DE1118931B

DE1118931B - Verfahren zur Gewinnung von Cycloserin

Info

Publication number: DE1118931B
Application number: DEC21585A
Authority: DE
Inventors: Roger L Harned
Original assignee: Commercial Solvents Corp
Current assignee: Commercial Solvents Corp
Priority date: 1959-07-06
Filing date: 1960-06-02
Publication date: 1961-12-07

Description

Verfahren zur Gewinnung von Cycloserin Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beindarstellung des Antibiotikums Cycloserin aus wäßrigen, Calcium enhaltenden Lösungen durch Anwendung von stark sauren Kationaustauschern.
Die Reinigung von wäßrigen Rohlösungen des Cycloserins mit Hilfe von Ionenaustauschern ist bereits bekannt. Das Antibiotikum wird dabei aus seinen wäßrigen Lösungen entweder auf einem stark basischen Anionenaustauscher in der O H-Form absorbiert und aus dem Austauscherharz durch andere Anionen als OH, z. B. Acetat, Formiat, Chlorid, Sulfat usw., eluiert, oder das Antibiotikum wird durch einen stark sauren Kationaustauscher in der Wasserstofform adsorbiert und mittels einer verdünnten Base, wie z. B. Na OH, eluiert. Das Eluat wird dann mit der Lösung eines anorganischen Metallsalzes versetzt, das mit Cycloserin ein in Wasser unlösliches Metallsalz liefert. Das Cycloserinsalz wird daraufhin abgetrennt, mit Wasser aufgeschlämmt und mit einer solchen Säure behandelt, die mit dem Cycloserinkation ein unlösliches Salz unter Infreiheitsetzen des Cycloserins bildet. Der anorganische Niederschlag wird dann abgetrennt, und die reine Cycloserinlösung wird im Vakuum zur Trockene eingedampft.
Obwohl Kationaustauscherharze in der Regel eine mehr als doppelt so große Adsorptionskapazität für Cycloserin besitzen als Anionaustauscherharze, werden letztere oftmals bevorzugt verwendet. Dies hat seinen Grund darin, daß bei der Gewinnung von Cycloserin geringe Mengen Calciumcarbonat, dessen Vorhandensein die Ausbeute des Antibiotikums steigert, im Nährmedium verwendet werden. Das Calcium wird jedoch durch das saure Kationaustauscherharz zusammen mit dem Antibiotikum adsorbiert, wodurch sich die Menge am Austauschei adsorbierten Antibiotikums vermindert. Hinzukommt, daß, wenn das Antibiotikum aus dem Austauscherharz mit O H-Ionen eluiert wird, das Austauscherharz durch einen Calciumhydroxydniederschlag verstopft wird. Nach der Eluierung des Antibiotikums vom Kationaustauscherharz ist deshalb eine Regenerierung des Harzes mittels einer Säure notwendig. Infolge ihrer geringen Kosten und wegen ihrer günstigen Regenerationsfähigkeit für saure Kationaustauscherharze wird bevorzugt Schwefelsäure verwendet. Wird die Kolonne jedoch mit Schwefelsäure regeneriert, so wird das Calciumhydroxyd in wasserunlösliches, sich auf dem Austauschei niederschlagendes Calciumsulfat übergeführt, wodurch die Adsorptionskapazität für Cycloserin vermindert wird.
Es wurde nun gefunden, daß sich das Verfahren zur Gewinnung von Cycloserin aus wäßrigen, Calciumcarbonat und das Nährmedium, in welchem es produziert wird, enthaltenden Lösungen durch Adsorption an einem stark sauren Kationaustauscherharz und anschließende Eluierung des Antibiotikums von diesem Kationaustauscherharz -verbessern läßt. Das neue Verfahren ermöglicht bei der Regenerierung des stark sauren Kationaustauscherharzes die Verwendung von Schwefelsäure, ohne daß die Ausbeute an Endprodukt nachteilig beeinflußt wird und ohne daß es notwendig ist, das stark saure Kationaustauscherharz in besonderer Weise zu reinigen oder auszuwechseln. Das Verfahren der Erfindung besteht darin, daß der rohen wäßrigen Lösung des Cycloserins Oxalsäure zugesetzt wird und daß das ausgefällte Calciumoxalat vor der Adsorption des Cycloserins an dem Ionenaustauscherharz entfernt wird.
In zweckmäßiger Weise wird der PH-Wert der Cycloserinlösung vor der Oxalsäurezugabe auf 3,0 bis 6,0 eingestellt. Es wird dann so viel Oxalsäure zugesetzt, daß das Calcium vollständig in Calciumoxalat übergeführt wird. Dann wird zwecks Entfernung des wasserunlöslichen Caleiumoxalates und anderer Verunreinigungen filtriert, worauf das Antibiotikum durch ein stark saures Kationaustauscherharz in Wasserstofform adsorbiert und mit einer verdünnten Base eluiert wird. Hierdurch wird eine beträchtliche Konzentrierung des Antibiotikums in der wäßrigen Lösung erreicht, aus welcher es durch Ausfällung als wasserunlösliches Metallsalz gewonnen werden kann. Das Kationaustauscherharz wird dann mit Schwefelsäure regeneriert, und das beschriebene Verfahren kann wiederholt werden. Zur Einstellung des pg-Wertes der Cycloserinlösung auf 3,0 bis 6,0 kann jede geeignete Säure, wie z. B. Schwefelsäure, Phosphorsäure usw., verwendet werden. Vorzugsweise wird Phosphorsäure benutzt. Vorzugsweise wird pro Mol vorhandenes Calcium 1 Mol Oxalsäure zugesetzt. Das ausgefällte Calciumoxalat kann dann aus der Lösung zusammen .mit anderen Verunreinigungen durch jede geeignete Maßnahme entfernt werden. Vorzugsweise wird das Calciumoxalat durch Filtration entfernt. Geeignete stark saure Kationaustauscherharze sind z. B. aldehyd-polyhydrierte Phenolharze, deren Aktivität auf dem Vorhandensein von Sulfonsäuregruppen beruht. Besonders geeignet sind z. B. die Amberlite IR-120 und IR-105 von Rohm & Haas Co. und Dowex 50 von der Dow Chemical Co. Nach der Adsorption des Cycloserins durch das stark saure Kationaustauscherharz wird das Antibiotikum vom Harz eluiert, wozu eine verdünnte wäßrige Lösung einer Base, wie Natriumhydroxyd, Ammoniumhydroxyd usw., verwendet wird. Besonders geeignet ist eine Natriumhydroxydlösung.
Das Verfahren zur Regenerierung des sauren Kationaustauscherharzes erfolgt in einer dem Fachmann geläufigen Art und Weise. Ein Verfahren besteht z. B. darin, eine 5o/oige Schwefelsäurelösung durch die Kolonne laufen zu lassen, bis deren Ablauf eine titrierbare Acidität von etwa 80 bis 90% der regenerierenden Säure besitzt.
Das folgende Beispiel dient der Veranschaulichung des Verfahrens der Erfindung. Es soll die speziell verwendeten Verbindungen und das Verfahren jedoch nicht begrenzen. Beispiel 1 Ein Volumen von 32,000 ml eines Fermentationsnährmediums mit 1500 ,g Cycloserin pro Milliliter und einem Nährmedium, in welchem das Cycloserin durch Fermentation mittels des Organismus Streptomyces orchidaceus gebildet wurde, wurde mit Phosphorsäure auf einen pH-Wert von 5,0 eingestellt. Dann wurde die Lösung mittels einer Filterhilfe filtriert. Zu 22,290 ml des filtrierten Nährmediums wurden daraufhin 55,7 g Oxalsäure gegeben, um das vorhandene Calcium als Calciumoxalat zu fällen. Das ausgefällte Calciumoxalat wurde vom Filtrat durch Filtration mit einer Filterhilfe entfernt. 22,290 ml dieses im wesentlichen calciumfreien Filtrates wurden dann durch eine Kolonne geführt, welche 1000 cm-3 Amberlite IR-120 (eines stark sauren Kationaustauscherharzes) in der Wasserstofform enthielt. Die Kolonne bestand aus einem Pyrexrohr von etwa 5 X 122 cm. Die vom Austauscher abfließende Lösung wurde in einer Menge von 100 ml pro Minute gesammelt, bis die gesamte Lösung den Austauscher durchlaufen hatte. Danach wurde die Kolonne mit deionisiertem Wasser gewaschen und das Cycloserin mit 41/ßigem Natriumhydroxyd eluiert. Das Eluat wurde in Form von zehn 400-ml-Fraktionen aufgenommen. Während der Eluierung trat eine geringe Accumulierung von Calciumhydroxyd auf, jedoch war diese so gering, daß die Arbeitsweise der Kolonne nicht gestört wurde. Die Eluatfraktionen wurden auf ihre Cycloserinaktivität untersucht: Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben:

Eluatfraktion Volumen Cycloserin

ml I Rg/ml

1 400 20

2 400 40

3 400 750

4 400 16200

5 400 16200

6 400 8900

7 400 5300

8 400 2700

9 400 1750

10 400 1400

Die aktiveren Fraktionen (4 bis 10) wurden vereinigt und ergaben 2,800 ml konzentriertes Eluat mit 23 600 000 #Lg Cycloserin. Dieses konzentrierte Eluat wurde niit aktivierter Kohle behandelt und dann mit einer verdünnten Natriumhydroxydlösung auf einen p11-Wert von 6,5 eingestellt. Das Cycloserin wurde dann aus dem Eluat durch Zugabe von 38,4 g Silbernitrat als unlösliches Silbersalz ausgefällt. Die Menge ausgefällten Silbersalzes in kristalliner Form betrug 40,4 g mit 19 000 000 #tg Cycloserin. Nach der Eluierungwurde die Kolonne mit etwa 11 Leitungswasser gewaschen. Danach wurde der Austauscher durch 2000 ml 1/z n-Schwefelsäure, welche oben in die Kolonne gegeben wurde, in die Wasserstofform zurückverwandelt. Dadurch, daß nur eine geringe Menge Calciumhydroxyd auf dem Harz niedergeschlagen war, erfolgte die Regenerierung des Austauschers, ohne daß letzterer mit Calciumsulfat verstopft wurde.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Gewinnung von Cycloserin aus einer rohen, wäßrigen, Calcium enhaltenden Lösung durch Adsorption des Cycloserins an einem stark sauren Kationaustauscherharz, Eluierung des Cycloserins vom Harz, Ausfällung des Cycloserins aus dem Eluat als wasserunlösliches Salz und überführung des wasserunlöslichen Salzes in freies Cycloserin, dadurch gekennzeichnet, daß der rohen, wäßrigen Lösung des Cycloserins Oxalsäure zugesetzt wird, worauf das ausgefällte Calciumoxalat vor der Adsorption des Cycloserins an dem lonenaustauscherharz entfernt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1016 711, 1022 230, 958 242; USA.-Patentschrift Nr. 2 789 983.