component occurred very quickly and a yield of 26 ovo was achieved in only 15 minutes. In this case, however, the product was very contaminated with the racemic salt. The optimum degree of separation (good yield without contamination) has already been exceeded at this pH level.
Another series of tests was carried out to determine the most favorable crystallization time at 250 ° C. in order to achieve maximum separation without substantial contamination at various concentrations of the DL salt in the starting solution. The following resulted:
Initial concentration of the DL salt, crystallization time, yield
Wt% minutes
61 70 9.0
64 50 21
66 15-20 24
In the following table, the results on the change in the original concentration of monoammonium-DL-glutamate monohydrate and the temperature are related.
EMI4.1
<tb>
Original <SEP> yield <SEP> at
<tb> concentration
<tb> of the <SEP> DL salt <SEP> 200 <SEP> C <SEP> | <SEP> 250 <SEP> C <SEP> | <SEP> 300 <SEP> C
<tb> <SEP> 55 <SEP> ovo <SEP> 1,3 <SEP> ovo <SEP> 0, <SEP> - <SEP>
<tb> <SEP> 61 <SEP> 17 <SEP> 9,0 <SEP> - <SEP>
<tb> <SEP> 64 <SEP> - <SEP> <SEP> 21.0 <SEP> 21.0 <SEP> O / o <SEP>
<tb> <SEP> 66 <SEP> 25.6 <SEP> 24.0 <SEP> 23.4
<tb> <SEP> 68 <SEP> - <SEP> <SEP> - <SEP> <SEP> 22.0
<tb>
Example 2
DL-glutamic acid monohydrate (140 g) was stirred into a paste with 55 ml of water.
62.5 ml of a 280% aqueous ammonium hydroxide solution were added until the pH was adjusted to 8. The resulting mixture was heated to 600 ° C. in order to accelerate the dissolution. The solution was then cooled to 200 ° C., at 15.2 ° C. g of pure monoammonium L-glutamate monohydrate crystals were inoculated, stirred slowly for 28 minutes at 200 ° C. and filtered The crystals were pressed out, washed with 5 ml of a water-containing 80% ethyl alcohol, dried on a filter by suction for one hour and finally in dried in an oven at about 65 "C for 10 minutes.
The dried crystals weighed 30.4 g and contained 93.5% of monoammonium L-glutamate monohydrate. This corresponds to a yield of 170/6, based on the weight fraction of the L-isomer in the original solution.
Example 3
A solution of racemic ammonium glutamate was prepared as follows: 60 g of DL-glutamic acid monohydrate were stirred in 14.4 g of water and adjusted to a pH value of 6.4 with 28.6 ml of a 28% ammonium hydroxide solution.
This resulted in 100 g of a solution which contained 66 g of monoammonium DL-glutamate, calculated as the monohydrate. 11.0 g of crystalline monoammonium L-glutamate monohydrate were added to this solution at 200 ° C. with stirring. After certain periods of time, fractions of the solution mixture and the seed crystals were drawn off, the crystals were separated from the solution and the optical rotation of the solution was determined. After stirring was continued after 5 minutes, it was found that 18.8 / o of the monoammonium L-glutamate initially in the solution had crystallized out on the seed crystals. To
For 15 minutes, 25% of the original monoammonium L-glutamate had crystallized out.