专利名称：甲硫氨酸的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种快速水解二肽甲硫氨酰基-甲硫氨酸的方法。水解反应可以结合甲硫氨酸的制备方法进行，以提高所需终产物甲硫氨酸的最终产率。
背景技术：
现有技术公知制备甲硫氨酸的方法，如US4,069,251中所描述的，将其加入本文以供参考。在制备甲硫氨酸的过程中，最重要的副产物之一是二肽甲硫氨酰基-甲硫氨酸。为了使形成甲硫氨酸的反应的产率最佳化，人们可以从水解这种二肽获益。即，由甲硫氨酰基-甲硫氨酸的裂解生成两个甲硫氨酸分子，因此能够获得较高产率的终产物。
然而，水解或二肽的裂解反应要受诸多无法估计因素的影响。人们不得不注意到，水解过程中可能生成副产物。副产物带来会不利的干扰，其在通过在较低pH值下的结晶而形成甲硫氨酸的最后步骤中引起碳化反应。
现有技术EP 839 804提出，水解甲硫氨酸二聚物的温度范围是150-200℃，优选170-190℃。其中声明，温度高于200℃时生成的甲硫氨酸可能会被热降解，并且在温度高于200℃时反应设备的材料会被腐蚀。
根据EP 1 312 611，蛋白质在超临界水(即，温度高于355℃，压力至少为22MPa)或者接近临界点的高压热水中降解成肽和/或氨基酸。然而，在如此高的温度下，需要高抗蚀性和极其昂贵的设备。而且，在如此高的温度下，会发生不期望的副反应和生成副产物。甚至，终产物甲硫氨酸会被热降解。
二肽裂解，即甲硫氨酰基-甲硫氨酸的水解，在温度低于200℃时通常进行得缓慢。因此在这样的温度范围内由于水解反应耗时过长，从经济的角度讲不适于工业上应用。另一方面，由于增加的副反应和所期望的终产物甲硫氨酸热降解的风险，超临界水会表现出上述缺陷。
因此，迫切需要提供一种经济可靠、有适宜产率的水解甲硫氨酰基-甲硫氨酸的方法，同时避免不期望的副反应和终产物降解。同时，对需要具有高抗蚀性并因此而昂贵的材料的设备的要求变小。
发明内容
现已出人意料地发现，采用如本申请权利要求书中所述的方法，进行甲硫氨酰基-甲硫氨酸的水解会有相当高的时空产率(即，反应容积小)。
根据本发明，提供了一种甲硫氨酸的制备方法，包括步骤a)将至少一种选自碳酸钾、碳酸氢钾和氢氧化钾的化合物加入到含5-(β-甲基巯乙基)乙内酰脲的溶液中以水解5-(β-甲基巯乙基)乙内酰脲，从而获得含甲硫氨酸的溶液；b)用二氧化碳使含甲硫氨酸的溶液饱和而沉淀甲硫氨酸，分离出沉淀的甲硫氨酸并留下第一滤液；c)把第一滤液分成第一部分和第二部分，将第一部分返回到步骤(a)，第二部分转移到步骤(d)，其中可以不存在第一滤液的第一部分；d)加热第一滤液的第二部分到温度200℃以上足够的时间以获得热处理过的滤液，用二氧化碳使热处理过的滤液饱和以沉淀甲硫氨酸和碳酸氢钾，并分离沉淀的甲硫氨酸和碳酸氢钾，留下第二滤液，以及e)排出第二滤液或将其返回到步骤(a)。
根据本发明改进的方法，可以获得显著提高的时空产率，由此能保证该方法的经济效率。
具体实施例方式
本发明提供一种甲硫氨酸的制备方法，该方法包括通过使用至少一种选自碳酸钾、碳酸氢钾和氢氧化钾的组分使5-(β-甲基巯乙基)乙内酰脲水解，然后施加二氧化碳压力从而将甲硫氨酸从反应液中沉淀出来，分离和收集甲硫氨酸，留下滤液，将滤液循环到乙内酰脲化合物的水解步骤中重新使用。
在本发明中，上面提及的步骤(a)和(b)的条件没有特别的限制。至于步骤(a)和(b)的条件，可以使用例如US4,069,251和US4,303,621中所述的已知方法。在该方法中，使用碳酸钾和/或碳酸氢钾将5-(β-甲基巯乙基)乙内酰脲水解，乙内酰脲和碱(碳酸钾和/或碳酸氢钾)之比可以在1∶1-1∶5之间，温度约在120℃-220℃之间，然后将二氧化碳加入到反应体系中使含甲硫氨酸的溶液饱和，并沉淀甲硫氨酸，通过常规的固-液分离方法分离出由此沉淀的甲硫氨酸。
在本发明中，步骤(b)中留下的部分第一滤液可以原样或者浓缩之后返回到循环体系中，并循环到步骤(a)中重新利用。长时间以这种方式循环和重新利用全部滤液将会不期望地在体系中累积杂质和分解产物，这会降低生成的甲硫氨酸的纯度。因此，为了避免体系中积累杂质和有色成分的潜在风险，例如已提出根据需要以限定的比例从体系中除去滤液(所谓部分净化)。
在本发明中，在步骤(d)中留下的第二滤液可以返回到步骤(a)，尽管从经济和环保的角度可以扔掉。
在本发明中，滤液被部分净化的量(步骤(c)中第一滤液的第二部分)没有特别的限制，这个量可依据第一滤液中杂质和有色成分的含量而变化，但优选为第一滤液的第一部分(如果有的话)和第二滤液(如果其被循环及重新利用的话)的总量的约3-20％，更优选3-10％。第一滤液的第二部分可以原样经过热处理或者在浓缩之后经过热处理。待热处理的滤液通常含有约90-160g/l的钾，约30-100g/l的甲硫氨酸和约5-60g/l的甲硫氨酰基-甲硫氨酸。本发明中提及的钾的浓度可用滴定法测定。
第一滤液第二部分的热处理(步骤(d))的温度特别关键，优选在200℃-280℃的大致范围内，更优选在210℃-280℃的大致范围内，更优选在220℃-280℃的大致范围内，最优选在220℃-260℃的大致范围内。在温度高于200℃下该二聚物可以被快速水解，耗时短足以避免甲硫氨酸的热降解。
热处理的时间也特别关键，并且可以根据第一滤液的第二部分中甲硫氨酸二聚物的浓度而变化。优选低于约200秒，更优选在约20秒到约200秒的范围内，更优选在约20秒到约100秒的范围内，最优选在约20秒到约60秒的范围内。更长时间的热处理会使甲硫氨酸热降解。
还应注意到，步骤(d)应在高于水在所用温度下的蒸气压的压力下进行。
待施加的二氧化碳气体的压力并不重要，以表压计(总的绝对压超出周围大气压的值)，通常在约1.5-20巴的范围内，优选约2-6巴。当二氧化碳气体的压力低于约1.5巴时，甲硫氨酸和碳酸氢钾的回收会不充分；另一方面，即使压力高于约20巴，有时也不能观察到这些回收有进一步提高。
沉淀优选在低温下进行。沉淀温度，尤其是沉淀结束时的温度，优选在约-10℃至约+40℃的范围内，更优选为约0℃至约+20℃，进一步优选在约0℃至约+5℃左右。
在本发明中，浓缩操作可在任何步骤进行，优选在第一滤液的第二部分热处理之前和/或之后进行。浓缩操作的条件没有特别的限制，只要这些条件不引起甲硫氨酸的大量热降解即可，因此，原则上可以采用各种条件。然而，考虑到能量效率和物料腐蚀反应设备，浓缩操作的温度优选在约50℃至约160℃的范围内，更优选在约50℃至140℃的范围内，并且浓缩操作的压力优选在0至约2巴(以绝对压计)的范围内或者更低的压力，更优选从0至约1.5巴(以绝对压计)。
在本发明中，浓缩操作可以结合步骤(d)中的热处理同时进行。在这种情况下，浓缩操作自然在热处理所要求的操作条件下进行，即温度高于200℃，时间少于200秒。然而，从能量效率和其它因素的角度，为了浓缩操作的目的而采用在热处理时的相对苛刻的条件是不优选的。因此，浓缩操作和热处理操作优选彼此独立地进行。
根据本发明，采用上述方式处理第一滤液的第二部分能够将循环体系中存在的杂质和有色成分清除到体系外面，同时可以有效地回收滤液中所含的甲硫氨酸和碳酸氢钾。
本发明中处理第一滤液的第二部分的步骤(d)可间歇或连续进行。
如上所述，根据本发明，通过采用包括热处理来自生产甲硫氨酸的常规方法中的第一滤液的第二部分，并在施加的二氧化碳的压力下从热处理过的滤液中沉淀出甲硫氨酸的方法，可以有效地利用体系中存在的甲硫氨酸二聚物，并且最终得以提高甲硫氨酸的产率，避免了杂质和有色物质在反应体系中的积累，并且可容易和高效率地回收甲硫氨酸和碳酸氢钾。因此，本发明具有重大的工业价值。
本发明的方法适用于提高在制备甲硫氨酸过程中终产物甲硫氨酸的产率。由于显著地缩短了反应时间(约20秒至200秒的停留时间)，由特殊材料制造的设备可制得较小，因此使该方法最经济。
应注意到，不添加任何溶剂就能进行本发明的水解(步骤(d))。而且，本发明的水解能够以甲硫氨酸母液为原料直接进行。酸或碱都能催化该反应。通过加入氢氧化钾调整pH值至约14可以获得适宜的催化。在要求的温度和压力范围内，在水解反应期间不会发生导致最终碳化反应的副产物的干扰。
图1显示了下面实施例1所示的实施方式的实验室设备的流程图。
下面参照实施例详细描述本发明，但本发明并不限于此。
实施例1有关实施例1的描述，请参照图1。图1中所用的数字有如下含义101玻璃容器102HPLC泵103盘管反应器104低温恒温设备105清洗瓶反应溶液通过HPLC泵102从玻璃容器101中吸出。通过HPLC泵的转数(图102.1)调整体积流量。通过压力控制阀(PIC S+102.2)调整泵的加压侧的压力。如果压力超过40MPa，联锁装置(S+)使泵停止。
在泵的加压侧，原混合物以3×1mm毛细管流入盘管反应器103。盘管反应器由3×1mm的6m的毛细管组成，用外径168mm的管子包覆，其内填充有绝缘材料。将包覆后的毛细管加入到额定功率为2kW的热套管中。在包覆的毛细管和热套管之间的加热段有两个热电偶(TI 103.1和103.2)，其中之一用作过热保护设备(TI S+103.2)。
反应器下游可以有一T-型片，其中拧入一热电偶(TIC 103.3)。用它测定反应器103出口处溶液的温度。该测定值是温度控制的实际值。为了控制，可以在反应器的出口有另一热电偶(TIC 103.4)，它安装在毛细管的外部。随后毛细管通过低温恒温设备，因此将产物溶液冷却至约50℃。
通过低温恒温设备下游的压力表(PI 104.1)显示整个设备的压力。通过压力控制阀使反应溶液释压，并通过空的清洗瓶105收集。
用图1所示的实验室设备，由组成为4.25质量％甲硫氨酸、3.36质量％甲硫氨酰基-甲硫氨酸和17.8质量％钾的母液获得表1所列的甲硫氨酰基-甲硫氨酸转化率。
转化率定义如下转化率＝{[met-met]in-[met-met]out}/[met-met]in其中，[met-met]分别是实验室设备入口和出口处的甲硫氨酸的浓度。
表1实施例1获得的转化率
权利要求
1.一种制备甲硫氨酸的方法，包括步骤a)将至少一种选自碳酸钾、碳酸氢钾和氢氧化钾的化合物加入到含5-(β-甲基巯乙基)乙内酰脲的溶液中以水解5-(β-甲基巯乙基)乙内酰脲，从而获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饱和而沉淀甲硫氨酸，分离出沉淀的甲硫氨酸并留下第一滤液；c)把第一滤液分成第一部分和第二部分，将第一部分返回到步骤(a)，第二部分转移到步骤(d)，其中可以不存在第一滤液的第一部分；d)加热第一滤液的第二部分到温度200℃以上一定的时间，其压力足以获得热处理过的滤液，用二氧化碳使热处理过的滤液饱和以沉淀甲硫氨酸和碳酸氢钾，并分离沉淀出的甲硫氨酸和碳酸氢钾，留下第二滤液，以及e)排出第二滤液或将其返回到步骤(a)。
2.如权利要求1的方法，其中步骤(d)在200℃至280℃的温度下进行小于200秒。
3.如权利要求1或2的方法，其中温度从210℃至280℃。
4.如权利要求1或2的方法，其中温度从220℃至280℃。
5.权利要求1或2的方法，其中温度从220℃至260℃。
6.如前述权利要求任一项的方法，其中停留时间在20秒至200秒之间。
7.如权利要求6的方法，其中停留时间在20秒至100秒之间。
8.如前述权利要求任一项的方法，其中步骤(d)在高于水在所用温度下的蒸气压的压力下进行。
9.如前述权利要求任一项的方法，其中步骤(d)中所用的原料是甲硫氨酸母液。
10.如前述权利要求任一项的方法，其中步骤(d)在没有溶剂下进行。
全文摘要
本发明涉及一种改进的制备甲硫氨酸的方法，其中通过水解，反应副产物甲硫氨酰基－甲硫氨酸很快地转化为产物甲硫氨酸。本发明的特征在于反应在高温(200℃至280℃)、短的停留时间(20秒至200秒)下进行。该方法适用于在制备甲硫氨酸的过程中提高所需终产物甲硫氨酸的最终产率。由于温度较高，因此能够获得显著提高的时空产率，从而能够保证本发明所述方法的经济效率。
文档编号C07C323/58GK1680311SQ20051000900
公开日2005年10月12日 申请日期2005年2月16日 优先权日2004年2月14日
发明者迪特尔·布斯, 罗恩·施托克弗勒特, 马丁·克费尔, 于尔根·施托克, 拉尔夫·格德克, 汉斯-约阿希姆·哈塞尔巴赫, 贡多尔夫·霍尔农 申请人:德古萨股份公司