CN1063431C - 制备苯基丙氨酸无水结晶的方法 - Google Patents

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Abstract

开发出了稳定地制备旋光性苯基丙氨酸无水结晶的一种方法，并且生产出了有优良处理特性的无水结晶。
将无机盐等加入含旋光性苯基丙氨酸的水溶液中，调节渗透压到1050-450T+4.4T2(T是结晶/沉淀温度)，此后，旋光性苯基丙氨酸进行结晶和沉淀，得到了苯基丙氨酸的无水结晶。
按照本发明，可以稳定地制备有优良分离特性的旋光性苯基丙氨酸无水结晶。迄今由于旋光性苯基丙氨酸无水结晶能够在低温区制备，因此期望产率等方面进行改进。这样，从工业生产的观点来看，本发明非常有利。

Description

制备苯基丙氨酸无水结晶的方法
本发明是关于一种制备旋光性苯基丙氨酸无水结晶的方法，该旋光活性苯基丙氨酸无水结晶是用作一种药物的原料粉末，一种药物中间体和一种增甜剂的原料。
L-苯基丙氨酸是营养上不可缺少的主要的氨基酸，在工业上它用作L-天冬氨酰-L-苯基丙氨酸甲酯即一种增甜剂的起始原料。
在旋光性苯基丙氨酸的制备方法中，它是从蛋白质，例如脱脂大豆等的水解产物中分离出来，旋光性苯基丙氨酸的已知生产方法为发酵方法和合成方法。在这些方法的任何一种中，为纯化旋光性苯基丙氨酸通常都进行结晶和沉淀。当旋光性的苯基丙氨酸溶液在pH为3-9结晶和沉淀时，通常得到无水结晶(下文称为“α-形结晶”)或一水合物结晶(下文称“β-形结晶”)。α-形结晶为片状或絮状结晶，而β-型结晶为细针状结晶。而且α-形结晶显示与出母液良好的分离特性，且结晶含母液较少。因此，α-形结晶比β-形结晶在工业上更有利。从而对稳定地制备高质量的α-形结晶的方法已进行了各种各样的研究。
至今，通过如下的方法来制备高质量的α-型结晶。
方法(1)：将氯化钠以至少20g/100g H2O的量加入含苯基丙氨酸的水溶液中，该混合物冷却到30℃或更低的温度，以结晶和沉淀苯基丙氨酸(日本特许公开号91,062/1992)。
方法2)：将表面活性剂，例如山梨糖醇酐烷基酯或聚氧乙烯山梨糖醇酐烷基酯加入含苯基丙氨酸和氯化铵的水溶液，以结晶和沉淀苯基丙氨酸(日本特许公开号103,565/1992)。
方法3)：在培养期间，在苯基丙氨酸发酵溶液中苯基丙氨酸的浓度高于溶解度时，加入α-型晶种，结晶和沉淀苯基丙氨酸(日本特许公开号304,971/1993)。
进一步说，为以高产率制备苯基丙氨酸，至今还运用了下述的方法。
方法4)：分离苯基丙氨酸的方法，是向含苯基丙氨酸溶液加入20-40(wt)％的硫酸铵，该混合物在30℃或更低的温度下过滤(日本特许公开号163,215/1993)。
方法5)：结晶和沉淀苯基丙氨酸的方法，是将至少为8(wt)％的硫酸铵加入到由肉桂酸和氨酶化反应所得到的苯基丙氨酸溶液(日本特许公开号178,801/1993)。
然而，这些方法并没有研究稳定地制备α-型结晶。即使α-型结晶生成，仅确定了在结晶溶液中的每种添加剂的浓度。综合的考虑没有提供。
本发明涉及制备高质量的苯基丙氨酸结晶，同时保持在L-苯基丙氨酸的结晶和沉淀步骤中的优良处理性能的方法。
旋光性的苯基丙氨酸在给定的温度下(转变点)生成α-形结晶，在低于给定的温度下生成β-形结晶。在水溶液体系中，旋光性苯基丙氨酸的转变点约为37℃。通过利用显微镜、x-射线分析等发现。估计所生成的结晶为α-形结晶或β-形结晶。但是，转变点一般都难以测量。当溶液中的旋光性的苯基丙氨酸的浓度变高和转变点明显地估计上升时，苯基丙氨酸甚至可深信是在α-形结晶区、β-形结晶区沉淀的40℃的温度下结晶和沉淀。
本发明人对结晶和沉淀旋光性苯基丙氨酸的现象进行了刻苦地研究，同时，仔细地观察结晶/沉淀温度、溶液中旋光性苯基丙氨酸的浓度、溶液的渗透压和此时沉淀的旋光性苯基丙氨酸的晶形。结果，他们的发现如图1所示，在溶液的高渗透压下生成α-形结晶，而在溶液的低渗透压下生成β-形结晶。α形结晶区和β形结晶区之间的分界线以溶液的结晶/沉淀区温度和渗透压采表示。因此，人们已经发现，如果在给定结晶/沉淀温度T(℃)下得到α-形结晶，那么将待结晶和沉淀的含旋光性苯基丙氨酸溶液的渗透压(_)调节为至少10500-450T+4.4T2时，即使结晶/沉淀温度T(℃)低于纯体系的转变点时，由此使得可能稳定地制备α-形结晶。也就是说，即使苯基丙氨酸在低于水溶液体系温度37℃的转变点的水溶液体系中结晶和沉淀时，调节如上所述的渗透压，就能够稳定和容易地生成至今难以得到的α-形结晶。
本文中所指的渗透压是利用以凝固点降低为基础的渗透压力计来测量的值，其单位是nmol/kg·H2O。
添加剂可以用来将含旋光性苯基丙氨酸的溶液的渗透压π调节到所要求的值。如果某一添加剂有助于得到在结晶/沉降温度下的所要求的渗透压，那么该添加剂就可利用。添加剂包括无机和有机化合物。无机化合物的实例是：电解质类，例如三氯化铝、氯化铵、氯化钾和氯化钠之类的氯化物，硝酸铵、硝酸钾和硝酸钠之类的硝酸盐，碳酸铵之类的碳酸盐，硫酸铝、硫酸铵、硫酸铝钾、硫酸钠和硫酸镁之类的硫酸盐。有机化合物的实例是：有机电解质，如乙酸钠、乙酸钾、草酸钠和草酸钾，和非电解质，如糖类，例如半乳糖，葡萄糖、果糖、甘露糖、蔗糖、乳糖和麦芽糖，及聚乙二醇之类的高分子量的物质。还可利用甲醇和乙醇之类的一元醇，乙二醇和丙三醇之类的多元醇。这些化合物可单独使用，也可组合使用，只要可以提供所要求的渗透压值就行。从提高渗透压的观点来看，优选无机盐之类的低分子量电解质。
同时，某些电解质例如氯化钠会降低旋光性苯基丙氨酸的溶解度。在那种情况下，在结晶和沉淀前，旋光性苯基丙氨酸的浓度(g/100g·H2O：下文称C1)没有改变，但是用添加剂使旋光性的苯基丙氨酸结晶和沉淀后，母液中的旋光性的苯基丙氨酸的浓度(下文称C2)降低了，因此在此时结晶和沉淀的过饱和度(C1/C2)增加了、当此时结晶和沉淀的过饱和度(C1/C2)超过3时，β-型结晶暂时地沉淀出来。因此，可以认为当加入添加剂时，渗透压会升高，并且过饱和度也因此提高。因而，在C1/C2为1-3，优选1-2时，进行结晶和沉淀是适当的。
含旋光性苯基丙氨酸的水溶液包括发酵液、用离子交换树脂或脱色剂处理发酵液所产生的溶液、由结晶和沉淀上述溶液所得到的粗结晶的溶液，和用发酵方法，分离粗结晶后所得到的母液；蛋白质的水解物、用离子交换树脂或脱色树脂处理蛋白质水解产物所生成的溶液、由上述的溶液结晶和沉淀所得到的粗结晶的溶液，和用蛋白质水解方法，分离粗结晶后的母液；和DL-乙酰基苯基丙氨酸与酰基转移酶反应所得到的溶液。这样，只要旋光性苯基丙氨酸能够在其中结晶的沉淀，任何的溶液都可得到。例如，从含旋光性苯基丙氨酸的具有高渗透压的水溶液，如发酵液中就可以有效地结晶和沉淀旋光性苯基丙氨酸，因为用少量的添加剂就可将渗透压调节到所要求的值。
本发明通过下述的实例特别地说明。在下述的实例中，C1表示结晶和沉淀前的旋光性苯基丙氨酸的浓度(g/100g·H2O)，而C2表示结晶和沉淀后母液中旋光性苯基丙氨酸的浓度(g/100g·H2O)。
实施例1
将50g水加入1.7g L-苯基丙氨酸结晶中(由Sigma公司制造)，L-苯基丙氨酸结晶在60℃溶解，用来制备L-苯基丙氨酸浓度C1为3.4的L-苯基丙氨酸溶液。然后，向该溶液中加入硫酸铵以提供预定的渗透压，并在60℃继续溶解。然后，该混合物冷却到30℃，以结晶和沉淀L-苯基丙氨酸。在那时，以2.5g、5g、6g和8g的量加入硫酸铵，结果预定的渗透压变得高于960(=10500-450×30+4.4×30×30)(nmol/kg·H2O)。比较起来，以0g、1g、和2g的量加入硫酸铵，结果渗透压变得小于960(nmol/kg·H2O)，并且生成的混合物也结晶和沉淀。表1示出了母液中苯基丙氨酸浓度和得到的苯基丙氨酸的晶形。
表1
硫酸铵的量(g) 渗透压力(nmol/kg·H2O)∏ 沉淀结晶的形式 苯基丙氨酸的量C2(g/100g-H2O) C1/C2
比较实施例     0     160  β-形     3.1     1.1
    1     516  β-形     3.0     1.1
    2     784 β-形     2.9     1.2
实施例     2.5     964  α-形     2.6     1.3
    5     1621  α-形     2.4     1.4
    6     1861  α-形     2.2     1.5
    8     2350  α-形     2.0     1.7
表1清楚地示出，当渗透压高于960(nmol/kg·H2O)时，优先得到了无水结晶(α-形结晶)。
实施例2
将50g水加入1.8g L-苯基丙氨酸结晶中(Sigma公司制造)，L-苯基丙氨酸在60℃下溶解，制造L-苯基丙氨酸浓度C1为3.6的L-苯基丙氨酸溶液。然后，向该溶液中加入右旋糖，使达到预定的渗透压，并在60℃溶解。然后将该混合物冷却到25℃，结晶和沉淀L-苯基丙氨酸。在那时，以20g、25g和30g的量加入右旋糖，结果预定的渗透压变得高于2000(=10500-450×25+4.4×25×25)(nmol/kg·H2O)。为比较起见，加入8g、12g和16g右旋糖，结果渗透压变得低于2000(nmol/kg·H2O)，生成的混合物也结晶和沉淀。图2示出了母液中苯基丙氨酸的浓度CO2和得到的苯基丙氨酸的晶形。
表2中清楚示出，当渗透压高于2000(nmol/kg·H2O)时，优先得到无水结晶(α-形结晶)。
表2
右旋糖量(g) 渗透压力(nmol/kg·H2O)∏ 沉淀结晶的形式 苯基丙氨酸的浓度C2(g/1009·H2O) C1/C2
比较实施例     8     1100     β-形     2.9     1.2
    12     1623     β-形     3.0     1.2
    16     1816     β-形     3.1     1.2
实施例     20     2182     α-形     3.3     1.1
    25     2716     α-形     3.4     1.1
    30     3130     α-形     3.5     1.03
实施例3
将50g水加入1.7g L-苯基丙氨酸结晶中(Sigma公司制造)，L-苯基丙氨酸结晶在60℃下溶解，以制备L-苯基丙氨酸浓度C1为3.4的溶液。然后向该溶液加入氯化钠，其加入量分别为6g、8g、10g和12g，在60℃继续溶解，制备4种苯基丙氨酸的水溶液。随后这些溶液冷却到预定的温度，结晶和沉淀L-苯基丙氨酸。表3示出了试验条件和结果(苯基丙氨酸晶形)。在结晶和沉淀温度(25℃、20℃、15℃和10℃)，α-形结晶和β-形结晶分界线处溶液的渗透压分别为2000、3260、4740和6440(nmol/kg·H2O)。
表3的结果表，当苯基丙氨酸水溶液的渗透压高于在结晶和沉淀温度下α-形结晶和β-形结晶间的分界线处的溶液的渗透压时，优先得到无水结晶(α-形结晶)。
表3
NaCl的量(g) 上行：溶液的渗透压Л(nmol/kg·H2O)中行：沉淀结晶的形式下行：苯基丙氨酸的浓度C2(g/100g-H2O)
25℃  20℃  15℃  10℃
    6  3642α-形2.1(C1/C2=1.6)  3666α-形2.0(C1/C2=1.7)  3728β-形1.9(C1/C2=1.8)  3710β-形1.9(C1/C2=1.8)
    8  4918α-形1.8(C1/C2=1.9) 4836α-形1.7(C1/C2=2.0)  4844α-形1.7(C1/C2=2.0)  4855β-形1.6(C1/C2 =2.1)
    10  5995α-形1.6(C1/C2=1.2) 5960α-形1.5(C1/C2=2.3) 6036α-形1.4(C1/C2=2.4) 5872β-形1.4(C1/C2=2.4)
    12  7075α-形1.4(C1/C2=2.4)  7092α-形1.3(C1/C2=2.6) 7055α-形1.2(C1/C2=2.8) 7020α-形1.2(C1/C2=2.8)
实施例4
L-苯基丙氨酸结晶(Sigma公司制造)在70℃下溶解，制备L-苯基丙氨酸的浓度C1 5.2、4.5、3.5、和3.0的4种溶液。然后，向每种溶液中加入9g氯化钠，在70℃下溶解。该混合物冷却到15℃，结晶和沉淀L-苯基丙氨酸。表4示出了母液中苯基丙氨酸浓度和得到的苯基丙氨酸的晶形。在结晶和沉淀温度为15℃时，α-形结晶和β-形结晶间分界线处溶液的渗透压为4740(=10500-450×25+4.4×25×25)(nmol/kg·H2O)。
如表4所示，既使渗透压高于4740(nmol/kg·H2O)，在体系中C1/C2为3.1时，沉淀的β-形结晶中含α-形结晶。但是，在体系中C1/C2小于3时，只有α-形结晶沉淀。
表4
苯基丙氨酸浓度(g/100g·H2O) 渗透压π(nmol/kg·H2O) 沉淀结晶的形式 苯基丙氨酸浓度C2(g/100g·H2O) C1/C2
5.2 5370 α-form+β-form 1.7 3.1
4.5 5424 α-form 1.7 2.6
3.5 5484 α-form 1.7 2.1
3.0 5292 α-form 1.7 1.8
实施例5
按日本特许公开号21079/1976的例1制备的L-苯基丙氨酸发酵液进行离心分离和消毒，无菌的溶液浓缩后，冷却、结晶和沉淀。分离、洗涤和干燥沉淀出的结晶，得到含95％L-苯基丙氨酸的L-苯基丙氨酸粗结晶。在60℃下将粗结晶(1.7g)溶于50g水中，得到L-苯基丙氨酸浓度C1为3.2的溶液。随后，向该溶液加入25g右旋糖，在60℃下溶解。向该混合物中加入NaCl，结晶达到了预定的渗透压，在60℃继续溶解。混合溶液冷却到15℃，结晶和沉淀L-苯基丙氨酸。在那时，加入NaCl的量为5g、6g和7g，结果定的渗透压变得高于4740(=10500-450×15+4.4×15×15)(nmol/kg·H2O)。为比较，加入NaCl为2g、3g和4g，结果渗透压变得低于4740(nmol/kg·H2O)，生成的混合物也进行结晶和沉淀。表5示出了母液中苯基丙氨酸的浓度C2和得到的苯基丙氨酸的晶形。
表5显示当渗透压高于4740(nmol/kg·H2O)时，优先得到无水结晶(α-形结晶)。
表5
右旋糖浓度(g) NaCl的量(g) 渗透压Л(nmol/kg·H2O) 沉淀结晶的形式 C2(g/100g·H2O) C1/C2
比较实施例     25     2     3456  β-形     2.9     1.1
    25     3     3916  β-形     2.7     1.2
    25     4     4444  β-形     2.5     1.3
实施例     25     5     4872  α-形     2.4     1.3
    25     6     5364  α-形     2.3     1.4
    25     7     5864  α-形     2.2     1.5
实施例6
按实例5制得的L-苯基丙氨发酵酸进行浓缩，得到L-苯基丙氨酸浓度C1为4.0(g/100g·H2O)的溶液。然后向该溶液加入硫酸铵，结果，这种溶液被调节到预定的渗透压，并在40℃下溶解。混合溶液冷却到20℃，结晶和沉淀L-苯基丙氨酸。在那时，加入硫酸铵的量为8g、10g和12g，结果预定的渗透压变得高于3260(=10500-450×20+4.4×20×20)(nmol/kg·H2O)。为比较，硫酸铵的加入量改为2g、4g和6g结果渗透压变得小于3260(nmol/kg·H2O)，生成的混合物也进行结晶和沉淀。表6示出了母液中苯基丙氨酸浓度C2和所得苯基丙氨酸结晶的晶形。
表6显示，当渗透压高于3260(nmol/kg·H2O)时，优先得到无水结晶(α-形结晶)。
表6
硫酸铵量(g) 渗透压(nmol/kg·H2O)Л 沉淀结晶的形式 苯基丙氨酸浓度C2(g/1009·H2O) C1/C2
比较实施例     2     1992  β-形     2.7     1.5
    4     2567  β-形     2.6     1.5
    6     2890    β-形     2.4     1.7
实施例     8     3450  α-形     2.2     1.8
    10     3966  α-形     2.0     2.0
    12     4376  α-形     1.8     2.2
如上所述，按照本发明，可以稳定地得到具有优良分离特性的旋光性苯基丙氨酸无水结晶。迄今由于在低温区能够得到旋光性苯基丙氨酸的无水结晶，因此在产率等方面期望得到改进。这样，从工业生产的观点来看，本发明是非常有利的。
图1图示的表示旋光性苯基丙氨酸沉淀的晶形，图中结晶/沉淀温度用纵座标表示，而溶液的渗透压用横座标表示。

Claims (3)

1．从含旋光性苯基丙氨酸的水溶液中制备旋光性苯基丙氨酸无水结晶的方法，该方法包括从旋光性苯基丙氨酸饱和溶液中在低于37℃的温度下结晶和沉淀旋光性苯基丙氨酸，饱和溶液的渗透压Ⅱ，nmol/kg·H2O，至少为10500-450T+4.4T2，式中T是结晶/沉淀温度℃，其中当旋光性苯基丙氨酸水溶液中的苯基丙氨酸的浓度，g/100g·H2O，用C1表示，而在结晶/沉淀温度T进行苯基丙氨酸的结晶和沉淀后的母液中的苯基丙氨酸的浓g/100g·H2O，用C2表示时，C1/C2在1-3之间。
2．按权利要求1的方法，其中权利要求1中所述的渗透压Ⅱ，nmol/kg·H2O，用添加剂至少调节到10500-450T+4.4T2。
3．按权利要求2的方法，其中添加剂选自由三氯化铝、氯化铵、氯化钾、氯化钠、硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、碳酸铵、硫酸铝、硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁、乙酸钠、乙酸钾、草酸钠、草酸钾、半乳糖、葡萄糖、果糖、甘露糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖、甲醇、乙醇组成的组和它们的混合物。
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