EP0030532A1 - Procede d'extraction des aminoacides de la keratine - Google Patents

Procede d'extraction des aminoacides de la keratine

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EP0030532A1
EP0030532A1 EP19790900692 EP79900692A EP0030532A1 EP 0030532 A1 EP0030532 A1 EP 0030532A1 EP 19790900692 EP19790900692 EP 19790900692 EP 79900692 A EP79900692 A EP 79900692A EP 0030532 A1 EP0030532 A1 EP 0030532A1
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precipitate
hydrochloric acid
sodium acetate
arginine
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EP19790900692
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Pierre Reynaud
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C277/00Preparation of guanidine or its derivatives, i.e. compounds containing the group, the singly-bound nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C277/08Preparation of guanidine or its derivatives, i.e. compounds containing the group, the singly-bound nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of substituted guanidines
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C227/00Preparation of compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C227/38Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C227/40Separation; Purification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C319/00Preparation of thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides
    • C07C319/26Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C319/28Separation; Purification

Definitions

  • the subject of the invention is a process, usable on an industrial scale, for extracting the cystine contained in keratins of the most diverse origins such as the hair, the hair of kid, pig, horse, bovine. Besides cystine, it allows, from these raw materials, the simultaneous production, economically, of arginine, glutamic acid, leucine and tyrosine, without excluding that of valine, proline, serine and threonine.
  • the hydrolysis of the hair can be carried out by means of strong mineral acids; for the latter, it leads to a mixture of pigments, fatty acids not devoid of interest in cosmetology and various amino acids, the percentage of which is substantially as follows: cystine (17-18%), glutamic acid (13.6%) , serine (10.6%), arginine (9%), threonine (8.5%), leucine (6.4%), valine (5.5%), isoleucine (4.8%), proline (4 , 3%), glycine (4.1%), aspartic acid (3.9%), alanine (2.8%), phenylalanine (2.4%), tyrosine (2.2%), lysine (1, 9%), histidine (1.2%), methionine (0.7%).
  • the process comprises, in a first step, the hydrolysis of the hair or hairs dedusted with hydrochloric acid at reflux for 8 h.
  • the solution obtained is, after concentration under reduced pressure, exhausted with a chlorinated solvent, such as trichlorethylene to remove the fatty acids.
  • aqueous phase added with sodium acetate, gives a solution S 1 and a precipitate P 1 which is taken up in hydrochloric acid and, after addition of sodium acetate, a precipitate of cystine is separated. P 2 and a solution S 2 .
  • the solution S 1 a: near concentration under reduced pressure, is added with soda and benzal dehyde, and gives a precipitate P 3 of benzylidene-arginine and a solution S 3 . From the precipitate P 3 treated with concentrated hydrochloric acid, the L-arginine hydrochloride is recovered.
  • a second fraction of cystine and the filtrate obtained are firstly recovered from the solution S 2 , by a gradual adjustment of the pH by addition of sodium acetate, the dileucine hydrochloride which is precipitated is 'is converted into leucine, then from the remaining solution precipitates tyrosine. From the filtrate obtained, it is also possible to extract, in particular, serine and threonine.
  • a precipitate is obtained from which the acid is separated glutamic after precipitation of its hydrochloride.
  • the solution S 1 (600 ml) is concentrated under reduced pressure to remove 200 ml of acetic acid and 53 g of mineral salts by a consecutive spin. To the residual volume, cooled to 3-5 °, are added dropwise with stirring 120 ml of sodium hydroxide solution, then 11 g of benzaldehyde. After one night, the flake-shaped precipitate is drained, washed twice with 25 ml of ice water. 19 g of crude benzylidene-arginine and a solution S 3 are thus obtained.
  • Benzylidene-arginine is suspended in 30 ml of water, then 6.5 ml of concentrated hydrochloric acid are added and the mixture is brought to a boiling water bath for one hour with stirring. The solution is cooled to around 15 ° and extracted twice to recover approximately 4 g of a mixture of aldehyde and benzoic acid. The aqueous phase is discolored with two grams of charcoal for fifteen minutes. Filter, wash this charcoal with 30 ml of boiling water.
  • the solution S 3 originating from the spinning of the benzylidenearginine is treated with HCl after cooling to 5 ° C to bring its pH to 6.
  • the mineral precipitate which appears under these conditions is removed and the filtrate extracted with 2 ⁇ 30 ml of trichlorethylene , then concentrated to 300 ml.
  • 40 g of powdery hydrated baryte are added, then, very slowly, after its dissolution, 1,000 ml of ethanol, so as to obtain a granular precipitate and a solution S 7 .
  • the granular precipitate is taken up with 185 ml of concentrated hydrochloric acid diluted with 70 ml of water.

Abstract

Procede d'extraction des divers aminoacides de la keratine a partir des cheveux et des poils qui consiste, apres hydrolyse des cheveux ou poils par l'acide chlorhydrique et extraction des acides gras par un solvant chlore, a extraire les aminoacides dans l'ordre suivant: d'abord la cystine, puis l'arginine sous forme de benzylidene-arginine, la leucine sous forme de chlorhydrate de dileucine et la tyrosine. On peut enfin extraire l'acide glutamique, la serine et la threonine.

Description

PROCEDE D'EXTRACTION DES AMINO ACIDES DE LA KERATINE
L'invention a pour objet un procédé, utilisable à l'échelle industrielle, pour extraire la cystine contenue dans les kératines d'origines les plus diverses telles que les cheveux, les poils de chevreau, de porc, de cheval, de bovins. Outre la cystine, il permet, à partir de ces matières premières, la production simultanée, de façon économique, de l'arginine, de l'acide glutamique, de la leucine et de la tyrosine, sans exclure celle de la valine, de la proline, de la serine et de la threonine. L'hydrolyse des poils et cheveux peut être réalisée au moyen d'acides minéraux forts ; elle conduit pour ces derniers à un mélange de pigments, d'acides gras non dénués d'intérêt en cosmétologie et de divers aminoacides dont le pourcentage est sensiblement le suivant : cystine (17-18 %), acide glutamique (13,6 %), serine (10,6 %), arginine (9 %), threonine (8,5 %), leucine (6,4 %), valine (5,5 %), isoleucine (4,8 %), proline (4,3 %), glycine (4,1 %), acide aspartique (3,9 %), alanine (2,8 %), phénylalanine (2,4 %), tyrosine (2,2 %), lysine (1,9 %), histidine (1,2 %), méthionlne (0,7 %).
L'isolement, la purification de ces aminoacides pour l'usage pharmaceutique à partir de ces hydrolysats sont difficiles, car ils s'entraînent en se relarguant les uns les autres. Leurs solubilités dans ces conditions sont plus ou moins diminuées ou accrues selon les mélanges fractionnés. Dans l'eau, elles sont rarement minimales lorsqu'on se place au point isoélectrique de l'un d'entre eux et leur précipitation s'accompagne de celle d'un ou plusieurs congénères. Le procédé salon l'invention met en oeuvre des méthodes et des conditions particulières permettant de séparer ces aminoacides et de les isoler à l'état pur dans un ordre bien déterminé.
Le procédé comprend, dans une première étape, l'hydrolyse des cheveux ou poils dépoussiérés par l'acide chlorhydrique au reflux pendant 8 h. La solution obtenue est, après concentration sous pression réduite, épuisée par un solvant chloré, tel que le trichloréthylène pour éliminer les acides gras.
Dans une deuxième étape, la phase aqueuse, additionnée d'acétate de sodium, donne une solution S1 et un précipité P1 qui est repris par l'acide chlorhydrique et, après addition d'acétate de sodium, on sépare un précipité de cystine P2 et une solution S2.
Dans une troisième étape, la solution S1, a:près concentration sous pression réduite, est additionnée de soude et de benzal déhyde, et donne un précipité P3 de benzylidène-arginine et une solution S3. A partir du précipité P3 traité par l'acide chlorhydrique concentré, on récupère le chlorhydrate de L-arginine.
Dans une quatrième étape, on récupère à partir de la solution S2, tout d'abord une deuxième fraction de cystine et du filtrat obtenu, par un réglage progressif du pH par addition d'acétate de sodium, on précipite le chlorhydrate de dileucine qu'on transforme en leucine, puis à partir de la solution restante on précipite la tyrosine. Du filtrat obtenu on peut encore extraire, notamment, la serine et la threonine.
Dans une cinquième étape, en traitant la solution S3 par l'acide chlorhydrique, éliminant le précipité formé, extrayant le filtrat par le trichloréthylène, puis l'additionnant de baryte, on obtient un précipité d'où l'on sépare l'acide glutamique après précipitation de son chlorhydrate.
L'exemple ci-dessous illustre, de façon détaillée, le procédé selon l'invention.
1°) 200 g de cheveux d'homme dépoussiérés sont introduits dans un réacteur de 2.000 ml, muni d'un réfrigérant à reflux et d'un thermomètre, contenant 502 ml d'acide chlorhydrique du commerce (39,47.) réchauffés à 60°. Ce mélange est porté au reflux 8 heures. La solution fortement colorée est immédiatement concentrée sous pression réduite. L'on récupère ainsi 300 ml d'acide chlorhydrique correspondant à l'azéotrope (19-20 %) qui est entièrement réemployé par la suite. Au résidu sirupeux sont ajoutés 200 ml d'eau (et la solution, transvasée dans un extracteur, est épuisée avec 250 ml de trichloréthylène. On isole ainsi 8 g d'acides gras (rendement 4 %) et récupère la plus grande partie du solvant chloré. La phase aqueuse - débarrassée de traces de solvant par mise sous vide pendant 15 minutes - est additionnée de 251 g d'acétate de sodium cristallisé et laissée au repos quatre jours. Après essorage, on obtient un précipité P1 et une solution S1 de pH 4,20. 2°) Séparation de la L-cystine.
P1 est repris avec 400 ml d'acide chlorhydrique à 6 % et après dissolution on ajoute 10 g de charbon actif ; l'agitation est maintenue quinze minutes ; de nouveau 10 g de charbon sont ajoutés et l'agitation poursuivie un quart d'heure. On filtre et le charbon est rincé à trois reprises par 30 ml d'eau bouillante. On obtient une solution qui est additionnée de 89 , 5 g d'acétate de sodium. Après une nuit de contact, le précipité de cystine P2 est séparé par essorage, lavé trois fois avec 10 ml d' eau bouillante, puis séché ; P = 28 g;[α] D 20 = - 220° . (C = 1 dans HCl N) . Avec ce premier jet de cystine, on obtient une solution S2.
3°) Séparation de la L-arginine.
La solution S1 (600 ml) est concentrée sous pression réduite pour éliminer 200 ml d'acide acétique et 53 g de sels minéraux par un essorage consécutif. Au volume résiduel refroidi à 3-5°, sont ajoutés goutte à goutte sous agitation 120 ml de lessive de soude, puis 11 g de benzaldéhyde. Après une nuit, le précipité en forme de paillettes est essoré, lavé deux fois avec 25 ml d'eau glacée. On obtient ainsi 19 g de benzylidène-arginine brute et une solution S3.
La benzylidène-arginine est mise en suspension dans 30 ml d'eau, puis sont ajoutés 6,5 ml d'acide chlorhydrique concentré et le mélange est porté au bain-marie bouillant une heure en agitant. La solution est refroidie vers 15° et extraite deux fois pour récupérer environ 4 g d'un mélange d'aldéhyde et d'acide benzoîque. La phase aqueuse est décolorée par deux grammes de charbon pendant quinze minutes. On filtre, lave ce charbon avec 30 ml d'eau bouillante.
Filtrat et eaux de lavage sont concentrés sous pression réduite jusqu'à début de cristallisation et au résidu sirupeux refroidi à 5° sont ajoutés 30 ml d'éthanol. Après une nuit à cette température, les cristaux sont essorés et lavés avec 10 ml d'éthanol. On obtient ainsi 15 g de chlorhydrate d'arginine pur [α] D 20 = + 12° (C = 4 dans l'eau), soit plus de 80 % de l'arginine présente dans la matière première.
4°) Séparation d'un second jet de cystine, de la leucine et de la tyrosine.
La solution S2 (1.300 ml) est concentrée à sec sous pression réduite. Le résidu est repris par 200 ml d'acide chlorhydrique à 6 % et la solution traitée par 3 g de charbon pendant quinze minutes. Après filtration, le charbon est rincé deux fois avec 40 ml d'eau bouillante. La solution décolorée obtenue est concentrée sous pression réduite pour conduire à S4 = 250 ml,pH = 0,2. Cette solution S4 est traitée par 11,50 g d'acétate de sodium pour amener son pH à 1,2 et agitée une nuit ; les cristaux essorés sont lavés avec 40 ml d'eau bouillante et séchés. On récolte ainsi une deuxième fraction de 3-4 g de cystine pure, ce qui porte à 90 % environ le rendement globa l par rapport à la cystine présente dans les cheveux.
Obtention de la L- leucine.
Le filtrat qui vient d' être obtenu, ainsi que les 40 ml d' eau de lavage de la cystine précédente sont concentrés sous pression réduite à 200 ml et amenés à pH 1,3-1, 4, avec l 'acétate de sodium. Après une nuit, on sépare 18 g de chlorhydrate de dileucine et une solution S5. Ce chlorhydrate est repris par 50 ml d' eau tiède ; on ajoute 1 g de charbon, agite 15 minutes, filtre et rince le charbon par 40 ml d' eau chaude. Filtrat et eaux de lavage réunis sont traités avec 25 g d'acétate de sodium. La leucine libre précipite. Après essorage, les cristaux sont lavés avec un minimum d' eau glacée, puis par 10 ml d' éthanol et séchés . p = 10 g. [a] D 20 = + 15°
(C = 2.07 dans HCl 6 N); rendement 78 % de la leucine contenue dans la matière première.
Obtention de la L-tyrosine. La solution S5 est concentrée à 150 ml, puis neutralisée par 10 g d'acétate de sodium. La tyrosine précipite ; elle est essorée après une nuit, lavée avec 40 ml d' eau et reprise avec 50 ml d'acide chlorhydrique à 6 %. La solution est décolorée avec 1 g de charbon pendant quinze minutes . Après filtration du charbon et son rinçage avec 20 ml d' eau chaude, filtrat et eaux de lavage réunis sont traités par 5 g d'acétate de sodium : ce qui porte le pH à 1, 8-2, 0. Après une nuit, on essore la tyrosine qui est lavée avec 40 ml d' eau . p = 3, 50 g [ α] D 20 = - 10°6 (C = 4 dans HCl N) , soit un rendement voisin de 80 %. Para llèlement, on obtient une solution mère S6. 5° ) Séparation de l 'acide L-glutamique.
La solution S3 provenant de l ' essorage de la benzylidènearginine est traitée avec HCl après refroidissement à 5°C pour amener son pH à 6. Le précipité minéral qui apparaît dans ces conditions est éliminé et le filtrat extrait avec 2 × 30 ml de trichloréthylène, puis concentré à 300 ml . En agitant vigoureusement, on ajoute 40 g de baryte hydratée pulvérulente, puis, très lentement, après sa dissolution, 1.000 ml d' éthanol, de façon à obtenir un précipité granuleux et une solution S7. Le précipité granuleux est repris avec 185 ml d'acide chlorhydrique concentré dilués avec 70 ml d' eau . Lorsque la dissolution est totale, on ajoute 6, 2 ml d'acide sulfurique concentré en agitant continuellement pendant 24 heures ; après séparation du sulfate de baryum, le filtrat est concentré à moitié, refroidi vers 0° et saturé d'acide chlorhydrique gazeux. Après une nuit à la glacière, on récolte 25 g de chlorhydrate d 'acide glutamique brut . Ils sont repris par 60 ml d 'acide chlorhydrique à 6 % à 60° et décolorés par 1 g de charbon actif . La solution obtenue est ajustée à pH 1, 2 par l 'acétate de sodium. L'acide glutamique qui précipite est essoré, lavé à l ' eau glacée et séché; p = 20 g. [α] D 20 + 31°5 (C = 1 dans HCl 6 N), soit 75 % de la quantité présente dans la matière première. Les solutions S6 et S7 sont utilisées pour la production de la serine, de la threonine notamment..
L'ensemble des opérations a été réalisé sur 2 et 10 kg de cheveux d'homine. Les résultats obtenus dans ces deux expériences reproduisent exactement les rendements obtenus avec 200 g.

Claims

REV ENDI CA TI ON S
1. Procédé d'extraction des divers aminoacides de la kératine à partir des cheveux et des poils, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - dans une première étape, on hydrolyse les cheveux ou poils dépoussiérés, par l'acide chlorhydrique au reflux, et la solution obtenue, concentrée sous vide, est épuisée par un solvant chloré pour éliminer les acides gras,
- dans une deuxième étape, la phase aqueuse de l'étape précédente, additionnée d'acétate de sodium, donne une solution S1 et un précipité P1 qui est repris par l'acide chlorhydrique, additionné d'acétate de sodium pour donner un précipité P2 de cystine et une solution S2,
- dans une troisième étape, la solution S1 de la deuxième étape est traitée, après concentration sous vide, par la soude et le benzaldéhyde et donne un précipité P3 de benzylidène-arginine d'où on récupère l'arginine et une solution S3,
- dans une quatrième étape, on récupère, à partir de la solution S2 de la deuxième étape, tout d'abord une deuxième fraction de cystine puis, du filtrat obtenu, on précipite le chlorhydrate de dileucine et à partir de la solution restante on récupère la tyrosine,
- dans une cinquième étape, on sépare l'acide glutamique à partir de la solution S3 de la troisième étape.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans la première étape, on effectue l'hydrolyse avec de l'acide chlorhydrique à 39 %, et qu'après avoir porté au reflux pendant 8 heures on concentre la solution obtenue sous pression réduite en récupérant l'acide chlorhydrique sous forme de l'azéotrope (19-20 %) qui est ensuite recyclé.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant chloré utilisé dans la première étape pour extraire les acide gras est le trichloréthylène, et qu'on récupère de ce solvant, après l'extraction, la totalité des acides gras.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans la seconde étape, la phase aqueuse de l'étape précédente est additionnée d'acétate de sodium cristallisé et laissé au repos plusieurs jours pour donner un précipité qui est repris par l'acide chlorhydrique à 6 %, la solution obtenue est agitée sur charbon actif et traitée de nouveau par l 'acétate de sodium pendant une nuit au repos, pour récupérer un précipité de cystine .
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le précipité P3 de benzylidène-arginine obtenu au cours de la troisième étape est traité par l 'acide chlorhydrique concentré, au bain-marie bouillant, en agitant ; la solution est extraite pour récupérer un mélange d 'a ldéhyde et d'acide benzoîque, et la phase aqueuse laisse, après concentration sous pression réduite, cristalliser le chlorhydrate d'arginine.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution S2 de la deuxième étape est concentrée à sec sous vide, le résidu est repris par l 'acide chlorhydrique à 6 % et la solution obtenue est, après concentration, traitée par l'acétate de sodium pour amener le pH à 1,2, par agitation pendant une nuit et l' on obtient ainsi un deuxième jet de cristaux de cystine.
7 . Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu 'au cours de la quatrième étape, le filtrat obtenu après avoir recueilli le deuxième jet de cystine est, après concentration, amené à pH 1, 3-1, 4 avec de l 'acétate de sodium pour précipiter le chlorhydrate de dileucine qui, après reprise par l ' eau, est de nouveau traité par l 'a cétate de sodium pour précipiter la leucine libre.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution séparée après précipitation de la leucine est, après concentration, neutralisée par l 'acétate de sodium pour précipiter la tyrosine.
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution S3 provenant de la séparation de la benzylidène-arginine dans la troisième étape est traitée par l'acide chlorhydrique jusqu 'à pH 6, on élimine le précipité formé et extrait le filtra t par du trichloréthylène ; après concentration sous vide on ajoute à la solution obtenue de la baryte, puis après dissolution, de l ' éthanol, pour obtenir un précipité qui est repris par l'acide chlorhydrique pour éliminer d'abord un précipité de sulfate de baryum, puis, après concentration du filtrat et saturation pour l 'acide chlorhydrique gazeux, on récolte un précipité de chlorhydrate d'acide glutamique .
10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à partir des solutions de récupération de l 'acide glutamique, on peut encore . extraire la serine et la threonine .
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