DE1072250B

DE1072250B - Verfahren zur optischen Spaltung von razemischer Glutaminsäure

Info

Publication number: DE1072250B
Application number: DENDAT1072250D
Authority: DE
Inventors: Carney's Point N. J. Jean Louis Balmat (V. St. A.)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Publication date: 1959-12-31

Description

C07 C 1 O 1 /22

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 12 q 6/01

INTERNAT. KL. C 07 C AUSLEGESCHRIFT 1072 250

P 20997 IVb/12 q

ANMELDETAG: 10. JULI 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 31. DEZEMBER 1959

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spaltung lazemischer Glutaminsäure in ihre beiden optisch aktiven Formen, insbesondere zur Isolierung von d-Glutaminsäure.

Das Mononatriumsalz von d-Glutaminsäure hat in den letzten Jahren verbreitet Verwendung als geschmacksverbesserndes Mittel in vielen nicht sauren Nahrungsmitteln gefunden. Die Hauptquelle für d-Glutaminsäure war bis heute Weizenkleber und »Steffens Filtrat« (das Abwasser von der Abscheidung von Saccharose aus Zuckerrüben). Diese beiden natürlichen Quellen besitzen den Hauptnachteil, daß ihre Aufarbeitung zur Gewinnung der Aminosäure äußerst kompliziert ist und große Mengen an Stärke und anderen Nebenprodukten gegenüber der verhältnismäßig kleinen Menge des gewünschten Produkts anfallen.

Die Aufmerksamkeit konzentrierte sich dann auf Methoden zur chemischen Synthese von Glutaminsäure. Zum Beispiel wurde Glutaminsäure in kleinem Maßstab von Marvel und S toddard (J. Org. Chem., 3, S. 198 [1938], durch Michaelsche Kondensation des Natriumderivats von Äthylphthalimidomalonat und Äthylacrylat in absolutem Alkohol, gefolgt von einer Säurehydrolyse des erhaltenen Äthyl-α-(/S-carbäthoxyäthyl)-a-phthalimidomalonats hergestellt. Bei dieser Synthese fällt wie bei allen anderen die Glutaminsäure als razemische Mischung an. Lediglich das Mononatriumsalz von d-Glutaminsäure ist jedoch als geschmacksverbesserndes Mittel geeignet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Isolierung eines optisch aktiven Isomeren aus razemischer Glutaminsäure besteht darin, daß man eine gesättigte Lösung der razemischen Glutaminsäure in wäßrigem Kaliumhydroxyd herstellt, wobei so viel Kaliumhydroxyd angewandt wird, daß nicht mehr als 85°/o der Glutaminsäure in ihr Monokaliumsalz übergeführt werden, daß man dann die Lösung unter die Löslichkeitstemperatur der razemischen Glutaminsäure in dem wäßrigen Kaliumhydroxyd abkühlt, die Lösung mit festen Kristallen des gewünschten optisch aktiven Isomeren impft und dann die Lösung weiter abkühlt, bis das Isomere mit der gleichen Konfiguration wie die Impfkristalle auskristallisiert.

Da das in der Regel gewünschte optische Isomere d-Glutaminsäure ist, wird die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf diese Verbindung beschrieben. Natürlich kann jedoch auf die gleiche Weise auch 1-Glutaminsäure durch Impfung mit der 1-Säure anstatt der d-Säure erhalten werden.

Die besten Ergebnisse, d. h die höchstmöglichen Ausbeuten eines äußerst reinem Produkts, erzielt man, wenn die verwendete Kaliumhydroxydmenge zur Überführung von 80 bis 85°/o der Glutaminsäure in Verfahren zur optischen Spaltung
von razemischer Glutaminsäure

Anmelder:

E. I. du Pont de Nemours and Company,
Wilmington, Del. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Juli 1957

Jean Louis Balmat, Carney's Point, N. J. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

das Monokaliumglutamat ausreicht. Unterhalb dieses Bereichs können hohe Reinheitsgrade erzielt werden, die Ausbeute sinkt jedoch. Oberhalb etwa 85% nehmen sowohl die Ausbeute an d-Glutaminsäure als auch deren Reinheit scharf ab, und das erhaltene Produkt ist wegen der hohen Viskosität der Mutterlauge schwer filtrierbar.

Werden kleine Mengen von Impfkristallen, z. B. 1 Gewichtsprozent oder weniger, bezogen auf das Gewicht des gelösten Stoffes, verwendet, empfiehlt sich zu Beginn die Zugabe einer bestimmten Menge des gewünschten optischen Isomeren zu der razemischen Säure. Etwa 5 bis 20 Teile d-Glutaminsäure gemischt mit 95 bis 80 Teilen dl-Glutaminsäure haben sich so als besonders günstig erwiesen. Wenn das Verfahren in dieser Weise durchgeführt wird, erzielt man in bezug auf die Ausbeute an einem hochreinen Produkt wesentlich bessere Ergebnisse.

Wenn die maximale Ausbeute an einem Isomeren erhalten werden soll, muß unbedingt die gesamte Glutaminsäure in dem wäßrigen Kaliumhydroxyd bei einer Temperatur oberhalb der Löslichkeitstemperatur von Glutaminsäure (und natürlich unterhalb des Siedepunktes des wäßrigen Kaliumhydroxyds bei Atmosphärendruck) gelöst werden. Unter Löslichkeitstemperatur ist die Temperatur zu verstehen, bei welcher sich die gesamte Glutaminsäure gerade in

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dem wäßrigen Kaliumhydroxyd unter Bildung einer gesättigten Lösung löst. Diese Temperatur ändert sich etwas je nach der Konzentration des Kaliumhydroxyds und verschiedenen anderen Faktoren. Sie liegt jedoch in allen Fällen nahe beim Siedepunkt der Lösung. So löst sich z. B. in einem System, in welchem 80 bis 85°/» der Glutaminsäure in Monokaliumglutamat übergeführt wurden, die Glutaminsäure in der Regel zu Beginn in dem wäßrigen Kaliumhydroxyd bei einer Temperatur von 90 bis 100° C. Je mehr dl-Glutaminsäure sich in der Lösung befindet, um so mehr d-Glutaminsäure erhält man bei der anschließenden Kristallisation.

Die Abkühlungsgeschwindigkeit der Lösung ist nicht wichtig. Die Temperatur, bei welcher die Impfkristalle zugesetzt werden, liegt zweckmäßig etwas unterhalb der Löslichkeitstemperatur, während die Temperatur, bei welcher die Kristallisation erfolgt, von der Menge des in dem System anwesenden Kaliumhydroxyds, der Menge der gelösten Glutaminsäure und dem Verhältnis von dl- zu d-Glutaminsäure in der Ausgangslösung abhängt. Für Systeme mit hoher Kaliumhydroxydkonzentration liegt die optimale Kristallisationstemperatur, wenn die Löslichkeitstemperatur etwa 90⁰C beträgt, bei etwa Raumtemperatur. Bei Systemen mit geringem Kaliumhydroxydgehalt liegt die optimale Kristallisationstemperatur bei etwa 65° C. Die jeweils optimale Temperatur für jedes bestimmte System läßt sich leicht bestimmen.

Die Impfung mit Kristallen des gewünschten Isomeren kann einfach durch Zugabe dieser Kristalle zu der Lösung unter schwacher Rührung erfolgen. Die Rührung kann von Hand oder mechanisch durchgeführt werden. Bei der zuletzt einsetzenden Kristallisation kann die Mischung auf konstanter Temperatur gehalten werden, während das gewünschte Isomere aus der Lösung und auf den Impfkristallen auskristallisiert, oder die Temperatur kann allmählich nach dem Impfen auf eine vorherbestimmte Endtemperatur erniedrigt werden. Die besten Ausbeuten an einem hochreinen Produkt erzielt man, wenn man die Kristallisation etwa 15 bis 30 Minuten vor sich gehen läßt. Längere Kristallisationszeiten ergeben höhere Ausbeuten an einem aber weniger reinen Produkt. Kürzere Kristallisationszeiten ergeben niedrigere Ausbeuten eines allerdings reineren Produkts. Dies ist darauf zurückzuführen, daß, je länger die Kristallisationsperiode dauert, um so leichter das unerwünschte Isomere (d. h. die optische Antipode zu dem der Impfkristalle) oder die razemische Säure ebenfalls auszukristallisieren beginnt. Es muß berücksichtigt werden, daß die Löslichkeitseigenschaften der beiden Isomeren die gleichen sind. Kristallisationsperioden von 15 bis 30 Minuten sind in den meisten Fällen ein guter Kompromiß zwischen guter Ausbeute und hohem Reinheitsgrad.

Da das erfindungsgemäß erhaltene Produkt fest ist, setzt es sich nach der Kristallisation rasch ab und wird leicht abfiltriert oder abzentrifugiert.

Beispiel 1

In einem aus 72,2 ecm 8,516 η-Kalilauge und 39,8 ecm Wasser bestehenden Lösungsmittel wurden 126,83 g dl-Glutaminsäure-Monohydrat und 5,78 g d-Glutaminsäure bei 98° C gelöst. Die Kaliumhydroxydmenge reichte zur Überführung von 80% der dl-Glutaminsäure in das Monokaliumsalz aus. Die Lösung wurde auf 75⁰C abgekühlt und mit 16,91g d-Glutaminsäure geimpft. Dann kühlte man die Mischung allmählich auf 30⁰C ab, wobei man die Kristallisation fortschreiten ließ. Das kristalline Produkt wurde 15 Minuten nach Zugabe der Impfkristalle abfiltriert und mit 15 ecm 60⁰C warmem Wasser ausgewaschen. Die Ausbeute an d-Glutaminsäure betrug 34,45 g.

Die Reinheit des Produktes wurde durch Messung der optischen Drehung einer abgewogenen Probe, gelöst in 6,9%iger Salzsäure (2 g in 10 ecm Lösung), ίο bestimmt. Unter diesen Bedingungen war für d-Glutaminsäure [α] f = +32⁰C. Berechnet auf dieser Basis besaß das Produkt einen Reinheitsgrad \on 100%.

Beispiel 2

Das Ausgangsmaterial wurde durch Lösen von 258,9Og dl-Glutaminsäure-Monohydrat bei 9O⁰C in einem aus 92,8 ecm 14,32 η-Kalilauge und 19,2 ecm Wasser bestehenden Lösungsmittel hergestellt. Die Kaliumhydroxydmenge reichte zur Überführung von 85% der Glutaminsäure in das Monokaliumsalz aus. Man kühlte die Lösung auf 70° C ab und impfte mit 57,53 g d - Glutaminsäure. Dann kühlte man die Mischung rasch auf 35° C ab und ließ die Kristallisation fortschreiten. Das kristalline Produkt wurde 15 Minuten nach Zugabe der Impfkristalle abfiltriert und mit 40 ecm 25° C warmem Wasser ausgewaschen. Die Ausbeute betrug 83,58 g; das Produkt enthielt 91,6% d-Glutaminsäure.

Beispiel 3

Eine Mischung aus 158,82 g dl-Glutaminsäure-Monohydrat und 6,05 g d-Glutaminsäure wurde in 93,0 ecm 8,516 η-Kalilauge und 19,0 ecm Wasser von 98° C gelöst. Die Kaliumhydroxydmenge reichte zur Überführung von 82,5% des Razemats in sein Monokaliumsalz aus. Das System wurde mit 21,17 g d-Glutaminsäure bei 75° C geimpft, und die Temperatur wurde allmählich innerhalb 6 Minuten nach dem Impfen auf 30⁰C erniedrigt und weitere 9 Minuten auf diesem Wert gehalten. Während der ganzen Kristallisation wurde mechanisch gerührt. Man filtrierte das Produkt ab und wusch mit 50 ecm bei 60° C warmem Wasser aus und trocknete. Insgesamt erhielt man 40,73 g kristalline d-Glutaminsäure, die 99,4% d-Glutaminsäure enthielt. Die Nettoausbeute an d-Glutaminsäure betrug 13,27 g.

Beispiel 4

Das Ausgangsmaterial wurde durch Lösen von 77,78 g dl-Glutaminsäure-Monohydrat bei 90° C in einem aus 40,80 ecm 8,46 η-Kalilauge und 71,2 ecm Wasser bestehenden Lösungsmittel bei 90° C erhalten. Die Kaliumhydroxydmenge reichte zur Überführung von 73,7% der dl-Glutaminsäure in ihr Monokaliumsalz aus. Man kühlte die Lösung auf 70⁰C ab und impfte mit 17,20 g d-Glutaminsäure. Dann ließ man die Temperatur innerhalb 2 bis 3 Minuten auf 35° C absinken und die Kristallisation 15 Minuten nach Zugäbe der Impfkristalle bei 35° C vor sich gehen. Während der gesamten Kristallisation wurde mechanisch gerührt. Das kristalline Produkt wurde abfiltriert und mit 100 ecm 25°C warmem Wasser ausgewaschen. Insgesamt erhielt man 26,15 g mit einem d-Glutaminsäuregehalt von 99,0%. Die Nettoausbeute an d-Glutaminsäure betrug 8,69 g.

In allen vorstehenden Beispielen entspricht die Größe der als Impfkristalle verwendeten Glutaminsäurekristalle den folgenden Werten, angegeben in Maschengrößen:

Claims

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Durch ein Sieb mit etwa 20 Maschen/cm Patentansprüche:

Sieblänge gehen hindurch und bleiben auf 1. Verfahren zur optischen Spaltung von raze-

einem Sieb mit etwa 40 Maschen/cm Sieb- mischer Glutaminsäure, dadurch gekennzeichnet,

länge zurück 15% daß man razemische Glutaminsäure in wäßrigem

Durch ein Sieb mit etwa 40 Maschen/cm 5 Kaliumhydroxyd unter Bildung einer gesättigten

Sieblänge gehen hindurch und bleiben auf Lösung löst, wobei man so viel Kaliumhydroxyd

einem Sieb mit etwa 80 Maschen/cm Sieb- anwendet, daß höchstens 85%, vorzugsweise 80

länge zurück 35% bis 85%, der Glutaminsäure in ihr Monokalium-

Durch ein Sieb mit etwa 80 Maschen/cm salz übergeführt werden, worauf man die erhal-

Sieblänge gehen hindurch 50% io tene Lösung unter die Loslichkeitstemperatur der

razemischen Glutaminsäure abkühlt, mit festen Kristallen des gewünschten optischen Isomeren

Es ist wichtig, daß die Impfkristalle äußerst rein impft und dann weiter abkühlt, bis das Isomere

sind. Die Anwesenheit selbst kleiner Mengen der ra- auskristallisiert.

zemischen Mischung oder der optischen Antipode hat 15 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

einen wesentlichen Einfluß auf die Reinheit des erhal- zeichnet, daß man als Ausgangsmaterial eine

tenen Produkts. Hochreine Produkte, wie sie in den Lösung verwendet, die neben der razemischen

vorhergehenden Beispielen erhalten werden, können Glutaminsäure auch eine bestimmte Menge des

nur mit äußerst reinen Impfkristallen erzielt werden. gewünschten optischen Isomeren enthält.

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