CN102559834A - 以dl-丝氨酸为原料制备d-丝氨酸和l-丝氨酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以DL-丝氨酸为原料制备D-丝氨酸和L-丝氨酸方法。1)碱性溶液中酰化制备N-乙酰-DL-丝氨酸;2)用D-氨基酰化酶水解1)中的N-乙酰D-丝氨酸;3)用强酸性阳离子树脂提取2)中的D-丝氨酸;4)L-氨基酰化酶拆分步骤3)中未水解的乙酰-DL-丝氨酸;5)用阳离子树脂柱分离L-丝氨酸和未拆分的乙酰-DL-丝氨酸;6)步骤5)中未拆分的乙酰-DL-丝氨酸投入步骤2)中循环利用。通过结合上述步骤,可以以工业水平实施D、L-丝氨酸的制备方法,且获得原料的高产率以及更少的废物流,简化了步骤,提高了原料的利用率和产品收率,降低了成本,因此较现有技术中的方法更有优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种以DL-丝氨酸为原料制备D-丝氨酸和L-丝氨酸方法。
背景技术
D-丝氨酸及其衍生物广泛应用于医药等领域,它是合成新药如抗菌和抗病毒药物、食品添加剂如人工甜味剂的重要中间体,特别是作为半合成抗生素的侧链原料D-丝氨酸,D-丝氨酸可显著改善孤独症病人的社交退缩,并可用于治疗精神分裂症等脑疾病,受到学术界和产业界的关注。
由于丝氨酸具有活泼的羟基,剧烈的反应条件将造成大量副产物的生成,所以目前研究或产业化采用比较温和的制备方法。已报道的制备D-丝氨酸的方法主要有:微生物转化或酶拆分法和传统的拆分法。微生物转化法是将L-丝氨酸消耗掉,剩下D-丝氨酸,这种方法存在原料利用率低,经济性差的缺点,同时由于微生物转化不彻底,造成产品光学纯度不高。酶拆分法采用L-氨基酰化酶水解其中的乙酰L丝氨酸,再将剩余的D-乙酰丝氨酸用盐酸水解得到D-丝氨酸,这种方法存在光学纯度不高。还有一种诱导结晶的方法,利用D-丝氨酸和L-丝氨酸的溶解度差,小心控制温度和浓度,使D-丝氨酸优先结晶出来。
为了既能充分利用原料,又能提高一次拆分收率,本发明采用酶法拆分,阳离子柱分离D-丝氨酸、L-丝氨酸的方法。
发明内容
本文介绍一种利用商品化D-氨基酰化酶和L-氨基酰化酶拆分DL丝氨酸制备D-丝氨酸和L-丝氨酸的方法,D-氨基酰化酶和L-氨基酰化酶分别专一性水解N-乙酰-D氨基酸和N-乙酰-L氨基酸。首先在乙酰-DL-丝氨酸的水溶液中加入D-氨基酰化酶,D-氨基酰化酶将其中的N-乙酰-D-丝氨酸水解成为D-丝氨酸和醋酸,水解液中的D-丝氨酸通过阳离子交换树脂柱提取纯化。经过阳离子树脂柱的水解液用减压蒸发的方法除去乙酸,中和稀释后再加入L-氨基酰化酶将其中的N-乙酰-L-丝氨酸水解成L-丝氨酸和醋酸,此水解液中的L-丝氨酸通过阳离子交换树脂柱提取纯化。未水解的N-乙酰-D(L)-丝氨酸可以重新用D-氨基酰化酶和L-氨基酰化酶水解。通过本方法DL-丝氨酸全部转变为的D-丝氨酸和L-丝氨酸,总收率可达到95%以上,并且避免了容易产生大量副产物的消旋工序,使DL-丝氨酸的利用率更高,极大的降低了D-丝氨酸的成本,并保证了产品的光学纯度。
为了实现以上目的,本发明采用了以下技术方案:
1)碱性溶液中酰化制备N-乙酰-DL-丝氨酸;以DL-丝氨酸为原料,配制成碱性水溶液,pH在9~11,温度在30℃以下,滴加乙酸酐进行乙酰化,同时滴加NaOH或者KOH溶液,保证pH在9~11;经乙酸酐酰化得N-乙酰-DL-丝氨酸溶液;
2)用D-氨基酰化酶水解1)中的N-乙酰D-丝氨酸;将步骤(1)中制得的N-乙酰-DL-丝氨酸溶液加水到约0.2mol/L,调pH至7.9~8.2,加入1~18mg/L的D-氨基酰化酶粉,在38~39℃下拆分48~72h,测其旋光度后停止拆分;将拆分液加热至70~80℃,加入1~2g/L活性炭,保温30min后滤去活性炭;
3)用强酸性阳离子树脂提取2)中的D-丝氨酸;将步骤2)中滤去活性炭的拆分液以1m3/h流速通过阳离子树脂柱,待拆分液全部通过时,再用纯化水过柱,流出液pH到达4停止,得到的流出液I(含有大量的乙酰-L-丝氨酸和少量的乙酰-D-丝氨酸)。随后用纯化水洗柱,直至流出液pH至6~7,再用3%的氨水洗脱D-丝氨酸,当用茚三酮试剂检测显色开始收集洗脱液(D-丝氨酸溶液),直至pH升至10~11时,停止上氨水,继续上纯水直至流出液pH至7~8;洗脱液在真空条件下浓缩、结晶、离心、干燥制得D-丝氨酸;
4)L-氨基酰化酶拆分步骤3)中未水解的乙酰-DL-丝氨酸;将步骤3)中上柱时的流出液I,在真空条件下浓缩至原体积1/3,除去乙酸;调pH至6.9~7.2,加入1~18mg/LL-氨基酰化酶粉和1.2g/L氯化钴,在38~39℃下拆分48~72h,测其旋光度后停止拆分;将拆分液加热至70~80℃,加入1~2g/L活性炭,保温30min后滤去活性炭;
5)用阳离子树脂柱分离L-丝氨酸和未拆分的乙酰-DL-丝氨酸;将步骤4)中的拆分液通过阳离子树脂柱,待拆分液全部通过时,再用纯化水过柱,流出液pH到达4停止,得到的流出液II。随后用纯化水洗柱,直至流出液pH为6~7,再用3%的氨水洗脱L-丝氨酸,当用茚三酮试剂检测显色开始收集洗脱液(L-丝氨酸溶液),直至pH升至10~11时,停止上氨水,继续上纯水直至流出液pH至7~8;洗脱液在真空条件下浓缩、结晶、离心、干燥制得L-丝氨酸;
6)步骤5)中未拆分的乙酰-DL-丝氨酸投入步骤2)中循环利用。将步骤5)中上柱时的流出液II,含有少量的乙酰-DL-丝氨酸,在真空条件下浓缩至一定体积,除去乙酸;投入步骤2)中循环拆分利用。
通过结合上述步骤,可以以工业水平实施D、L-丝氨酸的制备方法,且获得原料的高产率以及更少的废物流,简化了步骤,提高了原料的利用率和产品收率,降低了成本,因此较现有技术中的方法更有优势。
附图说明
图1:本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
实施例1.
1)碱性溶液中酰化制备N-乙酰-DL-丝氨酸;
取1000mol的D、L-丝氨酸加入到有0.5m3纯化水的反应釜中,搅拌,同时滴加215L氢氧化钠溶液,直至丝氨酸完全溶解,再滴加105L酸酐,保证PH值在9~11,30℃以下发生酰化反应生成N-乙酰-D、L-丝氨酸,可得酰化原液约850L。
2)用D-氨基酰化酶水解1)中的N-乙酰D-丝氨酸;
用纯化水将酰化原液稀释,并调PH至7.9-8.2,使拆分液体积为5m3,浓度约为0.2mol/L。加入5g D-氨基酰化酶,升温至38-39℃,保温拆分48h,当测得拆分液旋光度将拆分液加热至70-80℃后加入1~2g/L活性炭,保温30min后过滤去活性炭。
3)用强酸性阳离子树脂提取2)中的D-丝氨酸;
将步骤2)中脱色后拆分液以1m3/h流速过1.7m3阳离子树脂(以732-树脂为例)的树脂柱(DN800×4000)收集流出液I9m3(含有大量乙酰L丝氨酸和少量乙酰D丝氨酸);随后用纯化水洗柱,直至流出液pH至6~7,再用3%的氨水洗脱D-丝氨酸,当用茚三酮试剂检测显色开始收集洗脱液,直至pH升至10~11时,停止上氨水,洗脱液4m3(含有大量D-丝氨酸)。继续上纯水直至流出液pH至7~8;将洗脱液(含有大量D-丝氨酸)真空浓缩结晶离心干燥制备得的D-丝氨酸约400mol,D-丝氨酸光学纯度为99%,收率约40%。
4)L-氨基酰化酶拆分步骤3)中未水解的乙酰-DL-丝氨酸;
将步骤3)中上柱时的流出液I浓缩至3m3后调PH至6.9-7.2,加入5gL-氨基酰化酶和3.6kg氯化钴,升温至38-39℃,保温拆分48h,当测得拆分液旋光度将拆分液加热至70-80℃后加入3kg活性炭保温30min后过滤去活性炭。
5)用阳离子树脂柱分离L-丝氨酸和未拆分的乙酰-DL-丝氨酸;
将步骤4)中脱色后拆分液以1m3/h流速过732-阳离子树脂柱,收集流出液II约4m3(含有少量的乙酰-D(L)-丝氨酸);随后用纯化水洗柱,直至流出液pH为6~7,再用3%的氨水洗脱L-丝氨酸,当用茚三酮试剂检测显色开始收集洗脱液(L-丝氨酸溶液),直至pH升至10~11时,停止上氨水,用纯化水洗柱,洗脱液约2m3(含有大量L-丝氨酸),继续上纯水直至流出液pH至7~8;将洗脱液真空浓缩结晶离心干燥制备得的L-丝氨酸约400mol,L-丝氨酸光学纯度为99%,收率约为42%。
6)步骤5)中未拆分的乙酰-DL-丝氨酸投入步骤2)中循环利用。
将步骤5)中上柱时的流出液II,含有少量的乙酰-DL-丝氨酸,在真空条件下浓缩至1m3,除去乙酸;继续循环拆分利用。
实施例2.
1)碱性溶液中酰化制备N-乙酰-DL-丝氨酸;
取1000mol的D、L-丝氨酸加入到有0.5m3纯化水的反应釜中,搅拌,同时滴加215L氢氧化钠溶液,直至丝氨酸完全溶解。再滴加105L酸酐,保证PH值在9~11,30℃以下发生酰化反应生成N-乙酰-D、L-丝氨酸,可得酰化原液约850L。
2)用D-氨基酰化酶水解1)中的N-乙酰D-丝氨酸;
用纯化水将酰化原液稀释,并调PH至7.9-8.2,使拆分液体积为5m3,浓度约为0.2mol/L。加入50g D-氨基酰化酶,升温至38-39℃,保温拆分60h,当测得拆分液旋光度将拆分液加热至70-80℃后加入1~2g/L活性炭,保温30min后过滤去活性炭。
3)用强酸性阳离子树脂提取2)中的D-丝氨酸;
将步骤2)中脱色后拆分液以1m3/h流速过1.7m3阳离子树脂(以732-树脂为例)的树脂柱(DN800×4000)收集流出液I9m3(含有大量乙酰L丝氨酸和少量乙酰D丝氨酸);随后用纯化水洗柱,直至流出液pH至6~7,再用3%的氨水洗脱D-丝氨酸,当用茚三酮试剂检测显色开始收集洗脱液,直至pH升至10~11时,停止上氨水,继续用纯化水洗柱,洗脱液4m3(含有大量D-丝氨酸)。继续上纯水直至流出液pH至7~8;将洗脱液(含有大量D-丝氨酸)真空浓缩结晶离心干燥制备得的D-丝氨酸约400mol,D-丝氨酸光学纯度为99%,收率约40%。
4)L-氨基酰化酶拆分步骤3)中未水解的乙酰-DL-丝氨酸;
将步骤3)中上柱时的流出液I浓缩至3m3后调PH至6.9-7.2,加入50gL-氨基酰化酶和3.6kg氯化钴,升温至38-39℃,保温拆分60h,当测得拆分液旋光度将拆分液加热至70-80℃后加入4.5kg活性炭保温30min后过滤去活性炭。
5)用阳离子树脂柱分离L-丝氨酸和未拆分的乙酰-DL-丝氨酸;
将步骤4)中脱色后拆分液以1m3/h流速过732-阳离子树脂柱,收集流出液II约4m3(含有少量的乙酰-D(L)-丝氨酸);随后用纯化水洗柱,直至流出液pH为6~7,再用3%的氨水洗脱L-丝氨酸,当用茚三酮试剂检测显色开始收集洗脱液(L-丝氨酸溶液),直至pH升至10~11时,停止上氨水,用纯化水洗柱,洗脱液约2m3(含有大量L-丝氨酸),继续上纯水直至流出液pH至7~8;将洗脱液真空浓缩结晶离心干燥制备得的L-丝氨酸约400mol,L-丝氨酸光学纯度为99%,收率约为42%。
6)步骤5)中未拆分的乙酰-DL-丝氨酸投入步骤2)中循环利用。
将步骤5)中上柱时的流出液II,含有少量的乙酰-DL-丝氨酸,在真空条件下浓缩至1m3,除去乙酸;继续循环拆分利用。
实施例3.
1)碱性溶液中酰化制备N-乙酰-DL-丝氨酸;
取1000mol的D、L-丝氨酸加入到有0.5m3纯化水的反应釜中,搅拌,同时滴加215L氢氧化钠溶液,直至丝氨酸完全溶解。再滴加105L酸酐,保证PH值在9~11,30℃以下发生酰化反应生成N-乙酰-D、L-丝氨酸,可得酰化原液约850L。
2)用D-氨基酰化酶水解1)中的N-乙酰D-丝氨酸;
用纯化水将酰化原液稀释,并调PH至7.9-8.2,使拆分液体积为5m3,浓度约为0.2mol/L。加入90g D-氨基酰化酶,升温至38-39℃,保温拆分72h,当测得拆分液旋光度将拆分液加热至70-80℃后加入1~2g/L活性炭,保温30min后过滤去活性炭。
3)用强酸性阳离子树脂提取2)中的D-丝氨酸;
将步骤2)中脱色后拆分液以1m3/h流速过1.7m3阳离子树脂(以732-树脂为例)的树脂柱(DN800×4000)收集流出液I9m3(含有大量乙酰L丝氨酸和少量乙酰D丝氨酸);随后用纯化水洗柱,直至流出液pH至6~7,再用3%的氨水洗脱D-丝氨酸,当用茚三酮试剂检测显色开始收集洗脱液,直至pH升至10~11时,停止上氨水,继续用纯化水洗柱,洗脱液4m3(含有大量D-丝氨酸)。继续上纯水直至流出液pH至7~8;将洗脱液(含有大量D-丝氨酸)真空浓缩结晶离心干燥制备得的D-丝氨酸约400mol,D-丝氨酸光学纯度为99%,收率约40%。
4)L-氨基酰化酶拆分步骤3)中未水解的乙酰-DL-丝氨酸;
将步骤3)中上柱时的流出液I浓缩至3m3后调PH至6.9-7.2,加入90gL-氨基酰化酶和3.6kg氯化钴,升温至38-39℃,保温拆分72h,当测得拆分液旋光度将拆分液加热至70-80℃后加入6kg活性炭保温30min后过滤去活性炭。
5)用阳离子树脂柱分离L-丝氨酸和未拆分的乙酰-DL-丝氨酸;
将步骤4)中脱色后拆分液以1m3/h流速过732-阳离子树脂柱,收集流出液II约4m3(含有少量的乙酰-D(L)-丝氨酸);随后用纯化水洗柱,直至流出液pH为6~7,再用3%的氨水洗脱L-丝氨酸,当用茚三酮试剂检测显色开始收集洗脱液(L-丝氨酸溶液),直至pH升至10~11时,停止上氨水,用纯化水洗柱,洗脱液约2m3(含有大量L-丝氨酸),继续上纯水直至流出液pH至7~8;将洗脱液真空浓缩结晶离心干燥制备得的L-丝氨酸约400mol,L-丝氨酸光学纯度为99%,收率约为42%。
6)步骤5)中未拆分的乙酰-DL-丝氨酸投入步骤2)中循环利用。
将步骤5)中上柱时的流出液II,含有少量的乙酰-DL-丝氨酸,在真空条件下浓缩至1m3,除去乙酸;继续循环拆分利用。
从上述描述的实施例可以看出,DL-丝氨酸的制备方法由于其产生的废物量小,简化了步骤,提高了原料利用率和产品收率,降低了成本。方法步骤的结合,明显优于现有技术,并有助于获得上述有利结果。
Claims (1)
1.以DL-丝氨酸为原料制备D-丝氨酸和L-丝氨酸的方法,其特征步骤如下:
1)碱性溶液中酰化制备N-乙酰-DL-丝氨酸;以DL-丝氨酸为原料,配制成碱性水溶液,pH在9~11,温度在30℃以下,滴加乙酸酐进行乙酰化,同时滴加NaOH或者KOH溶液,保证pH在9~11;经乙酸酐酰化得N-乙酰-DL-丝氨酸溶液;
2)用D-氨基酰化酶水解1)中的N-乙酰D-丝氨酸;将步骤(1)中制得的N-乙酰-DL-丝氨酸溶液加水到约0.2mol/L,调pH至7.9~8.2,加入1~18mg/L的D-氨基酰化酶粉,在38~39℃下拆分48~72h,测其旋光度后停止拆分;将拆分液加热至70~80℃,加入1~2g/L活性炭,保温30min后滤去活性炭;
3)用强酸性阳离子树脂提取2)中的D-丝氨酸;将步骤2)中滤去活性炭的拆分液以1m3/h流速通过阳离子树脂柱,待拆分液全部通过时,再用纯化水过柱,流出液pH到达4停止,得到的流出液I;随后用纯化水洗柱,直至流出液pH至6~7,再用3%的氨水洗脱D-丝氨酸,当用茚三酮试剂检测显色开始收集洗脱液,直至pH升至10~11时,停止上氨水,继续上纯水直至流出液pH至7~8;洗脱液在真空条件下浓缩、结晶、离心、干燥制得D-丝氨酸;
4)L-氨基酰化酶拆分步骤3)中未水解的乙酰-DL-丝氨酸;将步骤3)中上柱时的流出液I,在真空条件下浓缩至原体积1/3,除去乙酸;调pH至6.9~7.2,加入1~18mg/L L-氨基酰化酶粉和1.2g/L氯化钴,在38~39℃下拆分48~72h,测其旋光度后停止拆分;将拆分液加热至70~80℃,加入1~2g/L活性炭,保温30min后滤去活性炭;
5)用阳离子树脂柱分离L-丝氨酸和未拆分的乙酰-DL-丝氨酸;将步骤4)中的拆分液通过阳离子树脂柱,待拆分液全部通过时,再用纯化水过柱,流出液pH到达4停止,得到的流出液II;随后用纯化水洗柱,直至流出液pH为6~7,再用3%的氨水洗脱L-丝氨酸,当用茚三酮试剂检测显色开始收集洗脱液,直至pH升至10~11时,停止上氨水,继续上纯水直至流出液pH至7~8;洗脱液在真空条件下浓缩、结晶、离心、干燥制得L-丝氨酸;
6)步骤5)中未拆分的乙酰-DL-丝氨酸投入步骤2)中循环利用;将步骤5)中上柱时的流出液II,含有少量的乙酰-DL-丝氨酸,在真空条件下浓缩至一定体积,除去乙酸;投入步骤2)中循环拆分利用。
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