DE2457874C2

DE2457874C2 - Verfahren zur Herstellung von α-L-Aspartyl-L-phenylalanin-methyl- und -äthylester

Info

Publication number: DE2457874C2
Application number: DE19742457874
Authority: DE
Inventors: Naomasa Tokyo Mizoguchi; Masanori Kawasaki Kanagawa Nagao; Noburo Yokkaichi Mie Uchiyama
Original assignee: Ajinomoto Co Inc
Current assignee: Ajinomoto Co Inc
Priority date: 1974-12-06
Filing date: 1974-12-06
Publication date: 1983-12-08
Also published as: DE2457874A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der genannten Ester des «-L-Aspartyl-L-phenylalanins, die als kalorienarme Süßstoffe bekannt sind.

Die Dipeptidester wurden bisher durch Umsetzung von Estern des L-Phenylalanins mit L-Asparginsäureverbindungen hergestellt, bei denen die Aminogruppe und die ^-Carboxylgruppe maskiert waren und die «-Carboxylgruppe in eine reaktive, funktionell Gruppe umgewandelt war. Nach der Reaktion mußten die Maskierungsgruppen entfernt werden (US-PS 34 73 403). Dieses bekannte Verfahren erfordert zahlreiche Stufen und verhältnismäßig teuere Reagenzien, so daß die Dipeptidester nicht wirtschaftlich in großtechnischem Maßstab hergestellt werden konnten.

Es ist ferner bekannt, niedere Alkylester des L-Aspartyl-L-phenylalanins in guter Ausbeute in einer einzigen Stufe durch Umsetzung eines Salzes des L-Asparaginsäureanhydnds und eines Halogenwasserstoffs, wie Chlorwasserstoff oder Bromwasserstoff, mit einem niederen Alkylester des L-Phenylalanins herzustellen. Das erhaltene Produkt besteht aus dem gewünschten «-L-Aspartyl-L-phenylalaninester und t5 dem bitter schmeckenden /Msomeren, wobei jedoch das erstgenannte hauptsächlich gebildet wird.

Es wurde nunmehr gefunden, daß die Gesamtausbeute an L-Aspartyl-L-phenylalaninestern und der Anteil des «-Isomeren im Reaktionsprodukt bei einem Verfahren zur Herstellung von alpha-L-Aspartyl-L-phenylalanin-methyl- und äthylester durch Umsetzung von L-Asparaginsäurennhydrid-hydrochlorid oder -hydrobromid mit L-Phenylalanin-methyl- oder -äthylester in einem Lösungsmittel bei einer Temperatur unterhalb 60° C beträchtlich gesteigert werden kann, wenn man die Umsetzung unter Anwendung eines Molverhältnisses von Salz zu L-Phenylalaninester zwischen 1 :1 und 1 :10 in Gegenwart von Schwefelsäure, Salzsäure oder einem Schwefelsäure-Ci- bis Cralkylmonoester in eo einem Molverhältnis zwischen 0,05 :1 und 0,5 :1, bezogen auf die Menge an L-Phenylalaninester, und in Gegenwart eines Cp bis C4-Alkanols in einem Volumenverhältnis zwischen 0,02 :1 und 0,2 :1, bezogen auf die Menge an flüssigem Medium, durchführt. ^b5

Die Methyl- und Äthylester sind in bezug auf die Monoester der Schwefelsäure bevorzugt. Von den Alkanolen werden Methanol und Äthanol bevorzugt.

Die Halogenwasserrtoffsalze des L-Asparginsäureanhydrids weisen Chlorwasserstoff oder Bromwasserstoff in ihrer Säuregruppe auf.

Die Reaktion wird in einem flüssigen Medium durchgeführt das im wesentlichen gegenüber den Reaktanten und dem Produkt inert ist Geeignete Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel (und typische Vertreter dieser Klassen) sind: Wasser, halogenierte Kohlenwasserstoffe (Chloroform, Dichlormethan, Äthylendichlorid), Äther (Tetrahydrofuran, Dioxan, Diäthyläther), Ester (Äthylacetat, Methylpropionat, Äthylpropionat), Kohlenwasserstoffe (Toluol, Xylol, Hexan, Cyclohexan), Nitrile (Acetonitril), Amide (Dimethylformamid), Lactone (y-Butyrolacton) und Nitrokohlenwasserstoffe (Nitromethan). Die Vielzahl der möglichen Lösungsmittelsysteme erhöht sich durch Mischungen der aufgezählten Lösungsmittel und anderer. Von diesen Lösungsmitteln werden halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Äthylendichlorid, und Lösungsmittel, die hauptsächlich aus diesen bestehen, aufgrund ihrer leichten großtechnischen Handhabung bevorzugt

Die Menge an niederem Alkanol, das mit den vorstehend genannten geeigneten Lösungsmitteln gemischt wird, hängt von der Art des Alkohols, der starken Säure und des verwendeten Lösungsmittels ab, liegt jedoch im allgemeinen zwischen 2 und 20%, insbesondere 3 und 15 Vol.-%, bezogen auf das Lösungsmittel. Eine sehr große Menge an Alkohol verringert die Ausbeute an dem erwünschten «-Isomeren.

Die Reaktionstemperatur ist aufgrund der hohen Reaktivität der L-Asparginsäureanhydridsalze und der L-Phenylalaninester nicht kritisch. Die Reaktion läuft bei Raumtemperatur ab. Die Reaktionsgeschwindigkeit nimmt mit der Temperatur zu. Bei Temperaturen von 60° C oder mehr neigen die Reaktanten zu einer unerwünscht schnellen Racemisierung, die bei höherer Temperatur zunimmt. Es wird bevorzugt, die Reaktionstemperatur unterhalb etwa 10⁰C zu halten, da im allgemeinen bei solchen niederen Temperaturen die höchste Ausbeute an dem gewünschten «-Isomeren erhalten wird. Eine kritische untere Temperaturgrenze besteht nur insoweit, als sich das verwendete flüssige Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel verfestigt.

Die Reihenfolge, in der die Reaktanten kombiniert werden, kann beliebig gewählt werden. Es ist im allgemeinen am bequemsten, den L-Phenylalaninester im Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel zu lösen und die starke Säure und den Alkohol zur Lösung zuzugeben und anschließend unter Rühren das L-Asparginsäureanhydridsalz zuzugeben. Man kann jedoch auch durch Herstellung einer Lösung des L-Asparaginsäureanhydridsalzes in einem Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel beginnen und eine Suspension oder Dispersion des L-Phenylalaninesters der starken Säure und des Alkohols, die vor der Zugabe vermischt werden, zumischen.

Die L-Phenylalaninester werden in wenigstens äquimolekularer Menge, bezogen auf das L-Asparaginsäureanhydridsalz, angewandt, wobei ein Überschuß an Ester bevorzugt wird. Durch einen sehr großen Überschuß wird jedoch kein Vorteil erreicht, so daß das bevorzugte Molverhältnis des L-Phenylalaninesters zum L-Asparaginsäureanhydridsalz zwischen 1 :1 und 10 : !,insbesonderezwischen 2 :1 und6 : 1,liegt.

Wenn ein Salz des Methyl- oder Äthylesters des L-Phenylalanins mit der erwähnten starken Säure, wie Schwefelsäure, Salzsäure, Monomethylschwefelsäure oder Monoäthylschwefelsäure, als Ausgangsmaterial

verwendet wird, kann es vor der Umsetzung mit einer Base, wie Natriumcarbonat, vollständig neutralisiert werden. Das Salz kann jedoch auch direkt nach teilweiser Neutralisation als Teil des als Ausgangsmaterial verwendeten L-Phenylalaninesters und als Quelle für die in das Reaktionssystem einzubringende starke Säure eingesetzt werden.

Die Umsetzung gemäß der Erfindung wird vorzugsweise durch Einbringen sowohl der starken Säure, wie des Methanols in das Reaktionssystem durchgeführt Wird die Reaktion in Gegenwart von starker Säure oder Alkohol allein durchgeführt, kann ein wesentlicher Anstieg des Anteiles des gewünschten «-Isomeren gegenüber dem 0-Isomeren nicht erreicht werden. Die Menge der verwendeten starken Säure hängt etwas von der Art derselben ab, sie liegt jedoch im allgemeinen im Bereich von 0,05 bis 0,5 MoI, vorzugsweise 0,1 bis 0,4 MoI je Mol L-Phenylalaninester. Eine bedeutend größere Menge an starker Säure als der oben genannten verringert die Ausbeute an dem erwünschten «-Isomeren.

Wenn ein wasserlösliches, organisches Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel verwendet wird, beginnt die Aufarbeitung der Reaktionsmischung mit dem Abdampfen der Flüssigkeit unter Vakuum. Der Rückstand wird in Wasser gelöst und die wäßrige Lösung mit einem geeigneten, wasserunlöslichen Lösungsmittel, wie Äthylacetat oder Äthylendichlorid, extrahiert, um unumgesetzten Phenylalaninester zu entfernen. Der L-Aspartyl-L-phenylalaninester wird aus der wäßrigen Schicht durch teilweises Abdampfen unter Vakuum gewonnen. Wenn das Reaktionsmedium in Wasser unlöslich ist, wird die Reaktionsmischung mit Wasser bei einem pH-Wert von etwa 5 bis 6 extrahiert und der Dipeptidester aus der wäßrigen Schicht gewonnen, wobei unumgesetzter Phenylalaninester in der organischen Lösungsmittelphase verbleibt. Wenn Wasser als Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel verwendet wird, beginnt die Aufarbeitung mit einer Lösungsmittelextraktion zwecks Entfernung des unumgesetzten, überschüssigen Phenylalaninesters.

Die erhaltenen L-Aspartyl-L-phenylalaninester bestehen hauptsächlich aus dem gewünschten «-Isomeren das durch Umkristallisieren von dem bitter schmeckenden ji-Isomeren gereinigt werden kann. Die beiden Isomeren unterscheiden sich jedoch in so vieler Hinsicht, daß verschiedene Trennmethoden angewandt werden können. Das Hydrochlorid des «-Isomeren ist umsoviel weniger in Wasser löslich als das ^-Isomere, daß das «-Isomere in reiner, kristalliner Form aus einer wäßrigen Lösung der Isomeren durch Zugabe von Salzsäure ausgefällt werden kann. Wird eine Mischung der Isomeren mit Aceton oder Methyläthylketon behandelt, geht nur das «-Isomere als 4-Imidazo!idinonderivat in Lösung, aus der reines «-Isomere durch Hydrolyse gewonnen werden kann. Nur das «-Isomere bildet Addukte mit Zimtsäure, 0-Resorcylsäure, 3,5-Dinitrophenol und Gentisinsäure in einem wäßrigen Medium. Die Addukte können leicht zerlegt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert. In den Beispielen ist die Ausbeute auf das als Ausgangsmaterial verwendete Asparginsäureanhydridsalz bezogen.

Beispiel 1

241 g (1,1 Mol) L-Phenylalaninmethylesterhydrochlorid wurden in 900 ml Wasser gelöst. Die Lösung wurde mit 71 g Natriumcarbonat neutralisiert. Der freigesetzte L-Phenylalaninmethylester wurde mit 2 1 Äthylendichlorid extrahiert wobei eine L-Phenylalaninmethylesterlösung mit einem Gehalt von 1,05MoI Ester erhalten wurde. 150 ml Methanol wurden zur Lösung zugegeben. Nach Abkühlen der Lösung auf — 20⁰C wurden 17,8 ml (0,32 Mol) konzentrierte Schwefelsäure zugegeben. Zur Lösung wurden 39 g (0,258 Mol) L-Asparginsäureanhydrid-hydrochlorid zugegeben und die erhaltene Mischung 30 min bei —20° C gerührt

Zur Reaktionsmischung wurden 21 heißes Wasser zugegeben, es wurde mit Natriumcarbonat neutralisiert und anschließend eine Zeitlang gerührt Die Wasserschicht wurde von der organischen Schicht abgetrennt, auf einen pH-Wert von 4,5 eingestellt und in bezug auf Aminosäuren analysiert Es wurde gefunden, daß das Reaktionsgemisch «-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester in einer Ausbeute von 75,0% und das ^-Isomere in einer Ausbeute von 18,5% enthielt

Bei Durchführung der gleichen Arbeitsweise, jedoch ohne Einsatz von Schwefelsäure, betrugen die Ausbeuten an «-Isomeren bzw. /Msomeren 53,6% und 26,0%.

Bei einer Wiederholung der vorerwähnten Arbeitsweise, jedoch ohne Einsatz von Methanol betrugen die Ausbeuten an «-Isomeren bzw. /Msomeren 47,1% und 38,8%.

Beispiel 2

Es wurde die Arbeitsweise des Beispiels 1 wiederholt jedoch anstelle von Methanol 100 ml Äthanol verwendet.

Die Reaktionsmischung enthielt «-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester in einer Ausbeute von 75,7% und das /Msomere in einer Ausbeute von 18,4%.

Beispiel 3

Es wurde eine Lösung aus 21 Äthylendichlorid und 1,05 Mol L-Phenylalaninmethylester, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt.
Nach Abkühlen der Lösung auf —20°C wurde eine

to Monomethylschwefelsäurelösung zugegeben, die durch Umsetzung von Schwefelsäure mit Methanol erhalten wurde, und die aus 0,32 Mol Monomethylschwefelsäure, 0,04 Mol Schwefelsäure und 100 ml Methanol bestand. Zur erhaltenen Lösung wurden 39 g (0,258 Mol) L-Asparginsäureanhydridhydrochlorid zugegeben und anschließend 30 min bei —20° C gerührt

Die Reaktionsmischung wurde wie in Beispiel 1 behandelt und es wurde gefunden, daß sie «-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester in einer Ausbeute von 74,1 % und das /Msomere in einer Ausbeute von 21,9% enthielt.

Beispiel 4

Es wurde die Arbeitsweise des Beispiels 3 wiederholt, jedoch die Methanollösung der Monomethylschwefelsäure durch eine Monoäthylschwefelsäurelösung ersetzt, die aus 0,30 Mol Monoäthylschwefelsäure, 0,03 Mol Schwefelsäure und 80 ml Äthanol bestand.

Die Reaktionsmischung enthielt «-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester in einer Ausbeute von 74,4% und das /Msomere in einer Ausbeute von 21,3%·

Beispiel 5

Es wurde eine Lösung aus 1,8 I Äthylendichlorid und 0,84 Mol L-Phenylalaninmethylester, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt.

Andererseits wurden 42,6 g (0,258 Mol) L-Phenylalanin und 21,5 ml konzentrierte Schwefelsäure in 100 ml Methanol gelöst. Die Lösung wurde unter Rückfluß

erhitzt, um eine Lösung des Mor.omethylschwefelsäuresalzes des L-Phenylalaninmethylesters zu ergeben. Die Reaktionsmischung wurde mit Äthylendichlorid auf ein Gesamtvolumen an Lösung von 200 ml verdünnt und zur vorerwähnten L-Phenylalaninmethylesterlösung zugegeben.

Zur erhaltenen Lösung wurden 39 g (0,258 Mol) L-Asparginsäureanhydrid zugegeben und 30 min bei —20⁰C gerührt Die Reaktionsmischung enthielt α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester in einer Ausbeute von 74,6% und das /J-Isomere in einer Ausbeute von 21,8%.

Beispiel 6

Es wurde eine Lösung aus 21 Äthylendichlorid und 0,84 Mol L-Phenylalaninmethylester, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt Nach Abkühlen auf —20^cC wurden zur Lösung 100 ml Methanol und 56,5 g (0,258 Mol) L-Phenylalaninmethylesterhydrochlorid zugegeben.

39 g (0,258 Mol) L-Asparginsäureanhydridhydrochlorid wurden zur Lösung zugegeben und die erhaltene Lösung wurde 30 min bei —20° C gerührt Die Reaktionsmischung enthielt a-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester in einer Ausbeute von 75,9% und das /Msomere in einer Ausbeute von 19,2%.
Beispiel 7

Es wurden 241 g(l,l Mol)L-Phenylalaninmethylesterhydrochlorid in 900 ml Wasser gelöst und mit 71g Natriumcarbonat neutralisiert Der freigesetzte L-Phenylalaninmethylester wurde mit 231 Äthylacetat extrahiert um eine L-Phenylalaninmetiiylesterlösung mit einem Gehalt von 1,05 Mol Ester zu ergeben. Zur Lösung wurden 150 ml Methanol zugegeben.

Nach Abkühlen auf —20°C wurden zur Lösung 17,8 ml (032 Mol) konzentrierte Schwefelsäure zugegeben. Anschließend wurden zur Lösung 39 g (0,258 Mol) L-Asparginsäureanhydridhydrochlorid zugegeben und ■die erhaltene Lösung 30 min bei —20⁰Cgerührt.

Zur Reaktionsmischung wurden 21 heißes Wasser zugegeben. Anschließend wurde mit Natriumcarbonat neutralisiert und eine Zeitlang gerührt Die wäßrige Schicht wurde von der organischen Schicht abgetrennt und auf einen pH-Wert von 4,5 eingestelit. Die Mischung wurde bezüglich Aminosäuren analysiert und es wurde gefunden, daß sie et-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester in einer Ausbeute von 76,2% und das /?-lsomere in einer Ausbeute von 14,0% enthielt.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von alpha-L-Aspartyl-L-phenyl-alanin-methyl- und -äthylester durch Umsetzung von L-Asparaginsäureanhydrid-hydrochlorid oder -hydrobromid mit L-Phenyl-alanin-methyl- oder -äthylester in einem Lösungsmittel bei einer Temperatur unterhalb 60⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung unter Anwendung eines Molverhältnisses von Salz zu ι ο L-Phenylalaninester zwischen 1 :1 und 1:10 in Gegenwart von Schwefelsäure, Salzsäure oder einem Schwefelsaure-Q- bis Q-alkylmonoester in einem Molverhältnis zwischen 0,05 :1 oder 0,5 :1, bezogen auf die Menge an L-Phenylalaninester, und in Gegenwart eines Ci- bis C4-Alkanols in einem Volumenverhältnis zwischen 0,02 :1 und 0,2 :1, bezogen auf die Menge an flüssigem Medium, durchführt

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