CN1142488A - 纯化缬氨酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供通过简单方法、采用便宜沉淀剂进行纯化而得到高纯度和高收率缬氨酸的方法。使含缬氨酸的水溶液与对-异丙基苯磺酸或其水溶性盐反应，生成缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体。将该盐分离，然后分解，以便纯化和得到缬氨酸。对-异丙基苯磺酸可以是游离酸，或碱金属盐，或铵盐。本发明方法的优点是可以高效率地得到缬氨酸，可以以高收率分离出缬氨酸，所用的对-异丙基苯磺酸可通过磺化，便宜的异丙苯容易生产。

Description

纯化缬氨酸的方法
本发明涉及一种适于用来纯化缬氨酸的新的缬氨酸异丙基苯磺酸盐晶体以及用该缬氨酸异丙基苯磺酸盐纯化缬氨酸的方法。L-缬氨酸用作制备药物氨基酸的原料，而且是各种药物合成中的中间体。此外，D-缬氨酸用作农用化学品的中间体。
生产缬氨酸的方法是将蛋白质如大豆蛋白等进行水解，或者通过培养具有产生缬氨酸的活性的微生物。从由上述方法中得到的含缬氨酸的水溶液如蛋白水解质、发酵溶液等中分离缬氨酸以及将其纯化的常规方法包括下述方法：
方法(1)，通过用离子交换树脂处理将酸性或碱性氨基酸分离并除去以后，得到中性氨基酸级分，将其重复地重结晶以除去除缬氨酸之外的中性氨基酸[Biochem.J.，48,313(1951)].
方法(2)，将盐酸力入含缬氨酸的水溶液中以生成并沉淀出缬氨酸盐酸盐晶体，重复该操作[Japanese Laid-Open Patent Application(Kokai)No.16,450/1981].
然而，这些方法涉及一些难题。就是说，前一方法很复杂，而且很难从亮氨酸和异亮氨酸中分离出缬氨酸。在后一方法中，缬氨酸盐酸盐晶体在水中的溶解度如此之高，使缬氨酸的收率降低。
在纯化缬氨酸的其他方法中，通过使缬氨酸与沉淀剂如四氯邻苯二甲酸、磺基间苯二酸、黄安酸等反应使其纯化，这些沉淀剂与缬氨酸选择性地生成加合物(Japanese Patent Publication No.25059/1967)，然而，这一方法也已遇到难题，所用沉淀剂昂贵且工业上不易得到，因所得加合物溶解度高，难以以高收率回收缬氨酸，以及从加合物中分离缬氨酸相当复杂。
此外，至今作为亮氨酸的沉淀剂已知有1，2-二甲基苯磺酸(Japanese Patent Publication No.11,373/1965)和对甲苯磺酸[JapaneseLaid-Open Patent Application(Kokai)No.3,016/1977]，而亮氨酸是和缬氨酸结构相似的中性氨基酸。但是，因为这些沉淀剂对亮氨酸有特异性，他们几乎不能用于沉淀缬氨酸。于是，这些沉淀剂是特异性物质，不容易找到对缬氨酸具有特异性的沉淀剂。
本发明提供一种用便宜的沉淀剂以高纯度、高收率纯化缬氨酸的简单方法。
在这种情况下，本发明人经研究发现，当使含缬氨酸的水溶液与对-异丙基苯磺酸反应、然后冷却时，微溶性的缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体选择性地沉淀出来。这一发现导致本发明的完成。
既是说，本发明涉及：
(1)缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体，含有1摩尔缬氨酸和1摩尔对-异丙基苯磺酸，和
(2)一种纯化缬氨酸的方法，包括使含缬氨酸的水溶液与对-异丙基苯磺酸或其水溶性盐反应，以生成缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体，然后分离该缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐，并且分解该缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐，得到缬氨酸。
可用于本发明方法的缬氨酸可以是光活性物质，即L-异构体或D-异构体，外消旋体或他们的混合物。含缬氨酸的水溶液的实例包括由水解蛋白质如大豆蛋白等生成的水解质中分离并除去碱性氨基酸得到的混合氨基酸溶液，由培养具有生成和累积缬氨酸的活性的微生物得到的发酵溶液，从这一发酵溶液中除去细胞得到的溶液，由通过离子交换树脂或吸附树脂处理上述溶液得到的溶液，以及由反应过程中生成乙内酰胺衍生物的合成方法得到的DL-缬氨酸粗品的水溶液。
用于本发明的对-异丙基苯磺酸容易按下述方法生成，把异丙苯和浓硫酸按照每一摩尔异丙苯1.5摩尔硫酸的量加入玻璃容器中，混合物在120℃加热2到3小时，很容易以低成本、工业规模制得。此外，对-异丙基苯磺酸可以以游离酸形式、水溶性盐形式使用，后者例如有碱金属盐，如钠盐、钾盐等，或碱土金属盐，如钙盐等，或者铵盐。对-异丙基苯磺酸或其水溶性盐的用量是与水溶液中所含缬氨酸等摩尔量或更多，优选每摩尔缬氨酸1.0-1.1摩尔。没必要使用大量过量的缬氨酸。
所期望的微溶加合化合物缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体可通过往含有3克/分升或更多缬氨酸的水溶液中加入对-异丙基苯磺酸或其水溶性盐并且调节pH为大约1.5的方法而生成和沉淀出来。适于缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体生成和沉淀的溶液pH值是0.1-2.3。优选1.0-1.7。用于调节pH的酸包括无机酸如盐酸和硫酸。当把缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶种加入到所需的对-异丙基苯磺酸混合溶液中时，晶体可以有效地沉淀出来。当缬氨酸水溶液较稀时，通过浓缩可以沉淀出缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体。在这种情况下对-异丙基苯磺酸可以在浓缩以前或以后的任何阶段加入。当缬氨酸水溶液在中性条件下浓缩时有三种缬氨酸晶体沉淀出来。通过加入适量的对-异丙基苯磺酸并调节pH到大约1.5，可容易生成缬氨酸异丙基苯磺酸盐晶体。此外，缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体也可通过浓缩方法沉淀出来，即先把含有适量对-异丙基苯磺酸的缬氨酸稀溶液的pH调节到大约2，然后浓缩该溶液。
沉淀出来的缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体可通过通常的固-液分离方法如过滤、离心分离等方法分离出来。虽然分出的晶体具有高纯度，他还可通过通常的纯化方法如洗涤、脱水、重结晶等进一步纯化。
这样得到的含有1摩尔缬氨酸和1摩尔对-异丙基苯磺酸的缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体是新产品，它表现出下述性质。
白色片状晶体。可溶于水和乙醇。
水中溶解度：7.8％(重量)(pH1.5，10℃)
晶体结构：单斜晶系
晶体密度：1.28/[厘米]3
元素分析：
实测：C 52.9％，H 7.3％，N 4.4％，S 9.9％
计算：C 53.0％，H 7.3％，N 4.4％，S 10.1％
为了从缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体中分离出游离的缬氨酸，使含有大量热水的溶液与弱碱性离子交换树脂(OH-型)接触，或者往其中加入一种碱，如氢氧化钠等。当使用离子交换树脂时，对-异丙基苯磺酸被其吸附，在流出液中得到游离的缬氨酸。该溶液用常规方法处理，例如通过浓缩进行结晶，得到缬氨酸晶体。吸附在树脂上的沉淀剂(对-异丙基苯磺酸)在用碱性溶液如氢氧化钠溶液等将树脂再生时作为碱金属盐洗脱掉。
在加碱过程中，将碱如氢氧化钠等本身或其水溶液加到缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体的水悬液中，以调节pH到5和8之间，优选6和7之间，从而使对-异丙基苯磺酸作为破金属盐溶解在溶液中，游离的缬氨酸沉淀出来，沉淀的缬氨酸经分离制得。
已经分离并作为碱金属盐回收的沉淀剂(对-异丙基苯磺酸)可以原样在随后的反应中作为沉淀剂再使用。
参照下述实施例具体说明本发明。下述实施例中缬氨酸和其他氨基酸的量用日立L-8500型氨基酸分析器测定。
参考实施例1
(对-异丙基苯磺酸的生成)
将浓硫酸(84毫升，1.5摩尔)加到140毫升(1摩尔)异丙苯中，将混合物在120到130℃温度下加热2.5小时。如果留下未反应的异丙苯，可看到有分层。如果没有看到分层，即是反应完全，得到含对-异丙基苯磺酸作为主要成分的溶液。将该溶液加到350毫升水中，用碳酸氢钠部分地中和。然后，对-异丙基苯磺酸用氯化钠转化成钠盐，以沉淀出对-异丙基苯磺酸钠晶体。用过滤法分离如此得到的晶体，然后减压干燥。该对-异丙基苯磺酸钠容易溶于水，微溶于乙醇。如此得到的晶体的1H-NMR谱示于图1。
实施例1
将70毫升水加到10克L-缬氨酸和19克参考实施例1中得到的对-异丙基苯磺酸钠中，用硫酸将该溶液pH调到1.5，然后将该溶液温度升到50℃以溶解其中的固体。随后，将溶液冷至10℃，以沉淀出L-缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体。用过滤法分离沉淀的晶体，然后减压干燥。如此得到的L-缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐是白色细晶体。其晶系是单斜晶系，晶体的比重是1.28克/[厘米]3该晶体的粉末X-射线衍射图示于图2。该X-射线衍射是用Cu-K射线作为放射源进行的。晶体的元素分析表明下述组成。
C 53.1％，H 7.2％，N 4.4％，S 10.0％
实施例2
将对-异丙基苯磺酸钠(26.6克，与缬氨酸等摩尔量)加到100毫升含14克L-缬氨酸、1.1克L-亮氨酸、1.1克L-异亮氨酸、1.1克L-谷氨酸和1.1克L-丙氨酸的溶液中，调节pH到1.5。然后，将混合物加热溶解。接着，将溶液冷却，以沉淀出L-缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体。该沉淀的晶体用离心分离法回收，然后溶解在大量的热水中。将该溶液通过OH-型弱碱性离子交换树脂以除去对-异丙基苯磺酸。流出液通过浓缩进行结晶，得到9克游离L-缬氨酸晶体。对母液的分析表明缬氨酸的沉淀率是70％，游离L-缬氨酸的纯度是97％。其他氨基酸的含量是3％或更少。
实施例3
将对-异丙基苯磺酸钠(26.6克，与缬氨酸等摩尔量)加到100毫升含14克L-缬氨酸、0.42克L-亮氨酸、0.42克L-异亮氨酸、0.42克L-谷氨酸和0.42克L-丙氨酸的溶液中，调节pH到1.5。然后，将混合物加热溶解。接着，将溶液冷却，以沉淀出L-缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体。该沉淀的晶体用离心分离法回收，然后溶解在大量的热水中。将该溶液通过OH-型弱碱性离子交换树脂以除去对-异丙基苯磺酸。流出液通过浓缩进行结晶，得到9克游离L-缬氨酸晶体。对母液的分析表明缬氨酸的沉淀率是70％，游离L-缬氨酸的纯度是99％。其他氨基酸的含量是1％或更少。
实施例4
将对-异丙基苯磺酸钠(19克，与缬氨酸等摩尔量)加到100毫升含10克D-缬氨酸、0.3克D-亮氨酸和0.3克D-异亮氨酸的溶液中，调节pH到1.5。然后，将混合物加热溶解。接着，将溶液冷却，以沉淀出18克D-缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体。该沉淀的晶体用离心分离法回收，然后溶解在大量的热水中。将该溶液通过OH-型弱碱性离子交换树脂以除去对-异丙基苯磺酸。流出液通过浓缩进行结晶，得到6.5克游离D-缬氨酸晶体。对母液的分析表明缬氨酸的沉淀率是70％，游离D-缬氨酸的纯度是99％。其他氨基酸的含量是1％或更少。
实施例5
将对-异丙基苯磺酸钠(19克，与缬氨酸等摩尔量)加到100毫升含10克DL-缬氨酸、0.3克L-亮氨酸和0.3克L-异亮氨酸的溶液中，调节pH到1.5。然后，将混合物加热溶解。接着，将溶液冷却，以沉淀出9克DL-缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体。该沉淀的晶体用离心分离法回收，然后溶解在大量的热水中。将该溶液通过OH-型弱碱性离子交换树脂以除去对-异丙基苯磺酸。流出液通过浓缩进行结晶，得到3克游离DL-缬氨酸晶体。对母液的分析表明缬氨酸的沉淀率是30％，游离DL-缬氨酸的纯度不低于99％。
对比实施例1
往20克L-缬氨酸中加入32.5克对-甲苯磺酸一水合物和47.5克水。使混合物在室温下溶解，然后冷至10℃。如此操作后有少量缬氨酸对-甲苯磺酸盐晶体沉淀出来。在10℃(pH1.5)时L-缬氨酸对-甲苯磺酸盐在水中的溶解度是48％(重量)。
对比实施例2
往15克L-缬氨酸中加入28.5克对-正丙基苯磺酸钠和56.5克水。用硫酸调pH至1.5以后，使混合物在50℃溶解，然后将溶液冷至10℃，得到13克L-缬氨酸对-正丙基苯磺酸盐。对母液进行分析表明，缬氨酸的沉淀率仅是30％。在10℃(pH1.5)时L-缬氨酸对-正丙基苯磺酸盐在水中的溶解度是29％(重量)。这样得到的晶体是白色细结晶，其晶系是单斜晶系，晶体的比重是1.27克/[厘米]3。
对比实施例3
将磺基间苯二甲酸钠(34.5克，与缬氨酸等摩尔量)加到150毫升含15克L-缬氨酸、1.2克L-亮氨酸、1.2克L-异亮氨酸和1.2克L-谷氨酸的溶液中。调节pH到1.5，然后，将混合物加热溶解。接着，将溶液冷却，以沉淀和分离出L-缬氨酸磺基间苯二甲酸盐。L-缬氨酸磺基间苯二甲酸盐晶体中缬氨酸的纯度是98％，其他氨基酸的含量是2％。得到的缬氨酸的收率是70％。将其溶解在大量的热水中，将该溶液通过OH-型弱碱性离子交换树脂以除去磺基间苯二甲酸而得到游离的缬氨酸。但是，磺基间苯二甲酸不能完全除去，用此方法要得到完全游离的缬氨酸是困难的。因此，用强酸性离子交换树脂除去磺基间苯二甲酸。然而，在此方法中，在从强酸性离子交换树脂上淋洗缬氨酸时，缬氨酸晶体在树脂柱中在淋洗液中就沉淀出来。要很有效地除去磺基间苯二甲酸是困难的。
如上所述，当用本发明得到的缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体纯化缬氨酸时，可通过简单方法以低成本制得高纯度的缬氨酸，这是很有用的。就是说，该制备缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体和纯化缬氨酸的方法具有以下效果：因为缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐的溶解度低，可以高效率制得缬氨酸，并且由于缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐的特异性，可以从诸如亮氨酸和异亮氨酸等(他们很难从缬氨酸中分离)氨基酸中以高收率分离出缬氨酸。此外，通过磺化便宜的异丙苯可以容易地工业化生产对-异丙基苯磺酸。因此，本发明可以容易地、以低成本工业化实施。从缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐分离并得到缬氨酸以及回收对-异丙基苯磺酸以便再使用也都是容易的。
图1是参考实施例1中得到的对-异丙基苯磺酸钠的1H-NMR谱。
图2是实施例1中得到的L-缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐的粉末X-射线衍射图。

Claims (3)

1.一种缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体，其中含有1摩尔缬氨酸和1摩尔对-异丙基苯磺酸。
2.一种纯化缬氨酸的方法，包括使含缬氨酸的水溶液和对-异丙基苯磺酸或其水溶性盐反应，生成缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐晶体，然后分离该缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐，并分解该缬氨酸对-异丙基苯磺酸盐得到缬氨酸。
3.权利要求2所述的方法，其中对-异丙基苯磺酸的水溶性盐是碱金属盐。
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