CN101659622A - 一种缬氨酸拆分方法 - Google Patents
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Abstract
一种新的缬氨酸化学拆分方法,采用手性拆分剂二苯甲酰-L-酒石酸(L-DBTA)或二苯甲酰-D-酒石酸(D-DBTA),工艺如下:将外消旋缬氨酸(DL-Val)溶于溶剂稀酸中,升温至完全溶解后按外消旋氨基酸与加入手性拆分剂摩尔比为1∶0.5~1∶2.5的比例加入手性拆分剂,60~100℃下反应1~4h,冷却至室温或更低,过滤得到滤饼;再将滤饼加入到稀盐酸溶液中,升温至75~100℃反应1~4小时,搅拌并缓慢冷却至室温或更低,过滤得到手性拆分剂滤液蒸干后溶于水和/或低级醇溶剂中,调pH至5.5~6.5,将析出晶体过滤、干燥即得D-Val或L-Val。
Description
技术领域:
本发明涉及一种手性化合物的拆分方法,特别涉及缬氨酸的拆分方法。
背景技术:
缬氨酸(Valine,简称Val)化学名为2-氨基-3-甲基丁酸,是一种支链氨基酸,在缬氨酸的两种旋光异构体中,L-缬氨酸是一种人体必须氨基酸,广泛用于食品、饮料及饲料添加剂的应用,还可以用于制备各种氨基酸注射液并广泛用于改善手术前后病人的营养状况及对大面积烧创伤、严重感染、严重肝部疾病,肾功能不全患者的营养支持治疗。而D-缬氨酸则是一种重要的手性中间体,广泛应用于主要用于生产新型广谱抗生素、D-缬氨醇、多肽合成过程的缬氨酸保护剂。其本身也是一种重要的有机手性源,主要应用于手性药物、手性添加剂、手性助剂等领域,在某些手性化合物的不对称合成过程中具有很大的、不可替代的作用。
目前,L-缬氨酸主要采用生物发酵法制备,D-缬氨酸的制备主要有诱导结晶法、微生物不对称转换法和化学拆分法几种。
1965年Susellln Tatsumi等报道,在饱和或超饱和的外消旋缬氨酸(DL-Val)盐酸盐溶液中加入晶种,可以结晶出D-缬氨酸盐酸盐,中和后得D-缬氨酸,光学纯度为93%,收率低于10%。1988年Nohira Hiroyuki等在DL-蛋氨酸盐酸盐,DL-丙氨酸盐酸盐和磺酸存在下,通过诱导结晶,让D-缬氨酸盐酸盐优先从溶液中析出;他还在对二甲苯磺酸存在下进行诱导结晶,得到D-缬氨酸,光学纯度为89.8%。然而,采用诱导结晶法制备D-缬氨酸时,结晶周期长、收率低、光学纯度也不高,不适合工业生产。微生物不对称转换法有大量报道,目前常见的为海因法,其中最有代表性的是M·Battilotti和U·Barberini用放射形土壤杆菌所产生的酶催化水解DL-5-异丙基海因.该菌富含海因水解酶和氨甲酞水解酶,在它的催化下,可以直接从反应液中分离出D-缬氨酸,产率为60%。该方法的缺点是反应的前体DL-5-异丙基海因须用剧毒的氢氰酸制备,而且收率也不太高,距工业化生产还有一定距离。化学拆分法是一种古老而又年轻的方法。用化学拆分方法拆分、制备D-缬氨酸国外仅有少量报道。1934年D·F·Holmes用薄荷醇合成的手性试剂L-薄荷醇氧基乙酰氯与DL-缬氨酸生成非对映体酰胺,通过分级结晶将其分开,酰胺在乙醇水溶液中与HBr反应得光学活性D-缬氨酸。所用手性拆分剂合成需四步完成,整个拆分工艺过程比较繁琐,产品的光学纯度和收率也没有报导。1984年Tadashi shiraiwa在含有L-苯丙氨酸和DL-缬氨酸的碱性溶液中用HCl调pH值至5.5,沉淀出L-苯丙氨酸和D-缬氨酸加合物,加合物溶于水后用活性炭吸附除去L-苯丙氨酸得到D-缬氨酸,其产率为49-63%,光学纯度为84-100%,产物的收率和光学纯度都不够高。
中国发明专利03132137.2公开了一种化学拆分法制备D-缬氨酸和L-缬氨酸的方法,该发明公开了以稀盐酸作为溶剂,分别以手性拆分剂二苯甲酰D-酒石酸(D-DBTA)和二苯甲酰L-酒石酸(L-DBTA)对外消旋缬氨酸(DL-Val)进行拆分,在此发明公开的技术方案中,DL-Val分别和拆分剂形成D-Val·D-DBTA盐和L-Val·L-DBTA盐,再分别在乙醇中与碱性试剂中和即可分别得到D-Val与D-DBTA盐和L-Val与L-DBTA盐,再将D-DBTA盐或L-DBTA盐分别用稀酸中和即可回收得到手性拆分剂DBTA。该方法所用拆分剂原料较易获得,拆分剂可以回收利用,且所用溶剂成本较低,对环境污染较小。然而,在该发明公开的技术方案中虽然公开了手性拆分剂可以通过稀酸中和的方法进行回收,但没有公开具体的回收工艺与收率,我们发现,采用稀酸中和的方法回收的手性拆分剂D-DBTA或L-DBTA收率很低,回收率只有30%左右,而手性拆分剂的价格十分昂贵,手性拆分剂的回收率决定了D-缬氨酸和L-缬氨酸的成本,过低的拆分剂回收率使得生产D-缬氨酸和L-缬氨酸的成本过高,影响了这种方法的推广使用。
发明内容:
为克服现有技术中的缺陷,本发明提供了一种新的缬氨酸化学拆分方法,按照以下工艺步骤进行操作:
(1)将外消旋缬氨酸(DL-Val)溶于溶剂稀酸中,待完全溶解后按DL-Val与加入手性拆分剂摩尔比为1∶0.5~1∶2.5的比例加入手性拆分剂D-DBTA或L-DBTA,在60~100℃下反应1~4h,冷却至20℃以下,过滤得到滤饼即D-Val·D-DBTA盐或L-Val·L-DBTA盐,滤液保留。
(2)将步骤(1)得到的滤饼加入到稀盐酸溶液中,升温至75~100℃反应1~4小时,搅拌并缓慢冷却至20℃以下,过滤得到手性拆分剂D-DBTA或L-DBTA。滤液蒸干后溶于水和/或低级醇溶剂中,用碱中和调pH至5.5~6.5,将析出晶体过滤、干燥即得D-Val或L-Val。
(3)将步骤(1)所得到的滤液蒸干后溶解于水和/或低级醇溶剂中用碱中和调pH至5.5~6.5,将析出晶体过滤、干燥得到相应的L-Val或D-Val。
工艺路线图如图1或者图2所示
所述的步骤(1)所用溶剂稀酸为稀强酸,优选为稀盐酸或稀硫酸,所述稀酸的浓度为0.1~1mol/L,所述的溶剂稀酸中氢离子与DL-Val的摩尔比为0.5~1∶1。
所述的步骤(2)所用的稀盐酸优选浓度为0.5~6mol/L,特别优选为0.5~3mol所述的稀盐酸与D-DBTA或L-DBTA的摩尔比1~6∶1。
所述的步骤(2)和步骤(3)中的低级醇为C1~C4的脂肪醇,优选甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的一种或几种,所述的溶剂特别优选水与甲醇或乙醇的混和溶剂,水与醇的体积比优选为0~5∶5,所述步骤(2)和步骤(3)中所用的碱可以包括但不仅限于氨气、氨水、三乙胺、碳酸铵、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种。优选氨水、三乙胺、5~40%重量百分比的氢氧化钠溶液中的一种或几种。
采用本发明所述的工艺方法拆分DL-缬氨酸时D-Val和L-Val的收率均可达到70%以上,光学纯度大于98%,并且与现有技术相比,由于在步骤(2)中采用了用稀盐酸处理缬氨酸与手性拆分剂所成盐的方法预回收了手性拆分剂DBTA,从而使手性拆分剂的回收率也达到75~90%,大大提高了整个拆分工艺方法的经济性,使其更适用于工业化生产。
附图说明:
图1是本发明提供的缬氨酸化学拆分方法中以D-DBTA为拆分剂的工艺路线图
图2是本发明提供的缬氨酸化学拆分方法中以L-DBTA为拆分剂的工艺路线图
具体实施方式:
外消旋缬氨酸(DL-Val),购自上海康达氨基酸厂,含量≥99%,比旋度0°。
本发明所述实施例中比旋度参照中国药典2005版检测方法。
实施例1-1
(1)取23.4g DL-Val溶于1mol/L稀盐酸150ml中,加入38g D-DBTA,升温至90℃,反应2h,冷却至15℃,过滤得到结晶湿品,滤液保留。
(2)取步骤(1)所得结晶湿品,加入1mol/L稀盐酸200ml,升温至100℃,反应3小时,搅拌,冷却至15℃过滤,滤饼烘干得到D-DBTA 34g留待套用,滤液蒸干后加入体积比为6∶4的乙醇∶水溶液50ml溶解,滴加氨水调pH=5.5,将析出晶体过滤得到D-Val8.8g,所得D-Val含量98.8%。比旋度-27°。
(3)步骤(1)所得滤液蒸干,加入6∶4的乙醇∶水溶液50ml溶解,滴加中和至pH=5.5将析出晶体过滤得到12g,测得L-Val含量98.5%,比旋度+26.9°。
实施例1-2
(1)取23.4g DL-Val溶于1mol/L稀盐酸200ml中,加入42g L-DBTA,升温至90℃,反应2h,冷却至15℃,过滤得到结晶湿品,滤液保留。
(2)取步骤(1)所得结晶湿品,加入1mol/L稀盐酸200ml,升温至100℃,反应3小时,搅拌,冷却至15℃过滤,滤饼烘干得到L-DBTA 38g留待套用,滤液蒸干后加入体积比为6∶4的乙醇∶水溶液50ml溶解,滴加氨水调pH=5.5,将析出晶体过滤得到L-Val9.2g,所得L-Val含量98.7%。比旋度+27°。
(3)步骤(1)所得滤液蒸干,加入7∶3的丁醇∶水溶液50ml溶解,滴加中和至pH=5.5将析出晶体过滤得到11.5g,测得D-Val含量98.6%,比旋度-26.9°。
实施例2-1
(1)取23.4g DL-Val溶于0.5mol/L稀硫酸200ml中,加入70gD-DBTA,升温至90℃,反应2h,冷却至15℃,过滤得到结晶湿品,滤液保留。
(2)取步骤(1)所得结晶湿品,加入2mol/L稀盐酸150ml,升温至95℃,反应6小时,搅拌,冷却至15℃过滤,滤饼烘干得到D-DBTA65g留待套用,滤液蒸干后加入体积比为6∶4的甲醇∶水溶液60ml溶解,滴加氨水调pH=5.5,将析出晶体过滤得到D-Val8.5g。所得D-Val含量98.7%,比旋度-27.1°。
(3)步骤(1)所得滤液蒸干,加入6∶4的甲醇∶水溶液60ml溶解,滴加中和至pH=5.5将析出晶体过滤得到11g,测得L-Val含量98.7%,比旋度+27°。
实施例2-2
(1)取23.4g DL-Val溶于0.3mol/L稀硫酸300ml中,加入50g L-DBTA,升温至90℃,反应2h,冷却至15℃,过滤得到结晶湿品,滤液保留。
(2)取步骤(1)所得结晶湿品,加入2mol/L稀盐酸150ml,升温至95℃,反应6小时,搅拌,冷却至15℃过滤,滤饼烘干得到L-DBTA 45g留待套用,滤液蒸干后加入体积比为6∶4的甲醇∶水溶液60ml溶解,滴加氨水调pH=5.5,将析出晶体过滤得到D-Val8.5g。所得L-Val含量98.6%,比旋度+27.2°。
(3)步骤(1)所得滤液蒸干,加入6∶4的甲醇∶水溶液60ml溶解,滴加中和至pH=5.5将析出晶体过滤得到11.1g,测得D-Val含量98.9%,比旋度-27.1°。
实施例3-1
(1)取23.4g DL-Val溶于0.3mol/L稀盐酸400ml中,加入70gD-DBTA,升温至90℃,反应2h,冷却至15℃,过滤得到结晶湿品,滤液保留。
(2)取步骤(1)所得结晶湿品,加入4mol/L稀盐酸100ml,升温至85℃,反应6小时,搅拌,冷却至15℃过滤,滤饼烘干得到D-DBTA65g留待套用,滤液蒸干后加入体积比为6∶4的甲醇∶水溶液60ml溶解,滴加氨水调pH=5.5,将析出晶体过滤得到D-Val8.5g。所得D-Val含量98.7%,比旋度-27.1°。
(3)步骤(1)所得滤液蒸干,加入6∶4的甲醇∶水溶液60ml溶解,滴加中和至pH=5.5将析出晶体过滤得到11.3g,测得L-Val含量98.7%,比旋度+26.9°。
实施例3-2
(1)取23.4g DL-Val溶于0.3mol/L稀盐酸350ml中,加入80g L-DBTA,升温至90℃,反应2h,冷却至15℃,过滤得到结晶湿品,滤液保留。
(2)取步骤(1)所得结晶湿品,加入4mol/L稀盐酸100ml,升温至85℃,反应6小时,搅拌,冷却至15℃过滤,滤饼烘干得到L-DBTA 75g留待套用,滤液蒸干后加入体积比为6∶4的甲醇∶水溶液60ml溶解,滴加氨水调pH=5.5,将析出晶体过滤得到D-Val8.5g。所得L-Val含量98.7%,比旋度+27.1°。
(3)步骤(1)所得滤液蒸干,加入6∶4的甲醇∶水溶液60ml溶解,滴加中和至pH=5.5将析出晶体过滤得到11.3g,测得D-Val含量98.7%,比旋度-27°。
实施例4-1
(1)取23.4g DL-Val溶于0.1mol/L稀硫酸500ml中,加入140gD-DBTA,升温至100℃,反应1.5h,冷却至15℃,过滤得到结晶湿品,滤液保留。
(2)取步骤(1)所得结晶湿品,加入6mol/L稀盐酸80ml,升温至75℃,反应6小时,搅拌,冷却至15℃过滤,滤饼烘干得到D-DBTA 135g留待套用,滤液蒸干后加入体积比为9∶1的乙醇∶水溶液100ml溶解,滴加30%NaOH溶液调pH=5.5,将析出晶体过滤得到D-Val 8.6g。所得D-Val含量98.8%,比旋度-26.5°。
(3)步骤(1)所得滤液蒸干,加入9∶1的乙醇∶水溶液100ml溶解,滴加中和至pH=5.5将析出晶体过滤得到11.5g,测得L-Val含量98.7%,比旋度+26.7°。
实施例4-2
(1)取23.4g DL-Val溶于0.1mol/L稀盐酸1000ml中,加入100g L-DBTA,升温至100℃,反应1.5h,冷却至15℃,过滤得到结晶湿品,滤液保留。
(2)取步骤(1)所得结晶湿品,加入6mol/L稀盐酸80ml,升温至75℃,反应1小时,搅拌,冷却至15℃过滤,滤饼烘干得到L-DBTA 135g留待套用,滤液蒸干后加入体积比为9∶1的乙醇∶水溶液100ml溶解,滴加30%NaOH溶液调pH=5.5,将析出晶体过滤得到L-Val 8.6g。所得D-Val含量98.7%,比旋度+26.9°。
(3)步骤(1)所得滤液蒸干,加入9∶1的乙醇∶水溶液100ml溶解,滴加中和至pH=5.5将析出晶体过滤得到11.5g,测得D-Val含量98.5%,比旋度-27°。
实施例5-1
(1)取23.4g DL-Val溶于0.3mol/L稀硫酸300ml中,加入40gD-DBTA,升温至80℃,反应4h,冷却至15℃,过滤得到结晶湿品,滤液保留。
(2)取步骤(1)所得结晶湿品,加入2mol/L稀盐酸200ml,升温至80℃,反应1小时,搅拌,冷却至15℃过滤,滤饼烘干得到D-DBTA 135g留待套用,滤液蒸干后加入甲醇120ml溶解,滴加10%NaOH溶液调pH=6.5,将析出晶体过滤得到D-Val 8.6g。所得D-Val含量98.8%,比旋度-28°。
(3)步骤(1)所得滤液蒸干,加入甲醇120ml溶解,滴加10%NaOH溶液中和至pH=5.5将析出晶体过滤得到11.5g,测得L-Val含量98.9%,比旋度+27.8°。
实施例5-2
(1)取23.4g DL-Val溶于0.1mol/L稀盐酸1000ml中,加入40gL-DBTA,升温至80℃,反应4h,冷却至15℃,过滤得到结晶湿品,滤液保留。
(2)取步骤(1)所得结晶湿品,加入2mol/L稀盐酸200ml,升温至80℃,反应3小时,搅拌,冷却至15℃过滤,滤饼烘干得到L-DBTA 135g留待套用,滤液蒸干后加入甲醇120ml溶解,滴加10%NaOH溶液调pH=6.5,将析出晶体过滤得到L-Val 8.6g。所得L-Val含量98.8%,比旋度+26.8°。
(3)步骤(1)所得滤液蒸干,加入甲醇120ml溶解,滴加10%NaOH溶液中和至pH=5.5将析出晶体过滤得到11.5g,测得D-Val含量98.7%,比旋度-26.9°。
Claims (9)
1、一种外消旋缬氨酸化学拆分方法,其特征再于按照以下工艺步骤进行操作:
(1)将外消旋缬氨酸(DL-Val)溶于溶剂稀酸中,待完全溶解后按DL-Val与加入手性拆分剂摩尔比为1∶0.5~1∶2.5的比例加入手性拆分剂D-DBTA或L-DBTA,在60~100℃下反应1~4h,冷却至20℃以下,过滤得到滤饼即D-Val·D-DBTA盐或L-Val·L-DBTA盐,滤液保留。
(2)将步骤(1)得到的滤饼加入到稀盐酸溶液中,升温至75~100℃反应1~4小时,搅拌并缓慢冷却至20℃以下,过滤得到手性拆分剂D-DBTA或L-DBTA。滤液蒸干后溶于水和/或低级醇溶剂中,用碱中和调pH至5.5~6.5,将析出晶体过滤、干燥即得D-Val或L-Val
工艺路线为:
2、如权利要求1所述的拆分方法,其特征是按照以下步骤操作:
(3)将步骤(1)所得到的滤液蒸干后溶解于水和/或低级醇溶剂中用碱中和调pH至5.5~6.5,将析出晶体过滤、干燥得到相应的L-Val或D-Val。
3、如权利要求1或2所述的拆分方法,其特征是,所述的步骤(1)所用溶剂稀酸为稀强酸,所述稀酸的浓度为0.1~1mol/L,所述的溶剂稀酸中氢离子DL-Val的摩尔比为0.5~1∶1。
4、如权利要求3所述的拆分方法,其特征是所述的溶剂稀酸为稀盐酸和/或稀硫酸。
5、如权利要求1至4中任一所述的拆分方法,其特征是所述的步骤(2)中所述的稀盐酸优选浓度为0.5~6mol/L,所述的稀盐酸与D-DBTA或L-DBTA的摩尔比1~6∶1。
6、如权利要求1至5中任一所述的拆分方法,其特征是其特征是所述的步骤(2)中所述的稀盐酸优选浓度为0.5~3mol/L。
7、如权利要求1至6中任一所述的拆分方法,其特征是所述的步骤(2)和步骤(3)中所述水与醇的体积比优选为0~5∶5,溶剂优选为水与甲醇或乙醇的混合溶剂。
8、如权利要求1至7中任一所述的拆分方法,其特征是所述的步骤(2)和步骤(3)所用的碱为氨气、氨水、三乙胺、碳酸铵、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾。
9、如权利要求8所述的拆分方法,其特征是所述的步骤(2)和步骤(3)所用的碱优选为氨水、三乙胺、5~40%重量百分比的氢氧化钠溶液中的一种或几种。
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