Verfahren zur Reinigung von 1 (+)-Lysin
Bei der Synthese von Lysin wird ein Racemat erhalten, das heisst ein Produkt, das zu gleichen Teilen aus den biologisch aktiven I (+)-Isomeren und den biologisch inaktiven d (-)-Isomeren besteht.
Die beiden stereoisomeren Formen können durch fraktionierte Kristallisation ihrer Glutamate getrennt werden. Aus den Glutamaten erhält man, z. B. durch Behandlung mit Ionenaustauschern, die freien Aminosäuren, das heisst 1 (+)- und d (-)-Lysin. Die 1 (+)- Form wird in wässriger Lösung mit der äquimolaren Menge Salzsäure versetzt. Aus der Lösung kann dann durch Eindampfen 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid gewonnen werden, welches, genügend Reinheit vorausgesetzt, als solches in den Handel gelangt.
Erfahrungsgemäss besitzt nun das erhaltene 1 (+) Lysin-monohydrochlorid nicht immer die für den Verkauf notwendige Reinheit von über 99 /o, das heisst, es enthält wechselnde Mengen von d, l-Lysin- monohydrochlorid. Da dieser Nachteil hauptsächlich auf die ungenügende Reinheit des als Zwischenstufe erhaltenen 1 (+)-Lysinglutamates zuruckzuführen ist, wurde vorgeschlagen, dieses Glutamat umzukristallisieren. Dieses Verfahren erfordert aber einen erheblichen Aufwand an Zeit und Lösungsmitteln und ist somit mit einem wirtschaftlichen Nachteil verbunden.
Nach einem andern Vorschlag soll das bei der Kri stallisation von unreinem 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid-dihydrat und dl-Lysin-monohydrochlorid bestehende Kristallgemisch mechanisch getrennt werden können, z. B. durch Sieben, weil 1 (+)-Lysinmonohydrochlorid als Dihydrat grosse Kristalle bildet, dl-Lysin-monohydrochlorid hingegen ohne Kristallwasser sehr feinkörnig ausfällt. Dieses Verfahren ist mit verschiedenen technischen Nachteilen verbunden. So bildet 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid-dihydrat natürlich auch kleine Kristalle, die bei der Trennungsoperation nicht zurückgehalten werden. Ausserdem können die grossen Kristalle bei mechanischer Behandlung brechen, und schliesslich gibt das Dihydrat an der Luft sein Kristallwasser langsam ab, wobei die Kristalle verwittern.
Diese Nachteile werden durch das Reinigungsbzw. Kristallisationsverfahren gemäss der vorliegenden Erfindung behoben. Es wurde nämlich gefunden, dass l (+)-Lysin-monohydrochlorid mit einer optischen Reinheit von über 99 /o gewonnen werden kann, wenn eine nicht gesättigte, wässrige Lösung von 1 (+)- und dl-Lysin-monohydrochlorid, deren Gehalt an 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid einer optischen Reinheit von 80-99 entspricht, auf die Sättigungs- konzentration von 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid für eine unter der Eindampftemperatur liegende Sättigungstemperatur eingedampft,
die Lösung anschliessend auf die Sättigungstemperatur abgekühlt und während des Abkühlens mit dl-Lysin-monohydrochlorid geimpft wird, wonach das bei der Sätti- yngstemperatur ausgeschiedene, wenig 1 (+)-Lysinmonohydrochlorid enthaltende dl-Lysin-monohydrochlorid von der Mutterlauge abfiltriert und aus dieser auf bekannte Art und Weise 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid erhalten werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf der iiberraschenden Entdeckung, dass dl-Lysin-monohydrochlorid, das für sich allein in Wasser leicht löslich ist, in einer gesättigten wässrigen Lösung von 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid praktisch ungelöst bleibt. Löslichkeitsversuche ergaben, dass das 3-Stoff System 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid, dl-Lysinmonohydrochlorid und Wasser bei 20 0, 05 C eine Lösung mit 38, 1 Gew."/o l (+)-Lysin-mono- hydrochlorid der optischen Reinheit 99, 20/o bildet.
Daraus ergibt sich eine Möglichkeit zur Herstellung von sehr reinem, in diesem besonderen Fall 99, 2 bzw. 100 /oigem l (+)-Lysin-monohydrochlorid
Es ist hingegen zweckmässiger, die Mutterlauge auf etwa die Hälfte ihres Vdlumens einzuengen, wobei 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid in grossen, glasklaren Kristallen, die eine optische Reinheit von 100 /o besitzen, auskristallisiert. Das in der L¯sung noch vorhandene dl-Lysin-monohydrochlorid fällt dabei infolge I ? bersättigung nicht aus.
Ferner hat es sich, vor allem wenn der Gehalt der L¯sung an 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid einer optischen Reinheit von mehr als 950/o entspricht, als zweckmässig erwiesen, beim Animpfen der Lösung von der bisher üblichen Praxis, einfach eine beliebige geringe Menge Impfkristalle zuzugeben, ab- zuweichen und mit grösseren Mengen Impfkristallen zu impfen, das heisst mit 1-10 Gew.% (bezogen auf gelöste Lysin-monohydrochloride).
Beispiel 1
402 g 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid mit einer optischen Reinheit von 92, 4% werden in Wasser gelöst, die L¯sung mit Aktivkohle entfärbt und filtriert. Die L¯sung wird am Vakuum bei einer Temperatur von 40-500 C auf ein Gewicht von 912 g, das heisst auf einen Lysin-monohydrochloridgehalt von insgesamt 44, 1 Gew.% eingeengt. Das vorhandene Wasser entspricht dann der Menge, die nötig ist, um mit dem vorhandenen 1 (+)-Lysin- monohydrochlorid eine bei 20 C gesättigte Lösung von 40, 04 Gew."/o zu bilden. Man lässt unter Rühren langsam erkalten, impft bei 30 C mit etwa 0, 5 g dl-Lysin-monohydrochlorid an und filtriert, sobald die L¯sung eine Temperatur von 20 C erreicht hat.
Das ausgefallene Lysin-monohydrochlorid hat eine optische Reinheit von 56, 0 /o.
Die Mutterlauge wird unter Temperaturerhöhung ungefähr auf das halbe Volumen eingeengt, wonach beim Erkalten 1 (+)-Lysin-monohydrochloriddihydrat auskristallisiert. Das Gewicht nach dem Trocknen beträgt 203 g, die optische Reinheit 100%.
Beispiel 2
Die Mutterlauge einer nach Beispiel 1 durchgeführten Kristallisation, enthaltend 122 g 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid, wird mit 300 g 1 (+)-Lysinmonohydrochlorid der optischen Reinheit 89, 8% versetzt und mit Wasser verdünnt. Man engt die mit Aktivkohle gereinigte L¯sung auf 963 g, das heisst auf einen Lysin-monohydrochloridgehalt von insgesamt 43, 8%, ein. Die unter Rühren langsam erkaltende L¯sung wird bei 30 C mit dl-Lysin-monohydrochlorid angeimpft und filtriert, nachdem sie eine Temperatur von 20 C erreicht hat. Das ausgefallene Lysin-monohydrochlorid hat eine optische Reinheit von 55, 2 /o.
Die Mutterlauge wird auf etwa die Hälfte eingeengt und 1 (+)-Lysin-monohydrochlorid-dihydrat auskristallisiert und getrocknet. Es werden 251 g wasserfreies Produkt mit einer optischen Reinheit von 1000/o erhalten.
Beispiel 3
300 g Lysin-monohydrochlorid mit einem 1 (+) Lysin-monohydrochloridgehalt von 95 Gew.% werden in Wasser gelöst und auf ein Gewicht von 705 g, das heisst auf einen Lysin-monohydrochloridgehalt von 42, 5 Gew. /o, eingedampft. Man lϯt die L¯sung unter Rühren erkalten, impft bei 30 C mit 12 g dl-Lysin-monohydrochlorid an und kühlt unter ständigem Rühren langsam bis auf 20 C ab. Das auskristallisierte Lysin-monohydrochlorid wird abfiltriert, die L¯sung auf ungefähr das halbe Volumen eingeengt und I (+)-Lysin-monohydrochlorid auskristallisiert. Das Gewicht nach dem Trocknen beträgt 180 g, die optische Reinheit 100 /o.
Process for the purification of 1 (+) - lysine
In the synthesis of lysine, a racemate is obtained, that is to say a product which consists in equal parts of the biologically active I (+) isomers and the biologically inactive d (-) isomers.
The two stereoisomeric forms can be separated by fractional crystallization of their glutamates. From the glutamates one obtains, for. B. by treatment with ion exchangers, the free amino acids, that is 1 (+) - and d (-) - lysine. The 1 (+) - form is mixed with an equimolar amount of hydrochloric acid in aqueous solution. 1 (+) - Lysine monohydrochloride can then be obtained from the solution by evaporation, which, provided it is sufficiently pure, is sold as such.
Experience has shown that the 1 (+) lysine monohydrochloride obtained does not always have the purity of over 99 / o required for sale, that is to say it contains varying amounts of d, l-lysine monohydrochloride. Since this disadvantage is mainly due to the insufficient purity of the 1 (+) - lysine glutamate obtained as an intermediate, it was proposed to recrystallize this glutamate. However, this process requires considerable expenditure of time and solvents and is therefore associated with an economic disadvantage.
According to another proposal, the crystallization of impure 1 (+) - lysine monohydrochloride dihydrate and dl-lysine monohydrochloride existing crystal mixture can be separated mechanically, for. B. by sieving, because 1 (+) - lysine monohydrochloride forms large crystals as a dihydrate, whereas dl-lysine monohydrochloride is very fine-grained without crystal water. This process is associated with various technical disadvantages. 1 (+) - lysine monohydrochloride dihydrate naturally also forms small crystals that are not retained during the separation operation. In addition, the large crystals can break during mechanical treatment, and finally the dihydrate slowly releases its water of crystallization into the air, whereby the crystals weather.
These disadvantages are due to the cleaning or. Fixed crystallization process according to the present invention. It has been found that l (+) - lysine monohydrochloride with an optical purity of over 99 / o can be obtained if a non-saturated, aqueous solution of 1 (+) - and dl-lysine monohydrochloride whose content has 1 (+) - lysine monohydrochloride corresponds to an optical purity of 80-99, evaporated to the saturation concentration of 1 (+) - lysine monohydrochloride for a saturation temperature below the evaporation temperature,
the solution is then cooled to saturation temperature and inoculated with dl-lysine monohydrochloride while cooling, after which the dl-lysine monohydrochloride containing little 1 (+) - lysine monohydrochloride and containing little 1 (+) - lysine monohydrochloride is filtered off from the mother liquor and excreted at the saturation temperature known way 1 (+) - lysine monohydrochloride can be obtained.
The method according to the invention is based on the surprising discovery that dl-lysine monohydrochloride, which on its own is easily soluble in water, remains practically undissolved in a saturated aqueous solution of 1 (+) - lysine monohydrochloride. Solubility tests have shown that the 3-substance system 1 (+) - lysine monohydrochloride, dl-lysine monohydrochloride and water at 20 0.05 C is a solution with 38.1% by weight / ol (+) - lysine monohydrochloride optical purity 99.20 / o forms.
This results in the possibility of producing very pure, in this particular case 99, 2 or 100% l (+) - lysine monohydrochloride
On the other hand, it is more expedient to concentrate the mother liquor to about half of its volume, 1 (+) - lysine monohydrochloride crystallizing out in large, crystal-clear crystals with an optical purity of 100%. The dl-lysine monohydrochloride still present in the solution falls as a result of I? oversaturation not off.
Furthermore, especially if the content of 1 (+) - lysine monohydrochloride in the solution corresponds to an optical purity of more than 950 / o, it has proven to be expedient when inoculating the solution from the previously common practice, simply one Add any small amount of seed crystals, deviate and inoculate with larger amounts of seed crystals, that is with 1-10 wt.% (based on dissolved lysine monohydrochloride).
example 1
402 g of 1 (+) - lysine monohydrochloride with an optical purity of 92.4% are dissolved in water, the solution is decolorized with activated charcoal and filtered. The solution is concentrated in vacuo at a temperature of 40-500 C to a weight of 912 g, that is to say to a lysine monohydrochloride content of 44.1% by weight in total. The water present then corresponds to the amount necessary to form a solution of 40.04% by weight saturated at 20 ° C. with the 1 (+) - lysine monohydrochloride present. The mixture is allowed to cool slowly while stirring and inoculated at 30 C with about 0.5 g of dl-lysine monohydrochloride and filtered as soon as the solution has reached a temperature of 20 C.
The precipitated lysine monohydrochloride has an optical purity of 56.0 / o.
The mother liquor is concentrated to approximately half its volume while increasing the temperature, after which 1 (+) - lysine monohydrochloride dihydrate crystallizes out on cooling. The weight after drying is 203 g, the optical purity is 100%.
Example 2
The mother liquor from a crystallization carried out according to Example 1, containing 122 g of 1 (+) - lysine monohydrochloride, is mixed with 300 g of 1 (+) - lysine monohydrochloride of optical purity 89.8% and diluted with water. The solution, which has been cleaned with activated charcoal, is concentrated to 963 g, that is to say to a lysine monohydrochloride content of 43.8% in total. The solution, which cools slowly while stirring, is inoculated with dl-lysine monohydrochloride at 30 ° C and filtered after it has reached a temperature of 20 ° C. The precipitated lysine monohydrochloride has an optical purity of 55.2 / o.
The mother liquor is concentrated to about half and 1 (+) - lysine monohydrochloride dihydrate is crystallized out and dried. 251 g of anhydrous product with an optical purity of 1000 / o are obtained.
Example 3
300 g of lysine monohydrochloride with a 1 (+) lysine monohydrochloride content of 95% by weight are dissolved in water and evaporated to a weight of 705 g, that is to say to a lysine monohydrochloride content of 42.5% by weight. The solution is allowed to cool while stirring, inoculated at 30 ° C. with 12 g of dl-lysine monohydrochloride and slowly cooled down to 20 ° C. while stirring continuously. The lysine monohydrochloride which has crystallized out is filtered off, the solution is concentrated to about half its volume and I (+) - lysine monohydrochloride is crystallized out. The weight after drying is 180 g and the optical purity is 100%.