Procédé de dédoublement de la DL-lysine
La présente invention est un procédé de dédoublement de la DL-lysine en ses isomères optiques.
On sait que la lysine existe sous deux formes optiquement actives qu'on désigne sous les noms de
D-lysine et de L-lysine. Alors que la lysine rencontrée dans la nature et désignée sous le nom de Llysine est optiquement active et fait tourner à droite le plan de polarisation de la lumière, la lysine obtenue synthétiquement est généralement optiquement inactive, étant constituée par un mélange à parties égales de chacun des isomères D et L.
I1 est connu d'autre part que la lysine naturelle a une activité biologique double de celle de la DLlysine obtenue synthétiquement et que l'isomère D ne présente que peu ou pas d'activité.
La DL-lysine étant maintenant produite industriellement dans des conditions économiques, il apparaît souhaitable à plusieurs égards de disposer d'un procédé simple et efficace permettant de la dédoubler en ses deux isomères. D'une part, la présence à côté de la L-lysine de l'isomère D biologiquement inactif peut être indésirable dans certaines applications. D'autre part, comme on peut, dans certaines conditions, transformer partiellement la D-lysine en L-lysine, on voit qu'il est possible de convertir intégralement la DL-lysine en L-lysine dès lors qu'on sait dédoubler la DL-lysine.
Les procédés actuellement connus de dédoublement de la DL-lysine par voie chimique reposent tous sur un principe classique: la formation avec les deux stéréoisomères de sels ayant des solubilités différentes au moyen d'un agent de dédoublement constitué par un acide optiquement actif lui-même.
Cependant les divers agents de dédoublement préconisés jusqu'ici conduisent à des procédés qui industriellement présentent certains inconvénients.
C'est ainsi que l'acide D-camphorique est d'un accès difficile et d'un prix de revient élevé. Par ailleurs les sels qu'ils forment avec les D et L-lysines ont une faible différence de solubilités, en sorte que de nombreuses recristallisations sont nécessaires pour obtenir un produit pur, et, avec un faible rendement, de l'ordre de 65 O/o.
Avec l'acide dibenzoyl-D-tartrique, c'est le sel de
D-lysine qui est le moins soluble et précipite le pre mier. I1 en résulte que la séparation du sel de Llysine, qui est le seul intéressant, présente de sérieuses difficultés.
L'acide L-glutamique, qui, à bien des égards est un bon agent de dédoublement, nécessite, toutefois, pour l'obtention d'un bon résultat, l'observation stricte de la composition du solvant. En outre le glutamate de lysine est fortement hygroscopique, ce qui exige certaines précautions opératoires.
On a également essayé l'acide D-tartrique, mais le résultat a été décevant tant pour les D-tartrates neutres (1 mole d'acide tartrique pour 2 moles de lysine), que pour les D-tartrates acides (1 mole d'acide tartrique pour 1 mole de lysine).
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on utilise comme agent de dédoublement un bitartrate D ou L répondant à la formule:
HOOC-CHOH-CHOH-COOM dans laquelle M désigne un métal monovalent ou le radical ammonium, formant avec la DL-lysine un tartrate mixte.
I1 a en effet été découvert que, contrairement à ce que l'on pouvait attendre d'après le comporte ment de l'acide D-tartrique, les bitartrates D ou L précités permettaient d'aboutir au dédoublement de la DL-lysine et, ce, dans des conditions particulièrement avantageuses qui font de ces composés des agents de dédoublement de choix.
Certains de ces bitartrates sont en effet d'un accès facile et sont peu coûteux.
Par ailleurs les tartrates mixtes de D et L-lysines répondant sous forme anhydre à la formule:
EMI2.1
présentent une différence de solubilité très marquée.
Lorsqu'on opère avec les D-tartrates mixtes, c'est généralement le sel de L-lysine qui est le moins soluble: il est ainsi possible d'obtenir au moyen d'une seule cristallisation un rendement élevé en sel de Llysine d'une très grande pureté, dont il est aisé d'isoler la L-lysine cherchée en récupérant l'agent de dédoublement.
Un autre avantage important du procédé selon l'invention est sa grande souplesse: la composition du solvant dans lequel on effectue la cristallisation des tartrages mixtes n'est généralement pas assujettie à des limites aussi strictes que dans les procédés de dédoublement mettant en oeuvre les acides glutamiques, en particulier en ce qui concerne la pureté optique du sel de L-lysine obtenu. Ceci est à attribuer non seulement au fait que dans le cas des tartrates mixtes la différence de solubilités entre les sels de D et ceux de L-lysine est plus importante que dans le cas des glutamates, mais également au fait que pour certains d'entre eux, comme les D-tartrates mixtes de potassium-lysine, les sels de L-lysine présentent une aptitude à la cristallisation considérablement plus marquée que les sels de D-lysine correspondants.
Un avantage supplémentaire est le fait que les tartrates mixtes ne présentent pas le caractère hygroscopique des glutamates ou, en tout cas, ne le présentent qu'à un degré beaucoup moindre et ne requièrent pas, pour leur manipulation ou leur stockage, les mêmes précautions que les glutamates.
Le procédé s'applique non seulement au mélange dit racémique de D et de L-lysine dans lequel les deux individus optiques sont présents dans le rapport 50/50, comme c'est le cas pour la lysine obtenue selon les procédés de synthèse connus à ce jour, mais d'une façon plus générale, aux mélanges contenant de la D et de la L-lysine, les individus optiques n'étant pas obligatoirement dans le rapport équimoléculaire.
L'agent de dédoublement utilisé dans le procédé selon l'invention est, comme indiqué plus haut, un
D- ou L-bitartrate de métal monovalent ou d'ammonium. Les D-bitartrates étant, toutefois, plus aisément accessibles que les L-bitartrates, c'est aux premiers que l'on donne la préférence, en particulier aux
D-bitartrates de potassium et d'ammonium.
L'agent de dédoublement peut être préformé et ajouté tel quel à une solution de DL-Lysine ou d'un sel de DL-lysine d'un acide volatil, tel qu'un carbonate. I1 peut encore être formé in situ par réaction d'un acide tartrique optiquement actif et d'un dérivé d'un métal monovalent ou d'ammonium, tel qu'hydroxyde, carbonate ou alcoolate, avec addition ultérieure de DL-lysine ou d'un de ses sels. On peut également, encore que ce mode opératoire soit moins recommandable, ajouter initialement l'acide tartrique optiquement actif et la lysine ou un de ses sels, puis un dérivé de métal monovalent ou d'ammonium.
Quel que soit le mode opératoire utilisé, on aboutit à une solution de tartrate mixte de DL-lysine et de métal monovalent ou d'ammonium. Le solvant dans lequel est formé ce tartrate mixte, peut être, en principe, quelconque, le tartrate mixte pouvant toujours en être récupéré par précipitation ou évaporation du solvant pour être redissous dans le solvant de dédoublement.
Il est toutefois préférable, pour des raisons de simplicité évidentes, de former le tartrate mixte directement au sein du solvant de dédoublement, ce qui évite d'isoler le tartrate mixte de UL-lysine.
Le solvant de dédoublement est de préférence un mélange eau/méthanol, le méthanol pouvant être remplacé, au moins en partie par un autre solvant miscible, comme les autres alcools inférieurs, l'acétone, les polyalcools ou les produits qui en dérivent par addition d'oxyde d'éthylène et/ou éthérification.
On peut mettre à profit la dualité du solvant de dédoublement pour opérer la formation du tartrate mixte uniquement en milieu aqueux et ajouter ensuite le méthanol ou autre solvant organique entrant dans la composition du solvant de dédoublement. Cette formation du tartrate mixte s'opère entre 0 et 1000 C, un intervalle de température compris entre 15 et 450 C étant préféré, encore qu'il y ait parfois avantage à dépasser 450 C, en particulier quand le radical M est introduit sous forme de sel, tel qu'un carbonate.
Dans le solvant de dédoublement, la proportion eau/méthanol qui donne les meilleurs résultats dépend de la nature du radical M, de la valeur du rap port
agent de dédoublement
lysine qui, comme il est expliqué plus loin, peut varier entre certaines limites et de la température à laquelle on effectue la cristallisation. A des températures de 15/250 C, la proportion eau/méthanol est ordinairement comprise entre 2,5 et 0,25 en volume, le meilleur résultat étant obtenu lorsque la proportion est comprise entre 2 et 0,5.
Lorsqu'on- effectue la cristallisation à des températures un peu plus élevées que la température ambiante, on obtient les meilleurs rendements en employant un solvant contenant une quantité de méthanol un peu plus élevée que celle qui représente l'optimum à la température ambiante. n y a en effet très souvent intérêt à ce que la cristallisation ait lieu à une température plus élevée que la température ambiante, d'une part parce que la cristallisation est plus rapide, et d'autre part parce que, les cristaux obtenus étant plus volumineux que dans le cas où la cristallisation a lieu à des températures inférieures, les opérations ultérieures de filtration et de lavage du sel de lysine cristallisé se trouvent facilitées et la pureté optique du produit obtenu amélioré.
D'une manière générale, toutefois, les températures convenant pour la formation du tartrate mixte sont également appropriées au dédoublement, la gamme préférée étant celle comprise entre 10 et 500 C.
Si les meilleurs résultats, à la fois du point de vue pureté optique et point de vue rendement en sel de lysine cristallisé calculé sur l'agent de dédoublement, sont obtenus lorsque l'ion métallique ou à caractère métallique est présent dans le mélange de dédoublement, à raison sensiblement de un équivalent/gramme par molécule/gramme d'acide tartrique, une proportion plus forte pouvant donner un plus faible rendement, une proportion plus faible pouvant conduire à une lysine d'une pureté optique inférieure, le rapport
agent de dédoublement
lysine peut varier dans d'assez larges limites sans que cela ait des répercussions importantes sur le rendement ou la qualité des produits obtenus. Le rapport molaire
agent de dédoublement
lysine est compris généralement entre 0,5 et 1. On obtient encore des résultats satisfaisants pour des valeurs de ce rapport inférieures à 0,5.
On peut aussi, sans inconvénient, utiliser des valeurs supérieures à 1 mais une telle façon d'opérer n'est pas recommandable puisqu'elle met en oeuvre une quantité plus grande d'agent de dédoublement sans apporter d'avantages marqués en compensation.
Différents modes de mise en oeuvre peuvent être utilisés pour recouvrer à partir du tartrate mixte cristallisé isolé par filtration, ou à partir des eaux mères de cristallisation, l'agent de dédoublement d'une part, les lysines optiquement actives obtenues d'autre part.
Si l'on veut isoler la lysine à l'état d'un sel on peut par exemple traiter une solution aqueuse du tartrate mixte par l'acide approprié, de façon à précipiter aussi complètement que possible l'agent de dédoublement sous forme de tartrate acide. Le sel de lysine resté en solution peut être isolé ensuite selon les procédés connus, par exemple par addition d'alcool après concentration partielle de la solution.
Si l'on désire obtenir un sel de lysine plus pur, ou si l'on se propose d'isoler la lysine sous forme de base libre, on peut par exemple précipiter l'agent de dédoublement comme il vient d'être dit et passer la solution aqueuse du sel de lysine sur un échangeur cationique type acide fort, sous la forme sel d'ammonium ou acide libre, qui fixe la lysine qui, après lavage à l'eau de la résine échangeuse, est extraite par une solution ammoniacale. On peut également faire passer la solution aqueuse du tartrate mixte sur un échangeur cationique type acide fort sous forme sel d'ammonium: l'agent de dédoublement se retrouve dans l'effluent sous forme de tartrate d'ammonium et la lysine fixée sur la résine peut être récupérée comme dans le cas précédemment envisagé.
On peut encore faire passer sur un échangeur anionique type base forte la solution obtenue à partir d'une solution d'un tartrate mixte par acidification suivie de filtration et recueillir l'effluent constitué par une solution de lysine.
Exemple 1
On agite à 400 C jusqu'à dissolution 376 parties de D-bitartrate de potassium et 292 parties de DLlysine sous forme d'une solution aqueuse à 33 O/o.
On ajoute 460 parties de méthanol et 1 partie de
D-tartrate mixte de potassium/L-lysine (pour amorcer la cristallisation). Après avoir agité le mélange à 400 C jusqu'à ce que la cristallisation ne marque plus de progrès, on ajoute 64 parties de méthanol et on continue d'agiter pendant douze à vingt heures en laissant le mélange reprendre lentement la température ambiante. On filtre, lave le gâteau d'abord avec du méthanol aqueux à 62 0/o, puis avec du méthanol absolu, et sèche à 65/700 C.
Le rendement est de 304 à 323 parties (82 à 88 O/o de la théorie).
20 = + 2102 + 006 (c = 4 O/o dans l'eau)
L'analyse d'un échantillon recristallisé dans du méthanol aqueux montre que le produit renferme 1 molécule de bitartrate de potassium pour 1 molécule de lysine et cristallise avec deux molécules d'eau.
N calculé pour C10H19O5N2K. 2H2.O: 7,57 - trouvé: 7,52
K calculé pour C10H19O6N2K. 2H2O: 10,52 - trouvé: 10,42 H2O calculé pour C10H19O8N2K. 2H.2O: 9,73 - trouvé: 10,46
On dissout 185 parties du D-tartrate mixte de potassium/L-lysine dans 350 parties d'eau et amène la solution à pH 3,6 par addition d'acide chlorhydrique concentré. Après quelques heures de repos on filtre le bitartrate de potassium qui a cristallisé et lave avec un peu d'eau.
Poids du bitartrate sec: 88,3 à 92,1 parties (94 à 98 /o de la théorie).
Sur un lit de Dowex 50 sous forme acide libre (600 parties en volume) on fait passer la solution obtenue. Après lavage de la résine avec de l'eau jusqu'à neutralité, on élue la L-lysine avec de l'ammoniaque à 7 O/o à 40-450 C et chasse l'ammoniaque par évaporation. On convertit la L-lysine par la quantité calculée d'acide chlorhydrique concentré en monochlorhydrate qu'on isole, après concentration de la solution, par précipitation par l'alcool éthylique et filtration.
Le rendement en monochlorhydrate de L-lysine est de 84-88,5 parties (92 à 97 o/o de la théorie calculé sur le tartrate mixte).
Le pouvoir rotatoire est compris entre 2000 et 2005 (c = 4 o/o dans l'acide chlorhydrique 6N) ce qui correspond à une pureté optique de 98,3 à 99,5 O/o).
N, calculé pour C6N15O2N2Cl: 15,34 - trouvé: 15,25 C1, calculé pour C6N15O2N2Cl: 19,45 - trouvé: 19,40
La teneur du produit en cendres est inférieure à 0,02 O/o.
Le monochlorhydrate de L-lysine peut être obtenu plus simplement, mais sous une forme un peu moins pure, en concentrant à petit volume la solution débarrassée du bitartrate de potassium précipité par acidification, et en ajoutant de l'alcool de façon à provoquer la cristallisation.
Exemple 2
Dans 584 parties d'une solution aqueuse de DLlysine à 50 o/o, on ajoute 226 parties de D-bitartrate de potassium et 300 parties d'eau. On chauffe à 350 C et ajoute 890 parties de méthanol, puis 1 partie de D-tartrate mixte de potassium/L-lysine et on laisse la cristallisation s'opérer sous agitation, d'abord à 35/360 C pendant six heures, puis après addition supplémentaire de 80 parties de méthanol, à la température ambiante pendant quatorze heures. On filtre le sel de L-lysine, lave avec du méthanol aqueux, puis du méthanol absolu et sèche à 65/700 C.
On obtient, avec un rendement sensiblement équivalent à celui mentionné dans l'exemple 1, le Dtartrate mixte de potassium/L-lysine qu'on peut transformer, en mettant en oeuvre la technique décrite dans l'exemple précédent, en monochlorhydrate de
L-lysine d'une très grande pureté optique.
Exemple 3
Dans la solution obtenue en agitant à 20/250 C 146 parties de lysine dans 296 parties d'eau, avec 166 parties de D-tartrate acide d'ammonium, on ajoute 300 parties de méthanol. Après avoir amorcé la cristallisation avec 0,5 partie de D-tartrate mixte d'ammonium/L-lysine, on continue d'agiter pendant quarante-huit heures à 20/250 C. On filtre les cristaux, lave avec du méthanol aqueux à 700 C puis avec du méthanol absolu et sèche sous vide vers 400 C.
En appliquant au produit obtenu la technique décrite dans l'exemple 1 pour le traitement du tartrate mixte de potassium L-lysine, on obtient le monochlorhydrate de Llysine très pur.
La L-lysine peut également être obtenue au moyen d'un échangeur type base forte, à la place de l'échangeur cationique utilisé dans l'exemple 1. Par exemple, on fait passer une solution de 100 parties du produit résultant du dédoublement dans 300 parties d'eau sur un lit formé de 2600 parties (en volume) d' Amberlite Ira 400 sous forme basique.
On rince ensuite la colonne à l'eau, on chasse par évaporation l'ammoniaque contenue dans l'effluent.
Le résidu est constitué par une solution de L-lysine: celle-ci peut être convertie éventuellement selon les moyens conventionnels en monochlorhydrate ou en dichlorhydrate ou en tout autre sel.
Exemple 4
On obtient des résultats peu différents de ceux obtenus dans l'exemple 1 lorsqu'on prépare la solution de D-tartrate mixte de potassium/L-lysine en ajoutant, sous agitation efficace, à un mélange de 300 parties d'acide D-tartrique et de 152 parties d'eau, 584 parties d'une solution aqueuse de DLlysine à 50 o/o et 224 parties d'une solution aqueuse de potasse à 50 O/o.
On peut aussi remplacer la potasse par 138 parties de carbonate de potassium, auquel cas il est avantageux de chauffer vers 70-800 C pour faciliter la formation de tartrate mixte.
Exemple 5
Si dans l'exemple 1 on remplace le méthanol par un mélange formé de 340 parties de méthanol et 40 parties d'éthanol, on obtient des résultats voisins.
Exemple 6
On met en suspension 376 parties de D-bitartrate de potassium dans 520 parties de méthanol et on ajoute 292 parties de DL-lysine sous forme d'une solution à 33 /o. On chauffe ensuite à 35/400 C: le sel de lysine qui au bout d'un certain temps commence à se déposer sous forme de longues aiguilles incolores, est isolé comme il est dit dans l'exemple 1.
Exemple 7
Si dans l'exemple 1 on remplace la DL-lysine par la même quantité d'une DL4ysine renfermant 45 O/o de forme L, on isole 276 parties de D-tartrate mixte de potassium/L-lysine soit 83 /o de la quantité théorique calculée sur la L-lysine présente dans la matière de départ.
DL-lysine resolution process
The present invention is a process for resolving DL-lysine into its optical isomers.
It is known that lysine exists in two optically active forms which are referred to as
D-lysine and L-lysine. While lysine found in nature and referred to as Llysine is optically active and rotates the plane of polarization of light to the right, synthetically obtained lysine is generally optically inactive, being made up of a mixture of equal parts of each of the D and L isomers.
It is also known that natural lysine has a biological activity that is double that of DLlysine obtained synthetically and that the D isomer exhibits little or no activity.
Since DL-lysine is now produced industrially under economic conditions, it appears desirable in several respects to have a simple and efficient process allowing it to be split into its two isomers. On the one hand, the presence alongside L-lysine of the biologically inactive D isomer may be undesirable in certain applications. On the other hand, since it is possible, under certain conditions, to partially convert D-lysine to L-lysine, it is seen that it is possible to fully convert DL-lysine to L-lysine as soon as it is known to split the DL-lysine.
The currently known processes for resolving DL-lysine chemically are all based on a classical principle: the formation with the two stereoisomers of salts having different solubilities by means of a resolving agent consisting of an optically active acid itself. .
However, the various resolving agents recommended up to now lead to processes which industrially exhibit certain drawbacks.
Thus, D-camphoric acid is difficult to access and of a high cost. Moreover, the salts which they form with the D and L-lysines have a low difference in solubility, so that numerous recrystallizations are necessary to obtain a pure product, and, with a low yield, of the order of 65 O / o.
With dibenzoyl-D-tartaric acid, it is the salt of
D-lysine which is the least soluble and precipitates the first. As a result, the separation of the Llysine salt, which is the only interesting one, presents serious difficulties.
L-glutamic acid, which in many respects is a good resolving agent, requires, however, in order to obtain a good result, strict observation of the composition of the solvent. In addition, lysine glutamate is highly hygroscopic, which requires certain operating precautions.
D-tartaric acid was also tried, but the result was disappointing both for neutral D-tartrates (1 mole of tartaric acid for 2 moles of lysine), and for acid D-tartrates (1 mole of tartaric acid for 1 mole of lysine).
The process according to the invention is characterized in that a D or L bitartrate corresponding to the formula is used as resolving agent:
HOOC-CHOH-CHOH-COOM in which M denotes a monovalent metal or the ammonium radical, forming with DL-lysine a mixed tartrate.
It has in fact been discovered that, contrary to what one might expect from the behavior of D-tartaric acid, the aforementioned D or L bitartrates made it possible to achieve the doubling of the DL-lysine and, this, under particularly advantageous conditions which make these compounds the resolving agents of choice.
Some of these bitartrates are indeed easily accessible and inexpensive.
In addition, the mixed tartrates of D and L-lysines corresponding in anhydrous form to the formula:
EMI2.1
show a very marked difference in solubility.
When working with mixed D-tartrates, it is generally the L-lysine salt which is the least soluble: it is thus possible to obtain by means of a single crystallization a high yield of Llysine salt of very high purity, from which it is easy to isolate the desired L-lysine by recovering the resolving agent.
Another important advantage of the process according to the invention is its great flexibility: the composition of the solvent in which the crystallization of the mixed scale is carried out is generally not subject to such strict limits as in the resolution processes using acids. glutamic, in particular with regard to the optical purity of the L-lysine salt obtained. This is to be attributed not only to the fact that in the case of mixed tartrates the difference in solubilities between the salts of D and those of L-lysine is greater than in the case of glutamates, but also to the fact that for some of them They, like the mixed potassium-lysine D-tartrates, the L-lysine salts show considerably more crystallization ability than the corresponding D-lysine salts.
An additional advantage is the fact that mixed tartrates do not have the hygroscopic character of glutamates or, in any case, only present it to a much lesser degree and do not require, for their handling or storage, the same precautions as glutamates.
The method applies not only to the so-called racemic mixture of D and L-lysine in which the two optical individuals are present in the 50/50 ratio, as is the case for the lysine obtained according to the synthetic methods known at to date, but more generally, to mixtures containing D and L-lysine, the optical individuals not necessarily being in the equimolecular ratio.
The resolving agent used in the process according to the invention is, as indicated above, a
Monovalent metal or ammonium D- or L-bitartrate. Since D-bitartrates are, however, more readily available than L-bitartrates, preference is given to the former, especially to
Potassium and ammonium D-bitartrates.
The resolving agent can be preformed and added as such to a solution of DL-Lysine or a DL-lysine salt of a volatile acid, such as a carbonate. It can also be formed in situ by reaction of an optically active tartaric acid and a derivative of a monovalent metal or of ammonium, such as hydroxide, carbonate or alcoholate, with the subsequent addition of DL-lysine or of one of its salts. It is also possible, although this procedure is less advisable, to add initially the optically active tartaric acid and lysine or a salt thereof, then a monovalent metal or ammonium derivative.
Whatever the procedure used, the result is a mixed solution of DL-lysine and monovalent metal or ammonium tartrate. The solvent in which this mixed tartrate is formed can, in principle, be any, the mixed tartrate always being able to be recovered therefrom by precipitation or evaporation of the solvent in order to be redissolved in the resolution solvent.
It is however preferable, for obvious reasons of simplicity, to form the mixed tartrate directly within the resolving solvent, which avoids isolating the mixed UL-lysine tartrate.
The resolving solvent is preferably a water / methanol mixture, it being possible for the methanol to be replaced, at least in part by another miscible solvent, such as other lower alcohols, acetone, polyalcohols or the products which are derived therefrom by addition of ethylene oxide and / or etherification.
It is possible to take advantage of the duality of the resolution solvent to effect the formation of the mixed tartrate only in aqueous medium and then add the methanol or other organic solvent entering into the composition of the resolution solvent. This formation of the mixed tartrate takes place between 0 and 1000 C, a temperature range of between 15 and 450 C being preferred, although there is sometimes advantage in exceeding 450 C, in particular when the M radical is introduced in the form of salt, such as a carbonate.
In the resolution solvent, the water / methanol proportion which gives the best results depends on the nature of the M radical, on the value of the ratio
doubling agent
lysine which, as explained below, can vary between certain limits and the temperature at which crystallization is carried out. At temperatures of 15/250 C, the water / methanol proportion is usually between 2.5 and 0.25 by volume, the best result being obtained when the proportion is between 2 and 0.5.
When crystallization is carried out at temperatures a little higher than room temperature, the best yields are obtained by employing a solvent containing a quantity of methanol somewhat higher than that which represents the optimum at room temperature. It is in fact very often advantageous for the crystallization to take place at a temperature higher than the ambient temperature, on the one hand because the crystallization is faster, and on the other hand because, the crystals obtained being larger than in the event that the crystallization takes place at lower temperatures, the subsequent operations of filtration and washing of the crystallized lysine salt are facilitated and the optical purity of the product obtained improved.
Generally, however, temperatures suitable for forming the mixed tartrate are also suitable for resolution, the preferred range being between 10 and 500 C.
If the best results, both from the point of view of optical purity and from the point of view of yield of crystallized lysine salt calculated on the resolving agent, are obtained when the metallic or metallic character ion is present in the resolving mixture , at a rate of substantially one equivalent / gram per molecule / gram of tartaric acid, a higher proportion which may give a lower yield, a lower proportion which may lead to a lysine of lower optical purity, the ratio
doubling agent
lysine can vary within fairly wide limits without this having significant repercussions on the yield or the quality of the products obtained. The molar ratio
doubling agent
lysine is generally between 0.5 and 1. Satisfactory results are still obtained for values of this ratio of less than 0.5.
It is also possible, without disadvantage, to use values greater than 1, but such a procedure is not advisable since it uses a larger quantity of resolving agent without providing marked advantages in compensation.
Different embodiments can be used to recover from the crystallized mixed tartrate isolated by filtration, or from the mother liquors of crystallization, the resolving agent on the one hand, the optically active lysines obtained on the other hand.
If one wishes to isolate the lysine in the form of a salt, one can for example treat an aqueous solution of the mixed tartrate with the appropriate acid, so as to precipitate as completely as possible the resolving agent in the form of tartrate. acid. The lysine salt which remains in solution can then be isolated according to known methods, for example by adding alcohol after partial concentration of the solution.
If it is desired to obtain a purer lysine salt, or if it is proposed to isolate the lysine in the form of the free base, one can for example precipitate the resolving agent as has just been said and pass the aqueous solution of the lysine salt on a strong acid type cation exchanger, in the form of ammonium salt or free acid, which fixes the lysine which, after washing the exchange resin with water, is extracted with an ammoniacal solution. The aqueous solution of the mixed tartrate can also be passed over a strong acid type cation exchanger in ammonium salt form: the resolving agent is found in the effluent in the form of ammonium tartrate and the lysine fixed on the resin. can be recovered as in the case previously considered.
The solution obtained from a solution of a mixed tartrate can also be passed through a strong base type anion exchanger by acidification followed by filtration and the effluent consisting of a lysine solution can be collected.
Example 1
Stirred at 400 ° C. until 376 parts of potassium D-bitartrate and 292 parts of DLlysine are dissolved in the form of a 33 O / o aqueous solution.
460 parts of methanol and 1 part of
Mixed potassium D-tartrate / L-lysine (to initiate crystallization). After having stirred the mixture at 400 ° C. until crystallization no longer shows any progress, 64 parts of methanol are added and stirring is continued for twelve to twenty hours while allowing the mixture to slowly return to room temperature. The cake is filtered, washed first with aqueous methanol at 62 0 / o, then with absolute methanol, and dried at 65/700 C.
The yield is 304-323 parts (82-88% of theory).
20 = + 2102 + 006 (c = 4 O / o in water)
Analysis of a sample recrystallized from aqueous methanol shows that the product contains 1 molecule of potassium bitartrate for 1 molecule of lysine and crystallizes with two molecules of water.
N calculated for C10H19O5N2K. 2H2.O: 7.57 - found: 7.52
K calculated for C10H19O6N2K. 2H2O: 10.52 - found: 10.42 H2O calculated for C10H19O8N2K. 2H.2O: 9.73 - found: 10.46
185 parts of the mixed potassium D-tartrate / L-lysine are dissolved in 350 parts of water and the solution is brought to pH 3.6 by addition of concentrated hydrochloric acid. After standing for a few hours, the potassium bitartrate which has crystallized is filtered off and washed with a little water.
Weight of dry bitartrate: 88.3 to 92.1 parts (94 to 98% of theory).
The solution obtained is passed through a bed of Dowex 50 in free acid form (600 parts by volume). After washing the resin with water until neutral, the L-lysine is eluted with 7 O / o ammonia at 40-450 C and the ammonia is removed by evaporation. L-lysine is converted with the calculated amount of concentrated hydrochloric acid into monohydrochloride which is isolated, after concentration of the solution, by precipitation with ethyl alcohol and filtration.
The yield of L-lysine monohydrochloride is 84-88.5 parts (92-97% of theory calculated on mixed tartrate).
The optical rotation is between 2000 and 2005 (c = 4 o / o in 6N hydrochloric acid) which corresponds to an optical purity of 98.3 to 99.5 O / o).
N, calcd for C6N15O2N2Cl: 15.34 - found: 15.25 C1, calculated for C6N15O2N2Cl: 19.45 - found: 19.40
The ash content of the product is less than 0.02 O / o.
L-lysine monohydrochloride can be obtained more simply, but in a slightly less pure form, by concentrating to a small volume the solution freed from the potassium bitartrate precipitated by acidification, and by adding alcohol so as to cause crystallization. .
Example 2
In 584 parts of an aqueous solution of DLlysine at 50%, 226 parts of potassium D-bitartrate and 300 parts of water are added. Heated to 350 C and added 890 parts of methanol, then 1 part of mixed potassium D-tartrate / L-lysine and crystallization is allowed to take place with stirring, first at 35/360 C for six hours, then after further addition of 80 parts of methanol, at room temperature for fourteen hours. The L-lysine salt is filtered, washed with aqueous methanol, then absolute methanol and dried at 65/700 C.
Is obtained, with a yield substantially equivalent to that mentioned in Example 1, mixed potassium Dtartrate / L-lysine which can be converted, by carrying out the technique described in the preceding example, into monohydrochloride of
L-lysine of very high optical purity.
Example 3
In the solution obtained by stirring at 20/250 C 146 parts of lysine in 296 parts of water, with 166 parts of ammonium acid D-tartrate, 300 parts of methanol are added. After having initiated crystallization with 0.5 part of mixed ammonium D-tartrate / L-lysine, stirring is continued for forty-eight hours at 20/250 C. The crystals are filtered off, washed with aqueous methanol at 700 C then with absolute methanol and dried under vacuum at around 400 C.
By applying to the product obtained the technique described in Example 1 for the treatment of mixed L-lysine potassium tartrate, very pure Llysine monohydrochloride is obtained.
L-lysine can also be obtained by means of a strong base type exchanger, instead of the cation exchanger used in Example 1. For example, a solution of 100 parts of the product resulting from the resolution is passed through. 300 parts of water on a bed formed of 2600 parts (by volume) of Amberlite Ira 400 in basic form.
The column is then rinsed with water and the ammonia contained in the effluent is removed by evaporation.
The residue consists of a solution of L-lysine: the latter can optionally be converted according to conventional means into monohydrochloride or dihydrochloride or any other salt.
Example 4
Results which are not very different from those obtained in Example 1 are obtained when the mixed potassium D-tartrate / L-lysine solution is prepared by adding, with efficient stirring, to a mixture of 300 parts of D-tartaric acid. and 152 parts of water, 584 parts of a 50 o / o aqueous solution of DLlysine and 224 parts of a 50 o / o aqueous solution of potassium hydroxide.
Potash can also be replaced by 138 parts of potassium carbonate, in which case it is advantageous to heat to 70-800 C to facilitate the formation of mixed tartrate.
Example 5
If in Example 1 the methanol is replaced by a mixture formed of 340 parts of methanol and 40 parts of ethanol, similar results are obtained.
Example 6
376 parts of potassium D-bitartrate are suspended in 520 parts of methanol and 292 parts of DL-lysine are added as a 33% solution. Then heated to 35/400 C: the lysine salt which after a certain time begins to settle in the form of long colorless needles, is isolated as described in Example 1.
Example 7
If in Example 1 we replace the DL-lysine with the same amount of a DL4ysine containing 45 O / o of L form, 276 parts of mixed potassium D-tartrate / L-lysine are isolated, i.e. 83 / o of the Theoretical amount calculated on the L-lysine present in the starting material.