DE1059469B - Verfahren zur direkten Aufspaltung von DL-Threonin in seine enantiomorphen Formen - Google Patents

Description

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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND KL. 12 q

DEUTSCHES

/ I ' ' INTERNAT. KL. C 07 C

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT 1059 469

L 18148 IVb/12 q

ANMELDETAG: 2. MÄRZ 1954

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 1 8. J U N I 1 9 5 9

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Aufspaltung von DL-Threonin in seine enantiomorphen Formen.

Das Threonin oder die threo-2-Amino-3-oxybuttersäure existiert in zwei optisch aktiven Formen, sogenannten Enantiomorphen. Man unterscheidet d( + )- und l( — )-Formen. Nur die l( —)-Form kann im lebenden Organismus verarbeitet werden und zählt zu den unentbehrlichen Aminosäuren, deren Synthese der tierische Organismus nicht zuwege bringen kann. Die Herstellung von l( — )-Threonin ist daher von technischer Bedeutung, sowohl zwecks Ergänzung der an Threonin armen oder seiner ganz ermangelnden Proteide als auch zwecks Synthese von Polypeptiden, die diese Aminosäure enthalten. Nun liefert aber die technische Synthese nur das dl —, d. h. das racemische Threonin, das zur Gewinnung der l( — )-Form notwendigerweise erst aufgespalten werden muß. Man hat hierzu vorgeschlagen (Zambito. Peretz, Howe, Journ. Amer. Chem. Soc, 1949, 71, S. 2541), die Spaltung über das Brucinsalz seines N-p-Nitrobenzoylderivats durchzuführen. Dieser Prozeß ist aber langwierig und kostspielig, denn er benötigt die Bildung und spätere Zersetzung von Derivaten des Threonine und die Anwendung eines Alkaloids.

Es ist ferner bereits bekannt (Wh el and, »Advanced Organic Chemistry«, 2. Auflage [1951], S.239), daß man eine selektive Ausfällung des einen Enantiomorphen erhält, indem man von einer übersättigten Lösung der racemischen Verbindung ausgeht und diese Lösung mit einem Kristall des gewünschten Enantiomorphen animpft. Auch die spontane Ausfällung eines der optischen Antipoden aus der Lösung eines Racemats, vermutlich unter der Wirkung von Mikrokristallen, die sich in der Atmosphäre suspendiert befinden, ist dort erwähnt. Es wird dort hervorgehoben, daß eine Aufspaltung mit dieser Methode nur in gewissen Fällen gelingt. Ihre Anwendung auf DL-Threonin ist nicht beschrieben. Versucht man DL-Threonin nach dieser Methode aufzuspalten, so erhält man nur unbefriedigende Ausbeuten an teilweise noch die racemische Form enthaltendem L-Threonin.

Die vorliegende Erfindung hat nun ein direktes Spaltungsverfahren des DL-Threonins in seine enantiomorphen Formen zum Gegenstand, das die Nachteile der bekannten \^/Terfahren nicht aufweist. Es basiert auf der Entdeckung, daß die enantiomorphen Threonine in wäßriger oder wäßrig-alkoholischer Lösung Sättigungserscheinungen aufweisen, die durch den relativen Gehalt der Lösung an jedem der beiden Enantiomorphen beeinflußt werden. In einer Lösung der beiden enantiomorphen Formen erhöht ein Überschuß des einen der Enantiomorphen gegenüber dem anderen Verfahren zur direkten Aufspaltung

von DL-Threonin in seine enantiomorphen

Formen

Anmelder:

Les Laboratoires Frangais

de Chimiotherapie,

Paris

Vertreter:

Dipl.-Chem. Dr. phil. H. Wittek, Patentanwalt,
Heidelberg-Schlierbach, Im Grund 20

Beanspiuchte Priorität:
Frankreich vom 4. März 1953

Dr. Gaston Amiard, Noisy-le-Sec,

Dr. Robert JoIy, Montmorency,

und Dr. Leon Velluz, Paris (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

wesentlich die Übersättigung der Lösung an diesem Enantiomorphen, so daß es, wenn man die Temperatur

erniedrigt, selektiv ausfällt. Wenn man daher zu einer heißen Lösung der racemischen Form des Threonins eine geringe Menge der einen der enantiomorphen Formen hinzugibt, beobachtet man nach dem Erkalten der Lösung das Auskristallisieren dieses Enantiomor-

phen in einer Alenge, die die vorher zugefügte Menge merklich übertrifft. Auf diese Weise gelingt es, auf direktem Wege die racemische Form in ihre optischen Antipoden aufzuspalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht nun darin,

daß man die maximale Menge DL-Threonin in Wasser oder wäßrigem Alkohol in der Hitze zu einer übersättigten Lösung löst, die auch nach Abkühlung übersättigt bleibt, in dieser Lösung zusätzlich D- oder L-Threonin in einer Menge von 2 bis 12 Gewichts-

prozent, bezogen auf das gelöste Racemat, warm löst, die heiße Lösung auf eine Temperatur abkühlen läßt, die 20 bis 60° C unter der Lösungstemperatur liegt, die selektive Kristallisation des Enantiomorphen, das anteilig zugegeben wurde, zweckmäßig durch Rei-

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ben an der Gefäßwand auslöst, die ausgeschiedenen Kristalle von der Mutterlauge abtrennt und die Mutterlauge gegebenenfalls für weitere selektive Kristallisationen wiederverwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren, welches von einer Lösung des racemischen Threonins ausgeht, welche beliebig zugunsten eines Enantiomorphen aus dem Gleichgewicht gebracht werden kann, ermöglicht die Aufspaltung einer praktisch unbegrenzten Menge an Racemat und die Gewinnung der beiden enantiomorphen D- und L-Formen in reinem Zustand, wobei die Innehaltung der angegebenen Gewichtsmengen und Temperaturgrade ein betriebstechnisch und wirtschaftlich zufriedenstellendes Ergebnis gewährleistet.

Die nach der Abtrennung des kristallisierten Enantiomorphen, z. B. durch Filtration, erhaltene Lösung wird zur Abtrennung des optischen Antipoden dieses Enantiomorphen weiterbenutzt. Es genügt zu diesem Zweck, die Lösung wieder zu erhitzen, in ihr eine neue Menge der racemischen Form aufzulösen, um die zugunsten dieses Antipoden aus dem Gleichgewicht gebrachte Lösung wieder zu übersättigen, die Lösung erkalten zu lassen und den kristallisierten Antipoden abzutrennen. Die Menge der wieder zugesetzten racemischen Form wird man vorzugsweise der Menge des vorher abgetrennten Enantiomorphen gleichsetzen. Das Verfahren kann naturgemäß im Kreislauf beliebig oft wiederholt werden, wobei man abwechselnd das eine und das andere Enantiomorph abtrennt.

Die Menge des DL-Threonins, die nach der Übersättigung in Wasser gelöst bleibt, ist erheblich. Sie beträgt etwa 20 bis 25 g in 100 ecm Wasser bei 20° C nach Istündiger Kristallisation. Man kann so ziemlich konzentrierte Lösungen des DL-Threonins erhalten. Zu noch konzentrierteren Lösungen gelangt man, wenn man einen Teil des Threonins in Form eines löslichen Salzes verwendet.

Man verwendet zu diesem Zweck eine Säure, die ein leichtlösliches Threoninsalz liefert, besonders eine Halogenwasserstoffsäure, wie Salzsäure. Das Gemisch von freiem Threonin und ihrem Salz kann in situ dadurch hergestellt werden, daß man entweder Threonin mit einer zur völligen Salzbildung unzureichenden Säuremenge behandelt oder daß man die Lösung eines Threoninsalzes mittels einer anorganischen oder organischen Base teilweise alkalisiert.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern.

Beispiel 1

Man löst 1 g L-Threonin und 9 g DL-Threonin in 30 ecm Wasser bei 80° C. Nach Auflösung läßt man bis 20° C erkalten, indem man den Behälter in ein Wasserbad bei 20° C unter Rühren eintauchen läßt. Wenn die Temperaturen der Lösung und des Bades gleich sind, regt man die Kristallisation durch Reiben mit einem Glasstab an. Man läßt das Ganze dann 1 Stunde lang bei 20° C stehen, wobei man von Zeit zu Zeit rührt, saugt scharf ab und trocknet. Ausbeute: 2,07 g L-Threonin; [α ] ² ₀° = - 26° (c = 1 % in Wasser).

Beispiel 2

Man löst Ig L-Threonin und 9 g racemisches Threonin in 10 ecm Wasser und 3 ecm 10 n-Salzsäure. indem man das Ganze auf 70° C erwärmt. Man läßt bis auf eine Temperatur von etwa 20° C erkalten, regt die Kristallisation an, filtriert und wäscht das abgesaugte Produkt auf dem Filter mit 3 ecm 5O^o/oigem Alkohol und darauf mit 3 ecm absolutem Alkohol.

Nach der Trocknung bei 8O⁰C erhält man 1,735 g L(-)-Threonin; [a]S°=-28° (c=l«/o in Wasser).

Beispiel 3

Man löst bei 80° C 45 g DL-Threonin und 5 g D( + )-Threonin [_a] f = -r28° (r = 3°/₀ in Wasser) in 150 ecm Wasser, läßt bis 20° C erkalten, kratzt die Innenwand des Behälters mit einem Glasstab bis zur beginnenden Kristallisation an und läßt das Ganze

ίο 1 Stunde genau bei 20° C stehen. Man saugt die kristalline Masse scharf ab und erhält auf diese Weise 8,5g D( + )-Threonin; [_a] ² _D° =+26° (c = 3°/o in Wasser).

Man erhitzt von neuem die Mutterlaugen der vorausgegangenen Kristallisation und fügt ihnen bei 80° C 8,5 racemisches Threonin [al %° = 0° zu, kühlt auf 20° C ab und läßt, wie oben angegeben, genau bei 20° C kristallisieren. Man saugt die kristalline Masse scharf ab und erhält so 8,2 g l( — )-Threonin; Γ«] zp₌ _25° (c = 3% in Wasser).

Man erhitzt von neuem die Mutterlaugen der vorangegangenen Kristallisation und fügt ihnen bei 80° C 8,2 g racemisches Threonin \_a] 1° = 0° zu, kült auf 20° C ab und läßt, wie oben angegeben, bei 20° C erkalten. Man saugt die kristalline Masse scharf ab und erhält so 9,25 g D( + )-Threonin; [a] ²S = +26° (c = 3°/o in Wasser).

Man wiederholt diese Operation zehnmal. Die Ergebnisse sind schematisch in dem nachfolgenden Diagramm wiedergegeben, welches am besten den Ablauf der Operation gemäß vorliegender Erfindung verstehen läßt.

Ausgangsracemat
45 g DL-Threonin

Mengen und Art
der Zugaben bei 80° C

Mengen und Art

der bei 20° C

auskristallisierten

Anteile

Auf diese Weise kann man, ausgehend von einer

aus dem Gleichgewicht gebrachten Lösung, welche 45 g DL-Threonin und 5 g D( + )-Threonin enthält.

95,5 g DL-Threonin aufspalten. Natürlich kanu* man diese Operationen beliebig fortsetzen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur direkten Aufspaltung von DL-Threonin in seine enantiomorphen Formen, da-

durch gekennzeichnet, daß man die maximale Menge DL-Threonin in Wasser oder wäßrigem Alkohol in der Hitze zu einer übersättigten Lösung löst, die auch nach Abkühlung übersättigt bleibt, in dieser Lösung zusätzlich D- oder L-Threonin in einer Menge von 2 bis 12 Gewichtsprozent, bezogen auf das gelöste Racemat, warm löst, die heiße Lösung auf eine Temperatur abkühlen läßt, die 20 bis 60° C unter der Lösungstemperatur liegt, die selektive Kristallisation des Enantiomorphen, das anteilig zugegeben wurde, zweckmäßig durch Reiben an der Gefäßwand auslöst, die ausgeschiedenen Kristalle von der Mutterlauge abtrennt und die Mutterlauge gegebenenfalls für weitere selektive Kristallisationen wiederverwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die nach Abtrennung der Kristalle zurückbleibende Mutterlauge in der Wärme durch Zusatz einer neuen Menge DL-Threonin, die etwa der Menge des kristallisiert abgetrennten Enantiomorphen entspricht, in den heiß übersättigten Zustand überführt, die übersättigte Lösung um die angegebene Temperaturspanne abkühlen läßt, die selektive Kristallisation des im Überschuß über die Racematzusammensetzung vorhandenen anderen Enantiomorphen auslöst, die abgeschiedenen Kristalle abtrennt und diesen Vorgang unter Verwendung der jeweils zurückbleibenden Mutterlauge gegebenenfalls mehrfach wiederholt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man an Stelle des DL-Threonins ein Gemisch aus diesem und einem löslichen DL-Threoninsalz verwendet und demzufolge mit übersättigten Lösungen höherer Konzentration arbeitet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung des Gemisches aus DL-Threonin und seinem Salz DL-Threonin mit einer zur völligen Salzbildung unzureichenden Menge einer Säure, die leicht wasserlösliche Salze bildet, wie einer Halogenwasserstoffsäure, vorzugsweise Salzsäure, behandelt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung der übersättigten Lösung des Gemisches aus DL-Threonin und seinem Salz die Lösung eines DL-Threoninsalzes mittels einer anorganischen oder organischen Base teilweise alkalisiert.

In Betracht gezogene Druckschritten:
W he land, »Advanced Organic Chemistry«,
2. Auflage, 1951, S. 239;

Journ. Biol. Chem., 119 (1937), S. 109 bis 119;
Journ. Amer. Chem. Soc, 71 (1949), S. 2541 ff.;
USA.-Patentschrift Nr. 2 563 804.

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