DE1076139B - Verfahren zur Reinigung von Aminosaeuren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Technisch hergestellte Aminosäuren enthalten oft saure und/oder basische Verunreinigungen, zu deren Entfernung schon verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden sind. So ist bekannt, mit Mineralsäuren oder -laugen saure oder basische Salze der Aminosäuren herzustellen unddiesedurchfraktionierte Kristallisation zu reinigen, wobei jedoch die Rückgewinnung der freien Aminosäuren nach den klassischen Methoden umständlich und technisch nicht brauchbar ist.

Es wurde deshalb schon vorgeschlagen, mittels Ionenaustauschern die Mineralsäurereste oder die salzbildenden Metallkationen aus den Aminosäuren wieder zu entfernen, doch benötigen diese Verfahren mehrere Operationen zu ihrer Durchführung, weshalb auch schon versucht wurde, die Trennung und Reinigung von Aminosäuren direkt durch Behandlung mit Ionenaustauschern vorzunehmen. Dabei wurden jedoch zur Elution der Aminosäuren aus den Ionenaustauschern wiederum Mineralsäuren oder -laugen verwendet, zu deren Abtrennung dann eine weitere Behandlung mit anderen Ionenaustauschern nötig ist. Auch die Azidität der Eluate muß ständig kontrolliert werden.

Eine erste wesentliche Verbesserung zur Reinigung und Trennung von Aminosäuren brachte der Vorschlag, die in wäßriger Lösung auf Kationenaustauschern aufzuziehen und die Elution mit wasserdampfflüchtigen Basen vorzunehmen, deren Dissoziationskonstante kleiner ist als diejenige der Aminogruppe der Aminosäure, da man dann im Eluat nach dem Eindampfen die freie Aminosäure oder deren inneres Salz vorfindet. Die p_K-Werte solcher Basen betragen vorteilhaft 4 bis 12. Solche schwache Basen sind z. B. Lösungen von Ammoniak oder Pyridin (vgl. die USA.-Patentschrift 2 462 597). Das entsprechende Verfahren zur Entfernung saurer Verunreinigungen aus Lösungen von Aminosäuren, nämlich das Aufziehen der Aminosäure auf einen Anionenaustauscher und die Elution mit einer schwachen Säure, deren Dissoziationskonstante kleiner ist als diejenige der Carboxylgruppe der Aminosäure, gelang bis jetzt nicht.

Es wurde nun gefunden, daß man an starke Anionenaustauscher gebundene Aminosäuren leicht eluiren kann, wenn man den Anionenaustauscher in wäßriger Suspension mit Kohlendioxyd unter Druck behandelt. Während unter Normaldruck die Kohlensäure keine Aminosäure aus einem Anionenaustauscher zu eluieren vermag, kann man durch starke Erhöhung des Partialdruckes des Kohlendioxydgases über der Flüssigkeit die Konzentration der gelösten Kohlensäure derart erhöhen, daß nunmehr die Verdrängung der an den Anionenaustauscher gebundenen Verfahren zur Reinigung von Aminosäuren

Anmelder:

Inventa A. G.

für Forschung und Patentverwertung,
Luzern (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. Dt. jur. H. Mediger, Patentanwalt,
München 9, Aggensteinstr. 13

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 12. November 1955

Dar. Clau Berther, Chur,
und Marco Itin, Trins (Schweiz),
sind als Erfinder genannt worden.

Aminosäure möglich ist. Geeignete Drücke hierfür betragen 20 bis 150 at.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht nun darin, daß durch eine Behandlung mit Kationen- und Anionenaustauschern sowohl basische wie saure Verunreinigungen aus technisch reinen Aminosäuren entfernt werden, wobei die Aminosäuren mit äußerst geringen Verlusten in hoher Reinheit anfallen. An Stelle der rohen Aminosäuren können auch deren Lactame als Ausgangsprodukt zur Herstellung reiner Aminosäuren verwendet werden, da man Lactame in bekannter Weise (deutsche Patentanmeldung 110755 IVb/12q — deutsche Auslegeschrift 1011429) an Kationenaustauschern zu den entsprechenden Aminosäuren hydrolysieren kann. Die an einem Kationenaustauscher adsorbierte Aminosäure wird in bekannter Weise mit wäßriger Ammoniak- oder Pyridinlösung abgelöst, und diese Lösung, welche noch etwa 1,0% Ammoniak oder Pyridin enthält, wird nun mit einem Anionenaustauscher behandelt. Nachdem der beladene Austauscher mit Wasser und eventuell Alkoholen gewaschen worden ist, wird er in wäßriger Suspension mit Kohlendioxyd unter einem Druck von vorzugsweise 40 bis 80 at behandelt, wobei die Aminosäure quantitativ eluiert wird. Nach Entspannung des Druckgefäßes wird der Austauscher abfiltriert und die wäßrige Lösung zur Trockne eingedampft, was

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vorteilhaft bei vermindertem Druck geschieht. Die so erhaltene Aminosäure ist außerordentlich rein.

Als Kationenaustauscher können alle handelsüblichen stark sauren Austauscher, z. B. Amberlite IR-120 oder Dowex 50 (eingetragene Warenzeichen, sulfonierte Polystyrole), verwendet werden, während als Anionentaustauscher alle handelsüblichen stark basischen Austauscher, z. B. Amberlite IRA-400 oder Dowex 2 (eingetragene Warenzeichen, Polystyrole mit quaternären Ammoniumgruppen), dienen. Das Beladen der Austauscher mit der Aminosäure sowie die nachfolgende Elution erfolgen bei Temperaturen von 10 bis 80⁰C, zur Hydrolyse etwa vorhandener Lactame an sauren Austauschern sind jedoch bekanntlich Temperaturen von 70 bis 100° C erforderlich. Die genannten Kationenaustauscher können mit etwa 2 Mol Aminosäure pro Liter feuchten Austauscher, die Anionenaustauscher mit etwa 1 Mol Aminosäure pro Liter feuchten Austauscher beladen werden. Durch Regeneration der Austauscher mit Säuren und Basen können Ammoniumsalze und Carbonate gewonnen werden, ferner kann man durch Eindampfen des schwach ammoniakalischen Waschwassers weitere Mengen Ammoniak zurückgewinnen.

Das beschriebene Reinigungsverfahren kann durch Anwendung mehrerer Austauschersäulen in einfacher Weise kontinuierlich gestaltet werden.

Beispiel 1

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8,9 Teile ^-Alanin (S dp. 288 bis 290° C) werden in 100 Volumteilen Wasser gelöst und in einem Rührgefäß auf 100 Volumteile feuchten aktivierten Kationenaustauscher Amberlite IR 120 (eingetragenes Warenzeichen) aufgezogen. Der Kationenaustauscher wird abfiltriert und mit 100 Volumteilen Wasser gewaschen und dann mit 100 Volumteilen einer 3%>igen wäßrigen Ammoniaklösung behandelt. Man erhält eine wäßrige Lösung von /S-Alanin, welche noch etwa 0,1% Ammoniak enthält. Diese Lösung wird in einem Rührgefäß mit 150 Volumteilen feuchtem aktiviertem Anionenaustauscher Amberlite IRA-410 (eingetragenes Warenzeichen) behandelt. Der abfiltrierte Austauscher wird mit 100 Volumteilen Wasser und 50 Volumteilen Methanol gewaschen und dann in einem Autoklav mit 100 Volumteilen Wasser überdeckt. Hierauf wird er während 10 Stunden mit Kohlendioxyd von 40 at behandelt. Nach der Entspannung wird der Anionenaustauscher von der Lösung getrennt und diese im Vakuum zur Trocknung eingedampft. Man erhält 8,8 Gewichtsteile reines ß-Alanin vom Schmelzpunkt 295° C.

Beispiel 2

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11,3 Gewichtsteile technisches g-Caprolactam werden an 100Volumteilen feuchtem Kationenaustauscher Amberlite IR-120 (eingetragenes Warenzeichen) zu 13,1 Gewichtsteilen g-Aminocapronsäure hydrolysiert (s. deutsche Auslegeschrift 1011429). Mit 100 Volumteilen einer 3°/oigen wäßrigen Ammoniaklösung wird die Aminosäure vom Austauscher abgelöst, und diese Lösung wird anschließend mit 150 Volumteilen feuchtem aktiviertem Anionenaustauscher Amberlite IRA abfiltriert, mit 100 Volumteilen Wasser und 50 Volumteilen Methanol gewaschen und dann in einem Autoklav mit 100 Volumteilen Wasser überschichtet. Hierauf wird er während 10 Stunden mit Kohlendioxyd von 60 at behandelt. Danach wird der Druck abgelassen, der Austauscher abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Die Lösung wird im Vakuum zur Trockne eingedampft. Man erhält 12,9 g reine ε-Aminosäure vom Schmelzpunkt 203° C.

Beispiel 3

20,1 Gewichtsteile rohe oj-Aminoundecansäure (Sdp. 178 bis 181° C) werden in 150 Volumteilen eines Methanol-Wasser-Gemisches (1 :1) gelöst und in einem Rührgefäß auf 100 Volumteilen feuchten aktivierten Kationenaustauscher Amberlite IR-120 (eingetragenes Warenzeichen) aufgezogen. Der Kationenaustauscher wird abfiltriert, mit 100 Volumteilen Wasser gewaschen und sodann mit 100 Volumteilen einer 13°/oigen methanolischen Pyrindinlösung behandelt. Die entstandene Lösung der ω-Aminoundecansäure wird abfiltriert und mit 150 Volumteilen feuchtem aktiviertem Anionenaustauscher Amberlite IRA-410 (eingetragenes Warenzeichen) behandelt. Der abfiltrierte Anionenaustauscher wird wie im Beispiel 1 mit Wasser und Methanol gewaschen und in einem Autoklav mit 100 Volumteilen eines Methanol-Wasser-Gemisches (1 :1) überdeckt. Hierauf wird er während 5 Stunden bei einer Temperatur von 40° C mit Kohlendioxyd unter einem Druck von 70 at behandelt. Nach der Entspannung wird der Austauscher abfiltriert und die Lösung bei vermindertem Druck zur Trockne eingedampft. Man erhält 19,9 Gewichtsteile reine ω-Aminoundecansäure vom Schmelzpunkt 186 bis 187° C.

Beispiel 4

200 Volumteile einer 6,5°/oigen ε-Aminocapronsäurelösung, die neben der Aminosäure noch Verunreinigungen von Valeriansäure und aliphatischen Aminen enthält, werden über IOO¹ Volumteile frisch aktivierten Anionenaustauscher Amberlite IRA-400 (eingetragenes Warenzeichen) mit einer Sickergeschwindigkeit von 0,5 cm in der Minute geleitet. Anschließend wird mit 200 Volumteilen Wasser, dann mit 250 Volumteilen Methanol und schließlich nochmals mit 200 Volumteilen Wasser nachgewaschen.

Das Austauscherharz wird darauf mit 100· Volumteilen Wasser während 12 Stunden im Autoklav mit Kohlendioxyd bei einem Druck von 45 at behandelt. Nach der Entspannung wird der Austauscher abfiltriert und mit Wasser nachgewaschen. Die resultierende Lösung wird dann durch Erhitzen vom Kohlendioxyd befreit und über 75 Volumteile frisch aktivierten Kationenaustauscher Permutit RS (eingegetragenes Warenzeichen) geschickt. Das Austauscherharz wird mit 100 Volumteilen Wasser und darauf zweimal mit 75 Volumteilen 5%igen Ammoniak behandelt. Die ammoniakhaltige Lösung wird eingedampft, und man erhält 12,3 Teile reine ε-Aminocapronsäure mit einem Schmelzpunkt von 201° C.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung von Aminosäuren durch aufeinanderfolgendes Adsorbieren der Aminosäuren bzw. ihrer Lactame an Kationen- und Anionenaustauschern und anschließende Elution, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aminosäuren aus den Kationenaustauschern in an sich bekannter Weise mittels Ammoniak oder Pyridin und aus den Anionenaustauschern mittels Kohlensäure unter Drücken von 20 bis 150 at eluiert.

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2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Reinigung diesen mittels Kohlensäure unter Druck von 20

von ε-Aminocapronsäure, die durch Hydrolyse von bis ISO at eluiert.

ε-Caprolactam mit Kationenaustauschern herge-

stellt und aus den Austauschern mit wäßrigem

Ammoniak oder Pyridin eluiert wurde, dadurch 5 In Betracht gezogene Druckschriften:

gekennzeichnet, daß man die ε-Aminocapronsäure Deutsche Patentschrift Nr. 857 497;

an Anionenaustauschern adsorbiert und sie aus USA.-Patentschrift Nr. 2 700 672.

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