SK62599A3

SK62599A3 - Process for the separation of tetrahydropyrimidin derivatives

Info

Publication number: SK62599A3
Application number: SK62599A
Authority: SK
Inventors: Stefan Stockhammer; Wiltrud Treffenfeldt; Andrea Preuss; Andreas Karau
Original assignee: Degussa
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2000-02-14
Also published as: DE19821378A1; EP0957174A1; JPH11349574A; CA2271519A1

Description

Spôsob oddeľovania derivátov tetrahydropyrimidinu

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu oddeľovania tetrahydropyrimidínových derivátov, najmä 2-metyl-l,4,5,6-tetrahydropyrimidín-

4-karboxylových kyselín (ektoinov) a 2-metyl-5-hydroxy1, 4, 5, 6-tetrahydropyrimidín-4-karboxylových kyselín (hydroxyektoínov), ktoré spolu sa nachádzajú vo vodných roztokoch, selektívnou adsorpciou jednej zložky na zeolitoch.

Doterajší stav techniky

Tetrahydropyrimidínovými derivátmi sa mienia najmä zlúčeniny známe z EP-A1-0553884.

Štruktúrne sú ektoíny cyklickými aminokyselinovými derivátmi, ktoré patria do triedy takzvaných „kompatibilných rozpustených látok. Sú kompatibilné aj vo vysokej koncentrácii 'S cytoplazmou a stabilizujú bunkové zložky v prostredí malej aktivity vody. Toto pôsobenie poukazuje na široké pole použitia v odboroch medicíny a kozmetiky.

Pomocou nových biotechnologických spôsobov sa podarilo vypestovať halofilné eubaktérie, napríklad rodu Halomonas, a vyvolať u týchto organizmov vylučovanie ektoinov do prostredia, ktoré ich obklopuje (T. Sauer et al. GIT Fachz. Lab. 10/95).

Pretože v závislosti od fermentačných podmienok sa produkujú ektoíny aj hydroxyektoíny, v nasledujúcich krokoch spracovania sa vyžaduje oddelenie obidvoch zložiek, aby sa získali čisté zložky. Toto oddelovanie sa môže uskutočňovať napríklad extrakciou metanolom využívaním odlišných rozpustností ektoínu a hydroxyektoínu. (T. Sauer a Erwin A. Galinski. Biotechnology and Bioengineering, VOL 57, NO 3, 1998) . Tento spôsob je však v technickom meradle v dôsledku značných množstiev potrebného metanolu nákladný.

Úlohou vynálezu je poskytnutie alternatívneho spôsobu, ktorý umožňuje efektívne oddelovanie derivátov tetrahydropyrimidínu, najmä ektoínov a hydroxyektoínov, z vodného roztoku, poprípade obsahujúceho ďalšie organické a anorganické zlúčeniny, bez použitia rozpúšťadiel.

Podstata vynálezu

Predmetom vynálezu je spôsob oddeľovania derivátov tetrahydropyrimidínu, nachádzajúcich sa vo vodnom roztoku, ť ¹ od príslušných hydroxyzlúčenín, najmä 2-metyl-l,4,5,6-tetrahydropyrimidín-4-karboxylových kyselín (ektoíny (I)) a 2metyl-5-hydroxy-l,4,5,6-tetrahydropyrimidín-4-karboxylových kyselín (hydroxyektoíny) (II), ktoré sa spolu nachádzajú vo vodných roztokoch, vyznačujúci sa tým, že sa vodné roztoky, ktoré obsahujú obidve zložky, pri hodnote pH 1,5 až 7,0 privedú do kontaktu s prednostne kyslým zeolitom, ktorý má modul 15,až 1000. Pritom nastáva kinetický prednostná adsorpcia ektoínu oproti hydroxyektoínu. Optimálnym nastavením experimentálne stanoviteľného času kontaktu medzi zeolitom a roztokom nastáva selektívne ochudobnenie východiskového roztoku o ektoín, zatiaľ čo hydroxyektoín najprv zostáva v roztoku a až pri dlhších časoch kontaktu sa adsorbuje vo významnom množstve. Deriváty ektoínu naviazané na zeolite sa desorbujú z použitého zeolitu nastavením hodnoty pH na hod notu väčšiu ako 8,0, najmä použitím roztoku hydroxidu amónneho. Roztok sa môže nastaviť na túto hodnotu pH aj pridaním inej zásaditej, poprípade organickej zložky, najmä lyzínu.

V závislosti od potrebnej čistoty derivátov, ktoré sa majú izolovať, je potrebné poprípade tento postup čistenia uskutočniť vo viacerých za sebou nasledujúcich krokoch.

Pod derivátmi tetrahydropyrimidínu, ktoré sa majú oddeľovať a čistiť podľa vynálezu, sa rozumejú najmä zlúčeniny vzorcov

kde R¹ znamená H a R² znamená OH.

Roztoky, z ktorých sa tieto látky oddeľujú, sú vo všeobecnosti vodnej alebo organickej povahy.

Zeolitmi vhodnými na adsorpciu zlúčenín, ktoré sa majú oddeľovať podľa vynálezu, sú zeolity typu Y, DAY, mordenit, dealuminovaný mordenit, ZSM-5, dealuminovaný ZSM-5, β alebo VPI5 a s modulom 10 až 1000, najmä 15 až 200, prednostne 15 až 45. Prednostne sa používa typ ZSM-5 v H-forme, amóniovej forme alebo Na-forme.

Spôsob prebieha všeobecne v teplotnom rozsahu 15 až 80 °C, prednostne 20 až 40 °C.

Koncentrácie ektoinov, poprípade hydroxyektoinov, ktoré sa majú oddeľovať, sú v známom rozsahu rozpustnosti. Pomery koncentrácii (molovo) zlúčenín, ktoré sa majú oddeľovať, bežné v stave techniky, sa dajú vypracovať pomocou spôsobu podľa vynálezu a poskytujú žiadaný pjrodukt s potrebnou čistotou. Adsorbenty sa používajú v práškovej forme, ako tvarované výrobky alebo nanesené na nosiči. Na technologickú realizáciu postupu je k dispozícii prerušovaná filtrácia, filtrácia s pevným lôžkom alebo filtrácia s priečnym tokom (crossflow-filtrácia), uskutočňovaná kontinuálne alebo diskontinuálne.

Vo výhodnej forme uskutočnenia sa kombinuje adsorpcia na zeolite s filtráciou s priečnym, tokom, pri ktorej sa roztok obsahujúci deriváty tetrahydropyrimidinu, popripade zbavený biomasy, privedie do kontaktu so suspenziami kyslého zeolitu na časový interval zodpovedajúci adsorpčnej kinetike a hneď potom sa deriváty hydroxytetrahydropyrimidinu, nachádzajúce sa vo zvyšnej kvapaline, oddelia filtráciou s priečnym tokom tým, že

a) sa nasýtené zeolity vo forme suspenzii nechajú pretekať popri pórovitej ploche/membráne, pričom sa

b) rozdiel tlaku medzi prepúšťacou stranou a protiľahlou stranou plochy/membrány sa nastavi tak, že

c) časť roztoku obsahujúceho hydroxyzlúčeniny, pretekajúceho plochou/membránou, čiastočne alebo úplne zbaveného adsorbovaných zlúčenín, prúdi plochou/membránou priečne k smeru toku (tok filtrátu),

d) v kroku premývania sa oddelí roztok zbavený adsorbovaných zlúčenín, ktorý obsahuje hydroxyzlúčeniny, a

e) hneď potom sa adsorbované zlúčeniny desorbujú.

Posledný krok nastáva pri vhodnej hodnote pH, najmä pri hodnote pH väčšej ako 8,0.

Ako adsorbenty sú obzvlášť vhodné jemnozrnné zeolitové prášky horeuvedených typov s priemerom častíc 1 až 100 pm, najmä 2 až 20 pm. Krátke intrapartikulárne difúzne dráhy umožňujú vysokú selektivitu pri adsorpcii, a tým vysoké rozdeľovacie faktory.

Dosiahnuté čistoty pre hydroxyektoín vo zvyšnej kvapaline (vzhľadom na celkové množstvo ektoínov) sú pri použití napríklad ZSM5/28 po čase kontaktu 1 h približne 100 % (príklad 1). Pri mordenite 30 sú čistoty po 24 h na základe pomalšej kinetiky približne 60 % (príklad 2). Môžu sa však pri vhodnej kombinácii krokov spôsobu zvýšiť.

Na zvýšenie čistoty sa roztoky prevedú raz alebo viackrát postupom čistenia podlá vynálezu. Jeden variant spôsobu podľa vynálezu spočíva v tom, že toto sa kombinuje s čistením známym z doterajšieho stavu techniky použitím organických katexov a iných krokov čistenia.

Príslušný krok adsorpcie a desorpcie sa uskutočňuje pred a/alebo po stupni čistenia adsorpciou na zeolite použitom podlá vynálezu, po ktorom nasledovala desorpcia.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Adsorpcia zmesi ektoínu a hydroxyektoínu na ZSM5 /28

Časové priebehy koncentrácie ektoínu a hydroxyektoínu a čistota hydroxyektoínu (vzhladom na celkové množstvo ektoínu)

Zloženie východiskového roztoku

Objem kvapaliny (ml)	30
Koncentrácia zeolitu (% hmotn.)	10
Koncentrácia ektoínu (g/1)	1,5
Koncentrácia hydroxyektoínu (g/1)	0,14

ostatné prímesi (g/1) približne 1

1,00 0-0—0—0—0—0O— 100,00

0,80

Δ Ektoin ,

O Hydroxyektoín □Čistota hydroxyektoínu

0,60

0,40

60,00

40,00

Čistota hydroxyektoínu [%]

0,20

20,00

-410

Λ.

-+15 á— 0.00

Ί

Príklad 2

Adsorpcia zmesi ektoínu a hydroxyektoínu na mordenite 30 Časové priebehy koncentrácie ektoínu a hydroxyektoínu a čistota hydroxyektoínu vo zvyšnej kvapaline (vzhľadom na celkové množstvo ektoínu)

Zloženie východiskového roztoku

Objem kvapaliny (ml)	30
Koncentrácia zeolitu (% hmotn.)	10
Koncentrácia ektoínu (g/1)	1/5
Koncentrácia hydroxyektoínu (g/1)	0,14

ostatné primesi (g/1) približne 1

1.00

0,00 o

0,80

0,60

0.40

0,20

Q O

O O o o _o	o
	ÄEktoin O Hydroxyektoin OČistota hydroxyektoínu
Δ
Δ 1 , Δ		o
Δ
Δ ô O
o o° ► -------------------------------------------------------1--------------------------------------------------------1--------------------------------------	- 1------------------------------1	Δ

100.00

80,00

60,00

40,00

20,00

15

Čas [h]

0,00

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob oddeľovania derivátov tetrahydropyrimidínu, nachádzajúcich sa vo vodnom roztoku, od príslušných hydroxyzlúčenín, vyznačujúci sa tým, že sa vodné roztoky týchto zlúčenín privedú pri hodnote pH 1,0 až 7,0 do kontaktu s kyslým zeolitom, ktorý má modul 15 až 1000, po uskutočnenej adsorpcii sa oddelí zvyšná kvapalina, obsahujúca prednostne hydroxyzlúčeniny, a adsorbované deriváty sa desorbujú zo zeolitov vodným roztokom, nastaveným na hodnotu pH väčšiu ako 8,0, poprípade pridaním zásaditej organickej zložky.
2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa oddeľuje zmes 2-metyl-l,4,5,6-tetrahydropyrimidin-4-karboxylových kyselín (ektoiny) všeobecného vzorca kde R¹ znamená H a R² znamená OH, nachádzajúca sa vo vodnom roztoku.
3. Spôsob podľa nárokov la2, vyznačujúci sa t ý m , že sa zvyšná kvapalina získaná po adsorpcii znova privedie do kontaktu s jedným z horeuvedených typov zeolitov, adsorbent sa hneď potom oddelí a tieto kroky sa poprípade raz alebo viackrát opakujú.
4. Spôsob podlá nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa t ý m , že sa ako vodný roztok používa fermentačný roztok.
5. Spôsob podlá nároku 4, vyznačujúci sa tým, že sa pred adsorpciou aspoň čiastočne oddelia z fermentačného roztoku mikroorganizmy.
6. Spôsob podlá nárokov 4a 5, vyznačujúci sa t ý m , že sa pred adsorpciou aspoň čiastočne oddelia z fermentačného roztoku rozpustné proteiny.
7. Spôsob podlá jedného alebo viacerých z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že sa ako adsorbenty používajú kyslé zeolity typu Y, DAY, mordenitu, dealuminovaného mordenitu, ZSM-5, dealuminovaného ZSM-5, β alebo VPI5 s modulom 15 až 1000.
8. Spôsob podlá nároku 6, vyznačujúci sa tým, že sa používajú zeolity typu ZSM5 alebo mordenitu v H-forme, amóniovej forme alebo Na-forme.
9. Spôsob podlá jedného alebo viacerých z nárokov 1 až

8 na oddelovanie vyššie označených derivátov tetrahydropyrimidínu, najmä vzorca (I), vyznačujúci sa tým, že sa kombinuje s fitráciou s priečnym tokom (filtrácia crossflow), pričom sa

a) sa nasýtené zeolity vo forme suspenzií nechajú pretekať popri pórovitej ploche/membráne, pričom sa

b) rozdiel tlaku medzi prepúšťacou stranou a protiľahlou stranou plochy/membrány sa nastaví tak, že

c) časť roztoku obsahujúceho hydroxyzlúčeniny, pretekajúceho plochou/membránou, čiastočne alebo úplne zbaveného adsorbovaných zlúčenín/ prúdi plochou/membránou priečne k smeru toku (tok filtrátu),

d) v kroku premývania sa oddelí roztok zbavený adsorbovaných zlúčenín, ktorý obsahuje hydroxyzlúčeniny, a

e) hneď potom sa adsorbované zlúčeniny desorbujú.

i ’

I *
10. Spôsob podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že sa používajú zeolity so stredným priemerom častíc 1 až 100 μιη.
11. Spôsob podľa nárokov 9 a 10, vyznačujúci sa t ý m , že sa nastaví transmembránový tlak 0,2.10⁵ až 3.10⁵ Pa.
12. Spôsob podľa nárokov 9 až 11, vyznačuj úci sa t ý m , že sa používajú keramické alebo organické membrány/pórovité plochy s ultrafiltračnými alebo mikrofiltračnými alebo nanofiltračnými vlastnosťami.
13. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa desorbovaný roztok podrobí raz alebo viackrát adsorpcii a desorpcii.
14. Spôsob podlá jedného alebo viacerých z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa spôsob oddeľovania zlúčenín (A) kombinuje s adsorpciou na katexoch alebo s inými krokmi čistenia a s roztokmi z nich poprípade opakovane získanými desorpciou.