DE19850359A1 - Verfahren zur Herstellung von Asparaginsäurederivaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von AsparaginsäurederivatenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Asparaginsäurederivaten der allgemeinen Formel (I) DOLLAR F1 und ihren Mischungen, in welcher DOLLAR A R¶1¶, R¶2¶, R¶3¶ die in der Beschreibung genannten Bedeutungen haben, DOLLAR A ausgehend von Kohlehydraten durch Fermentation in Gegenwart von Mikroorganismen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Asparagin
säurederivaten der allgemeinen Formel (I)
und ihren Mischungen, in welcher
R1 für einen Rest der Reihe H, Na, K, NH4, Ca, Mg, Li, oder Fe steht,
R2 für einen Rest der Reihe
R1 für einen Rest der Reihe H, Na, K, NH4, Ca, Mg, Li, oder Fe steht,
R2 für einen Rest der Reihe
-CH2-COOR1, -CH2-CH2-COOR1, -CH2-CH2-OH, -CH2-CHOH-CH3 oder
-CH2-CHOH-CH2OH steht und
R3 für einen Rest der Reihe H, -CH2-COOR1, -CH2-CH2-COOR1, -CH2-CH2-OH, -CH2-CHOH-CH3 oder -CH2-CHOH-CH2OH steht,
dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenhydrate in Gegenwart von Fumarsäure produzie renden Mikroorganismen fermentiert werden, die daraus resultierende Fumarsäure haltige Fermentationslösung gereinigt wird, die dabei entstehende Fumarsäure- Ammoniumsalzlösung durch Enzymkatalyse zu einer Asparaginsäure-Rohlösung umgewandelt wird und die so erhaltene Asparaginsäure-Rohlösung nach Zugabe von Alkalimetallhydroxid und nach Aufkonzentrierung unter Abdestillation von Ammo niakwasser mit ungesättigten Mono- oder Dicarbonsäuren oder deren Salzen, mit Epoxiden, Epoxyalkoholen, Epoxysäuren oder deren Salzen, mit Alkylhalogeniden und Halogenalkansäuren oder deren Salzen oder durch Cyanomethylierung und an schließende Verseifung umgesetzt wird.
R3 für einen Rest der Reihe H, -CH2-COOR1, -CH2-CH2-COOR1, -CH2-CH2-OH, -CH2-CHOH-CH3 oder -CH2-CHOH-CH2OH steht,
dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenhydrate in Gegenwart von Fumarsäure produzie renden Mikroorganismen fermentiert werden, die daraus resultierende Fumarsäure haltige Fermentationslösung gereinigt wird, die dabei entstehende Fumarsäure- Ammoniumsalzlösung durch Enzymkatalyse zu einer Asparaginsäure-Rohlösung umgewandelt wird und die so erhaltene Asparaginsäure-Rohlösung nach Zugabe von Alkalimetallhydroxid und nach Aufkonzentrierung unter Abdestillation von Ammo niakwasser mit ungesättigten Mono- oder Dicarbonsäuren oder deren Salzen, mit Epoxiden, Epoxyalkoholen, Epoxysäuren oder deren Salzen, mit Alkylhalogeniden und Halogenalkansäuren oder deren Salzen oder durch Cyanomethylierung und an schließende Verseifung umgesetzt wird.
Asparaginsäurederivate der Formel (I) gemäß der vorliegenden Erfindung sind bei
spielsweise Iminodibernsteinsäure und Hydroxyiminodibernsteinsäure und deren
Salze.
In JP 5 320 109 wird Iminodibernsteinsäure aus Maleinsäure und Asparaginsäure in
Gegenwart von Alkali- und Erdalkaliverbindungen hergestellt. Asparaginsäure kann
dabei sowohl in der S- oder R-Form oder als Racemat eingesetzt werden.
In JP 8 012 631 wird Maleinsäuremonomethylester mit Asparaginsäure unter alkali
schen Bedingungen umgesetzt. Dabei wird insbesonders S-Asparaginsäure zur Ver
meidung der R,R-Iminodibernsteinsäure eingesetzt.
In JP 5 170 714 wird Hydroxyiminodibernsteinsäure aus Epoxybernsteinsäure und
Asparaginsäure in Gegenwart von Calciumhydroxyd hergestellt.
In DE 40 24 552 wird S-Asparaginsäure in Wasser mit Natronlauge und anschlie
ßend mit cis-Epoxybernsteinsäure Dinatriumsalz zu 3-Hydroxy-2,2'-iminodibern
steinsäure Tetranatriumsalz umgesetzt.
In den aufgeführten Beispielen handelt es sich bei der eingesetzten Asparaginsäure
um eine reine, unter Zwischenisolierung hergestellte Asparaginsäure. Diese wird aus
einem Reaktionsgemisch durch Ansäuerung, Kristallisation, Filtration, Waschen und
Trocknung gewonnen. Diese Aufarbeitung verursacht Kosten, verteuert das Produkt
und belastet die Umwelt.
Es bestand daher die Aufgabe, für die Herstellung von monomeren Asparaginsäure
derivaten der Formel (I) und ihren Mischungen ein neues, kostengünstiges und um
weltgerechtes Verfahren zu entwickeln, mit dem die angestrebten Produkte in hoher
Qualität und Ausbeute erhalten werden können. Diese Aufgabe wird durch das erfin
dungsgemäße Verfahren gelöst.
Eine durch Fermentation erhaltene Asparaginsäure-Rohlösung wurde bei der Herstel
lung der Asparaginsäure-Derivate der Formel (I) bisher noch nicht eingesetzt, da der
in ihr enthaltene Ammoniak Nebenreaktionen verursachen würde. Die entstehenden
Nebenkomponenten könnten nur durch aufwendige Reinigungsschritte abgetrennt
werden. Dabei ginge aber der Vorteil verloren, der zunächst durch die Einsparung der
Aufarbeitung der Asparaginsäure-Rohlösung erhalten wird.
Es wurde nun herausgefunden, daß die durch Fermentation erhaltene Asparaginsäure-
Rohlösung nach Zugabe von Alkalimetallhydroxyd und Aufkonzentrierung unter Ab
destillation von Ammoniakwasser zu den Asparaginsäure-Derivaten der Formel (I)
in hoher Ausbeute und Qualität umgesetzt werden kann, denn es wurde überraschen
derweise festgestellt, daß bei der Aufkonzentrierung der mit Alkalimetallhydroxyd
versetzten Asparaginsäure-Rohlösung nahezu der gesamte Ammoniak entfernt wer
den kann und somit in der Folgereaktion keine unerwünschten Nebenreaktionen
mehr eintreten können.
Die Aufkonzentrierung wird durchgeführt, um die nach Zugabe von Alkalimetallhy
droxyd zu der Asparaginsäure-Rohlösung gebildeten Asparaginsäure-Alkalisalze auf
eine für die Folgereaktion geeignete Konzentration zu bringen, denn die in der Folge
reaktion eingesetzten Reaktanden können auch mit Wasser zu unerwünschten Neben
komponenten abreagieren.
Durch den Einsatz von Asparaginsäure-Rohlösung und durch die anschließende Auf
konzentrierung nach Alkalimetallhydroxydzugabe können nun überraschenderweise
mehrere Vorteile gleichzeitig erhalten werden:
- 1. Vermeidung der aufwendigen Zwischenisolierung der Asparaginsäure im Sinne eines Ressourcen-schonenden und umweltgerechten Verfahrens.
- 2. Verringerung der durch Wasser bedingten Nebenreaktionen.
- 3. Verringerung der durch Ammoniak bedingten Nebenreaktionen.
- 4. Herstellung der vielseitig einsetzbaren Wertstoffe Ammoniak und Ammo niakwasser, die zum Beispiel in dem Aufarbeitungsprozeß der Fumarsäure haltigen Fermentationslösung wieder eingesetzt werden kann.
- 5. Herstellung von Asparaginsäure-Derivaten der Formel (I) in einer Qualität und Ausbeute, so daß die Abtrennung von unerwünschten Nebenkomponen ten mittels eines aufwendigen Reinigungsverfahrens vermieden werden kann.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden Kohlenhydrate aus Getreidestärke,
Weizenstärke oder Melasse, insbesondere Dextrose, in Gegenwart von organischen
und anorganischen Stickstoffquellen und Mineralien, wie z. B. Harnstoff, Ammo
niumsulfat, Zinksulfat, Eisenchlorid, Magnesiumsulfat und Ammoniumhydrogen
phosphat, Fumarsäure produzierenden Mikroorganismen, wie z. B. Rhizopus
arrhizus, Rhizopus oryzac und Rhizopus nigricans, und Vitaminen bei Temperaturen
von 25-35°C fermentiert.
Während der Fermentation wird die entstehende Fumarsäure entweder durch Zugabe
von Ammonium-, Alkali- oder Erdalkalihydroxyden, Ammonium-, Alkali- oder Erd
alkalicarbonaten oder Ammonium-, Alkali- oder Erdalkalihydrogencarbonaten, be
vorzugt durch Zugabe von Calciumcarbonat, neutralisiert oder durch geeignete
Extraktionsverfahren aus dem Fermentationsgemisch entfernt.
Im Falle der Extraktion wird die Fumarsäure durch Zugabe der obengenannten
Basen, bevorzugt durch Zugabe von Ammoniak oder wässriger Ammoniaklösung
aus dem Extraktionsmittel beispielsweise als Fumarsäureammoniumsalz wieder frei
gesetzt. Im Falle der beschriebenen Neutralisation des Fermentationsmediums, mit
z. B. Calciumcarbonat, wird das schwerlösliche Fumarsäurecalciumsalz abfiltriert und
mittels Ammoniak, Ammoniumcarbonat oder Ammoniumhydrogencarbonat in
Fumarsäureammoniumsalz umgewandelt.
Die so erhaltene Fumarsäureammoniumsalzlösung, die aus Fumarsäuremonoammo
niumsalz oder Fumarsäurediammoniumsalz oder einem Gemisch aus beiden bestehen
kann, wird vor der enzymatischen Umwandlung zu Asparaginsäure-Rohlösung ge
reinigt. Die Reinigung kann durch Umkristallisation, Membranfiltration, Lösungs
mittelextraktion, Absorptionsmittel wie beispielsweise Aktivkohle oder Ionenaus
tauscher-gestützte Verfahren erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die aus dem Fermentationsprozeß er
haltene Fumarsäureammoniumsalzlösung mit einem Ionenaustauscher in das Fumar
säuremonoammoniumsalz umgewandelt, das durch Kristallisation weiter gereinigt
wird. Aus diesem Salz wird vor dem Einsatz im nächsten Verfahrensschritt das
Fumarsäurediammoniumsalz hergestellt.
Die im Reinigungsschritt hergestellte 0,5-2molare Fumarsäurediammoniumsalz
lösung wird nun in Gegenwart eines geeigneten Enzymes und Spurenelementen wie
z. B. Calcium, Magnesium, Mangan, Strontium oder Eisen bei Temperaturen von 20
bis 60°C und einem pH-Wert von 7-9 in eine Asparaginsäure-Rohlösung umgewan
delt, die überwiegend aus Asparaginsäuremonoammoniumsalz besteht, aber auch in
einer Mischung mit Asparaginsäurediammoniumsalz vorliegen kann. Die enthaltene
Asparaginsäure liegt überwiegend in der S-Form vor, bevorzugt in <90% d. Th. in
der S-Form, besonders bevorzugt in < 99% d. Th. in der S-Form.
Die Umwandlung, die mit einer Ausbeute von 90-100% d. Th. bezogen auf das ein
gesetzte Fumarsäuresalz erfolgt, wird mittels Aspartase vorgenommen, die in Form
von Bakterienkulturen, permeabilisierten Zellen, Zellextrakten oder in gereinigter
Form eingesetzt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Aspartase
in immobilisierter Form verwendet.
Zusammenfassend sei gesagt, daß die bisher beschriebenen Verfahrensschritte aus
gehend von Kohlenhydraten bis zur Asparaginsäure-Rohlösung in Anlehnung an die
WO 98/16652 und darin beschriebene Zitate durchgeführt werden. Darin ist aller
dings die Herstellung von monomeren Asparaginsäure-Derivaten der Formel (I) nicht
beschrieben. Die so hergestellte 0,2-2molare Asparaginsäure-Rohlösung wird im
folgenden Reaktionsschritt mit 0,5-3,5 Molequivalenten am Alkalimetallhydroxid,
bevorzugt mit 0,9-3,1 Molequivalenten an Alkalimetallhydroxid, versetzt. Dazu
können Lithium-, Natrium- und Kaliumhydroxid, bevorzugt Natriumhydroxid, in
fester aber auch in gelöster Form, bevorzugt in konzentrierten Lösungen, eingesetzt
werden.
Die Asparaginsäure-Alkalimetallsalzlösung wird zum Einsatz in der Folgereaktion
auf eine geeignete Konzentration eingestellt werden. Die Konzentrationen können
zwischen 20 und 75 Gew.-%, bevorzugt zwischen 30 und 70 Gew.-%, besonders
bevorzugt zwischen 40 und 65 Gew.-% bezogen auf das in der Lösung enthaltene
Asparaginsäure-Alkalimetallsalz liegen. Bei der Aufkonzentrierung wird Ammoniak
wasser abdestilliert, das beispielsweise in dem Aufarbeitungsprozeß der Fumarsäure-
haltigen Fermentationslösung wieder eingesetzt werden kann.
Die Asparaginsäure-Alkalimetallsalzlösung entstammt einer Asparaginsäure-Rohlö
sung, in der Spurenelemente und gegebenenfalls Verunreinigungen enthalten sein
können. Durch die Herstellung der Asparaginsäure-Alkalimetallsalzlösung können
die Spurenelemente wie beispielsweise Calcium, Magnesium, Mangan, Eisen und
Strontium in Abhängigkeit von der Asparaginsäure-Alkalimetallsalz-Konzentration
und dem pH-Wert der Lösung Trübungen verursachen. Diese Trübungen werden bei
Temperaturen von 5-60°C, bevorzugt 10-50°C, besonders bevorzugt bei 15-40°C
abfiltriert.
Die auf diese Weise hergestellte Asparaginsäure-Alkalimetallsalzlösung wird zur
Herstellung der Asparaginsäure-Derivate der Formel (I) und ihren Mischungen mit
geeigneten Reaktanden umgesetzt. Asparaginsäure-Derivate der Formel (I) sind u. a.
Iminodibernsteinsäure, Hydroxyiminodibernsteinsäure, Ethylendiamindibernstein
säure, Asparaginsäure-N,N-diessigsäure, Asparaginsäure-N,N-dipropionsäure, N,N-
Dihydroxyethylasparaginsäure, N,N-Di-(2-hydroxypropyl)asparaginsäure und N,N-
Di-(2,3-dihydroxypropyl)asparaginsäure sowie ihre Na-, K-, NH4-, Ca-, Mg-, Li- und
Fe-Salze. Bevorzugt werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Iminodi
bernsteinsäure, Hydroxyiminodibernsteinsäure, Ethylendiamindibernsteinsäure, und
Asparaginsäure-N,N-diessigsäure und ihre Na-, K-, NH4-, Ca-, Mg-, Li- und Fe-Salze
hergestellt.
Zur Herstellung der Asparaginsäurederivate der Formel (I) und ihrer Mischungen
wird die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Asparaginsäure-
Alkalimetallsalzlösung mit ungesättigten Mono- oder Dicarbonsäuren, wie beispiels
weise Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure oder Fumarsäure und ihren Alkali
salzen, bevorzugt Natriumsalzen umgesetzt. Als Epoxide werden beispielsweise
Ethylenoxid und Propylenoxid, als Epoxyalkohol wird beispielsweise 2,3-Epoxy
propanol und als Epoxysäure wird beispielsweise Epoxybernsteinsäure und ihre
Alkalisalze eingesetzt. Als Alkylhalogenid wird beispielsweise 1,2-Dibromethan und
als Halogenalkansäure beispielsweise Chloressigsäure verwendet. Für die Cyano
methylierung werden Formaldehyd und Alkalicyanide oder Alkalihydroxide und
HCN eingesetzt. Bevorzugt werden Maleinsäure, Epoxybernsteinsäure, Chlor
essigsäure und Bromessigsäure und ihre Salze sowie 1,2-Dichlorethan, 1,2-Dibrom
ethan, Formaldehyd und NaCN eingesetzt.
Die genannten Reaktanden können als Gas oder in flüssiger, fester oder gelöster
Form, als freie Säure oder als Alkalisalz eingesetzt werden. Die Konzentration der
resultierenden Reaktionsgemische liegt bei 20 bis 75 Gew.-%, bevorzugt bei 30 bis
70 Gew.-%, besonders bevorzugt bei 40-65 Gew.-% bezogen auf den enthaltenen
Feststoff. Die pH-Werte liegen bei 3-13, bevorzugt bei 5-12, besonders bevorzugt
bei 6-11,5. Die Reaktionstemperaturen betragen in Abhängigkeit von den verwen
deten Reaktanden 20-200°C, bevorzugt 30-175°C, besonders bevorzugt 40 bis
150°C. Die Molverhältnisse zwischen dem Asparaginsäure-Alkalimetallsalz und dem
Reaktand können 1 : 0,5-5, bevorzugt 1 : 0,9-4, besonders bevorzugt 1 : 1,4-3 be
tragen. Die Reaktionszeiten können zwischen 0,1 und 100 h, bevorzugt zwischen 0,5
und 50 h, besonders bevorzugt zwischen 1 und 25 h liegen. Die Reaktanden können
einzeln, nacheinander oder als Mischungen eingesetzt werden.
Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Verbindungen der Formel
(I) können als Komplexiermittel für Erdalkaliionen und Schwermetallionen in
Wasch- und Reinigungsmitteln, im Pharma-, Kosmetik-, Textil- und Papierbereich,
in der Baustoff- und Galvanikindustrie sowie in der Landwirtschaft eingesetzt
werden. Die Verwendung als Wasserenthärter, Bleichmittelstabilisator, Spurennähr
stoffdünger und Abbindeverzögerer ist dabei besonders hervorzuheben.
Komplexiermittel werden seit Jahren in großen Mengen eingesetzt. Viele bisher ge
bräuchliche Komplexiermittel, wie Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Di
ethylentriaminpentaessigsäure (DTPA), Nitrilotriessigsäure (NTA) und andere
Aminopolycarbonsäuren sind nicht oder nur bedingt biologisch abbaubar, remobili
sieren Schwermetalle in Oberflächengewässern und können sogar bis in die Trink
wasseraufbereitung gelangen, da sie weder in Klärschlämmen noch in Böden
adsorbiert werden. Phosphate sind Komplexiermittel, die zur Eutrophierung von Ge
wässern beitragen. Zusammengefaßt handelt es sich um ökotoxikologische Eigen
schaften, die in der heutigen Zeit als nachteilig empfunden werden.
Daher ist es eine wichtige Aufgabe, Komplexiermittel zu entwickeln, die die bisheri
gen ökotoxikologischen Nachteile nicht aufweisen. Bei den Asparaginsäurederivaten
der Formel (I) und ihren Mischungen handelt es sich nun um biologisch abbaubare
Komplexiermittel. Sie werden in Kläranlagen und Oberflächengewässern schnell und
weitestgehend abgebaut und besitzen somit in der Umwelt nahezu kein Akkumula
tionspotential. Dadurch kann eine Remobilisierung von Schwermetallen in der Um
welt nicht mehr erfolgen. Sie können außerdem nicht mehr bis in die Trinkwasser
aufbereitung gelangen.
Zukünftig werden aber nicht nur die Produkteigenschaften von Chemikalien, die
nach dem Gebrauch überwiegend in die Umwelt gelangen, unter den geschilderten
Aspekten kritisch geprüft, sondern auch die Herstellungsverfahren. Somit war es
überraschend, daß für die umweltfreundlichen Asparaginsäurederivate der Formel (I)
ein neues, umweltfreundlicheres Verfahren gefunden werden konnte.
Die Asparaginsäure-Derivate der Formel (I) und ihre Mischungen werden nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren aus Asparaginsäure-Rohlösungen hergestellt, die zu
vor aus Kohlenhydraten durch Fermentation, Isolierung und Reinigung des Zwi
schenproduktes Fumarsäure sowie der Enzymkatalyse zu Asparaginsäure erhalten
wurden. Der in WO 98/16652 beschriebene Weg von Dextrose zu Asparaginsäure
ammoniumsalzlösung wird in entsprechender Weise nachvollzogen. Die Asparagin
säureammoniumsalzlösung der WO 98/16652 entspricht dabei der Asparaginsäure-
Rohlösung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die folgenden Beispiele beginnen
daher mit dem Einsatz der Asparaginsäure-Rohlösung, beziehungsweise mit dem
Einsatz einer Asparaginsäureammoniumsalzlösung. Beispielhaft wird eine 2molare
S-Asparaginsäuremonoammoniumsalzlösung eingesetzt.
555 g = 500 ml S-Asparaginsäuremonoammoniumsalzlösung aus der Fermentation
(= 1 Mol ASP Mono-NH4-Salz) werden mit 160 g 50%iger wässriger Natronlauge
(2 Mol NaOH) versetzt. Nach der Abdestillation von 415 g Ammoniakwasser werden
258 g 62%ige Maleinsäuredinatriumsalzlösung (= 1 Mol MS Na2-Salz), hergestellt
aus Maleinsäureanhydrid und 50%iger Natronlauge, hinzugegeben. Nach der weite
ren Destillation von 58 g Wasser wird das resultierende Reaktionsgemisch 12 h bei
110°C gerührt. Zur Aufarbeitung wird das Reaktionsgemisch mit 250 ml Wasser
versetzt und 50 ml Ammoniakwasser werden erneut abdestilliert. Nach der Zugabe
von 50 ml Wasser werden 750 g Produktlösung (44,9 Gew.-% Feststoff enthaltend)
auf Raumtemperatur gekühlt und gegebenenfalls filtriert. Die Analyse zeigt folgende
Gehalte und Ausbeuten: S,S+S,R-Iminodibernsteinsäure Na4-Salz mit 38,7 Gew.-%
= 86,2% d. Th., S-Asparaginsäure Na2-Salz mit 3,0 Gew.-% = 6,3% d. Th., Fumar
säure Na2-Salz mit 1,6 Gew.-% = 3,8% d. Th., Maleinsäure Na2-Salz mit 1,1 Gew.-%
= 2,6% d. Th. und Äpfelsäure Na2-Salz mit 0,5 Gew.-% = 1,1% d. Th. Die biolo
gische Abbaubarkeit (DOC-Abnahme) betrug im OECD 301 E nach 7d 97%. Die
Calciumbindefähigkeit betrug im Trübungstitrationstest bei 23°C und pH 11 190 mg
CaCO3 pro g Summe Na-Salze (= Feststoff).
555 g = 500 ml S-Asparaginsäuremonoammoniumsalzlösung aus der Fermentation
(= 1 Mol ASP Mono-NH4-Salz werden mit 160 g 50%iger wässriger Natronlauge
(2 Mol NaOH) versetzt. Nach der Abdestillation von 252 g Ammoniakwasser werden
781 g einer 22,5%igen Epoxybernsteinsäure Dinatriumsalzlösung ( = 1 Mol Epoxy
bernsteinsäure Na2-Salz), hergestellt in Gegenwart von Natriumwolframat aus
Maleinsäure; Wasserstoffperoxid und Natronlauge, hinzugegeben. Nach 8 h bei ca.
102°C wird das Reaktionsgemisch im Vakuum eingeengt und der Rückstand bei
100 mbar und 100°C vollständig getrocknet. 353 g Feststoff mit 5,2 Gew.-% Wein
säure Na2-Salz und 3,6 Gew.-% Asparaginsäure Na2-Salz werden erhalten. Die
Calciumbindefähigkeit betrug im Trübungstitrationstest bei 23°C und pH 11 310 mg
CaCO3 pro g Summe Na-Salze ( = Feststoff). Die Ausbeute an Hydroxyiminodi
bernsteinsäure Na4-Salz beträgt ca. 90% d.Th.
555 g = 500 ml S-Asparaginsäuremonoammoniumsalzlösung aus der Fermentation
(= 1 Mol ASP Mono-NH4-Salz) werden mit 160 g 50%iger wässriger Natronlauge
(2 Mol NaOH) versetzt. Nach der Abdestillation von 215 g Ammoniakwasser werden
94 g Dibromethan ( = 0,5 Mol) unter intensivem Rühren bei 60-70°C hinzugetropft.
Um den pH-Wert auf pH 10 zu halten, wird 50%ige wässrige Natronlauge zusätzlich
eindosiert. Insgesamt werden 80 g 50%ige Natronlauge (= 1 Mol NaOH) hinzu
gegeben. Nach 3 h bei 60-70°C wird das Reaktionsgemisch mit 126 g Wasser ver
dünnt und auf Raumtemperatur gekühlt. Es werden 800 g einer ca. 24 gew.-%igen
Ethylendiamindibernsteinsäure Na4-Salzlösung erhalten. Die Calciumbindefähigkeit
betrug im Trübungstitrationstest bei 23°C und pH 11 170 mg CaCO3 pro g Summe
der organischen Na-Salze (= Feststoff). Die Ausbeute an Ehylendiamindibern
steinsäure Na4-Salz liegt < 95% d. Th.
555 g = 500 ml S-Asparaginsäuremonoammoniumsalzlösung aus der Fermentation
(= 1 Mol ASP Mono-NH4-Salz) werden mit 160 g 50 %iger wässriger Natronlauge
(2 Mol NaOH) versetzt. Nach der Abdestillation von 412 g Ammoniakwasser werden
396 g einer 50%igen wässrigen Chloressigsäurelösung (= 2,1 Mol Chloressigsäure)
innerhalb von 0,5 h hinzugegeben. Nach der Zugabe von ca. 40 g dieser Lösung wird
der pH-Wert während der restlichen Dosierung durch die Zugabe von 222 g einer
50%igen wässrigen Natronlauge (= 2,78 Mol NaOH) bei einer Temperatur von 51°C
auf pH 10 gehalten. Danach werden zu der weiterhin exothermen Reaktion zur
Einhaltung des pH-Wertes auf pH 10 bei 51°C innerhalb von 1 h weitere 100 g der
50%igen Natronlauge (= 1,25 Mol NaOH) gegeben. Nach einer weiteren Stunde bei
51°C ist die Reaktion beendet. Insgesamt werden inclusive geringer Mengen an Spül
wasser 1040 g einer farblosen 32,4gew.-%igen Produktlösung (bezogen auf die
theoretische Menge an Asparaginsäurediessigäure Na4-Salz = Feststoff) erhalten. Die
Calciumbindefähigkeit betrug im Trübungstitrationstest bei 23°C und pH 11 320 mg
CaCO3 pro g Summe der organischen Na-Salze (= Feststoff). Die Ausbeute an
Asparaginsäurediessigäure Na4-Salz liegt < 95% d. Th.
750 g Produktlösung aus Beispiel 1 (0,13 Mol Asparaginsäure Na2-Salz enthaltend)
werden bei 50°C mit 51 g einer 50%igen wässrigen Chloressigsäurelösung (= 0,27
Mol Chloressigsäure) versetzt. Innerhalb von einer Stunde werden 43,2 g einer
50%igen wässrigen Natronlauge (= 0,54 Mol NaOH) hinzugegeben. Nach einer
weiteren Stunde bei 60°C ist die Reaktion beendet und das Reaktionsgemisch wird
mit 56 g Wasser auf 900 g aufgefüllt. Die Calciumbindefähigkeit der ca. 40
gew.%igen Produktlösung (bezogen auf die Summe der organischen Na-Salze =
Feststoff) betrug im Trübungstitrationstest bei 23°C und pH 11 230 mg CaCO3 pro g
Feststoff. Es wurde ein vollständiger Umsatz des Asparaginsäure Na2-Salzes zu
Asparaginsäure-N,N-diessigsäure Na4-Salz erreicht.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Asparaginsäurederivaten der allgemeinen
Formel (I)
und ihren Mischungen, in welcher
R1 für einen Rest der Reihe H, Na, K, NH4, Ca, Mg, Li, oder Fe steht,
R2 für einen Rest der Reihe
-CH2-COOR1, -CH2-CH2-COOR1, -CH2-CH2-OH, -CH2-CHOH-CH3 oder -CH2-CHOH-CH2OH steht und
R3 für einen Rest der Reihe H, -CH2-COOR1, -CH2-CH2-COOR1, -CH2-CH2-OH, -CH2-CHOH-CH3 oder -CH2-CHOH-CH2OH steht,
dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenhydrate in Gegenwart von Fumarsäure produzierenden Mikroorganismen fermentiert werden, die daraus resultie rende Fumarsäure-haltige Fermentationslösung gereinigt wird, die dabei ent stehende Fumarsäure-Ammoniumsalzlösung durch Enzymkatalyse zu einer Asparaginsäure-Rohlösung umgewandelt wird und die so erhaltene Aspara ginsäure-Rohlösung nach Zugabe von Alkalimetallhydroxid und nach Auf konzentrierung unter Abdestillation von Ammoniakwasser mit ungesättigten Mono- oder Dicarbonsäuren oder deren Salzen, mit Epoxiden, Epoxy alkoholen, Epoxysäuren oder deren Salzen, mit Alkylhalogeniden und Halo genalkansäuren oder deren Salzen oder durch Cyanomethylierung und an schließende Verseifung umgesetzt wird.
und ihren Mischungen, in welcher
R1 für einen Rest der Reihe H, Na, K, NH4, Ca, Mg, Li, oder Fe steht,
R2 für einen Rest der Reihe
-CH2-COOR1, -CH2-CH2-COOR1, -CH2-CH2-OH, -CH2-CHOH-CH3 oder -CH2-CHOH-CH2OH steht und
R3 für einen Rest der Reihe H, -CH2-COOR1, -CH2-CH2-COOR1, -CH2-CH2-OH, -CH2-CHOH-CH3 oder -CH2-CHOH-CH2OH steht,
dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenhydrate in Gegenwart von Fumarsäure produzierenden Mikroorganismen fermentiert werden, die daraus resultie rende Fumarsäure-haltige Fermentationslösung gereinigt wird, die dabei ent stehende Fumarsäure-Ammoniumsalzlösung durch Enzymkatalyse zu einer Asparaginsäure-Rohlösung umgewandelt wird und die so erhaltene Aspara ginsäure-Rohlösung nach Zugabe von Alkalimetallhydroxid und nach Auf konzentrierung unter Abdestillation von Ammoniakwasser mit ungesättigten Mono- oder Dicarbonsäuren oder deren Salzen, mit Epoxiden, Epoxy alkoholen, Epoxysäuren oder deren Salzen, mit Alkylhalogeniden und Halo genalkansäuren oder deren Salzen oder durch Cyanomethylierung und an schließende Verseifung umgesetzt wird.
2. Verfahren zur Herstellung von Asparaginsäurederivaten der Formel (I) und
ihren Mischungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus Koh
lenhydraten durch Fermentation hergestellte Asparaginsäure-Rohlösung ein
gesetzt wird.
3. Verfahren zur Herstellung von Asparaginsäurederivaten der Formel (I) und
ihren Mischungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Asparaginsäure in der Rohlösung in der Form ihres Ammoniumsalzes vor
liegt.
4. Verfahren zur Herstellung von Asparaginsäurederivaten der Formel (I) und
ihren Mischungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Asparaginsäure-Rohlösung mit Natriumhydroxyd versetzt und anschließend
einer Aufkonzentrierung unter Abdestillation von Ammoniakwasser unter
zogen wird.
5. Verfahren zur Herstellung von Asparaginsäurederivaten der Formel (I) und
ihren Mischungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit
Natriumhydroxyd versetzte und aufkonzentrierte Asparaginsäure-Rohlösung
mit Maleinsäure, Epoxybernsteinsäure, Chloressigsäure und Bromessigsäure
und ihren Salzen sowie 1,2-Dichlorethan und 1,2-Dibromethan sowie mit
Formaldehyd und Natriumcyanid umgesetzt wird.
6. Verfahren zur Herstellung von Asparaginsäurederivaten der Formel (I) und
ihren Mischungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Iminodi
bernsteinsäure, Hydroxyiminodibernsteinsäure, Ethylendiamindibernstein
säure, Asparaginsäure-N,N-diessigsäure, Asparaginsäure-N,N-dipropion
säure, N,N-Dihydroxyethylasparaginsäure, N,N-Di-(2-hydroxypropyl)aspara
ginsäure und N,N-Di-(2,3-dihydroxypropyl)asparaginsäure und ihre Na-, K-,
NH4-, Ca-, Mg-, Li- und Fe-Salze hergestellt werden.
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