DE1014548B

DE1014548B - Verfahren zur Spaltung von DL-Glutaminsaeure in die optischen Antipoden

Info

Publication number: DE1014548B
Application number: DEI11013A
Authority: DE
Inventors: Joseph L Purvis
Original assignee: International Minerals and Chemical Corp
Current assignee: International Minerals and Chemical Corp
Priority date: 1954-12-14
Filing date: 1955-12-12
Publication date: 1957-08-29

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spaltung racemischer Glutaminsäure, bei dem feste Substanzen aus einer in bezug auf DL-Glutaminsäure bei einem p_H-Wert von nicht mehr als 3,2 übersättigten Lösung, die Impfkristalle von Glutaminsäure in einer ihrer optisch-aktiven Formen enthält, auskristallieren gelassen werden.

Glutaminsäure ist eine bekannte optisch aktive Verbindung. Jedoch ist zur Zeit nur L-Glutaminsäure von wirtschaftlicher Bedeutung, wohingegen für D-Glutaminsäure oder die racemische DL-Glutaminsäure kein Verwendungszweck bekannt ist. Chemische Verfahren zur Synthese von Glutaminsäure liefern die racemische Modofikation der Glutaminsäure, und der wirtschaftliche Wert solcher Verfahren hängt von der Verfügbarkeit eines einfachen, billigen Verfahrens zur Spaltung von DL-Glutaminsäure unter Bildung optisch-aktiver L-Glutaminsäure ab. Einer der Gründe, die bisher die technische Herstellung synthetischer L-Glutaminsäure verhinderte, war das Fehlen eines wirtschaftlich tragbaren Verfahrens zur Spaltung der DL-Glutaminsäure in ihre enantiomorphen Formen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Spaltung von DL-Glutaminsäure, das keine teuren Reagenzien erfordert und das wirtschaftlich tragbar ist.

Gemäß dieser Erfindung wird racemische Glutaminsäure durch Herstellung einer übersättigten wäßrigen Lösung von DL-Glutaminsäure, Zusatz einer optischaktiven Form der Glutaminsäure zu der Lösung und Auskristallisieren fester Stoffe aus der Lösung bei einem p_H-Wert von nicht mehr als 3,2 gespalten.

Insbesondere wird diese Erfindung so ausgeführt, daß zunächst eine übersättigte wäßrige Lösung von DL-Glutaminsäure hergestellt wird. Ein übliches Verfahren zur Herstellung einer solchen Lösung besteht in dem Aufschlämmen von DL - Glutaminsäuremonohydrat mit Wasser und dem Zusatz von ausreichenden Mengen Alkali, z.B. Natriumhydroxyd, zu der Aufschlämmung, um eine echte Lösung herzustellen. Die Lösung wird dann mit einer anorganischen Säure, z.B. Salzsäure, auf einen p_H-Wert von nicht mehr als 3,2 gebracht. L-Glutaminsäure- oder D-Glutaminsäurekristalle werden denn zum Animpfen der übersättigten DL-Glutaminsäurelösung zugesetzt und die Lösung zur Förderung der Kristallisation schwach gerührt.

Die Menge der L-Glutaminsäure-Impfkristalle muß, auf die Menge der DL-Glutaminsäure in Lösung bezogen, mindestens etwa 5 Gewichtsprozent, betragen. Vorzugsweise soll die Menge der Impfkristalle zwischen 25 und SO Gewichtsprozent, auf die DL-Glutaminsäure in Lösung bezogen, betragen. Die Kristallisation kann innerhalb eines weiten Temperaturbereichs ausgeführt werden; aber die höchste prozentuale Spaltung in den höchsten Ausbeuten wird bei Durchführung der Kristallisation

zur Spaltung von DL-Glutaminsäure
in die optischen Antipoden

Anmelder:

International Minerals & Chemical
Corporation, Chicago, 111. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 13,

Ainmillerstr. 26, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. Dezember 1954

Joseph L. Purvis, Cincinnati, Ohio (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

zwischen 20 und 30° erhalten. Die Konzentration der DL-Glutaminsäurelösung soll dabei im allgemeinen zwischen 3 und 6 Gewichtsprozent DL-Glutaminsäure betragen; sie liegt bei Raumtemperatur gewöhnlich zwischen 4 und 5 Gewichtsprozent.

Gemäß einer Durchführungsform dieser Erfindung wird eine gesättigte Lösung von DL-Glutaminsäure in irgendeiner üblichen Weise hergestellt, z.B. durch Auflösen von DL-Glutaminsäuremonohydrat in Wasser in Gegenwart einer anorganischen Säure oder durch Auflösen von DL-Glutaminsäuremonohydrat in Wasser unter alkalischen Bedingungen. L-Glutaminsäure oder D-Glutaminsäure wird dann zu der Lösung zugegeben, wobei die Menge der Impfkristalle mindestens 5 Gewichtsprozent und vorzugsweise 25 bis 50 Gewichtsprozent, auf das Gewicht des gelösten DL-Glutaminsäuremonohydrats bezogen, beträgt. Der p_H-Wert der Lösung, die die Impfkristalle von L- oder D-Glutaminsäure enthält, wird dann auf nicht mehr als 3,2 bis 3,3 mit Alkali oder Säure eingestellt, je nach den ursprünglichen Lösungsbedingungen des Glutaminsäuremonohydrats, wobei die Einstellung vor der Auflösung aller Impfkristalle vorgenommen wird. Nach der Einstellung des p_H-Werts auf nicht mehr als 3, 2 wird die Lösung schwach gerührt, um die festen Stoffe auskristallisieren zu lassen. Die Kristalle enthalten alle Impfkristalle und außerdem einen beträchtlichen Anteil der optisch-aktiven Form der Glutaminsäure, der in der DL-Glutaminsäure vorhanden war und im Drehungssinn den Impfkristallen entspricht.

709i 659/431

Das Auskristallisieren fester Stoffe aus der übersättigten wäßrigen Lösung von DL-Glutaminsäure soll innerhalb von 1 bis etwa 60 Minuten nach Zugabe der Impfkristalle von L- bzw. D-Glutaminsäure und der Einstellung der Lösung auf nicht mehr als p_H 3, 2 erfolgen. Die bevorzugte Kristallisation der optisch-aktiven Form von Glutaminsäure, die den Impfkristallen entspricht, beginnt gewöhnlich innerhalb etwa 1 Minute nach Beginn der Kristallisation, und die prozentuale Spaltung der DL-Glutaminsäure erreicht etwa 20 Minuten nach Beginn der Kristallisation ein Maximum. Dieses Maximum kann 60 Minuten lang beibehalten werden, ehe die prozentuale Spaltung absinkt. Dementsprechend bevorzugt man nach erfolgter Zugabe der Impfkristalle und Einstellung der übersättigten Lösung von DL-Glutaminsäure auf Pj₁ 3, 2 bis 3,3, die Kristallisationsdauer auf etwa 20 bis 60 Minuten auszudehnen.

Wenn die übersättigte Lösung von DL-Glutaminsäure einen p_H-Wert von nicht mehr als 3, 2 vor der Zugabe der optisch-aktiven Glutaminsäure-Impfkristalle hat, wird der Beginn der Kristallisation und deshalb auch die Kristallisationszeit von dem Zeitpunkt der vollständigen Zugabe der Impfkristalle an gerechnet. Wenn andererseits die Impfkristalle zu einer übersättigten Lösung von DL-Glutaminsäure mit einem p_H-Wert von mehr als 3,2 zugegeben werden, woraufhin der p_H-Wert der Lösung noch gemäß dieser Erfindung auf etwa 3,2 eingestellt werden muß, wird die Kristallisationszeit vom Zeitpunkt der vervollständigten Einstellung des p_H-Wertes der Lösung an gerechnet.

Die folgende Tabelle gibt an, wie der Grad der Spaltung mit der Kristallisationszeit schwankt. Zur Erzielung dieser Ergebnisse wurden 525 Teile einer gesättigten Lösung von DL-Glutaminsäure (alle Teile sind Gewichtsteile), die 21,2 Teile DL-Glutaminsäuremonohydrat bei 30° enthielt und einen p_H-Wert von etwa 3,2 hatte, durch Zumischen von 10 Teilen reiner L-Glutaminsäure, auf das Gewicht der DL-Glutaminsäure in Lösung bezogen, angeimpft. Die Zeit wurde von der Beendigung der Zugabe der L-Glutaminsäurekristalle an in Minuten gemessen. Die Lösung wurde während des Kristalli-•sationsvorgangs schwach gerührt. Die prozentuale Spaltung wird ausgedrückt durch das Gewicht der erhaltenen •enantiomorphen Anteile (abzüglich der ursprünglich zugegebenen Menge an optisch-aktiver Substanz), geteilt •durch das Gesamtgewicht der racemischen Form.

Zeit
in Minuten

Prozentuale Spaltung

10 10,7

20 18,1

30 26,0

40 26,0

50 26,0

60 26,0

80 10,7

Gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung wird eine in bezug auf DL-Glutaminsäurehydrochlorid übersättigte Lösung hergestellt, indem Glutaminsäurehydrochlorid in Wasser gelöst und ausreichend Salzsäure zugegeben wird, um die Lösung zu übersättigen. Oder aber es wird DL-Glutaminsäuremonohydrat in verdünnter Salzsäure vor der Zugabe der konzentrierten Salzsäure aufgelöst. Die endgültige Lösung soll bevorzugt mindestens 20 Gewichtsprozent Salzsäure enthalten und einen p_H-Wert von weniger als 0,6 besitzen. Die übersättigte Lösung von DL-Glutaminsäurehydrochlorid, die überschüssige Salzsäure enthält, wird dann sofort mit L-Glutaminsäurehydrochlorid oder D-Glutaminsäurehydrochlorid in einer Menge von mindestens 5 Gewichtsprozent, auf das Gewicht des DL-Glutaminsäurehydrochlorids in Lösung bezogen, und bevorzugt mit 25 bis 50 Gewichtsprozent angeimpft. Die angeimpfte Lösung wird dann — bevorzugt bei Raumtemperatur — schwach gerührt, um die festen Stoffe aus der Lösung auskristallisieren zu lassen. Die Kristalle enthalten die gesamte Menge der Glutaminsäurehydrochlorid-Impfkristalle und ferner eine beträchtliche Menge der optisch-aktiven Form von Glutaminsäurehydrochlorid, die in dem DL-Glutaminsäurehydrochlorid enthalten war und in ihrer Drehung den Impfkristallen entsprach. Gemäß dieser Ausführungsform können Spaltungen von DL-Glutaminsäure zwischen 50 und 60 °/₀ erreicht werden.

Die übersättigten Lösungen von DL-Glutaminsäure oder DL-Glutaminsäurehydrochlorid, die zur Durchführung dieser Erfindung verwendet werden, können in jeder üblichen Weise hergestellt werden. Mononatrium*· DL-glutamat-dihydrat, DL-Glutaminsäuremonohydrat oder DL-Glutaminsäurehydrochlorid können zur Herstellung dieser Lösungen ohne nachteilige Auswirkungen auf den Spaltungsgrad oder die Ausbeuten, die an enantiomorphen Formen erhalten werden, verwendet werden.

Die folgenden Beispiele erläutern spezielle Ausführungsformen dieser Erfindung. Alle Teile und Prozentgehalte sind Gewichtseinheiten, wenn nicht anders angegeben.

Beispiel I

51,3 Teile DL-Mononatriumglutamatdihydrat wurden in 700 Teilen Wasser bei 25° aufgelöst. Die Lösung wurde durch Zugabe von genügend 37%iger Salzsäure auf p_H 3,2 gebracht. Zu dieser Lösung, die in bezug auf DL-Glutaminsäure gesättigt war, wurden sofort 9,2 Teile reiner L-Glutaminsäurekristalle zugegeben und die erhaltene Aufschlämmung etwa 15 Minuten langsam gerührt. Nach Ablauf dieser Zeit wurde die Aufschlämmung rasch filtriert. Die getrockneten Kristalle machten 16,2 Gewichtsteile aus und enthielten 96°/₀ L-Glutaminsäure.

Beispiel II

21,2 Teile DL-Glutaminsäuremonohydrat wurden in Wasser in Gegenwart von 6 Teilen Schwefelsäure gelöst und die Lösung auf 500 Teile aufgefüllt. Der p_H-Wert der Lösung wurde dann durch Zugabe einer ausreichenden Menge einer 33°/₀igen wäßrigen Aufschlämmung von Calciumhydroxyd auf 3,2 gebracht. Die Temperatur der eingestellten Lösung betrug 30°. 10 Teile reine L-Glutaminsäurekristalle wurden dann sofort zu der eingestellten Lösung gegeben, und es wurde schwach gerührt, um die festen Stoffe auskristallisieren zu lassen. Nach etwa 30 Minuten wurden die Kristalle abfiltriert und analysiert. Die Spaltung der DL-Glutaminsäure nach diesem Verfahren betrug 32°/₀.

Beispiel III

28 Teile DL-Glutaminsäuremonohydrat wurden in 122 Teilen Wasser aufgeschlämmt und durch Zugabe von 25 Teilen einer 37 %igen Salzsäure gelöst. Nach vollständiger Auflösung des DL-Glutaminsäuremonohydrats wurden weitere 325 Teile 37°/₀iger Salzsäure zugegeben, so daß die endgültige Lösung sich auf 500 Teile belief und etwa 26°/₀ Salzsäure enthielt. Sofort nach der letzten Zugabe von 37%iger Salzsäure wurden 10 Teile L-Glutaminsäurehydrochlorid zugegeben und die Aufschlämmung langsam gerührt, um die festen Stoffe aus der Lösung; auskristallisieren zu lassen. Nach etwa 16 Minuten Kristallisationszeit wurden die Kristalle aus der Auf- ;

schlämmung durch Filtration entfernt. Die Spaltung der DL-Glutaminsäure nach diesem Verfahren betrug 59°/₀. Der in dieser Beschreibung und den Patentansprüchen gebrauchte Ausdruck »DL-Glutaminsäure« soll — wenn diese als Ausgangsmaterial verwendet wurde — die einfachen Salze und die Mineralsäuresalze derselben mit umfassen, so z.B. DL-Mononatriumglutamat und DL-Glutaminsäurehydrochlorid.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Spaltung von DL-Glutaminsäure in die optischen Antipoden, bei dem Glutaminsäure in einer ihrer optisch-aktiven Formen zu einer übersättigten Lösung von DL-Glutaminsäure bei einem 3,2 nicht übersteigenden p_H-Wert gegeben wird und die Feststoffe aus der Lösung auskristallisiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kristallisation der festen Stoffe innerhalb 1 bis 60 Minuten und vorzugsweise innerhalb 20 bis 60 Minuten nach Zusatz von mindestens 5°/₀ der optisch-aktiven Glutaminsäure zu der Lösung beendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zu der übersättigten DL-Glutaminsäurelösung, auf das Gewicht der DL-Glutaminsäure bezogen, 25 bis 50 % L-Glutaminsäure zusetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zusatz der L-Glutaminsäure bei 20 bis 30° durchführt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Auskristallisieren der Feststoffe aus der Lösung bei einem unter 1,0 liegenden p_H-Wert durchführt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Auskristallisieren der Feststoffe aus einer mindestens 20 Gewichtsprozent enthaltenden Lösung durchführt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Advanced Organic Chemistry, 2. Aufl. (1951), 239.