DE1445410A1 - Verfahren zur Racemisierung optisch aktiver Pyroglutaminsaeure - Google Patents

Description

VK fRAHKFURT (MAIH), 6. Juli 1₉₅₂

Ajinomoto Kabushiki Kaisha,

No. 7, -1-chome, Takara-cho, Chuo-ku, Tokyo, Japan.

Verfahren zur Racemisierung optisch aktiver Pyroglutaminsäure.

Die Erfindung betrifft ein einfaches und wirtschaftlich sehr vorteilhaftes Verfahren zur Hacemisierung optisch aktiver Pyroglutaminsäure, das in industriellem Masstab durchf üirbar ist.

In den beigefügten Zeichnungen ist in Fig. 1 die Beziehung zwischen der Konzentration optisch aktiver (L)-^glutaminsäure und der für eine 99%ige fiacemisierung in wässriger Lösung benötigte Zeit, in Fig. 2 die fur eine 99%ige Racemisierung optisch aktiver (L)-^yroglutaminsäure bei der Behandlung mit Salzsäure oder Natronlauge benötigte Zeit und

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in S¹Ig. 3 die Ausbeute an racemischer Fox-m nach 4,8stündigem Erhitzen "bei verschiedenen Temperaturen dargestellt©

Pyroglutaminsäure kann nach dem Verfahren₉ das beispielsweise in "Experiment in Chemistry" von Kawadeshobo, Teil 2 (Angewandte Methoden) S₀ 732 (194-2) beschrieben, ist, racemisiert werden_s wonach eine optisch aktive Glutaminsäure unter vermindertem Druck auf eine Temperatur zwischen 19o und 2oo° 0 zum Schmelzen und Verflüssigen (dabei wird Pyroglutaminsäure gebildet) und danach weitere 3-4 Stunden auf 2oo° 0 erhitzt wird« Diese Methode kann Jedoch nicht in industriellem Masstab durchgeführt werden, und zwar nicht allein wegen der PyroglutamirJlverluste durch Zersetzung, was eine nierige Ausbeute (4p /<?) und eine minderwertige Qua« lität der erhaltenen racemischen Pyroglutaminsäure zur Folge hat, sondern auch wegen der Schwierigkeiten, die mit dem Rühren .des schmelzenden Materials während der Racemisierung verbunden sind, und seiner geringen Wärmeleitfähigkeit. Ausserdem bereitet es Schwierigkeitenj korrosionsbeständige Behälter für diese Reaktion zu beschaffen.

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Ueber die Racemisierung der Pyroglutaminsäure in wässriger Lösung ist fast nichts bekannt.

ßemäss Erfindung ist es gelungen, die Racemisierung der I^roglutaminsäure schnell und unter Vermeidung der angegebenen Schwierigkeiten,durchzuführen, indem man die Pyroglutaminsäure in wässriger Lösung erhitzt·

Es ist bekannt, dass Glutaminsäure, die in wässriger Lösung mit Säure oder Alkali behandelt wird, zum Teil infolge von Dehydratisierung in Pyroglutaminsäure umgewandelt wird, wobei sich ein Gleichgewicht zwischen der Glutaminsäure und der Pyroglutaminsäure einstellt, das von der Säure- oder Alkalikonzentration abhängt. Es ist daher möglich, die gemäss Erfindung hergestellte racemische Pyroglutaminsäure durch Erhitzen mit Säure oder Alkali unter Hydrolyse in racemische Glutaminsäure oder deren Salze überzuführen.

Das Verfahren gemäss Erfindung stellt somit nicht nur eine vorteilhafte Lethode zur Raceme rung optisch

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aktiver !Pyroglutaminsäure dar, sondern ausserdem eineivorteilhaften Weg zur Racemisierung 'optisch aktiver Glutaminsäure.

Es sind bereits einige Methoden, die weiter urfen aufgeführt sind, zur Racemisierung von Glutaminsäure bekannt, z.B.

1) Erhitzen einer wässrigen Lösung optisch aktiver Glutaminsäure mit starker Säure oder starkem Alkali,

2) Erhitzen optisch aktiver Glutaminsäure "bis zum Schmelzen,

3) Erhitzen einer Mischung von optisch aktiver Glutaminsäure und [Phthalsäureanhydrid bis zum Schmelzen,

4) Acetylierung,optisch aktiver Glutaminsäure.

Jedoch.-:alle diese Methoden sind bei der Durchführung in industriellem Masstab mit -Schwierigkeiten verbunden, d.h. es treten GlutaminsäureVerluste infolge von Zersetzung auf, oder es muss eine grosse Menge kostspieliger Reagenzien oder ein spezieller korrosionsfähiger Behälter beschafft werden.

Bei Anwendung des Verfahrens gemäss Erfindung auf die Racemisierung optisch aktiver Glutaminsäure

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wird dagegen die racemische Glutaminsäure ohne Schwierigkeiten erhalten· Das Verfahren der Erfindung wird daher durchgeführt, um !-Glutaminsäure herzustellen, die einen wertvollen Würzstoff oder ein Zwischenprodukt für die Herstellung anderer Produkte aus synthetischer Glutaminsäure darstellt, indem man die niet sprechenden Methoden zur Spaltung (resolve) racemischer Glutaminsäure mit dem Verfahren gemäss Erfindung kombiniert.

Einzelheiten über die optimale Durchführungsform des Verfahrens gemäss Erfindung· · f

1) Konzentration der Pyroglutaminsäure In Fig. 1 ist die für eine 99%ige Racemisierung optisch aktiver (L)-Pyroglutaminsäure erforderliche Zeit gegen die Konzentration an (L)-Pyroglutaminsäure aufgetragen. Wie Mg. 1 zu entnehmen ist, nimmt die Racemisierung optisch aktiver Pyroglutaminsäure in dän Bereichen niedriger Konzentration eine lange Zeit in Anspruch» Bei höherer Konzentration nähert sie sich dem Schmelzpunktszustand, liefert eine geringe Produktausbeute, und es werden ausserdem spezielle Behälter für die Racemisierung

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"benötigt« Daher ist es zweckmässig, die glutaminsäurekonzentration im Bereich von 1o*-9o, vorzugsweise 3o-9o Gew.%, zu regeln, um die Racemisierung der optisch aktiven pyroglutaminsäure unter Vermidung dieser Nachteile durchzuführen.

Eine geringe Menge anorganischer Salze oder organischer Verunreinigungen in der Lösung stört die Racemisierung nicht.

2) Wirkung der in der Pyroglutaminsäure^sung vorhandenen Säure oder des Alkalis In -⁰Ig.2 ist die Beziehung zwischen der für eine 99%ige Racemisierung der (!^-Pyroglutaminsäure benötigten Zeit und der Chlorwasserstoff- oder Natriumhydroxydmenge gezeigt (dargestellt durch das- molekulare Verhältnis von Chlorwasserstoffsäure bzw« Natriumh&droxyd zu Pyroglutaminsäure), die für eine Behandlung in JoGew.^iger Pyroglutaminsäurelösung bei 2oo° C benötigt wird. Es ist gezeigt, dass die für die Racemisierung benötigte Zeit plötzlich stark ansteigt, wenn das molare Verhältnis von Natriumhydroxyd zu pyroglutaminsäure den 7/ert von ο,.75 übersteigt, und einen maximalen Wert bei dem

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j . -7«

{ äquimolaren Verhältnis aufweist, dass aber die

für die Racemisierung "benötigte Zeit in Gegenwart

\ von Säure praktisch keine Aenderung erfährt· Airch Alkali, wenn es in einer Menge angewandt

V wirdι dass der Verhältniswert von o,75 nicht er-

)' reicht wird, oder durch Säure wird die Racemisie-

rung nicht nachteilig beeinflusst. Jedoch mit > steigender Säurekonzentration wird es notwendig)

für die !Racemisierung einen speziellen säurewi-. derstandsfähigen Behälter zu beschaffen, so dass es fcweckmäesig ist, die Säurekonzentration so zu regeln, dass sie unter dem Verhältniswert von 1 bleibt· (Das Qjjtimum liegt unter dem Verhältniswert von o,5)

3) Temperatur

In 2"ig· 3· ist die Ausbeute an racemischer Form (d.h· das Mass der Racemisierung in %) gegen die Temperatur - nach dem Erhitzen einer 3o- und einer 8oGeWr%igen wässrigen Lösung optisch aktiver (L)-iyroglutaminsäure für 4,8 Stunden auf verschiedene Temperaturen - aufgetragen· Die Racemisierung findet schon in verhältnismässige» niedrigem Temperaturbereich statt, jedoch ihre Geschwindigkeit ist sehr

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«an. Unter Berücksichtigung der industriellen Gesichtspunkte _t d.h. die für die Racemisierung erforderlichenZeit sowie die Kosten für die Enfrgie_t ergibt sich ein Temperaturbereich von 16o-22©i vorzugsweise von 18o«22o° C.

Diesen Tatsachen ist zu enthehmen, dass optisch aktive !^©glutaminsäure mit Erfolg durch Erhitzen in 1o-9oGew«%iger wässriger Lösung (der optimale,Wert liegt im Bereich von 3o-9o Gew«?6) auf eine Temperatur · im Bereich von 16o-22o° O (der optimale Wert liegt im Bereich von 18o~2lo' O) racemisiert werden kann, wobei in Anwesenheit von alkalischen Substanzen in der Lösung die Alkalikonzentration so geregelt werden soll, dass das molare Verhältnis von Alkali zu lyroglutaminsäure weniger als o,75 und bei Anwesenheit von sauren Substanzen in der Lösung die Säurekonzentration so eingestellt werden soll, dass das molare Verhältnis von Säure zu lyroglutaminsäure weniger als 1 in der Lösung beträgt·

Das gemäss Erfindung verwendete Lösungsmittel ist Wasser. Eine geringe Menge neutraler organischer und anorganischer Substanzen in der I^yroglutaminsäurelö·* sung beeinträchtigt die Racemisierung nicht»

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Beispiel 1

Eine wässrige Lösung aus 3o g L-i^yroglutaminsäure /£xj^°m -11f7^e (H₂O, 0:4) und 1oo g Wasser wurde im Autoklaven 6 Stunden auf 2oo° C erhitzt· Sodann wurde die Lösung auf 3o· 0 gekühlt und die auskristallisierte lyroglutaminsäure abfiltriert· Es wurden 22,ο g Kristalle erhalten, deren optische Drehung, wie eine Messung ergab, 0 war· /cx/-n^O»0 (Hp* Auch die Mutterlösung zeigte keine optische Akti-

vität. Daraus ergab sichlj: dass die Le&lutaminsäure

den ~

unter/angegebenen Bedingungen vollkommen racemisiert worden war·

Beispiel 2

Eine Mischung von 3o g D-Glutaminsäure /αΤη « -31»8°, (2n-H01, C:6) und 3o g Wasser wurdeji im Autoklaven 8 Stunden auf 18o° C erhitzt. Nach dem Abkühlen der Lösung auf 3o° G wurden 2p>5 g kristalline DL-^lutaminsäure erhalten. Diese Kristalle wurden 3 Stunden in einer 2n wässrigen SaIζsäurelösung auf 1oo° C erhitzt. Sodann wurde NatriumhydrοChlorid bis zu einem pH von 3»2 der Lösung zugesetzt und die Äuskristallisierte DL-Glutaminsäure abfiltriert« Das Gewicht der

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Kristalle betrug 15 S und ihre optiseh© Drehung 0. /07§° - (2 n-

Beispiel 3

£ine Mischung von 26,3 g. L-I^rr ο glutaminsäure und 7o g Wasser wurde in einem Autoklaven 8 Stunden auf 2oo° G erhitzt, sodann der Reaktionsmischung 56 g 98%ige Schwefelsäure zugesetzt und weitere 3 Stunden auf 115° C.erhitzt. Ein Teil, 2o,31 g| der Reaktionsmischung wurde mit 5 ecm 35%iger Salzsäure behandelt und dann mit soviel Wasser versetzt, dass das Gesamtvolumen 5o ecm betrug* Die optische Drehung ergab bei Messung einen Wert von /ά/τν ■ ο,οο, d.h. es hatte eine vollständige Racemisierung stattgefunden. Die Messung des als Aminogruppe vorliegenden Stickstoffs der Reaktionsmischung ergab^, dass sich die DL-Glutaminsäure in 98,o%iger Ausbeute aus der !pyroglutaminsäure gebildet hatte» Da sich herausgestellt hatte, dass unter den angegebenen Hydrolyaebedingungen das Gleichgewicht zwischen Glutaminsäure und I^yroglutaminsäure 98%2 ist, konnte daraus geschlossen werden, dass die Racemisierung optisch aktiver Glutaminsäure in der Weise gemäss Erfindung ohne Verluste infolge Zersetzung von Pyroglutaminsäure oder Glutaminsäure verlaufen ist·

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Claims (1)

1. Terfthrtn but Racemisierung optisch, aktiver I^rroglutaminsäure, dadurch, gekennzeichnet, dass fyrog&utaminsäure in Form einer 1o-9oGew.%igen wässrigen Lösung auf eine Temperatur von 16o~ 22ο· G erhitzt wird, wobei in Anwesenheit von alkaXleohen Substanzen das molare Verhältnis Ton Alkali zu pyroglutaminsäure unterhalb von Oj75 t>ew· in Anwesenheit von sauren Substanzen: das molare Verhältnis von Säure zu Ityr©glutaminsäure unterhalb von o,5 gehalten wird·

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