CN115925569A - 一种无水l-苯丙氨酸晶型的制备方法 - Google Patents
一种无水l-苯丙氨酸晶型的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115925569A CN115925569A CN202211526359.3A CN202211526359A CN115925569A CN 115925569 A CN115925569 A CN 115925569A CN 202211526359 A CN202211526359 A CN 202211526359A CN 115925569 A CN115925569 A CN 115925569A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phenylalanine
- anhydrous
- crystallization
- tyrosine
- crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N L-phenylalanine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=CC=C1 COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N 0.000 title claims abstract description 293
- 229960005190 phenylalanine Drugs 0.000 title claims abstract description 149
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N L-tyrosine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N 0.000 claims abstract description 130
- 229960004441 tyrosine Drugs 0.000 claims abstract description 65
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 53
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 15
- QDGAVODICPCDMU-UHFFFAOYSA-N 2-amino-3-[3-[bis(2-chloroethyl)amino]phenyl]propanoic acid Chemical compound OC(=O)C(N)CC1=CC=CC(N(CCCl)CCCl)=C1 QDGAVODICPCDMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 23
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 11
- SHYPCGPEDNUPRA-QRPNPIFTSA-N (2s)-2-amino-3-phenylpropanoic acid;hydrate Chemical compound O.OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=CC=C1 SHYPCGPEDNUPRA-QRPNPIFTSA-N 0.000 abstract description 10
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 34
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 21
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 20
- 150000004682 monohydrates Chemical class 0.000 description 18
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 10
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 9
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 6
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- -1 L-Phe monohydrate Chemical class 0.000 description 4
- 229940024606 amino acid Drugs 0.000 description 4
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000010903 primary nucleation Methods 0.000 description 4
- 238000010900 secondary nucleation Methods 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000001938 differential scanning calorimetry curve Methods 0.000 description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZZDHJZADYBVFCP-HOTGVXAUSA-N [(2s)-2-amino-3-phenylpropanoyl] (2s)-2-amino-3-phenylpropanoate Chemical compound C([C@H](N)C(=O)OC(=O)[C@@H](N)CC=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 ZZDHJZADYBVFCP-HOTGVXAUSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 2
- 238000004483 ATR-FTIR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 125000002435 L-phenylalanyl group Chemical group O=C([*])[C@](N([H])[H])([H])C([H])([H])C1=C([H])C([H])=C([H])C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 241000276425 Xiphophorus maculatus Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002246 antineoplastic agent Substances 0.000 description 1
- 229940041181 antineoplastic drug Drugs 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000003917 carbamoyl group Chemical group [H]N([H])C(*)=O 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 235000015872 dietary supplement Nutrition 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 235000020776 essential amino acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000003797 essential amino acid Substances 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010904 focused beam reflectance measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 description 1
- 235000013376 functional food Nutrition 0.000 description 1
- 239000004030 hiv protease inhibitor Substances 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- GBMDVOWEEQVZKZ-UHFFFAOYSA-N methanol;hydrate Chemical compound O.OC GBMDVOWEEQVZKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- COLNVLDHVKWLRT-UHFFFAOYSA-N phenylalanine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=CC=C1 COLNVLDHVKWLRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000010956 selective crystallization Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- OUYCCCASQSFEME-UHFFFAOYSA-N tyrosine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及一种无水L‑苯丙氨酸晶型的制备方法，在L‑酪氨酸存在下，进行L‑苯丙氨酸过饱和水溶液的结晶。本发明首创性地通过在L‑苯丙氨酸结晶过程中，加入少量的L‑酪氨酸作为添加剂，发现可以明显抑制L‑苯丙氨酸一水合物晶型，有效促进无水L‑苯丙氨酸晶型的生成。有利于制备高纯度的无水L‑苯丙氨酸。L‑酪氨酸添加量少，价格低廉，获取容易。本发明制备工艺不需要要复杂精细的结晶条件，不需要加入有机溶剂，酸碱等试剂，不需要大型设备，便于产业化的操作。所得产品无水L‑苯丙氨酸纯度高，收率高。是一种有望工业化的生产无水L‑苯丙氨酸的方法。
Description
技术领域
本发明属于氨基酸晶体提纯技术领域，具体涉及一种无水L-苯丙氨酸晶型的制备方法。
背景技术
L-苯丙氨酸(L-Phe)以两种结晶形式存在：无水形式(斜方晶系，片状)和一水合物(单斜晶系，针状)。这两种形式的在水中转变温度为37℃，属于假多晶型体系。在该温度以下，针状一水合物形式更稳定；当在高于37℃的温度下进行L-Phe在水中的结晶时，菱形片状无水形式更稳定。针状的一水合物晶型，常温下容易变质，结晶过程应该尽量避免产生一水合物的晶型。
L-苯丙氨酸无水物为α晶型(片状)，流动性好，便于储存运输，是工业生产的目标晶型。L-苯丙氨酸是人体不能合成的一种必须氨基酸。L-苯丙氨酸广泛应用于功能性食品的氨基酸方面，补充了人体所需，还添加于焙烤食品，与糖类起氨基-羰基反应，改善食品的香味。在医药领域，L-苯丙氨酸也可以作为营养增补剂，一直是临床医药氨基酸输液的重要成分，L-苯丙氨酸合成的医药有HIV蛋白酶抑制剂、凝乳酶和抗肿瘤药物等等。
已经有工作对L-苯丙氨酸的结晶条件，添加剂等对其多晶型转变行为的影响。比如Mohan等人(Mohan R.,K.K.Koo,C.Strege,and A.S.Myerson.Effect of additives onthetransformation behavior of L-phenylalanine in aqueoussolution.Ind.Eng.Chem.Res.2001；40:6111-6117.)研究了硫酸铵和葡萄糖作为添加剂对L-Phe假多晶型转变行为的影响。应用粉末X-射线衍射、SEM和溶解度测量来鉴定多晶型物的存在并分析整个转化过程。结果表明，硫酸铵和葡萄糖只能延缓转化速率，而对转变点没有影响。转化率的降低是由于杂质的存在降低了无水物的溶解度，从而阻碍了L-Phe向一水合物晶体表面的转移和累积。Wang等人(Wang Z.Z.,Y.Li,W.Z.Fang,Q.Wang,H.Z.Xiao,andL.P.Dang.Saltingeffects on the solubility and transformation kinetics of L-phenylalanine anhydrate/monohydratein aqueoussolutions.Ind.Eng.Chem.Res.2014；53:521-529.)测量了L-苯丙氨酸无水物和一水物在纯水和4wt％浓度的NaCl、KCl、Na2SO4和(NH4)2SO4水溶液中溶解度，并确定了L-苯丙氨酸无水物和一水物之间的转化动力学。结果表明，在溶液中加入NaCl显著提高了两种形式之间的转化速率。此外，Kee等人(Kee N.C.S.,P.D.Arendt,L.M.Goh,R.B.H.Tan,andR.D.Braatz.Nucleation and growth kinetics estimation for L-phenylalaninehydrateand anhydrate crystallization.CrystEngComm 2011；13:1197-1209.)通过原位ATR-FTIR和浓度反馈控制的FBRM监测过程的过饱和度分布，报道了L-Phe无水物的选择性结晶是在低于转变点的温度下，使用混合溶剂系统的种子分批结晶进行的。
现有技术中对一些添加剂，包括电解质(NH4)2)SO4、NaCl、KAl(SO4)2)·12H2O和Al2(SO4)3和非电解质葡萄糖(C6H12O6)和蔗糖(C12H22O11)对L-Phe的溶解性和多晶型转化的影响已有报道。
CN102358720A公开了一种制备无水L-苯丙氨酸的溶析结晶方法，具体是将L-苯丙氨酸加入到丙酮和水的混合溶剂中，升温至53℃，完全溶解，趁热过滤，滤液转移相同温度的另一结晶的结晶器中，以0.5℃/min降温速率降温至45℃，保持恒温，加入L-苯丙氨酸3wt％，粒度在63-75μm的晶种进行溶析结晶，养晶30min；以0.1-0.2 mL/min速率滴加丙酮，45℃养晶10min，真空抽滤，溶析剂洗涤，真空干燥，得到无水L-苯丙氨酸。该专利方法收率最高仅80.9％；而且该专利中需要使用大量的丙酮，在环境保护，成本方面都存在不利于工业化大规模生产的制约因素。
CN102093238A公开了一种L-丙苯氨酸的结晶方法，具体是在37-45℃，搅拌条件下向pH 10-12的碱性L-苯丙氨酸溶液中缓慢加入盐酸，使体系pH降低至5-6，降温冷却，抽滤，乙醇洗涤晶体，真空干燥，得到α型L-苯丙氨酸晶体。该专利声称收率最高能到90.03％。但是申请人按照该专利方法重复实验，发现纯度，收率达不到专利中声称的效果。而且该专利方法需要反复用大量的碱和酸调节pH，操作反复，消耗大量的酸碱，也并不经济。
考虑到无水L-苯丙氨酸在工业和实验室的需求和青睐，如何高效地、低成本地制备高纯度的无水形式的L-苯丙氨酸结晶，目前还缺乏一种行之有效的办法。
发明内容
为了解决现有技术中缺乏一种行之有效的得到无水形式结晶的L-苯丙氨酸，本发明提出了一种新颖的，通过加入少量L-酪氨酸(L-Tyr)作为添加剂，调控结晶条件，在L-苯丙氨酸的结晶过程中，能够明显抑制一水合物的结晶，得到无水结晶形式L-苯丙氨酸。本发明选择L-Tyr作为L-Phe结晶过程中的添加剂。研究了L-Tyr对L-Phe的溶解度、介稳区宽度、生长和形态变化的影响，深入了解杂质介导的L-Phe成核和晶体生长。
本发明目的通过以下技术方案得以解决：
一种无水L-苯丙氨酸晶型的制备方法，是在L-酪氨酸存在下，进行L-苯丙氨酸过饱和水溶液的结晶。
L-苯丙氨酸(L-Phe)和L-酪氨酸(L-Tyr)都是芳香族蛋白氨基酸，具有非常相似的分子结构。L-Tyr和L-Phe可以在牛奶、肉类、鱼类和蛋类中找到，本发明研究了L-Tyr杂质对L-Phe成核和生长的影响，预料不到地发现了少量L-Tyr的存在，可以抑制L-Phe一水合物晶型的生长，而有利于L-Phe无水晶型的生长。通过调控合适的晶体生长调节，可以高收率(94％)地获得高纯度(98-99％)的无水L-Phe晶型。
进一步地，L-酪氨酸在体系中质量含量为2-5wt％；优选地，L-酪氨酸在体系中质量含量为3-4wt％。发明人发现，L-Phe的成核速率由于L-Tyr的加入而增加。这是因为L-Try对L-Phe的溶解度有明显的影响，可以缩短诱导时间。L-Tyr的浓度不宜过低，否则无法有效诱导L-Phe的结晶；L-Tyr的浓度也不宜过高，否则影响产品的最终纯度和晶体品质。经过大量实验研究，在L-Phe结晶过程中，合适的L-Tyr浓度为3-4wt％。微量的L-Tyr(≥2wt％)就可以促进无水合物的生长并抑制一水合物的生长，添加剂与溶质具有相似的分子结构，在结晶过程中，添加剂可以选择性吸附在晶面的某个特定位置，扰乱晶格排列顺序，从而改变晶面生长行为，从而抑制一水合物的生长，但是L-酪氨酸的浓度也不宜过高，因为过高的L-酪氨酸会影响产品的最终纯度和晶体品质。因此，本发明中L-酪氨酸的浓度控制在3-4wt％为宜。
进一步地，结晶温度是22-28℃，优选24-26℃。以往制备无水L-苯丙氨酸是通过严格控制结晶温度和结晶条件，特别是结晶温度一般控制在35-38℃，会导致很大部分L-苯丙氨酸还在水中，降低了收率。本发明通过加入少量的L-酪氨酸，可以有效抑制L-苯丙氨酸一水合物的产生，并且可以是结晶温度下降至较低的温度，比如24-26℃，如此大大提高了无水L-苯丙氨酸收率，并且所得产物纯度高，未检测出一水合物的成分。
在本发明一个优选技术方案中，所述无水L-苯丙氨酸晶型的制备方法，包括以下步骤：在大于37℃的温度下，将L-苯丙氨酸溶于含有L-酪氨酸的水中，形成L-苯丙氨酸的过饱和溶液，冷却至结晶温度，保持恒温1-3h，加入无水L-苯丙氨酸晶种，继续保持恒温4-5天，结晶。
进一步地，所述大于37℃的温度是指37-65℃，优选50-65℃，更优选60-65℃。在该温度范围下，更容易得到稳定的过饱和无水L-苯丙氨酸溶液。温度降低将使溶液的饱和度升高。过饱和越大，则产生的晶核越多，结晶体的粒径越小。但是温度不能低于37℃，否则容易形成L苯丙氨酸一水合物晶体，并且在对应温度范围内所形成的L-苯丙氨酸无水合物晶体也不够稳定。
本发明所述水优选为去离子水，超纯水，蒸馏水。只要是电导率在20μs/cm以下的水均可，没有特别的限定。使用纯度高的水，有利于避免其他杂质对L-苯丙氨酸结晶过程中的干扰。
进一步地，无水L-苯丙氨酸晶种的加入量是体系中加入L-苯丙氨酸质量的0.5-1wt％，粒度为180-220μm。加入晶种的目的是诱导结晶。晶种加入量过多，没有必要；过少，无法诱导二次成核，晶体不易析出。加入时机最好是在晶体过饱和度达到临界值(介稳区边界)，晶体即将自发析出，但又不能自发析出，即初次成核的边。
进一步地，L-苯丙氨酸的加入量是使体系在结晶温度下，L-苯丙氨酸的过饱和度为1.2-1.5，优选1.3-1.4。过饱和度S通过公式S＝C/CEQ计算得到，C为实际溶液浓度，CEQ为平衡浓度。在介稳区内，溶液不会自发地产生晶体，但如果在溶液中已经加入了晶种，则会在介稳区晶种缓慢平稳生长，然而在超溶解度曲线上方的不稳区，溶液能够自发地产生晶核。为保证结晶产品质量，工业结晶要避免自发成核，所以结晶过程应该控制在介稳区内。通过控制结晶体系的L-苯丙氨酸过饱和度在上述范围内，能够稳定得到质量好的无水L-苯丙氨酸晶体。如果过饱和度太大，晶体会迅速、大量析出，会影响影响产品晶型、大小、质量的控制，此外，在允许的范围内，尽可能探索一个较小的、适宜的过饱和度，以免造成不必要的浪费。而且如果过饱和度大到一定程度，超越了介稳区，溶质无法继续溶解，无法获得均相溶液，那么后面加入优化的晶种、加入酪氨酸等操作将没有意义。如果过饱和度过小，会导致晶体析出困难，工艺时间漫长。
相对于现有技术，本发明取得了以下技术优势：
一、本发明首创性地通过在L-苯丙氨酸结晶过程中，加入少量的L-酪氨酸作为添加剂，发现可以明显抑制L-苯丙氨酸一水合物晶型，有效促进无水L-苯丙氨酸晶型的生成。有利于制备高纯度的无水L-苯丙氨酸。L-酪氨酸添加量少，价格低廉，获取容易，为无水L-苯丙氨酸晶型的生产提供了工业上大规模生产的可能。
二、加入L-酪氨酸后，可以使在更低的温度下结晶得到无水L-苯丙氨酸，收率明显提高。
三、本发明制备工艺不需要要复杂精细的结晶条件，不需要加入有机溶剂，酸碱等试剂，不需要大型设备，便于产业化的操作。所得产品无水L-苯丙氨酸纯度高，收率高。是一种有望工业化的生产无水L-苯丙氨酸的方法。
附图说明
图1是无水L-Phe和一水合L-Phe的XRD图；
图2是无水L-Phe和一水L-Phe的DSC图；
图3是L-苯丙氨酸分别在纯水中，和在L-Tyr存在下得到的结晶形态；
图4是实施例1所得产品和纯的L-苯丙氨酸的电镜照片；
图5是实施例1所得产品无水L-苯丙氨酸标准品XRD图；
图6是对比例1所得产品一水L-苯丙氨酸标准品的XRD图；
图7是实施例1和对比例1所得产品的DSC图；
图8是不同温度下L-苯丙氨酸在纯水中的溶解度图；
图9是L-苯丙氨酸在纯水，2wt％L-Tyr去离子水溶液，4wt％L-Tyr去离子水溶液中的溶解度图。
具体实施方式
本发明实施例中所用到的试剂和设备，检测方法如下描述：
L-苯丙氨酸(>99％)和L-酪氨酸(>99％)购自Alfa Aesar。
扫描电子显微镜为MLF 650 FEG，在在10kV下操作，检查晶体的形态。
使用Mettler Toledo DSC系统(Mettler Toledo，Canada)进行DSC曲线的测试。在测试样品之前，使用标准铟对量热计进行校准。将样品(5.0-7.0 mg)在密封的铝坩埚中在氮气气氛下以10℃/min的加热速率从50℃加热至350℃。使用STAR软件记录并分析DSC曲线。
XRD图谱用Rigaku Ultima-IV X射线衍射仪得到。将干燥的样品晶体研磨并放置在样品架上的硅板上。衍射角2θ范围为3～50°，步长为0.02°2θ，每步计数时间为1s。
HPLC采用Agilent 1100测试得到，测定在L-Tyr存在下由无水L-Phe生长得到的混合晶体的溶解度、亚稳区极限和组成。色谱柱为美国Agilent公司4.6×250mm C18柱，流动相为甲醇-水(30/70，V/V)，流速为0.8mL/min.整个分析过程在室温下进行，检测波长为260nm.
溶解度和亚稳极限的测试：
在338.15K至293.15K的温度范围内，将过量的L-Phe加入到在夹套玻璃结晶器中的100ml溶剂中。用磁力搅拌器以200rpm连续搅拌该溶液24小时以上。使用可编程的JulaboFP50加热/冷却循环器(Allentown，PA，US)控制溶液的温度。将获得过饱和溶液，直到固体颗粒不再溶解。之后，将溶液转移到过滤器中以除去过量的固体。然后用装有45μm过滤器的注射器从上清液中取出饱和溶液样品。在使用前将过滤器加热至实验温度，以避免由重结晶或溶解引起的误差。用去离子水将饱和溶液稀释100倍，然后通过HPLC分析浓度。在溶解度测量过程中获得的饱和溶液用于测量不同温度下的介稳区极限和诱导时间。以17℃/h的恒定速率降低温度，并将搅拌速度固定在200rpm，进行冷却，直到检测到微量的固体晶体，然后记录诱导时间，并且可以确定亚稳区。
L-苯丙氨酸无水无和一水合物晶型的表征：
根据文献(文献a.Mohan R.,K.K.Koo,C.Strege,and A.S.Myerson.Effect ofadditiveson the transformation behavior of L-phenylalanine in aqueoussolution.Ind.Eng.Chem.Res.2001；40:6111-6117；文献b，Lu J.,Q.Lin,Z.Li,andS.Rohani.Solubility of L-phenylalanine anhydrous and monohydrate forms:Experimental measurements and predictions.J.Chem.Eng.Data 2012；57:1492-1498)，当重结晶在65至38℃之间进行时，无水形式更稳定当终止温度低于35℃时，更容易形成一水合物。图1是无水L-Phe和一水合L-Phe的XRD图。可以看出无水形式在5.75、17.0、22.73、28.52和34.43处具有特征衍射峰；一水合物形式在6.44、8.5、10.82、13.8、15、17.66、20.58、22.28、22.94和26.04处具有峰。图2是无水L-Phe和一水L-Phe的DSC图。根据DSC曲线，无水形式在255.1、275.6和290.3℃显示三个特征峰；一水合物形式在249.7、277.5和290.5℃显示三个吸热峰。上述数据与文献报道的结果一致。
实施例1
称取纯度大于99％的L-苯丙氨酸溶解于去离子水中，制备相应的过饱和溶液，在开始和结束温度分别为65-38℃下进行了L-苯丙氨酸的重结晶，过筛得到粒度在180-220μm的晶体，在间歇结晶实验中使用重结晶的无水晶体作为晶种。将所得晶种的XRD和DSC与上述无水L-苯丙氨酸进行表征一致，表示得到的晶体确实为无水L-苯丙氨酸晶体，可以作为晶种使用。
在65℃条件下，将27.5g(24℃时苯丙氨酸的溶解度为27.5g/1000mL水)L-苯丙氨酸添加到含有4wt％L-酪氨酸的1000mL去离子水中，溶液置于体积为2500mL的玻璃瓶中，继续加入L-苯丙氨酸使体系中L-苯丙氨酸过饱和度为1.4，即继续加入11.0gL-苯丙氨酸，使L-苯丙氨酸总的加入量为38.5g。玻璃瓶置于带夹套的玻璃结晶器中，可进行搅拌和温度的自动化控制。在结晶器中保温1h，加入210mg晶粒范围为180～220μm的L-苯丙氨酸无水无晶种，诱导结晶，搅拌条件保持相同，24℃恒温结晶5天，观察晶种的生长。将晶浆抽滤，固液分离，湿料产品在45℃下真空干燥(真空度50mbar)8h,得到板状的L-苯丙氨酸无水产物10.4g。将上述结晶的成品用HPLC进行检测最终无水产物收率为94.5％，纯度可达99.2％(HPLC测试)，通过L-苯丙氨酸粉末衍射图谱可以看出晶体是α型的，足以满足工业需求。
理论收率(S)＝m1/(m2-m3)×100％
m1为产物无水L-苯丙氨酸产物的质量，m2为总的L-苯丙氨酸加入质量，m3为结晶温度下体系溶解的L-苯丙氨酸质量。在实施例1中：S＝10.4/(38.5-27.5)×100％＝94.5％。
通过L-苯丙氨酸粉末衍射图谱可以看出晶体是α型的，未检测到L-苯丙氨酸一水合物，足以满足工业需求。
实施例2
其他条件与操作和实施例1相同，区别在于L-酪氨酸的浓度为2wt％。所得无水L-苯丙氨酸产品纯度99.1％，收率90.8％。
实施例3
其他条件与操作和实施例1相同，区别在于L-酪氨酸的浓度为1wt％。所得无水L-苯丙氨酸产品纯度98.7％，收率85.4％。
实施例4
其他条件与操作和实施例1相同，区别在于L-酪氨酸的浓度为3wt％。所得无水L-苯丙氨酸产品纯度99.0％，收率93.4％。
实施例4
其他条件与操作和实施例1相同，区别在于L-酪氨酸的浓度为5wt％。所得无水L-苯丙氨酸产品纯度97.4％，收率94.7％。
实施例5
其他条件与操作和实施例1相同，区别在于晶种的加入量为380mg，所得无水L-苯丙氨酸产品纯度98.2％，收率94.9％。
实施例6
其他条件与操作和实施例1相同，区别在于晶种的加入量为170mg，所得无水L-苯丙氨酸产品纯度99.3％，收率90.7％
实施例7
其他条件与操作和实施例1相同，区别在于结晶温度变为26℃，所得无水L-苯丙氨酸产品纯度99.3％，收率93.4％。
实施例8
其他条件与操作和实施例1相同，区别在于结晶温度变为28℃，所得无水L-苯丙氨酸产品纯度99.4％，收率91.7％。
实施例9
其他条件与操作和实施例1相同，区别在于结晶温度变为22℃，所得无水L-苯丙氨酸产品纯度97.6％，收率95.2％。
对比例1
其他条件与操作和实施例1相同，区别在于将L-苯丙氨酸添加到去离子水中，即不加入L-酪氨酸。
图3是L-苯丙氨酸分别在纯水中，和在L-Tyr存在下得到的结晶形态。能够明显看出，L-苯丙氨酸在纯水中结晶得到的针状一水合物晶体(对比例1，图3左试管)；而在4％L-Tyr存在下结晶得到的是片状晶体(实施例1，图3右试管)。初步印证了L-Tyr的存在能够抑制一水合物的产生。
图4是实施例1所得产品和纯的L-苯丙氨酸的电镜照片。图4的(a)和(b)是在含4％L-Tyr存在下结晶得到的L-Phe的SEM图像，为板状的结晶；图4的(c)和(d)是在纯水条件下结晶得到的L-Phe的SEM图像，为针状结晶。
我们发现，当L-Tyr的质量分数为2.0wt％时，只有L-Phe种子生长，没有伴随L-Phe的二次成核的产生。当溶液中不存在晶体时为初级成核，初级成核根据结晶器内有无外来微粒，分为初级均相成核和初级非均相成核。二次成核是溶质受晶体影响下的成核，是工业生产中晶核的主要来源，可分为接触成核和流体剪应力成核。可以看出，在4％Tyr存在下进行L-苯丙氨酸的结晶，能够获得片状的无水形式晶型；而对于具有2.0％L-Tyr浓度，仅观察到接种的L-Phe无水物的生长，没有或者很少有诱导结晶的情况，并且不伴随L-Phe的二次成核。
我们对实施例1和对比例1所得产品进行了XRD图谱的表征，并且分别和无水L-苯丙氨酸，一水L-苯并氨酸的标准品进行的对照比较。图5是实施例1所得产品无水L-苯丙氨酸标准品XRD图；图6是对比例1所得产品一水合L-苯丙氨酸标准品的XRD图。可以看出，实施例1所得产品为无水L-苯并氨酸，而且XRD图谱上可以看出，没有明显杂质峰的存在，说明产品纯度很高。
图7是实施例1和对比例1所得产品的DSC图。可以看出，在4％L-Tyr存在下，结晶产物倾向于形成无水物。
对于结晶体系中加入少量L-酪氨酸，有利于促进无水L-苯丙氨酸晶型的结晶，我们进行了以下分析：
1.L-Tyr对L-Phe溶解度的影响
对不同温度下L-苯丙氨酸在纯水中的溶解度进行测试，结果如图8所示。和文献报道的一致。说明本发明方法对溶解度的测试方法是准确可靠的。
我们在293.15K～338.15K范围内L-苯丙氨酸在纯水，2wt％L-Tyr去离子水溶液，4wt％L-Tyr去离子水溶液中的溶解度进行测试。结果如图9所示。其中limit表示介稳区的极限浓度，一旦超过这个浓度，进入过饱和区，结晶趋向于爆发成核而非均匀生长。
通过理论分析，对于初级成核，成核速率J可以用下式表示：
该公式显示了三个主要因素：界面张力，γ；过饱和度，S；温度，T。
成核速率和过饱和度S成反比，而过饱和度S和诱导时间成正比，因此，经过简化后可以认为成核速率和诱导时间成反比，诱导时间是监控成核机制的重要参数，其受过饱和度的显著影响。诱导时间(tind)被定义为从达到过饱和到晶体出现所经过的时间。
J-1∞tind
因此，经典成核方程可表示为：
以上公式表明诱导时间tind随着L-Tyr含量的增加而减少，这意味着L-Phe的成核速率由于L-Tyr的加入而增加。这种现象应该从两个方面来解释。首先，L-Try对L-Phe的溶解度有明显的影响，可以缩短诱导时间。第二，L-Tyr分子在结构上类似于L-Phe分子，这显示了L-Tyr分子将容易被吸收在L-Phe晶格上的可能性。L-Phe进入的位置较少，需要更多的能量才能形成晶体。这两个因素共同作用，对L-Phe的成核速率产生规律性的影响。实际上，这种现象是由L-Tyr分子结合或吸附到L-Phe晶格中引起的。这种外来分子占据了L-Phe分子的位置，因此，L-Tyr最终抑制了某些特定方向的生长，从而改变了最终产物的形状和大小。
我们对L-酪氨酸存在对于介稳区宽度(MTZW，Metastable Zone Width)和诱导时间的影响进行了研究，结果分别如下表1和表2所示：
表1 L-TYr对MTZW的影响
表2 L-TYr对诱导时间的影响
考察了L-Tyr对L-Phe溶解度、晶体成核、晶体生长和晶型的影响。结果表明，L-Tyr的存在使MTZW变窄，从而促进成核过程。
Claims (10)
1.一种无水L-苯丙氨酸晶型的制备方法，其特征在于，在L-酪氨酸存在下，进行L-苯丙氨酸过饱和水溶液的结晶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，L-酪氨酸在体系中质量含量为2-5wt％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，L-酪氨酸在体系中质量含量为3-4wt％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，结晶温度是22-28℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，结晶温度是优选24-26℃。
6.一种无水L-苯丙氨酸晶型的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在大于37℃的温度下，将L-苯丙氨酸溶于含有L-酪氨酸的水中，形成L-苯丙氨酸的过饱和溶液，冷却至结晶温度，保持恒温1-3h，加入无水L-苯丙氨酸晶种，继续保持恒温4-5天，结晶。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述大于37℃的温度是指37-65℃，优选50-65℃，更优选60-65℃。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，无水L-苯丙氨酸晶种的加入量是体系中加入L-苯丙氨酸质量的0.5-1wt％，粒度为180-220μm。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，L-苯丙氨酸的加入量是使体系在结晶温度下，L-苯丙氨酸的过饱和度为1.2-1.5。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，L-苯丙氨酸的加入量是使体系在结晶温度下，L-苯丙氨酸的过饱和度为1.3-1.4。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211526359.3A CN115925569B (zh) | 2022-12-01 | 2022-12-01 | 一种无水l-苯丙氨酸晶型的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211526359.3A CN115925569B (zh) | 2022-12-01 | 2022-12-01 | 一种无水l-苯丙氨酸晶型的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115925569A true CN115925569A (zh) | 2023-04-07 |
| CN115925569B CN115925569B (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=86555203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211526359.3A Active CN115925569B (zh) | 2022-12-01 | 2022-12-01 | 一种无水l-苯丙氨酸晶型的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115925569B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0469541A1 (en) * | 1990-08-03 | 1992-02-05 | Ajinomoto Co., Inc. | Method of crystallizing phenylalanine |
| CN102093238A (zh) * | 2011-01-06 | 2011-06-15 | 南京工业大学 | 一种l-苯丙氨酸结晶的新方法 |
| CN102358720A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-02-22 | 江南大学 | 一种制备无水l-苯丙氨酸的溶析结晶方法 |
-
2022
- 2022-12-01 CN CN202211526359.3A patent/CN115925569B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0469541A1 (en) * | 1990-08-03 | 1992-02-05 | Ajinomoto Co., Inc. | Method of crystallizing phenylalanine |
| CN102093238A (zh) * | 2011-01-06 | 2011-06-15 | 南京工业大学 | 一种l-苯丙氨酸结晶的新方法 |
| CN102358720A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-02-22 | 江南大学 | 一种制备无水l-苯丙氨酸的溶析结晶方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115925569B (zh) | 2024-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3854765B2 (ja) | 長鎖ジカルボン酸の精製方法 | |
| US6364914B1 (en) | Method of crystallization with the particle size distribution being controlled | |
| CN114096519B (zh) | 亚稳态晶变体及其制备方法(i) | |
| CN110054196A (zh) | 一种有机分子诱导制备高纯球形速溶硼酸的方法 | |
| CN105495528B (zh) | 一种制备高堆密度呈味核苷酸二钠混晶的方法 | |
| KR101899015B1 (ko) | L-카르니틴 타르트레이트의 제조방법 | |
| CN115925569B (zh) | 一种无水l-苯丙氨酸晶型的制备方法 | |
| CN113620794A (zh) | 一种制备大粒度乙基香兰素的结晶方法 | |
| CN104876815B (zh) | 一种二甲酸钠的制备方法 | |
| EP3617191B9 (en) | Method for manufacturing diastereomer of citric acid derivative | |
| CN110114333B (zh) | 赖氨酸乙酰水杨酸盐·甘氨酸颗粒的改进合成 | |
| CN103172530B (zh) | 一种托芬那酸的制备方法 | |
| WO2022151995A1 (zh) | 一种γ-氨基丁酸的新晶型及其制备方法 | |
| CN110105374B (zh) | 一种粒度和晶习可控的苯乙酰-7-氨基-3-脱乙酰氧基头孢烷酸的结晶方法 | |
| JP3612747B2 (ja) | フェニルアラニン無水物結晶の晶析方法 | |
| JPWO2003011886A1 (ja) | ５’−グアニル酸ジナトリウム・５’−イノシン酸ジナトリウム混晶の製造法 | |
| KR20020092166A (ko) | 5'-구아닐산디나트륨·5'-이노신산디나트륨 혼합 결정의제조법 | |
| EP3986861B1 (en) | Process for the preparation of d,l-methionine | |
| AU745058B2 (en) | Method of purifying carbazole ester precursors of 6-chloro-alpha-methyl-carbazole-2-acetic acid | |
| EP4234538A1 (en) | Refining method for amino acid or derivatives thereof, and amino acid or derivatives thereof | |
| CN110606817A (zh) | 一种布瓦西坦的精制方法 | |
| CN113105322B (zh) | 一种大颗粒苯甲酸晶体的制备方法 | |
| CN102358720A (zh) | 一种制备无水l-苯丙氨酸的溶析结晶方法 | |
| CN117486902A (zh) | 头孢噻肟钠化合物的药物制剂及其制备方法 | |
| CN110857277B (zh) | 一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |