SK5499A3 - Process for the preparation of the disodium salt of z-l-aspartic acid from fumaric acid - Google Patents

Description

SPÔSOB VÝROBY DVOJSODNEJ SOLI KYSELINY Z-L-ASPARÁGOVEJ Z KYSELINY FUMÁROVEJ

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby dvojsodnej soli kyseliny Z-L-asparágovej z kyseliny fumárovej.

Doterajší stav techniky

Kyselina L-asparágová je jedlá východisková látka na syntézu dipeptidu aspartamu, umelého sladidla 200 násobne sladšieho ako sacharóza.

O syntéze aspartamu bolo opísaných veľa chemických a enzymatických spôsobov, u ktorých sa navzájom rôzne viažu predovšetkým kyselina L-asparágová a metylester fenylalanínu pomocou alebo bez enzymatickej katalýzy. Pritom sa napríklad vychádza z pevnej kyseliny asparágovej, ktorá po reakcii v dvojsodnej soli s benzyloxykarbonylchloridom (Z-CI) vo vodnom roztoku zreaguje na dvojsodnú soľ kyseliny Z-L-asparágovej. Kyselina asparágová sa pritom, ako je opísané napríklad v EP-A-0 127 940, vyrobí z kyseliny maleínovej, ktorá sa izomerizuje na kyselinu fumárovú, enzymaticky cez L-aspartát amónny a nasledujúcou kryštalizáciou za prítomnosti kyseliny. Pritom vzniká v matičnom lúhu ekvimoláme množstvo amónnych solí, ktoré sa musí príslušne odstrániť. Pri tomto spôsobe je okrem toho treba k získaniu dvojsodnej soli kyseliny Z-L-asparágovej množstvo postupových krokov. Ďalej je potrebné dbať na to, že roztok dvojsodnej soli kyseliny Z-L-asparágovej je podrobený prísnej špecifikácii vo vzťahu na obsah zvyškového amoniaku, na obsah zvyškovej kyseliny fumárovej, na farbu a na optickú čistotu.

Podstata vynálezu

Úlohou predloženého vynálezu je preto nájsť spôsob, pri ktorom sa zabraňuje vzniku odpadových vôd, obsahujúcich amónne ióny, redukuje sa počet krokov na dosiahnutie dvojsodnej soli kyseliny Z-L-asparágovej a vyhovuje potrebným špecifikáciám.

Neočakávane sa táto úloha vyrieši spôsobom, pri ktorom sa, keď sa vychádza z kyseliny fumárovej, L-aspartát amónny prevedie priamo na dvojsodnú soľ kyseliny L-asparágovej pri súčasnom kvantitatívnom spätnom vedení amoniaku.

Predmetom predloženého vynálezu je preto spôsob výroby dvojsodnej soli kyseliny Z-L-asparágovej z kyseliny fumárovej, ktorý je charakterizovaný tým, že

a) kyselina fumárová v inertnom rozpúšťadle reaguje za prítomnosti aspartázy alebo mikroorganizmov produkujúcich aspartázu s nadbytkom amoniaku na L-aspartát amónny, potom

b) sa k roztoku obsahujúcom L-aspartát amónny pridá hydroxid sodný, pričom podľa použitého množstva hydroxidu sodného sa vytvorí L-aspartát sodný alebo dvojsodný alebo ich zmes a

c) kontinuálne destilačné sa odstráni pri tlaku okolia a pri refluxnej teplote 90 až 120 °C v intervale 0,2 až 2 minúty, odštiepený a prebytočný amoniak a vedie sa späť do suspenzie kyseliny fumárovej, ktorá sa používa ako hlavný roztok na ďalšie enzymatické reakcie, pričom

d) roztok obsahujúci zostávajúci L-aspartát sodný sa nechá zreagovať s benzyloxykarbonylchloridom pri hodnote pH medzi 9 až 14 a za súčasného prídavku hydroxidu sodného, takže vzniká dvojsodná soľ kyseliny Z-Lasparágovej.

V prvom kroku a) spôsobu podľa vynálezu reaguje kyselina fumárová v enzymatickej reakcii na L-aspartát amónny. Hlavný produkt pre spôsob podľa vynálezu, tj. kyselina fumárová, sa môže vyrobiť napríklad izomerizáciou kyseliny maleínovej.

Pre enzymatickú reakciu sa kyselina fumárová zamieša až na hranicu rozpustnosti do inertného rozpúšťadla, takže sa získa suspenzia. Ako inertné rozpúšťadlo je vhodná voda, zmes voda/etanol, alebo zmes voda/acetón a podobne. Prednostne sa používa voda. Do suspenzie kyseliny fumárovej sa potom pri teplote okolia zavedie kvapalný amoniak alebo vo forme roztoku 10 až 35 % hmotn., čím sa teplota zvýši až na 60 °C a hodnota pH sa nastaví medzi 8 a 9. Prednostne sa používa vodný roztok amoniaku 20 až 30 % hmotn. Amoniak sa pritom pridáva v nadbytku, prednostne 1 až 30 %.

Do takto získaného systému, prednostne roztoku, sa potom pri 20 až 60 °C, prednostne pri 30 až 50 °C, zamieša enzým aspartáza alebo mikroorganizmus produkujúci aspartázu. Pri tomto prídavku enzýmu, prípadne mikroorganizmu produkujúceho aspartázu je výhodné, keď sa prídavkom amoniaku získa roztok, pretože v prípade suspenzie je potreba väčšieho množstva enzýmu, vplyvom jeho adsorpcie a tým podmienenej straty aktivity. Pre takmer kvantitatívnu reakciu po 24 až 30 hodinách je pritom potreba aktivita enzýmu 30 až 50 IU na mol kyseliny fumárovej.

Mikroorganizmy produkujúce aspartázu sú napríklad Pseudomonas fluorescens, Protens vulgaris, Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens, Bacteríum succinium, Bacillus subtilis, Aerobacter aerogenes, Micrococcus sp. , Escherichia coli a podobne. Ďalšie vhodné mikroorganizmy produkujúce aspartázu sú napríklad opísané v US 3 791 926 a US 3 198 712.

Pri spôsobe podľa vynálezu sa môže ďalej použiť čistená alebo syntetická aspartáza. Enzým, prípadne mikroorganizmus produkujúci aspartázu, sa môže pridať do tekutej alebo imobilizovanej formy, ako je napríklad opísané v EP 0 127 940. Po celkom ukončenej reakcii, koniec reakcie sa môže zistiť napríklad fotometrický, že sa roztok obsahujúci L-aspartát amónny prípadne ochladí na 20 °C až na 30 °C a v druhom kroku b) sa pridá hydroxid sodný. Množstvo pridaného hydroxidu sodného je pritom závislé na požadovanej sodnej soli, prípadne požadovanej hodnote pH produkčného roztoku. Pre ďalšie reakcie sú pritom vhodné ako sodné tak dvojsodné soli, ako aj ich zmesi. Prednostne sa používa sodný lúh. Reakčný roztok sa pritom ohreje o 10 až 30 °C.

Podľa vynálezu sa amoniak destilačné odstraňuje kontinuálne, prednostne na tenkovrstvovej odparke, spádovej filmovej odparke a odparke s krátkou dráhou. Reakčná teplota, respektíve teplota refluxu je pritom 90 až 120 °C, prednostne 100 až110°C.

Destilácia sa uskutočňuje pri tlaku okolia a vo veľmi krátkom intervale 0,2 až 2 minúty, prednostne 0,5 až 1,5 minúty. Oddestilovaný amoniak sa potom vedie späť do suspenzie kyseliny fumárovej, ktorá sa po ďalšom prídavku amoniaku môže opäť použiť ako hlavný roztok pre nasledujúcu enzymatickú reakciu. Podľa tohto spôsobu sa pri oddelení amoniaku zaisťuje prakticky kvantitatívne oddelenie amoniaku a potlačuje sa, respektíve sa úplne zabraňuje racemickým reakciám (D4 asp. <0,1 hmotn. %) a rovnako žltkastému sfarbeniu zostávajúceho roztoku a spätnému štiepeniu na kyselinu fumárovú.

Takto získaný roztok L-aspartátu sodného sa potom v nasledujúcom kroku d) pridá pri teplote 30 až 60 °C k benzyloxykarbonylchloridu (Z-CI), pričom súčasným prikvapkávaním hydroxidu sodného sa hodnota pH udržuje medzi 9 a 14, prednostne medzi 11 a 12. Z-CI sa môže pritom pridávať v ekvimolárnom množstve, ale tiež v miernom prebytku. Po prídavku Z-CI sa reakčná zmes ešte 0,5 až 4 hodiny pri reakčnej teplote odstaví a následne sa ochladí na teplotu okolia, pričom sa vykoná oddelenie fáz.

Vodná fáza sa potom perie, napríklad terciárnym metylbutyléterom, diizobutyléterom, toluolom alebo inými rozpúšťadlami nerozpustnými vo vode.

Organická fáza sa presunie a získa sa dvojsodná soľ kyseliny Z-Lasparágovej vo vodnom roztoku. Na oddelenie prípadných zvyškových množstiev organických rozpúšťadiel vo vodnej fáze sa pri teplote okolia vloží do vákua.

Spôsobom podľa vynálezu sa získa dvojsodná soľ kyseliny Z-L-asparágovej ako jasný, mierne žltkastý roztok, ktorý sa môže v prípade potreby použiť, pomocou väzby s fenylalanínom, na ďalšie spracovanie na aspartám. Spôsobom podľa vynálezu sa zabráni odpadovej vode obsahujúcej amónne ióny a amoniak sa kvantitatívne vedie späť na ďalšie enzymatické reakcie kyseliny fumárovej.

Ďalej nie je pri spôsobe podľa vynálezu potrebné izolovať kyselinu Lasparágovú alebo jeden z medziproduktov.

Takto získaný roztok dvojsodnej soli kyseliny Z-L-asparágovej zodpovedá všetkým špecifikáciám vo vzťahu k zvyškovému obsahu kyseliny fumárovej (< 0,3 % hmotn.) a amoniaku (< 100 % mol), farby (farba APHA < 25) a optickej čistoty (Dasp. <0,1 % hmotn.)

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

a) Enzymatická reakcia

Do 5 I nádoby so zdvojeným plášťom sa vložilo 2070 ml pitnej vody a primiešalo sa 973 g kyseliny fumárovej (8,38 mol). Do suspenzie kyseliny fumárovej sa potom v priebehu 30 minút vložilo 1450 ml 25 % hmotn. roztoku amoniaku (1314 g). Pritom sa dosiahla reakčná teplota 45 až 50 °C a hodnota pH 8,5. Pri teplote 45 °C a za mierneho miešania sa do jasného roztoku vloží 1,4 ml roztoku aspartázy (245 lU/ml). Potom sa vyplo miešanie a reakčný roztok sa udržoval na teplote 45 °C. Reakčný priebeh bol zisťovaný fotometrický. Takmer kvantitatívna reakcia (< 99 %) bola dosiahnutá po 25,5 hodinách.

b) a c) Desorpcia amoniaku

Do 2445 ml roztoku L-aspartátu amónneho získaného podľa kroku a) sa po ochladení na 25 °C počas 15 minút pridalo 842,5 g 50 % hmotn. sodného lúhu. Pritom sa roztok ohrial na 50 °C. Bola zmeraná hodnota pH 11,5. Následne sa pomocou tenkovrstvovej odparky s membránovým dávkovacím čerpadlom pri tlaku okolia oddelil z roztoku sodnej soli kyseliny L-asparágovej odštiepený a nadbytočný amoniak.

Teplota olejového kúpeľa bola 175 °C, otáčky rotora boli 300 ot/min.

čas	zberač ml	teplota kalu °C	hlava ml	kal ml
Oh	1000	88,2
po 40 min.	500	94,3	230	270
1 h 23 min.	0	82,3	480	510

Získal sa roztok dvojsodného L-aspartátu s obsahom 33,5 % hmotn. kyseliny L-asparágovej. Pritom nebola pozorovaná žiadna racemisia. Obsah kyseliny Dasparágovej bol 0,04 % hmotn. (D-asp : L-asp = < 0,1 : > 99,9 %). Oddestilovaný amoniak sa zaviedol do suspenzie kyseliny fumárovej, ktorá slúžila ako hlavný roztok pre ďalšie reakcie. Zvyškový obsah amoniaku bol 20 % mol. Obsah kyseliny fumárovej bol < 0,04 hmotn. %, kyselina jablčná a asparagín neboli dokázané.

d) Výroba Z-(L)-aspartátu dvojsodného ml roztoku L-aspartátu dvojsodného, vyrobeného analogicky s príkladmi 1a) až 1c), s 18,1 % hmotn. kyseliny L-asparágovej (0,11 mol) sa ohrialo na 45°C. Za miešania sa prikvapkalo počas hodiny 20,5 g benzyloxykarbonylchloridu (Z-CI). Súčasne sa prikvapkávaním sodného lúhu 50 % hmotn. udržovala hodnota pH medzi 10,9 a 13,8. Celkom sa pritom pridalo 7,8 g sodného lúhu 50 % hmotn. Po prikvapkávaní sa reakčný roztok 2,5 hodiny udržoval na teplote 45 až 47 ’C. Hodnota pH bola konštantné 12,1. Po ochladení na 25 ’C bol vodný roztok dvakrát ošetrený 92 ml terciárnym metylbutyléterom. Organické fázy boli prevedené, vodná fáza bola zbavená počas 30 minút pri 20 °C a tlaku 20 mbar zvyškov rozpúšťadla. Získalo sa 101 g ľahko žltkastého, jasného roztoku. Obsah Z-(L)-aspartátu dvojsodného bo, 30,8 % hmotn..

Príklad 2

Výroba roztoku L-aspartátu sodného

Analogicky s príkladom 1b) a 1c) sa do 1300 ml roztoku získaného podľa 1a) po ochladení na 25 °C počas 15 minút vložilo 588 g sodného lúhu 20 % hmotn.. Pritom sa roztok ohrial na 50 °C. Pri tlaku okolia sa destilačné analogicky podľa príkladu 1c) oddelilo všetko množstvo amoniaku a reakčný roztok sa koncentroval na 1200 ml. Zvyškový obsah amoniaku bol < 100 % mol.

Získal sa roztok L-aspartátu sodného s obsahom kyseliny L-asparágovej

25,9 % hmotn.. Pritom nebola pozorovaná žiadna racemisia. Obsah kyseliny fumárovej bol <0,1 hmotn. %, kyselina jablčná a asparagín neboli dokázané. Roztok bol analogicky s príkladom 1d) ďalej spracovaný na Z-(L)-aspartát dvojsodný.

Príklad 3

Výroba Z-(L)-aspartátu dvojsodného nadbytkom Z-CI

64,2 ml roztoku L-aspartátu dvojsodného s 18,1 hmotn. % kyseliny Lasparágovej (0,09 mol ), vyrobeného analogicky podľa príkladu 1a) až 1c), sa ohrialo na 45 °C. Počas 1 hodiny miešania sa prikvapkalo 17,7 g benzyloxykarbonylchloridu (0,10 mol). Súčasne sa prikvapkaním 50 hmotn. % sodného lúhu docielila hodnota pH medzi 9,4 a 11,8. Celkom bolo pritom pridané

8,8 g sodného lúhu 50 % hmotn. Po prikvapkávaní sa reakčný roztok 2,5 hodiny udržoval na teplote 45 °C. Hodnota pH bola konštantné 11,3. Po ochladení na 25°C sa vodný roztok dvakrát ošetril 46 ml terciámeho metylbutyléteru. Organické fázy boli prevedené, vodná fáza bola zbavená počas 30 minút pri teplote 20 °C a tlaku 20 mbar zvyškov rozpúšťadla. Získalo sa 84,2 g ľahko žltkastého, jasného roztoku. Obsah Z-(L)-aspartátu dvojsodného bol 31,4 % hmotn..

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob výroby dvojsodnej soli kyseliny Z-L-asparágovej z kyseliny fumárovej, vyznačujúci sa tým, že

   a) kyselina fumárová v inertnom rozpúšťadle reaguje za prítomnosti aspartázy alebo mikroorganizmov produkujúcich aspartázu s nadbytkom amoniaku na L-aspartát amónny, potom

   b) sa k roztoku obsahujúcom L-aspartát amónny pridá hydroxid sodný, pričom podľa použitého množstva hydroxidu sodného sa vytvorí L-aspartát sodný alebo dvojsodný alebo ich zmes a

   c) kontinuálne destilačné sa odstráni pri tlaku okolia a pri refluxnej teplote až 120 °C v intervale 0,2 až 2 minúty odštiepený a nadbytočný amoniak a vedie sa späť do suspenzie kyseliny fumárovej, ktorá sa používa ako východiskový roztok pre ďalšie enzymatické reakcie, pričom

   d) roztok obsahujúci zostávajúci L-aspartát sodný reaguje s benzyloxykarbonylchloridom pri hodnote pH medzi 9 až 14 a za súčasného prídavku hydroxidu sodného, takže vzniká dvojsodná soľ kyseliny Z-Lasparágovej.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa ako inertné rozpúšťadlo používa voda, zmes voda/etanol, alebo zmes voda/acetón.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že kyselina fumárová reaguje pri enzymatickej aktivite 30 až 50 IU na 1 mol kyseliny fumárovej.
4. 4. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa zavedie amoniak kvapalný alebo forma vodného 10 až 35 % hmotn. roztoku.
5. 5. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa amoniak zavádza v 1 až 30 % nadbytku.
6. 6. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa amoniak odstraňuje pomocou tenkovrstvovej odparky, spádovej filmovej odparky a odparky s krátkou dráhou.
7. 7. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa amoniak odstraňuje pri refluxnej teplote 100 až 110 °C.
8. 8. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa k roztoku obsahujúcom Laspartát sodný pridá benzyloxykarbonylchlorid pri teplote 30 až 60 °C.
9. 9. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa v nadväznosti na reakciu Laspartátu a benzyloxykarbonylchloridu, po oddelení fáz, vodná fáza perie rozpúšťadlom nerozpustným vo vode.
10. 10. Spôsob podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že sa vodná fáza obsahujúca dvojsodnú soľ kyseliny Z-L-asparágovej viaže s fenylalanínom na aspartam.