ES2251765T3 - Metodo para preparar y purificar un derivado de aspartamo n-alquilado. - Google Patents

Metodo para preparar y purificar un derivado de aspartamo n-alquilado.

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ES2251765T3 ES98906040T ES98906040T ES2251765T3 ES 2251765 T3 ES2251765 T3 ES 2251765T3 ES 98906040 T ES98906040 T ES 98906040T ES 98906040 T ES98906040 T ES 98906040T ES 2251765 T3 ES2251765 T3 ES 2251765T3
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Abstract

La invención se refiere a un procedimiento de preparación y purificación de N-{[}N-{(}3,3-dimetilbutil{-L-{al}-aspartil{]}-L- fenilalanina-1-metil éster a partir de aspartamo y 3,3- dimetilbutiraldehído por hidrogenación en una disolución de un disolvente orgánico seguida de la formación de una disolución de un disolvente acuoso/orgánico que tiene un contenido de disolvente orgánico de aproximadamente un 17% a aproximadamente un 30% en peso de la disolución del disolvente acuoso/orgánico.

Description

Método para preparar y purificar un derivado de aspartamo N-alquilado.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
Esta invención se refiere a un método mejorado de preparación y purificación de un derivado del aspartamo
N-alquilado que es particularmente útil como agente edulcorante.
Antecedentes de la técnica relacionados
Se conoce que varios derivados N-sustituidos del aspartamo, tales como los descritos en el documento de patente de EEUU Nº 5.480.668, son útiles como agentes edulcorantes. En particular, el derivado N-alquilado de aspartamo,
1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina, se conoce como un agente edulcorante extremadamente potente puesto que su potencia edulcorante, sobre una base del peso, se ha notificado que es al menos 50 veces la del aspartamo y aproximadamente 10.000 veces la de la sacarosa.
Puesto que los agentes edulcorantes se emplean principalmente en alimentos para consumo humano, es sumamente importante que dichos agentes edulcorantes se produzcan utilizando métodos que proporcionen productos altamente purificados. Tales métodos también pueden tener posibilidades comerciales, es decir, pueden usarse a escala industrial y ser económicamente rentables.
La patente de EEUU nº 5.510.508 describe un método para preparar el 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina de fórmula
1
que comprende tratar una solución ácido acético acuosa/alcohólica de aspartamo y 3,3-dimetilbutiraldehído, a temperatura ambiente, con hidrógeno a una presión menor o igual a 1 bar (0,1 MPa) en presencia de un catalizador basado en platino o paladio. El producto se purifica por precipitación y filtración después de separar al vacío el alcohol de la disolución.
Existe, sin embargo, la necesidad de preparar 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina de más pureza incluso que el que se conoce en la técnica, particularmente para su empleo como agente edulcorante para consumo humano.
Compendio de la invención
Esta invención se refiere a un método para proporcionar un derivado N-alquilado de aspartamo altamente purificado que se puede emplear como agente edulcorante. En particular, la invención se refiere a un método para purificar el
1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina que comprende las etapas de preparar una solución de disolvente orgánico del 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina y después formar una solución acuosa/disolvente orgánico a partir del disolvente orgánico para precipitar el 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina a partir de la solución acuosa/disolvente orgánico, en la que la solución acuosa/disolvente orgánico tiene una cantidad de disolvente orgánico de aproximadamente 17% a aproximadamente 30% en peso de la solución acuosa/disolvente orgánico, y en la que el disolvente orgánico es metanol, tetrahidrofurano, o acetato de etilo. El método de purificación de esta invención permite la recuperación del 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina altamente purificado por filtración del precipitado al mismo tiempo que las impurezas permanecen en la solución acuosa/disolvente orgánico. Una realización particular de esta invención incluye las etapas de preparar el 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina de fórmula
2
que comprende (i) tratar una mezcla de aspartamo y 3,3-dimetilbutiraldehído en el disolvente orgánico mencionado anteriormente con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación a una temperatura y una presión eficaz para formar una solución de disolvente orgánico del 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina; y (ii) filtrar la solución de disolvente orgánico para separar el catalizador de hidrogenación. El metanol es un disolvente orgánico particularmente preferido para usar en el método de la presente invención. El precipitado se recupera usando técnicas de filtración convencionales para proporcionar 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina altamente purificado.
Descripción detallada de la invención
Esta invención va dirigida a un método mejorado para preparar y purificar un derivado N-alquilado de aspartamo, denominado 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina. Este derivado N-alquilado de aspartamo es un agente edulcorante muy potente.
El 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina se prepara primeramente tratando una mezcla de aspartamo y 3,3-dimetilbutiraldehído en un disolvente orgánico con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación. El aspartamo y el 3,3-dimetilbutiraldehído son materiales de partida fáciles de conseguir, los cuales se combinar normalmente en una proporción molar esencialmente equivalente, por ejemplo aproximadamente 1:1. Lo más probable es que cantidades molares más altas del aldehído lleven a la generación de impurezas, de igual forma que tampoco se prefieren cantidades en exceso de aspartamo debido al desperdicio y al
coste.
La reacción de hidrogenación se lleva a cabo en un disolvente orgánico, preferiblemente metanol. Si se desea, el agua puede estar presente en la mezcla de reacción siempre que el disolvente orgánico este presente en una cantidad mayor de aproximadamente 30% en peso del peso total de agua y disolvente orgánico. Básicamente la concentración de disolvente orgánico debe de ser lo suficientemente grande para solubilizar el 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina de manera que se evite la agregación con el catalizador, el cual se elimina mediante filtración. Otros disolventes orgánicos ejemplificantes incluyen tetrahidrofurano y acetato de etilo.
El catalizador de hidrogenación se puede seleccionar de catalizadores basados en paladio o platino tales como por ejemplo, platino sobre carbón activado, platino negro o paladio negro. Otros catalizadores de hidrogenación incluyen, sin limitaciones, níquel sobre sílice, níquel sobre sílice y alúmina, níquel Raney, rutenio negro, rutenio sobre carbono, hidróxido de paladio sobre carbono, óxido de paladio, rodio negro, rodio sobre carbono y rodio sobre alúmina. El catalizador de hidrogenación basado en paladio o platino es el más preferido. El catalizador está presente en una cantidad eficaz para producir el derivado N-alquilado de aspartamo con un rendimiento aceptable. Generalmente, la proporción en peso de catalizador a aspartamo es aproximadamente 0,01:1 a aproximadamente 0,25:1, más preferiblemente aproximadamente 0,02:1.
El pH de la mezcla de reacción esta normalmente entre aproximadamente 4,0 a aproximadamente 6,5, más preferiblemente aproximadamente 5,0 a aproximadamente 5,5. Si se desea, el pH de la mezcla de reacción se puede ajustar mediante adición de ácidos o bases comunes.
Los componentes de la mezcla de reacción se hidrogenan en presencia de un catalizador de hidrogenación bajo una atmósfera de hidrógeno. Normalmente la presión de hidrógeno se mantiene de aproximadamente 0,03 a aproximadamente 0,69 MPa (5 psi a aproximadamente 100 psi), más preferiblemente de aproximadamente 0,21 a aproximadamente 0,24 MPa (30 psi a aproximadamente 35 psi).
La reacción de hidrogenación se lleva a cabo mezclando primeramente el aspartamo, y el 3,3-dimetilbutiraldehído, el disolvente orgánico y el catalizador para formar una lechada, la cual se hidrogena luego a una temperatura de aproximadamente 20ºC a aproximadamente 30ºC, preferible-mente aproximadamente 22ºC a aproximadamente 26ºC durante aproximadamente 2 a 48 horas, y más preferiblemente durante 12 a 16 horas.
La solución de disolvente orgánico resultante que contiene el 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina se filtra luego para separar el catalizador de hidrogenación. Se pueden emplear técnicas de filtración convencionales. Preferiblemente se añade un ayuda filtro tal como Celite y la solución se filtra con un filtro de
centelleo.
Después de la filtración, se forma una solución acuosa/disolvente orgánico que tiene disolvente orgánico en una cantidad de aproximadamente 17% a 30% en peso de la solución acuosa/disolvente orgánico. La solución acuosa/disolvente orgánico se puede formar en cualquier modo que de cómo resultado una solución que tenga la cantidad anteriormente mencionada de disolvente orgánico. Por ejemplo, el disolvente orgánico de la solución de disolvente orgánico que contiene el 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina se puede primero reducir, por ejemplo, mediante vaporización rotatoria o destilación, y luego reponer con agua para alcanzar el contenido de disolvente orgánico deseado. O más preferiblemente, después de añadir agua el disolvente orgánico se reduce además por destilación para alcanzar el contenido de disolvente orgánico deseado. Es también posible añadir agua a la solución de disolvente orgánico que luego se reduce para alcanzar un contenido de disolvente orgánico de aproximadamente 17% a aproximadamente 30%, más preferiblemente aproximadamente 17% a aproximadamente 25% en peso de la solución acuosa/disolvente orgánico. Otra posibilidad más, si se desea, es añadir agua y separar simultáneamente el disolvente orgánico. Si el disolvente orgánico se reduce menos de 17%, es también posible volver a añadir el disolvente orgánico para formar una disolución de disolvente orgánico que tenga un contenido de disolvente orgánico entre aproximadamente 17 a aproximadamente 30%.
Después de que se forma la solución acuosa/disolvente orgánico que tiene el contenido de disolvente orgánico especificado, la solución se mantiene durante aproximadamente 2 a aproximadamente 24 horas, más preferiblemente al menos aproximadamente 12 horas y a una temperatura de aproximadamente 5-25ºC, más preferiblemente aproximadamente 10-15ºC. Este periodo de mantenimiento permite una precipitación sustancial del 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina, el cual luego se separa utilizando técnicas de filtración convencionales.
El filtrado resultante que puede contener 10-15% del derivado N-alquilado de aspartamo se puede, si se desea, reciclar en el procedimiento. El sólido recuperado, el cual se lava preferiblemente con agua y luego se seca, es el
1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina altamente purificado.
Como se mencionó anteriormente, esta invención se dirige a un método para purificar el 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina, sin importar como se prepare. En este método de purificación el
1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina puede formarse en una solución de disolvente orgánico o añadirse al disolvente orgánico. Como se mencionó anteriormente, la solución de disolvente orgánico puede contener agua en tanto en cuanto el 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina se solubilice en la solución de disolvente orgánico. La formación de la solución acuosa/disolvente orgánico para este método de purificación es la misma que se ha descrito anteriormente para el método de preparación del 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina.
Se pretende que los siguientes ejemplos sean una ilustración de determinadas realizaciones preferidas de la invención, y no suponen una limitación de la invención.
Ejemplo 1
Se formó una lechada de \alpha-aspartamo a (29,43g, 0,1 mol) y 3,3-dimetilbutiraldehído (10g, 0,1 mol) en metanol (500 ml). Se añadió a la lechada un catalizador de paladio, Pd/C (4%, 50% humedad, 1,2 g). La mezcla se hidrogenó a 0,21 MPa (30 psi) a temperatura ambiente durante aproximadamente 12 a 16 horas. La mezcla hidrogenada luego se filtró a través de un lecho de Celite y el lecho se lavó con metanol (50 ml). El metanol se redujo aproximadamente a la mitad de volumen (250 ml) en un evaporador rotatorio bajo presión reducida y luego se le añadió agua (250 ml). El metanol restante se destiló hasta un nivel de aproximadamente 17-25% de metanol en la solución acuosa/ metanol resultante. La solución acuosa/metanol se agitó a 10º - 15ºC durante 2 a 12 horas. El sólido precipitado se filtró, se lavó con agua (50 ml) y se secó en un horno a vacío a 40ºC (cámara de vacío) durante 16 horas para producir 19,65-24,57g de 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina (52-65%) como un sólido blanco (> 97% de pureza por HPLC).
Ejemplo Comparativo 1
Se mezclaron aspartamo (50-60 g/L), 3,3-dimetil-butiraldehído (20-30g/L), metanol (30 ml) y una solución acuosa 0,1 M de ácido acético (60 ml) con un catalizador de paladio, Pd/C (10%; 1 g). La mezcla se hidrogenó a 0,1 MPa (14,5 psi) a temperatura ambiente durante aproximadamente 2 horas. Luego se separó el metanol por evaporación y se recuperó un precipitado sólido blanco. La reacción fue completada solamente en un 60-70%. Después el producto se filtró, se secó y se lavó con hexano, encontrándose mediante HPLC que el 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina resultante contenía aproximadamente 20 a 30% (0% de metanol) de aspartamo, 1 a 2% de N,N-dineohexilaspartamo y 1-2% de un eluyente tardío que es dineohexil lactona. Cuando se destiló el nivel de metanol hasta un nivel de aproximadamente 5-10% de metanol en la solución acuosa/metanol resultante, el porcentaje de aspartamo en el material aislado final descendió a 3-5%.
Ejemplo 2
Se preparó el 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina de una forma similar al ejemplo comparativo 1 con la excepción de que el metanol no se extrajo completamente, sino que por el contrario quedó un 20-24% en peso de la solución acuosa/metanol hidrogenada. El precipitado se recuperó por filtración, se lavó con agua y se secó. El 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina resultante tuvo una pureza del 99% por HPLC.
Otras variaciones y modificaciones de esta invención serán evidentes para los expertos en la técnica. Esta invención no se limita excepto por lo que se establece en las siguientes reivindicaciones.

Claims (16)

1. Un método para purificar el 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina de fórmula
\vskip1.000000\baselineskip
3
que comprende las etapas de:
(i) preparar una solución de disolvente orgánico del 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina y (ii) después formar una solución acuosa/disolvente orgánico a partir de la solución de disolvente orgánico para precipitar el 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina a partir de la solución acuosa/disolvente orgánico, en la que dicha solución acuosa/disolvente orgánico tiene una cantidad de disolvente orgánico de aproximadamente 17% a aproximadamente 30% en peso de la solución acuosa/disolvente orgánico, y en la que dicho disolvente orgánico es metanol, tetrahidrofurano, o acetato de etilo.
2. Un método según la reivindicación 1, en el que dicho disolvente orgánico es metanol.
3. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que el pH de la solución de disolvente orgánico es aproximadamente 5,0 a aproximadamente 5,5.
4. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3, que comprende además la etapa de filtrar el precipitado del 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina de la solución acuosa/metanol.
5. Un método según la reivindicación 4, en el que el paso de filtrar el precipitado se lleva a cabo al menos 12 horas después de la formación de la solución acuosa/metanol.
6. Un método según la reivindicación 5, en el que la solución acuosa/metanol se mantiene a una temperatura en un intervalo de 10ºC a 15ºC previamente a la etapa de filtrar el precipitado.
7. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que dicho precipitado se lava con agua.
8. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicha solución de disolvente orgánico se obtiene (i) tratando una mezcla de aspartamo y 3,3-dimetilbutiraldehído en dicho disolvente orgánico con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación, a una temperatura y presión eficaces para formar una solución de disolvente orgánico del 1-metil-éster de N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-\alpha-aspartil]-L-fenilalanina; y (ii) filtrando la solución de disolvente orgánico para separar el catalizador de hidrogenación.
9. Un método según la reivindicación 8, en el que el aspartamo y el 3,3-dimetilbutiraldehído están presentes en una relación molar sustancialmente equivalente.
10. Un método según la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en el que el catalizador de hidrogenación es un catalizador basado en platino o paladio.
11. Un método según la reivindicación 10, en el que la relación en peso de catalizador de hidrogenación a aspartamo es aproximadamente 0,02:1.
12. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que la presión de hidrógeno se mantiene de 0,03 a 0,69 MPa (5 psi a 100 psi).
13. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el que la temperatura de hidrogenación se mantiene entre 20ºC a 30ºC.
14. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la solución acuosa/metanol contiene metanol en una cantidad entre 17% a 25% en peso de la solución acuosa/metanol.
15. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que dicha etapa de formación de la solución acuosa/metanol comprende reducir parcialmente el contenido de metanol de la solución de metanol, añadir agua y además reducir el contenido de metanol hasta 17% a 25% en peso de la solución acuosa/metanol.
16. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que dicha etapa de formación de la solución acuosa/metanol comprende añadir agua a la solución de metanol seguido por la reducción del contenido de metanol hasta 17% a 25% en peso de la solución acuosa/metanol.
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