DE1234731B

DE1234731B - Verfahren zur Spaltung von DL-Valin-hydrohalogeniden in die optisch aktiven Enantiomeren

Info

Publication number: DE1234731B
Application number: DEA41488A
Authority: DE
Inventors: Susumu Tatsumi; Ichiro Sasaji
Original assignee: Ajinomoto Co Inc
Current assignee: Ajinomoto Co Inc
Priority date: 1962-10-27
Filing date: 1962-10-27
Publication date: 1967-02-23

Description

UNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

core

Deutsche Kl.: 12 q- 6/01

Nummer: 1 234 731

Aktenzeichen: A 41488IV b/12 q

Anmeldetag: 27. Oktober 1962

Auslegetag: 23. Februar 1967

Von den Aminosäuren, wie Valin, ist im allgemeinen nur das L-Isomere — die gewöhnlich in der Natur vorkommende Form — brauchbar. Werden solche Verbindungen mittels chemischer Methoden synthetisiert, stellen die Endprodukte nahezu gleichbleibende Racemate dar. Es sind bereits verschiedene Methoden zur Spaltung solcher Racemate, insbesondere von dl-Valin — worunter chemische oder enzymatische Verfahren fallen —, vorgeschlagen worden.

Bei den chemischen Verfahren werden aus dem Acetat oder Äthylester von DL-Valin durch Behandlung mit Brucin (Ber., 39, S. 2320 [1906]), Dibenzoyl-D-tartrat (Ber., 86, S. 1524 [1953]) oder 1-a-Phenyläthylamin (J. Am. Chem. Soc, 73, S. 3363 [1951]) die Diastereomeren hergestellt, die in ihre enantiomorphen Formen auf Grund von Unterschieden in Eigenschaften, wie Löslichkeit, gespalten. Bei den enzymatischen Verfahren werden Derivate von DL-Valin, wie z. B. Acetyl-DL-valin (J. Biol. Chem., 189, S. 447 [1951]), Benzoyl-üL-valin (J. Am. Chem. Soc, 73, S. 452 [1951]), Chloracetyl-OL-valin, Carbobenzoxy-DL-valin (J. Biol. Chem., 189, S. 447 [1951]) usw., mit Papain in Gegenwart von Anilin behandelt, um das Anilid der entsprechenden L-Valinderivate herzustellen. Diese DL-Valinderivate können dann durch Acylase, die nur die L-Form der Valinderivate asymmetrisch hydrolysiert, in ihre enantiomorphen Formen gespalten werden (J. Biol. Chem., 194, S. 455 [1952]).

Alle diese Methoden weisen für die industrielle Durchführung eine Reihe von Nachteilen auf, da sie die Verwendung relativ kostspieliger Reagenzien erfordern, die Extraktion der Acylase aus Organismen und außerdem gewöhnlich viele beschwerliche Operationen notwendig machen.

Die Erfindung betrifft eine Methode zur Spaltung von DL-Valin-hydrohalogeniden, die sich auch industriell durchführen läßt, in die optisch aktiven Enantiomeren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine gesättigte oder übersättigte Lösung eines DL-Valin-hydrohalogenids, die gegebenenfalls eines der beiden Enantiomeren im Überschuß enthält, mit Impfkristallen des υ- oder L-Valin-hydrohalogenids versetzt, die Lösung in an sich bekannter Weise zur Kristallisation bringt und die gebildeten Kristalle des enantiomeren Hydrohalogenids abtrennt.

Dies ist ein neues Verfahren zur Spaltung von DL-Valin in Form eines Hydrohalogenids in die praktisch reinen enantiomorphen Formen und erfordert nur billige Reagenzien und Lösungsmittel und einfache Operationen. Das optisch aktive Valin-hydrohalogenid oder sein Monohydrat, das hierbei erhalten Verfahren zur Spaltung von
DL-Valin-hydrohalogeniden in die optisch
aktiven Enantiomeren

Anmelder:

Ajinomoto Kabushiki Kaisha, Tokio

Vertreter:

Dr. G. W. Lotterhos

und Dr.-Ing. H. W. Lotterhos, Patentanwälte,

Frankfurt/M., Annastr. 19

Als Erfinder benannt:

Susumu Tatsumi,

Ichiro Sasaji, Kanagawa-ken, Ko Ohno, Tokio

(Japan)

wird, kann in bekannter Weise leicht zu optisch aktivem Valin neutralisiert werden.

Aus den USA.-Patentschriften 2 987543, 2 898358 ist es zwar bereits bekanntgeworden, DL-Glutaminsäure in Form ihres Hydrochlorids oder Hydrobromids in wäßriger Lösung durch Animpfen mit dem Hydrohalogenid der entsprechenden optisch aktiven Form in die optisch aktiven Komponenten zu spalten. Es handelt sich jedoch bei dieser Abspaltungsmethode nicht um einen chemischen, sondern um einen rein physikalischen Vorgang, der anderen Gesetzmäßigkeiten als rein chemische Verfahren gehorcht, keineswegs generell bei Aminosäuren anwendbar ist und daher keine Voraussagen über das Kristallisationsverhalten anderer Aminosäuren als der Glutaminsäure zuläßt.

Weitere Versuche führten zu dem überraschenden Ergebnis, daß nur das DL-Valin-hydrohalogenid mit Erfolg in die enantiomorphen Formen gespalten werden kann und sich dieser Prozeß nicht auf andere DL-Valinderivate oder Salze, beispielsweise die Acylderivate und Metallsalze, ζ. B. das Kupfersalz des Valins, anwenden läßt.

DL-Valin-hydrohalogenid kristallisiert aus Wasser oder Wasser enthaltenden Lösungen in Form seines Hydrats aus. So kristallisiert beispielsweise DL-Valinhydrochlorid in der Form seines Monohydrats aus.

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Das Hydrat verliert sein Kristallwasser allmählich bei 45 bis 55⁰C, dagegen schnell bei 10O⁰C, wobei sich die hydratfreie Form bildet, die sich in Gegenwart von Wasser leicht in das Hydrat zurückverwandeln läßt. Die optisch aktiven Valin-hydrohalogenide weisen analoge Eigenschaften wie die Racemate auf.

In dem Verfahren der Erfindung können als Lösungsmittel alle Lösungsmittel verwendet werden, in denen Valin-hydrohalogenid oder sein Hydrat gelöst werden können und aus deren Lösungen die gelöste Substanz als Hydrat oder in der hydratfreien Form zur Kristallisation gebracht werden kann. Einige Beispiele hierfür sind:

Wasser, Alkohole mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, Äthylalkohole, deren Η-Atome in /^-Stellung durch Alkoxygruppen mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen substituiert sind, Wasser enthaltende Ketone, wäßrige Lösungen mit einem Halogenidgehalt von weniger als 35% und/oder deren Mischungen.

Die unter Verwendung dieser Lösungsmittel hergestellte Lösung von dl-Valin-hydrohalogenid wird gemäß Erfindung mit Kristallen des Hydrohalogenids des einen der optischen Isomeren angeimpft. Als Impfkristalle können beide optisch aktiven Valinhydrohalogenide als Hydrate oder in hydratfreier Form verwendet werden. Die Impfkristalle werden gewöhnlich in einer Menge von mehr als 0,3 °/o, auf das Gewicht der Lösung bezogen, angewandt.

In dem Verfahren gemäß Erfindung kann auch von einer Lösung ausgegangen werden, die das Hydrohalogenid des Racemats in Mischung mit dem Hydrohalogenid eines der beiden optisch aktiven Isomeren enthält. In diesem Fall kristallisiert das im Überschuß anwesende optisch aktive Isomer bevorzugt aus der Lösung aus, wobei nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung in diesem Fall ein Animpfen mit optisch aktivem Isomer nicht immer notwendig ist.

Es hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, das Animpfen mit dem optisch aktiven Isomer durchzuführen, wenn eine gleichmäßigere Spaltung erreicht werden soll. In diesem Fall genügt eine Impfkristallmenge von weniger als 0,3%, auf das Gewicht der Lösung bezogen.

Zur Herbeiführung und Aufrechterhaltung eines gesättigten oder übersättigten Zustandes in der Racematlösung können verschiedene vorbekannte Maßnahmen einzeln oder gemeinsam angewandt werden, z.B.

1. Kühlen der Lösung,

2. Konzentrieren der Lösung,

3. Zusatz von Lösungsmitteln, die für Valin-hydrohalogenid ein geringes Lösungsvermögen aufweisen, aber mit der Valin-hydrohalogenidlösung mischbar sind,

4. Zusatz von Substanzen, die gemeinsame Ionen enthalten, d. h. im vorliegenden Fall Halogenionen.

Die Lösung wird zweckmäßig während der Kristallisation gerührt, obgleich dies nicht immer notwendig ist.

Wird die Spaltung unter Kühlung der Lösung durchgeführt, dann liegt die obere Temperaturgrenze beim Siedepunkt der Lösung — gewöhnlich wird aber bei Temperatur unterhalb des Siedepunktes und oberhalb von etwa 20° C gearbeitet — und die untere Temperaturgrenze unterhalb der Temperatur des Sättigungspunktes einer gegebenen Lösung, bei etwa 50° C oder weniger.

Wird die Spaltung unter Zusatz eines Lösungsmittels durchgeführt, so sollte die Wahl des zuzusetzenden Lösungsmittels im Hinblick auf die Art des Lösungsmittels erfolgen, das zur Herstellung der DL-Valin-hydrohalogenidlösung benutzt worden war. Sind z. B. Isopropanol oder Glycolmonomethyläther zur Herstellung der Lösung verwendet worden, stellt

ίο der Äthyläther ein geeignetes Lösungsmittel dar, um die Löslichkeit der gelösten Substanz herabzusetzen. Bei der Methode, eine Verbindung mit einem gemeinsamen Ion zuzusetzen, können Gase oder wäßrige Lösungen von Halogenwasserstoffen oder HaIogenide oder deren wäßrige Lösungen verwendet werden.

Zweckmäßig wird das Verfahren unterbrochen, bevor die ausgeschiedenen Kristalle eine Menge von etwa 10% gegenüber dem Gewicht der Lösung

so erreicht haben, und die ausgeschiedenen Kristalle von der Lösung abgetrennt.

Die nach Beendigung der Kristallisation des Hydrohalogenids des einen Antipoden und Abtrennung der Kristalle erhaltene Mutterlauge enthält einen Überschuß an dem anderen Antipoden, der anschließend ebenfalls aus der Mutterlauge unter Anwendung des Verfahrens der Erfindung erhalten werden kann oder zweckmäßiger nach Lösung von zusätzlichem dl-Valin-hydrohalogenid oder dessen Hydrat in der

3" Mutterlauge. Das Verfahren der Erfindung kann somit wiederholt durchgeführt werden, indem man abwechselnd die eine und dann die andere der enantiomorphen Formen zum Animpfen in geeigneten Konzentrationen verwendet und nach jeder Stufe racemische Mischung zusetzt, wobei das gesamte dl-Valin-hydrohalogenid oder sein Hydrat vollständig und brauchbar in seine optisch aktiven Komponenten gespalten werden kann.

Beispiel 1

150 g einer wäßrigen, an Monohydrat des DL-Valinhydrochlorids gesättigten Lösung von 30° C wurde allmählich und unter Rühren auf 29,5° C gekühlt und mit 3,0 g Monohydrat von L-Valin-hydrochlorid geimpft. Danach wurde die Mischung allmählich mit einer Geschwindigkeit von 1° C pro 10 Minuten weiter abgekühlt. Nachdem 25,5° C erreicht worden waren, wurden die entwickelten Kristalle abfiltriert und die an den Kristallen anhaftende Mutterlauge durch Adsorption an Filterpapier in einem Zeitraum von 3 Tagen entfernt. Die erhaltene Kristallmenge betrug 5,5 g und ihre spezifische Drehung [<x]²S = +13,24° (C=2,H₂O).Da die spezifische Drehung

des reinen Monohydrats von L-Valin-hydrochlorid [α] 20 = + 14,24° (C = 2, H₂O) beträgt, weisen die erhaltenen Kristalle eine optische Reinheit von 93,0% auf.

In der Mutterlauge wurden bei 45° C 5,5 g Monohydrat des DL-Valin-hydrochlorids gelöst, die erhaltene Lösung allmählich auf 29,5° C gekühlt, mit 3,0 g Monohydrat von D-Valin-hydrochlorid geimpft und die erhaltene Mischung in der weiter oben beschriebenen Weise weiterbehandelt. Es wurden 5,3 g Kristalle mit einer spezifischen Drehung von [oi\²§ = -14,10° (C=2, H₂O) erhalten. Es handelte sich um das Monohydrat von D-Valin-hydrochlorid, das einen optischen Reinheitsgrad von 90,0% aufwies.

Die dabei erhaltene Mutterlauge wurde unter gelegentlichem Rühren auf 15° C gehalten, die ausgeschiedenen Kristalle von der Lösung abgetrennt und 72 Stunden ohne Waschen bei 80° C getrocknet. Die erhaltene Kristallmenge betrug 3,5 g und die spezifische Drehung [<x]² _D° = +13,06° (C = 2, H₂O). Da die spezifische Drehung von reinem L-Valinhydrochlorid H² _D° = +15,91° (C=2, H₂O) beträgt, stellten die erhaltenen Kristalle L-Valin-hydrochlorid mit einer optischen Reinheit von 82,1 °/o dar.

Beispiel 2

137 g einer an DL-Valin-hydrochlorid gesättigten Isopropylalkohol-Lösung (Wassergehalt 0,5%) von 55° C wurde allmählich unter Rühren auf 53° C gekühlt, mit 1,7 g L-Valin-hydrochlorid geimpft, die erhaltene Mischung mit einer Geschwindigkeit von 3° C pro 10 Minuten unter Rühren weitere 50 Minuten gekühlt und die ausgefallenen Kristalle abgetrennt und getrocknet. Die erhaltene Kristallmenge betrug 4,0 g"und ihre optische Drehung [a]² ₀° = +13,6° (C = 2, H₂O). Daher stellten die erhaltenen Kristalle L-Valin-hydrochlorid in einer optischen Reinheit von 85,5% dar.

Der erhaltenen Mutterlauge wurden 4,OgDL-VaHnhydrochlorid zugesetzt und die Lösung in der weiter oben beschriebenen Weise behandelt, mit der Ausnahme, daß zum Animpfen ] ,6 g D-Valin-hydrochlorid an Stelle von 1,7 g L-Valin-yydrochlorid benutzt wurden. Es wurden 4,5 g D-Valin-hydrochlorid mit einer spezifischen Drehung von [oc]™ = —14,0° (C =2, H₂O) (optischer Reinheitsgrad 88,1%) efhalten.

Beispiel 3

In 40 g Äthylenmonomethyläther wurden 23 g DL-Valin-hydrochlorid vollständig bei 70 bis 80° C gelöst, danach die erhaltene Lösung zur Entfärbung mit Aktivkohle behandelt und bei Raumtemperatur (27° C) stehengelassen. Bei einer Lösungstemperatur von 45° C wurde die Lösung mit 0,7 g L-Valinhydrochlorid geimpft und die efhaltene Mischung unter Rühren 10 Minuten bei Raumtemperatur abkühlen gelassen. Die Kristalle wurden abfiltriert, schnell mit Äther gewaschen und getrocknet. Es wurden 1,6 g L-Valin-hydrochlorid mit einer optischen Reinheit von 84,9% ([a]%° = +13,5° [C = 2, H₂O]) erhalten.

Beispiel 4

150 g einer gesättigten DL-Valin-hydrochloridlösung, zu deren Herstellung Monohydrat von DL-Valinhydrochlorid bis zur Sättigung in einer 16%igen wäßrigen Natriumchloridlösung bei 40° C gelöst worden war, wurden allmählich auf 39,8° C gekühlt, mit 2,0 g Monohydrat von L-Valin-hydrochlorid geimpft, die erhaltene Mischung mit einer Geschwindigkeit von 1° C pro 10 Minuten unter Rühren weitere 25 Minuten gekühlt und die erhaltenen Kristalle in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise weiterbehandelt. Es wurden 4,5 g Monohydrat von L-Valinhydrochlorid mit einer optischen Reinheit von 71% (Mc? = +10,1° [C = 2, H₂O]) erhalten.

Die Mutterlauge wurde unter gelegentlichem Rühren bei 40° C gehalten, die ausgefallenen Kristalle abfiltriert und 72 Stunden bei 80° C getrocknet. Es wurden 3,1 g D-Valin-hydrochlorid mit einer optischen Reinheit von 68% (Mc? = —10,8° [C=2, H₂O]) erhalten.
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Beispiel 5

In 200 g gesättigter DL-Valin-hydrochloridlösung, zu deren Herstellung DL-Valin-hydrochlorid in

ίο 17,5%iger Salzsäure bei 54,5° C bis zur Sättigung gelöst worden war, wurden 2,0 g L-Valin-hydrochlorid bei 70° C vollständig gelöst und die erhaltene Lösung allmählich in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise heruntergekühlt. Nach Erreichen von 51° C wurden die ausgefallenen Kristalle abfiltriert, schnell mit Isopropylalkohol gewaschen und getrocknet. Es wurden 4,42 g Kristalle erhalten mit einer spezifischen Drehung von [x]f = -J-11,6° (C= 2, H₂O).

Beispiele

In 50 g Äthylenglycolmonomethyläther wurden 20 g DL-Valin-hydrochlorid bei 28° C vollständig gelöst und die Lösung zur Entfärbung mit aktiver Tierkohle behandelt. Nach dem Zusatz von 0,7 g L-Valinhydrochlorid wurden innerhalb von 15 Minuten 30 g Äthyläther zugetropft. Die ausgeschiedenen Kristalle wurden abfiltriert, mit Isopropylalkohol gewaschen und getrocknet. Es wurden 1,74 g Kristalle mit einer spezifischen Drehung von [α] ² ₀° = + 13,3° (C = 2, H₂O) und einer optischen Reinheit von 83,6% erhalten.

Beispiel 7

In 50 g Isopropylalkohol (Wassergehalt 4 Gewichtsprozent) wurden 36 g DL-Valin-hydrobromid bei 7O⁰C gelöst und die Lösung gekühlt. Nachdem 43⁰C erreicht waren, wurde die Lösung mit 1,0 g L-Valin-hydrobromid ([a]² _D° = 12,8° [C = 4, H₂O]) angeimpft und die Mischung unter Rühren bis auf 36° C gekühlt, wofür 15 Minuten benötigt wurden. Die ausgeschiedenen Kristalle wurden abfiltriert, mit einer geringen Isopropylalkoholmenge gewaschen und getrocknet. Es wurden 4,25 g Kristalle mit einer

optischen Reinheit von M² _D° = +7,2° (C = 4, H₂O) erhalten.

Beispiel 8

In 80 g einer Lösungsmittelmischung von Wasser und Methanol (1 : 1 Gewichtsteile) wurden 100 g Monohydrat von DL-Valin-hydrochlorid und 3,0 g L-Valin-hydrochlorid vollständig bei 35° C gelöst und die auf diese Weise erhaltene Lösung bei 10 bis 15°C unter gelegentlichem Rühren gehalten. Die ausgeschiedenen Kristalle wurden abfiltriert, mit einer geringen Isopropylalkoholmenge gewaschen und bei 8O⁰C getrocknet, was 72 Stunden erforderte. Es wurden 5,8 g L-Valin-hydrochlorid mit einer spezifischen Drehung von [a]² ₀° = +11,50° (C = 2, H₂O) und einer optischen Reinheit von 72,3% erhalten.

Die Mutterlauge wurde über Nacht in einen Kühlschrank gestellt und die ausgefallenen Kristalle in der weiter oben beschriebenen Weise behandelt. Es wurden 1,1 g D-Valin-hydrochlorid mit einer spezifischen Drehung von [a]%° = -14,60° (C = 2, H₂O) und einer optischen Reinheit von 91,8% erhalten.

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Beispiel 9

In 100 g Aceton (Wassergehalt 30 Gewichtsprozent) wurden 70 g Monohydrat des DL-Valin-hydrochlorids bei 35⁰C gelöst und die erhaltene Lösung heruntergekühlt; als 26° C erreicht waren, wurden 3,0 g L-Valin-hydrochlorid als Impfkristalle zugesetzt und die Mischung weiter auf 24,5° C gekühlt, wofür 15 Minuten unter heftigem Rühren benötigt wurden. Die erhaltene Aufschlämmung wurde filtriert und die Kristalle bei 80° C 72 Stunden getrocknet. Es wurden 5,2 g L-Valin-hydrochlorid mit einer spezifischen Drehung von [«] ² ₀° = +13,50° (C = 2, H₂O) und einem optischen Reinheitsgrad von 84,9% erhalten.

In der im Beispiel 8 beschriebenen Weise wurden 1,8 g kristallines Monohydrat des D-Valin-hydrochlorids in optischer Reinheit von 89,9% ([ajb° = -14,30° [C = 2, H₂O]) aus der Mutterlauge gewonnen.

Beispiel 10

In 50 g Isoamylalkohol (Wassergehalt 5 Gewichtsprozent) wurden bei 80° C 20 g DL-Valin-hydrochlorid gelöst und die Lösung zum Abkühlen sich selbst überlassen. Als sie eine Temperatur von 30° C hatte, wurden ihr 1,5 g Monohydrat von L-Valin-hydrochlorid zugesetzt und die erhaltene Mischung innerhalb von 15 Minuten unter heftigem Rühren auf 2O⁰C gekühlt. Aus der erhaltenen Aufschlämmung wurden die Kristalle abfiltriert und in der im Beispiel 8 beschriebenen Weise weiterbehandelt. Es wurden 4,9 g L-Valin-hydrochlorid mit einer spezifischen Drehung von [<x]² _D° = +14,40° (C = 2, H₂O) und einer optischen Reinheit von 90,5% erhalten.

In der im Beispiel 8 beschriebenen Weise wurden aus der Mutterlauge 2,1 g kristallines n-Valinhydrochlorid gewonnen. Spezifische Drehung [oc]² _D° = -14,15° (C = 2,H₂O), optische Reinheit 88,9%.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Spaltung von iiL-Valin-hydrohalogeniden in die optisch aktiven Enantiomeren, dadurch gekennzeichnet, daß man eine gesättigte oder übersättigte Lösung eines DL-Valin-hydrohalogenids, die gegebenenfalls eines der beiden Enantiomeren im Überschuß enthält, mit Impfkristallen des d- oder L-Valinhydrohalogenids versetzt, die Lösung in an sich bekannter Weise zur Kristallisation bringt und die gebildeten Kristalle des enantiomeren Hydrohalogenids abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Wasser, Alkohole mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, Äthylalkohole, deren Η-Atome in /i-Stellung durch Alkoxygruppen mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen substituiert sind, Wasser enthaltende Ketone, wäßrige Lösungen mit einem Halogenidgehalt von weniger als 35% und/oder deren Mischungen verwendet.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man für den Fall, daß man von einer Lösung ausgeht, die eines der beiden Enantiomeren im Überschuß enthält, das Verfahren ohne Zusatz von Impfkristallen durchführt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 898 358, 2 987 543.

709 510/556 2.67

Bundesdruckerei Berlin