DE3103152A1

DE3103152A1 - Verfahren zur herstellung von n-benzyloxycarbonyl-l-asparaginsaeure

Info

Publication number: DE3103152A1
Application number: DE19813103152
Authority: DE
Inventors: Hiroko Fuchu Tokyo Sato; Katsumi Sugiyama; Hideo Kawasaki Kanagawa Takeda
Original assignee: Ajinomoto Co Inc
Current assignee: Ajinomoto Co Inc
Priority date: 1980-02-04
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1981-11-26
Also published as: US4345091A; JPS6257180B2; GB2069484B; DE3103152C2; CA1155453A; IE50856B1; GB2069484A; JPS56110661A; IE810114L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginsäure (im folgenden: Z-Asp).

Bekanntlich sind niedere Alkylester von a-L-Asparagyl-L-phenylalanin (im folgenden: α-APA) als Süßstoffe verwendbar. Es sind deshalb verschiedene Methoden zur Herstellung von α-APA entwickelt worden. Eines dieser Verfahren besteht darin, L-Asparaginsäure (im folgenden: Asp) einer Benzyloxycarbonylierung zu unterwerfen und das Z-Asp nach der Umwandlung in das entsprechende Anhydrid mit einem L-Phenylalanin-niederalkylester (im folgenden: PA) umzusetzen; vgl. US-PS 3 786 039.

Dieses Verfahren ist leicht durchführbar und umfaßt stabile Reaktionen, hat jedoch den Nachteil, daß während der Benzyloxycarbonylierung N-Benzyloxycarbonyl-a- oder -ß-L-asparaginyl-L-asparaginsäure (im folgenden: Z-AA) als Nebenprodukt entsteht. Z-AA wird in einer anschließenden Stufe mit PA zu N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginyl-L-asparaginyl-L-phenylalanin-niederalkylester umgesetzt. Durch Abspalten der Benzyloxycarbonylgruppe (im folgenden: Z) aus dem letztgenannten Ester entsteht ein L-Asparaginyl-L-asparaginyl-L-phenylalanin-niederalkylester (im folgenden: AAPA). AAPA läßt sich von α-APA nur sehr schwer abtrennen und mit AAPA verunreinigtes α-APA kann daher nur sehr schwer gereinigt werden. Bisher mußten Ionenaustau-

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scherharze eingesetzt v/erden, um AAPA aus damit verunreinigtem α-APA abzutrennen. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß unter den APA a-L-Asparaginyl-L-phenylalanin-methylester (im folgenden: a-APM) bereits in einigen Ländern, wie Frankreich, Belgien und Luxemburg, als Süßstoff auf den Markt gebracht wurde.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß bei der Umsetzung von Asp mit Benzyloxycarbonylchlorid (im folgenden: Z-Cl) sowohl die Bildung der Nebenprodukte Z-AA (α) oder Z-AA (ß) als auch die Zersetzung von Z-Cl zu Benzylalkohol unterdrückt werden können, wenn man den pH während der gesamten Reaktionszeit auf einen Wert von 12,0 bis 13,5 einstellt. Unter diesen Bedingungen kann somit hochreines Z-Asp in hohen Ausbeuten erhalten werden.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei der Herstellung eines α-APA nach dem Verfahren der US-PS 3 786 039 hochreines α-APA in hohen Ausbeuten erhalten werden kann, wenn man erfindungsgemäß hergestelltes Z-Asp als eines der Ausgangsmaterialien verwendet.

In Berichte, Bd. 65 (1932) S. 1192 sind Verfahren zur Herstellung von N-Benzyloxycarbonyl-aminosäuren, einschließlich Asp, mit Z-Cl angegeben. Zur Reaktion wird dort Natriumhydroxid oder Magnesiumoxid in einer Menge angewandt, die der kombinierten Menge aus (a) den freien Carboxylgruppen der Aminosäure und (b) dem aus Z-Zl entstehenden Chlorwasserstoff äquivalent oder nahezu äquivalent ist. Stellt man Z-Asp unter den in Berichte angegebenen Reaktionsbedingungen her, so erreicht der pH bei Verwendung von Magnesiumoxid niemals den erfindungsgemäß angewandten hohen Wert von 12,0 bis 13,5, und es werden dementsprechend hohe Mengen von Z-AA als Nebenprodukt gebildet. Andererseits ist bei Verwendung von Natriumhydroxid, anzunehmen, daß der pH in dem Reaktionsgemisch manchmal und lokal die Obergrenze des erfindungsgemäß angewandten pH-Bereichs überschreitet, da

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in Berichte nicht gefordert wird, den pH während der gesamten Reaktionszeit innerhalb eines bestimmten Bereiches zu halten. Lokal herrschende zu hohe pH-Werte des Reaktionsgemisches führen zu einer unnötigen Zersetzung von Z-Cl zu Benzylalkohol, so daß Asp in dementsprechend größeren Mengen nicht umgesetzt bleibt. Selbst bei Verwendung von Natriumhydroxid entsteht Z-AA in größeren Mengen als im Falle der Verwendung von Magnesiumoxid, sofern nicht ein ausreichend hoher pH eingestellt wird.

In Beispiel I (A) der US-PS 3 808 190 ist die Herstellung von N-Carbobenzoxy-asparaginsäure beschrieben, wobei man den pH zunächst mit Natriumbicarbonat und dann mit Natriumhydroxid bei 8 bis 9 hält. Hierdurch wird aber der erfindungsgemäße spezifische pH-Bereich weder vorweggenommen noch nahegelegt.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen pH-Bedingungen werden sowohl die Bildung des Nebenprodukts Z-AA bei zu niedrigen pH-Werten als auch die Bildung des Nebenprodukts Benzylalkohol bei zu hohen pH-Werten unterdrückt. Z-Asp kann somit in hoher Ausbeute erhalten werden.

Erfindungsgemäß kann Asp in freier Form oder als Salz, z.B. als Natrium- oder Kaliumsalz, verwendet werden. Es muß auch nicht übermäßig gereinigt werden, sondern kann.Verunreinigungen in Mengen enthalten, die die Reaktion (d.h. die Benzyloxycarbonylierung) nicht hemmen. Beispielsweise kann man rohe Asp-Kristalle einsetzen, die durch Einstellen des pH einer Asp-Fermentationsbrühe gegebenenfalls nach vorheriger Konzentrierung auf den isoelektrischen Punkt von Asp erhalten wurde. Diese Brühe kann durch Fermentation von Zuckern, Fumarsäure oder ähnlichen. Ausgangsmaterialien erhalten worden sein. Kristalle oder dergleichen von Asp oder deren Monoalkali- oder Dialkalimetallsalzen können auch verwendet werden, wie sie aus einem Eluat gegebenenfalls nach Konzentrieren und/oder Einstellen des pK

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gewonnen werden, wobei das Eluat durch Leiten einer Asp-Fermentationsbrühe durch eine Säule eines stark sauren Kationenaustauscherharzes und Eluieren des auf der Säule adsorbierten Asp rait wäßriger Natronlauge oder dergl. erhalten worden ist.

Asp oder deren Salze werden gewöhnlich als wäßrige Lösungen der Benzyloxycarbonylierung unterworfen. Die Lösung wird z.B. mit Natrium- oder Kaliumhydroxid auf einen pH von 12,0 bis 13,5 eingestellt. Die Asp-Kdnzentration der Lösung ist nicht kritisch, beträgt jedoch gewöhnlich 20 bis 45 Gewichtsprozent. Zu verdünnte Lösungen bereiten Schwierigkeiten, z.B. eine geringe Trennausbeute der gewünschten Substanz aus dem Reaktionsgemisch. Die Reaktion wird vorzugsweise in flüssiger Phase durchgeführt und die Obergrenze der Asp-Konzentration in der Lösung wird unter diesem Gesichtspunkt bestimmt.

Z-Cl kann als solches verwendet werden, gewöhnlich setzt man es jedoch als Lösung in einem organischen Lösungsmittel ein, das bei der Reaktion nicht stört und mit wäßriger Asp-Lösung nicht mischbar ist. Beispiele für derartige Lö-

sungsmittel sind Toluol und EDC. Angesichts der Zersetzung von Z-Cl während der Reaktion wird dieses vorzugsweise in der etwa 1,1-fachen Molmenge, bezogen auf Asp, und in einer Konzentration von 30 bis 60 Gewichtsprozent angewandt. Zu geringe Konzentrationen verursachen niedrige Reaktionsgeschwindigkeiten, während andererseits zu hohe Konzentrationen eine wirksame Abtrennung von Nebenprodukten, wie Benzylalkohol, aus dem Reaktionsgemisch mit einem organischen Lösungsmittel verhindern.

Die Reaktion wird z.B. durch Vermischen einer Asp-Lösung mit einer Z-Cl-Lösung durchgeführt. Bei Durchführung der Reaktion bei erhöhten Temperaturen wird die Zersetzung von Z-Cl gefördert, so daß vorzugsweise Temperaturen von 0 bis 30 C angewandt werden.
* Äthylendichlorid

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Während der Reaktion wird ausreichend gerührt, damit sich die beiden Lösungen gründlich vermischen. Während der gesamten Reaktion wird der pH des Reaktionsgemischs durch Zugabe von Natriumhydroxid oder dergl. bei 12,0 bis 13,5 gehalten. Eine Reaktionszeit von 2 bis 3 Stunden ist ausreichend.

Nach beendeter Reaktion sind Z-Asp, S-AA, nicht-umgesetzte Asp und dergleichen in der wäßrigen Schicht enthalten, während nicht-umgesetztes Z-Cl, Benzylalkohol aus der Zersetzung von Z-Cl und dergleichen in der organischen Schicht vorhanden sind.

Z-Asp wird als solches oder nach dem Abtrennen und Reinigen eingesetzt, je nach seinem Verwendungszweck. Die Abtrennung und Reinigung kann z.B. dadurch erfolgen, daß man die wäßrige Schicht von der organischen Schicht trennt, die wäßrige Schicht mit Salzsäure, Schwefelsäure oder dergleichen neutralisiert, die neutralisierte wäßrige Schicht abkühlt, wobei Z-Asp auskristallxsiert, und die Z-Asp-Kristalle abtrennt. Gegebenenfalls kann man Umkristallisieren. Aus der abgetrennten wäßrigen Schicht kann Z-Asp auch durch Extrahieren, z.B. mit Äthylacetat, n-Butanol oder Ketonen, die mit Vfasser nicht mischbar sind, wie Methyläthylketon oder Methylisobutylketon, abgetrennt werden. Eine kombinierte Umkristallisation und Extraktion ergibt höhere Reinheiten.

Im erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bildung des Nebenproduks Z-AA, das die Herstellung von α-APA hemmt, unterdrückt werden; trotz der Umsetzung bei erhöhten Temperaturen erfolgt keine Razemisierung von Asp und hochreines Z-Asp entsteht in entsprechend hohen Ausbeuten. Dies bedeutet, daß das Endprodukt (d.h. α-APA) in hohen Ausbeuten hergestellt werden kann. ,

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Beispiel

L-Asparaginsäure wird in wäßriger Natronlauge zu einer 36gewichtsprozentigen Asp-Lösung mit bestimmtem pH-Wert gelöst. 222 g dieser Lösung, die 0,6 M Asp enthält, wird in einen 1 Liter-Vierhalskolben eingebracht, der mit Rührer, Thermometer, pH-Messer und Tropftrichter ausgerüstet ist, auf 10°C gekühlt und dann mit 267 g einer 42gewichtsprozentigen Lösung von Benzyloxycarbonylchlorid in Toluol versetzt, die 0,66 M Z-Cl enthält. Die Reaktion wird 3 Stunden bei 10 bis 30°C durchgeführt, wobei man den pH des Reaktionsgemischs durch Zugabe von 25prozentiger wäßriger Natronlauge innerhalb des genannten Bereiches hält. Anschließend trennt man die Toluolschicht ab, versetzt die wäßrige Schicht mit 230 g Wasser, stellt den pH mit 35prozentiger Salzsäure auf 1 ein und läßt über Nacht bei 5 C stehen. Die erhaltenen Z-Asp-Kristalle werden abzentrifugiert, mit Wasser gewaschen und unter vermindertem Druck getrocknet.

Sechs Durchgänge dieses Verfahrens werden mit verschiedenen pH-Bereichen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I genannt. Die Analyse der Verunreinigungen erfolgt durch Dünnschichtchromatographie (100 γ-Fleck).

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Tabelle I

Versuch-Nr.	1	2	3	4	5	6
pH-Bereich (nicht weniger als /vweniger als)	8,0 ^10,0	10,0	11,0 ^ 12,0	12,0 ^13,0	12,5 *-13,5	13,5 ~
Z-Asp-Ausbeute (Molprozent, be zogen auf Asp)	68,3	79,5	78,6	87,3	86,2	80,2

Verunreini gungen in den Z-Asp- Kristal-	(1) Z-AA(α) (2) Z-AA(ß)	3,5 1,5	3,0 1,0	1,5 0,5	Spur Spur	Spur Spur	nicht nachge wiesen M	I co I
len (%)	As ρ	5,0	0,2	0,3	0,6	1,0	7,5
	Andere	nicht nachge wiesen .	nicht nachge wiesen	nicht nachge wiesen	nicht nachge wiesen	nicht nachge wiesen	Spur

*1: N-Benzyloxycarbonyl-cc-L-asparaginyl-L-asparaginsäure *2: N-Benzyloxycarbonyl-ß-L-asparaginyl-L-asparaginsäure

Die Ergebnisse yon Tabelle I zeigen, daß unter den erfindungsgemäßen Reaktionsbedingungen hochreines Z-Asp in hoher Ausbeute entsteht.

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Claims

PATENTANWÄLTE ; ' · * . .

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EB8ING*HÄÜS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2*3, MÖNCHEN QO Λ 4 Λ 1 1 C

POSTADRESSE: POSTFACH Θ5 O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 85 3 I Q V I V &

DEA-13 505 AJINOMOTO CO., INC. 30. Januar 1981

Verfahren zur Herstellung von N-Benzyloxycarbonyl-L-asparaginsäure "

Patentanspruch

Verfahren zur Herstellung von N-Benzyloxycarbonyl-L-asparag in säure durch Umsetzen von L-Asparaginsäure mit Benzyloxycarbonylchlorid, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung unter Einhaltung eines pH von 12,0 bis 13,5 durchführt.

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