WO2002024664A1 - Method for separating and isolating in a highly purified manner low molecular, similar structured compounds, particularly tetrahydropyrimidine derivatives and fission products thereof - Google Patents

Method for separating and isolating in a highly purified manner low molecular, similar structured compounds, particularly tetrahydropyrimidine derivatives and fission products thereof Download PDF

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WO2002024664A1
WO2002024664A1 PCT/EP2001/010952 EP0110952W WO0224664A1 WO 2002024664 A1 WO2002024664 A1 WO 2002024664A1 EP 0110952 W EP0110952 W EP 0110952W WO 0224664 A1 WO0224664 A1 WO 0224664A1
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separation
cleavage products
aqueous
separated
low molecular
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PCT/EP2001/010952
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Frank Giesselmann
Achim Epping
Andreas Jupke
Henner Schmidt-Traub
Silke JÜNEMANN
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Bitop Gesellschaft Für Biotechnische Optimierung Mbh
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D239/00Heterocyclic compounds containing 1,3-diazine or hydrogenated 1,3-diazine rings
    • C07D239/02Heterocyclic compounds containing 1,3-diazine or hydrogenated 1,3-diazine rings not condensed with other rings
    • C07D239/06Heterocyclic compounds containing 1,3-diazine or hydrogenated 1,3-diazine rings not condensed with other rings having one double bond between ring members or between a ring member and a non-ring member

Definitions

  • the present invention relates to a process for the separation and high-purity isolation of low-molecular, structurally similar compounds, in particular tetrahydropyrimidine derivatives from the group of 1, 4, 5, 6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic acids (ectoins) and their cleavage products.
  • tetrahydropyrimidine derivatives such as. B. 1, 4, 5, 6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic acids (ectoins) and their cleavage products are amino acid derivatives which belong to the class of compatible solutes. They are also compatible with cell metabolism in highly concentrated form and are characterized by the fact that they stabilize biomolecules under various stress conditions. This effect indicates a large application potential in pharmaceutical and cosmetic areas.
  • the compatible solutes such as B. the ectoin, are synthesized by a variety of microorganisms. These microorganisms include e.g. B. extremophilic bacteria and actinomycetes.
  • the compatible solutes can be obtained biotechnologically from the organisms by chemical extraction, mechanical cell disruption or by milking the bacteria.
  • the substances are processed via cross-flow filtration, electrodialysis, organic cation exchangers and the extraction of cell residues, salts and high and freed from low molecular weight impurities and obtained by crystallization as a solid.
  • the product composition can be varied by varying different process parameters in the fermentation. In the production of compatible solutes from the group of Ectoine and Firoine, product mixtures of different compositions are always obtained.
  • the object of the invention is therefore to provide methods which overcome the disadvantages of the prior art and thus an effective separation of low molecular weight, structurally similar compounds, in particular tetrahydropyrimidine derivatives, such as. B. 1, 4, 5, 6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic acids and their cleavage products of secondary components, and also enable a high-purity isolation of these substances with high yields.
  • tetrahydropyrimidine derivatives such as. B. 1, 4, 5, 6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic acids and their cleavage products of secondary components
  • the object is achieved by a process for the separation and high-purity isolation of low-molecular, structurally similar compounds, in particular tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products, in which the cleavage products are isolated in a purely alcoholic or aqueous solution or mixtures thereof with at least one separation process.
  • This advantageously achieves a degree of purity that is greater than 99.9% and is achieved in one operation.
  • the process for the separation and high-purity isolation of low-molecular, structurally similar compounds, in particular of tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products can also be carried out via a two-stage or multi-stage process, in which the individual separation process steps are the same or different. Furthermore, the process steps can be interchangeable in the order.
  • the process for separating the product mixtures can be operated batchwise or continuously. This makes it possible to adjust to any economic situation, so that, for. B. there are no delivery bottlenecks with smaller or short-term ordered high-purity product quantities.
  • the process for the separation and isolation of the tetrahydropyrimidine derivatives and its cleavage products is preferably carried out from an aqueous solution in a suitable phase system using chromatographic processes.
  • the principle of adsorption chromatography is preferred, in particular the principle of high-resolution liquid chromatography (HPLC).
  • HPLC high-resolution liquid chromatography
  • the aqueous eluent contains proportions of organic solvents.
  • organic solvents As organic
  • Solvents are those from the group of alcohols, in particular Methanol, ethanol, propanol or acetone and mixtures of these with water are used. With the group of these solvents or solvent mixtures with water, separation or regeneration is possible with simple means. Demineralized water is preferred in terms of separation performance.
  • Chromatographic separation which is carried out adsorptively on chemically modified silica gels, is preferably used as the chromatographic method.
  • Reverse materials such as RP18, RP8 or similar non-polar phase materials available on the market can also be used as adsorbents.
  • Medium-polar phase materials can also be used in an embodiment of the present method according to the invention. Suitable products are for example Kromasil (Akzo Nobel), Spherisorb (Waters), Nucleosil (Macherey-Nagel) and Ultrasphere (Beckman).
  • fractional crystallization can also be used as the separation process, which is used alone or coupled with another separation process.
  • the productivity of the entire separation and cleaning process can be significantly increased with high purity.
  • a higher space-time yield can be achieved.
  • Fractional evaporative crystallization is used here in particular as a method of fractional crystallization.
  • the fractional crystallization is advantageously carried out in several stages at different temperature levels in order to ensure the highest purity and product yield.
  • the fractional crystallization is carried out with a solvent, in particular a pure alcohol from the group consisting of methanol, ethanol or propanol or an aqueous solution thereof.
  • a solvent in particular a pure alcohol from the group consisting of methanol, ethanol or propanol or an aqueous solution thereof.
  • pure methanol or aqueous methanol solutions are used for the separation.
  • fractional evaporation crystallization takes place according to the invention over a multi-stage temperature profile in which the products to be separated are mixed with an aqueous methanol solution or pure methanol.
  • the process for the separation and high-purity isolation of low molecular weight, structurally similar compounds, in particular of tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products is carried out by a coupled separation process in which, as the first process step, the substance fraction is separated in aqueous solution according to the principle of adsorption chromatography and the the fractions obtained are individually mixed with an alcohol and subjected to fractional evaporative crystallization in a second process step. This execution can also take place in the reverse order of the process steps.
  • the mixture of substances can be separated using at least two separation processes, as described in the aforementioned two-step process.
  • the purification stages are then separated according to the principle of adsorption or ion chromatography.
  • the process according to the invention enables tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products to be obtained in high yield. In addition, a purity of ⁇ 99.9% and greater can be achieved. Furthermore, the method can advantageously be used with firoin ( ⁇ -mannosylglycerate, ⁇ -mannosylglyceramide), with cyclic diphosphoglycerate, diglycerol phosphate, dimyoinositol phosphate and the like.
  • Another advantage of the present invention is that the method according to the invention enables a reduction of the previously known complex process steps.
  • the present process in its various variants is used for the separation and high-purity isolation of low-molecular, structurally similar compounds, in particular of tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products from the group of the ectoins, from Firoinen, and similar compounds.
  • the target components ectoin and hydroxyectoin were removed in a discontinuous HPLC system using their different adsorption tendencies.
  • the ectoins were present in a concentration in aqueous solution of ⁇ 10 g / l.
  • Demineralized water was used as the eluent for the chromatographic separation.
  • RP18 materials were used as the stationary phase. These were packed in a 25 x 125 mm temperature-controlled stainless steel column, which was brought into thermodynamic equilibrium with at least 40 column volumes of fully deionized water from the start of the separation. The separation was carried out at a pressure of 50 bar and a flow rate of 10 ml / min. After flowing through the column three times, a purity of 99.9% was achieved.
  • the first eluting component, hydroxyectoin was collected. Then the non-polar ectoin.
  • the substance mixture was detected with a UV detector at a wavelength of 243 nm.
  • the target components ectoin and hydroxyectoin were removed in a discontinuous HPLC system using their different tendencies to adsorb.
  • the ectoins were present in a concentration in aqueous solution of ⁇ 10 g / l.
  • Demineralized water was used as the eluent for the chromatographic separation.
  • RP18 materials were used again as the stationary phase. These were packed in a 25 x 125 mm stainless steel column, which was brought into thermodynamic equilibrium with at least 40 column volumes of fully deionized water from the start of the separation. The separation was carried out at a pressure of 50 bar and a flow rate of 10 ml / min. After a simple flow through the column described, a purity of 80% could be achieved.
  • the substance mixture was detected using a UV detector at a wavelength of 243 nm.
  • the water was largely drawn off in a water jet vacuum at 50 ° C.
  • the principle of fractional crystallization was used discontinuously.
  • the eluates collected were taken up using the different solubilities in methanol.
  • evaporation crystallization was carried out in a 500 ml glass flask at 15 ° C. under a water jet vacuum until the total volume was reduced to 70 ml.
  • the crystallized hydroxyectoin was filtered off.

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Abstract

The invention relates a method for separating and isolating in a highly purified manner low molecular, similar structured compounds, particularly tetrahydropyrimidine derivatives, for example, 1,4,5,6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidane carboxylic acids (ectoines) or firoines (α mannosylglycerate, α mannosylglyceramide) and the fission products thereof. The fission products are separated with the aid of a pure alcoholic or aqueous solution or mixtures thereof in at least one method of separation and are separated, in particular, in at least two identical or different methods of separation.

Description

Verfahren zur Trennung und hochreinen Isolierung von niedermolekularen. strukturell ähnlichen Verbindungen, insbesondere von Process for the separation and high purity isolation of low molecular weight. structurally similar compounds, especially of
TetrahvdroDyrimidinderivaten und deren SpaltprodukteTetrahvdroDyrimidine derivatives and their cleavage products
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung und hochreinen Isolierung von niedermolekularen, strukturell ähnlichen Verbindungen, insbesondere von Tetrahydropyrimidinderivaten aus der Gruppe der 1 , 4, 5, 6- Tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidincarbonsäuren (Ectoine) und deren Spaltprodukte.The present invention relates to a process for the separation and high-purity isolation of low-molecular, structurally similar compounds, in particular tetrahydropyrimidine derivatives from the group of 1, 4, 5, 6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic acids (ectoins) and their cleavage products.
Die Tetrahydropyrimidinderivate wie z. B. 1 , 4, 5, 6-Tetrahydro-2-methyl-4- pyrimidincarbonsäuren (Ectoine) und deren Spaltprodukte sind Aminosäurederivate, die zur Klasse der kompatiblen Solute gehören. Sie sind auch in hochkonzentrierter Form mit dem Zellstoffwechsel kompatibel und zeichnen sich dadurch aus, daß sie Biomoleküle unter verschiedenen Streßbedingungen stabilisieren. Diese Wirkung weist auf ein großes Anwendungspotential in pharmazeutischen und kosmetischen Bereichen hin.The tetrahydropyrimidine derivatives such as. B. 1, 4, 5, 6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic acids (ectoins) and their cleavage products are amino acid derivatives which belong to the class of compatible solutes. They are also compatible with cell metabolism in highly concentrated form and are characterized by the fact that they stabilize biomolecules under various stress conditions. This effect indicates a large application potential in pharmaceutical and cosmetic areas.
Deshalb ist es wünschenswert, diese kompatiblen Solute in größeren Mengen und in hochreiner Form zu erhalten. Die kompatiblen Solute, wie z. B. das Ectoin, werden von einer Vielzahl von Mikroorganismen synthetisiert. Zu diesen Mikroorganismen zählen z. B. extremophile Bakterien und Actinomyceten. Die biotechnische Gewinnung der kompatiblen Solute aus den Organismen kann durch chemische Extraktion, mechanischen Zellaufschluß oder durch Melken der Bakterien erfolgen. In dem sich anschließenden Aufarbeitungsverfahren werden die Substanzen über Querstromfiltration, Elektrodialyse, organische Kationenaustauscher und der Extraktion von Zellresten, Salzen sowie hoch- und niedermolekularen Verunreinigungen befreit und durch Auskristallisieren als Feststoff gewonnen.It is therefore desirable to obtain these compatible solutes in large quantities and in a highly pure form. The compatible solutes such as B. the ectoin, are synthesized by a variety of microorganisms. These microorganisms include e.g. B. extremophilic bacteria and actinomycetes. The compatible solutes can be obtained biotechnologically from the organisms by chemical extraction, mechanical cell disruption or by milking the bacteria. In the subsequent work-up process, the substances are processed via cross-flow filtration, electrodialysis, organic cation exchangers and the extraction of cell residues, salts and high and freed from low molecular weight impurities and obtained by crystallization as a solid.
Durch Variation verschiedener Verfahrensparameter in der Fermentation kann die Produktzusammensetzung variiert werden. Bei der Herstellung der kompatiblen Solute aus der Gruppe der Ectoine und Firoine werden daher stets Produktgemische unterschiedlichster Zusammensetzung gewonnen.The product composition can be varied by varying different process parameters in the fermentation. In the production of compatible solutes from the group of Ectoine and Firoine, product mixtures of different compositions are always obtained.
Ein Verfahren zur Auftrennung der Gemische und zur Isolierung und Reinigung sowohl von Ectoinen als auch von Firoinen mit Spezifikationen von ≥ 99,9 % Reinheit existiert bisher nicht.A process for the separation of the mixtures and for the isolation and purification of both ectoins and firoins with specifications of ≥ 99.9% purity does not yet exist.
Durch alkalische Hydrolyse von Ectoinen lassen sich verschiedene Aminosäuren als Spaltprodukte synthetisieren. Bei der Herstellung dieser Verbindungen fallen stets Produktgemische unterschiedlichster Zusammensetzung an. Auch hier ist ein Verfahren zur effektiven Trennung der verschiedenen Komponenten bisher nicht bekannt. Die Trennung dieser Produktgemische ist nur mit großen Ausbeuteverlusten möglich. Des weiteren ist kein Trennverfahren für Tetrahydropyrimidinderivate und deren Spaltprodukte bekannt, das eine Reinheit von ≥ 99,9 % aufweist. Auch die Produktivität und Effektivität der Isolierung der Einzelsubstanzen ist gering, so daß diese Verfahren für den technischen Maßstab nicht geeignet sind.Alkaline hydrolysis of ectoins allows various amino acids to be synthesized as cleavage products. Product mixtures with a wide variety of compositions are always produced in the production of these compounds. Here too, a method for effectively separating the various components is not yet known. The separation of these product mixtures is only possible with large losses in yield. Furthermore, no separation process for tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products is known which has a purity of ≥ 99.9%. The productivity and effectiveness of the isolation of the individual substances is also low, so that these processes are not suitable for the industrial scale.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb, Verfahren zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden und so eine effektive Trennung von niedermolekularen, strukturell ähnlichen Verbindungen, insbesondere Tetrahydropyrimidinderivaten, wie z. B. 1 , 4, 5, 6-Tetrahydro-2-methyl-4- pyrimidincarbonsäuren und deren Spaltprodukte von Nebenkomponenten gewährleisten, sowie eine hochreine Isolierung dieser Substanzen mit hohen Ausbeuten ermöglichen.The object of the invention is therefore to provide methods which overcome the disadvantages of the prior art and thus an effective separation of low molecular weight, structurally similar compounds, in particular tetrahydropyrimidine derivatives, such as. B. 1, 4, 5, 6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic acids and their cleavage products of secondary components, and also enable a high-purity isolation of these substances with high yields.
Diese Verfahren sollen bei geringen Ausbeuteverlusten, hohe Reinheiten, Produktivität und Effektivität ermöglichen und Reinheitsgrade > 99,9 % gewährleisten. Die Aufgabe wird gelöst, durch ein Verfahren zur Trennung und hochreinen Isolierung von niedermolekularen, strukturell ähnlichen Verbindungen, insbesondere von Tetrahydropyrimidinderivaten und deren Spaltprodukten, worin die Spaltprodukte in einer rein alkoholischen oder wassrigen Lösung oder Mischungen dieser mit mindestens einem Trennverfahren isoliert werden. Hierdurch wird vorteiihafterweise ein Reinheitsgrad erzielt der größer als 99,9 % ist und in einem Arbeitsgang erreicht wird.These processes are intended to enable high purity, productivity and effectiveness with low yield losses and guarantee purity levels> 99.9%. The object is achieved by a process for the separation and high-purity isolation of low-molecular, structurally similar compounds, in particular tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products, in which the cleavage products are isolated in a purely alcoholic or aqueous solution or mixtures thereof with at least one separation process. This advantageously achieves a degree of purity that is greater than 99.9% and is achieved in one operation.
Das Verfahren zur Trennung und hochreinen Isolierung von niedermolekularen, strukturell ähnlichen Verbindungen, insbesondere von Tetrahydropyrimidinderivaten und deren Spaltprodukten, kann auch über ein Zwei- oder Mehrstufenverfahren erfolgen, worin die einzelnen Trennverfahrensschritte gleich oder unterschiedlich sind. Des weiteren können die Verfahrensschritte untereinander in der Reihenfolge austauschbar sein.The process for the separation and high-purity isolation of low-molecular, structurally similar compounds, in particular of tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products, can also be carried out via a two-stage or multi-stage process, in which the individual separation process steps are the same or different. Furthermore, the process steps can be interchangeable in the order.
Das Verfahren zur Trennung der Produktgemische kann diskontinuierlich oder kontinuierlich betrieben werden. Hierdurch ist es möglich sich auf jede ökonomische Situation einzustellen, so daß z. B. keine Lieferengpässe bei kleineren oder kurzfristig georderten hochreinen Produktmengen auftreten.The process for separating the product mixtures can be operated batchwise or continuously. This makes it possible to adjust to any economic situation, so that, for. B. there are no delivery bottlenecks with smaller or short-term ordered high-purity product quantities.
Das Verfahren zur Trennung und Isolierung der Tetrahydropyrimidinderivate und seiner Spaltprodukte erfolgt bevorzugt aus wässriger Lösung in einem geeigneten Phasensystem über chromatographische Verfahren. Bevorzugt wird nach dem Prinzip der Adsorptionschromatographie gearbeitet, insbesondere nach dem Prinzip der hochauflösenden Flüssigkeitschromatographie (HPLC). Durch dieses Trennungsverfahren und die Verwendung von Wasser als Eluent können die Kosten gesenkt werden und weitere ökonomische und ökologische Problem aufgrund des eingesetzten Eluentes Wasser vorteilhafterweise minimiert werden. Die Entsorgung des Eluentes entfällt und die Regenerierung kann durch einfache Mittel erfolgen. Besonders bevorzugt ist als wässriges Eluent vollentsalztes Wasser.The process for the separation and isolation of the tetrahydropyrimidine derivatives and its cleavage products is preferably carried out from an aqueous solution in a suitable phase system using chromatographic processes. The principle of adsorption chromatography is preferred, in particular the principle of high-resolution liquid chromatography (HPLC). With this separation process and the use of water as the eluent, the costs can be reduced and further economic and ecological problems due to the eluent water used can advantageously be minimized. There is no disposal of the eluent and the regeneration can be carried out by simple means. Demineralized water is particularly preferred as the aqueous eluent.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält daß wässrige Eluent Anteile organischer Lösungsmittel. Als organischeIn a further embodiment of the process according to the invention, the aqueous eluent contains proportions of organic solvents. As organic
Lösungsmittel werden solche aus der Gruppe von Alkoholen, insbesondere Methanol, Ethanol, Propanol oder auch Aceton sowie Mischungen dieser mit Wasser verwendet. Auch bei der Gruppe dieser Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische mit Wasser ist eine Trennung bzw. Regenerierung mit einfachen Mitteln möglich. Was die Trennleistung anbetrifft, ist vollentsalztes Wasser bevorzugt.Solvents are those from the group of alcohols, in particular Methanol, ethanol, propanol or acetone and mixtures of these with water are used. With the group of these solvents or solvent mixtures with water, separation or regeneration is possible with simple means. Demineralized water is preferred in terms of separation performance.
Als chromatographisches Verfahren wird bevorzugt die chromatographische Trennung verwendet, die adsorptiv an chemisch modifizierten Kieselgelen durchgeführt wird. Als Adsorbentien können ebenfalls Umkehrmaterialien wie RP18, RP8 oder ähnliche auf dem Markt erhältliche unpolare Phasenmaterialien eingesetzt werden. Ebenfalls können in einer erfindungsgemäßen Ausführung des vorliegenden Verfahrens mittelpolare Phasenmaterialien verwendet werden. Geeignete Produkte sind beispielsweise Kromasil (Akzo Nobel), Spherisorb (Waters), Nucleosil (Macherey-Nagel) und Ultrasphere (Beckman).Chromatographic separation, which is carried out adsorptively on chemically modified silica gels, is preferably used as the chromatographic method. Reverse materials such as RP18, RP8 or similar non-polar phase materials available on the market can also be used as adsorbents. Medium-polar phase materials can also be used in an embodiment of the present method according to the invention. Suitable products are for example Kromasil (Akzo Nobel), Spherisorb (Waters), Nucleosil (Macherey-Nagel) and Ultrasphere (Beckman).
Als Trennverfahren kann neben den chromatographischen Verfahren auch die fraktionierende Kristallisation verwendet werden, die für sich alleine oder mit einem weiteren Trennverfahren gekoppelt zur Anwendung kommt.In addition to the chromatographic processes, fractional crystallization can also be used as the separation process, which is used alone or coupled with another separation process.
Durch die Kopplung der Verfahren kann bei hoher Reinheit die Produktivität des gesamten Trenn- und Reinigungsprozesses deutlich gesteigert werden. Insbesondere kann eine höhere Raum-Zeit-Ausbeute erzielt werden.By coupling the processes, the productivity of the entire separation and cleaning process can be significantly increased with high purity. In particular, a higher space-time yield can be achieved.
Als Verfahren der fraktionierenden Kristallisation wird hier insbesondere die fraktionierende Verdampfungskristallisation angewendet. Vorteilhafterweise erfolgt die fraktionierende Kristallisation mehrstufig auf unterschiedlichen Temperaturniveaus, um die höchste Reinheit und Produktausbeute zu gewährleisten.Fractional evaporative crystallization is used here in particular as a method of fractional crystallization. The fractional crystallization is advantageously carried out in several stages at different temperature levels in order to ensure the highest purity and product yield.
Die fraktionierende Kristallisation wird mit einem Lösungsmittel, insbesondere einem reinen Alkohol aus der Gruppe von Methanol, Ethanol oder Propanol oder einer wassrigen Lösung dieser durchgeführt. Auch hier wird eine einfache und schnelle Regenerierung des eingesetzten Lösungsmittels oder des Lösungsmittelgemisches ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform der fraktionierenden Kristallisation wird reines Methanol oder wässrige Methanollösungen für die Trennung verwendet.The fractional crystallization is carried out with a solvent, in particular a pure alcohol from the group consisting of methanol, ethanol or propanol or an aqueous solution thereof. Here too, simple and quick regeneration of the solvent or solvent mixture used is made possible. In a preferred embodiment of the fractional crystallization, pure methanol or aqueous methanol solutions are used for the separation.
Die fraktionierende Verdampfungskristallisation erfolgt erfindungsgemäß über ein mehrstufiges Temperaturprofil bei dem die aufzutrennenden Produkte mit einer wassrigen Methanollösung oder reinem Methanol versetzt werden.The fractional evaporation crystallization takes place according to the invention over a multi-stage temperature profile in which the products to be separated are mixed with an aqueous methanol solution or pure methanol.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt das Verfahren zur Trennung und hochreinen Isolierung von niedermolekularen, strukturell ähnlichen Verbindungen, insbesondere von Tetrahydropyrimidinderivaten und deren Spaltprodukten, durch ein gekoppeltes Trennverfahren worin als erstes Verfahrensschritt die Substanzfraktion in wässriger Lösung nach dem Prinzip der Adsorptionschromatographie aufgetrennt wird und die erhaltenen Fraktionen einzeln mit einem Alkohol versetzt werden und in einem zweiten Verfahrensschritt einer fraktionierenden Verdampfungskristallisation unterworfen werden. Diese Ausführung kann auch in umgekehrter Reihenfolge der Verfahrensschritte erfolgen.In one embodiment of the present invention, the process for the separation and high-purity isolation of low molecular weight, structurally similar compounds, in particular of tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products, is carried out by a coupled separation process in which, as the first process step, the substance fraction is separated in aqueous solution according to the principle of adsorption chromatography and the the fractions obtained are individually mixed with an alcohol and subjected to fractional evaporative crystallization in a second process step. This execution can also take place in the reverse order of the process steps.
Zusätzlich können die zurückbleibenden Restlösungen dem noch zu trennenden Gemisch wieder zugeführt werden. Hierbei ist ein diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Betrieb des Verfahrens ohne Belang.In addition, the remaining solutions can be returned to the mixture to be separated. Discontinuous or continuous operation of the process is irrelevant here.
In einer Ausführungsform kann die Auftrennung des Substanzgemisches nach mindestens zwei Trennverfahren erfolgen, wie in dem vorgenannten Zweistufenverfahren beschrieben. Hieran anschließend werden die Aufreinigungsstufen nach dem Prinzip der Adsorptions- bzw. lonenchromatographie getrennt.In one embodiment, the mixture of substances can be separated using at least two separation processes, as described in the aforementioned two-step process. The purification stages are then separated according to the principle of adsorption or ion chromatography.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Tetrahydropyrimidinderivate und deren Spaltprodukte mit einer hohen Ausbeute gewonnen werden. Zusätzlich kann eine Reinheit von ≥ 99,9 % und größer erreicht werden. Weiterhin kann das Verfahren mit Vorteil bei Firoinen (α-Mannosylglycerat, α-Mannosylglyceramid), bei cyclischem Diphosphoglycerat, Diglycerinphosphat, Dimyoinositolphosphat und dergleichen eingesetzt werden.The process according to the invention enables tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products to be obtained in high yield. In addition, a purity of ≥ 99.9% and greater can be achieved. Furthermore, the method can advantageously be used with firoin (α-mannosylglycerate, α-mannosylglyceramide), with cyclic diphosphoglycerate, diglycerol phosphate, dimyoinositol phosphate and the like.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Reduktion der bis dato bekannten aufwendigen Verfahrensschritte ermöglicht wird.Another advantage of the present invention is that the method according to the invention enables a reduction of the previously known complex process steps.
Das vorliegende Verfahren in seinen unterschiedlichen Varianten wird zur Trennung und hochreinen Isolierung von niedermolekularen, strukturell ähnlichen Verbindungen, insbesondere von Tetrahydropyrimidinderivaten und deren Spaltprodukten aus der Gruppe der Ectoine, von Firoinen, und ähnlichen Verbindungen, verwendet. The present process in its various variants is used for the separation and high-purity isolation of low-molecular, structurally similar compounds, in particular of tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products from the group of the ectoins, from Firoinen, and similar compounds.
Beispiele:Examples:
Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung ohne sie jedoch zu begrenzen.The following examples serve to explain the invention without, however, limiting it.
(A) Chromatographisches Verfahren(A) Chromatographic method
In einer diskontinuierlichen HPLC-Anlage wurde die Zielkomponente Ectoin und Hydroxyectoin unter Ausnutzung ihrer unterschiedlichen Adsorptionsneigung entfernt. Die Ectoine lagen in einer Konzentration in wässriger Lösung von < 10 g/l vor. Als Elutionsmittel für die chromatographische Trennung wurde vollentsalztes Wasser verwendet. Als stationäre Phase wurden RP18- Materialien eingesetzt. Diese waren in einer 25 x 125 mm temperierbaren Edelstahlsäule gepackt, die von Beginn der Trennung mit mindestens 40 Säulenvolumina vollentsalztem Wasser in das thermodynamische Gleichgewicht gebracht wurde. Die Trennung erfolgte bei einem Druck von 50 bar und einem Durchflußstrom von 10 ml/min. Nach dreifacher Durchströmung der beschriebenen Säule konnte eine Reinheit von 99,9 % erreicht werden. Hierbei wurde zunächst die zuerst eluierende Komponente Hydroxyectoin aufgefangen. Daran anschließend das unpolare Ectoin. Die Detektion des Substanzgemisches erfolgte mit einem UV-Detektor bei einer Wellenlänge von 243 nm.The target components ectoin and hydroxyectoin were removed in a discontinuous HPLC system using their different adsorption tendencies. The ectoins were present in a concentration in aqueous solution of <10 g / l. Demineralized water was used as the eluent for the chromatographic separation. RP18 materials were used as the stationary phase. These were packed in a 25 x 125 mm temperature-controlled stainless steel column, which was brought into thermodynamic equilibrium with at least 40 column volumes of fully deionized water from the start of the separation. The separation was carried out at a pressure of 50 bar and a flow rate of 10 ml / min. After flowing through the column three times, a purity of 99.9% was achieved. The first eluting component, hydroxyectoin, was collected. Then the non-polar ectoin. The substance mixture was detected with a UV detector at a wavelength of 243 nm.
(B) Kristallisationsverfahren(B) Crystallization process
Das nachfolgende diskontinuierliche Verfahren nach dem Prinzip der fraktionierenden Kristallisation erfolgte unter Ausnutzung der unterschiedlichen Löslichkeiten in flüssigen Medien von Ectoin und Hydroxyectoin. Als Lösungsmittel wurde Methanol verwendet. Ausgehend von einer Gemischkonzentration von Ectoin und Hydroxyectoin von 4 g/l wurde in einem 500 ml Glaskolben bei 15°C eine Verdampfungskristallisation unter Wasserstrahlvakuum durchgeführt bis das Gesamtvolumen auf 70 ml reduziert war. Das auskristallisierte Hydroxyectoin wurde abfiltriert. Es wurden 1 ,95 g hochreines Hydroxyectoin gewonnen, das einen Reinheitsgrad von > 99,9 % aufwies. Nach einer Temperaturerhöhung wurde in einem zweiten Schritt eine Verdampfungskristallisation bei 55°C unter Wasserstrahlvakuum durchgeführt bis sich das Volumen auf 10 ml reduziert hatte. (Dabei wurden 1 ,5 g reines Ectoin auskristallisiert.) Die noch geringen Mengen an Ectoin und Hydroxyectoin enthaltende Restlösung wurde der neuen Gemischkonzentration wieder zugeführt.The subsequent discontinuous process based on the principle of fractional crystallization was carried out using the different solubilities in liquid media of ectoin and hydroxyectoin. Methanol was used as the solvent. Starting from a mixture concentration of ectoin and hydroxyectoin of 4 g / l, evaporation crystallization was carried out in a 500 ml glass flask at 15 ° C. under a water jet vacuum until the total volume was reduced to 70 ml. The crystallized hydroxyectoin was filtered off. 1.95 g of highly pure hydroxyectoin were obtained which had a degree of purity of> 99.9%. After a temperature increase, a Evaporation crystallization at 55 ° C under a water jet vacuum carried out until the volume had reduced to 10 ml. (1.5 g of pure ectoin were crystallized out in the process.) The residual solution, which still contained small amounts of ectoin and hydroxyectoin, was fed back to the new mixture concentration.
(C) Kombiniertes Trennverfahren(C) Combined separation process
In einer diskontinuierlichen HPLC-Anlage wurde die Zielkomponente Ectoin und Hydroxyectoin unter Ausnutzung ihrer unterschiedlichen Adsorptionsneigung entfernt. Die Ectoine lagen in einer Konzentration in wässriger Lösung von < 10 g/l vor. Als Elutionsmittel für die chromatographische Trennung wurde vollentsalztes Wasser verwendet. Als stationäre Phase wurden wieder RP18- Materialien eingesetzt. Diese waren in einer 25 x 125 mm temperierbaren Edelstahlsäule gepackt, die von Beginn der Trennung mit mindestens 40 Säulenvolumina vollentsalztem Wasser in das thermodynamische Gleichgewicht gebracht wurde. Die Trennung erfolgte bei einem Druck von 50 bar und einem Durchflußstrom von 10 ml/min. Nach einfacher Durchströmung der beschriebenen Säule konnte eine Reinheit von 80 % erreicht werden. Die Detektion des Substanzgemisches erfolgte mit einem UV-Detektor bei einer Wellenlänge von 243 nm. Das Wasser wurde im Wasserstrahlvakuum bei 50°C weitgehend abgezogen. Im zweiten Verfahrensschritt wurde diskontinuierlich nach dem Prinzip der fraktionierenden Kristallisation gearbeitet. Die aufgefangenen Eluate wurden unter Ausnutzung der unterschiedlichen Löslichkeiten in Methanol aufgenommen. Ausgehend von einer Gemischkonzentration von Ectoin und Hydroxyectoin von 0,8 bzw. 3,2 g/l wurde in einem 500 ml Glaskolben bei 15°C eine Verdampfungskristallisation unter Wasserstrahlvakuum durchgeführt bis das Gesamtvolumen auf 70 ml reduziert war. Das auskristallisierte Hydroxyectoin wurde abfiltriert. Es konnte hochreines Hydroxyectoin gewonnen werden, das einen Reinheitsgrad von > 99,9 % aufwies. Nach einer Temperaturerhöhung wurde in einem zweiten Schritt eine Verdampfungskristallisation bei 55°C unter Wasserstrahlvakuum durchgeführt bis sich das Volumen auf 10 ml reduziert hatte. Dabei wurden 0,7 g reines Ectoin erhalten. Die noch geringen Mengen an Ectoin und Hydroxyectoin enthaltende Restlösung wurde der neuen Gemischkonzentration wieder zugeführt.The target components ectoin and hydroxyectoin were removed in a discontinuous HPLC system using their different tendencies to adsorb. The ectoins were present in a concentration in aqueous solution of <10 g / l. Demineralized water was used as the eluent for the chromatographic separation. RP18 materials were used again as the stationary phase. These were packed in a 25 x 125 mm stainless steel column, which was brought into thermodynamic equilibrium with at least 40 column volumes of fully deionized water from the start of the separation. The separation was carried out at a pressure of 50 bar and a flow rate of 10 ml / min. After a simple flow through the column described, a purity of 80% could be achieved. The substance mixture was detected using a UV detector at a wavelength of 243 nm. The water was largely drawn off in a water jet vacuum at 50 ° C. In the second process step, the principle of fractional crystallization was used discontinuously. The eluates collected were taken up using the different solubilities in methanol. Starting from a mixture concentration of ectoin and hydroxyectoin of 0.8 and 3.2 g / l, evaporation crystallization was carried out in a 500 ml glass flask at 15 ° C. under a water jet vacuum until the total volume was reduced to 70 ml. The crystallized hydroxyectoin was filtered off. Highly pure hydroxyectoin could be obtained, which had a degree of purity of> 99.9%. After an increase in temperature, evaporation crystallization was carried out in a second step at 55 ° C. under a water jet vacuum until the volume had reduced to 10 ml. 0.7 g of pure ectoin were obtained. The still small amounts of ectoin and hydroxyectoin containing residual solution was fed back to the new mixture concentration.
Ansprüche Expectations

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Trennung und hochreinen Isolierung von niedermolekularen, strukturell ähnlichen Verbindungen, insbesondere von Tetrahydropyrimidinderivaten und deren Spaltprodukten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spaltprodukte in reinen alkoholischen, wassrigen Lösungen oder Mischungen davon mit mindestens einem Trennverfahren aufgetrennt werden.1. A process for the separation and high-purity isolation of low molecular weight, structurally similar compounds, in particular of tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products, so that the cleavage products are separated in pure alcoholic, aqueous solutions or mixtures thereof with at least one separation process.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere von Tetrahydropyrimidinderivaten und deren Spaltprodukten mit zwei hintereinander geschalteten gleichen oder unterschiedlichen Trennverfahren isoliert.2. The method according to claim 1, characterized in that in particular isolated from tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products with two successive same or different separation processes.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennverfahren diskontinuierlich oder kontinuierlich betrieben wird.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the separation process is operated batchwise or continuously.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Tetrahydropyrimidinderivaten und deren Spaltprodukte aus wässriger Lösung in einem geeigneten Phasensystem nach dem Prinzip der Adsorptionschromatographie getrennt werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products are separated from aqueous solution in a suitable phase system according to the principle of adsorption chromatography.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die chromatographische Trennung adsorptiv ein chemisch modifizierten Kieselgelen durchgeführt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the chromatographic separation is carried out adsorptively a chemically modified silica gel.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wässrige Eluente oder wässrige Eluente mit Anteilen organischer Lösungsmittel verwendet werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that aqueous eluents or aqueous eluents are used with proportions of organic solvents.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als wässriges Eluent vollentsalztes Wasser verwendet wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that demineralized water is used as the aqueous eluent.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als wässriges Eluent mit Anteilen organischer Lösungsmittel solche aus der Gruppe von Wasser mit Alkoholen aus der Gruppe von Methanol, Ethanol, Propanol oder Aceton verwendet werden.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that those from the group of water with alcohols from the group of methanol, ethanol, propanol or acetone are used as the aqueous eluent with proportions of organic solvents.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennverfahren der fraktionierenden Verdampfungskristallisiation verwendet wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fractional evaporative crystallization is used as the separation method.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die fraktionierende Kristallisation in einem reinen Alkohol oder einer wassrigen alkoholischen Lösung durchgeführt wird.10. The method according to claim 9, characterized in that the fractional crystallization is carried out in a pure alcohol or an aqueous alcoholic solution.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der reine Alkohol aus der Gruppe von Methanol, Ethanol oder Propanol oder einer wassrigen Lösung dieser durchgeführt wird.11. The method according to claim 9, characterized in that the pure alcohol from the group of methanol, ethanol or propanol or an aqueous solution is carried out.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die fraktionierende Kristallisation mehrstufig auf verschiedenen Temperaturniveaus durchgeführt wird.12. The method according to claim 9, characterized in that the fractional crystallization is carried out in several stages at different temperature levels.
13. Verfahren zur Trennung und hochreinen Isolierung von niedermolekularen, strukturell ähnlichen Verbindungen, insbesondere von Tetrahydropyrimidinderivaten und deren Spaltprodukten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem gekoppelten Trennverfahren in einem ersten Verfahrensschritt die Substanzfraktion in wässriger Lösung nach dem Prinzip der Adsorptionschromatographie aufgetrennt wird und die erhaltenen Fraktionen einzeln mit einem Alkohol gemischt werden und im zweiten Verfahrensschritt einer weiteren Trennung durch fraktionierende Verdampfungskristallisation aufgetrennt wird.13. A process for the separation and high-purity isolation of low molecular weight, structurally similar compounds, in particular tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products according to one of the preceding claims, characterized in that in a coupled separation process in a first process step Substance fraction is separated in aqueous solution according to the principle of adsorption chromatography and the fractions obtained are mixed individually with an alcohol and separated in a second step of a further separation by fractional evaporation crystallization.
14. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte ausgetauscht werden können.14. The method according to claim 14, characterized in that the process steps can be exchanged.
15. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Auftrennung des Substanzgemisches nach mindestens zwei Trennverfahren die Aufreinigungsstufen nach dem Prinzip der lonenchromatographie getrennt werden.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that after the separation of the substance mixture after at least two separation processes, the purification stages are separated according to the principle of ion chromatography.
16. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Trennung und hochreinen Isolierung von niedermolekularen, strukturell ähnlichen Verbindungen, insbesondere von Tetrahydropyrimidinderivaten und deren Spaltprodukten aus der Gruppe der Ectoine, Firoine, und ähnlicher Verbindungen. 16. Use of the method according to any one of the preceding claims for the separation and high-purity isolation of low molecular weight, structurally similar compounds, in particular tetrahydropyrimidine derivatives and their cleavage products from the group of ectoins, firoins, and similar compounds.
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