CN108623504B

CN108623504B - 用色谱法纯化2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸

Info

Publication number: CN108623504B
Application number: CN201710156961.5A
Authority: CN
Inventors: 沈春娟; 石凌超
Original assignee: Novasep Seperation Technology Shanghai Co ltd
Current assignee: Novasep Seperation Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2037-03-16
Also published as: CN108623504A

Abstract

本发明涉及用色谱法纯化2‑羟基‑4‑(甲基硫代)丁酸的方法，具体而言涉及一种将包含盐和2‑羟基‑4‑(甲基硫代)丁酸的混合物脱盐的方法，其中，所述混合物在树脂上处理后被分离成富含2‑羟基‑4‑(甲基硫代)丁酸的馏分和富含盐的馏分。本发明的方法为环境友好的分离HMBA和盐的方法，能够降低纯化成本并增加HMBA的回收率。

Description

用色谱法纯化2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸

技术领域

本发明涉及纯化2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸(HMTBA)(也称为2-羟基 -4-(甲硫基)丁酸(HMBA))的方法，具体而言涉及一种用色谱法将2-羟基 -4-(甲基硫代)丁酸脱盐的方法。

背景技术

HMBA结构由下面的式1表示，CAS No.为583-91-5，分子量为150.2 g/mol，是一种用作动物饲料添加剂的有机酸。由于与氨基酸蛋氨酸的相似性，HMBA对于动物蛋白的产生是必需的。HMBA是天然产生的蛋氨酸前体，已经发现存在于酵母、植物、雏鸡和其他生物体中。当HMBA进入动物组织中后，其快速转化为L-蛋氨酸并显示与包括完整蛋白的任何其他来源的 L-蛋氨酸相同的代谢。HMBA还可以通过化学合成制备(WO2008006977、 WO9323372、EP0330527、WO2010058129)。

一种合成HMBA的路线如下面的反应式1中所示：

在化学合成后，加入氨水以中和过量的硫酸。除了HMBA以外，在合成过程中产生的主要副产物为硫酸铵和硫酸氢铵。

合成HMBA的其他路线，如WO2008022953和WO2012081712中所述，产生例如氯化钠的其他盐。

为了除去这些盐，化学公司使用常规的化学工艺用于工业生产，例如，溶剂萃取(WO9428717)、蒸发并加入有机溶剂结晶(CN103497131)、蒸馏 (CN103664717)和活性炭吸附(US20060287543)。通过溶剂萃取可以很好地除去大部分盐，但是需要使用大量的溶剂(例如丙酮)，这导致操作成本高，并且由于使用溶剂导致高爆炸风险和毒性。蒸发和结晶得到的盐在后续的过滤过程中有大量的产品损失，因为产品黏度非常高，过滤困难从而导致产品损失。

还有人研究了采用电渗析(US4419198)来除去盐。电渗析工艺的主要缺点包括能耗高，在进料中需要高浓度的盐以实现优化处理。

令人惊讶的是，仅在WO2010094630中描述了色谱工艺，但是用于分离有机溶剂和HMBA，而不是用于HMBA脱盐。

发明内容

本发明涉及一种将包含盐和2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的混合物脱盐的方法，其中，所述混合物经过树脂处理后被分离成富含2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的馏分和富含盐的馏分。所述盐是由合成路线产生的，并且可以由阳离子和阴离子组成。这些离子可以是单原子离子(例如Cl^-)或多原子离子(例如 SO₄ ^2-)，单电荷离子或多电荷离子。所述离子可以为有机离子(例如CH₃COO^-) 或无机离子(也称为矿物离子，例如NH₄ ⁺)。本发明涉及2-羟基-4-(甲基硫代) 丁酸与盐相比在色谱柱上的不同保留或洗脱体积。

2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸可能主要倾向于富集在萃取液相而盐可能主要倾向于富集在萃余液。因此，下文中，有时将富含2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的馏分称为萃取液，而将富含盐的馏分称为萃余液。

本发明方法包含将所述混合物负载在树脂上的步骤和洗脱的步骤。洗脱过程中的流速优选大于1m/h，还优选大于2m/h，更优选4m/h，再优选大于5m/h。

在本发明方法中，所述盐为有机或无机盐，优选为NH₄HSO₄、(NH₄)₂SO₄、或NH₄HSO₄和(NH₄)₂SO₄的混合物。

在本发明方法中，在所述混合物中，2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸:盐的重量比为99:1至1:99，优选为95:5至5:95，更优选为90:10至10:90。

在本发明方法中，基于所述混合物的总重量，在所述混合物中的干固体的含量为1至100wt％，优选为10至60wt％，更优选为20至50wt％。

在本发明方法中，用于洗脱步骤的洗脱液为水、稀酸水溶液或稀碱水溶液。

在本发明方法中，稀酸水溶液中的酸为盐酸或硫酸，优选硫酸。

在本发明方法中，稀酸水溶液中的酸浓度为小于0.4mol/L H⁺，优选小于0.2mol/LH⁺，更优选小于0.1mol/L H⁺。

在本发明方法中，稀碱水溶液中的碱为氨。

在本发明方法中，稀碱水溶液中的碱浓度为小于0.4mol/L NH₄ ⁺，优选小于0.2mol/L NH₄ ⁺，更优选小于0.1mol/L NH₄ ⁺。

在本发明方法中，所述树脂可以为阳离子树脂或阴离子树脂。

在本发明方法中，所述树脂可以为OH^-型、Cl^-型或SO₄ ^2-型阴离子树脂，优选为SO₄ ^2-型阴离子树脂。在本发明方法中，在流动相中存在多种阴离子的情况下，也可以调整阴离子树脂的阴离子形式。

在本发明方法中，所述树脂可以为NH₄ ⁺、H⁺、Na⁺、K⁺或Ca²⁺型阳离子树脂，优选为NH₄ ⁺型阳离子树脂。在本发明方法中，在流动相中存在多种阳离子的情况下，也可以调整阳离子树脂的阳离子形式。

在本发明方法中，所述树脂装填于单色谱柱或多色谱柱色谱装置中，所述多色谱柱色谱装置可以包括30根以下的色谱柱，优选20根以下的色谱柱，或12根以下的色谱柱，或8根以下的色谱柱，或6根以下的色谱柱。

在本发明方法中，所述色谱装置优选为以连续方式进行处理的多色谱柱装置，也称为顺序式模拟移动床色谱装置(SSMB)。

在本发明方法中，所述混合物来自于2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的化学合成，并且用选自离心、死端过滤、结晶、蒸发、切向流过滤、微滤和超滤中的一个或多个工艺预处理。

本发明的方法还可以包含浓缩所述富含2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的馏分或其部分的步骤，优选通过蒸发、膜浓缩进行。在浓缩后收集到富含2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的一相，和蒸发水相或含酸/碱蒸发水相，并且本发明的方法还可以包括循环使用蒸发水或含酸/碱蒸发水的步骤。

本发明方法还可以包含浓缩所述富含盐的馏分或其部分的步骤，优选通过蒸发、膜浓缩或纳滤进行。在浓缩后收集到富含盐的一相和蒸发水相，并且本发明方法还可以包括循环使用蒸发水的步骤。

在本发明方法中，所述蒸发可以在蒸发器中进行。所述蒸发器可以为机械蒸汽再压缩(MVR)蒸发器。

附图说明

图1是显示根据本发明的实施例1的用水作为洗脱液在阳离子树脂上分离HMBA和(NH₄)₂SO₄的曲线图。

图2是显示根据本发明的实施例2的用稀酸水溶液作为洗脱液在阴离子树脂上分离HMBA和(NH₄)₂SO₄的曲线图。

图3是显示根据本发明的实施例3的用稀酸水溶液作为洗脱液在阳离子树脂上分离HMBA和(NH₄)₂SO₄的曲线图。

图4是显示根据本发明的实施例4的用水作为洗脱液在阴离子树脂上分离HMBA和(NH₄)₂SO₄的曲线图。

具体实施方式

本发明的目的是开发一种环境友好的分离HMBA和盐的方法，以降低纯化成本并增加HMBA的回收率。

本发明包括用水、稀酸或碱水溶液作为洗脱液分离盐和HMBA的色谱步骤。所述方法包括下列步骤：(1)将含有99:1至1:99重量比的HMBA和盐负载在0-100℃，优选20-80℃的色谱柱树脂上；和(2)用水、稀酸水溶液或稀碱水溶液淋洗树脂。在色谱柱的出口收集纯化后的HMBA的馏分和纯化后的盐的馏分。

特别地，为了在洗脱步骤中回收HMBA，使用水或稀酸水溶液作为洗脱液。所述洗脱可以以等度淋洗模式进行，即，使用具有恒定组成的洗脱液进行洗脱，或者以梯度模式进行，即，使用组成随时间变化的洗脱液进行洗脱，例如顺序使用2或3种不同的洗脱液，或使用具有连续变化组成的洗脱液。

根据本发明的色谱分离可以在具有单色谱柱的色谱装置中进行或者在具有几个色谱柱的色谱装置中进行。

根据本发明的色谱分离可以在具有固定床或非固定床的色谱系统中进行。

具有固定床的色谱系统的一些实例为HPLC(高效液相色谱)或在US 6,063,284中描述的CYCLOJET^TM(其为在稳态期间带有循环的色谱系统)。

多色谱柱的具有固定床或非固定床的色谱系统的一些典型实例为使用至少两个色谱柱的色谱系统(描述在FR 2889077或Separation Science and Technology 35(4):519-534,2000)，或者具有多于三个色谱柱的色谱系统，例如 iSMB(描述在EP 0342629和US5,064,539中)、SSMB、AMB(类似于SMB 的系统，用物理切换色谱柱代替经由阀系统切换的进样/收集点)、 VARICOL^TM(描述在US 6,136,198、US 6,375,839、US 6,413,419和US 6,712,973中)、MODICON^TM(描述在US 7,479,228中)、POWERFEED^TM(描述在US 5,102,553和论文《Power Feed operation of simulated moving bed units: changing flow-ratesduring the switching interval》,Zhang et al.Journal of Chromatography A,1006:87-99,2003)、或MCSGP(多色谱柱逆流溶剂梯度纯化(Multicolumn CountercurrentSolvent Gradient Purification))色谱系统。

色谱分离的优选模式是在多色谱柱系统中进行，例如在顺序式模拟移动床色谱装置(也称为SSMB)中进行。

SSMB色谱法是以连续方式分离液相中的两种化合物的一种工业方法，其利用了不同的分子性质(例如，离子排斥、氢键或尺寸)来提供广泛的应用。这种技术可以用于替代或补充传统的纯化技术(如蒸馏或结晶)。也可以使用蒸发对本发明中描述的在色谱法中负载的进料进行初级浓缩。

SSMB方法包括串联连接的几个色谱室。进入点(进料和洗脱液)和收集点(萃取液/萃余液)在色谱室之间顺序变化以跟随分离曲线并提供高效分离。

与目前的纯化方法相比，本发明不需要有机溶剂，这显著降低了化学添加剂的水平和能耗。使用本发明的色谱方法能够得到高纯度产品以及高产率，并且能够很好地将HMBA与盐分离。特别地，由于本发明的SSMB色谱方法是连续进料、洗脱和收集的连续工艺，所以易于操作。

实施例

以下将描述根据本发明的方法的实施例。但是，提供下列实施例仅是为了帮助理解本发明，而不应理解为是对本发明的技术范围的限制。

下面介绍了分离HMBA和盐的四个实施例。

使用手动操作单元进行洗脱试验，采用BT-100V-LCD的蠕动泵、 2.6*100cm的玻璃填充柱和BSZ-40-LCD的馏分收集器。METTLER ORION 013005MD测量导电率。用METTLERTOLEDO LE438PH测量pH。用Waters 2695HPLC系统测量HMBA浓度。用Dionex 2100ionicHPLC系统测量离子。硫酸为AR级购于国药集团。

经测量，基于进料1的总重，进料1包含HMBA 34.15wt％，(NH₄)₂SO₄ 5.86wt％，H₂O59.99wt％，干固体总含量约为40wt％。

经测量，基于进料2的总重，进料2包含HMBA 12.44wt％，NH₄HSO₄ 4.76wt％，(NH₄)₂SO₄ 3.02wt％，H₂O 79.77wt％，干固体总含量约为20wt％。

实施例1

在使用前将XA2004/32-K树脂再生并转化为NH₄ ⁺型，然后装填到带夹套色谱柱(直径2.5cm，高100cm)中。

然后将该色谱柱用纯水彻底淋洗，同时将该柱和洗脱液加热并控制温度在60℃。在色谱床安装好以后，经测量高度为97cm。

将20ml的进料1通过三通阀用手动注射器注入到平衡好的色谱柱中。注入后，用足够的纯化水以20ml/min的速度淋洗色谱柱。

由色谱柱的底部通过馏分收集器每1.5分钟收集洗出液。然后用如下所述的HPLC方法分析收集液中各个组分的浓度，并且还分析pH、电导率、白利度(brix)等其他项目。

实施例2

在使用前将XA3114/45-OH树脂再生并转化为SO₄ ^2-型，然后装填到带夹套色谱柱(直径2.5cm，高100cm)中。

然后将该色谱柱用1g/L H₂SO₄水溶液彻底淋洗，同时将该柱和洗脱液加热并控制温度在60℃。在色谱床安装好以后，经测量高度为95.5cm。

将20ml的进料1通过三通阀用手动注射器注入到平衡好的色谱柱中。注入后，用足够的1g/L H₂SO₄水溶液以20ml/min的速度淋洗色谱柱。

实施例3

然后将该色谱柱用2g/L H₂SO₄水溶液彻底淋洗，同时将该柱和洗脱液加热并控制温度在60℃。在色谱床安装好以后，经测量高度为96.5cm。

将20ml的进料2通过三通阀用手动注射器注入到平衡好的色谱柱中。注入后，用足够的2g/L H₂SO₄水溶液以20ml/min的速度淋洗色谱柱。

实施例4

然后将该色谱柱用纯水彻底淋洗，同时将该柱和洗脱液加热并控制温度在60℃。在色谱床安装好以后，经测量高度为97.0cm。

将20ml的进料2通过三通阀用手动注射器注入到平衡好的色谱柱中。注入后，用足够的纯水以20ml/min的速度淋洗色谱柱。

测量

用如下所述的HPLC方法(参见表1)分析在根据实施例1-4的色谱柱的出口处收集的样品，结果分别总结在图1-4中。

表1：用于样品分析的HPLC分析条件

色谱柱	Aminex HPX-87H 300*7.8mm
		流动相	H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>(0.008M)
流速	0.6mL/min
		温度	45℃
检测	示差检测器

图1显示根据本发明的实施例1中用水作为洗脱液时HMBA和 (NH₄)₂SO₄在阳离子树脂上的分离。在HMBA曲线上观察到的拖尾可以解释为是由于存在HMBA聚合物导致的，HMBA聚合物可能是由于进料在色谱柱中的停留时间而形成的。

图2显示根据本发明的实施例2中用稀酸水溶液作为洗脱液时HMBA 和(NH₄)₂SO₄在阴离子树脂上的分离。在该试验中没有观察到之前在图1中出现的拖尾，这推测是因为酸介质避免了HMBA聚合物的形成。

图3显示根据本发明的实施例3中用稀酸水溶液作为洗脱液时HMBA 和(NH₄)₂SO₄在阳离子树脂上的分离。在该试验中没有观察到之前在图1中出现的拖尾，这推测是因为酸介质避免了HMBA聚合物的形成。

图4显示根据本发明的实施例4中用水作为洗脱液时HMBA和 (NH₄)₂SO₄在阴离子树脂上的分离。

实施例5

基于上述实施例，盐和HMBA的洗脱出现了差异。因此，多色谱柱工艺(至少两个色谱柱)与单色谱柱工艺相比是可以使流动相的量最小化的有效方式。使用本领域方法学的描述(例如，在书籍Preparative Chromatography- Prof.Henner Schmidt-Traub,ISBN 3-527-30643-9中描述的)，计算SSMB性能并总结在表2中。

表2：在多色谱柱工艺中的HMBA产率和纯度

	情形1	情形2
			色谱系统配置	4个色谱柱	4个色谱柱
流速(m/h)	约1～约5	约1～约5
			进料中的HMBA:盐浓度(g/l)	209:130	275:170
在萃取液中的HMBA浓度(g/l)	约40～约105	约50～约130
			在萃余液中的盐浓度(g/l)	约40～约108	约50～约140
HMBA产率(％)	约90～约95	约90～约95
			HMBA纯度(％)	约90～约95	约90～约95

这些结果表明，对于高于1m/h，优选高于2m/h，更优选高于4m/h，再优选高于5m/h的流速，可以实现良好的纯度和产率，纯度和产率大于 90％，甚至大于95％。此外，流速一般在10m/h以下。当然，也可以实现较低的纯度和产率。这些结果也表明，根据本发明，HMBA在萃取液中的浓度至少是进料中的HMBA浓度的25％，甚至至少是进料中的HMBA浓度的50％。根据本发明的方法可以应用于HMBA浓度在10g/l以上，优选在20g/l 以上，更优选在50g/l以上，再优选在100g/l以上，仍再优选在200g/l以上的进料。此外，进料中的HMBA浓度一般在800g/l以下。

Claims

1.一种将包含盐和2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的混合物脱盐的方法，其中，所述混合物经在树脂上处理后被分离成：

-富含2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的馏分，和

-富含盐的馏分，

其中，所述混合物来自于2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的化学合成，

所述盐为NH₄HSO₄、(NH₄)₂SO₄、或NH₄HSO₄和(NH₄)₂SO₄的混合物，

所述树脂为NH₄ ⁺型阳离子树脂，以及

用于洗脱步骤的洗脱液为稀酸水溶液。

2.根据权利要求1的方法，其包含将所述混合物负载在树脂上的步骤和洗脱的步骤。

3.根据权利要求2的方法，其中，洗脱流速大于1m/h。

4.根据权利要求2的方法，其中，洗脱流速大于2m/h。

5.根据权利要求2的方法，其中，洗脱流速大于4m/h。

6.根据权利要求2的方法，其中，洗脱流速大于5m/h。

7.根据权利要求1的方法，其中，在所述混合物中，2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸:盐的重量比为99:1至1:99。

8.根据权利要求1的方法，其中，在所述混合物中，2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸:盐的重量比为95:5至5:95。

9.根据权利要求1的方法，其中，在所述混合物中，2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸:盐的重量比为90:10至10:90。

10.根据权利要求1的方法，其中，基于所述混合物的总重量，在所述混合物中的干固体的含量为1至100wt％。

11.根据权利要求1的方法，其中，基于所述混合物的总重量，在所述混合物中的干固体的含量为10至60wt％。

12.根据权利要求1的方法，其中，基于所述混合物的总重量，在所述混合物中的干固体的含量为20至50wt％。

13.根据权利要求1的方法，其中，所述稀酸水溶液中的酸为盐酸或硫酸。

14.根据权利要求13的方法，其中，所述稀酸水溶液中的酸为硫酸。

15.根据权利要求13的方法，其中，所述稀酸水溶液中的酸浓度为小于0.4mol/L H⁺。

16.根据权利要求13的方法，其中，所述稀酸水溶液中的酸浓度为小于0.2mol/L H⁺。

17.根据权利要求13的方法，其中，所述稀酸水溶液中的酸浓度为小于0.1mol/L H⁺。

18.根据权利要求1的方法，其中，所述树脂被装填在单色谱柱或多色谱柱色谱装置中，所述多色谱柱色谱装置包括30根以下的色谱柱。

19.根据权利要求18的方法，其中，所述多色谱柱色谱装置包括20根以下的色谱柱。

20.根据权利要求18的方法，其中，所述多色谱柱色谱装置包括12根以下的色谱柱。

21.根据权利要求18的方法，其中，所述多色谱柱色谱装置包括8根以下的色谱柱。

22.根据权利要求18的方法，其中，所述多色谱柱色谱装置包括6根以下的色谱柱。

23.根据权利要求18的方法，其中，所述色谱装置为顺序式模拟移动床色谱装置(SSMB)。

24.根据权利要求1的方法，其中，所述混合物用选自离心、死端过滤、结晶、蒸发、切向流过滤、微滤和超滤中的一个或多个工艺预处理。

25.根据权利要求1的方法，其还包含浓缩所述富含2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的馏分或其部分的步骤。

26.根据权利要求25的方法，其中，所述浓缩通过蒸发、膜浓缩进行。

27.根据权利要求25的方法，其中，在浓缩后收集到富含2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的一相和含酸蒸发水相，并且该方法还包括循环使用含酸蒸发水的步骤。

28.根据权利要求1的方法，其还包含浓缩所述富含盐的馏分或其部分的步骤。

29.根据权利要求28的方法，其中，所述浓缩通过蒸发、膜浓缩或纳滤进行。

30.根据权利要求28的方法，其中，在浓缩后收集到富含盐的一相和蒸发水相，并且该方法还包括循环使用蒸发水的步骤。

31.根据权利要求1的方法，其中，在富含2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的馏分中的2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的浓度至少为进料中的HMBA浓度的25％。

32.根据权利要求1的方法，其中，在富含2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的馏分中的2-羟基-4-(甲基硫代)丁酸的浓度至少为进料中的HMBA浓度的50％。