CS257778B2 - Method of 1-methylester n-l-alpha-aspartyl-l-phenylalanine production - Google Patents

Description

Způsob výroby umělého sladidla aspartamu (chemickým názvem 1-methylesteru N-L-alfa-aspartyl-L-fenylalaninu), při kterém se přidává kyselina fosforečná a nižší alkanol Ci až Ci к reakční směsi obsahující alfa- a beta-isomery methylesteru N-formyl-L-aspartyl-L-fenylalaninu, přičemž se vysráží pouze jeden z výsledných deformylovaných isomerů, totiž fosforečnan aspartaniu. Alfa-isomer fosforečnanu se jímá filtrací a převede se na volný aspartam zpracováním s bází.

Vynález se týká nové syntézy aspartamu, to jest methylesteru a-L-aspartyl-L-fenylalaninu. Aspartam má sladící účinek jako cukrová třtina a cukrová řepa a používá se jako sladidlo do potravin a nápojů, jak je uvedeno v americkém patentu 3 492 131.

Aspartam je dipeptid a jako takový vykazuje amidovou vazbu mezi aktivovanou karboxylovou skupinou jedné aminokyseliny a aminovou skupinou jiné aminokyseliny. Aktivace je nezbytná pro zvýšení rychlosti a výtěžku kondenzace. Požadovaný čistý dipeptid vyžaduje ochranu všech funkčních skupin, které se nezúčastní tvorby peptidové vazby. Na konci výroby se ochranné skupiny odstraní.

Aspartam se může připravit reakcí anhydridu kyseliny asparagové s methylesterem L-fenylalaninu za ochrany skupiny na dusíkové vazbě. Reakce dává směs methylesteru kyseliny α-L-asparagové, chráněné na dusíkové vazbě a methylesteru β-L-aspartyl-L-fenylalaninu, která vyžaduje následné odstranění N-ochranné skupiny ve sloučenině a oddělení dvou isomerů.

N-ochranné skupiny jsou typu, běžně používaného v peptidové chemii, například benzyloxykarbonylová skupina a formylová skupina. Je dobře známo, že reakce, potřebná к odstranění těchto N-ochranných skupin je komplikovaná vzhledem к tomu, že současně dochází к rozštěpení peptidových vazeb a tvorbě nežádoucích vedlejších produktů, jako je diketopiperazln.

Reakce za účelem odstranění N-ochranných skupin se provádí o sobě známým způsobem, v přítomnosti silné kyseliny (U. S. patent 4 071 511) nebo v přítomnosti hydroxylaminu (U. S. patent 4 021 418). Ačkoliv jsou tyto postupy považovány za přijatelné pro průmyslové využití, existují závažné nedostatky, jako jsou nízké výtěžky, nákladné reakční složky, esterifikace β-karboxylové skupiny a hydrolýza esteru nebo peptidových vazeb. Kromě toho je takovým postupem získaný produkt smíšen s velkým množstvím vedlejších produktů. Proto je nutno provádět následné čištění produktu, které dále zvyšuje provozní náklady.

Kromě toho je známo, že se během uvedeného způsobu výroby aspartamu tvoří směs a- a β-isomerů a je nutno doplnit postup o stupeň oddělování těchto a- a β-isomerů, neboť β-isomer nemá sladící účinek. I tato skutečnost dále zvyšuje výrobní náklady.

Nyní byl neočekávaně objeven nový a velmi jednoduchý způsob výroby aspartamu, který nemá uvedené nevýhody známých postupů.

Předkládaný vynález se týká způsobu odstraňování N-formylové skupiny z methylesteru L-aspartyl-L-fenylalaninu, ve kterém je aminová skupina v aspartylové části chráněna formylovou skupinou, přičemž tento postup umožňuje současné oddělování požadovaného α-isomeru od β-isomeru.

Podrobněji se vynález týká způsobu výroby aspartamu a vyznačuje se tím, že se к reakční směsi, obsahující methylester N-formyl-a-L-aspartylu- a β-L-aspartyl-L-fenylalaninu, získané kondenzací anhydridu kyseliny N-formyl-L-asparagové a methylesteru L-fenylalaninu, přidá kyselina fosforečná a Ci až C4 alkylalkohol. Z reakční směsi se vysráží pouze jeden z deformylovaných isomerů sloučenin, to znamená methylester a-L-aspartyl-L-fenylalaninu v podobě mírně rozpustného fosforečnanu.

Spontánně oddělený fosforečnan a-isomeru se jímá filtrací a převede na volný aspartam zpracováním s bází.

Odstraněním formylové skupiny přímo v kondenzační směsi odpadá isolace N-formylaspartamu a sníží se výrobní náklady.

Průmyslová výroba methylesteru a-L-aspartyl-L-fenylalaninu se použitím vynálezu dále zjednoduší: není nutný zvláštní stupeň pro oddělení požadovaného peptidů od β-isomeru, vytvářeného při kondenzaci, neboť po odstranění ochranných skupin krystalizuje z reakční směsi pouze fosforečnan aspartamu.

Šetrná kyselá hydrolýza, uvedená ve způsobu podle vynálezu, zabraňuje štěpení peptidové vazby a alkoholové části z esteru nebo esterifikací volné β-karboxylové skupiny.

Podmínky, použité v postupu podle vynálezu, zabraňují tvoření nežádoucího vedlejšího produktu diketopiperazinu.

Reakční podmínky: kondenzační směs, ve které se provádí přímá N-deformylace, je tvořena organickým rozpouštědlem a organickou kyselinou, výhodně ethylacetátem nebo dichlorethanem a kyselinou octovou.

Kyselina fosforečná, použitá ve způsobu podle vynálezu, je ve vodném roztoku o koncentraci 50 % až 99 %, výhodně 85 °/o. Množství použité kyseliny fosforečné se pohybuje od 1,2 do 5 molů na 1 mol N-formylaspartamu, určeného к deformylaci.

Alkohol, přidávaný společně s kyselinou fosforečnou к reakční směsi, obsahuje od jednoho do čtyř atomů uhlíku a výhodně se použije methylalkohol. Deformylace se provádí při teplotě od teploty místnosti do 60 ^CC, po dobu 4 až 12 hodin.

Požadovaná čistá sloučenina se získává ve formě fosforečnanu ze směsi reakčního produktu ochlazením reakční směsi po ukončení reakce.

Takto získaný fosforečnan aspartamu se převádí na volný aspartam neutralizací fosforečnanu za pomoci báze, jako je uhličitan sodný, hydroxid sodný nebo amonný ve vodném roztoku.

Způsob podle vynálezu je provozně velmi výhodný pro výrobu aspartamu, neboť požadovaný čistý peptid se připraví za vyloučení dvou stupňů, totiž isolace N-formylaspartamu a oddělování a- a β-isomerů, ve vyšších výtěžcích ve srovnání se známými postupy. Ncjvyšších výtěžků se dosahuje, je-li množství isomerů a vyšší nežli isomeru β.

Vynález je dále objasněn následujícími příklady provedení, kterými však možnosti jeho využití nejsou vyčerpány ani omezeny.

P ř í к 1 a d 1

К roztoku 100 g methylesteru N-formyl-α,^-L-aspartyl-L-fenylalaninu (poměr α,β-isomeru 8:2] ve 160 ml dichlorethanu a 40 ml kyseliny octové, se přidá 360 ml methanolu a 35,2 ml 85% vodného roztoku kyseliny fosforečné.

Směs se zahřívá na 40 °C po dobu osmi hodin a potom se ochladí.

Fosforečnan methylesteru a-L-aspartyl-L-fenylalaninu se po vykrystalování jímá filtrací a vysuší.

Výtěžek 85 % (vztaženo na bázi N-formylaspartamu).

Příklad 2 g fosforečnanu methylesteru a-L-aspartyl-L-fenylalaninu se rozpustí ve 300 ml vody. Hodnota pH výsledného roztoku se upraví na až 5,2 přidáním 20% vodného roztoku hydroxidu sodného, míchá se jednu hodiuu při teplotě místnosti, ochladí se a vysrážený volný aspartam se jímá filtrací.

Popsaným způsobem se získá 27,9 g čisté sloučeniny při výtěžku 73 %. Teplota tání 233 až 235 °C (rozklad).

[a]_D ²² = 4-33,2° (c = kyselina octová).

Příklad 3

К roztoku 100 g methylesteru N-formyl-α,^-L-fenylalaninu (a- a ^-isomer jsou v poměru 2,3:1) ve 380 ml ethylacetátu a 40 ml kyseliny octové se přidá 400 ml methanolu a 70,4 ml 85% vodného roztoku kyseliny fosforečné. Reakce se provádí po dobu 6 hodin při teplotě 30 ^CC.

Stejným postupem jako v příkladu 1 se získá fosforečnan aspartamu ve výtěžku 90 %.

Získaný fosforečnan aspartamu byl pak postupem podle příkladu 2 převeden na volný aspartam o fyzikálně-chemických vlastnostech uvedených výše v příkladu 2.

Příklad 4

Stejným postupem jako v příkladě 1, avšak při použití 99% kyseliny fosforečné místo 85%, při teplotě 25 °C a reakční době 11 hodin a při poměru isomerů a : β 1:1 byl získán fosforečnan aspartamu ve výtěžku 75 %.

Získaný fosforečnan aspartamu byl pak postupem podle příkladu 2 převeden na volný aspartam o fyzikálně-chemických vlastnostech uvedených výše v příkladě 3.

Příklad 5

Stejným postupem jako v příkladě 1, avšak při použití vodného roztoku kyseliny fosforečné o koncentraci 50% místo 85%, při reakční době 4 hodin a teplotě 55 °C a při použití isomerů α a β v poměru 19 : 1 byl získán fosforečnan aspartamu ve výtěžku 65 %.

Získaný fosforečnan aspartamu byl pak postupem podle příkladu 2 převeden na volný aspartam o fyzikálně-chemických vlastnostech uvedených výše v příkladě 3.

Příklad 6

Postupuje se jako v příkladě 1 pouze s tím rozdílem, že místo methanolu se používá ethanolu.

Získaný fosforečnan aspartamu byl pak postupem podle příkladu 2 převeden na volný aspartam o fyzikálně-chemických vlastnostech uvedených výše v příkladě 3.

Příklad 7

Postupuje se jako v příkladě 1 pouze s tím rozdílem, že místo methanolu se používá propanolu.

Získaný fosforečnan aspartamu byl pak postupem podle příkladu 2 převeden na volný aspartam o fyzikálně-chemických vlastnostech uvedených výše v příkladě 3.

Příklad 8

Postupuje se jako v příkladě 1 pouze s tím rozdílem, že místo methanolu se používá butanolu.

Získaný fosforečnan aspartamu byl pak postupem podle příkladu 2 převeden na volný aspartam o fyzikálně-chemických vlastnostech uvedených výše v příkladě 3.

Výtěžky konečného produktu volného aspartamu v příkladech 3 až 8 jsou stejné jako v příkladě 2, tj. 73 % teoretického množství.

Claims (5)

1. Způsob výroby 1-methylesteru N-L-a-aspartyl-L-fenylalaninu, vyznačený tím, že surová směs a- a β-isomerů methylesteru N-formyl-L-aspartyl-L-fenylalaninu, získaná · kondenzací anhydridu kyseliny N-formy-L-asparagové a methylesteru L-fenylalaninu v inertním organickém rozpouštědle a v přítomnosti kyseliny octové, se uvádí do reakce s kyselinou fosforečnou a s Ci až Ci-alkanolem za vzniku fosforečnanu 1-methylesteru N-L-a-aspartyl-L-fenylalaninu, jenž se odděluje filtrací, a po rozpuštění ve vodě a následné neutralizaci anorganickou bází se získá požadovaný produkt.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se používá kyseliny fosforečné o koncentraci 50 až 99 %, výhodně 85 °/o, ve vodě.

3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že množství použité kyseliny fosforečné odpovídá 1, 2 až 5 molům na 1 mol N-chráněnélio N-L-a-aspartyl-L-fenylalaninu, určeného к deformylaci.

4. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se jako Ci až Ci-alkanolu používá methanolu.

5. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se reakce provádí při teplotě od teploty místnosti do 60 °C, po dobu 4 až 12 hodin.