DE2757771C2

DE2757771C2 -

Info

Publication number: DE2757771C2
Application number: DE2757771A
Authority: DE
Inventors: Gerald Lee Bachman; Billy Dale St. Louis Mo. Us Vineyard
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1988-08-25
Also published as: IT1088938B; NO148069B; DE2757771A1; NO148069C; CH631435A5; DK149432B; NL185211B; DK149432C; HU179735B; JPS6050200B2; NL7714351A; ZA777614B; FR2375194B1; BR7708632A; AU515038B2; SE7714709L; NO774440L; DK577977A; SE440506B; JPS5382752A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester (α-APM) gemäß der voranstehenden Patentansprüche. a-APM ist ein bekannter brauchbarer Süßstoff.

Die α-APM-Synthese erfolgt, gemäß der in der US-PS 39 33 781 beschriebenen Erfindung, in der allgemeinen Reaktionsfolge

In den obigen Gleichungen stellt X eine Amino-Schutzgruppe dar.

Wie in Gleichung 1) gezeigt, sind die Ausgangsstoffe ein N-geschütztes L-Asparaginsäureanhydrid und L-Phenylalanin, die zu N-geschütztem α-L-Aspartyl-L-phenylalanin umgesetzt werden. Die Aminoschutzgruppe kann jede dafür geeignete Gruppe sein, z. B. Formyl, Acetyl, Benzoyl, substituiertes und nicht substituiertes Carbobenzoxy, tert.-Butoxycarbonyl und dessen Wasserstoffhalogenidsalz. Besonders bevorzugt wird N-Formyl-L-asparaginsäureanhydrid.

Das N-geschützte α-L-Aspartyl-L-phenylalanin kann von dem N-geschützten β-L-Aspartyl-L-phenylalanin getrennt und die Schutzgruppe entfernt werden, so daß man wie in Gleichung 2) α-L-Aspartyl-L-phenylalanin erhält. Das frühere Verfahren sah die Isolierung von α-L-Aspartyl-L-phenylalanin vor, das dann, wie in Gleichung 3), mit Methanol zu α-APM verestert wurde.

Gemäß US-PS 39 33 781 wurde die Veresterungsreaktion vorzugsweise "in Gegenwart von möglichst wenig Wasser" durchgeführt. Zur Erläuterung wurde eine solche Veresterungsreaktion in Methanol und in Gegenwart von Chlorwasserstoff beschrieben. Man war damals der Meinung, daß die Gegenwart einer wesentlichen Wassermenge während der Veresterung eine geringere Veresterung zur Folge hätte, da sie unerwünschte Entesterungsreaktionen verursacht.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Gewinnung von gemäß US-PS 39 33 781 hergestelltem α-APM war, es in das HCl-Salz umzuwandeln, das dann als Feststoff gewonnen und zu α-APM umgewandelt wurde.

Ein solches festes HCl-Salz des α-APM wird auch in der US-PS 37 98 207 beschrieben, wo es in einem Reinigungsverfahren zur Gewinnung von α-APM durch Abtrennung von b-APM und anderen unerwünschten Nebenprodukten verwendet wird. In diesen beiden Verfahren wurde das HCl-Salz als Mittel zur Gewinnung des α-APM gebildet, nachdem dieses hergestellt worden war.

Weitere Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von a-APM, bei dem α-L-Aspartyl-L-phenylalanin mit einem Reaktionsmedium aus Wasser, Methanol und einem Wasserstoffhalogenid, nämlich Chlor- oder Bromwasserstoff, in Kontakt gebracht wird, wobei sich ein festes Wasserstoffhalogenidsalz des α-APM bildet; dieses wird abgetrennt und zu α-APM umgewandelt.

Das α-L-Aspartyl-L-phenylalanin erhält man, wenn man das N-geschützte a-L-Aspartyl-L-phenylalanin so behandelt, daß die Schutzgruppe entfernt wird (Gleichung 2). Es ist dafür jedes Verfahren zur Entfernung schützender Gruppen aus Aminen geeignet, so z. B. katalytische Hydrierung und Behandlung mit Mineralsäuren oder -basen. Bevorzugt wird die Entfernung der Schutzgruppe, insbesondere der Formylgruppe, mittels Säurehydrolyse. Eine solche Hydrolyse kann z. B. in einer verdünnten wäßrigen Salzsäurelösung durchgeführt werden. Die Umwandlung zu α-L-Aspartyl-L-phenylalanin ist gewöhnlich sehr hoch, z. B. etwa 95% oder mehr, bezogen auf das behandelte N-geschützte α-L-Aspartyl-L-phenylalanin. Ein weiteres Medium für diese Behandlung ist eine wäßrige Essigsäure-Salzsäurelösung.

Das α-L-Aspartyl-L-phenylalanin kann man dann durch Ausfällen und Trennung von Flüssigkeit und Feststoff gewinnen. Die Ausfällung kann z. B. durch pH-Einstellung erreicht werden, wenn die Schutzgruppe in einer Säurelösung entfernt worden ist.

Das am wenigsten erwünschte Nebenprodukt in der Mutterlauge ist β-L-Aspartyl-L-phenylalanin, wenn seine Vorläuferstufe mitgeschleppt wurde. Es kann jedoch, z. B. mit Hydrolyse, so behandelt werden, daß man L-Asparaginsäure und L-Phenylalanin gewinnen und in die früheren Stufen zurückführen kann. Eine gewisse Menge β-L-Aspartyl-L-phenylalanin kann jedoch ohne Schaden in das erfindungsgemäße Verfahren übernommen werden, da das gebildete Wasserstoffhalogenidsalz des α-APM eine angemessene Abtrennung von diesem unerwünschten Isomer und seinen Estern ermöglicht.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, das N-geschützte α-L-Aspartyl-L-phenylalanin zur Bildung von α-L-Aspartyl-L-phenylalanin in situ im Reaktionsmedium zu verwenden oder das α-L-Aspartyl-L-phenylalanin in einem Reaktionsmedium zu bilden, ohne daß es isoliert werden muß. Ein für dieses letztere Verfahren besonders brauchbares N-geschütztes α-L-Aspartyl-L-phenylalanin ist das N-Formyl- α-L-aspartyl-L-phenylalanin.

Die im Reaktionsmedium brauchbare Wasserstoffhalogenidmenge beträgt etwa 0,1 mol bis 0,80 mol pro 100 g Reaktionsmedium. Eine besonders günstige Wasserstoffhalogenidmenge ist etwa 0,3 mol bis etwa 0,7 mol pro 100 g Reaktionsmedium. Die im Reaktionsmedium brauchbare Methanolmenge beträgt etwa 0,1 bis 1,1 mol/100 g Reaktionsmedium, besonders günstig sind etwa 0,4 bis 0,8 mol/100 g Reaktionsmedium.

Es ist zu bemerken, daß der Rest des Reaktionsmediums Wasser ist. Es ist ersichtlich, daß auch andere Stoffe enthalten sein können, es werden hier jedoch die brauchbaren Konzentrationen des Drei-Komponenten-Reaktionsmediums beschrieben.

Das Wasserstoffhalogenid im Reaktionsmedium muß in einer Menge von mindestens 1,0 bis etwa 20,0 mol Wasserstoffhalogenid pro 1 mol in Kontakt zu bringendem α-L-Aspartyl-L- phenylalanin vorhanden sein, besonders bevorzugt werden etwa 1,15 bis 10,0 mol pro 1 mol α-L-Aspartyl-L-phenylalanin. Chlorwasserstoff ist das bevorzugte Wasserstoffhalogenid.

Für Fachleute ist ersichtlich, daß das Reaktionsmedium auch mindestens 1,0 mol Methanol pro 1 mol α-L-Aspartyl-L-phenylalanin enthalten muß, und daß auch größere Mengen verwendet werden können.

Ferner ist zu bemerken, daß diese Konzentrationen und Mengen der im Reaktionsmedium verwendeten Stoffe und des α-L-Aspartyl-L-phenylalanin nicht praktisch verwendbar sind, wenn größere Mischprobleme auftreten.

Soll das α-L-Aspartyl-L-phenylalanin in situ gebildet werden, dann erwies es sich als vorteilhaft, eine geringere Wasserstoffhalogenidmenge zuzugeben und das Reaktionsgemisch anschließend auf etwa 65°C zu erhitzen und wieder abzukühlen. Dies verursacht die Hydrolyse des N-geschützten α-L-Aspartyl-L-phenylalanin zu α-L-Aspartyl-L-phenylalanin. Nach einer solchen Erhitzung kann dem Reaktionsgemisch weiteres wäßriges Wasserstoffhalogenid zugegeben werden, damit ein wie oben beschriebenes Reaktionsmedium entsteht, und das feste Wasserstoffhalogenidsalz des α-APM gebildet wird.

Die verwendeten Temperaturen sollten nahe dem Siedepunkt des Reaktionsgemisches liegen. Eine 20°C bis 40°C werden bevorzugt. Die bevorzugte Temperatur liegt in der Nähe der Raumtemperatur, jedoch ist zu bemerken, daß höhere Temperaturen zwar die Geschwindigkeit der α-APM-Bildung erhöhen, andererseits aber den Nachteil haben, daß Zersetzungsreaktionen auftreten und die Löslichkeit des Wasserstoffhalogenidsalzes des α-APM erhöht wird. Auf der anderen Seite verringern niedrigere Temperaturen die Geschwindigkeit der α-APM-Bildung, hemmen Zersetzungsreaktionen und ergeben größere Mengen des festen Wasserstoffhalogenidsalzes des α-APM. Es ist ersichtlich, daß alle diese Überlegungen gegeneinander abgewogen werden müssen, damit man die für die verwendeten Konzentrationen wirtschaftlichste Temperatur erhält.

Zu der in dem erfindungsgemäßen Verfahren ablaufenden Reaktion gehört die Bildung der folgenden unerwünschten Nebenprodukte:

(nachfolgend als "Diester" bezeichnet) und

(nachfolgend als "Aspartylester" bezeichnet).

Außer diesen zwei unerwünschten Nebenprodukten kann das Reaktionsgemisch auch nicht verestertes α-L-Aspartyl-L- phenylalanin und kleinere Mengen der Analoga der β-Form enthalten, wenn dieses Isomer mitgeschleppt wurde. Die zu dem gewünschten Produkt und zu den Nebenprodukten führenden Reaktionen sind alle Gleichgewichtsreaktionen. In dem Verfahren gemäß US-PS 39 33 781 betrug die Ausbeute an isoliertem a-APM im allgemeinen etwa 25 bis 30%, bezogen auf α-L-Aspartyl- L-phenylalanin.

Es wurde nunmehr festgestellt, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine große Ausbeute an isoliertem a-APM ergibt. So können z. B. bei Raumtemperatur bis zu etwa 55 bis 60% α-APM, bezogen auf α-L-Aspartyl-L-phenylalanin, erhalten werden. Dies ist angesichts der in den früheren Verfahren erreichbaren isolierten Ausbeuten besonders überraschend.

Das feste Wasserstoffhalogenidsalz des α-APM kann mit Flüssigkeits/Feststofftrennverfahren gewonnen werden. Praktisch alle anderen Verbindungen verbleiben in der Mutterlauge und können hydrolysiert, gewonnen und/oder in die vorhergehenden Reaktionsstufen zurückgeleitet werden. Das abgetrennte Salz kann dann zu praktisch reinem α-APM umgewandelt werden, wie dies z. B. in den US-PS 37 98 207 und 39 33 781 beschrieben wird.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.

Bei der Dünnschichtchromatographie (TLC) der Beispiele wurden die folgenden Stoffe und Verfahren verwendet:

A. Platte

Silicagel F auf Glasplatte von Brinkman Instrument Inc., Westbury, N. Y. 11 590
.

B. Lösungssysteme

1. Chloroform64 Vol.-% Methanol30 Vol.-% Essigsäure 2 Vol.-% Destilliertes Wasser 4 Vol.-% 2. n-Propanol70 Vol.-% Destilliertes Wasser10 Vol.-% Methanol10 Vol.-% Ameisensäure10 Vol.-%

C. Anfärbungs-Spraylösungen

1. 0,3 g Ninhydrin, gelöst in einem Gemisch aus 100 ml n-Butanol und 3 ml Eisessig.
2. 1 g Kaliumjodid und 1 g lösliche Stärke, gelöst in 100 ml destilliertem Wasser.

D. Verfahren

Nach Auftragen und Entwickeln im geeigneten Lösungssystem wurde die Platte 30 min an der Luft getrocknet.

Ninhydrin-Spray: Die Platte wurde besprüht und 15 min bei 100°C in einem Ofen belassen.

Stärke-Jod-Spray: Die Platte wurde 15 min in eine mit tert.-Butylhypochloritdampf gesättigte Kammer gestellt, 30 min an der Luft getrocknet, dann mit frisch zubereiteter Stärke-Jodlösung besprüht.

Beispiel 1

In einem geeigneten, im Eisbad gekühlten Behälter wurden 140 ml Methanol und 420 ml 9N Salzsäure gegeben. In die erhaltene Lösung wurden 113,8 g (0,4 mol) α-L-Aspartyl-L- phenylalanin (98,5% Reinheit) gegeben. Ausfällung begann kurz darauf. Die erhaltene Masse wurde aus dem Eisbad genommen und 30 min gerührt, wodurch die Temperatur auf 20°C anstieg. Die erhaltene Masse wurde erneut in einem Eisbad gekühlt, 1,5 h gerührt, was zu beträchtlicher Ausfällung führte, und dann über Nacht in den Kühlschrank gestellt.

Am nächsten Morgen wurde das Reaktionsgemisch 1 h im Eisbad gerührt, und der Niederschlag (130,5 g nasser Kuchen) wurde abfiltriert. Der erhaltene Kuchen wurde in 750 ml entionisiertem Wasser bei 40°C gelöst, und der pH wurde während 1,5 h mit 36,7 g 50%iger wäßriger Natronlauge auf 4,2 eingestellt. Die erhaltene Masse wurde auf etwa 5°C abgekühlt und 4 h bei dieser Temperatur gehalten. Der gebildete Niederschlag wurde abfiltriert und mit fünf 30 ml Portionen entionisiertem Wasser bei 5°C gewaschen und getrocknet. Es wurden 51,8 g a-APM erhalten, das ist eine Ausbeute von 44%, bezogen auf das α-L-Aspartyl-L-phenylalanin. Die TLC- und die Natriumchloridanalyse bestätigten die Reinheit des α-APM-Produkts mit über 95%.

Beispiel 2

Zu einer gerührten Lösung aus 34,2 ml (0,41 mol) 37%iger Salzsäure, 60 ml Wasser und 40 ml Methanol wurden innerhalb von 20 min 110 g (0,357 mol) N-Formyl-α-L-aspartyl-L- phenylalanin unter einem Temperaturanstieg von 40°C auf 58°C gegeben. Die erhaltene Masse wurde 3 h bei 58°C bis 60°C gerührt, so daß die Formylgruppe durch Hydrolyse entfernt werden konnte.

Das Reaktionsgemisch wurde auf 25°C abgekühlt und innerhalb von 10 min wurden 65,8 ml (0,79 mol) 37%ige Salzsäure zugegeben. Kurz danach begann sich ein Niederschlag zu bilden. Die erhaltene Masse wurde unter Rühren 45 h bei Raumtemperatur und 1,5 h bei 5°C gehalten, was zusätzlichen Niederschlag verursachte. Der feste Niederschlag wurde abzentrifugiert und der Kuchen wurde mit 100 ml entionisiertem Wasser bei 5°C gewaschen. Der nasse Kuchen (110,2 g) wurde in 410 ml entionisiertem Wasser bei 45°C gelöst. Der pH wurde innerhalb von 10 min mit 80,1 g 4,8%iger wäßriger Natronlauge auf 2,5 eingestellt, anschließend wurde 1 h bei 40°C gerührt. Während die Temperatur bei 40°C bis 42°C gehalten wurde, wurden innerhalb von 3 h 151,9 g 4,8%ige wäßrige Natronlauge zugegeben, um den pH auf 4,2 anzuheben. Das Gemisch wurde 1 h bei 0°C bis 5°C gerührt und die erhaltenen gefiederten Kristalle wurden durch Zentrifugieren getrennt. Der Kuchen wurde mit 200 ml entionisiertem Wasser bei 5°C gewaschen und über Nacht in einem Vakuumofen bei 55°C bis 60°C getrocknet. Die α-APM-Ausbeute betrug 58,3 g (55,5% bezogen auf N-Formyl-α-L-aspartyl- L-phenylalanin; [α]+16,2° (c = 4, 15 mol/l Ameisensäure); TLC-Analyse: α-APM mit mehr als 98% Reinheit.

Beispiel 3

Es wurde praktisch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 2 angewandt, jedoch wurden dem Reaktionsgemisch 32,5 ml 37%ige Salzsäure und 33,3 ml Wasser zugegeben, nachdem die Formylgruppe durch Hydrolyse entfernt und auf 25°C abgekühlt worden war. Dies ergab 33,0% Ausbeute an α-APM, bezogen auf N-Formyl-α-L-aspartyl-L-phenylalanin. [α]+15,3° (c = 4, 15 mol/l Ameisensäure).

Beispiel 4

Praktisch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 2, bei dem die Zeit zur Entfernung der Formylgruppe durch Hydrolyse auf 1 h beschränkt war, ergab eine α-APM-Ausbeute von 46,2%, bezogen auf N-Formyl-α-L-aspartyl-L-phenylalanin. [α]+15,5° (c = 4, 15 mol/l Ameisensäure).

Beispiel 5

Es wurde praktisch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 2 angewandt, jedoch wurden in der anfänglichen Lösung anstelle von 34,2 ml 37%iger Salzsäure 38,7 ml 37%ige Salzsäure verwendet und die nach der Hydrolyse zugegebene Säuremenge wurde auf 61,3 ml 37%ige Salzsäure reduziert. Dies ergab eine α-APM-Ausbeute von 53,2%, bezogen auf N-Formyl-α-L-aspartyl- L-phenylalanin. [α]+15,4° (c = 4, 15 mol/l Ameisensäure).

Beispiel 6

Es wurde praktisch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 2 angewandt, jedoch wurde die Wartezeit zur Bildung eines festen Niederschlags auf 4 Tage erhöht. Dies ergab eine α-APM-Ausbeute von 59,2%, bezogen auf N-Formyl-α-L-aspartyl-L-phenylalanin. [α]+15,2° (c = 4, 15 mol/l Ameisensäure).

Beispiel 7

Es wurde praktisch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 2 angewandt, jedoch wurde die Wartezeit zur Bildung eines festen Niederschlags auf 1 Tag verringert. Dies ergab eine α-APM- Ausbeute von 36,3%, bezogen auf N-Formyl-α-L-aspartyl-L- phenylalanin. [α]+15,5° (c = 4, 15 mol/l Ameisensäure).

Die Beispiele 1 bis 7 sind in Tabelle I zusammengefaßt.

Tabelle I

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) a-L-Aspartyl-L-phenylalanin in einem wäßrigen Reaktionsmedium, das 0,1 bis 0,8 mol Chlor- und/oder Bromwasserstoff pro 100 g Reaktionsmedium und 0,1 bis 1,1 mol Methanol pro 100 g Reaktionsmedium enthält und in dem 1,0 bis 20,0 mol Wasserstoffhalogenid pro 1 mol α-L-Aspartyl-L-phenylalanin vorhanden sind, bei einer Temperatur von 5 bis 50°C umsetzt,
b) das feste Wasserstoffhalogenidsalz abtrennt, und
c) das abgetrennte Salz in α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester umwandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verfahrensstufe a) in einem Reaktionsmedium, das 0,3 bis 0,7 mol Chlor- und/oder Bromwasserstoff und 0,4 bis 0,8 mol Methanol pro 100 g Reaktionsmedium enthält, durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verfahrensstufe a) bei Temperaturen von 20°C bis 40°C durchführt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe a) N-geschütztes α-L-Aspartyl-L-phenylalanin einsetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe a) α-L-Aspartyl-L-phenylalanin in nicht-isolierter Form einsetzt.