DE69631878T2

DE69631878T2 - Clavulansäure extraktionsverfahren

Info

Publication number: DE69631878T2
Application number: DE69631878T
Authority: DE
Inventors: Simon Worthing RUDDICK
Original assignee: SmithKline Beecham Ltd
Current assignee: SmithKline Beecham Ltd
Priority date: 1995-01-19
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2016-01-18
Also published as: PL321381A1; JPH10512557A; GB9500977D0; EA000277B1; PT804441E; AP672A; NZ300604A; KR19980701485A; ZA96392B; EA199700121A1; FI973057A; HK1004134A1; CA2210748A1; NO317281B1; HU228768B1; CZ294581B6; ATE261976T1; EP0804441A1; HUP9801699A3; HUP9801699A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein wässriges Extraktionsverfahren für Clavulansäure. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren, in denen eine erste flüssige Phase, die eine gelöste Clavulansäure enthält, in Kontakt mit einer wässrigen Phase, die auch ein Lösungsmittel für Clavulansäure, aber mit der ersten flüssigen Phase nicht mischbar ist, gebracht und die Clavulansäure in die zweite flüssige Phase extrahiert werden.
In einigen bekannten Extraktionsverfahren wird ein gelöster organischer Stoff in schwacher Lösung in einem organischen Lösungsmittel in Kontakt mit einem wässrigen Medium gebracht, um den gelösten Stoff in das wässrige Medium zu extrahieren und dadurch eine relativ konzentrierte wässrige Lösung im wässrigen Medium zu bilden. Dieses Verfahren wird als "Rückextraktion" oder "Strippen" bezeichnet. In einigen Fällen wird der gelöste Stoff einer chemischen Behandlung unterzogen, wobei er im organischen Lösungsmittel gelöst ist, um u.a. die Löslichkeit des gelösten Stoffes im wässrigen Medium, z.B. durch Salzbildung, zu erhöhen, wobei er im organischen Lösungsmittel vorliegt, um die wässrige Löslichkeit des gelösten Stoffes als Salz zu erhöhen.
In einigen Verfahren durchläuft das wässrige Medium eine Kreislaufschleife, worin man einen Strom aus wässrigem Medium in Kontakt mit einem Strom des in dem organischen Lösungsmittel gelösten Stoffes gelangen lässt, um dadurch einen wesentlichen Mengenanteil des gelösten Stoffes aus dem Lösungsmittel zu extrahieren, worauf dieses wässrige Medium, das den extrahierten gelösten Stoff enthält, im Kreislauf geführt wird und man dieses in Kontakt mit frischem eingeleiteten gelösten Stoff bringt, der im organischen Lösungsmittel gelöst ist.
In einer Form dieses Kreislaufverfahrens lässt man das wässrige Medium mehrmals so zirkulieren, dass die Konzentration des gelösten Stoffes im wässrigen Medium auf ein Optimum ansteigt. In einigen Fällen liegt, wenn sich das wässrige Medium in so einer Kreislaufschleife befindet, das organische Lösungsmittel selbst in einer Kreislaufschleife vor, die z.B. aus einer vorgeschalteten Extraktion des gelösten Stoffes in das organische Lösungsmittel aus einer wässrigen Quelle des gelösten Stoffes, wie des Produktes einer chemischen Reaktion oder Fermentation, resultiert, um weiteren gelösten Stoff aufzunehmen und konzentrierter zu werden.
Ein allgemeines Problem im Zusammenhang mit solchen Extraktionsverfahren, insbesondere wenn das wässrige Medium in einer Kreislaufschleife vorliegt, beruht darauf, dass, wenn nur ein begrenzter Kontaktgrad zwischen dem gelösten Stoff im organischen Lösungsmittel und dem wässrigen Medium erreicht wird, ein relativ großes Volumenverhältnis des wässrigen Mediums zum ersten organischen Lösungsmittel im Mischbereich erforderlich ist. Dies kann zu relativ großen Anlagenbauten führen.
Außerdem sind einige gelöste Stoffe relativ instabil sowohl in wässrigen Medien als auch in den gewöhnlich verwendeten organischen Lösungsmitteln, besonders wenn diese nass sind, und wenn nur ein begrenzter Vermischungsgrad zwischen der Lösung im organischen Lösungsmittel und im wässrigen Medium erreicht wird, insbesondere wenn das wässrige Medium mehrmals in der Schleife geführt wird, werden die Zeit, während der der gelöste Stoff im wässrigen Medium bleibt, und das Lösungsmittel zum Nachteil des gelösten Stoffes verlängert bzw. erhöht. Dies ist besonders entscheidend im Fall pharmazeutischer Verbindungen, die oft empfindlich gegen Hydrolyse usw. in Lösung sind. Clavulansäure stellt eine solche Verbindung dar.
Die Clavulansäure ((Z)-(2R,5R)-3-(2-Hydroxyethyliden)-7-oxo-4-oxa-1-azabicylo[3.2.0]heptan-2-carbonsäure) ist ein β-Lactamase-Inhibitor, der im Handel als eine Komponente pharmazeutischer Zubereitungen, gewöhnlich in der Form ihrer Salze, besonders als Kaliumclavulanat erhältlich ist. Clavulansäure wird handelsüblich mit Kulturen des Mikroorganismus Streptomyces clavuligerus erzeugt, wie z.B. beschrieben in GB-A-1508977.
Calvulansäure oder ihre Salze können direkt aus dem Kulturmedium auf verschiedenen Wegen extrahiert werden, im Normalfall werden aber die Zellen des S. clavuligerus aus dem Kulturmedium durch solche Verfahren wie Filtration oder Zentrifugation entfernt, bevor mit derartigen Extraktionsverfahren begonnen wird. Eine Gesamt-Mutterlaugenextraktion kann ebenfalls angewandt werden.
Clavulansäure oder ihre Salze können aus geklärtem Kulturmedium durch eine Vielzahl von Verfahren extrahiert werden. Eine Lösungsmittelextraktion aus kaltem geklärten Kulturmedium, das auf saure pH-Werte eingestellt wurde, und Verfahren, bei denen die anionische Natur der Clavulansäure bei neutralem pH-Wert genutzt wurde, wie durch die Anwendung von Anion-Austauschharzen, haben sich als besonders geeignet erwiesen. Ein weiteres geeignetes Verfahren beruht darauf, einen Ester der Clavulansäure zu bilden, den Ester zu reinigen und die Säure oder ihr Salz daraus zu regenerieren.
Die Extraktionsverfahren zum Erhalt der Clavulansäure oder ihrer Salze können theoretisch in ein primäres Isolierungsverfahren aufgeteilt werden, worauf ein weiteres Reinigungsverfahren erfolgt.
Geeignete primäre Isolierungsverfahren schließen eine Lösungsmittelextraktion der freien Clavulansäure ein. Im Lösungsmittelextraktionsverfahren wird die Clavulansäure in ein organisches Lösungsmittel aus kaltem geklärten Kulturmedium extrahiert, das eine Gesamt-Nährlauge sein kann, die auf einen sauren pH-wert eingestellt wurde.
In einem Lösungsmittelextraktionsverfahren für freie Clavulansäure wird das geklärte Medium abgekühlt, und der pH-Wert wird auf den pH-Bereich von 1 bis 2 durch Zugabe von Säure erniedrigt, wobei das Ganze mit organischem Lösungsmittel vermischt wird, das im Wesentlichen mit Wasser nicht mischbar ist. Geeignete Säuren, die zur Erniedrigung des pH-Wertes eingesetzt werden, schließen Salz-, Schwefel-, Salpeter-, Phosphor oder ähnliche Mineralsäuren ein. Geeignete organische Lösungsmittel schließen n-Butanol, Ethylacetat, n-Butylacetat und Methylisobutylketon und weitere ähnliche Lösungsmittel ein. Methylisobutylketon stellt ein besonders geeignetes Lösungsmittel zur Anwendung in der Extraktion des angesäuerten Kulturfiltrats dar. Nach Abtrennung der Phasen wird die Clavulansäure in Lösung in der organischen Phase vorgefunden.
Die Clavulansäure kann aus der organischen Phase in eine neue wässrige Phase rückextrahiert werden, wobei die größere Löslichkeit in Wasser der z.B. Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalze der Clavulansäure in Wasser als in organischen Lösungsmitteln genutzt wird. Somit kann die clavulansäure aus dem organischen Lösungsmittel in eine wässrige Lösung oder Suspension einer Alkali- oder Erdalkalimetallsalzbase, wie von Natriumhydrogencarbonat, Kaliumhyrogenphosphat-Puffer oder von Calciumcarbonat, oder in Wasser rückextrahiert werden, während der pH-Wert ungefähr bei der Neutralität, z.B. bei pH = 7, gehalten wird. Dieser wässrige Extrakt kann nach Trennung der Phasen unter vermindertem Druck eingeengt werden. Gefriertrocknung kann ebenfalls angewandt werden, um eine feste Rohzubereitung des Salzes der Clavulansäure zu ergeben. Solche Feststoff-Zubereitungen sind stabil, wenn sie als ein trockener Feststoff bei –20°C aufbewahrt werden. Ein ähnliches Verfahren ist in GB-A-1 563 103 beschrieben. Dieses Verfahren kann in bekannter Weise durch z.B. zusätzliche Reinigungsstufen modifiziert werden, die für die organische Lösungsmittelphase angewandt werden, um Verunreinigungen mit hohem Molekulargewicht aus der unreinen Clavulansäure zu entfernen.
Ein weiteres sekundäres Reinigungsverfahren für Clavulansäure ist das z.B. in EP-A-0 026 044 beschriebene, wobei eine Lösung aus unreiner Clavulansäure in einem organischen Lösungsmittel in Kontakt mit dem t-Butylaminsalz der Clavulansäure gebracht wird, um das t-Butylaminsalz der Clavulansäure zu bilden, das dann isoliert wird, wodurch die Clavulansäure von Verunreinigungen befreit wird, die im organischen Lösungsmittel zurückbleiben, worauf das Salz dann zurück in Clavulansäure oder in ein Derivat der Clavulansäure wie ein Alkalimetallsalz oder einen Ester überführt wird. Weitere bekannte sekundäre Reinigungsverfahren für Clavulansäure beinhalten die Anwendung von weiteren organischen Aminen wie von Diethylamin, Tri(niedrigalkyl)aminen, Dimethylanilin und von N,N'-Diisopropylethylendiamin, um Salze oder weitere Derivate davon mit der Clavulansäure zu bilden. Diese Reinigungsverfahren weisen den innewohnenden Nachteil auf, dass mit ihnen Spuren des Amins eingetragen werden oder restliche Salzspuren der Clavulansäure mit dem Amin im Endprodukt zurückbleiben.
Solche Rückextraktionsverfahren ergeben ein Problem, wenn Clavulansäure hergestellt wird, da Clavulansäure besonders wasserempfindlich ist. In herkömmlichen Rückextraktionsverfahren kann Clavulansäure in Kontakt mit Wasser über einen langen Zeitraum, in typischer Weise ca. 1 Stunde lang oder mehr, bleiben, und zwar in dem Maße, wie die Lösungskonzentration der Clavulansäure unter den relativ milden Misch- und Trennbedingungen, die im Allgemeinen angewandt werden, aufgebaut wird, was zu einem umfangreichen hydrolytischen Abbau führen kann.
Die Erfinder haben in unerwarteter Weise herausgefunden, dass sich mit einem bekannten Typ eines Mischgeräts, das in einer neuen Weise zur Anwendung gelangt, verbesserte Mischbedingungen ergeben, die sich für solche Extraktionsverfahren eignen.
Demgemäß wird durch die vorliegende Erfindung ein wässriges Extraktionsverfahren gemäß Anspruch 1 angegeben und zur Verfügung gestellt. Vorzugsweise folgt auf die Trennstufe eine weitere Verfahrensstufe, in welcher das Clavulansäure-Aminsalz aus der wässrigen Lösung isoliert wird. Das organische Lösungsmittel sollte mit dem wässrigen Medium im wesentlichen unmischbar sein, wie ein aliphatisches Keton, z.B. Methylisobutylketon. Im Fall der Clavulansäure, ihrer Salze und Derivate schließen geeignete organische Lösungsmittel die oben beschriebenen, z.B. n-Butanol, Ethylacetat, n-Butylacetat und Ketone der allgemeinen Formel R¹COR², worin R¹ und R² unabhängig C_1–10-Alkylgruppen sind, insbesondere Methylisobutylketon, ein. Die Lösung oder Suspension kann Verunreinigungen, z.B. Verunreinigungen mit hohem Molekulargewicht, enthalten, wie diese vorliegen können, falls die Lösung durch ein primäres Isolierungsverfahren wie dem obigen Verfahren erhalten worden ist, aber vorzugsweise einem vorgeschalteten Reinigungsverfahren zur Beseitigung von zumindest einigen der Verunreinigungen unterzogen worden ist. Geeignete vorgeschaltete Reinigungsverfahren schießen eine Filtration und eine Behandlung mit Aktivkohle ein. Die Lösung kann auch kleine Mengen von gelöstem oder suspendiertem Wasser enthalten, falls aber die Lösung aus einem primären Isolierungsverfahren vorzugsweise erhalten worden ist, kann sie einem Entwässerungsverfahren, z.B. durch Zentrifugieren, unterzogen werden, um Tröpfchen von suspendiertem Wasser zu beseitigen.
Der organische gelöste Stoff ist Clavulansäure in der Form eines Salzes mit dem Amin. Im Allgemeinen liegt, wenn ein Salz in der organischen Lösungsmittelphase vorhanden ist, dieses in der Form einer Suspension vor, da Salze gewöhnlich in organischen Lösungsmitteln unlöslich sind. Eine derartige Suspension kann Partikel des festen Salzes oder eine Emulsion kleiner Tröpfchen einer Lösung des Salzes in Wasser umfassen, welche sich bilden können, falls das organische Lösungsmittel selbst durch gelöstes oder suspendiertes Wasser nass ist.
Eine geeignete Lösungskonzentration für eine Lösung oder Suspension der Clavulansäure, ihres Salzes oder Derivats beträgt ca. 500 bis 20000 μg/mL (0,0025 bis 0,1 M), z.B. ca. 1000 bis 5000 μg/mL (d.h. 0,005 bis 0,025 M), in typischer Weise ca. 3000 ± 1000 μg/mL (d.h. 0,015 ±0,005 M), bezogen auf den Clavulansäuregehalt. Das Verfahren der Erfindung eignet sich für höhere Lösungsgehaltsmengen der Clavulansäure, z.B. in Linie mit Verbesserungen bei den Fermentationskulturausbeuten.
Geeignete Aminsalze der Clavulansäure, für welche sich das Verfahren der vorliegenden Erfindung eignet, schließen Salze der Clavulansäure mit t-Butylamin und mit den in WO-A-93/25 557 und in EP-A-0 562 583 offenbarten Aminen ein, deren Inhalte durch Bezugnahme hierin eingeschlossen werden.
Allgemein geeignete Amine sind kovalente Verbindungen der allgemeinen Formel RNH₂, worin R Wasserstoff (d.h. Ammoniak) oder eine organische Gruppe ist. Besondere derartige Amine schließen Phenylethylamin, t-Amylamin, t-Octylamin, 1-Hydroxy-2-methyl-2-propylamin, Cyclopentylamin, Cycloheptylamin, 1-Adamantanamin, N-Ethylpiperidin, N',N'-Diisopropylethylendiamin und N,N-Dimethylcyclohexylamin ein.
Beispiele weiterer derartiger Amine schließen C_1–10-n-, -iso- und -t-Alkylamine, Dicyclohexylamin, Adamantylamin, N,N-Diethylcyclohexylamin, N-Isopropylcyclohexylamin, N-Methylcyclohexylamin, Cyclopropylamin, Cyclobutylamin, Norbornylamin, Dehydroabietylamin, 1-Hydroxy-2-methyl-2-propylamin, Tri-n-propylamin, Tri-n-octylamin, Tri-n-butylamin, Dimethylamin, i-Propylamin, Di-n-hexylamin, Di-n-butylamin, Diethylamin, 2-Aminoethanol, N,N-Diethylethanolamin, N,N-Dimethylethanolamin, Ethanolamin, n-Butylamin, n-Hexylamin, n-Octadecylamin, N-Ethylethanolamin, 1-Hydroxethylamin, Diethanolamin, N,N-Dimethylethanolamin, N-Ethyldiethanolamin, 1,6-Diaminohexan, Triethanolamin, Diisobutylamin, Diisopropylamin, 2-Methoxyethylamin, Hydroxylamin, Ammoniak, Methylamin, Ethylamin, n-Propylamin, n-Butylamin, n-Pentylamin, n-Hexylamin, n-Heptylamin, n-Octylamin, n-Nonylamin, n-Decylamin, n-Undecylamin, n-Dodecylamin, n-Prop-2-ylamin, n-But-2-ylamin, n-Pent-2-ylamin, n-Hex-2-ylamin, n-Hept,-2-ylamin, n-Oct-2-ylamin, n-Non-2-ylamin, n-Dec-2-ylamin, n-Undec-2-ylamin, n-Dodec-2-ylamin, n-Hex-3-ylamin, n-Hept-3-ylamin, n-Oct-3-ylamin, n-Non-3-ylamin, n-Dec-3-ylamin, n-Undec-3-ylamin, n-dodec-3-ylamin, n-Oct-4-ylamin, n-Non-4-ylamin, n-Dec-4-ylamin, n-Undec-4-ylamin, n-Dodec-4-ylamin, n-Non-5-ylamin, n-Undec-5-ylamin, n-Dodec-5-ylamin und n-Octadecylamin, 1-Phenylethylamin, p-Toluidin, p-Aminobenzolsäure, p-Bromanilin, Ethyl-4-aminobenzoat (d.h. Benzocain), Benzylamin, Diphenylamin, p-Methylaminobenzolsulfonamid, m-Nitroanillin, N,N'-Dibenzylethylendiamin (d.h. Benzathin), Diphenylmethylamin, 4-Methylbenzylamin, 4-Phenylbutylamin, N-Ethylpiperidin, 2,6-Dimethylpiperidin, 2-Methyl-N-hydroxypropylpiperidin (d.h. Cyclomethycan), 4-Methylpiperazin, 1-Methyl-4-phenylpiperazin, N-Ethylmorpholamin, Hexamethylenimin, Pyridin, 2-Propylpyridin, 3-Chlor-2-aminopyridin, Morpholamin, 1,5-Diazabicyclo[4.3.0]non-5-en, 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan, Pyrrolidon, Chinuclidin, Xanthinol, N,N-Diethylethylendiamin, N,N'-Diisopropylethylendiamin, Triethylentetramin, Arginin, Ornithin, Histidin, Lysin, Benzylglycin, 3-Amino-3-methylbutanosäure, L-Ethyllysinat, L-Methylhistidinat, Methyl-N-carbobenzyloxy-L-lysinat, Methyl-L-phenylalanat, Ethylglycylglycinat, Ethyl-p-hydroxyphenylglycinat, Ethyl-o-hydroxyphenylglycinat, Ethylglycinat, Ethyl-L-tyrosinat, p-Methoxybenzyl-α-aminophenylacetat, n-Butyl-α-aminophenylacetat, Methylarginat, Benzylglycin, Benzylphenylglycin, 1-Nitrobenzylphenylglycin, n-Butylphenylglycin, p-Methoxybenzylphenylglycin, Ethylphenylglycin, p-Nitrobenzyl-p-hydroxyphenylglycin, p-Nitrobenzylserin, n-Butylserin, Methylarginin, Dimethylglutamat, p-Nitrobenzyltyrosinat, p-Nitrobenzylglycinat, Benzylglycinat, p-Nitrobenzyl-α-amino-p-hydroxyphenylacetat, p-Nitrobenzyl-α-aminophenylacetat, Ethyl-α-amino-p-hydroxyphenylacetat und Ethyl-L-tyrosinat ein.
Im Fall der Clavulansäure bilden einige dieser Salze mit Aminen Solvate mit einigen organischen Lösungsmitteln und/oder Hydrate, und Verfahren, in denen das Salz in solchen solvatisierten und hydratisierten Formen vorliegt, sind von der vorliegenden Erfindung mitumfasst.
Das wässrige Medium kann z.B. Wasser oder, wie weiter unten noch zu diskutieren sein wird, in 2- oder mehrstufigen Verfahren der Erfindung eine verdünnte Lösung des gelösten Stoffes sein.
Die Arbeitsbedingungen, z.B. die Konzentrationen der Reaktionsteilnehmer, die relativen Mengenanteile der eingesetzten Lösungen, die Fließgeschwindigkeiten, die Kontaktzeiten usw. des Verfahrens werden so ausgewählt, dass u.a. so viel der Clavulansäure wie möglich aus der Lösung im organischen Lösungsmittel in die wässrige Phase in kurzer Zeit extrahiert und eine konzentrierte Lösung des Clavulansäure-Aminsalzes in der wässrigen Phase gebildet werden.
Der Kontakt der jeweiligen Ströme von organischem Lösungsmittel, das den gelösten Stoff enthält, mit dem wässrigen Medium kann z.B. durch Zusammenfließen der getrennten Fließströme der organischen Lösungsmittelphase und der wässrigen Mediumphase in der Mischkammer eines Mischapparats durchgeführt werden, wobei die Mischkammer dabei einen Kontaktbereich umfasst.
Im Mischbereich ist es erwünscht, einen so raschen und effizienten Kontakt zwischen den Komponenten, d.h. der organischen Lösungsmittelphase und der wässrigen Mediumpaase, wie möglich zu erzielen. Es ist wünschenswert, dass im Mischbereich eine wässrige Mediumphase, die als eine getrennte Phase vorliegt, in einer Form vorliegt, welche eine hohe Oberflächenkontaktfläche mit der organischen Phase ergibt und aufweist, und beispielsweise kann die wässrige Phase eine dispergierte Emulsionsphase sein, d.h., sie kann in eine Form wie als kleine Tröpfchen aufgebrochen sein, um so eine hohe Kontaktoberflächenfläche zwischen den zwei Phasen zu erschaffen.
Ein effizienter Kontakt zwischen den Komponenten kann in geeigneter Weise unter Anwendung bekannter Mischvorrichtungen erzielt werden, die einen hohen Grad fluider Turbulenz und Scherspannung im Mischbereich zeigt und ergibt, wo sich die Flüssigkeiten, die in das Mischgerät eingeführt werden, vermischen, wobei diese dazu befähigt sind, eine getrennte Wasser- oder wässrige Phase in kleine Tröpfchen aufzubrechen. Solche Mischer sind im Stand der Technik bekannt, und die Auswahl geeigneter Mischgeräte, um dies zu erzielen, gehört zum Fachwissen des Fachmanns.
Geeignete Mischgeräte schließen bekannte In-Line-Mischer ein, z.B. des Typs, wobei eines oder mehrere Turbulenz erzeugende Elemente in einer Leitung angeordnet werden, währenddessen verursacht wird, dass die Komponenten fließen. Ein weiterer geeigneter Typ eines Mischers ist ein Homogenisierer, z.B. des Typs, wobei zwei flüssige Phasen unter Druck durch ein abgeschrägtes Ventil gezwungen werden. Geeignete Mischgeräte können auch Kavitäten einschließen, die einer hohen Turbulenz und/oder Scherspannung mittels Turbinen, Propellern usw. unterzogen werden.
Ein weiterer und bevorzugter Typ eines Mischers ist eine Kammer, worin eingeleitete Fluidströme einer intensiven Rotationsverquirlung unterzogen werden, z.B. eine Vortex-Kammer des ganz allgemein in EP-A-0 153 843 offenbarten Typs (UK Atomic Energy Authority, deren Inhalte durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind), wobei die Vortex-Kammer eine Kammer mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt umfasst, z.B. von im Allgemeinen zylindrischer Form (alternativ dazu, kann die Kammer im Wesentlichen kugelförmig, abgeplattet kugelförmig, ellipsoidal, konisch, spitzbogig usw. sein), und mindestens 1 Tangentialeinlass und einen Axialauslass aufweisen. In solch einem Mischer werden die Komponenten über den oder die Tangentialeinlasse eingespeist, und erfahren eine Rotationsverquirlung, was zu einer gründlichen Vermischung führt. Die Komponenten können über einen einzelnen Tangentialeinlass eingespeist werden, falls sie bereits in Abmischung vorliegen, bevor sie in die Vortex-Kammer eintreten, oder sie können durch einen getrennten Tangentialeinlass eingespeist werden, um sich in der Vortex-Kammer zu vermischen. Die Innenwände der Kammer können glatt sein, oder sie können, alternativ dazu, mit nach innen hervorragenden Ablenk- oder Führungswänden versehen sein, um den Fluidfluss zu dirigieren oder eine Vermischung unter Wirbelbildung oder Turbulenz zu begünstigen. Die organische Lösungsmittelphase und die wässrige Mediumphase können jeweils getrennt durch separate jeweilige Tangentialeinlässe oder, alternativ dazu, gemeinsam durch einen einzelnen Einlass eingeleitet werden.
Das oben beschriebene Mischverfahren führt zur Bildung einer Emulsion, die feine Tröpfchen der wässrigen Phase umfasst, welche z.B. eine wässrige Lösung des Clavulansäure-Aminsalzes umfasst, das in einer Massephase aus organischem Lösungsmittel dispergiert ist. Die wässrigen und Lösungsmittelphasen werden dann physikalisch in einer Trennstufe getrennt. Die Trennung kann mit bekannten Trenngeräten, insbesondere mit Zentrifugalseparatoren, durchgeführt werden, ein geeigneter Typ eines Zentrifugalseparators ist eine Scheibenzentrifuge. Solche Scheibenzentrifugen bestehen im Allgemeinen aus einer Kammer mit einem im Allgemeinen kreisförmigen Innenabschnitt, worin ein zentraler Scheibenstapel und ein Leerraum zwischen der Aussenkante des Scheibenstapels und den Wänden der Kammer vorliegen. Im Hinblick auf ein hohes Verhältnis von organischer Phase zu wässriger Phase, welches im Verfahren der vorliegenden Erfindung angewandt wird, wie oben bereits diskutiert, ist es wünschenswert, dass der Leerraum relativ klein ist. Die Konstruktion und der Betrieb einer solchen Zentrifuge sind dem Fachmann gut bekannt.
Die Emulsion kann aus der Mischvorrichtung direkt zur Trennvorrichtung geleitet werden, vorzugsweise in einer so kurzen Transferzeit wie möglich, um dadurch einen hydrolytischen Abbau des gelösten Stoffes im wässrigen Medium zu minimieren.
Alternativ dazu, kann ein Mischer des in EP-A-153 843 beschriebenen Typs angewandt werden, welcher eine wie oben beschriebene Vortex-Kammer umfasst und eine kombinierte Separatorstufe aufweist, die eine Säule umfasst, die eine Verlängerung des Auslasses bildet, und am oder angrenzend an ihr von der Vortex-Kammer entferntes Ende beabstandete Öffnungen aufweist, wobei die fluiden Medien unterschiedlicher Dichten, die in die Kammer durch den oder die Einlässe eingeleitet werden, durch die Kammer quirlen und der quirlende Fluss aus der Kammer beim Durchgang entlang der Säule zur Zentrifugaltrennung der fluiden Medien mit den getrennten Fluidströmen führt, die aus der Säule durch die beabstandeten Öffnungen austreten.
Unter Einsatz der Komponenten und Anwendung der Misch- und Trennvorrichtungen, wie oben diskutiert, können die Komponenten in die Mischvorrichtung eingespeist werden, und die Emulsion aus den organischen und wässrigen Phasen, welche in der Mischvorrichtung gebildet wird, kann in die Trennvorrichtung eingespeist werden, wobei die wässrige Phase als eine getrennte Phase aus der Trennvorrichtung austritt. Die relativen Verhältnisse der in die Mischvorrichtung eingespeisten Komponenten schwankt mit den Bedingungen, und zwar ganz grundsätzlich mit der Konzentration des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels, welche in der organischen Lösungsmittelphase zur Anwendung gelangen. Zur Bestimmung dieser Verhältnisse, wie diese oben genannt sind, ist es bevorzugt, die Konzentration des gelösten Stoffes, d.h. des Clavulansäure-Aminsalzes, in der wässrigen Phase, die aus der Trennvorrichtung austritt, zu verfolgen und aufzuzeichnen und die Eintragsmenge an wässriger Phase gemäß Experimenteller Bestimmung einzustellen, um die angestrebte Konzentration zu erzielen und beizubehalten. Beispielsweise kann im Mischbereich das Volumenverhältnis von wässrigem Medium : organischer Lösungsmittelphase z.B. im Bereich von 1 : 50, z.B. von 1 : 100, in geeigneter Weise von 1 : 100 bis 200 liegen.
Unter den Mischbedingungen im Mischbereich kann der Transfer des in Wasser löslichen gelösten Stoffes aus der organischen Lösungsmittelphase relativ rasch und effizient erfolgen. Dies trägt dazu bei, dass die Zeit, während der der gelöste Stoff im weässrigen Medium verweilt, wesentich verringert wird und dadurch das Ausmaß der Hydrolyse des gelösten Stoffes verringert werden kann.
Die Bedingungen hoher Turbulenz und/oder Scherspannung im Misch/Kontaktbereich befähigt das Verfahren der Erfindung dazu, dass es äußerst schnell durchgeführt wird, so dass die Zeit, während der die wässrige Phase in Kontakt mit der organischen Phase sein muss, und daher die Zeit, während der ein gelöster Stoff in der wässrigen Lösung bleiben muss, nur sehr kurz zu sein braucht. Die Gesamtzeit, während der die organische Phase und die wässrige Phase in Kontakt sind, kann weniger als 1 h betragen. Vorzugsweise sind die organische Phase und die wässrige Phase wesentlich weniger lang als diese Zeitdauer lang in Kontakt, und zwar in geeigneter Weise 15 min lang oder weniger, bevorzugter 10 min lang oder weniger, noch mehr bevorzugt 5 min lang oder weniger und im Idealfall so kurz wie möglich, währenddessen auch ein geeigneter Transfergrad des gelösten Stoffes aus der organischen Phase in die wässrige Phase erzielt wird. In geeigneter weise kann die Zeit, während der die Komponenten des Verfahrens in Kontakt im Mischbereich und in der Trennstufe sind, 0,5 bis 3 min betragen, beispielsweise können die Verweilzeit der organischen Phase im Kontaktbereich 0,5 bis 2,0 min, z.B. 1 min ± 15 s und die Verweilzeit in der Trennstufe kann in geeigneter Weise 1,5 bis 3,0 min, z.B. 2 min ± 15 s, ausmachen. Im Fall der clavulansäure und ihrer Salze kann diese kurze Verweilzeit in hohem Maße vorteilhaft zur Verringerung des Ausmaßes eines Abbaus der Clavulansäure sein.
Die Zeit, während der die Komponenten im Mischbereich und der Trennstufe des Verfahrens vorliegen, kann vom Maßstab des Verfahrens abhängen, aber die allgemeinen Prinzipien und spezifischen Verfahrensdetails, die in der vorliegenden Offenbarung dargelegt sind, stellen für den Fachmann einen Leitfaden dar, ein Verfahren zu erstellen, das sich zur Anwendung im industriellen Maßstab eignet.
Während des Ablaufs des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erfolgt ein Transfer von gelöstem Stoff aus der organischen Lösungsphase in die wässrige Phase. Es ist bevorzugt, dass dieser Transfer so schnell wie möglich abläuft. In geeigneter Weise werden mehr als 75% , vorzugsweise mehr als 80%, z.B. 90% oder mehr des gelösten Stoffes aus der organischen Phase während der Zeit übertragen, während der die organische Phase und die wässrige Phase in Kontakt während der Misch- und Trennstufen des Verfahrens sind. Die Extraktion dieses Mengenanteils des gelösten Stoffes, wie des Clavulanat-Ions, in die wässrige Phase ist eine messbare Eigenschaft des Verfahrens und kann als Steuerungsparameter angewandt werden, um z.B. die Einspeismenge der Komponenten zu steuern.
Der Austrag aus der Trennstufe des Verfahrens ist durch eine konzentrierte wässrige Lösung des gelösten Stoffes, des Aminsalzes der Clavulansäure, wie desjenigen mit den oben diskutierten Aminen, dargestellt, welche auch gelöstes organisches Lösungsmittel und weitere Verunreinigungen usw. zusammen mit einem abgetrennten organischen Lösungsmittelphasenaustrag enthalten können, der restliche Clavulansäure in Lösung enthält. Diese erschöpfte Lösung im organischen Lösungsmittel kann einem 2- oder mehrstufigen Verfahren der vorliegenden Erfindung für ein zweites und gegebenenfalls anschließendes Mal nach den oben beschriebenen Misch- und Trennstufen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung unterzogen werden, um einen weiteren Mengenanteil des gelösten Stoffes zu extrahieren. In geeigneter Weise können somit 90% oder mehr der gesamten anfänglichen Clavulansäure in Lösung im organischen Lösungsmittel in die wässrige Phase extrahiert werden, und zwar z.B. 93% oder mehr und in typischer Weise 96 bis 98%. Die Extraktion dieses Gesamtmengenanteils der Clavulansäure stellt erneut eine messbare Eigenschaft der wässrigen Phase dar und kann als ein Steuerungsparameter, wie oben bereits dargelegt, angewandt werden.
Die oben genannten Komponenten können jeweils getrennt in den Mischbereich eingeleitet werden, oder sie können, alternativ dazu, stromaufwärts des Mischbereichs vorvermischt oder zusammengebracht und dann in den Kontaktbereich zusammen eingeleitet werden.
Im vorliegenden Verfahren wird das Clavulansäure-Aminsalz in situ im organischen Lösungsmittel gebildet, wobei anfänglich die Clavulansäure im organischen Mittel vorliegt, und diese, während sie im organischen Lösungsmittel vorliegt, mit dem Amin behandelt wird. Eine solche Lösung der Vorstufenverbindung, z.B. der freien Säure, kann das Produkt aus einer Lösungsmittelextraktion eines wässrigen Mediums sein, das Clavulansäure enthält, die, wie oben beschrieben, in einem primären Extraktionsverfahren erhalten wurde. Solch eine Lösung der Vorstufenverbindung, z.B. der freien Clavulansäure, kann ziemlich verdünnt sein, und sie enthält 1 Gew.% oder weniger und z.b. 0,1 bis 0,5 Gew.% der freien Säure. Das Salz wird dann im Lösungsmittel entweder als eine Lösung des Salzes im Lösungsmittel oder, was üblicher ist, als eine heterogene Suspension von Partikeln des Salzes oder als eine Emulsion kleiner Tröpfchen einer konzentrierten wässrigen Lösung im Lösungsmittel gebildet, falls das Salz im Wesentlichen unlöslich im Lösungsmittel ist.
Wird das Salz auf diese Weise gebildet, kann die Vermischung des Salz bildenden Amins und die Auflösung im organischen Lösungsmittel durch Einleiten des Amins in den (ersten) Mischbereich zusammen mit der organischen Lösungsmittelphase und dem wässrigen Medium oder andererseits durch Vorvermischung des Amins und der organischen Lösungsmittelphase durchgeführt werden, bevor diese in den Mischbereich mit dem wässrigen Medium eingeleitet werden. Die Vorvermischung ihrerseits des Amins und der organischen Lösungsmittelphase kann durchgeführt werden, indem das Amin in einen Strom der organischen Lösungsmittelphase eingeleitet wird, oder sie kann durchgeführt werden, indem das Amin und die organische Lösungsmittelphase zusammen in einen zweiten Mischbereich, d.h. einen Vorvermischungsbereich, eingeleitet werden. Wie beim ersten Mischbereich ist es erwünscht, dass die Vermischung rasch erfolgt, und daher kann der zweite Mischbereich die Mischkammer eines zweiten Mischapparats, z.B. eines der Typen des oben diskutierten Mischapparats, z.B. eines In-Line-Mischers oder einer Vortex-Kammer, sein. Diese Mischung, die durch Vermischen des Amins und der organischen Lösungsmittelphase gebildet wird, kann dann in den ersten Mischbereich, wie oben beschrieben, eingeleitet werden. Salze bildende Amine wie die oben genannten sind im Allgemeinen in organsichen Lösungsmitteln löslich.
Wird das Salz auf diese Weise gebildet, kann die Menge des mit der organischen Lösungsmittelphase vermischten Amins z.B. durch Verfolgung des pH-wertes der Mischung, die aus dem ersten Mischbereich kommt, gesteuert und die zugefügte Menge des Amins kann auf eine derartige Messung bezogen werden, um z.B. sicherzustellen, dass alle freie Säure neutralisiert ist, oder um durch Alkalinität anzuzeigen, dass überschüssige Mengen von Amin angewandt sind.
Im ersten Mischbereich kann das Volumenverhältnis von organischem Medium : organischer Lösungsmittelphase z.B. im Bereich von 1:50 bis 1:200 und in geeigneter Weise von 1:100 bis 1:200 liegen. Unter den Mischbedingungen im ersten Mischbereich kann der Transfer des wasserlöslichen gelösten Stoffes aus der organischen Lösungsmittelphase relativ schnell und effizient ablaufen. Dies trägt dazu bei, die Zeit, während der der gelöste Stoff im wässrigen Medium verweilt, und dadurch das Ausmaß der Hydrolyse des gelösten Stoffes zu verringern.
Nach dem Verlassen des ersten Mischbereichs werden die wässrige Mediumphase und die organische Lösungsmittelphase in einer oben diskutierten Trennstufe getrennt, und zwar im Allgemeinen auf der Basis ihrer Nicht-Mischbarkeit und/oder ihres Dichteunterschieds. Die Abtrennung kann in geeigneter Weise durch mechanische Trennung erfolgen, indem man z.B. das Ganze in einem Trenntank stehen lässt, bis die Trennung der zwei flüssigen Phasen eintritt. Vorzugsweise wird die mechanische Trennung schneller durch Zentrifugieren z.B. unter Anwendung eines oben diskutierten Zentrifugalseparators oder z.B. durch Einleiten des gemischten Stroms aus der wässrigen Mediumphase und der organischen Lösungsmittelphase in einen fluidischen Kontaktor durchgeführt, welcher eine Vortex-Stufe und eine Separator-Stufe umfasst, wie beschrieben in der oben diskutierten EP-A-0 153 843.
Die wässrige Mediumphase, die von der organischen Lösungsmittelphase abgetrennt wird, kann eine hohe Konzentration des gelösten Stoffes von z.B. der 25- bis 250-fachen Konzentration von Solvat oder Solvat-Vorstufenverbindung enthalten, die anfänglich im organischen Lösungsmittel vorhanden ist. Die Konzentration des gelösten Stoffes in dieser wässrigen Mediumphase kann in herkömmlicher Weise durch die Dichte oder durch andere herkömmliche Mittel gemessen werden. Die Konzentration des gelösten Stoffes in der wässrigen Mediumphase wird u.a. durch das Volumenverhältnis von wässrigem Medium : organischer Lösungsmittelphase im ersten Mischbereich ermittelt und bestimmt, und durch Verfolgung der Dichte der abgetrennten Mediumphase kann dieses Volumenverhältnis gesteuert werden. Diese abgetrennte wässrige Mediumphase kann einer weiterne Behandlung usw. unterzogen werden, wie dies unten noch zu diskutieren sein wird.
Ein Teil der wässrigen Mediumphase, die aus dem organsichen Lösungsmittel in dieser ersten Trennstufe abgetrennt wird, kann in den Fluss des wässrigen Mediums eingespeist werden, das in den ersten Mischbereich eintritt, um ein wässriges Medium zu erzeugen, das selbst eine verdünnte wässrige Lösung des gelösten Stoffes ist und darstellt. Durch Anwendung einer verdünnten wässrigen Lösung des gelösten Stoffes als das wässrige Medium in diesem ersten Mischbereich und durch Steuerung der Konzentration des gelösten Stoffes in dieser verdünnten wässrigen Lösung z.b. in Reaktion auf Schwankungen der Konzentration des wässrigen Mediums, das sich im Anschluss an den ersten Mischbereich abgetrennt wird, können die Schwankungen bei der Konzentration des gelösten Stoffes oder der gelösten Vorstufenverbindung im organischen Lösungsmittel etwas kompensiert werden.
Im obigen wässrigen Extraktionsverfahren kann ein wesentlicher Mengenanteil des gelösten Stoffes in der organischen Lösungsmittelphase in die wässrige Mediumphase im ersten Mischbereich z.B. mit ca. 80% oder mehr eingeleitet werden. Die abgetrennte organische Lösungsmittelphase kann allerdings eine wesentliche Restmenge des gelösten Stoffes wegen der grösseren Masse der organischen Lösungsmittelphase enthalten, obwohl sogar die Konzentration des restlichen gelösten Stoffes bei nur ca. 0,05 Gew.% liegen kann. Es ist daher wünschenswert, die organische Lösungsmittelphase einer zweiten Trennstufe zu unterziehen.
Daher wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das abgetrennte organische Lösungsmittel, das den restlichen gelösten Stoff enthält, mit Geschwindigkeit in Kontakt mit weiterem wässrigen Medium in einem dritten Mischbereich so gebracht, dass ein weiterer Mengenanteil des gelösten Stoffes in das wässrige Medium eingeleitet wird, worauf die organische Lösungsmittelphase und die wässrige Mediumphase anschließend dann getrennt werden. Das wässrige Medium kann wie oben Wasser oder eine verdünnte wässrige Lösung des gelösten Stoffes sein.
In dieser bevorzugten Ausführungsform ist es wiederum wünschenswert, dass die Vermischung schnell im dritten Mischbereich gegebenenfalls in der Mischkammer eines dritten Mischapparats erfolgt, welcher ein Mischapparat eines der oben diskutierten Typen sein kann, z.B. ein In-Line-Mischer oder eine Vortex-Kammer. Es kann erwünscht sein, eine weitere Menge des Amins zuzumischen, die wie vorher zusammen mit der organischen Lösungsmittelphase und dem wässrigen Medium eingeleitet oder mit der organischen Lösungsmittelphase, wie bereits oben beschrieben, vorvermischt werden kann. Ob diese weitere Menge an Amin eingeleitet wird oder nicht, kann wie oben durch Messung des pH-Wertes der abgetrennten wässrigen Mediumpahse bestimmt und gesteuert werden.
Die Trennung der wässrigen Mediumpahse von der organischen Lösungsmittelphase kann nach Verlassen des dritten Mischbereichs durch mechanisches Trennen erfolgen, wie oben bereits beschrieben.
In dieser zweiten Trennstufe kann die Konzentration des gelösten Stoffes in der abgetrennten wässrigen Mediumphase bei ungefähr der gleichen Konzentration wie der des wässrigen Mediums, das in der obigen ersten Trennstufe erhalten wird, optimiert werden. Die Konzentration dieser abgetrennten wässrigen Mediumphase kann wie oben z.B. gemäß der Dichte verfolgt und diese Verfolgung kann wie oben angewandt werden, um die Menge des wässrigen Mediums, die in diesen dritten Mischbereich eingeleitet wird, zu steuern.
Da die Konzentration des gelösten Stoffes in der organischen Lösungsmittelphase, die in den dritten Mischbereich eintritt, wobei diese bereits dem wässrigen Extraktionsverfahren im ersten Mischbereich unterzogen worden ist, viel verdünnter als diejenige in der Lösungsmittelphase, die in den ersten Mischbereich eintritt, ist, um eine hohe wässrige Mediumkonzentration in diesem dritten Mischbereich zu erzielen, kann ein höheres Verhältnis von wässrigem Medium : organischer Lösungsmittelphase von z.B. 1 : > 250, z.B. 1 > 750 und in geeigneter Weise von ca. 1 : > 500 notwendig sein. Das Verhältnis von wässrigem Medium organischer Lösungsmittelphase in den ersten und dritten Mischbereichen kann ungefähr zu den jeweiligen gelösten Konzentrationen in den organischen Lösungsmittelphasen ins Verhältnis gesetzt sein, die in die ersten bzw. dritten Mischbereiche eingeleitet werden.
Die abgetrennte wässrige Mediumphase aus dieser Trennstufe nach dem dritten Mischbereich kann mit der wässrigen Mediumphase mit ähnlichen Konzentrationen aus der Trennstufe nach dem ersten Mischbereich zusammengeführt werden.
Alternativ dazu, kann in der Trennstufe nach dem dritten Mischbereich die Konzentration des gelösten Stoffes in der abgetrennten wässrigen Mediumphase bei einer niedrigen Konzentration von z.B. ca. 5% oder weniger optimiert werden, um ein wässriges Medium zu bilden, das eine verdünnte wässrige Lösung des gelösten Stoffes ist und darstellt und im Kreislauf geführt werden kann, um zumindest einen Teil des wässrigen Mediums zu bilden, das zusammen mit der organischen Lösungsmittelphase in den ersten Mischbereich eingeleitet wird. Die Konzentration von Solvat im wässrigen Medium, das nach dem dritten Mischbereich abgetrennt wurde, kann wie oben z.B. gemäß der Dichte verfolgt und diese Verfolgung kann angewandt werden, um das Volumenverhältnis von wässrigem Medium : organischer Lösungsmittelphase im dritten Mischbereich zu steuern. Wird das wässrige Medium aus dieser Trennstufe in den ersten Mischbereich als verdünnte wässrige Lösung des gelösten Stoffes oder als ein Teil davon zurückgeführt, kann das Volumenverhältnis von wässrigem Medium : organischer Lösungsmittelphase im dritten Mischbereich in geeigneter Weise das gleiche wie das im ersten Mischbereich sein.
Das organische Lösungsmittel, das nach dem dritten Mischbereich abgetrennt und weitgehend von dem gelösten Stoff befreit wurde, kann im Kreislauf geführt werden, um eine frische Clavulansäure-Charge aus einer wässrigen Quelle davon zu extrahieren. In typischer Weise kann diese Quelle das Produkt einer chemischen oder Fermentationsreaktion sein, bei welchen Clavulansäure gebildet wurde. Die wässrige Quelle kann als Vorstufe einem oder mehreren im Wesentlichen herkömmlichen Reinigungsverfahren, wie einer Filtration, Absetzbehandlung, Flockung usw., und/oder physiko-chemischen Behandlungen wie einer pH- oder Temperatur-Einstellung unerzogen worden sein. Die Lösung der Clavulansäure im organischen Lösungsmittel kann auch weiteren Reinigungs- und/oder physiko-chemischen Behandlungsverfahren, z.B. der oben genannten Salz-Bildung, vor der oben beschriebenen Einleitung in den ersten Mischbereich unterzogen werden.
Vor einem Kontakt mit dieser frischen Quelle, aber im Anschluss an den dritten Mischbereich kann das organische Lösungsmittel gegebenenfalls durchzuführenden Behandlungsverfahren, wie z.B. einer im Wesentlichen herkömmlichen Reinigung, oder weiteren physiko-chemischen Behandlungen unterzogen werden. Ist beispielsweise der gelöste Stoff einer chemischen Behandlung unterzogen worden, während er im ersten Lösungsmittel zu einem früheren Zeitpunkt z.B. beim Zumischen von Amin im Kreislauf geführt wurde, kann es erwünscht sein, eine weitere chemische Behandlung vor dem Kontakt mit frischer Quelle durchzuführen, um beispielsweise den Effekt der früheren Behandlung, z.B, des Durchgangs durch ein Harz-Bett zum Extrahieren von Verunreinigungen, zu neutralisieren.
Die Extraktion frischer Clavulansäure aus einer wässrigen Quelle mit diesem im Kreislauf geführten organischen Lösungsmittel kann durchgeführt werden, indem man das Lösungsmittel und die Quelle unter Mischbedingungen in Kontakt bringt. Beispielsweise können die jeweiligen Ströme des organischen Lösungsmittels und der Quelle in einem vierten Mischbereich in Kontakt gebracht werden, so dass ein Mengenanteil, im Idealfall ein wesentlicher Mengenanteil, der Clavulansäure aus der Quelle in das organische Löusngsmittel extrahiert und anschließend die organischen Löusngsmittel- und wässrigen Quellen-Phasen getrennt werden. In diesem vierten Mischbereich ist es wiederum wünschenswert, dass die Vermischung schnell abläuft, und der Mischbereich kann durch die Mischkammer eines vierten Mischapparats eines der oben beschriebenen Typen, z.B. durch einen In-Line-Mischer oder eine Vortex-Kammer, dargestellt sein. Die anschließende Trennung der organischen Lösungsmittelphasen und der wässrigen Quellen-Phase kann durchgeführt werden, wie dies oben bezüglich des ersten Mischbereichs und der anschließenden Trennung beschrieben ist.
Unabhängig davon, ob das organische Lösungsmittel auf die oben beschriebene Weise im Kreislauf geführt wird oder nicht, kann es wünschenswert sein, vor Einleitung des organischen Lösungsmittels, das die Clavulansäure enthält, in den ersten Mischbereich im Wesentlichen herkömmliche Reinigungsverfahren wie eine Entwässerung, Filtration, Reinigung zur Entfernung von Verunreinigungen usw. durchzuführen.
Die anschließende Behandlung des wässrigen Mediums, welche auf das Trennverfahren folgt, kann in vollkommen herkömmlicher Weise ablaufen, wie dies im Stand der Technik selbstverständlich ist, und sie kann Reinigungsstufen, z.B. mit Aktivkohle, eine Filtration usw., einschließen.
Beispielsweise kann die Aminsalz-Formel anschließend in ein pharmazeutisch zulässiges Salz oder einen entsprechenden Ester wie Caliumclavulanat überführt werden. Bei dieser Umsetzung können eine Umkristallisation des Aminsalzes der Clavulansäure oder eine Kristallisation durch Ausfällung als Solvat wie des Aceton-Solvats vorteilhaft sein, um die Gehaltsmenge der Verunreinigungen weiter zu verringern. Eine derartige Umkristallisation kann in herkömmlicher Weise durchgeführt werden, und beispielsweise wird das Salz in wässriger Lösung mit einem großen Volumen eines solvatierenden Lösungsmittels wie von Aceton unter Rühren und/oder Kühlen behandelt, um die kristallisierten Produkte zu ergeben.
Das Salz der Clavulansäure mit dem Amin (II) kann gegebenenfalls in der Form des Solvats in Clavulansäure oder ein pharmazeutisch zulässiges Salz oder einen entsprechenden Ester davon z.B. durch Ion-Austausch im Fall der freien Säure oder der Salze oder durch Veresterung überführt werden.
Ein Ion-Austausch kann mit Ion-Austauschharzen durchgeführt werden, indem man beispielsweise eine Lösung des Salzes durch ein Bett eines Kation-Austauschharzes in Natrium-, Kalium- oder Calcium-Form laufen lässt. Geeignete Kation-Austauschharze schließen Amberlite IR 120 und gleichwertige Harze ein.
Alternativ dazu, kann der Ion-Austausch durch Reaktion des protonierten Amin-Kations mit einer Salz-Vorstufenverbindung, welche eine Base, z.B. ein Carbonat, Bicarbonat oder Hydroxid, eines pharmazeutisch zulässigen Alkali- oder Erdalkalimetallsist oder durch Reaktion eines Salzes einer organischen Carbonsäure mit einem pharmazeutisch zulässigen Kation wie dem eines Alkali- oder Erdalkalimetalls, z.B. eines Salzes einer Alkansäure der Formel (IV): R¹⁰-CO₂H (IV),worin R¹⁰ eine Alkylgruppe ist, die z.B. 1 bis 20 und vorzugsweise 1 bis 8 Kohlenstoffatome enthält, durchgeführt werden. Beispiele geeigneter Salze schließen die Acetat-, Propionat- oder Ethylhexanoat-Salze ein, wobei Kalium-2-ethylhexanaot und Natrium-2-ethylhexanoat bevorzugt sind. In typischer Weise kann das Amin-Salz der Clavulansäure mit einem Amin in Lösung mit einem Salz eines Alkalimetalls mit der Säure (IV) in Lösung oder Suspension in einem geeigneten Lösungsmittel umgesetzt werden, das beispielsweise ein organisches Lösungsmittel, Wasser oder eine Mischung aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel wie Isopropanol sein kann. Geeignete Lösungen des Salzes der Clavulansäure mit einem Amin und der Salz-Vorstufenverbindung (IV) können vermischt werden, und man lässt das pharmazeutisch zulässige Salz kristallisieren. In geeigneter Weise wird die Reaktion bei einer Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur, z.B. bei 0 bis 15°C oder 0 bis 10°C und in geeigneter Weise bei 0 bis 0,5°C, durchgeführt.
Geeignete Veresterungsverfahren schließen ein:

a) die Reaktion des Salzes der Clavulansäure mit dem Amin (II) mit einer Verbindung der Formel Q-R¹¹, worin Q eine rasch ersetzbare Gruppe und R¹¹ eine organische Gruppe sind;
b) die Reaktion des Salzes der Clavulansäure mit dem Amin (II) mit einem Alkohol oder Thiol in der Gegenwart eines die Kondensation begünstigenden Mittels wie von Carbodiimid; und
c) die Reaktion des Salzes der Clavulansäure mit dem Amin (II) mit einer Diazoverbindung.

Die vorgenannten Verfahren erstrecken sich auf diejenigen Ausführungsformen, in denen das Salz der Clavulansäure mit dem Amin (II) zuerst in Clavulansäure oder in ein anderes Salz davon und anschließend in den gewünschten Ester überführt wird. Weitere Details der Veresterungsverfahren sind in GB 1 508 977 und 1 508 978 offenbart. Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung werden Salze und Ester der Clavulansäure rascher und unmittelbarer in reiner Form erhalten, falls dies bei Durchführung der Verfahren der GB 1 508 977 und 1 543 563 der Fall ist.
Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels beschrieben, wobei nur Bezug genommen wird auf:
1: welche ein Gesamt-Diagramm eines Verfahrens der Erfindung darstellt;
2: welche eine Vortex-Kammer darstellt, wie sie im Verfahren der Erfindung angewandt wird.
Bezüglich 1 ist ein Verfahren schematisch dargestellt, wobei ein wässriges Extraktionsverfahren der Erfindung zur Anwendung gelangt. Ein Strom einer Lösung von Clavulansäure in einem mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel, z.B. 0,25 Gew.% Clavulansäure, wird entlang einer Fließlinie bei (1) eingeleitet. Der Strom wird über den Einlass (2) in eine erste Mischkammer (3) eingeleitet. Ein Strom von Wasser in einer Fließlinie (4) wird über den Einlass (5) in die erste Mischkammer (3) ebenfalls eingeleitet, wobei das Volumenverhältnis von Wasser Lösungsmittel in der Kammer (3) ca. 1:100 beträgt.
Ein Amin, z.B. ein tertiäres Amin wie t-Butylamin, oder eines oder mehrere der weiteren oben diskutierten Amine werden ebenfalls in das System über einen der drei alternativen Wege (6A), (6B) oder (6C) eingeleitet, wie unten noch zu diskutieren sein wird, und bildet ein wasserlösliches Salz-Solvat mit der Clavulansäure. Unter den Mischbedingungen in der Mischkammer (3) wird das Salz-Solvat in die Wasserphase extrahiert, um eine wässrige Lösung zu bilden.
Der gemischte Fluss aus organischem Lösungsmittel und wässriger Lösung tritt als dem Auslass (7) der Mischkammer (3) aus. Die Mischung wird einem pH-Messgerät (8) ausgesetzt, und es wird die Ablesung aus dem Messgerät (8) als ein Steuerungsparameter zur Bestimmung der in das System über (6A), (6B) oder (6C) eingespeisten Menge an Amin mit z.B. einem elektronischen Steuerungsgerät (9) von Amin-Einspeisventilen und -Messgeräten (nicht dargestellt) angewandt, so dass, falls die wässrige Phase übermäßig alkalisch ist, die eingespeiste Menge des Amins verringert wird und umgekehrt.
Die drei alternativen Wege, auf denen das Amin eingespeist werden kann, sind die folgenden: Über (6A) kann das Amin ganz einfach in die Fließlinie (1) über ein Steuerungsventil usw. (nicht dargestellt) eingespeist werden. Über (6B) kann das Amin über den Einlass (10) eines ersten Mischgeräts (3) eingeleitet werden. Über (6C) werden die Fließlinie (1) und der Amin-Fluss in eine zweite Mischkammer (11) über die Einlässe (12), (13) so eingeleitet, dass die Vermischung in der zweiten Mischkammer (11) abläuft und die Mischung aus dem Auslass (14) der zweiten Mischkammer (11) austritt, bevor sie in die erste Mischkammer (3) eingeleitet wird.
Der gemischte Fluss aus wässriger Lösung und organischem Lösungsmittel, der aus dem Auslass (7) der ersten Mischkammer (3) austritt, wird in einen Separator (15) geleitet, der durch eine Zentrifuge herkömmlicher Konstruktion und Betriebsweise, aber mit einem kleinen Leerraum dargestellt ist und die wässrigen Lösungs- und organischen Lösungsmittelphasen trennt. Die wässrige Lösung tritt aus dem Auslass (16) des Separators (15) aus, und ihre Dchte wird mit einem Dichte-Messinstrument (17) gemessen. Die Dichtemessung wird als Parameter in der elektronischen Steuerung (18) des Wasser-Austrags entlang der Fließlinie (4) angewandt, wobei der Fluss eingestellt wird, um eine wässrige Lösung aufrecht zu halten, die eine gewünschte Konzentration an gelöstem Stoff enthält.
Der Fluss (19) der wässrigen Lösung aus dem Separator (15) kann einer weiteren Behandlung, wie diese im Stand der Technik üblich ist, z.B. einer Kristallisation, Ausfällung oder einer weiteren chemischen Behandlung des gelösten Stoffes unterzogen werden. Zusätzliche Ausblutmengen (20) der wässrigen Lösung können in den Strom von Wasser in der Fließlinie (4) eingeleitet werden, so dass die Extraktion des gelösten Stoffes aus dem organischen Lösungsmittel mit einer verdünnten wässrigen Lösung erfolgt. Die Menge der wässrigen Lösung, die in die Fließlinie (4) auf diese Weise ausblutet, kann durch Bezug auf die Dichte des Austrags aus (16) ebenfalls gesteuert (21) werden.
Der Fluss der organischen Lösungsmittelphase (22) aus dem Separator (15) ist an gelöstem Stoff erschöpft, die Menge des restlichen gelösten Stoffes ist aber so, dass sich eine zweite Extraktion mit einem wässrigen Medium lohnt, um eine zweite Charge des gelösten Stoffes zu extrahieren. Die organische Löusngsmittelphase wird daher in eine dritte Mischkammer (3A) zusammen mit einem Fluss von Wasser (4A) und dem gemischten Austragstrom eingeleitet und einem zweiten Kreislauf aus Mischen und Trennen in einer der oben beschriebenen analogen weise unterzogen, wobei entsprechende Teile entsprechende Funktionen haben und entsprechend beziffert sind.
In diesem zweiten Misch- und Trenn-Kreislauf unterscheiden sich verschiedene Ausführungsformen vom ersten Kreislauf. Die Zugabe der Salzbildenden Verbindung wie eines Amins wird nur gegebenenfalls durchgeführt, da genügend aus dem ersten Kreislauf zurückbleiben kann, um sich mit all der gelösten Vorstufenverbindung zu vereinigen. Der Fluss von Wasser oder verdünnter wässriger Lösung des gelösten Stoffes, welcher in die dritte Mischkammer (3A) eingeleitet wird, kann eingestellt werden, um zwei Alternative Austrag-Lösungen (19A) zu ergeben. Er kann eingestellt werden, um eine Lösung des gelösten Stoffes mit ähnlicher Konzentration wie der des Austrags (19) zu produzeiren, und er kann mit dem Austrag (19) vermischt werden. Für diese erste Alternative kann das Volumenverhältnis von wässriger Phase zu organsicher Lösungsmittelphase in der dritten Mischkammer (3A) viel niedriger als in der ersten Mischkammer (3) und in typischer Weise bei ca. 1:500 liegen. Er kann, alternativ dazu, eingestellt werden, um eine verdünnte wässrige Lösung des gelösten Stoffes z.B. von ca. 5 Gew.% zu produzeiren, um über die Linie (23) zurück in die Einspeisflusslinie (4) der ersten Mischkammer (3) eingespeist zu werden. In dieser zweiten Alternative ist es erwünscht, dass das Volumenverhältnis von wässriger Phase : organischer Lösugnsmittelphase in der dritten Mischkammer (3A) ungefähr das gleiche wie das in der ersten Mischkammer (3) ist.
Der Fluss des organischen Lösungsmittels (22A) aus dem Austrag des Separators (15A) kann zurückgeführt und gereinigt (nicht dargestellt) und angewandt werden, um eine weitere Menge des gelösten Stoffes oder einer Vorstufenverbindung davon aus einer wässrigen Quelle derselben (nicht dargestellt) zu extrahieren.
Es ist verständlich für die Fachleute, dass es im in der Figur dargestellten Verfahrensschema verschiedene Messgeräte, Regelsysteme, Ventile, Pumpen, Zwischentanks, Monitore, Steuerungssysteme usw. gibt, die Standard im Stand der Technik sind, um das System bei optimalem Wirkungsgrad zu betreiben. Diese sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Die Mischkammern (3), (3A), (11), (11A) können Mischkammern eines im Wesentlichen herkömmlichen Mischapparats vom allgemein bekannten Typ, z.B. In-Line-Mischer, sein. Alternativ dazu, können diese Mischkammern Vortex-Mischkammern sein, die einen oder mehrere Tangentialeinlässe und einen Axialauslass des ganz allgemein in 2 dargestellten Typs aufweisen.
Bezugnehmend auf 2, ist eine Vortex-Kammer, in einer Gesamt-Darstellung (21), bestehend aus einer im Wesentlichen zylindrischen Kammer (22), die jeweilige erste und zweite Tangentialeinlässe (23), (24) und einen einzelnen Axialauslass (25) aufweist, in einer Teilschnitt-Seitendarstellung in 2A und in einer Schnittdarstellung durch die Ebene A–A von 2A in 2B dargestellt. Im Betrieb werden erste und zweite Flüssigkeiten (nicht dargestellt) mit Geschwindigkeit durch die jeweiligen ersten und zweiten Tangentialeinlässe (23), (24) in der Richtung der angedeuteten Pfeile eingeleitet, und es wird ein Vortex (Wirbel) innerhalb der Kammer (22) gebildet, worin sich die ersten und zweiten Flüssigkeiten vermischen. Der Fluss aus den gemischten ersten und zweiten Flüssigkeiten verlässt die Kammer (22) über den Axialauslass (25). Die Mischkammern (3), (3A), (11) und (11A) können solche Vortex-Kammern sein.
Es wird für die Fachleute erkennbar sein, dass das schematische Diagramm von 1 eine vereinfachte Darstellung ist, um Details von Ventilen, Pumpen, Zwischentanks, Leitungen usw. wegzulassen, die im Stand der chemischen Verfahrenstechnik üblich sind. Die Konstruktion eines Prozess-Systems entlang der in 1 dargestellten Linien liegt im normalen Befähigungsrahmen eines fachmännischen Chemie-Ingenieurs.

Claims

Wässriges Extraktionsverfahren, wobei: ein Strom (1) eines ganz oder teilweise mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittels, welcher freie Clavulansäure enthält, mit einem Strom eines wässrigen Mediums in einem ersten Mischbereich (3) in Kontakt gebracht und ein Amin in den ersten Mischbereich (3) so eingeleitet werden, dass der in Wasser gelöste organische Stoff, der ein Salz der Clavulansäure mit dem Amin ist, in situ im ersten Mischbereich (3) durch Reaktion des Amins mit der Clavulansäure gebildet wird, so dass der gelöste Stoff aus dem organischen Lösungsmittel in das wässrige Medium im ersten Mischbereich eingetragen wird, worauf die organischen Lösungsmittel- und wässrigen Phasen physikalisch während einer Trennstufe getrennt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Trennstufe eine weitere Verfahrensstufe folgt, in welcher das mit dem Amin gebildete Salz der Clavulansäure aus dem wässrigen Medium isoliert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel aus n-Butanol, Ethylacetat, n-Butylacetat und aus Ketonen der allgemeinen Formel R¹COR², worin R¹ und R² unabhängig C_1–10-Alkylgruppen sind, ausgewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Amin aus tertiärem Butylamin, Ammoniak, Phenylethylamin, t-Amylamin, t-Octylamin, 1-Hydroxy-2-methyl-2-propylamin, Cyclopentylamin, Gycloheptylamin, 1-Adamantanamin, N-Ethylpiperidin, N,N'-Diisopropylethylendiamin und aus N,N-Dimethylcyclohexylamin ausgewählt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbereich eine Mischvorrichtung (21) umfasst, welche eine fluide Turbulenz und Scherspannung im Mischbereich ergibt, wo die in die Mischvorrichtung eingeleiteten Flüssigkeiten vermischt werden, um dadurch eine abgetrennte Wasser- oder wässrige Phase in kleine Tröpfchen aufzubrechen.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung eine Vortex-Kammer (21) mit Kreis-Querschnitt und mit mindestens einem Tangentialeinlass (23) und einem Axialauslass (25) umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom des ganz oder teilweise mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittels, der die freie Clavulansäure enthält, 1 Gew.% oder weniger freie Clavulansäure enthält.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Mischbereich (3) das Volumenverhältnis von wässrigem Medium : organischem Lösungsmittel im Bereich von 1:200 bis 1:50 liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet dass im ersten Mischbereich (3) das Volumenverhältnis von wässrigem Medium : organischem Lösungsmittel im Bereich von 1:100 bis 1:200 liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet dass die organische Lösungsmittelphase aus der Trennstufe des Verfahrens ein zweites Mal und gegebenenfalls anschließende Male den genannten Misch- und Trennstufen unterzogen wird, um einen weiteren Mengenanteil der Clavulansäure zu extrahieren.