DE2158562B2

DE2158562B2 - Verfahren zur herstellung von glutaminsaeure-5-methylester

Info

Publication number: DE2158562B2
Application number: DE19712158562
Authority: DE
Inventors: Shozo Mohn Ikuji Miyaj». Masayuki Übe Yamaguchi sumikawa (Japan)
Original assignee: Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd
Current assignee: KH Neochem Co Ltd
Priority date: 1970-12-02
Filing date: 1971-11-25
Publication date: 1977-08-11
Also published as: US3770807A; FR2117140A5; GB1359667A; DE2158562C3; CA920143A; DE2158562A1

Description

Glutaminsäure-5-methylester ist ein wertvolles 2!wischenprodukt zur Herstellung von Polyglutaminsäureester-Kunststoffen und -Fasern.

Es sind viele Verfahren zur Herstellung von Glutaminsäure-5-methylester bekannt. Solche Verfahren sind z. B. in den japanischen Patenveröffentlichungen Nr. 11 965/1963 (Chem. Abstracts 59, 14111c), 6656/1964 (Chem. Abstracts 61, 13419d), 24 441/1964, 24 878/1964 (Chem. Abstracts 62, 13234b) 26 251/1965 und 6263/1966 (Chem. Abstracts 65, 5528h) und in der US-PS 25 61323 beschrieben. Sämtliche bekannten Verfahren haben jedoch bestimmte Nachteile, wodurch sich Schwierigkeiten bei der Durchführung in industriellem Maßstab ergeben. Bei einigen dieser Verfahren wird z.B. Chlorwasserstoffgas benötigt, das teuer ist, korrodierend wirkt und dessen Verwendung besondere Maßnahmen erfordert. Hierbei wird das Reaktionsprodukt in Form des sehr hygroskopischen und korrodierend wirkenden Hydrochlorids isoliert. Bei einigen der bekannten Verfahren werden zur Isolierung des Glutaminsäure-5-methylesters teure und schwierig zurückgewinnbare Lösungsmittel benötigt.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein einfaches und billig durchführbares Verfahren zur Herslellung von Glutaminsäure-5-methylester in industriellem Maßstab zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Glutaminsäure-5-methylester durch Veresterung von Glutaminsäure mit Methanol und Schwefelsäure, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Reaktionsgemisch mit einer wäßrigen Lösung eines Alkalimetallhydroxids, eines Alkalimetallcarbonate oder eines Alkalimetallbicarbonats neutralisiert, das ausgefallene kristalline Alkalimetallsulfat abtrennt und den Glutaminsäure-5-methylester aus der so erhaltenen Lösung isoliert.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich in vorteilhafter Weise dadurch von bekannten Verfah- fto ren, daß billige Reagentien und Lösungsmittel eingesetzt werden. Ferner wirken die eingesetzten Reagentien nicht korrodierend. Nach dem Neutralisieren läßt sich das ausgefallene kristalline Alkalimetallsulfat leicht abfiltrieren, und die nach der Kristallisation des ('S Glutaminsäure-5-methylesters erhaltene Mutterlauge enthält neben Glutaminsäuredimethylester und Glutaminsäure nur wenige Verunreinigungen. Ein weiterer Vorteil ist, daß Glutaminsäure durch Hydrolyse des vorliegenden Glutaminsäuredimethylesters mit einer geringen Menge einer basisch reagierenden Alkalimetallverbindung zurückgewonnen werden kann.

Im erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich der Glutaminsäure-5-methylester wegen seiner äußerst hohen Löslichkeit in dem Methanol-Wasser-Gemisch leicht durch Filtration von dem in kristalliner Form anfallenden Alkalimetallsulfat abtrennen.

Die !so erhaltene Lösung des Glutaminsäure-5-methylesters in dem Methanol-Wasser-Gemisch wird dann eingeengt und zur Kristallisation des Glutaminsäure-5-methylesters mit Methanol versetzt.

Bei der Umsetzung von Glutaminsäure mit Schwefelsäure und Methanol wird zuerst die Carboxylgruppe in 5-Stellung verestert. Die Veresterung wird im allgemeinen bei einem Moiverhältnis von Schwefelsäure zu Glutaminsäure von 1,1 :1 bis 1,3 :1 durchgeführt. Das Molverhältnis von Methanol zu Glutaminsäure beträgt vorzugsweise 10 :1 bis 30 :1. Die Veresterung wird vorzugsweise bei Temperaturen von 20 bis 30⁰C durchgeführt. Die Umsetzungszeit beträgt im allgemeinen etwa 60 bis 120 Minuten. Das erfindungsgemäß erhaltene Reaktionsprodukt besteht hauptsächlich aus Glutaminsäure-5-methylester; es enthält geringe Mengen Glutaminsäuredimethylester, Glutaminsäure-1-methylester und nicht umgesetzte Glutaminsäure.

Das Glutaminsäure-5-methylester liegt zunächst in Form des Sulfats vor. Der freie Glutaminsäure-5-methylester wird durch Neutralisieren mit einem Alkalimetallhydroxid, einem Alkalimetallcarbonat oder einem Alkalimetallbicarbonat erhalten. Aus der US-PS 25 61323 ist die Verwendung von Aminen als Base bekannt, und der Glutaminsäure-5-methylester wird in kristalliner Form erhalten. Amine sind jedoch teure Verbindungen, und zu ihrer Zurückgewinnung sind komplizierte Maßnahmen erforderlich. Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden billige Alkalimetallhydroxide, Alkalimetallcarbonate und Alkalimetallbicarbonate zur Neutralisation des Reaktionsgemisches verwendet. Bevorzugt sind die entsprechenden Kalium- und Natriumverbindungen. Das ausgefallene kristalline Alkalimetallsulfat wird im allgemeinen durch Filtration abgetrennt.

Der durch Hydrolyse oder während der Filtration des Alkalimetallsulfats auftretende Verlust an Glutaminsäure-5-methylester ist temperaturabhängig. Wenn die Temperatur beim Neutralisieren unterhalb von etwa 15°C gehalten wird, tritt keine wesentliche Hydrolyse des Glutaminsäure-5-methylesters ein. Ferner ist die Löslichkeit des Glutaminsäure-5-methylesters in einem Methanol-Wasser-Gemisch bei Temperaturen von etwa 1O⁰C sehr gering. In der Zeichnung ist die Löslichkeit des Glutaminsäure-5-methylesters in einem Methanol-Wasser-Gemisch dargestellt. Bei einem Methanolgehalt des Lösungsmittels von etwa 60 Gewichtsprozent beträgt die Löslichkeit des Glutaminsäure-5-methylesters etwa 20 g/100 ml. Die Löslichkeit des Alkalimetallsulfats bei dieser Zusammensetzung des Lösungsmittels ist praktisch Null. Der Glutaminsäure-5-methylester und das Alkalimetallsulfat können durch eine entsprechende Einstellung der Methanolkonzentration vollständig voneinander getrennt werden. Das Alkalimetallsulfat fällt in kristalliner Form aus dem Reaktionsgemisch aus und kann leicht abfiltriert werden. Die Lösung des Gluf.aminsäure-5-methylersters enthält als Verunreinigungen geringe Mengen von Glutaminsäuredimethylester und Glutaminsäure. Aus dieser Lösung kann

jedoch durch Konzentrieren und anschließende Methanolzugabe der Glutaminsäure-5-methylester in hoher Reinheit und in hohen Ausbeuten erhalten werden.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

70 g Glutaminsäure werden in 370 g Methanol suspendiert, und die Suspension wird in einen Liter fassenden, mit einem Rührer versehenen Kolben eingebracht. Diese Suspension wird tropfenweise mit 56 g Schwefelsäure versetzt, wobei die Temperatur auf 27⁰C gehalten wird. Nach vollständiger Zugabe der Schwefelsäure wird das Gemisch 120 Minuten auf der sich ergebenden Temperatur gehalten. Das Gemisch wird danach auf 0⁰C abgekühlt und tropfenweise mit i.s einer Lösung von 64 g Kaliumhydroxid in 230 g Wasser versetzt. Die Temperatur wird während der Neutralisation durch Kühlen des Kolbens unter 10⁰C gehalten. Der gebildete Niederschlag wird abfiltriert, und der Filterkuchen wird mit einem Gemisch von 60 g Methanol und 40 g Wasser gewaschen und gelrocknet. Nach dem Trocknen werden 99 g Kaliumsulfat erhalten.

Das Filtrat wird mit den Waschflüssigkeiten vereinigt. Das Gemisch wird unter vermindertem Druck auf ein Gewicht von 82 g konzentriert. Das Konzentrat wird mit 80 g Methanol versetzt, und die gebildeten Kristalle werden abfiltriert und mit Methanol gewaschen. Nach dem Trocknen werden 65,5 g (80 Prozent der Theorie) Glutaminsäure-5-methylester vom F. 193⁰C erhalten. DasProdukt ergibt auf dem Papierchromatogramm nur jo einen Fleck. Die Reinheit wird durch Bestimmung des Stickstoffgehaltes nach Kjeldahl geprüft und beträgt 99,5 Prozent.

Beispiel 2

Die Veresterung und die Neutralisation werden gemäß Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß anstelle der Kalilauge eine Lösung von 46 g Natriumhydroxid in 330 g Wasser verwendet wird. Nach der tiopfenweisen Zugabe dieser Natronlauge wird der erhaltene Niederschlag abfiltriert und der Filterkuchen mit einem Gemisch von 120 g Methanol und 80 g Wasser gewaschen. Nach der weiteren Aufarbeitung werden 59 g (77 Prozent der Theorie) trockener, kristalliner Glutaminsäure-5-methylester vom F. 192°C erhalten. Das Produkt ergibt auf dem Papierchromatogramm nur einen Fleck. Die Reinheit wird durch die Bestimmung des Stickstoffgehaltes nach Kjeldahl geprüft und beträgt 99 Prozent.

Beispiel 3

Das Verfahren wird gemäß Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß anstelle der Kalilauge eine Lösung von 79 g Kaliumcarbonat in 240 g Wasser verwendet wird. Nach dem Trocknen werden 61,0 g Glutaminsäure-5-methylester mit einer Reinheit von 99,5 Prozent erhalten.

Beispiel 4

Das Verfahren wird gemäß Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß anstelle der Kalilauge eine Lösung von 92 g Natriumbicarbonat in 330 g Wasser verwendet wird. Nach dem Trocknen werden 60 g Glutaminsäure-5-methylester mit einer Reinheit von 99 Prozent erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Glutaminsäure-5-meihylester durch Veresterung von Glutaminsäure mit Methanol und Schwefelsäure, dadurch ^: gekennzeichnet, daß man das Reaktionsgemisch mit einer wäßrigen Lösung eines Alkalimetallhydroxids, eines Alkalimetallcarbonate oder eines Alkalimetallbicarbonats neutralisiert, das ausgefallene kristalline Alkalimetallsulfat abtrennt und den κ; Glutaminsäure-5-methylester aus der so erhaltenen Lösung isoliert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalimetallhydroxid, Alkalimetallcarbonat oder Alkalimetallbicarbonat die i> entsprechenden Kalium- oder Natriumverbindungen einsetzt.