Способ получения l-лизина

 

Изобретение относится к способу получения L-лизина из лизинсодержащих растворов, включающий обработку рацемата L-винной кислотой с получением солей D- и L-лизина, удаления D-формы, разложение гидротартрата лизина методом электродиализа в электродиализаторе с чередующимися катионообменными и биполярными мембранами в интенсивном токовом режиме, перезаряжая L-лизин в катионную форму, при этом процесс электродиализа ведут при плотности электрического тока от 12 до 18 мА/см2, а освобождающийся из гидротартрата разделяющий агент направляют повторно на стадию разделения рацемата. Способ позволяет исключить использование для ионообменника концентрированных растворов кислот, разделяющий агент (L-винную кислоту) используют многократно, достигается высокий коэффициент разделения смеси от 950 до 1100. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к выделению и очистке индивидуальных аминокислот из их смесей, в частности к получению L-лизина из рацемической смеси, и может быть использовано в различных отраслях производства, предпочтительно в пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности.

В настоящее время для выделения или очистки L-лизина от примесей все более частое применение находят электромембранные методы [1].

Так известен способ получения и очистки L-лизина от сопутствующих примесей электромембранно-сорбционным методом, который заключается в пропускании солянокислого раствора лизина через сульфокатионит КУ-2-8 в Н+-форме путем пропускания через ионообменник электрического тока [2]. Для этого ионообменник помещается в колонку прямоугольного сечения, двумя боковыми противоположными стенками которой являются катионитовые мембраны МК-40. С внешней стороны колонки, напротив мембран устанавливаются электроды, тем самым образуя катодную и анодную секции. В катодной секции находится дистиллированная вода, а в секцию, содержащую анод, помещается раствор серной кислоты. В результате анодной электродной реакции (разложение воды с выделением ионов водорода) происходит регенерация ионообменного слоя за счет замены ионов лизина катионами водорода. В параллельно протекающей катодной электродной реакции (разложение воды с выделением газообразного водорода и генерацией гидроксильных ионов) происходит десорбция аминокислоты из фазы ионообменника в раствор с образованием основного лизина.

Главный недостаток этого способа заключается в ограниченном его использовании и промышленном применении, поскольку им может быть очищено только небольшое количество лизина, полученного методом микробиологического синтеза. (Микроорганизмы селективно синтезируют индивидуальный L-лизин на сахаросодержащих средах.) Однако таким образом невозможно организовать крупнотоннажное производство L-аминокислоты из-за высокой сложности и стоимости процесса.

В промышленности лизин получают в любых количествах более дешевым методом химического синтеза с образованием его рацемической смеси из D- и L-равновесных форм, а поскольку D-форма лизина оказывает на живые организмы отрицательное воздействие, то ее необходимо отделять от L-формы. Однако задача разделения рацематов лизина достаточно сложна, а все известные ее решения недостаточно экономически эффективны или экологически нецелесообразны.

Известен способ получения L-лизина из лизинсодержащего водно-метанолового раствора путем обработки рацемата лизина винной кислотой L-формы (L-BK) [3].

При взаимодействии рацемата лизина с L-BK в водно-метанольном растворе в зависимости от соотношения компонентов могут получаться кислые или нейтральные соли лизина с L-BK.

Выделение кислой соли L-лизин-L-ВК происходит удовлетворительно количественно и качественно лишь при избытке L-лизина в исходной смеси, который создается за счет предварительного выделения D-лизина в виде нейтральной соли с L-BK.

Из маточного раствора, полученного после отделения кристаллов соли 2D-лизин-L-ВК, выделяют кислую соль L-лизин-L-ВК путем добавления в него L-BK в количестве, необходимом для образования кислой соли. Соль L-лизин-L-BK обычно выделяется из 25-50%-ного водного раствора метилового спирта. Выделенные кристаллы промывают 50%-ным метиловым спиртом и сушат при температуре 60-70oС. Для получения L-лизина в свободном состоянии выделенные соли растворяют в воде и пропускают через ионообменные колонны с катионитом КУ-2-8 в H+-форме.

Основная масса L-лизин-L-BK соли выделяется за 3 ч.

Данный способ по технической сущности, достигаемому результату и решаемой задаче наиболее близок к предлагаемому изобретению и принят за прототип.

Однако и этот способ не лишен недостатков, один из которых заключается в том, что в процессе его реализации необходимо осуществлять регенерацию слоя концентрированным раствором кислоты, при сбросе которого наносится вред окружающей среде, затрачиваются химические реагенты, а кроме того, способ достаточно сложен операционно.

Задача по устранению отмеченных недостатков известного способа решена за счет создания оригинального способа выделения чистого L-лизина методом электродиализа, при котором используется интенсивный токовый режим (область нелинейной концентрационной поляризации). При этом полное выделение L-лизина происходит за счет его перезарядки в катионную форму и эффективной электромиграции через катионообменную мембрану.

Технический результат - исключение использования для регенерации ионообменника концентрированных растворов кислот; упрощение способа достигается тем, что разложение гидротартрата лизина и выделение чистого L-лизина осуществляют методом электродиализа в электродиализаторе с чередующимися катионообменными и биполярными мембранами, производя перезарядку L-лизина в катионную форму, при этом процесс электродиализа ведут в интенсивном токовом режиме при плотности тока 12-18 мА/см2, а освобождающийся разделяющий агент повторно направляют на стадию разделения рацемата. В качестве разделяющего агента используют винную кислоту, а процесс в указанном режиме тока приводит к коэффициенту разделения смесей, изменяющемуся в диапазоне от 950 до 1100.

Принципиальная схема реализации способа получения L-лизина методом электродиализа изображена на фиг.1. Для наглядности протекания техпроцесса получения L-лизина на фиг.1 действующие компоненты (вещества) обозначены общепринятыми символами: О2 - кислород, H2 - водород, Vin - винная кислота, Lys - лизин, ОН- и Н+ - ионы гидроксильной группы и водорода, - анод и - катод, катионообменная мембрана - К и биполярная мембрана - АК.

Способ осуществляется следующим образом.

Полученный химическим синтезом из циклогексанона высокой чистоты рацемат D- и L-форм лизина разделяют с помощью L-винной кислоты. Разделение основано на различной растворимости солей, получаемых при взаимодействии рацемата с L-винной кислотой. Соль D-лизина и винной кислоты наименее растворима. После ее отделения известным способом разрушение оставшейся соли L-лизина и L-винной кислоты осуществляют с помощью электродиализа.

В качестве разделяющего агента возможно использование камфорной кислоты, однако ее высокая стоимость, на порядок выше винной, делают ее применение в техпроцессе весьма проблематичным.

В электродиализатор с чередующимися катионообменными мембранами (К) и биполярными мембранами (АК), в частности МК-40 и МБ-3, которые образуют секции 1-7, подают: в четные секции 2, 4, 6 - тартрат L-лизина, а в нечетные 1, 3, 5, 7 - дистиллированную воду. Под действием градиента электрического потенциала ионы H+ и ОН-, генерируемые биполярными мембранами АК, переносятся в смежные секции, при этом находящийся в четных секциях 2, 4 и 6 лизин в форме однозарядного катиона перезаряжается по нижеуказанной схеме в двухзарядный катион: +NH3-(CH2)4-CH(NH2)-COOH+H+-->+NH3-(CH2)4-CH(NH3 +)-COOH Двухзарядные катионы L-лизина переносятся через катионообменные мембраны К в нечетные секции 1, 3, 5 и 7, где взаимодействуют с гидроксильными ионами ОН-, образуя биполярные ионы основного лизина, т.е.: +NH3-(CH2)4-CH(NH3 +)-COOH+2OH--->+NH3-(CH2)4-CH(NH2)-COO-+2H2O Процесс электродиализа ведут при плотности тока 12-18 мА/см2 с концентрацией компонентов раствора 0,02-0,10 моль/л и с линейной скоростью, равной 0,1-0,3 см/с. Освобождающийся разделяющий агент - винная кислота из четных секций 2, 4 и 6 возвращается на разделение рацемической смеси лизина D- и L-форм лизина.

Определяющим фактором для разделения лизина и винной кислоты является плотность электрического тока, что подтверждается полученными опытными результатами. От плотности тока зависят прежде всего концентрационный фактор (SF) и относительная конверсия () лизина. На графике отражена зависимость концентрационного фактора (SF) от плотности электрического тока (i).

Фактор разделения лизина и винной кислоты представляет собой отношение концентраций компонентов в пермеате (perm) к отношению концентрации этих компонентов в ретентате (ret): где CLys и СVin - концентрации лизина и винной кислоты соответственно.

В свою очередь концентрации компонентов в пермеате и ретентате по абсолютной величине определяются исходной концентрацией составляющих разделяемой смеси, однако их отношения зависят от плотности электрического тока.

Из графика I (фиг.2) видно, что наибольшие значения фактора разделения исходных компонентов (SF=950-1100) достигаются при плотности тока от 12 до 18 мА/см2, при этом степень выделения L-лизина удовлетворяет требованиям техпроцесса. При значениях плотности тока менее 12 мА/см2 величина потока лизина через мембрану МК-40 будет значительно падать, а при плотности тока i<5 мА/см2 SF практически не будет изменяться и составляет менее 200 единиц.

Использование значения плотности тока более 18 мА/см2 экономически нецелесообразно, т.к. приводит к проявлению побочных эффектов концентрационной поляризации, перегреву обрабатываемой среды и, как следствие, повышенному расходу электроэнергии.

Плотность электрического тока оказывает значительное влияние и на относительную конверсию лизина.

На графике II (фиг.3) показана зависимость относительной конверсии () лизина от плотности электрического тока (i) при электродиализе. Относительная конверсия представляет собой отношение концентрации лизина, выделенного в виде целевого продукта (CLys)perm, к концентрации лизина, вступающего в процесс (СLys)0 [4], и выражается формулой: Из приведенного графика II следует, что максимальная степень выделения лизина из гидротартрата осуществляется также при значениях плотности тока (i) в пределах от 12 до 18 мА/см2. Дальнейшее увеличение плотности тока фактически не дает прироста конверсии свободного L-лизина, а приводит лишь к излишнему расходу электроэнергии.

При выделении L-лизина из его гидротартрата методом электродиализа при высоких плотностях тока рН пермеата также следует выбирать оптимально, потому что сдвиг в щелочную среду приведет к снижению электромиграции за счет уменьшения количества катионов, а в более кислую обусловит конкурирующий транспорт ионов водорода.

При технологических значениях плотности тока, равных 12-18 мА/см2, наиболее оптимальная величина рН раствора будет находиться в пределах 4,0-5,0.

Линейная скорость потока от 0,1 до 0,3 см/с определяется технологической необходимостью, т. е. при скорости подачи раствора насосом менее 0,1 см/с будет мала производительность процесса, при скорости же более 0,3 см/с будет наблюдаться недостаточное выделение L-лизина из исходного раствора.

Таким образом, при использовании интенсивного токового режима электродиализа происходит наиболее полное выделение L-лизина за счет его перезарядки в форму двухзарядных катионов и эффективной электромиграции через катионообменную мембрану. При этом гидротартрат-ионы полностью остаются в ретентате. Пермеат представляет собой индивидуальный раствор L-лизина, содержащий в результате проведения процесса в одну стадию 58% от исходного количества аминокислоты, введенной в систему. Проведение второй стадии позволяет увеличить относительную конверсию до 96%.

Пример 1 Эксперимент по выделению L-лизина с разрушением его гидротартрата проводили в семикамерной электродиализной ячейке под действием градиента электрического потенциала с линейной скоростью потока 0,1 см/с при плотности тока 12 мА/см2 в непрерывном режиме. В секции 2, 4, 6 насосом подают раствор гидротартрата L-лизина, а в секции 1, 3, 5, 7 - дистиллированную воду. Рабочая площадь мембран МК-40 и МБ-3 составляла 20 см2. Концентрация исходного раствора по лизину и по гидротартрат-ионам - 0,025 моль/л. Поток лизина через катионообменную мембрану в данных условиях процесса составляет 2,610-8 моль/см2с в отличие от условий линейной концентрационной поляризации, когда его величина практически на порядок меньше. Фактор разделения лизина и винной кислоты имел величину 950, при этом относительная конверсия лизина составила 0,54 (54%). Процесс позволяет получать непрерывно на выходе из нечетных секций аппарата содержание L-лизина 1,97 г/л, а оставшуюся винную кислоту из четных секций направить на повторное использование.

Пример 2
Процесс проводят как в примере 1, но электродиализное разрушение гидротартрата лизина осуществляют при плотности тока 15 мА/см2 с линейной скоростью потока 0,3 см/с. По данным содержания L-лизина и L-винной кислоты в пермеате и ретентате был рассчитан фактор разделения SF, который имеет значение 1080. Рассчитана также относительная конверсия лизина, составившая 58% при осуществлении процесса электродиализа в одну ступень. Такие условия дают возможность в непрерывном режиме получать целевой раствор L-лизина с концентрацией 2,11 г/л.

Величина = 96% достигается при проведении электромембранного разделения в две ступени.

Пример 3
Процесс проводят так же, как и в примере 1, но при плотности тока 18 мА/см2. Фактор разделения SF L-лизина и L-винной кислоты увеличивается совсем незначительно и составляет 1100, однако при данной плотности тока уже зафиксирован ощутимый разогрев в секциях электродиализатора (Т=15oС). В то же время относительная конверсия остается на том же уровне, что и при плотности тока 15 мА/см2.

На выходе из нечетных секций получено 2,15 г/л L-лизина.

Таким образом, используя предложенный способ получения L-лизина, можно несложно реализуемым технологическим процессом выпускать промышленным путем в достаточно больших объемах L-лизин высокого качества из лизинсодержащих растворов с выходом до 96%.

Источники информации
1. Патент США 6110342, В 01 D 61/44, 29.08.2002 г. "Процесс получения гидрохлорида аминокислоты и щелочи электродиализом и разложением воды".

2. Патент РФ 2163905, С 07 С 229/02, 10.03.2001 г. "Способ очистки L-лизина от сопутствующих примесей электромембранно-сорбционным методом".

3. Московец О.Ф., Эсливанова Г.А. Разделение рацемата лизина на оптические изомеры через соли с L-винной кислотой. - В сб.: Разработка химических способов получения аминокислот. Л.: ГИПХ, 1984 г., с.45, 46 (прототип).

4. Международная терминология по мембранам и мембранным процессам. Рекомендации Международного Союза по теоретической и прикладной химии (IUPAC, 1996).


Формула изобретения

1. Способ получения L-лизина из лизинсодержащих растворов, включающий обработку рацемата разделяющим агентом с получением солей лизина D- и L-форм, удаление D-формы, разложение гидротартрата лизина и выделение чистого L-лизина, отличающийся тем, что разложение гидротартрата лизина осуществляют методом электродиализа в электродиализаторе с чередующимися катионообменными и биполярными мембранами в интенсивном токовом режиме, перезаряжая L-лизин в катионную форму, при этом процесс электродиализа ведут при плотности электрического тока от 12 до 18 м А/см2, а освобождающийся из гидротартрата разделяющий агент направляют повторно на стадию разделения рацемата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве разделяющего агента используют L-винную кислоту.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс электродиализа проводят в режиме, приводящем к величине коэффициента разделения смеси, изменяющемся в диапазоне 950-1100.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что рН исходного раствора устанавливается в пределах 4-5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производным L-аргинина, способу их получения и фармацевтическим составам на их основе
Изобретение относится к очистке и выделению индивидуальных аминокислот из их смесей и может быть использовано в различных отраслях производства (пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности)
Изобретение относится к усовершенствованию способов очистки и производства аминокислот, в частности к получению лизина, применяемого в пищевой промышленности, медицине, животноводстве

Изобретение относится к аминам, в частности к получению бетаинов аминокислот { ф-лы RiCHCOO / R2N+(CH3)2, где RI НОСН2-; (СН3)2СН-; Н2М(СН2)зСН2-; R2 СНз, или RI и R2, вместе взятые, представляют собой CH2-X-(CH2)nl где п 1,2; X СН2, -S- которые используют в медицине
Изобретение относится к получению веществ, которые могут найти применение для создания лекарственных препаратов широкого спектра действия, в частности обладающих противовоспалительными и жаропонижающими свойствами

Изобретение относится к аминокислотам , в частности к получению оптически активных L-аминокислот, используемых в химии, медицине и пищевой промышленности

Изобретение относится к способу получения производных R-бета-аминофенилмасляной кислоты формулы , где Ar представляет собой незамещенный фенил или фенил, замещенный заместителями в количестве от одного до пяти, выбранными из группы, состоящей из атома фтора, метил, трифторметил и трифторметокси; R1 представляет собой атом водорода или C1-6алкил; и R2 представляет собой атом водорода или аминозащитную группу, включающую алкоксикарбонил и ацил, которые могут найти применение в синтезе ряда хиральных лекарств. Способ включает (1) взаимодействие формиата аммония с незамещенным или замещенным фенилэтилацетоацетатом с получением имина, затем взаимодействие имина с восстанавливающим агентом с получением рацемата бета-аминофенилмасляной кислоты эфира; (2) взаимодействие рацемата бета-аминофенилмасляной кислоты эфира и разделяющего агента, который представляет собой D-винные кислоты, диацилированные бензоилом или замещенным бензоилом, с образованием соли в спиртовом растворителе или в водном растворе спирта, и кристаллизация соли; и (3) гидролиз соли, образованной из R-бета-аминофенилмасляной кислоты эфира и разделяющего агента, с возможной защитой аминной группы с получением производных R-бета-аминофенилмасляной кислоты формулы (I). Способ позволяет получать соединения формулы (I) с высокой оптической чистотой и высокими выходами. 11 з.п. ф-лы, 8 пр.

Изобретение относится к способу получения (S)-(+)-3-аминометил-5-метилгексановой кислоты (прегабалина) формулы (I). Способ включает стадии (a)-(g). На стадии (a) происходит взаимодействие алкилового эфира циануксусной кислоты CNCH2COOR (A) и изобутиральдегида с получением алкилового эфира 2-циано-4-метилпентановой кислоты (В). На стадии (b) полученный эфир (В) взаимодействует с этиловым эфиром альфа-галогенуксусной кислоты (Hal=Cl, Br, I) в присутствии основания при температуре 10-90°С в растворителе, таком как N,N-диметилформамид, тетрагидрофуран, 1,4-диоксан, диметилсульфоксид и диметоксиэтан, или без растворителя с образованием 4-этил-1-метил-2-циано-2-изобутилсукцината (С). На стадии (c) осуществляют гидролиз соединения (С) под действием основания, такого как гидроксид щелочного металла, при температуре 20-80°С, который дает 2-циано-2-изобутилянтарную кислоту. На стадии (d) проводят декарбоксилирование полученной 2-циано-2-изобутилянтарной кислоты в присутствии минеральной кислоты, например серной или соляной, в органическом растворителе, например этилацетате, при температуре 70-80°С с образованием (RS)-3-циано-5-метилгексановой кислоты. На стадии (e) разделяют энантиомеры полученной (RS)-3-циано-5-метилгексановой кислоты через образование соответствующей соли с цинхонидином в органическом растворителе, таком как этанол, метанол, 1,4-диоксан, этилацетат, тетрагидрофуран, 2-метилтетрагидрофуран, диметоксиэтан и диглим, при температуре 20-80°С, выделяют цинхонидиновую соль (S)-3-циано-5-метилгексановой кислоты и дополнительную очищают ее путем повторного солеобразования в этилацетате. На стадии (f) цинхонидиновую соль (S)-3-циано-5-метилгексановой кислоты обрабатывают смесью этилацетата и разбавленной соляной кислоты (1:1) при комнатной температуре и выделяют образовавшуюся (S)-3-циано-5-метилгексановую кислоту (II) из органического слоя. На стадии (g) осуществляют гидрирование выделенной оптически чистой (S)-3-циано-5-метилгексановой кислоты (II), катализируемое никелем Ренея, с образованием (S)-(+)-3-аминометил-5-метилгексановой кислоты (прегабалина) (I). Способ характеризуется тем, что на стадии (а) взаимодействие алкилового эфира циануксусной кислоты CNCH2COOR, где R=С1-С4-алкил, с изобутиральдегидом осуществляют под действием монооксида углерода при давлении от 1 до 200 атм и температуре от 20 до 200°С в полярном растворителе, таком как метанол, этанол, вода, 1,4-диоксан, тетрагидрофуран, ацетонитрил, диметоксиэтан и диглим, а в качестве катализатора используют соединения кобальта, никеля, рутения или родия; на стадии (b) в качестве основания используют гидрид натрия. Предлагаемый способ позволяет сократить число стадий при получении интермедиата (B), уменьшить количество отходов и повысить экологическую безопасность. 5 пр.

Изобретение относится к новым 1,2,3-трис{[аминополи(этилен-амино)этиламмонио]метилкарбонилоксиполи(алкиленокси)]}пропан трихлори-дам формулы: где: при а+с+е (общая степень оксипропилирования) = 49, b+d+f (общая степень оксиэтилирования) = 0, n=1-6; при а+с+е=55, b+d+f=0, n=1-6; при а+с+е=49, b+d+f=9, n=1-6; при а+с+е=55, b+d+f=10, n=1-6; при а+с+е=66, b+d+f=15, n=1-6; при а+с+е 76, b+d+f=18, n=1-6, и к способу их получения

Изобретение относится к водному раствору натриевой соли xNa+yH+ хелатообразующего соединения формулы (I), где х=2,1-2,7, у=0,9-0,3 и х+у=3

Изобретение относится к кристаллу тригидрата ди-L-лизинмоносульфата и способам его получения (варианты)
Наверх