Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Wiedergewinnung von α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester,
L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure aus verdünnten Lösungen,
die α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester (nachstehend als
α-APM abgekürzt) enthalten, wobei das Verfahren die
Wiedergewinnung von α-APM aus einer Mutterlauge, aus der α-APM
bereits auskristallisiert worden ist, und außerdem die
Wiedergewinnung von L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure nach
Hydrolyse umfaßt.
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Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein
Verfahren zur Wiedergewinnung von
α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester, L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure, wobei das
Verfahren das Konzentrieren eines Teils oder der Gesamtmenge
der Mutterlauge, die durch Fest-Flüssig-Trennung einer
Suspension von α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylesterkristallen
erhalten wird, wobei ein Teil des resultierenden Konzentrats
(Lösung A) genommen wird und Chlorwasserstoffsäure und
Methanol zugegeben werden oder wobei Lösung A mit einem
Lösungsmittel, das Chlorwasserstoffsäure, Methanol, Wasser und
gegebenenfalls (α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester umfaßt,
gemischt wird, um α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester
und/oder dessen Hydrochlorid
(α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester-Hydrochlorid) zu gewinnen, und das Hydrolysieren
des verbleibenden Konzentrats und gegebenenfalls der
verbleibenden Mutterlauge mit Chlorwasserstoffsäure zur
Wiedergewinnung von L-Phenylalanin oder L-Phenylalanin und
L-Asparaginsäure umfaßt.
Stand der Technik
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α-APM ist ein Peptidsüßstoff, der eine Süße aufweist,
die etwa dem 200fachen der Süße von Saccharose entspricht.
Aufgrund seiner Süße, seiner überaus hohen Geschmacksqualität
und seines geringen Kaloriengehalts wird α-APM in den
letzten Jahren in großem Maße als diätetischer Süßstoff
verwendet.
Es ist zu erwarten, daß der weltweite Bedarf an α-APM
1995 10 000 Tonnen/Jahr übersteigt.
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α-APM wird im industriellen Maßstab nach folgenden
Verfahren hergestellt: (1) Kondensation eines N-geschützten
Asparaginsäureanhydrids mit L-Phenylalaninmethylester in einem
organischen Lösungsmittel und Entfernung der Schutzgruppe auf
herkömmliche Weise (US-A-3 786 039); (2) Umsetzung von α-L-
Aspartyl-L-phenylalanin in einem Gemisch aus Wasser, Methanol
und Chlorwasserstoffsäure zum Methylester unter Bildung von
α-APM-Hydrochlorid, gefolgt von einer Neutralisation des
Hydrochlorids unter Bildung von α-APM (japänische
Offenlegungsschrift 53-82752); und (3) Kondensation einer
N-geschützten Asparaginsäure mit Phenylalaninmethylester in
Gegenwart eines Enzyms, gefolgt von der Entfernung der
Schutzgruppe (japanische Offenlegungsschrift 55-135595).
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Bei der vorstehend unter (1) beschriebenen chemischen
Synthese werden Verunreinigungen unter Einschluß von β-Isomer
(d.h. β-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester)
notwendigerweise als unerwünschte Nebenprodukte gebildet. Um diese
Verunreinigungen selektiv zu entfernen, ist ein
Reinigungsverfahren bekannt, bei dem unreiner α-APM mit einer
Halogenwasserstoffsäure in Kontakt gebracht und eine
Fest-Flüssig-Trennung zur Isolierung von α-APM als Hydrohalogenidsalz
ausgeführt wird (4).
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Das populärste Verfahren der industriellen Herstellung
von α-APM erfolgt über das nach der Veresterung erhaltene
Methylester-Hydrochlorid, wie es vorstehend unter (2)
angegeben ist. Darüber hinaus erfolgt die Reinigung von α-APM
oftmals über das Hydrohalogenid, wie es vorstehend unter (4)
angegeben ist. Um α-APM aus dessen Hydrohalogenid unter
Einschluß des Hydrochlorids zu erhalten, ist es üblich, daß
Hydrohalogenid von α-APM in einem wäßrigen Medium zu lösen
oder zu suspendieren und anschließend wäßrige Lösungen von
Natriumcarbonat, Natriumoxid, Natriumhydrogencarbonat oder
Ammoniak zuzugeben, um die Neutralisation durchzuführen.
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Bei der Herstellung von α-APM in einem industriellen
Maßstab enthalten die im Verlauf der Isolierung und Reinigung
von α-APM gebildeten Mutterlaugen zusätzlich zu nicht
isoliertem α-APM Verbindungen, die mit dessen Herstellung
verbunden
sind, wie α-L-Aspartyl-L-phenylalanin (α-AP),
α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester (β-APM), α-L-Aspartyl-L-
phenylalanin (β-AP), 5-Benzyl-3,6-dioxo-2-piperazinessigsäure
(DKP), α-L-Aspartyl(β-methyl)-L-phenylalaninmethylester(α-
A(M)PM),α-L-Aspartyl(β-methyl)-L-phenylalanin (α-A(M)P), N-
Formyl-α-L-aspartyl-L-phenylalaninmethylester und große
Mengen an anorganischen Salzen aufgrund einer vorhergehenden
Neutralisation/vorhergehender Neutral isationen. Art und Menge
der anorganischen Salze variieren abhängig von dem zur
Neutralisation des α-APM-Hydrohalogenids, wie des
α-APM-Hydrochlorids, verwendeten Alkali und dergleichen. Im allgemeinen
sind die anorganischen Salze NaCl, NH&sub4;Cl, KCl und
dergleichen.
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Die Wiedergewinnung von wertvollen Ausgangsmaterialien&sub1;
insbesondere den Aminosäuren, die als Hauptrohstoffe bei der
Herstellung von α-APM verwendet werden, aus den vorstehend
erwähnten Mutterlaugen trägt wesentlich zur Verringerung der
gesamten Herstellungskosten von α-APM bei. Um die
Produktivität in einem industriellen Maßstab zu erhöhen, ist es
überaus wichtig, diese Substanzen wiederzugewinnen. Ferner ist es
von Vorteil, daß alle Wiedergewinnungsverfahren auch zu einer
Verringerung der organischen Materialien, die im Abwasser/in
den Abwässern vorhanden sind, beiträgt, so daß die
Gesamtkosten für die Abfallbehandlung verringert werden.
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Die folgenden Techniken sind zur Wiedergewinnung von α-
APM-Ausgangsmaterialien bekannt: (1) Hydrolyse von β-APM mit
einer wäßrigen Mineralsäurelösung und Ausfällen von
L-Phenylalanin bei einem pH-Wert von 4 bis 8 und anschließende
Ausfällung von L-Asparaginsäure bei einem pH-Wert von 3 bis 1
(japanische Offenlegungsschrift 48-97812); (2) Konzentrieren
eines oder mehrerer Filtrate und dergleichen, die bei der
Herstellung von α-APM verwendet werden, Hydrolyse des
Konzentrats, Ansäuern des Konzentrats, um das Salz von
L-Phenylalanin auszufällen, und Einstellung des pH-Werts der
Mutterlauge, um L-Asparaginsäure zu erhalten (japanische
Offenlegungsschrift 57-130958, entsprechend EP-A-0 055 612);
und (3) Konzentrieren der Mutterlauge, die im Verlauf der
Herstellung von α-APM gebildet wird, unterhalb 70ºC und
Hydrolyse des Konzentrats zur Wiedergewinnung von
L-Phenylalanin
und L-Asparaginsäure (japanische Offenlegungsschrift 63-
159355).
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Ein Verfahren zur Wiedergewinnung von α-L-Aspartyl-L-
phenylalaninmethylester (α-APM) oder dessen Hydrochlorid aus
einer verbrauchten Mutterlauge, die bei der industriellen
Isolierung und Reinigung von α-APM erhalten wird, wird in
EP-A-0 248 416 offenbart. Gemäß dieser Druckschrift werden
die Probleme, die mit großen Mengen an anorganischen Salzen
verbunden sind, die in der Mutterlauge vorhanden sind, durch
die Verwendung einer Umkehrosmosemembran mit einer
spezifischen Chloridinhibition zur Entsalzung und Konzentrierung
einer Lösung, die α-APM enthält, gelöst. Das Konzentrat wird
dann mit einem wäßrigen Lösungsmittel, das Methanol und
Chlorwasserstoffsäure enthält, zur Ausfällung von
α-APM-Hydrochlorid in Kontakt gebracht, wobei gegebenenfalls eine
Neutralisation erfolgen kann.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
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Gemäß den hier beschriebenen Wiedergewinnungsverfahren
werden nicht wiedergewonnener α-APM und verunreinigende
Nebenprodukte, die in Mutterlaugen enthalten sind,
hydrolysiert, und L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure werden
wiedergewonnen. Der Gesamtwirkungsgrad derartiger Verfahren ist
allerdings sehr schlecht; jeglicher vorhandener nicht
wiedergewonnener α-APM wird zerstört. Dementsprechend ist ein
Verfahren zur Wiedergewinnung von α-APM oder von dessen
Säuresalz-Analogon aus Mutterlaugen ohne Zersetzung in
L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure wünschenswert.
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Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, haben die Erfinder
der vorliegenden Anmeldung guindliche Untersuchungen über die
Aufgabe durchgeführt und die vorliegende Erfindung
entwikkelt, die nachstehend erklärt wird.
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Das vorstehende Problem ist durch Entwicklung eines
Verfahrens gelöst worden, das das Konzentrieren eines Teils oder
der Gesamtmenge der Mutterlauge, die bei der Fest-Flüssig-
Trennung einer Suspension von
α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylesterkristallen, aus der kein anorganisches Salz als
solches entfernt worden ist (Lösung A), erhalten wird, und
anschließend entweder die Zugabe von Chlorwasserstoffsäure und
Methanol zu einem Teil des resultierenden Konzentrats oder
das Mischen eines Teils des resultierenden Konzentrats mit
einem Lösungsmittel, das Chlorwasserstoff säure, Methanol und
Wasser umfaßt und α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester
enthält oder davon frei ist, um
α-L-Aspartyl-L-phenylalaninmethylester und/oder dessen Hydrochlorid (α-L-Aspartyl-L-
phenylalaninmethylester-Hydrochlorid) wiederzugewinnen, und
Hydrolyse der verbleibenden Lösung A mit
Chlorwasserstoffsäure zur Wiedergewinnung von L-Phenylalanin oder
L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure umfaßt. Auf diese Weise wird der
Einheitsverbrauch an L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure pro
Mol α-APM verringert, können Ressourcen wirksam genutzt
werden und wird die Menge an organischem Material im Abwasser
verringert, was zu einem hervorragenden Gesamtwirkungsgrad
führt.
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Wenn ein "Teil" einer speziellen Lösung verwendet wird
oder verwendet werden kann, dann ist ein Volumenteil gemeint,
wobei dieser Teil jeder von 0 verschiedene Prozentsatz
kleiner als 100% des Ursprungsvolumens der Anfangslösung
bedeutet.
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Es ist bevorzugt, daß die Menge an Chlorwasserstoffsäure
und Methanol, die mit der konzentrierten Lösung A (die
erhalten wurde, indem eine Suspension von α-APM-Kristallen einer
Fest-Flüssig-Trennung unterzogen und die Gesamtmenge oder ein
Teil der Mutterlauge konzentriert wurde) gemischt werden
soll, um α-APM als dessen Hydrochlorid wiederzugewinnen,
einen solchen Anteil ausmacht, daß die Chlorwasserstoffsäure in
mindestens einem 1-zu-1-Mol/Mol-Verhältnis des in dem
Konzentrat vorhandenen α-APM verwendet wird und daß Methanol in
einer solchen Menge verwendet wird, daß nicht der
Dimethylester (α-A(M)PM) von α-APM gebildet wird (nicht mehr als 15
Gew.-%, bezogen auf das Gemisch). Wenn die
Chlorwasserstoffsäure mit der Lösung A gemischt wird, dann werden
gelegentlich anorganische Salze ausgefällt, und zwar abhängig von der
Zusammensetzung von Chlorwasserstoffsäure und Methanol; in
diesem Fall werden die anorganischen Salze zusammen mit dem
α-APM-Hydrochlorid abfiltriert und in die folgende Stufe der
Neutralisation und Kristallisation von α-APM gebracht. Wenn
die anorganischen Salze jedoch in so kleinen Mengen vorhanden
sind, daß sie in der Neutralisations- und
Kristallisationsstufe
entfernt werden können, dann gelangen die Salze nicht
in das α-APM-Endprodukt.
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Eine weitere Ausführungsform zur Wiedergewinnung von α-
APM aus Lösung A umfaßt, wenn die Hauptstufen der Herstellung
von α-APM eine Stufe der Kristallisation des
α-APM-Säuresalzes umfassen, die Aufnahme eines Teils der Lösung A in die
Kristallisationsstufe. Auf diese Weise werden die Mengen der
Lösungskomponenten so eingestellt, daß die Ausfällung von
anorganischen Salzen vermieden wird, was die weiteren Stufen
einfacher macht. Daher ist es bevorzugt, daß zusätzliche
Lösung A zugegeben wird, um die Natriumchloridkonzentration
nach der Kristallisation von α-APM-Hydrochlorid auf 6 g/dl
oder weniger einzustellen, wobei angenommen wird, daß die
Konzentration an Chlorwasserstoffsäure in der Lösung von α-
APM-Hydrochlorid 3,5 normal ist und die
α-APM-Hydrochloridlösung auf 5ºC nach der Neutralisation gekühlt wird. Die
Löslichkeit des α-APM-Hydrochlorids nimmt in Gegenwart von
anorganischen Salzen, die in der Lösung gebildet werden,
aufgrund des Effekts, der mit dem Aussalzen oder "entsalzen"
verbunden ist, ab. Wenn dementsprechend die Salzkonzentration
nach der Neutralisation der α-APM-Säuresalzlösung zu gering
ist, dann wird die Ausbeute an α-APM-Säuresalz verringert.
Es ist daher nicht bevorzugt, die Salzkonzentration unter den
erforderlichen Wert zu verringern. Ferner ist es von Vorteil,
wenn eine gewisse Menge anorganischer Chloride vorhanden
sind, was die Menge an Chlorwasserstoff, die zur
Kristallisation erforderlich ist, verringert, wie es in der japanischen
Offenlegungsschrift 62-16498 gezeigt wird.
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Wenn große Mengen an α-AP in der Lösung enthalten sind,
dann kristallisiert α-AP während der Kristallisation von α-
APM-Hydrochlorid, was zu einer Verringerung von Ausbeute und
Reinheit führt. In diesem Fall werden daher mindestens 2 Mol
Methanol pro Mol α-APM und Chlorwasserstoffsäure vor
Versuchen zur α-APM-Wiedergewinnung zugegeben, um α-AP in den
Dimethylester (α-A(M)PM) umzuwandeln. α-APM kann dann als das
Hydrochlorid gemäß dem Verfahren der japanischen
Offenlegungsschrift 59-219258 wiedergewonnen werden, wobei Reinheit
und Ausbeute verbessert werden können.
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Beim Konzentrieren eines Teils oder der Gesamtmenge der
Mutterlauge, die erhalten wurde, indem eine Suspension von
α-APM-Kristallen einer Fest-Flüssig-Trennung unterzogen
wurde, kann die Mutterlauge absatzweise oder kontinuierlich
konzentriert werden; es kann ein Gerät mit einer beliebigen
auf diesem Gebiet bekannten Form und/oder Betriebsweise
verwendet werden. Die Ausfällung von α-APM oder beliebigen
Salzen als Folge von Konzentrations- oder Neutralisationsstufen
soll jedoch vermieden werden. Es ist daher bevorzugt, daß die
Konzentrierung von α-APM so gesteuert wird, daß Lösungen
erhalten werden, deren Konzentration an α-APM nicht größer als
die Löslichkeit von α-APM bei der beim Konzentrieren
angewandten Temperatur ist (die Löslichkeit von α-APM bei 80ºC
beträgt 10 g/dl).
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Die verbleibende, bei der Wiedergewinnung von α-APM
nicht verwendete Lösung A kann gegebenenfalls erneut
konzentriert werden. Während des Konzentrierens kann die
Mutterlauge, die nach Abtrennen des anfänglich erhaltenen α-APM-
Hydrochlorids erhalten wird, mit der verbleibenden Lösung A
vereinigt werden, und das resultierende Gemisch kann
konzentriert werden, um L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure nach
Hydrolyse wiederzugewinnen. Diese Ausführungsform ist
wirksamer als die unabhängige Wiedergewinnung.
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Zur Hydrolyse des Konzentrats wird Chlorwasserstoffsäure
verwendet. Es ist üblich, die Hydrolyse bei einer Temperatur
nahe dem Siedepunkt durchzuführen. Eine Hydrolyse über eine
lange Zeitspanne soll vermieden werden, um eine Racemisierung
zu verhindern. Der Fachmann ist mit den Bedingungen, die für
die Hydrolyse erforderlich sind, vertraut.
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Nach der Hydrolyse wird der pH-Wert des Hydrolysats auf
einen Wert zwischen 4 und 7 unter Verwendung einer Base, wie
Ammoniak, Natriumhydroxid und dergleichen, zur Fällung von L-
Phenylalanin eingestellt. Anschließend wird der pH-Wert der
Mutterlauge, aus der L-Phenylalanin isoliert worden ist,
weiter auf einen Wert von 2 bis 3 mit einer Mineralsäure, wie
Salzsäure und dergleichen, eingestellt, um L-Asparaginsäure
wiederzugewinnen. Beim Ausfällen von L-Phenylalanin aus dem
Hydrolysat ist es bevorzugt, die Kristallisation unter
solchen Bedingungen durchzuführen, daß die Konzentration an
anorganischen Salzen, die während der Neutralisation gebildet
werden, nahezu die Sättigungslöslichkeit erreicht; in diesem
Fall wird die Löslichkeit von L-Phenylalanin aufgrund des
Aussalzeffektes sehr gering, was zu einer hohen Ausbeute
führt.
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Die wiedergewonnenen Substanzen L-Phenylalanin und
L-Asparaginsäure werden im allgemeinen zur Verringerung des
Einheitsverbrauchs an L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure zur
Herstellung von 1 Mol α-APM wiederverwendet.
Selbstverständlich können die wiedergewonnenen Substanzen L-Phenylalanin
und L-Asparaginsäure auch als Ausgangsmaterialien für die
Synthese anderer chemischer Substanzen verwendet werden&sub1; ohne
sie erneut der Herstellung von α-APM zuzuführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Figuren 11 2 und 3 sind Flußdiagramme, die die Ansätze
in Beispiel 1 beschreiben.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Durch Wiedergewinnung von α-APM aus der Mutterlauge, die
durch die Trennung einer α-APM-Kristallsuspension nach
Neutralisation des α-APM-Säuresalzes erhalten wird, ohne daß
nicht wiedergewonnener α-APM zersetzt wird, wird der
Wirkungsgrad verbessert. Ferner wird der Einheitsverbrauch von
L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure bei der Herstellung von
α-APM verringert, indem DKP, DKP-OMe, F-APM, APM2, A2PM, β-
APM und dergleichen in L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure
umgewandelt werden.
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Nachstehend wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf
die nachstehenden Beispiele erläutert.
Beispiele
Beispiel 1
Ansatz 1
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Zu 197 ml einer α-APM-Lösung mit der in Tabelle 1
angegebenen Zusammensetzung wurden 80 ml 35%ige
Chlorwasserstoffsäure und 134 ml Wasser gegeben. Die Kristallisation von α-
APM-Hydrochlorid unter Rühren wurde bei 20ºC für 3 Tage in
einem Gefäß mit einem Volumen von 500 ml durchgeführt, und
die resultierende Aufschlämmung wurde über einen halben Tag
bei 5ºC ausreichend entübersättigt. Die Filtration ergab
Kristalle
von α-APM-Hydrochlorid. Die auf diese Weise
erhaltenen α-APM-Hydrochloridkristalle wurden in 1350 ml Wasser bei
50ºC gelöst. Anschließend wurde der pH-Wert dieser Lösung auf
4,8 mit 16,4 g/dl an wäßrigem Natriumcarbonat zur
Neutralisation von α-APM-Hydrochlorid eingestellt. Aus der erhaltenen
α-APM-Neutralisationslösung wurde α-APM auskristallisiert,
wobei man eine Aufschlämmung von α-APM-Kristallen erhielt.
Die resultierende α-APM-Kristallaufschlämmungslösung wurde
einer Fest-Flüssig-Trennung unterzogen&sub1; und 1510 ml der
Mutterlauge wurden auf 222 ml bei 70ºC unter einem verringertem
Druck von 120 Torr konzentriert. 86 ml des Konzentrats wurden
in Ansatz 2 verwendet.
Tabelle 1
Ansatz 2
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Die experimentellen Verfahren von Ansatz 2 in Fig. 1
gezeigt. Zu 197 ml α-APM-Lösung mit der in Tabelle 1
angegebenen Zusammensetzung wurden 80 ml 35%ige
Chlorwasserstoffsäure, 48 ml Wasser und 86 ml der in Ansatz 1 erhaltenen
konzentrierten α-APM-Mutterlauge gegeben. Es wurde bei 20ºC für 3
Tage in einem Gefäß mit einem Volumen von 500 ml gerührt, um
α-APM-Hydrochlorid zu kristallisieren, und die Aufschlämmung
wurde über einen halben Tag bei 5ºC entübersättigt, wobei man
Kristalle von α-APM-Hydrochlorid erhielt. Während des
Verfahrens kristallisierten keine Kristalle von Natriumchlorid.
Die α-APM-Hydrochloridkristalle wurden abfiltriert, und die
erhaltene gebildete Mutterlauge wurde später in Ansatz 3
verwendet. Die auf diese Weise erhaltenen
α-APM-Hydrochloridkristalle wurden in 1350 ml Wasser bei 50ºC gelöst.
Anschließend
wurde der pH-Wert dieser Lösung auf 4,8 mit 16,4 g/dl
wäßriger Natriumcarbonatlösung zur Neutralisation von α-APM-
Hydrochlorid eingestellt. Aus der erhaltenen
α-APM-Neutralisationslösung wurde α-APM auskristallisiert, wobei man eine
Aufschlämmungslösung von α-APM-Kristallen erhielt. Die
resultierende α-APM-Kristallaufschlämmungslösung wurde einer
Fest-Flüssig-Trennung unterzogen, wobei man 80 g nasse
Kristalle von α-APM erhielt. 1510 ml der Mutterlauge wurden auf
112 ml bei 70ºC unter einem verringertem Druck von 120 Torr
konzentriert. 86 ml dieses Konzentrats wurden im Kreis in die
Stufe der Kristallisation von α-APM-Hydrochlorid geführt,
und 26 ml wurden in Ansatz 3 verwendet.
Ansatz 3
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Das experimentelle Verfahren von Ansatz 3 in Fig. 2
gezeigt. Die Mutterlauge (292 ml), die in Ansatz 2, in dem α-
APM-Hydrochlorid isoliert wurde, erhalten wurde, 26 ml der
konzentrierten α-APM-Mutterlauge und 41 ml der Waschlösung,
die nach Isolierung und Waschen von L-Phenylalanin gemäß der
nachstehenden Beschreibung erhalten wurde, wurden vereinigt.
Das Gemisch wurde bei 75ºC unter verringertem Druck von 150
Torr auf 222 ml konzentriert. Nach der Konzentration wurde
diese Lösung bei 105ºC für 5 Stunden hydrolysiert.
Anschließend wurde das Hydrolysat auf einen pH-Wert von 5,6 bei 85ºC
mit 68 ml 48%igem Natriumhydroxid neutralisiert. Abkühlen auf
5ºC ergab eine Aufschlämmungslösung von
L-Phenylalaninkristallen. Aus der Aufschlämmungslösung wurde L-Phenylalanin
isoliert und mit 44 ml Wasser gewaschen, wobei man 34 g nasse
Kristalle von L-Phenylalanin erhielt. Gemäß der vorstehenden
Beschreibung wurden 41 ml einer Waschlösung wie diese in der
Konzentrationsstufe vor der Hydrolyse wiederverwendet Nach
der Isolierung wurden 268 ml der Mutterlauge in Ansatz 4
verwendet.
Ansatz 4
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Das experimentelle Verfahren von Ansatz 4 ist in Fig. 3
gezeigt. Die Mutterlauge (268 ml), die in Ansatz 3 erhalten
wurde, bei dem nasse Kristalle von L-Phenylalanin isoliert
wurden, wurde bei 5ºC gehalten, und 15 ml 35%ige
Chlorwasserstoffsäure wurden zur Einstellung des pH-Wertes auf 3,2
zugegeben. Die auf diese Weise hergestellte Aufschlämmungslösung
von Asparaginsäurekristallen wurde einer
Fest-Flüssig-Trennung unterzogen. Nach Isolierung der Asparaginsäure ergab
Waschen mit 95 ml Wasser 16 g Kristalle von Asparaginsäure.
Beispiel 2
Ansatz 1: Herstellung von
N-Formyl-L-asparaginsäureanhydrid
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Zu 671 ml Ameisensäure, 226 ml Essigsäure und 226 ml
Toluol wurden 1437 ml Essigsäureanhydrid gegeben. Nach Zugabe
von 910 g L-Asparaginsäure und 12,8 g
Magnesiumacetat-Tetrahydrat zu der auf diese Weise hergestellten Lösung wurde das
Gemisch bei einer Temperatur von 45ºC gehalten und für 3,5
Stunden unter Rühren umgesetzt. Zu der resultierenden
Aufschlämmung wurden 3970 ml Toluol gegeben. Nach Eiskühlung für
1 Stunde unter Rühren wurde das Gemisch filtriert, während
ein Unterdruck angelegt wurde, wobei man 917 g kristallines
N-Formyl-L-asparaginsäureanhydrid erhielt.
Ansatz 2: Herstellung von L-Phenylalaninmethylester
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Zu einem Gemisch von 10,2 l Methanol und 335 ml konz.
Schwefelsäure wurden 1050 g L-Phenylalanin gegeben. Das
Gemisch wurde bei 90ºC für 5 Stunden gerührt, um eine
Veresterung durchzuführen. Die Reaktionslösung wurde mit 15%iger
wäßriger Natriumcarbonatlösung auf einen pH-Wert von 7
eingestellt. L-Phenylalaninmethylester wurde mit Toluol
extrahiert, wobei man 10,7 l Toluollösung von
L-Phenylalaninmethylester erhielt.
Ansatz 3: Herstellung von α-APM-Hydrochlorid
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Mit einem Gemisch aus der Toluollösung von
L-Phenylalaninmethylester, die in Ansatz 2 erhalten wurde, und 1,4 l
Essigsäure wurde das in Ansatz 1 erhaltene
N-Formyl-L-asparaginsäureanhydrid gemischt. Dieses Gemisch wurde bei 30ºC für
30 Minuten umgesetzt. Wasser wurde zu der Lösung gegeben, und
die wäßrige Phase wurde abgetrennt. Toluol und Essigsäure
wurden aus der wäßrigen Lösung abdestilliert. Zu dieser
Lösung (2,7 l), die
N-Formyl-α-L-aspartyl-L-phenylalaninmethylester enthielt, wurden 1820 ml Wasser, Methanol und
Chlorwasserstoffsäure (12 % Methanol und 32 %
Chlorwasserstoffsäure auf der Basis des Gesamtvolumens der Endlösung)
gegeben, um eine Kristallisation von α-APM-Hydrochlorid
durchzuführen. Die Menge an erhaltenem α-APM-Hydrochlorid
betrug 1934 g.
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Ansatz 4: Herstellung von α-APM und Wiedergewinnung von
L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure
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Die Gesamtmenge des in Ansatz 3 erhaltenen
α-APM-Hydrochlorids wurde in Wasser (23,3 1) gelöst. Die Lösung wurde
mit 15%igem Natriumcarbonat zur Einstellung des pH-Wertes auf
5 neutralisiert. Die Kristalle wurden einer
Fest-Flüssig-Trennung unterzogen, wobei man 1001 g nasse Kristalle von α-
APM erhielt. Die Mutterlauge (Lösung A), die nach der
Fest-Flüssig-Trennung erhalten wurde, wurde auf ein Volumen von
1820 ml konzentriert; 1460 ml davon wurden für die
Rückführung in die α-APM-Hydrochlorid-Kristallisationslösung bei
der Herstellung von α-APM aufbewahrt. Die verbleibenden 360
ml an Lösung A und 4,75 1 der bei der Kristallisation von α-
APM-Hydrochlorid in Ansatz 3 erhaltenen Mutterlauge wurden
vereinigt, woran sich eine Konzentration und eine Hydrolyse
mit Chlorwasserstoffsäure anschlossen. Durch Einstellung des
pH-Wertes auf 5 mit Natriumhydroxid wurden 308,7 g
L-Phenylalanin gewonnen; anschließend wurden 312,1 g L-Asparaginsäure
aus der Mutterlauge durch Einstellung des pH-Wertes auf 3,2
gewonnen. Die wiedergewonnenen Substanzen L-Phenylalanin und
L-Asparaginsäure wurden als Ausgangsmaterialien für die
weitere Herstellung von α-APM in Ansatz 5 verwendet.
Einzelheiten der Verfahren sind ähnlich denen von Beispiel 1.
Ansatz 5
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Die Ansätze 1-4 wurden 7 mal wiederholt, wobei α-APM
hergestellt wurde, zusätzliches α-APM gewonnen wurde und
dann L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure gewonnen wurden. Die
wiedergewonnenen Substanzen L-Phenylalanin und
L-Asparaginsäure wurden erneut als Ausgangsmaterialien bei der
Herstellung von α-APM verwendet. Wenn die Mengen an L-Phenylalanin
oder L-Asparaginsäure zu gering waren, wurden frisches
L-Phenylalanin oder frische L-Asparaginsäure nach Bedarf
zugeführt. Bei und nach der zweiten Wiederholung wurden 1090 ml
konzentrierte α-APM-Kristallisationsmutterlauge und 730 ml
Wasser bei der Kristallisation des Hydrochlorids in Ansatz 2
zugeführt, und zwar anstelle von 1820 ml Wasser. Der
Einheitsverbrauch (Gewicht in kg an frischen Ausgangsmaterialien
für die Herstellung von 1 kg α-APM) an L-Phenylalanin und L-
Asparaginsäure betrug 0,695 bzw. 0,644; vergleiche Tabelle 2.
Beispiel 3
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Das gleiche Verfahren wie in den Ansätzen 1 bis 4 von
Beispiel 2 wurde 7 mal wiederholt. Bei und nach der zweiten
Wiederholung wurden 1090 ml der konzentrierten
α-APM-Kristallisationsmutterlauge und 730 ml Wasser bei der
Kristallisation des Hydrochlorids in Ansatz 3 von Beispiel 2
anstelle von 1820 Wasser zugeführt. Die gleichen Verfahren wie in
Beispiel 2 wurden wiederholt, mit der Ausnahme, daß 1090 ml
der Mutterlauge (Lösung A), die bei der Fest-Flüssig-Trennung
in Ansatz 4 erhalten wurde, zur Zurückführung in die α-APM-
Hydrochlorid-Kristallisationslösung im nächsten Ansatz
aufbewahrt und die verbleibenden 730 ml für die Wiedergewinnung
von L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure verwendet wurden.
Diese Verfahren wurden 7 mal wiederholt. Als Ergebnis betrug
der Einheitsverbrauch an L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure
0,706 bzw. 0,657; vergleiche Tabelle 2.
Tabelle 2
Beispiel 4
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Die gleichen Verfahren wie in den Ansätzen 1 bis 4 von
Beispiel 2 wurden 7 mal wiederholt. Bei und nach der zweiten
Wiederholung wurden 730 ml der konzentrierten
α-APM-Kristallisationsmutterlauge und 1090 ml Wasser bei der
Kristallisation des Hydrochlorids in Ansatz 3 von Beispiel 2 anstelle
von 1820 ml Wasser zugeführt. Das gleiche Verfahren wie in
Beispiel 2 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß 730 ml der
Mutterlauge (Lösung A), die bei der Fest-Flüssig-Trennung in
Ansatz 4 erhalten wurde, für die Rückführung in die α-APM-
Hydrochlorid-Kristallisationslösung im nächsten Ansatz
aufbewahrt und die verbleibenden 1090 ml zur Wiedergewinnung von
L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure verwendet wurden. Die
Verfahren wurden 7 mal wiederholt. Als Ergebnis betrug der
Einheitsverbrauch an L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure
0,717 bzw. 0,670; vergleiche Tabelle 2.
Beispiel 5
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Die gleichen Verfahren wie in den Ansätzen 1 bis 4 von
Beispiel 2 wurden 7 mal wiederholt. Bei und nach der zweiten
Wiederholung wurden 360 ml der konzentrierten
α-APM-Kristallisationsmutterlauge und 1460 ml Wasser bei der
Kristallisation des Hydrochlorids in Ansatz 3 von Beispiel 2 anstelle
von 1820 ml Wasser zugeführt. Die gleichen Verfahren wie in
Beispiel 2 wurden wiederholt, mit der Ausnahme, daß 360 ml
der Mutterlauge (Lösung A), die bei der Fest-Flüssig-Trennung
in Ansatz 4 erhalten wurde, für die Zurückführung in die α-
APM-Hydrochlorid-Kristallisationslösung im nächsten Ansatz
aufbewahrt und die verbleibenden 1460 ml zur Wiedergewinnung
von L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure verwendet wurden.
Diese Verfahren wurden 7 mal wiederholt. Als Ergebnis betrug
der Einheitsverbrauch an L-Phenylalanin und L-Asparaginsäure
0,728 bzw. 0,684; vergleiche Tabelle 2.
Beispiel 6
Ansatz 1
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Zu 197 ml α-APM-Lösung mit der in Tabelle 1 angegebenen
Zusammensetzung wurden 80 ml 35%ige Chlorwasserstoffsäure und
134 ml Wasser gegeben, woran sich die Kristallisation von α-
APM-Hydrochlorid anschloß. Nach der Kristallisation unter
Rühren, die bei 2000 für 3 Tage in einem Gefäß mit einem
Volumen von 500 ml durchgeführt wurde, wurde die Aufschlämmung
ausreichend bei 500 über einen halben Tag entübersättigt. Die
Filtration ergab Kristalle von α-APM-Hydrochlorid. In diesem
Fall wurden 290 ml Mutterlauge erhalten und in Ansatz 3
verwendet. Die auf diese Weise erhaltenen
α-APM-Hydrochloridkristalle wurden in 1350 ml Wasser bei 5000 gelöst.
Anschließend wurde der pH-Wert dieser Lösung auf 4,8 mit 16,4 g/dl
wäßriger Natriumcarbonatlösung zur Neutralisation des α-APM-
Hydrochlorids eingestellt. Aus der erhaltenen
α-APM-Neutralisationslösung
wurde α-APM kristallisiert, wobei man eine
Suspension von oc-APM-Kristallen erhielt. Die resultierende
α-APM-Kristallsuspension wurde einer Fest-Flüssig-Trennung
unterzogen, und 1520 ml der Mutterlauge wurden auf ein
Volumen von 222 ml bei 70ºC unter einem verringerten Druck von
120 Torr konzentriert. Von dem Konzentrat wurden 86 ml in
Ansatz 2 verwendet, und 136 ml wurden in Ansatz 3 verwendet.
Die Menge an nassen Kristallen von α-APM betrug 80 g.
Ansatz 2
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Zu 86 ml der in Ansatz 1 erhaltenen konzentrierten α-
APM-Mutterlauge wurden 34 ml konz. Chlorwasserstoffsäure und
8 ml Methanol gegeben, woran sich die Kristallisation von α-
APM-Hydrochlorid anschloß. Nachdem die Kristallisation unter
Rühren bei 2000 für 3 Tage in einem Gefäß mit einem Volumen
von 500 ml durchgeführt worden war, wurde die Aufschlämmung
bei 500 über einen halben Tag ausreichend entübersättigt, um
α-APM als Kristalle von α-APM-Hydrochlorid zu gewinnen.
Während dieses Verfahrens kristallisierten keine Kristalle von
Natriumchlorid. Die α-APM-Hydrochloridkristalle wurden
filtriert, wobei man 4,11 g nasse Kristalle an
α-APM-Hydrochlorid erhielt.
Ansatz 3
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Die Mutterlauge (290 ml), die in Ansatz 2 erhalten
wurde, bei dem α-APM-Hydrochlorid isoliert wurde, und 26 ml der
konzentrierten α-APM-Mutterlauge wurden vereinigt. Das
Gemisch wurde auf ein Volumen von 222 ml bei 75ºC unter einem
verringertem Druck von 150 Torr konzentriert. Anschließend an
die Konzentrierung wurde diese Lösung bei 105ºC für 5 Stunden
hydrolysiert. Das Hydrolysat wurde dann auf einen pH-Wert von
5,6 bei 85ºC mit 48%igem Natriumhydroxid neutralisiert.
Abkühlen auf 5ºC ergab eine Aufschlämmungslösung von
L-Phenylalaninkristallen. Aus der Aufschlämmung wurde L-Phenylalanin
isoliert und mit 44 ml Wasser gewaschen, wobei man 32 g nasse
Kristalle von L-Phenylalanin erhielt. Nach der Isolierung
wurden 265 ml der Mutterlauge in Ansatz 4 verwendet.
Ansatz 4
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Die experimentellen Verfahren von Ansatz 4 sind in Fig.
3 gezeigt. Die Mutterlauge (265 ml), die in Ansatz 3 erhalten
wurde, in dem nasse Kristalle von α-APM isoliert wurden,
wurde bei 500 gehalten, und 15 ml 35%ige
Chlorwasserstoffsäure wurden zur Einstellung des pH-Wertes auf 3,2 zugegeben.
Die auf diese Weise hergestellte Aufschlämmungslösung von
Asparaginsäurekristallen wurde einer Fest-Flüssig-Trennung
4 unterzogen. Nach Isolierüng von Asparaginsäure ergab das
Waschen mit 95 ml Wasser 15 g Kristalle von Asparaginsäure.
Vergleichsbeispiel 1
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Die gleichen Verfahren wie in den Ansätzen 1 bis 4 von
Beispiel 2 wurden wiederholt. Auch bei und nach der zweiten
Wiederholung wurden die gleichen Verfahren wie in Beispiel 2
durchgeführt, mit der Ausnahme, daß 1820 ml Wasser bei der
Kristallisation des Hydrochlorids in Ansatz 3 zugegeben
wurden. Die Verfahren wurden 7 mal wiederholt. Als Ergebnis
betrug der Einheitsverbrauch an L-Phenylalanin und
L-Asparaginsäure 0,739 bzw. 0,697; vergleiche Tabelle 2.
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Offensichtlich sind zahlreiche Modifikationen und
Variationen der vorliegenden Erfindung im Licht der vorstehenden
Lehre möglich. Es ist daher darauf hinzuweisen, daß innerhalb
des Umfangs der beigefügten Ansprüche die Erfindung auf
andere Weise ausgeführt werden kann, als es hier speziell
beschrieben wurde.