DE2233535C3

DE2233535C3 - Verfahren zur Herstellung von α-L-Aspartyl-L-phenylalanin-C↓1↓- bis C↓3↓-alkylestern

Info

Publication number: DE2233535C3
Application number: DE19722233535
Authority: DE
Inventors: Naotake Tokyo Sato; Tetsuo Yamatani; Naohiko Yasuda
Original assignee: Ajinomoto Co Inc
Current assignee: Ajinomoto Co Inc
Priority date: 1971-07-09
Filing date: 1972-07-07
Publication date: 1982-05-06
Also published as: CA994328A; DE2233535A1; GB1344792A; IE36583B1; CH536818A; IE36583L; JPS5140069B1; FR2145979A6; DE2233535B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von a-L-Aspartyl-L-phenylalanin-Cr bis Cralkylestern.

Die vorgenannten Ester sind bekannte Süßungsmittel, mit einem Geschmack ziemlich ähnlich demjenigen von Rohrzucker (vgl. BE-PS 7 17 373 und US-PS 34 75 403). Sie wurden bisher durch Umsetzung von Estern von L-Phenylalanin mit einem Derivat von L-Asparaginsäure hergestellt, worin die Aminogruppe und die J?-Carboxygruppe maskiert sind und die «-Carboxygruppe in eine reaktionsfähige funktioneile Gruppe überführt ist Nach der Umsetzung mußten die Maskierungsgruppen entfernt werden (vgl. US-PS 34 92131). ,

Das bekannte Verfahren erfordert viele Stufen und verschiedene Reagenzien, und die Ausbeute ist niedrig, so daß es nicht für eine technische Anwendung in Betracht kommt

Es' ist schon ein Verfahren zur Herstellung von «-L-Aspartyl-L-phenylalanin-Ci- bis C3-alkylestern durch direkte Umsetzung eines L-Phenylalanin-Ci bis C3-alkylesters mit einem Salz aus einer starken Säure und L-Asparaginsäureanhydrid vorgeschlagen worden (vgl. DE-PS 21 04 620).

Die Umsetzung bei. diesem Verfahren ergibt jedoch bittere j3-L-Aspartyl-L-phenylalaninalkylester zusätzlich zu a-L-Aspartyl-L-phenylalaninalkyiestern.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von «-L-Aspartyl-L-phenylalanin-Ci- bis C3-alkylestern, das einfach und mühelos durchführbar ist, wobei die Gesamtausbeute der <%- und ^Isomeren und das Verhältnis der gewünschten α-Isomeren zu den /!-Isomeren erhöht werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von a-L-Aspartyl-L-phenylalanin-Ci- bis C3-alkylestern, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Salz aus L-Asparaginsäureanhydrid und einer starken Säure mit einem L-Phenylalanin-Cr bis Cj-alkylester in einem Lösungsmittel bei einer Temperatur unterhalb 6O⁰C in Gegenwart von Phosphorsäure, phosphoriger Säure, Kohlendioxid oder Schwefeldioxid in einer Menge von weniger als 10 Mol pro Mol des eingesetzten L-Phenyialaninester umsetzt

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Umsetzung in Gegenwart von 0,1 bis 5,0MoI der vorstehend genannten Säuren oder Oxide pro MoI des eingesetzten L-Phenyla!aninesters durchgeführt

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es möglich, die Gesamtausbeute der <x- und ^-Isomeren und das Verhältnis der gewünschten «-Isomeren zu den ^-Isomeren zu erhöhen.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird das Salz aus einer starken Säure und L-Asparaginsäureanhydrid mit dem C\- bis Cj-Alkylester von L-Phenylalanin, wie z. B. dem Methyl-, Äthyl- und Propylester, in Gegenwart der anorganischen Säure umgesetzt, wobei der Ester von L-Phenylalanln gewöhnlich in einer Menge von 1 MoI oder mehr, vorzugsweise 1,5 bis 6 MoI je Mol des Säuresalzes von L-Asparaginsäureanhydrid angewendet wird.

Die Umsetzung gemäß der Erfindung kann in irgendeinem Lösungsmittel ausgeführt "verden, das nicht sehr reaktionsfähig gegenüber den Reaktionsteilnehmern und Produkten ist Geeignete Lösungsmittel sind z. B. Wasser, Alkohole wie Methanol, Äthanol, Isopropanoi und Äthylenglykol, Ketone wie Aceton und Methyläthylketon, Äther wie Diäthyläther, Tetrahydrofuran und Dioxan, Nitrile wie Acetonitril, Ester wie Äthylacetat und Methylpropionat halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Chloroform, Cichlormethan und Äthylendichlorid, Kohlenwasserstoffe wie Toluol, Xylol, Hexan und Cyclohexan, Amide wie Dimethylformamid, y-ButyroIacton oder Nitromethan. Gemische von zwei oder mehr der oben genannten Lösungsmittel können ebenfalls als Reaktionsmedium zur Anwendung gelangen.

Die starken Säuren, welche den Säureanteil in dem Salz von L-Asparaginsäureanhydrid darstellen, sind z. B. anorganischen Säuren wie Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Schwefelsäure, O-substituierte Schwefelsäure wie Methylschwefelsäure, Isopropylschwefelsäure und Benzylschwefelsäure, organische Sulfonsäuren wie Benzolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure und /?-Naphthalinsulfonsäure, halogenierte Carbonsäuren wie Trichloressigsäure und Trifluoressigsäure.

Die Umsetzung wird wegen der hohen Reaktionsfähigkeit der starken Säuren der Salze von L-Asparaginsäureanhydrid gegenüber den Estern von L-Phenylalanin bei einer Temperatur unterhalb 6O⁰C ausgeführt, weil die Reaktionsteilnehmer zur Racemisierung bei hoher Temperatur neigen. Vorzugsweise wird eine Temperatur unterhalb etwa 10⁰C angewendet Bei niedriger Temperatur steigt oft die Ausbeute an den gewünschten α-Isomeren, da die Bildung von Nebenprodukten unterdrückt wird.

Die Reaktion wird gewöhnlich durch Zusatz des Salzes aus einsr starken Säure und L-Asparaginsäureanhydrid und der anorganischen Säure zu einer Lösung oder Suspension des Ci- bis C₃-Alkylesters von L-Phenylalanin unter Rühren ausgeführt. Die Reaktion kann auch durch Zugabe einer Lösung oder Suspension des Esters zu einer Lösung oder Suspension des Salzes von L-Asparaginsäureanhydrid ausgeführt werden, wobei beide Lösungen der beiden Reaktionsteilnehmer oder eine von ihnen die anorganische Säure enthalten.

Nach beendeter Umsetzung wird das Lösungsmittel aus dem Reaktionsgemisch, wenn es wasserlöslich ist, im Vakuum verdampft, und der Rückstand wird in Wasser aufgelöst. Die wäßrige Lösung wird auf einen pH-Wert von etwa 5 eingestellt und dann mit einem wasserunlöslichen organischen Lösungsmittel, das den Ester von L-Phenylalanin löst, z.B. Äthylacetat und Äthylendichlorid gemischt Der nicht umgesetzte Ester geht in die

organische Schicht, Die wäßrige Schicht wird unter verringertem Druck eingeengt, um vorwiegend den gebildeten «-L-Aspartyl-L-phenylalanin-Ci- bis C₃-Alkylester zu erhalten. Wenn das Lösungsmittel in dem Reaktionsgemisch wasserunlöslich ist, wird das Reaktionsgemisch mit Wasser versetzt und auf einen pH-Wert von etwa 5 eingestellt Der nicht umgesetzte Ester von L-Phenylalanin geht dann in die organische Schicht und die «- und /J-Isomeren bleiben in der Wäßrigen Schicht

Das gewünschte α-Isomere kann gemäß der nachstehend genannten Arbeitsweise erhalten werden.

Das vorwiegend gebildete «-Isomere kann aus dem Reaktionsgemisch durch Kristallisation erhalten werden. Das «-Isomere kann jedoch auch im Reinzustand erhalten werden, indem es von dem /Msomeren durch verschiedene Methoden getrennt wird. Wenn Chlorwasserstoff zu einer wäßrigen Lösung der «- und /Msomeren zugesetzt wird, kristallisiert lediglich das «-Isomere in Form des Hydrochlorids aus. Auf diese Weise kann das gewünschte «-Isomere aus dem erhaltenen Hydrochlorid des «-Isomeren gewonnen werden.

Bei Behandlung des Gemisches der α- und /J-Isomeren mit Ketonen wie Aceton oder Methylethylketon reagiert nur das «-Isomere mit dem Keton unter Bildung des löslichen 4-lmidazolidinonderivats. Das gewünschte reine «-Isomere kann durch Filtrieren und darauffolgende Hydrolyse der Mutterlauge gewonnen werden. Eine Abtrennung des «-Isomeren von dem /Msomeren ist auch möglich, indem man Addukte des «-Isomeren mit gewissen aromatischen Carbonsäuren oder Phenolen wie Zimtsäure, /MResorcylsäure, 3,5-Dinitrophenol und Geiitisinsäurs in wäßrigen Medien bildet Die Addukte werden in die Komponenten und das «-Isomere zersetzt

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert

In sämtlichen Beispielen sind die Ausbeuten auf das angewendete Säuresalz von L-Asparagmsäureanhydrid

bezogen. Die «- und /Msomeren in der Reaktionsmischung wurden quantitativ durch Papierelektrophorese wie folgt analysiert: Die Papierelektrophorese wurde in wäßriger Essigsäure mit einem pH-Wert von 2,8 bei 25 V/cm ausgeführt Das Chromatogramm wurde mit

ίο Cadmiumninhydrinreagenz nach der Methode von J. Heilman u.a. (Z. Physiol, Chem. 309, 219 [1957]) besprüht Zwei Stellen entsprechend den «- und /Msomeren wurden ausgeschnitten und mit Methanol eluiert, und es wurde die Absorption der Eluate bei i 50 πιμ gemessen.

Beispiel 1

432 g (20 Millimol) L-Phenylalaninmethyiesterhydrochlorid wurden in 20 ml Wasser gelöst und mit 1,8 g Natriumbicarbonat neutralisiert Der freigesetzte L-PhcnylaianinmethySester wurde zweimal mit einer Menge von je 25 ml Äthylendichlorid extrahiert, und der Extrakt wurde mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und im Vakuum zur Trockene eingedampft

Der erhaltene Rückstand wurde zu jeweils 60 ml der in Tabelle I aufgeführten Lösungsmittel gegeben. Zu der Lösung wurden 1,37 g (5 Millimol) L-Asparaginsäureanhydrid-benzolsulfonat in Gegenwart von Kohlendioxid gegeben und die sich ergebende Lösung wurde 30 min

3!) gerührt.

In einem Parallelversuch wurde die gleiche Reaktion in Abwesenheit von Kohlendioxyd ausgeführt

Die Ausbeuten an «-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester und an dem /Msomeren sind in der Tabelle I zusammengefaßt.

Tabelle	I	Lösungsmittel (Volum.-Verh.)	Kohlen- diixyd (g)	Reaktions- Temperatur ( C)	Ausbeute (%) α-Isomer	/-Isomer
Versuch	Äthylacetat-Methanol (5:1) Äthylendichlorid-Methanol (5:1) Äthylendichlorid-Methanol (5:1)	1,11 1,76 1,11	-30 -30 -30 -30 -10 -10	73 55 *9 49 68 47	16 23 20 27 18 24
1 2 3

Bei dem Versuch 3 wurden 20 ml L-Phenylalaninäthylesterhydrochlorid anstelle von L-Phenylalaninmethylesterhydrochlorid verwendet.

Beispiel 2

86 g L-Phenylalaninmethylesterhydrochlorid wurden in 500 ml Wasser gelöst und mit 25 g Natriumbicarbonat neutralisiert. Der freigesetzte L-phenylalaninmethylester wurde mit 400 ml Äthylendichlorid extrahiert. Die sich ergebende wäßrige Schicht wurde wieder mit 350 ml Äthylendichlorid extrahiert Die beiden Äthylendichloridschichten wurden vereinigt und mit Kohlendioxyd versetzt. Bei den Versuchen 2 und 3 wurde die vereinigte organische Schicht außerdem mit 8 ml Methanol versetzt.

Zu der sich ergebenden Lösung wurden 15,2 g L-Asparaginsäureanhydridhydrochlorid zugegeben und dann wurde 30 min gerührt.

In einem Parallelversuch wurde die gleiche Reaktion in Abwesenheit von Kohlendioxyd ausgeführt.

Die Ausbeuten an a-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester und seinem /Msomeren wurden bestimmt und in der Tabelle 11 zusammengefaßt.

Die Reaktionsmischung von Versuch 1, die in Gegenwart von Kohlendioxyd behandelt worden war, wurde mit 350 ml Wasser mit einer Temperatur von

70° C und dann mit 300 ml Wasser, das 5,7 g Natriumcarbonat enthielt, versetzt, um den nicht umgesetzten L-Phenylalaninmethylester in die Äthylendichloridschicht zu überführen. Dje wäßrige Schicht wurde zweimal mit jeweils 150 ml Äthylendichlorid gewaschen, auf einen pH-Wert von 4,8 eingestellt und im Vakuum eingedampft

Der Rückstand wurde mit 30 ml konzentrierter Salzsäure versetzt, das gesamte sich ergebende Volumen betrug 135 ml.

Die Lösung wurde in einem Kühlschrank über Nacht gehalten. Die ausgefällten Kristalle von a-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylesterhydrochlorid wurden abfil-10

triert Die getrockneten Kristalle wogen 21,5 g. Die Reinheit dieser Kristalle betrug, wie gefunden wurde, über 99% (Analyse durch Papierelektrophorese).

21 g dieser Kristalle wurden in 200 ml Wasser gelöst und die sich ergebende Lösung wurde auf einen pH-Wert von 4,8 mit Natriumcarbonat eingestellt und in einem Kühlschrank über Nacht gehalten. 153 g Ä-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylesterkristalle wurden erhalten (51% Ausbeute, bezogen auf L-Asparaginsäiireanhydridhydrochiorid). Diese Kristalle bestanden aus dem reinen α-Isomeren, das frei von dem ^-Isomeren war, wie durch Papierelektrophorese-Analyse gefunden wurde.

Tabelle II	Kohlendioxyd	Reaktionstemperatur	Ausbeute (%)	./i-Isomer
Versuch	(g)	(C)	α-isomer	26 32
	8,8	-20 -20	65 51	18 24
1	8,8	-20 -20	64 51	22 30
2	8,8	-25 -25	63 49
3

Bei dem Versuch 3 wurde 0,4 Mol L-Phenylalaninäthylesterhydrochlorid anstelle von L-Phenylalaninmethylesterhydrochlorid verwendet.

Beispiel 3

8,6 g (40 Millimol) L-Phenylalaninmethylesterhydrochlorid wurden in 40 ml Wasser gelöst und mit 2,2 g Natriumcarbonat neutralisiert. Der freigesetzte L-Phenylalaninmethylester wurde mit 40 ml Äthylendichlorid extrahiert, und dann wurde die wäßrige Schicht weiter mit 35 ml Äthylendichlorid extrahiert. Die beiden 40

Äthylendichloridschichten wurden vereinigt und im Vakuum eingedampft

Nachdem der Rückstand in dem Kohlendioxyd enthaltenden Lösungsmittel gelöst war, wurde die sich ergebende Lösung mit 10 Millimoi des O-substituierten Schwefeisäuresalzes von L-Asparaginsäureanhydrid, das in Tabelle III angegeben ist unter Rühren versetzt Das Rühren wurde weitere 30 min fortgesetzt

Die Ergebnisse der Reaktion sind in Tabelle III zusammengefaßt.

Tabelle III

Versuch Salz von L-Asparagin- Lösungsmittel
säureanhydrid
mit (ml)

Kohlen- Reaktions- Ausbeute (%)

dioxyd Temperatur

(g) (X) ff-Isomer ^-Isomer

1 Methylschwefelsäure

2 Metylschwefelsäure

3 Methylschwefelsäure

4 Isopropylschwefelsäure

5 Isopropylschwefelsäure

6 Benzylschwefelsäure

7 Bcnzylschwefelsäure

Athylacetat (75)	1,76	-20 -20	55 50	12 14
Äthylendichlorid (75)	0,88	-20 -20	51 45	13 1.2
Äthylendichlorid- Methanol (75/0,75)	0,88	in in CN CN	64 49	10 12
Äthylacetat-Methanol (75/0,75)	0,88	-20 -20	60 46	12 15
Äthylendichlorid- Methanol (75/2,3)	0,88	-20 -20	60 48	17 16
Äthylacetat-Methanol (75/1,5)	0,88	-20 -20	53 45	NJ NJ
Äthylcndichiorid- Methanol (75/0.75)	0,88	-25 -25	47 41	12 13

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. säure mit 1,52 g (10 Miliimoi) L-Asparaginsäureanhy-

Beispiel 4 dridhydrochlorid bei - 20° C versetzt und dann bei der

7,16g (40 Miliimoi) L-Phenylalaninmethylester wur- gleichen Temperatur 10 min gerührt,

den in 75 ml Lösungsmittelgemisch aus Methanol und Die Ausbeute an Λ-L-Aspartyl-L-phenylalaninme-

Äthylendichlorid (Volumenverhältnis 5 :95) gelöst. Die -, thylester betrug 65,8%.
Lösung wurde nach Zusatz von 3,3 Miliimoi Phosphor-

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von «-L-Aspartyl-L-phenylalanm-Cr bis Cralkylestern, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Salz aus L-Asparaginsäureanhydrid und einer starken Säure mit einem L-Phenylalanin-Cr bis C3-alkylester in einem Lösungsmittel bei einet Temperatur unterhalb 60⁰C in Gegenwart von Phosphorsäure, phosphoriger Säure, Kohlendioxid oder Schwefeldioxid in einer Menge von weniger als 10 Mol pro Mol des eingesetzten L-Phenylalaninesters umsetzt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dieses in Gegenwart von 0,1 bis 5,0 Mol der in Anspruch 1 genannten Säuren oder Oxide pro MoI des eingesetzten L-Phenylalaninesters durchfuhrt

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