CN1058486C - 苯丙氨酸不等量对映体分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种苯丙氨酸不等量对映体的分离方法，它是将含有苯丙氨酸不等量对映体混合物的溶液先进行结晶分离除去外消旋体，再将结晶后的溶液在减压下脱溶至干或经浓缩后进行第二次结晶即得高纯的苯丙氨酸对映体。该方法不需要任何外加的光学诱导因子，直接结晶即可得到光学纯度高的对映体，具有工艺操作简单稳定，容易实施，成本低；且分离效果好、产品纯度高等许多优点，因此应用前景广阔。

Description

苯丙氨酸不等量对映体分离方法

本发明涉及一种不等量对映体的分离方法，具体地说就是苯丙氨酸不等量对映体的分离方法，它属于有机化学技术领域。

苯丙氨酸有两个对映异构体：D-苯丙氨酸和L-苯丙氨酸。其中，L-苯丙氨酸作为人体必需氨基酸是制备复合氨基酸注射液、口服剂等药品的一种重要原料，也是制备新型低卡高甜度二肽甜味剂阿斯巴坦(Aspartame)的两种主要原料之一，具有重要的应用价值和经济价值。

不对称合成是制备L-苯丙氨酸的一种重要方法，但由于不对称反应的立体选择性在大多数情况下难以具有唯一性，故所得的产物往往是不等量对映体的混合物，需要分离才能得到L-苯丙氨酸。

在阿斯巴坦制备中，大约有50％的L-苯丙氨酸需要回收套用。在回收过程中总伴随有消旋化反应发生，生成部分D-苯丙氨酸，回收物成为含L-苯丙氨酸过量的对映体混合物。故回收物需要经过精制以除去D-苯丙氨酸后才能重复使用。因此，从苯丙氨酸不等量对映体混合物中分离得到高纯度的苯丙氨酸对映体对L-苯丙氨酸的制备有重要的意义。

苯丙氨酸不等量对映体的分离可以参照外消旋体拆分的方法进行。外消旋体的拆分通常需要光学诱导因子存在，如手性试剂、酶等。苯丙氨酸对映体的分离主要采用酶催化下的动力学拆分方法(Mirviss，Ind.Eng.Chem.Res.1990，29，651.)。虽然这类方法拆分效率高、产物光学纯度好，但拆分试剂制作成本昂贵，故通常只适合用于苯丙氨酸外消旋体的分离。当采用这类方法对苯丙氨酸的不等量对映体混合物进行分离时，对映体过量部分也会参与有关的化学反应，而对映体过量部分参与的反应是无效反应，造成手性试剂或酶等光学诱导因子在使用上的浪费，降低了分离效率，导致较高的生产成本。因此需要改进苯丙氨酸不等量对映体的分离方法。

本发明的目的在于提供一种从苯丙氨酸不等量对映混合物中分离苯丙氨酸对映体的新方法，该方法应具备工艺稳定、操作简单、容易实施，不需要任何外加的光学诱导因子，方法成本低，并且分离效果好、产品纯度高等优点。

为实现本发明的上述目的所采取的技术措施：

本发明的依据是苯丙氨酸对映体和外消旋体结晶性能的差异。

在化学结构上苯丙氨酸含有一个手性中心，故存在三个光学异构体，左旋对映体L-苯丙氨酸、右旋对映体D-苯丙氨酸和外消旋体DL-苯丙氨酸。这三种光学异构体中，对映体和外消旋体的溶解性能有一定差异，如以水为溶剂时，在25℃下，两个对映体的溶解度分别约为3％，但外消旋体的溶解度仅为1％。按常理，对于一个苯丙氨酸对映体含量为80％、外消旋体含量为20％的混合物，若将其配制成过饱和溶液后使其结晶时，首先析出的晶体似乎应该是相对含量较高的对映体，至少应该主要是对映体，但实验结果并非如此。

在同一溶液中，当苯丙氨酸的两个对映体不等量时，该溶液实际上是苯丙氨酸的左(右)旋对映体L(D)-苯丙氨酸和外消旋体DL-苯丙氨酸混合物的溶液。苯丙氨酸对映体和外消旋体混合物从它们的溶液中结晶时具有特殊的性质，首批析出的晶体既不是含量较高的对映体，也不是对映体和外消旋体的混合物，而是纯度极高的外消旋体。在结晶过程中测定晶体析出前后溶液的旋光值时，第一次结晶前后溶液的旋光值没有发生明显变化。这一实验结果意味着，尽管溶液中对映体过量，但首先结晶析出的却是外消旋体。进一步测定表明首批结晶的产物不具旋光性，故只能是外消旋体，与前述实验结果吻合。当两种对映体相对比例为90％∶10％时，相对含量较低的对映体与等量的另一对映体以外消旋体的形式定量结晶析出，过量部分的另一对映体保留在溶液中，从而实现了两种对映体的完全分离。这一分离苯丙氨酸对映体的方法我们称之为“苯丙氨酸外消旋体优先结晶方法”。

苯丙氨酸外消旋体优先结晶方法一个很重要的特征是，即使苯丙氨酸光学异构体混合物中对映体的相对比例比外消旋体高出数倍，首先结晶析出的依然是外消旋体。因此，对苯丙氨酸不等量对映体采用分步结晶的方法，可以通过外消旋体的优先结晶而简捷有效地除去其中含量较低的那种对映体，从而获得光学纯度较高的另一种对映体。

当苯丙氨酸光学异构体混合物中含有过量的左旋对映体L-苯丙氨酸时，在对映体比例合适和适当浓度条件下通过结晶可除去其中的DL-苯丙氨酸，溶液中L-苯丙氨酸可成为唯一组份，从而能达到从不等量对映体混合物中分离得到L-苯丙氨酸的目的。

采用同样的方法亦可以从右旋对映体D-苯丙氨酸过量的混合物中分离得到D-苯丙氨酸。

具体地讲，本发明是这样实现的：一种分离苯丙氨酸不等量对映体的方法，其特征是：它是将含有苯丙氨酸不等量对映体混合物的溶液在-10～80℃下结晶，分离除去外消旋体，再将结晶后的溶液在减压下脱溶至干或浓缩后进行第二次结晶，即得到高纯度的苯丙氨酸对映体。

本发明涉及到的苯丙氨酸不等量对映体系指L-苯丙氨酸与苯丙氨酸总量的相对含量X的范围为0＜X＜50％，或50％＜X＜100％，较适宜的含量范围为5％≤X≤45％，或55％≤X≤95％。特别是当两种对映体的相对含量为10％或90％时，能获得满意结果。

本发明涉及到的苯丙氨酸不等量对映体混合物溶液包括不饱和溶液、饱和溶液和过饱和溶液。溶剂可以是水，也可以是水和非极性的二氧六环或者极性有机溶剂的混合物，极性有机溶剂可以是甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜等。

本发明涉及到的结晶过程的温度从-10℃至80℃，结晶过程的压力从0.001大气压到1大气压。

本发明涉及到的结晶过程的pH值从2至11，较适宜的pH值为3至7。

本发明的第二次结晶可以是溶液浓缩后冷却结晶或加入相应的苯丙氨酸晶种进行结晶。浓缩时可为常压浓缩或减压浓缩。

首批结晶分离出来的苯丙氨酸固体中D-苯丙氨酸与L-苯丙氨酸的相对比例范围为40％∶60％至60％∶40％，较适宜的比例范围是50％∶50％。

本发明涉及到的苯丙氨酸不等量对映体混合物包括由不对称合成所得的D-或L-对映体过量的苯丙氨酸、酶或固定化酶催化下的外消旋体苯丙氨酸衍生物不对称水解反应所得的D-或L-对映体过量的苯丙氨酸、经物理或化学方法进行光学拆分所得的D-或L-对映体过量的苯丙氨酸以及制备二肽甜味剂阿斯巴坦过程中或其它化学物质制备过程中回收得到的D-或L-对映体过量的苯丙氨酸等。

与已有技术相比较，采用本发明的技术措施所达到的有益效果：

在已有技术中，由于所使用的手性试剂和酶的制作费用昂贵，将它们作为光学诱导因子来分离苯丙氨酸不等量对映体，导致较高的生产成本。采用本发明提出的直接结晶法从不等量对映体混合物中分离D-或L-苯丙氨酸时，不仅仍然可以得到光学纯度高的对映体，而且还不需要任何外加的光学诱导因子，有效地降低了生产费用。此外，该方法具有技术成熟、工艺稳定、操作简便和容易实施等优点，应用前景广阔。

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明：

实施例一

将含4份L-苯丙氨酸和1份DL-苯丙氨酸的混合物在80℃时溶于100份水中，待该溶液降至室温后，令其在2℃结晶。结晶时间18小时，滤出析出的晶体，干燥至恒重，得量1份。经红外光谱方法、高效液相色谱方法和元素分析方法鉴定，该晶体为苯丙氨酸。将该晶体溶于50份水中，测定出的旋光值为零，故该晶体为外消旋体苯丙氨酸。

经高效液相色谱方法检测，滤出晶体后的溶液中含4份苯丙氨酸。该溶液中所含苯丙氨酸的比旋光值达到-34.6°(c＝1.8)，将该溶液在减压下小心脱溶至干，所得固体经干燥至恒重后重4份，与高效液相色谱方法检测结果相符。经红外光谱方法和元素分析方法鉴定，该固体为苯丙氨酸，该固体的比旋光值达到-35.1°(c＝2)。

实施例二

将含17份D-苯丙氨酸和10份DL-苯丙氨酸组成的混合物(D-苯丙氨酸过量63％)溶于适量水中，生成的溶液旋光值为+0.32°。按实施例一相同方法进行结晶后，得到6份DL-苯丙氨酸晶体。溶液的旋光值仍为+0.32°，其中所含D-苯丙氨酸的过量值上升到81％。该溶液经减压浓缩后在0～5℃时结晶两次，即可得D-苯丙氨酸晶体。

实施例三

将含8份L-苯丙氨酸和2份DL-苯丙氨酸组成的混合物在80℃时溶于200份体积水中，并加入20份体积的乙醇。按实施例一相同方法在-5℃下进行结晶后，得到2份DL-苯丙氨酸晶体。滤除晶体后的溶液经减压浓缩，加入L-苯丙氨酸晶种后，再次在2℃条件下结晶20小时，可得到6份L-苯丙氨酸，比旋光值-34.5°(c＝2.0)。

实施例四

DL-苯丙氨酸甲酯经糜蛋白酶(效价400单位/毫克)催化进行不对称水解反应的产物中含有75％的L-苯丙氨酸和25％的DL-苯丙氨酸。将该产物按实施例一相同方法进行结晶，滤除析出的DL-苯丙氨酸晶体后，溶液中苯丙氨酸的浓度为15.2毫克/毫升(高效液相色谱方法)，溶液的旋光值为-0.52°，溶液中L-苯丙氨酸的光学纯度达到98.3％。

实施例五

β-L-天冬氨酸和L-苯丙氨酸甲酯组成的二肽是新型低卡高甜度二肽甜味剂阿斯巴坦制备过程中生成的副产物。为降低阿斯巴甜的制造成本，必须回收该副产物组成中的L-苯丙氨酸。

由于在回收过程中同时有L-苯丙氨酸的消旋反应发生，因此β-L-天冬氨酸和L-苯丙氨酸甲酯经水解反应后获得的苯丙氨酸水溶液为83％的L-苯丙氨酸和17％的D-苯丙氨酸的混合物。

将该混合物按实施例一相同方法结晶后，溶液中所含L-苯丙氨酸的光学纯度可达到98.5％。

将该溶液浓缩，加入适量甲醇再次结晶，即可获得光学纯度超过99％的L-苯丙氨酸。L-苯丙氨酸的回收率为80％。

Claims (9)

1.一种分离苯丙氨酸不等量对映体的方法，其特征在于：将含有苯丙氨酸不等量对映体混合物的溶液在-10～80℃下结晶，结晶过程的压力为0.001-1大气压，PH值为2-11，分离除去外消旋体，再将结晶后的溶液在减压下脱溶至干或浓缩后进行第二次结晶，即得到高纯的苯丙氨酸对映体。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的苯丙氨酸不等量对映体混合物包括由不对称合成所得的D-或L-对映体过量的苯丙氨酸、酶或固定化酶催化下的外消旋体苯丙氨酸衍生物不对称水解反应所得的D-或L-对映体过量的苯丙氨酸、经物理或化学方法进行光学拆分所得的D-或L-对映体过量的苯丙氨酸以及制备二肽甜味剂阿斯巴坦过程中或其它化学物质制备过程中回收得到的D-或L-对映体过量的苯丙氨酸。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的苯丙氨酸不等量对映体混合物溶液为饱和溶液、不饱和溶液或过饱和溶液。

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的苯丙氨酸不等量对映体混合物溶液的溶剂为水，或者是水和非极性的二氧六环或者极性有机溶剂的混合物，所述的极性有机溶剂为甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于：在苯丙氨酸不等量对映体混合物中L-苯丙氨酸的相对含量X的范围为0＜X＜50％，或50％＜X＜100％。

6.按权利要求5所述的方法，其特征在于：L-苯丙氨酸的相对含量X的范围为5％≤X≤45％，或55％≤X≤95％。

7.按权利要求6所述的方法，其特征在于：X的范围为10％或90％。

8.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的第二次结晶是将溶液浓缩后冷置结晶或加相应的苯丙氨酸晶种进行结晶。

9.按权利要求8所述的方法，其特征在于：所述的浓缩是常压浓缩或减压浓缩。