CN110891934B - 光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可简便且收率良好地制造化学纯度及光学纯度极高的吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的方法。本发明是一种光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的制造方法，该方法包含向光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物的溶液中添加碱金属的氢氧化物并滤去析出物的工序。
Description
技术领域
本发明涉及光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的制造方法。
背景技术
吡咯烷酮羧酸(PCA)是不仅作为化妆品原材料有用，而且作为药品等的原料也有用的化合物。吡咯烷酮羧酸通过将谷氨酸加热，使其进行自身环化反应而合成。作为制造方法，已知无溶剂直接加热法、溶剂存在下高压高热法、亚临界加压加热法、酶环化法(酶促环化法)。
日本特开平1-132560号公报(专利文献1)中记载了无溶剂直接加热法。无溶剂直接加热法是将固体状态的谷氨酸的1价碱土金属盐加热至120℃～250℃之间的温度，直至将分子内缩合的反应水完全驱除。无溶剂直接加热法看起来似乎在工业上简便且生产效率也高。然而，此制造方法中，反应中的熔融物成为粘液状(糖稀状)，冷却后在装置壁面变硬固化，因此，在反应产物的处理方面，并不一定是简便的制造方法。此外，已知如果对所得的固体状态的吡咯烷酮羧酸进行加热，则作为副产物生成作为杂质的焦谷氨酸酐(参照日本特公昭41-19431号公报(专利文献2))，从获得化学纯度高的吡咯烷酮羧酸的观点来看，也不能说是优异的制造方法。
日本特公昭37-17959号公报(专利文献3)中记载了将L-谷氨酸在190～200℃加热熔融并除去所生成的水而制成吡咯烷酮羧酸的方法、进一步加热而获得外消旋体的方法。日本特开2003-34680号公报(专利文献4)中记载了使用高温高压水使谷氨酸反应的方法。这些制造方法中，为了耐受高温高压，采用了高压釜(加热釜)等。因此，从采用无耐压性的通用设备无法进行制造的观点、对容器内进行减压冷却时反应也进行等反应控制困难的观点来看，不能说是适合于用以获得化学纯度和光学纯度高的吡咯烷酮羧酸的通用的制造方法。
日本特开平10-66566号公报(专利文献5)中揭示了酶环化法。其中记载了通过酶反应，在常压下，在水中的温和的pH、温度范围内，由谷氨酸以高反应速率获得吡咯烷酮羧酸的方法。然而，如日本特开平10-66566号公报的实施例5所记载的那样，该方法中每10ml反应液的吡咯烷酮羧酸的产量不超过0.4mg(300nmol)左右，不能说是适合于工业化的制造方法。
日本专利第5935689号公报(专利文献6)中记载了通过在常压下使谷氨酸加热环化，从而以高化学纯度和高光学纯度制造吡咯烷酮羧酸或其盐的方法。但是，对于该方法而言，光学纯度最高也仅为99.0%，且作为原料需要光学纯度高的焦谷氨酸的水溶液，因此希望有更简便的制造方法。
另一方面，已知可简便地制造具有高光学纯度的吡咯烷酮羧酸锌盐(专利文献7)。但是，尚未知可以通过从该制品除去锌而在不损害光学纯度的情况下简便且高收率地制造吡咯烷酮羧酸的方法。这样的情况下，已知用离子交换树脂来除去锌的方法，但难以将其降低至数十ppm左右。
如上所述，尚未知制造具有高光学纯度和高化学纯度(HPLC纯度)的吡咯烷酮羧酸或其盐的方法。从副作用的观点来看，高光学纯度和高化学纯度主要对于药品和农药等是重要的，并且是迫切需要的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平1-132560号公报
专利文献2：日本特公昭41-19431号公报
专利文献3：日本特公昭37-17959号公报
专利文献4：日本特开2003-34680号公报
专利文献5：日本特开平10-66566号公报
专利文献6：日本专利第5935689号公报
专利文献7：日本特开2005-330275号公报。
发明内容
发明所要解决的技术问题
因此，本发明的课题是提供简便且收率良好地制造化学纯度及光学纯度极高的吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的方法。
解决技术问题用的手段
本发明人为了解决上述的课题而进行了认真的研究，结果发现，通过向光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物的溶液中添加氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属的氢氧化物并滤去析出物(氢氧化锌)，可极其有效地除去锌而简便且收率良好地制造化学纯度及光学纯度极高的吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐，从而完成了本发明。
即，本发明涉及以下内容，
[1]一种光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的制造方法，该方法包含：向光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物的溶液中添加碱金属的氢氧化物并滤去析出物的工序；
[2]根据[1]所述的制造方法，其中，光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物的溶液为水溶液；
[3]根据[1]或[2]所述的制造方法，其中，光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的HPLC纯度为99.5%以上，且光学纯度为99.5%以上；
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的制造方法，其中，光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐中不含作为杂质的焦谷氨酰谷氨酸；
[5]根据[1]～[4]中任一项所述的制造方法，其中，光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐中包含0.1～20ppm的锌。
本发明还涉及以下的发明，
[6]一种水性组合物，其中，含有40～70重量%的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐，光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的HPLC纯度为99.5%以上；
[7]根据[6]所述的水性组合物，其中，光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的光学纯度为99.5%以上；
[8]根据[6]或[7]所述的水性组合物，其中，光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐为光学活性吡咯烷酮羧酸钾盐；
[9]根据[6]～[8]中任一项所述的水性组合物，其中，光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐中不含作为杂质的焦谷氨酰谷氨酸；
[10]根据[6]～[9]中任一项所述的水性组合物，其中，光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐中的锌含量为0.1～20ppm。
发明的效果
根据本发明，能够提供可简便且收率良好地制造化学纯度及光学纯度极高的吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的方法。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
本发明的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的制造方法包含向光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物的溶液中添加碱金属的氢氧化物并滤去析出物的工序。
本说明书中，所谓“光学活性”是指光学活性体(L体及D体)的一方的量比另一方多的状态，并非L体及D体等量存在的外消旋体。此外，所谓“光学纯度”，例如L体的情况下是指L体相对于L体及D体的合计的百分比。本发明中，光学活性体较好是L体。
光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物可通过日本特开2005-330275号公报中记载的方法制造。
从获得光学纯度高的吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的观点来看，光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物的光学纯度较好是100%～99.0%，更好是100%～99.3%，进一步更好是100%～99.5%，特别好是100%～99.7%。
作为光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物的溶液的溶剂，只要是可溶解光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物的溶剂，则无特别限定，可列举例如水、甲醇或乙醇或异丙醇等醇以及它们的混合溶剂等，从生产效率的观点来看，较好是水。即，作为光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物的溶液，较好是水溶液。
光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物的溶液的浓度无特别限定，从生产效率的观点来看，较好是5～30重量%，更好是10～30重量%，进一步更好是15～25重量%。
作为碱金属的氢氧化物，可列举例如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾等，从获取难易度的观点来看，较好是氢氧化钠或氢氧化钾。碱金属的氢氧化物的使用量，相对于光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物通常为1.85～2.00当量，较好是1.90～2.00当量，更好是1.90～1.95当量。
碱金属的氢氧化物例如可以固体形式、或者以水溶液、甲醇或乙醇等的醇溶液的形式添加于光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物的溶液中，从添加时的操作难易度的观点来看，较好是以水溶液的形式添加。
添加碱金属的氢氧化物的温度通常为5～95℃，较好是15～90℃，更好是50～85℃，在该温度下通常使其反应0.5～20小时，较好是1.0～3.0小时。
通过添加碱金属的氢氧化物，发生盐交换反应，滤去由此产生的析出物(氢氧化锌)。析出物的滤去通过常规方法进行。
通过上述工序，可获得光学活性吡咯烷酮羧酸的碱金属盐。所得的光学活性吡咯烷酮羧酸的碱金属盐可按照常规方法转化为光学活性吡咯烷酮羧酸的游离体。
关于通过本发明的方法得到的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐，其化学纯度(HPLC纯度)较好是99.5%以上，更好是99.7%以上，进一步更好是99.9%以上，并且其光学纯度较好是99.5%以上，更好是99.6%以上，进一步更好是99.7%以上。在此，化学纯度(HPLC纯度)和光学纯度通过以下的实施例中记载的方法测定。
此外，关于通过本发明的方法得到的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐，其L体与D体的重量比(L体:D体)较好是99.5:0.5～100:0，更好是99.6:0.4～100:0，进一步更好是99.7:0.3～99.9:0.1。
本发明的一个实施方式中，通过本发明的方法得到的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐中不含作为杂质的焦谷氨酰谷氨酸。焦谷氨酰谷氨酸是以下述结构式表示的化合物，
。
本发明的另一实施方式中，通过本发明的方法得到的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐中包含较好是0.1～20ppm、更好是0.1～15ppm、进一步更好是0.1～12ppm的锌。在此，锌的含量(残留锌浓度)通过以下的实施例中记载的方法测定。
通过本发明的方法得到的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐可配合至洗面奶、肥皂、清洁泡沫、化妆水、乳液、美容液、美容霜、洗发水(香波)、护发素(hair rinse)、头发调理剂(hair conditioner)、指甲油(enamel)、粉底、唇膏、搽脸粉(face powder)、化妆用粉(powder)、面膜、香水、古龙香水、牙膏等化妆品。
可使用通常用于化妆品或皮肤外用剂的常用成分作为添加剂。作为通常用于化妆品或皮肤外用剂的成分，可列举抗氧化剂、抗炎剂、紫外线吸收剂、美白剂、生发剂、细胞活化剂、保湿剂、金属螯合剂、油性原料、表面活性剂、溶剂、高分子物质、粉体物质、色素类、香料、透皮吸收促进剂、防腐剂、防褪色剂、缓冲剂、粉刺用药剂、去头屑/止痒剂、止汗防臭剂、烫伤用药剂、抗螨/虱剂、角质软化剂、干皮病用药剂、抗病毒剂、激素类、维生素类、氨基酸/肽类、蛋白质类、收敛剂、清凉/刺激剂、来源于动植物的成分、抗生素、抗真菌剂等。
本发明还涉及一种水性组合物，其中，含有40～70重量%的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐，光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的HPLC纯度为99.5%以上。
本发明的水性组合物较好是水溶液。
本发明的水性组合物中所含的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐例如可合适地通过上文中说明的本发明的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的制造方法而获得。
本发明的水性组合物中所含的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐较好是光学活性吡咯烷酮羧酸钾盐。
水性组合物中的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的含量，相对于水性组合物整体为40～70重量%，较好是45～65重量%，更好是45～60重量%。
本发明的水性组合物可含有除光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐以外的其他成分。作为这样的成分，可列举例如谷氨酸及其盐。
实施例
以下，利用实施例对本发明进行更详细的说明，但这些实施例不限制本发明。
[光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的化学纯度(作为HPLC纯度记载)的评价]
利用HPLC分析合成后所得的样品，将吡咯烷酮羧酸的峰面积在总区域面积中所占的比例作为HPLC纯度。
HPLC分析条件
柱：Inertsil ODS-3 5μm，250×4.6mm I.D.
洗脱液：30mM磷酸二氢钠(pH 3.0)
测定温度：40℃
检测方法：UV(210nm)
软件：LCsolution 版本1.25
峰的位置：RT约7分钟时出现的峰。
关于评价，将99.8%以上记为A，99.0%以上记为B，95.0%以上记为C，低于90.0%记为D。
[光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的光学纯度(L体纯度)的评价]
使用手性柱并利用HPLC分析合成后所得的样品，按照下述算式算出光学纯度(L体纯度)。
HPLC分析条件
柱：CHIRALPACK AS-H 5μm，250×4.6mm I.D.
洗脱液：乙醇/三氟乙酸=100/0.1
测定温度：30℃
检测方法：UV(230nm)
[L体纯度]＝[L体区域面积]／([L体区域面积]＋[D体区域面积])。
关于评价，将99.5%以上记为A，99.0%以上记为B，98.0%以上记为C，低于98.0%记为D。
[残留锌浓度的评价]
对于合成后所得的样品，使用PACKTEST(共立理化学研究所)算出锌含量后，换算成固体成分中的浓度而作为残留锌浓度。应予说明，固体成分通过红外线水分仪算出。
关于评价，将20ppm以下记为A，50ppm以下记为B，低于100ppm记为C，100ppm以上记为D。
＜实施例1＞
将光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物(200g；光学纯度(L体纯度)99.8%)溶解于离子交换水(800g)后，加热至80℃并缓慢加入48%氢氧化钾水溶液(129.65g)，在该温度下反应1小时。用桐山漏斗滤去析出物，浓缩滤液而获得光学活性吡咯烷酮羧酸钾盐水溶液(341.1g)(收率94%)。计算了固体成分，结果为52%。HPLC纯度为100.0%，光学纯度(L体纯度)为99.7%，残留锌浓度为6ppm。此外，通过本方法制备的光学活性吡咯烷酮羧酸钾盐中不含焦谷氨酰谷氨酸。
＜比较例1＞
将L-吡咯烷酮羧酸(50.0g；光学纯度(L体纯度)97.8%)添加于离子交换水(7.0g)后，加热溶解，加入谷氨酸钠一水合物(64.0g)溶解后，在120℃反应5小时，获得L-吡咯烷酮羧酸钠盐水溶液(收率94%)。HPLC纯度为92.5%，光学纯度(L体纯度)为97.5%。此外，从通过本方法制备的L-吡咯烷酮羧酸钠盐水溶液中检出了焦谷氨酰谷氨酸。
＜参考例1＞
将光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物(30g；光学纯度(L体纯度)99.7%)溶解于离子交换水(270g)后，加入Dowex(R)G26氢型(100g)并在室温下搅拌1.0小时。搅拌后，过滤反应混合物而获得光学活性吡咯烷酮羧酸水溶液(303.0g)(收率92%)。计算了固体成分，结果为6.8%。HPLC纯度为100.0%，光学纯度(L体纯度)为99.8%，残留锌浓度为368ppm。
HPLC纯度、L体纯度和残留锌浓度的评价汇总于下表中。
[表1]
。
由表1可以明确，通过向光学活性吡咯烷酮羧酸锌盐二水合物的溶液中添加碱金属的氢氧化物并滤去析出物，可制备具有良好的HPLC纯度和L体纯度的光学活性吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐。
这样的高光学活性的吡咯烷酮羧酸对于要求高纯度的药品或农药有用。
工业上的可利用性
本发明提供可简便且收率良好地制造化学纯度及光学纯度极高的吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐的方法，认为这样的吡咯烷酮羧酸或其碱金属盐作为药品或农药等需要高纯度的行业中的制品或原料有用。
本申请以在日本提出申请的日本特愿2017-195265为基础，将其全部内容纳入本说明书中。
Claims (5)
1.一种光学活性2-吡咯烷酮-5-羧酸的碱金属盐的制造方法，该方法包含：向光学活性2-吡咯烷酮-5-羧酸锌盐二水合物的溶液中添加碱金属的氢氧化物并滤去析出物的工序，
所述碱金属的氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠、或氢氧化钾，
所述光学活性2-吡咯烷酮-5-羧酸是L体。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，光学活性2-吡咯烷酮-5-羧酸锌盐二水合物的溶液为水溶液。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，光学活性2-吡咯烷酮-5-羧酸的碱金属盐的HPLC纯度为99.5％以上，且光学纯度为99.5％以上。
4.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，光学活性2-吡咯烷酮-5-羧酸的碱金属盐中不含作为杂质的焦谷氨酰谷氨酸。
5.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，光学活性2-吡咯烷酮-5-羧酸的碱金属盐中包含0.1～20ppm的锌。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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