Procédé pour le dédoublement optique de l'acide homocystéique
ou d'un sel de monoammonium de celui-ci
La présente invention a pour objet un procédé pour le dédoublement optique de l'acide homocystéique ou d'un sel de monoammonium de celui-ci en leurs composants optiquement actifs.
L'acide homocystéique est un acide aminé dérivant de l'acide glutamique par substitution d'un groupe sulfonique au groupe ss/-carboxy. Cet acide particulièrement sous ses formes optiquement actives, est utilisé pour de nombreuses synthèses, et le Lhomocystéate monosodique possède un pouvoir aromatisant semblable et supérieur à celui du L-glutamate monosodique.
L'acide n'ayant pas été trouvé jusqu'ici dans les animaux et dans les végétaux, on ne peut l'obtenir que par synthèse, laquelle synthèse conduit invitablement à un mélange DL. Il est donc nécessaire de procéder à une résolution optique pour obtenir un acide homocystéique optiquement actif.
Les procédés connus pour le dédoublement de l'acide DL-homocystéique sont des procédés chimiques > > , qui impliquent la préparation de sels diastéréoisomères par réaction de l'acide DL-homocystique avec des bases optiquement actives comme la strychnine, la cinchonine et la quinine, et le dedoublement des diastéréoisomères grâce à leurs différences de propriétés physico-chimiques, notamment de solubilité. Cependant, ces procédés ne peuvent pas être appliqués économiquement à l'échelle industrille, car ils nécessitent l'emploi de bases optiquement actives très coûteuses en quantité équivalente à celle de l'acide homocystéique, et les opérations sont compliquées.
L'invention vise un procédé aisé et économique pour le dédoublement de l'acide DL-homocystéique ou d'un sel de monoammonium de ce dernier.
A la suite de nombreuses expériences sur les propriétés physiques des acides homocystéiques optiquement actifs et racémiques et de leurs sels de monoammonium, en employant des solvants tels que 1'eau ou des mélanges d'eau et de solvants organiques miscibles à l'eau, nous avons découvert que 1) la solubilité de l'acide racémique est supérieure à celle de ses isomères optiquement actifs, 2) les cristaux des isomères optiquement actifs ne se dissolvent pas dans une solution saturée de l'acide racémique, 3) les isomères optiquement actifs cristallisent sélectivement dans une solution sursaturée de l'acide racémique lorsqu'on amorce la cristallisation avec des cristaux de l'un des isomères optiquement actifs, 4)
la cris tallisation sélective d'un isomère optiquement actif se produit également dans une solution sursaturée d'un mélange d'un isomère optiquement actif et de l'acide racémique sans amorçage, et 5) les faits 1 à 4 ci-dessus sont indépendants de la température. Nous avons également constaté que ces rapports entre les propriétés physiques des isomères optiquement actifs et celles du racémate se retrouvent dans le cas de l'homocystéate de monoammonium.
L'invention est fondée sur les faits ci-dessus et elle permet de dédoubler très facilement l'acide DLhomocystéique sans préparation de diastéréoisomères comme dans les procédés chimiques connus.
Conformément à l'invention, on crée et on maintient l'état sursaturé d'une solution aqueuse de racé- mate (acide homocystéique racémique ou sel de monoammonium de celui-ci) ou d'une solution aqueuse d'un mélange de racémate et d'une faible proportion d'un isomère optiquement actif, et on cristallise un isomère optiquement actif en présence de cristaux dudit isomère optiquement actif, puis on sépare les cristaux de la solution.
Ce procédé peut être mis en oeuvre à une température comprise entre 200 C et le point d'ébullition de la solution, mais il est plus avantageux d'opérer entre 30n C et 800 C. Pour créer et maintenir l'état sursaturé de la solution de racémate, on peut utiliser les méthodes suivantes, séparément ou en combinaison :
1) Refroidissement de la solution, car la solubilité de l'acide homocystéique ou de son sel de monoammonium augmente avec les températures croissantes, ainsi qu'il ressort d'un examen du tableau I, dans lequel on donne la solubilité de l'acide homocystéique et du sel à 30 C, 40 C et 50t} C.
Tableau I
Solvant Corps dissous Solubilite
30e G 40a C 50o C
Eau Acide DL-homocystéique 34, 9 41, 0 49, 7
Eau Acide L-homocysteique 18, 3 20, 5 25, 6
Eau DL-Homocystéate 123 152 188
Eau L-Homocystéate 83 101 124
Eau-méthanol DL-Homocystéate 30 44 63
(1 :
1)
L-Homocystéate 15 22 32 (Homocystéate signifie Homocystéate de monoammonium)
2) Addition à la solution de solvants organiques miscibles à 1'eau et dans lesquels l'acide homocys téique ou l'homocystéate de monoammonium est peu soluble, par exemple alcools aliphatiques inférieurs tels que le méthanol, I'éthanol et le propanol.
Le tableau II donne la quantité d'acide homocystéique de sursaturation (que l'on peut toujours faire cristalliser) à 30 C dans une solution sursaturée préparée en ajoutant 15 g de l'alcool aliphatique indiqué à 100g de solution saturée d'acide homocystéique qui contient 26 g de l'acide.
Tableau 77
Alcool ajouté Quantité d'acide
homocystéique de sursaturation
Méthanol 7, 4 g
Ethanol 7, 0 g
Propanol 7, 7 g
3) Concentration de la solution par évaporation du solvant (eau).
Lorsqu'une solution d'un mélange de racémate et d'une faible proportion d'un isomère est sursaturée, l'isomère optiquement actif cristallise dans la solution et les cristaux ont une action d'amorçage, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'amorcer la cristallisation avec des cristaux d'isomère optiquement actif. Un amorçage de la cristallisation au moyen de l'isomère optiquement actif est cependant désirable pour que le dédoublement se fasse plus régulièrement, et la proportion de cristaux d'amorçage ajoutés est en général de plus de 0, 1 zozo en poids de la solution, que la solution contienne un excès de l'un des isomères optiquement actifs à l'état dissous, ou pas.
En outre, il est désirable de maintenir constante la vitesse de cristallisation sélective de l'isomère par régulation du degré de sursaturation, c'est-à-dire en réglant la vitesse de refroidissement, le débit d'addition du solvant organique, etc.
Pendant que la cristallisation sélective progresse, la proportion de l'antipode qui reste en solution augmente en raison directe de celle de l'isomère qui cristallise. L'antipode est présent à l'état de sursaturation ou quasi stable, car les isomères optiquement actifs de l'acide homocystéique ou de son sel de monoammonium ne sont pas solubles dans une solution saturée du racémate. Il est donc essentiel de maintenir l'antipode à l'état quasi stable pour éviter la cristallisation de l'antipode et une contamination du produit.
D'après nos expériences, la quantité d'isomère qui peut rester dissous dans la solution saturée ou sursaturée du racémate augmente approximativement en proportion de la concentration totale de tous les solutés, et elle est relativement grande (elle est parfois supérieure à 20 ouzo par rapport à la quantité totale de tous les solutés). Il en est également ainsi lorsqu'une partie de l'acide homocystéique est transformée en homocystéate de sodium. Le tableau III illustre ces faits dans le cas de l'acide homocystéique.
Tableau 111
Concentration
Concentration maximum
Solvant d'isomère
homocysteique aptif
o actif
(A)./. ( Eau+méthanol 5 1, 1 22
Eau 25 4 16
Eau 35 5 14 Eau + NaOH 42 6 14
Le but de l'invention, qui est le dédoublement de l'acide homocystéique racémique ou de son sel de monoammonium, peut être atteint et très efficacement grâce au fait qu'une grande quantité d'isomère optiquement actif peut rester dissous dans un état quasi stable dans la solution saturée du racemate.
Conformément à l'invention, lorsqu'on fait cris talliser l'isomère L en refroidissant une solution aqueuse sursaturée du racémate après avoir amorcé la cristallisation avec des cristaux d'isomère L, une quantité de l'antipode, l'isomère D, égale à la quantité d'isomère L cristallisé, reste en solution.
Par con séquent si, après avoir séparé l'isomère L cristallisé, on ajoute aux eaux mères du racémate en quantité double de celle de l'isomère L cristallisé et séparé, et si l'on dissout le racémate en chauffant et on rend la solution à nouveau sursaturée, puis on amorce la cristallisation avec de l'isomère D, on peut faire cristalliser l'isomère D en quantité approximativement double de la quantité d'isomère L précédemment cristallisé, c'est-à-dire en quantité approximativement égale à celle du racémate ajouté.
De manière analogue, si l'on ajoute dans les secondes eaux mères une quantité de racemate égale à celle de l'iso- mère D obtenu, et on dissout ce racémate en chauffant et on sursature la solution par refroidissement après avoir amorcé la cristallisation avec de l'isomère
L, on peut obtenir une quantité d'isomère L égale à celle du racémate ajouté. On voit donc qu'il est possible de dédoubler complètement l'acide DL-homocystique ou son sel de monoammonium en utilisant la même solution et en répétant le même cycle d'opé- rations.
En outre, si l'état sursaturé est créé ou maintenu en concentrant la solution, le cycle d'opérations peut être complété après chaque séparation d'isomère optiquement actif cristallisé par une adjonction, à la solution concentrée, d'une quantité de solution saturée de racémate compensant la quantité de solvant (eau) précédemment évaporée.
La méthode consistant à créer et à maintenir l'état sursaturé en ajoutant un solvant organique est un peu différente des autres méthodes ci-dessus. En effet, cette méthode peut être exécutée en répétant le cycle d'opérations suivant : ajouter du solvant organique à la solution de racémate pour la rendre sursaturée, amorcer la cristallisation avec des cristaux de l'un des isomères, par exemple l'isomère L, maintenir l'état sursaturé de la solution afin de faire croî- tre les cristaux, séparer ces cristaux grossis de la solution pour laisser l'antipode (isomère D) en solution, puis amorcer avec l'autre isomère (isomère D), ajouter du solvant organique dans la solution pour maintenir l'état sursaturé afin de faire croître les cristaux, puis séparer les cristaux grossis.
Les méthodes mentionnées permettent de dédou- bler l'acide homocystéique racémique ou son sel de monoammonium de manière très efficace. Il est cependant difficile d'obtenir un composé optiquement pur par dédoublement et le produit dédoublé contient en général une faible proportion de substance racé- mique. Il est donc nécessaire de purifier encore le produit du dédoublement si l'on désire obtenir l'acide homocystéique optiquement actif ou son sel à l'état sensiblement pur.
Cette purification de l'acide homocystéique optiquement actif peut être effectuée grâce aux propriétés spécifiques mentionnées plus haut concernant la solubilité des acides homocystéiques optiquement actifs et racémiques.
En effet, lorsqu'un mélange d'acide homocystéique racémique et d'isomère optiquement actif, par exemple d'acide L-homocystéique est ajouté en quantité suffisante à de 1'eau et que l'équilibre entre le solide et le liquide est atteint à l'aide d'une agitation, seul le racémique est présent dans la phase liquide. La phase solide au fond du récipient consiste en isomère
L et en excès de racémique, et la solubilité du racémique est égale à celle du racémique lorsqu'il est ajouté seul à l'eau. En outre, lorsque le rapport du racémique à l'isomère L dans le mélange ajouté est diminué de façon que le racémique se dissolve com plètement et sature 1'eau, le soluté est du racémique seul et la phase solide est seulement de l'isomère L.
Lorsque la quantité de racémique est encore diminuée, une partie de l'isomère L entre dans la phase liquide dans la proportion voulue pour compenser la quantité de racémique qui manque pour saturer la solution. Bien entendu, la phase solide est formée seulement d'isomère L.
Le caractère susmentionné de la cosolubilité de l'acide homocystéique optiquement actif et du racémate s'observe non seulement dans 1'eau mais éga- lement dans un mélange d'eau et d'un solvant organique miscible à 1'eau tel que le méthanol, l'éthanol ou le propanol. Ce caractère s'observe également lorsque la solution contient, avec l'acide homocystéique, un sel d'acide minéral de l'acide homocystéique ou un homocystéate alcalin (y compris le sel d'ammo- nium) à condition que la solution formée soit saturée vis-à-vis de l'acide homocystéique libre. En outre, ce caractère s'observe à toute température comprise entre la température ordinaire et le point d'ébullition du solvant.
Il est donc possible désormais, en se basant sur le principe décrit ci-dessus, de séparer l'un de l'autre les acides homocystéiques racémique et optiquement actifs de manière aisée et industrielle.
En d'autres termes, le présent procédé de purification consiste en un procédé pour obtenir de l'acide homocysteique optiquement actif pur à partir d'un mélange d'acides homocystéiques optiquement actif et racémique. Suivant ce procédé, on ajoute audit mélange un solvant, choisi dans le groupe consistant en 1'eau, une solution aqueuse d'un acide minéral ou d'un alcali (y compris l'ammoniac) et un mélange d'eau et d'un solvant organique miscible à 1'eau, en quantité suffisante pour dissoudre complètement l'acide homocystéique racémique et former une solution sensiblement saturée en acide racémique, ou un peu plus ou un peu moins de cette quantité, et on sépare l'acide optiquement actif formant la phase solide au fond de la solution.
Le processus de dissolution sélective de ce procédé de purification peut être mis en oeuvre de diverses manières. Par exemple (1) on ajoute du solvant à un mélange brut de manière à former une solution sensiblement saturée en racémique à une température donnée, (2) après avoir ajouté un mélange brut d'isomère L et de racémique à un solvant et après avoir dissous le racémique et une partie de l'isomère L par chauffage, on refroidit la suspension pour saturer sensiblement la solution en racémique, (3) on ajoute un solvant organique miscible à 1'eau, par exemple de l'alcool, au lieu de refroidir la suspension comme sous (2), (4) on évapore le solvant au lieu de refroidir la suspension comme sous (2), etc.
En outre, lorsque la quantité de racémique est faible relativement à celle de l'isomère L dans le mélange brut, la quantité de solvant nécessaire pour dissoudre le racémique est si petite qu'il peut être difficile d'agiter la suspension et que le racémique peut ne pas être dissous complètement.
Dans ce cas, il est préférable d'opérer comme suit : (1) on ajoute un excès de solvant au mélange brut pour faciliter l'agitation de la suspension, on sépare le solide du liquide par filtration, puis on réutilise plusieurs fois les eaux mères comme solvant, jusqu'à ce que la liqueur soit saturée en racémique (c'est-à-dire jusqu'à ce que la liqueur ne dissolve plus l'isomère L), (2) on utilise une solution saturée d'isomère L comme milieu d'agitation et comme solvant, (3) on ajoute une solution saturée de racémique comme milieu d'agitation au mélange brut, puis on ajoute un solvant en quantité nécessaire pour dissoudre le racémique.
En adoptant ces mesures, il est possible de dissoudre complè- tement le racémique en laissant presque tout l'isomère
L en phase solide, quel que soit le rapport entre l'iso- mère L et le racémique dans le mélange brut. On peut donc obtenir l'isomère L sensiblement pur par les méthodes générales de séparation des solides et des liquides, et le racémique peut être récupéré de la phase liquide.
Bien entendu, ce qui a été dit des relations entre le racémique et l'isomère L est également vrai en ce qui concerne le racémique et l'isomère D.
Exei ? iple I :
On a dissous complètement 20 g d'acide DLhomocystéique dans 50 ml d'eau en chauffant, on a refroidi la solution à 30t) C, puis on a amorce la cristallisation avec 3 g de cristaux d'acide L-homocys- téique. Après 40 mn à 30t) C, on a séparé les cristaux de la solution et on les a lavés deux fois avec un mélange d'eau et d'éthanol (1 : 1) et avec de Féthano ! à 99, 5 O/o, et on les a sèches. On a obtenu 5, 3 g de cristaux d'acide L-homocystéique (ccn = + 21, 121).
Comme la rotation spécifique de l'acide L-homocystÚique pur est censÚe Ûtre [α] 20 D = + 22,2¯, la puretÚ optique calculée des cristaux obtenus est égale à 95, 2 lo. L'analyse des eaux mères a donné une concentration d'acide D-homocystéique de 3, 5 O/o en poids.
Exemple :
On a préparé une solution saturée d'acide DL homocystéique à 60ç > C en ajoutant 60 g d'acide DLhomocystéique à 100 ml d'eau et en filtrant la solution rapidement après 1'avoir agitée énergiquement pendant 2 h. On a amorcé la cristallisation avec 5 g de cristaux d'acide D-homocystéique en agitant la solution à 60 C et on a refroidi la solution de manière que la sursaturation augmente de 1 /o en poids par 5 mn. Après 1 h, la température était de 30e C. Le poids des cristaux, séparés par filtration et lavés comme dans l'exemple 1, a été de
12, 6 g et la rotation spécifique a été 20, 3,,.
La pureté optique a donc été de 91, 5 /o. La concentration de l'acide L-homocystéique dans les eaux mères a été de 4, 65 ouzo en poids.
Exemple 3 :
On a dissous 55 g d'acide DL-homocystéique et 5g d'acide L-homocystéique dans 100 ml d'eau en chauffant et on a amorcé la cristallisation en ajoutant 10 g de cristaux d'acide L-homocystéique à 600 C après avoir agité pendant 10 mn. On a refroidi la solution à une vitesse de 2, 0-2, 5 > C par 10 mn jusqu'à une température de 49"C (le temps nécessaire a été de 50 mn) et on a séparé les cristaux de la solution.
On a obtenu 17 g d'acide L-homocystéique présentant une rotation spécifique [a] = + 19, 7", soit une pu ruz reté optique de 88, 8"/o.
Exemple 4 :
On a amorcé la cristallisation dans 40 ml de solution saturée d'acide DL-homocystéique à 300 C en ajoutant 2 g de cristaux d'acide L-homocystéique et on a ajouté goutte à goutte 10 ml de méthanol à la solution. Après 40 mn, on a séparé par filtration 3, 7 g de cristaux d'acide L-homocystéique, dont la rotation spécifique et la pureté optique ont été [a] = +18, 7" et 84, 3 /o, respectivement. La concentration de l'iso- mère D dans les eaux mères a été de 2n8 lo en poids.
Exemple 5 :
On a dissous 40 g d'acide DL-homocystéique dans
100 ml d'eau et on a encore ajouté un peu d'acide Lhomocystéique à 50 C. On a filtré la solution pour séparer les cristaux en excès (par analyse, on a établi que les concentrations de la forme DL et de l'isomère
L dans le filtrat étaient de 27, 5 zozo et de 3, 5'"/ & en poids respectivement). On a laissé la solution reposer jusqu'au lendemain à 300 C pour faire cristalliser l'isomère L sans amorçage et on l'a encore laissée reposer pendant 8 h à 300 C en la secouant de temps à autre. On a séparé les cristaux par filtration, on les a lavés avec un mélange d'eau et d'alcool pour éliminer les eaux mères restant adhérentes, et on les a sèches.
On a obtenu 5, 9 g de cristaux d'une pureté optique de 73, 6 ID/o. La concentration de l'isomère D dans les eaux mères a été de 1, 1 /o.
Exemple 6 :
On a dissous 25 g d'acide DL-homocystéique et 12, 2 g de DL-homocystéate de sodium monohydrate dans 46 ml d'eau en chauffant (le pH de la solution a été de 1, 8), On a refroidi 30ml de la solution à 30O C, on a ajouté 1, 0 g d'acide L-homocystéique pour amorcer la cristallisation et, après avoir agité pendant 30 mn à 300 C, on a séparé les cristaux, on les a lavés deux fois avec un mélange d'eau et d'étha- nol (1 : 1) et avec de l'éthanol à 99, 5 o/o et on les a sèches.
On a obtenu des cristaux d'acide Lhomocystéique présentant une rotation spécifique
[α]23 D = + 21,1¯ (puret? optique 95, 2'"/o) en quantité de 1, 7 g. La proportion d'acide D-homocystéique dans les eaux mères a été de 2, 2 ()/o en poids.
Exemple 7 :
Après avoir dissous 12 g de DL-homocystéate de monoammonium dans 20 ml d'eau à 500 C, on a ajouté 20 ml d'Úthanol et on a amorcé la cristallisation avec 2, 0 g de L-homocystéate de monoammonium. Après avoir laissé refroidir la solution naturellement pendant 20 mn en agitant, on a séparé 3, 6 g de cristaux de L-homocystéate de monoammonium par filtration. Rotation spécifique des cristaux ainsi obtenus [a] 4D = + 18, 1 (c = 4, HCI 2N). Comme la rotation spécifique du L-homocystéate de monoammonium pur est [a] 2D= + 18, 60, la pureté optique des cristaux obtenus est de 97, 3 /o.
Les eaux mères ont contenu 3, 0 O/o en poids de l'antipode Dhomocystéate de monoammonium. On a dissous 2, 0 g des cristaux obtenus dans 10ml d'eau et on a fait passer la solution à travers une colonne remplie de 20 ml d'échangeur de cations sulfoné Amberlite
IR-120 (fabriqué par Rohm et Haas Co.) sous forme acide, puis 50ml d'eau. En concentrant les deux effluents à sec, on a obtenu 1, 63 g d'acide L-homocystique. La teneur en azote et la rotation spécifique ont été respectivement 7, 64'0/o et [a] 20 = + 21, 50
(c = 4, HCI 1N). La pureté optique de l'acide Lhomocystéique obtenue est donc égale à celle du Lhomocystéate de monoammonium avant le traitement par l'échangeur de cations.
Exernple 8 :
On a dissous 14 g de DL-homocystéate de monoammonium et 0, 5 g de L-homocystéate de monoammonium dans 10ml d'eau en chauffant. Après avoir refroidi la solution à 380 C, on a ajouté 1, 0 g d'isomère L pour amorcer la cristallisation, et on a refroidi à 30 C en 30 mn. 2, 9 g de cristaux de Lhomocystéate de monoammonium se sont séparés de la solution. La rotation spécifique des cristaux obte- nus [(X] 22 = + 18, 2 (c = 4, HC1 2N). La pureté optique est de 97, 5' /o.
Exemple 9 :
113 g d'une solution aqueuse contenant 27, 7 g d'acide DL-homocystéique et 7, 7 g d'ammoniac (trois fois la quantité équivalente à l'acide DL-homocystique) a été concentrée jusqu'à 55 g à 40 C sous pression réduite. Après avoir ajouté 1, 0 g de L-homo cystéate de monoammonium pour amorcer la cristallisation, on a encore évaporé 3 ml d'eau (solvant) en 30 mn et 2, 3 g de cristaux de homocystéate de monoammonium se sont séparés de la solution à 40 C.
La rotation spécifique et la pureté optique des cristaux obtenus ont été [opa =-)-17, 6 (c = 4,
HCl 2N) et 94, 6 11/o respectivement.
Exemple 10 :
On a ajouté 90 ml d'eau à 100 g d'acide L-homocystique présentant une pureté optique de 70 /o et on a agité la suspension ainsi formée pendant 2 h à 30 C. On a filtré pour séparer la phase solide, on l'a lavée avec de l'éthanol humide pour éliminer les eaux mères adhérentes, puis on l'a séchée. La quantité obtenue a été de 68 g et la pureté optique déterminée par la mesure de la rotation optique spécifique suivant la méthode générale a été de 99' /o.
Exemple 11 :
On a ajouté 52 ml d'Úthanol à 20 ouzo (en volume) à 40 g d'acide L-homocystéique d'une pureté optique de 75'0/o et on a agité la suspension pendant 3 h à 300 C au moyen d'un agitateur pourvu d'un joint étanche à l'air. Ensuite, on a séparé la phase solide en filtrant la suspension, on a lavé le solide avec de l'Úthanol humide pour éliminer les eaux mères adhé- rentes et on l'a séchée. La quantité obtenue a été de 29, 5 g et la pureté optique déterminée par mesure de la rotation optique spécifique a été de 98, 5 /o.
Exemple 12 :
On a procédé comme décrit dans l'exemple 11, mais en remplaçant l'éthanol par du méthanol. On a obtenu 30 g d'un produit d'une pureté optique de 97'"/o. En remplaçant le méthanol par de l'isopro- panol, la quantité obtenue a été de 30 g et la pureté optique de 96 /o.
Exemple 13 :
On a ajouté 8 ml d'eau a 6, 8 g d'acide D-homocystique d'une pureté optique de 2û /o, puis on a ajouté 2, 4 g d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 17, 7 /o en agitant à 300 C. On a encore agité la suspension ainsi obtenue pendant 5 h à 30t) C.
On a séparé la phase solide par filtration, on l'a lavée avec de l'éthanol humide et on l'a séchée. La quantité obtenue a été de 1, 2 g et sa pureté optique de 97 0/1).
Exemple 14 :
50 g d'acide L-homocystéique d'une pureté optique de 95 /o (c'est-à-dire contenant 2, 5 g d'acide DLhomocystéique comme impureté) ont été ajoutés à 59 g d'une solution saturée d'acide L-homocystéique à 30w C, et le mélange a été agité pendant 6 h à 30 C. On a séparé la phase solide de la solution et, après l'avoir lavée avec une petite quantité d'éthanol aqueux à 50 /o, on a séché les cristaux séparés. La quantité obtenue a été de 48, 5 g et la pureté optique a été de 99, 5 /0.
Method for optical doubling of homocysteic acid
or a monoammonium salt thereof
The present invention relates to a process for the optical resolution of homocysteic acid or of a monoammonium salt thereof into their optically active components.
Homocysteic acid is an amino acid derived from glutamic acid by substitution of a sulfonic group at the ss / -carboxy group. This acid, particularly in its optically active forms, is used for many syntheses, and monosodium Lhomocysteate has a flavoring power similar to and greater than that of monosodium L-glutamate.
As the acid has not been found so far in animals and plants, it can only be obtained by synthesis, which synthesis inevitably leads to a DL mixture. It is therefore necessary to carry out an optical resolution in order to obtain an optically active homocysteic acid.
The known processes for the resolution of DL-homocysteic acid are chemical processes>>, which involve the preparation of diastereomeric salts by reaction of DL-homocystic acid with optically active bases such as strychnine, cinchonine and quinine , and the doubling of the diastereoisomers thanks to their differences in physicochemical properties, in particular in solubility. However, these methods cannot be applied economically on an industrial scale, because they require the use of very expensive optically active bases in an amount equivalent to that of homocysteic acid, and the operations are complicated.
The invention relates to an easy and economical process for resolving DL-homocysteic acid or a monoammonium salt thereof.
As a result of numerous experiments on the physical properties of optically active and racemic homocysteic acids and their monoammonium salts, using solvents such as water or mixtures of water and water-miscible organic solvents, we found that 1) the solubility of racemic acid is greater than that of its optically active isomers, 2) crystals of optically active isomers do not dissolve in saturated solution of racemic acid, 3) optically active isomers selectively crystallize from a supersaturated solution of racemic acid when crystallization is initiated with crystals of one of the optically active isomers, 4)
selective crystallization of an optically active isomer also occurs in a supersaturated solution of a mixture of an optically active isomer and racemic acid without priming, and 5) facts 1 to 4 above are independent of temperature. We have also found that these relationships between the physical properties of optically active isomers and those of the racemate are found in the case of monoammonium homocysteate.
The invention is based on the above facts and it allows the homocysteic acid to be resolved very easily without the preparation of diastereomers as in known chemical processes.
In accordance with the invention, the supersaturated state of an aqueous solution of racemate (racemic homocysteic acid or monoammonium salt thereof) or of an aqueous solution of a mixture of racemate is created and maintained. of a small proportion of an optically active isomer, and an optically active isomer is crystallized in the presence of crystals of said optically active isomer, and then the crystals are separated from the solution.
This process can be carried out at a temperature between 200 C and the boiling point of the solution, but it is more advantageous to operate between 30n C and 800 C. To create and maintain the supersaturated state of the solution racemate, the following methods can be used, singly or in combination:
1) Cooling of the solution, because the solubility of homocysteic acid or of its monoammonium salt increases with increasing temperatures, as is apparent from an examination of Table I, in which the solubility of the acid is given homocysteic and salt at 30 C, 40 C and 50t} C.
Table I
Solvent Dissolved body Solubility
30th G 40a C 50o C
Water DL-homocysteic acid 34, 9 41, 0 49, 7
Water L-homocystic acid 18, 3 20, 5 25, 6
DL-Homocysteate water 123 152 188
L-Homocysteate water 83 101 124
Water-methanol DL-Homocysteate 30 44 63
(1:
1)
L-Homocysteate 15 22 32 (Homocysteate means monoammonium homocysteate)
2) Addition to the solution of organic solvents which are miscible with water and in which homocysteic acid or monoammonium homocysteate is sparingly soluble, for example lower aliphatic alcohols such as methanol, ethanol and propanol.
Table II gives the quantity of supersaturated homocysteic acid (which can always be crystallized) at 30 C in a supersaturated solution prepared by adding 15 g of the indicated aliphatic alcohol to 100 g of saturated solution of homocysteic acid which contains 26 g of the acid.
Table 77
Alcohol added Amount of acid
homocysteic supersaturation
Methanol 7.4 g
Ethanol 7.0 g
Propanol 7.7 g
3) Concentration of the solution by evaporation of the solvent (water).
When a solution of a mixture of racemate and a small proportion of an isomer is supersaturated, the optically active isomer crystallizes in the solution and the crystals have a priming action, so that it is not no need to initiate crystallization with optically active isomer crystals. Initiation of crystallization by means of the optically active isomer is, however, desirable in order for the resolution to take place more regularly, and the proportion of added initiator crystals is generally more than 0.1 oz by weight of the solution. whether or not the solution contains an excess of one of the optically active isomers in the dissolved state.
Further, it is desirable to keep the rate of selective crystallization of the isomer constant by controlling the degree of supersaturation, i.e. by controlling the cooling rate, the rate of addition of the organic solvent, etc.
As selective crystallization proceeds, the proportion of the antipode which remains in solution increases in direct proportion to that of the isomer which crystallizes. The antipode is present in a supersaturated or almost stable state, because the optically active isomers of homocysteic acid or its monoammonium salt are not soluble in a saturated solution of the racemate. It is therefore essential to maintain the antipode in a quasi-stable state in order to avoid crystallization of the antipode and contamination of the product.
From our experiments, the amount of isomer which can remain dissolved in the saturated or supersaturated solution of the racemate increases approximately in proportion to the total concentration of all solutes, and it is relatively large (sometimes it is greater than 20 ouzo per compared to the total amount of all solutes). This is also the case when part of the homocysteic acid is transformed into sodium homocysteate. Table III illustrates these facts in the case of homocysteic acid.
Table 111
Concentration
Maximum concentration
Isomeric solvent
homocysteic aptive
o active
(AT)./. (Water + methanol 5 1, 1 22
Water 25 4 16
Water 35 5 14 Water + NaOH 42 6 14
The object of the invention, which is the resolution of the racemic homocysteic acid or its monoammonium salt, can be achieved and very effectively thanks to the fact that a large amount of optically active isomer can remain dissolved in a quasi state. stable in saturated racemate solution.
In accordance with the invention, when the L isomer is crystallized by cooling a supersaturated aqueous solution of the racemate after initiating crystallization with crystals of the L isomer, an amount of the antipode, the D isomer, equals to the amount of L isomer crystallized, remains in solution.
Therefore, if, after having separated the crystallized L isomer, one adds to the mother liquors of the racemate in an amount double that of the crystallized and separated L isomer, and if the racemate is dissolved by heating and the solution is made again supersaturated, then crystallization is initiated with the D isomer, the D isomer can be crystallized in an amount approximately double the amount of L isomer previously crystallized, that is to say in an amount approximately equal to that of the added racemate.
Similarly, if an amount of racemate equal to that of isomer D obtained is added to the second mother liquor, and this racemate is dissolved by heating and the solution is supersaturated by cooling after having initiated crystallization with of the isomer
L, an amount of L isomer equal to that of the added racemate can be obtained. It can therefore be seen that it is possible to completely resolve the DL-homocystic acid or its monoammonium salt by using the same solution and by repeating the same cycle of operations.
Further, if the supersaturated state is created or maintained by concentrating the solution, the cycle of operations can be completed after each separation of crystallized optically active isomer by adding to the concentrated solution an amount of saturated solution. of racemate compensating for the amount of solvent (water) previously evaporated.
The method of creating and maintaining the supersaturated state by adding organic solvent is a little different from the other methods above. Indeed, this method can be carried out by repeating the following cycle of operations: adding organic solvent to the racemate solution to make it supersaturated, initiating crystallization with crystals of one of the isomers, for example the L isomer , maintain the supersaturated state of the solution in order to grow the crystals, separate these enlarged crystals from the solution to leave the antipode (isomer D) in solution, then prime with the other isomer (isomer D), add organic solvent in the solution to maintain the supersaturated state to grow the crystals, then separate the enlarged crystals.
The methods mentioned make it possible to resolve racemic homocysteic acid or its monoammonium salt very efficiently. It is, however, difficult to obtain an optically pure compound by resolution and the resolved product generally contains a low proportion of racemic substance. It is therefore necessary to further purify the resolution product if it is desired to obtain the optically active homocysteic acid or its salt in the substantially pure state.
This purification of the optically active homocysteic acid can be carried out by virtue of the specific properties mentioned above concerning the solubility of the optically active and racemic homocysteic acids.
In fact, when a mixture of racemic homocysteic acid and optically active isomer, for example L-homocysteic acid, is added in sufficient quantity to water and the equilibrium between solid and liquid is reached. with the aid of agitation, only the racemic is present in the liquid phase. The solid phase at the bottom of the container consists of isomer
L and in excess of the racemic, and the solubility of the racemic is equal to that of the racemic when added alone to water. Further, when the ratio of the racemic to the L-isomer in the added mixture is decreased so that the racemic completely dissolves and saturates the water, the solute is racemic alone and the solid phase is only the isomer. L.
When the amount of racemic is further reduced, part of the L isomer enters the liquid phase in the desired proportion to compensate for the amount of racemic which is lacking to saturate the solution. Of course, the solid phase is formed only of the L isomer.
The above-mentioned character of the cosolubility of the optically active homocysteic acid and the racemate is observed not only in water but also in a mixture of water and a water-miscible organic solvent such as methanol. , ethanol or propanol. This character is also observed when the solution contains, together with homocysteic acid, a mineral acid salt of homocysteic acid or an alkaline homocysteate (including the ammonium salt) provided that the solution formed is saturated with free homocysteic acid. In addition, this character is observed at any temperature between room temperature and the boiling point of the solvent.
It is therefore now possible, based on the principle described above, to separate the racemic and optically active homocysteic acids from one another in an easy and industrial manner.
In other words, the present purification process consists of a process for obtaining pure optically active homocysteic acid from a mixture of optically active and racemic homocysteic acids. According to this process, a solvent selected from the group consisting of water, an aqueous solution of a mineral acid or an alkali (including ammonia) and a mixture of water and water are added to said mixture. an organic solvent miscible with water, in an amount sufficient to completely dissolve the racemic homocysteic acid and form a solution substantially saturated with the racemic acid, or a little more or a little less than that amount, and the optically active acid is separated forming the solid phase at the bottom of the solution.
The selective dissolution process of this purification process can be carried out in various ways. For example (1) solvent is added to a crude mixture so as to form a solution substantially saturated with racemic at a given temperature, (2) after adding a crude mixture of L-isomer and racemic to a solvent and after having the racemate and part of the L-isomer are dissolved by heating, the suspension is cooled to substantially saturate the solution with the racemic, (3) a water-miscible organic solvent, for example alcohol, is added instead of cool the suspension as under (2), (4) evaporate the solvent instead of cooling the suspension as under (2), etc.
Further, when the amount of the racemic is small relative to that of the L-isomer in the crude mixture, the amount of solvent required to dissolve the racemic is so small that it may be difficult to stir the suspension and the racemic may not be completely dissolved.
In this case, it is preferable to operate as follows: (1) an excess of solvent is added to the crude mixture to facilitate agitation of the suspension, the solid is separated from the liquid by filtration, then the water is reused several times. mothers as a solvent, until the liquor is racemic saturated (i.e. until the liquor no longer dissolves the L isomer), (2) a saturated isomer solution is used As a stirring medium and a solvent, (3) a saturated solution of racemate is added as a stirring medium to the crude mixture, then a solvent is added in an amount necessary to dissolve the racemic.
By adopting these measures it is possible to completely dissolve the racemate leaving almost all of the isomer
L in solid phase, regardless of the ratio of the L isomer to the racemate in the crude mixture. The substantially pure L-isomer can therefore be obtained by the general methods of separating solids and liquids, and the racemate can be recovered from the liquid phase.
Of course, what has been said about the relationship between the racemic and the L isomer is also true for the racemic and the D isomer.
Exei? iple I:
20 g of DLhomocysteic acid was completely dissolved in 50 ml of water with heating, the solution was cooled to 30 ° C, then crystallization was initiated with 3 g of crystals of L-homocysteic acid. After 40 min at 30 ° C, the crystals were separated from the solution and washed twice with a mixture of water and ethanol (1: 1) and with ethanol! to 99.5%, and we dried them. 5.3 g of L-homocysteic acid crystals (ccn = + 21, 121) were obtained.
As the specific rotation of pure L-homocystÚic acid is supposed to be [α] 20 D = + 22.2¯, the calculated optical purity of the crystals obtained is equal to 95.2 lo. Analysis of the mother liquors gave a concentration of D-homocysteic acid of 3.50 / o by weight.
Example:
A saturated solution of DL homocysteic acid at 60 ° C was prepared by adding 60 g of DLhomocysteic acid to 100 ml of water and filtering the solution rapidly after stirring vigorously for 2 h. Crystallization was initiated with 5 g of crystals of D-homocysteic acid while stirring the solution at 60 ° C. and the solution was cooled so that the supersaturation increased by 1 / o by weight per 5 min. After 1 h the temperature was 30 ° C. The weight of the crystals, separated by filtration and washed as in Example 1, was
12.6 g and the specific rotation was 20.3 ,,.
The optical purity was therefore 91.5 / o. The concentration of L-homocysteic acid in the mother liquors was 4.65 ouzo by weight.
Example 3:
55 g of DL-homocysteic acid and 5 g of L-homocysteic acid were dissolved in 100 ml of water with heating and crystallization was initiated by adding 10 g of crystals of L-homocysteic acid at 600 C after having stirred for 10 min. The solution was cooled at a rate of 2.0-2.5> C per 10 min to a temperature of 49 ° C (the time required was 50 min) and the crystals were separated from the solution.
17 g of L-homocysteic acid were obtained, exhibiting a specific rotation [a] = + 19.7 ", ie an optical power of 88.8" / o.
Example 4:
Crystallization was initiated from 40 ml of saturated DL-homocysteic acid solution at 300 C by adding 2 g of L-homocysteic acid crystals and 10 ml of methanol was added dropwise to the solution. After 40 min, 3.7 g of L-homocysteic acid crystals were filtered off, the specific rotation and optical purity of which were [a] = +18.7 "and 84.3 / o, respectively. The concentration of isomer D in the mother liquors was 2n8% by weight.
Example 5:
40 g of DL-homocysteic acid were dissolved in
100 ml of water and further added a little Lhomocysteic acid at 50 C. The solution was filtered to separate the excess crystals (by analysis, it was determined that the concentrations of the DL form and the isomer
The L in the filtrate were 27.5% and 3.5% by weight respectively). The solution was allowed to stand overnight at 300 ° C. to crystallize the L isomer without priming and allowed to crystallize. was further left to stand for 8 h at 300 ° C., shaking it from time to time.The crystals were filtered off, washed with a mixture of water and alcohol to remove the mother liquors remaining adherent, and the crystals were removed. dried them.
5. 9 g of crystals with an optical purity of 73.6 ID / o were obtained. The concentration of the D isomer in the mother liquors was 1.1 / o.
Example 6:
25 g of DL-homocysteic acid and 12.2 g of sodium DL-homocysteate monohydrate were dissolved in 46 ml of water with heating (the pH of the solution was 1.8), 30 ml of sodium were cooled. solution at 30O C, 1.0 g of L-homocysteic acid was added to initiate crystallization and, after stirring for 30 minutes at 300 C, the crystals were separated, washed twice with a mixture with water and ethanol (1: 1) and with 99.5% ethanol and dried.
Homocysteic acid crystals showing specific rotation were obtained.
[α] 23 D = + 21.1¯ (optical purity 95.2 '"/ o) in an amount of 1.7 g. The proportion of D-homocysteic acid in the mother liquors was 2.2 () / o by weight.
Example 7:
After having dissolved 12 g of monoammonium DL-homocysteate in 20 ml of water at 500 ° C., 20 ml of ethanol was added and crystallization was initiated with 2.0 g of monoammonium L-homocysteate. After allowing the solution to cool naturally for 20 min with stirring, 3.6 g of monoammonium L-homocysteate crystals were separated by filtration. Specific rotation of the crystals thus obtained [a] 4D = + 18, 1 (c = 4, HCl 2N). Since the specific rotation of pure monoammonium L-homocysteate is [a] 2D = + 18.60, the optical purity of the crystals obtained is 97.3 / o.
The mother liquors contained 3.0 O / o by weight of the monoammonium homocysteate antipode. 2.0 g of the obtained crystals were dissolved in 10 ml of water and the solution was passed through a column filled with 20 ml of Amberlite sulfonated cation exchanger.
IR-120 (manufactured by Rohm and Haas Co.) in acid form, then 50ml of water. By concentrating the two effluents to dryness, 1.63 g of L-homocystic acid were obtained. The nitrogen content and the specific rotation were respectively 7, 64'0 / o and [a] 20 = + 21, 50
(c = 4, 1N HCl). The optical purity of the Lhomocysteic acid obtained is therefore equal to that of the monoammonium Lhomocysteate before the treatment with the cation exchanger.
Example 8:
14 g of monoammonium DL-homocysteate and 0.5 g of monoammonium L-homocysteate were dissolved in 10 ml of water with heating. After cooling the solution to 380 ° C., 1.0 g of L-isomer was added to initiate crystallization, and the mixture was cooled to 30 ° C. over 30 min. 2.9 g of monoammonium homocysteate crystals separated from the solution. The specific rotation of the obtained crystals [(X] 22 = + 18, 2 (c = 4, HCl 2N). The optical purity is 97.5 '/ o.
Example 9:
113 g of an aqueous solution containing 27.7 g of DL-homocysteic acid and 7.7 g of ammonia (three times the amount equivalent to DL-homocystic acid) was concentrated to 55 g at 40 C under reduced pressure. After adding 1.0 g of monoammonium L-homocysteate to initiate crystallization, 3 ml of water (solvent) were further evaporated over 30 min and 2.3 g of crystals of monoammonium homocysteate separated from the mixture. solution at 40 C.
The specific rotation and the optical purity of the crystals obtained were [opa = -) - 17, 6 (c = 4,
2N HCl) and 94.6 11 / o respectively.
Example 10:
90 ml of water was added to 100 g of L-homocystic acid having an optical purity of 70%, and the suspension thus formed was stirred for 2 h at 30 C. It was filtered to separate the solid phase, it was then stirred. washed with wet ethanol to remove adherent mother liquors, then dried. The amount obtained was 68 g and the optical purity determined by measuring the specific optical rotation according to the general method was 99%.
Example 11:
52 ml of 20 ouzo ethanol (by volume) were added to 40 g of L-homocysteic acid with an optical purity of 75% and the suspension was stirred for 3 h at 300 ° C. by means of 'an agitator provided with an airtight seal. Then, the solid phase was separated by filtering the suspension, the solid was washed with wet ethanol to remove the adherent mother liquors and dried. The amount obtained was 29.5 g and the optical purity determined by measuring the specific optical rotation was 98.5 / o.
Example 12:
The procedure was as described in Example 11, but replacing the ethanol with methanol. 30 g of a product with an optical purity of 97% were obtained. By replacing the methanol with isopropanol, the amount obtained was 30 g and the optical purity was 96%.
Example 13:
8 ml of water was added to 6.8 g of D-homocystic acid with an optical purity of 2%, then 2.4 g of an aqueous solution of sodium hydroxide at 17% was added. 7 / o while stirring at 300 C. The suspension thus obtained was further stirred for 5 h at 30 ° C.
The solid phase was filtered off, washed with wet ethanol and dried. The amount obtained was 1.2 g and its optical purity was 97 0/1).
Example 14:
50 g of L-homocysteic acid with an optical purity of 95% (i.e. containing 2.5 g of DLhomocysteic acid as an impurity) was added to 59 g of a saturated solution of L-homocysteic acid at 30w C, and the mixture was stirred for 6 h at 30 C. The solid phase was separated from the solution and, after washing it with a small amount of 50% aqueous ethanol, the separated crystals were dried. The amount obtained was 48.5 g and the optical purity was 99.5 / 0.