專利名稱：甲硫氨酸的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種快速水解二肽甲硫氨酰基-甲硫氨酸的方法。水解反應可以結合甲硫氨酸的制備方法進行，以提高所需終產物甲硫氨酸的最終產率。
背景技術：
現有技術公知制備甲硫氨酸的方法，如US4,069,251中所描述的，將其加入本文以供參考。在制備甲硫氨酸的過程中，最重要的副產物之一是二肽甲硫氨酰基-甲硫氨酸。為了使形成甲硫氨酸的反應的產率最佳化，人們可以從水解這種二肽獲益。即，由甲硫氨酰基-甲硫氨酸的裂解生成兩個甲硫氨酸分子，因此能夠獲得較高產率的終產物。
然而，水解或二肽的裂解反應要受諸多無法估計因素的影響。人們不得不注意到，水解過程中可能生成副產物。副產物帶來會不利的干擾，其在通過在較低pH值下的結晶而形成甲硫氨酸的最后步驟中引起碳化反應。
現有技術EP 839 804提出，水解甲硫氨酸二聚物的溫度范圍是150-200℃，優選170-190℃。其中聲明，溫度高于200℃時生成的甲硫氨酸可能會被熱降解，并且在溫度高于200℃時反應設備的材料會被腐蝕。
根據EP 1 312 611，蛋白質在超臨界水(即，溫度高于355℃，壓力至少為22MPa)或者接近臨界點的高壓熱水中降解成肽和/或氨基酸。然而，在如此高的溫度下，需要高抗蝕性和極其昂貴的設備。而且，在如此高的溫度下，會發生不期望的副反應和生成副產物。甚至，終產物甲硫氨酸會被熱降解。
二肽裂解，即甲硫氨酰基-甲硫氨酸的水解，在溫度低于200℃時通常進行得緩慢。因此在這樣的溫度范圍內由于水解反應耗時過長，從經濟的角度講不適于工業上應用。另一方面，由于增加的副反應和所期望的終產物甲硫氨酸熱降解的風險，超臨界水會表現出上述缺陷。
因此，迫切需要提供一種經濟可靠、有適宜產率的水解甲硫氨酰基-甲硫氨酸的方法，同時避免不期望的副反應和終產物降解。同時，對需要具有高抗蝕性并因此而昂貴的材料的設備的要求變小。
發明內容
現已出人意料地發現，采用如本申請權利要求書中所述的方法，進行甲硫氨酰基-甲硫氨酸的水解會有相當高的時空產率(即，反應容積小)。
根據本發明，提供了一種甲硫氨酸的制備方法，包括步驟a)將至少一種選自碳酸鉀、碳酸氫鉀和氫氧化鉀的化合物加入到含5-(β-甲基巰乙基)乙內酰脲的溶液中以水解5-(β-甲基巰乙基)乙內酰脲，從而獲得含甲硫氨酸的溶液；b)用二氧化碳使含甲硫氨酸的溶液飽和而沉淀甲硫氨酸，分離出沉淀的甲硫氨酸并留下第一濾液；c)把第一濾液分成第一部分和第二部分，將第一部分返回到步驟(a)，第二部分轉移到步驟(d)，其中可以不存在第一濾液的第一部分；d)加熱第一濾液的第二部分到溫度200℃以上足夠的時間以獲得熱處理過的濾液，用二氧化碳使熱處理過的濾液飽和以沉淀甲硫氨酸和碳酸氫鉀，并分離沉淀的甲硫氨酸和碳酸氫鉀，留下第二濾液，以及e)排出第二濾液或將其返回到步驟(a)。
根據本發明改進的方法，可以獲得顯著提高的時空產率，由此能保證該方法的經濟效率。
具體實施例方式
本發明提供一種甲硫氨酸的制備方法，該方法包括通過使用至少一種選自碳酸鉀、碳酸氫鉀和氫氧化鉀的組分使5-(β-甲基巰乙基)乙內酰脲水解，然后施加二氧化碳壓力從而將甲硫氨酸從反應液中沉淀出來，分離和收集甲硫氨酸，留下濾液，將濾液循環到乙內酰脲化合物的水解步驟中重新使用。
在本發明中，上面提及的步驟(a)和(b)的條件沒有特別的限制。至于步驟(a)和(b)的條件，可以使用例如US4,069,251和US4,303,621中所述的已知方法。在該方法中，使用碳酸鉀和/或碳酸氫鉀將5-(β-甲基巰乙基)乙內酰脲水解，乙內酰脲和堿(碳酸鉀和/或碳酸氫鉀)之比可以在1∶1-1∶5之間，溫度約在120℃-220℃之間，然后將二氧化碳加入到反應體系中使含甲硫氨酸的溶液飽和，并沉淀甲硫氨酸，通過常規的固-液分離方法分離出由此沉淀的甲硫氨酸。
在本發明中，步驟(b)中留下的部分第一濾液可以原樣或者濃縮之后返回到循環體系中，并循環到步驟(a)中重新利用。長時間以這種方式循環和重新利用全部濾液將會不期望地在體系中累積雜質和分解產物，這會降低生成的甲硫氨酸的純度。因此，為了避免體系中積累雜質和有色成分的潛在風險，例如已提出根據需要以限定的比例從體系中除去濾液(所謂部分凈化)。
在本發明中，在步驟(d)中留下的第二濾液可以返回到步驟(a)，盡管從經濟和環保的角度可以扔掉。
在本發明中，濾液被部分凈化的量(步驟(c)中第一濾液的第二部分)沒有特別的限制，這個量可依據第一濾液中雜質和有色成分的含量而變化，但優選為第一濾液的第一部分(如果有的話)和第二濾液(如果其被循環及重新利用的話)的總量的約3-20％，更優選3-10％。第一濾液的第二部分可以原樣經過熱處理或者在濃縮之后經過熱處理。待熱處理的濾液通常含有約90-160g/l的鉀，約30-100g/l的甲硫氨酸和約5-60g/l的甲硫氨酰基-甲硫氨酸。本發明中提及的鉀的濃度可用滴定法測定。
第一濾液第二部分的熱處理(步驟(d))的溫度特別關鍵，優選在200℃-280℃的大致范圍內，更優選在210℃-280℃的大致范圍內，更優選在220℃-280℃的大致范圍內，最優選在220℃-260℃的大致范圍內。在溫度高于200℃下該二聚物可以被快速水解，耗時短足以避免甲硫氨酸的熱降解。
熱處理的時間也特別關鍵，并且可以根據第一濾液的第二部分中甲硫氨酸二聚物的濃度而變化。優選低于約200秒，更優選在約20秒到約200秒的范圍內，更優選在約20秒到約100秒的范圍內，最優選在約20秒到約60秒的范圍內。更長時間的熱處理會使甲硫氨酸熱降解。
還應注意到，步驟(d)應在高于水在所用溫度下的蒸氣壓的壓力下進行。
待施加的二氧化碳氣體的壓力并不重要，以表壓計(總的絕對壓超出周圍大氣壓的值)，通常在約1.5-20巴的范圍內，優選約2-6巴。當二氧化碳氣體的壓力低于約1.5巴時，甲硫氨酸和碳酸氫鉀的回收會不充分；另一方面，即使壓力高于約20巴，有時也不能觀察到這些回收有進一步提高。
沉淀優選在低溫下進行。沉淀溫度，尤其是沉淀結束時的溫度，優選在約-10℃至約+40℃的范圍內，更優選為約0℃至約+20℃，進一步優選在約0℃至約+5℃左右。
在本發明中，濃縮操作可在任何步驟進行，優選在第一濾液的第二部分熱處理之前和/或之后進行。濃縮操作的條件沒有特別的限制，只要這些條件不引起甲硫氨酸的大量熱降解即可，因此，原則上可以采用各種條件。然而，考慮到能量效率和物料腐蝕反應設備，濃縮操作的溫度優選在約50℃至約160℃的范圍內，更優選在約50℃至140℃的范圍內，并且濃縮操作的壓力優選在0至約2巴(以絕對壓計)的范圍內或者更低的壓力，更優選從0至約1.5巴(以絕對壓計)。
在本發明中，濃縮操作可以結合步驟(d)中的熱處理同時進行。在這種情況下，濃縮操作自然在熱處理所要求的操作條件下進行，即溫度高于200℃，時間少于200秒。然而，從能量效率和其它因素的角度，為了濃縮操作的目的而采用在熱處理時的相對苛刻的條件是不優選的。因此，濃縮操作和熱處理操作優選彼此獨立地進行。
根據本發明，采用上述方式處理第一濾液的第二部分能夠將循環體系中存在的雜質和有色成分清除到體系外面，同時可以有效地回收濾液中所含的甲硫氨酸和碳酸氫鉀。
本發明中處理第一濾液的第二部分的步驟(d)可間歇或連續進行。
如上所述，根據本發明，通過采用包括熱處理來自生產甲硫氨酸的常規方法中的第一濾液的第二部分，并在施加的二氧化碳的壓力下從熱處理過的濾液中沉淀出甲硫氨酸的方法，可以有效地利用體系中存在的甲硫氨酸二聚物，并且最終得以提高甲硫氨酸的產率，避免了雜質和有色物質在反應體系中的積累，并且可容易和高效率地回收甲硫氨酸和碳酸氫鉀。因此，本發明具有重大的工業價值。
本發明的方法適用于提高在制備甲硫氨酸過程中終產物甲硫氨酸的產率。由于顯著地縮短了反應時間(約20秒至200秒的停留時間)，由特殊材料制造的設備可制得較小，因此使該方法最經濟。
應注意到，不添加任何溶劑就能進行本發明的水解(步驟(d))。而且，本發明的水解能夠以甲硫氨酸母液為原料直接進行。酸或堿都能催化該反應。通過加入氫氧化鉀調整pH值至約14可以獲得適宜的催化。在要求的溫度和壓力范圍內，在水解反應期間不會發生導致最終碳化反應的副產物的干擾。
圖1顯示了下面實施例1所示的實施方式的實驗室設備的流程圖。
下面參照實施例詳細描述本發明，但本發明并不限于此。
實施例1有關實施例1的描述，請參照圖1。圖1中所用的數字有如下含義101玻璃容器102HPLC泵103盤管反應器104低溫恒溫設備105清洗瓶反應溶液通過HPLC泵102從玻璃容器101中吸出。通過HPLC泵的轉數(圖102.1)調整體積流量。通過壓力控制閥(PIC S+102.2)調整泵的加壓側的壓力。如果壓力超過40MPa，聯鎖裝置(S+)使泵停止。
在泵的加壓側，原混合物以3×1mm毛細管流入盤管反應器103。盤管反應器由3×1mm的6m的毛細管組成，用外徑168mm的管子包覆，其內填充有絕緣材料。將包覆后的毛細管加入到額定功率為2kW的熱套管中。在包覆的毛細管和熱套管之間的加熱段有兩個熱電偶(TI 103.1和103.2)，其中之一用作過熱保護設備(TI S+103.2)。
反應器下游可以有一T-型片，其中擰入一熱電偶(TIC 103.3)。用它測定反應器103出口處溶液的溫度。該測定值是溫度控制的實際值。為了控制，可以在反應器的出口有另一熱電偶(TIC 103.4)，它安裝在毛細管的外部。隨后毛細管通過低溫恒溫設備，因此將產物溶液冷卻至約50℃。
通過低溫恒溫設備下游的壓力表(PI 104.1)顯示整個設備的壓力。通過壓力控制閥使反應溶液釋壓，并通過空的清洗瓶105收集。
用圖1所示的實驗室設備，由組成為4.25質量％甲硫氨酸、3.36質量％甲硫氨酰基-甲硫氨酸和17.8質量％鉀的母液獲得表1所列的甲硫氨酰基-甲硫氨酸轉化率。
轉化率定義如下轉化率＝{[met-met]in-[met-met]out}/[met-met]in其中，[met-met]分別是實驗室設備入口和出口處的甲硫氨酸的濃度。
表1實施例1獲得的轉化率
權利要求
1.一種制備甲硫氨酸的方法，包括步驟a)將至少一種選自碳酸鉀、碳酸氫鉀和氫氧化鉀的化合物加入到含5-(β-甲基巰乙基)乙內酰脲的溶液中以水解5-(β-甲基巰乙基)乙內酰脲，從而獲得含甲硫氨酸的溶液；b)用二氧化碳使所述含甲硫氨酸的溶液飽和而沉淀甲硫氨酸，分離出沉淀的甲硫氨酸并留下第一濾液；c)把第一濾液分成第一部分和第二部分，將第一部分返回到步驟(a)，第二部分轉移到步驟(d)，其中可以不存在第一濾液的第一部分；d)加熱第一濾液的第二部分到溫度200℃以上一定的時間，其壓力足以獲得熱處理過的濾液，用二氧化碳使熱處理過的濾液飽和以沉淀甲硫氨酸和碳酸氫鉀，并分離沉淀出的甲硫氨酸和碳酸氫鉀，留下第二濾液，以及e)排出第二濾液或將其返回到步驟(a)。
2.如權利要求1的方法，其中步驟(d)在200℃至280℃的溫度下進行小于200秒。
3.如權利要求1或2的方法，其中溫度從210℃至280℃。
4.如權利要求1或2的方法，其中溫度從220℃至280℃。
5.權利要求1或2的方法，其中溫度從220℃至260℃。
6.如前述權利要求任一項的方法，其中停留時間在20秒至200秒之間。
7.如權利要求6的方法，其中停留時間在20秒至100秒之間。
8.如前述權利要求任一項的方法，其中步驟(d)在高于水在所用溫度下的蒸氣壓的壓力下進行。
9.如前述權利要求任一項的方法，其中步驟(d)中所用的原料是甲硫氨酸母液。
10.如前述權利要求任一項的方法，其中步驟(d)在沒有溶劑下進行。
全文摘要
本發明涉及一種改進的制備甲硫氨酸的方法，其中通過水解，反應副產物甲硫氨酰基－甲硫氨酸很快地轉化為產物甲硫氨酸。本發明的特征在于反應在高溫(200℃至280℃)、短的停留時間(20秒至200秒)下進行。該方法適用于在制備甲硫氨酸的過程中提高所需終產物甲硫氨酸的最終產率。由于溫度較高，因此能夠獲得顯著提高的時空產率，從而能夠保證本發明所述方法的經濟效率。
文檔編號C07C323/58GK1680311SQ20051000900
公開日2005年10月12日 申請日期2005年2月16日 優先權日2004年2月14日
發明者迪特爾·布斯, 羅恩·施托克弗勒特, 馬丁·克費爾, 于爾根·施托克, 拉爾夫·格德克, 漢斯-約阿希姆·哈塞爾巴赫, 貢多爾夫·霍爾農 申請人:德古薩股份公司