Способ получения l-гомосерина
Изобретение относится к способу получения L-гомосерина. Способ включает приведение производного L-гомосерина, представленного Формулой 1, в контакт с водой и твердым кислотным катализатором. В Формуле 1 R1 представляет собой Ra-(C=O)-, Ra представляет собой замещенную или незамещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную алкенильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную алкинильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную циклоалкильную группу, имеющую от 3 до 10 атомов углерода, замещенную или незамещенную арильную группу, имеющую от 6 до 20 атомов углерода, или замещенную или незамещенную гетероарильную группу, имеющую от 2 до 10 атомов углерода, и заместители алкильной группы, алкенильной группы, алкинильной группы, циклоалкильной группы, арильной группы и гетероарильной группы каждый независимо представляют собой галоген, карбоксильную группу (-СООН), ацетильную группу (-СОСН3), аминогруппу (-NH2), нитрогруппу (-NO2), цианогруппу (-CN), алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, арильную группу, имеющую от 6 до 10 атомов углерода, или циклоалкильную группу, имеющую от 3 до 10 атомов углерода. Предлагаемый способ позволяет получать L-гомосерин с высокой чистотой при высокой степени извлечения. 13 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу получения L-гомосерина.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Соединения, используемые в промышленности, представляют собой вещества, полученные, в основном, в результате нефтехимических процессов с использованием ископаемого топлива. В результате нефтехимических процессов образуются побочные продукты, которые вредны для окружающей среды, а запасы ископаемого топлива ограничены.
По этой причине исследователями были предприняты попытки поставлять соединения, используемые в промышленности, не истощительным образом путем замены существующих нефтехимических процессов, использующих ископаемое топливо.
Можно получать различные соединения путем биосинтеза посредством ферментации микроорганизмов с использованием сахаров, полученных из растительных систем. Например, такие соединения, как метионин, треонин, изолейцин и т.д. производят путем биосинтеза.
При этом, гомосерин используют в различных реакциях, например, в качестве промежуточного соединения в биосинтезе метионина, треонина, изолейцина и т.д. Соответственно, требуется способ простого получения гомосерина.
ОПИСАНИЕ ВОПЛОЩЕНИЙ ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Одним аспектом настоящего изобретения является предложение способа простого получения L-гомосерина с высокой чистотой при высокой степени извлечения.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен способ получения L-гомосерина, включающий приведение производного L-гомосерина, представленного приведенной ниже Формулой 1, в контакт с водой и твердым кислотным катализатором:
Формула 1
В Формуле 1
R1 представляет собой Ra-(C=O)-,
Ra представляет собой замещенную или незамещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную алкенильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную алкинильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную циклоалкильную группу, имеющую от 3 до 10 атомов углерода, замещенную или незамещенную ар ильную группу, имеющую от 6 до 20 атомов углерода, или замещенную или незамещенную гетероарильную группу, имеющую от 2 до 10 атомов углерода и
заместители алкильной группы, алкенильной группы, алкинильной группы, циклоалкильной группы, арильной группы и гетероарильной группы, каждые независимо представляют собой галоген, карбоксильную группу (-СООН), ацетильную группу (-СОСН3), аминогруппу (-NH2), нитрогруппу (-NO2), цианогруппу (-CN), алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, ар ильную группу, имеющую от 6 до 10 атомов углерода, или циклоалкильную группу, имеющую от 3 до 10 атомов углерода.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно способу получения L-гомосерина в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения, можно просто приготовить L-гомосерин с высокой чистотой при высокой степени извлечения с использованием твердого кислотного катализатора.
Кроме того, согласно способу получения L-гомосерина в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения, эффективность получения значительно повышается, облегчается процесс рециркуляции катализатора и затраты на техническое обслуживание снижаются, тем самым обеспечивается экономическая эффективность.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже способ получения L-гомосерина согласно одному воплощению настоящего изобретения будет описан более подробно.
Хотя идея изобретения согласно настоящему описанию изобретения, представленная ниже, подвержена различным модификациям и имеет множество воплощений, конкретные воплощения будут проиллюстрированы и подробно описаны в конкретном описании изобретения. Следует, однако, понимать, что описание не предназначено для ограничения идеи изобретения согласно настоящему описанию изобретения конкретными воплощениями, но, напротив, намерение заключается в том, чтобы охватить все модификации, эквиваленты или альтернативы, подпадающие под технический объем идеи изобретения согласно настоящему описанию изобретения.
В настоящем описании изобретения такие термины, как первый, второй, третий, четвертый и т.д., могут использоваться для описания различных компонентов, но компоненты не следует ограничивать этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличить один компонент от другого компонента.
Используемый в настоящем описании термин "L-гомосерин" представляет собой L-изомер гомосерина.
Используемый в настоящем описании термин "D-гомосерин" представляет собой D-изомер гомосерина.
Используемый в настоящем описании термин "% энантиомерного избытка (% э.и.)" относится к чистоте энантиомера образца, то есть г проценту одного энантиомера в образце, находящегося в большем количестве, чем другой. Например, % энантиомерного избытка L-гомосерина относится к проценту L-гомосерина, находящемуся в большем количестве, чем D-гомосерин, в гомосерине. Например, % энантиомерного избытка L-гомосерина представлен следующим уравнением 1:
Уравнение 1
% энантиомерного избытка L-гомосерина = [(количество L-гомосерина - количество D-гомосерина) / (количество L-гомосерина + количество D-гомосерина)] × 100
Способ получения L-гомосерина в соответствии с одним воплощением может включать приведение производного L-гомосерина, представленного Формулой 1, в контакт с водой и твердым кислотным катализатором:
В Формуле 1
R1 представляет собой Ra-(C=O)-,
Ra представляет собой замещенную или незамещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную алкенильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную алкинильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную циклоалкильную группу, имеющую от 3 до 10 атомов углерода, замещенную или незамещенную ар ильную группу, имеющую от 6 до 20 атомов углерода, или замещенную или незамещенную гетероарильную группу, имеющую от 2 до 10 атомов углерода, и
заместители алкильной группы, алкенильной группы, алкинильной группы, циклоалкильной группы, арильной группы и гетероарильной группы каждый независимо представляет собой галоген, карбоксильную группу (-СООН), ацетильную группу (-СОСН3), аминогруппу (-NH2), нитрогруппу (-NO2), цианогруппу (-CN), алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, ар ильную группу, имеющую от 6 до 10 атомов углерода, или циклоалкильную группу, имеющую от 3 до 10 атомов углерода.
Например, способ получения L-гомосерина может включать получение L-гомосерина, представленного следующей Формулой 2, посредством гидролиза производного L-гомосерина, представленного следующей Формулой 1, в присутствии твердого кислотного катализатора:
В вышеприведенных формулах R1 представляет собой Ra-(C=O)-,
Ra представляет собой замещенную или незамещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную алкенильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную алкинильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную циклоалкильную группу, имеющую от 3 до 10 атомов углерода, замещенную или незамещенную ар ильную группу, имеющую от 6 до 20 атомов углерода, или замещенную или незамещенную гетероарильную группу, имеющую от 2 до 10 атомов углерода, и
заместители алкильной группы, алкенильной группы, алкинильной группы, циклоалкильной группы, арильной группы и гетероарильной группы, каждый независимо представляют собой галоген, карбоксильную группу (-СООН), ацетильную группу (-СОСН3), аминогруппу (-NH2), нитрогруппу (-NO2), цианогруппу (-CN), алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, арильную группу, имеющую от 6 до 10 атомов углерода, или циклоалкильную группу, имеющую от 3 до 10 атомов углерода.
Такой способ получения L-гомосерина по настоящему изобретению позволяет получить L-гомосерин с высокой чистотой при высокой степени извлечения с использованием производного L-гомосерина в качестве исходного вещества и твердого кислотного катализатора.
В производном L-гомосерина, представленном Формулой 1 в настоящем описании изобретения, Re может представлять собой, например, метил (-СН3), карбоксиэтил (-СН2СН2СООН), ацетилэтил (-СН2СН2(С=O)СН3), 2-пиразинил (-C4H3N2), 2-амино-5-пиридинил (-C6H3N-NH2)), 4-пиридинил (-C6H4N), или (3-амино-5-метил)фенил (-С6Н3(СН3)(NH2)). В частности, в производном L-гомосерина, представленном Формулой 1 в настоящем описании изобретения, R4 может представлять собой, например, ацетил, или сукцинил. Так как производное L-гомосерина, представленное Формулой 1 в настоящем изобретении, имеет такую функциональную группу, может быть легко получен L-гомосерин с улучшенной чистотой.
При контакте производного L-гомосерина с твердым кислотным катализатором по настоящему изобретению, производное L-гомосерина, представленное Формулой 1 в настоящем описании, может быть получено, например, из ферментативного бульона, включающего производное L-гомосерина. Следовательно, используя производное L-гомосерина, представленное Формулой 1, который получают во время ферментативного процесса, можно эффективно получать L-гомосерин. Другими словами, способ по настоящему изобретению может дополнительно включать получение производного L-гомосерина из ферментативного бульона, содержащего производное L-гомосерина, перед приведением производного L-гомосерина в контакт с твердым кислотным катализатором по настоящему изобретению. Получение производного L-гомосерина из ферментативного бульона, содержащего производное L-гомосерина по настоящему изобретению, может включать удаление клеток из ферментативного бульона, содержащего производное L-гомосерина, через мембранный фильтр. Посредством удаления клеток из ферментативного бульона, содержащего производное L-гомосерина по настоящему изобретению, с помощью мембранного фильтра, может быть получен водный раствор, содержащий производное L-гомосерина по настоящему изобретению.
Используемый в настоящем описании термин "ферментативный бульон, содержащий производное L-гомосерина", может быть ферментативным бульоном, содержащим производное L-гомосерина, получаемое в процессе ферментации. Ферментативный бульон может быть ферментативным бульоном, полученным путем культивирования микроорганизмов в среде, содержащей сахара, или ферментативным бульоном, полученным посредством ферментативного превращения ферментативного бульона, полученного посредством культивирования микроорганизмов. Например, ферментативный бульон, содержащий производное L-гомосерина по настоящему изобретению, может быть ферментативным бульоном, содержащим производное L-гомосерина, непосредственно полученное путем культивирования микроорганизмов в среде, содержащей сахара, или ферментативным бульоном, содержащим производное L-гомосерина, которое получено посредством ферментативного превращения аминокислот, полученных путем культивирования микроорганизмов в среде, содержащей сахара. Вид микроорганизмов, используемых в получении ферментативного бульона, содержащего производное L-гомосерина по настоящему изобретению, конкретно не ограничен и любые микроорганизмы, известные в данной области, могут быть использованы при условии, что они способны продуцировать производное L-гомосерина посредством прямой ферментации или ферментативного превращения.
Производное L-гомосерина, представленное Формулой 1 по настоящему изобретению, может представлять собой, например, соединения, представленные следующими Формулами 3-8:
Производное L-гомосерина по настоящему изобретению может представлять собой, в частности, О-ацетил-L-гомосерин или О-сукцинил-L-гомосерин, но не ограничено ими. Возможно любое производное, при условии, что оно является производным, в котором заместитель связан с концевым кислородом L-гомосерина, полученным в ходе ферментации и известным в данной области. Ферментативный бульон, содержащий производное L-гомосерина по настоящему изобретению, может представлять собой, например, ферментативный бульон, полученный посредством ферментации среды, включающей CJM-BTJ/pCJ-MetA-CL (учетный номер КССМ-10872), который представляет собой О-сукцинил-L-гомосерин-продуцирующий штамм, или CJM-BTJA/pCJ-MetX-CL (учетный номер KCCM-10873), который представляет собой О-ацетил-L-гомосерин-продуцирующий штамм, как раскрыто в Примере 2 в KR 10-2014-0116010.
Приведение производного L-гомосерина в контакт с твердым кислотным катализатором по настоящему изобретению может представлять собой, например, приведение производного L-гомосерина в контакт с водой и твердым кислотным катализатором.
Вода может быть, например, чистой водой, такой как дистиллированная вода и т.д., но не ограничивается такой чистой водой, а может включать композицию, содержащую воду в качестве основного компонента. Содержание воды, включенной в композицию, содержащую воду в качестве основного компонента, может составлять, например, от 50% по массе до 100% по массе, от 60% по массе до 100% по массе, от 70% по массе до 100% по массе, от 80% по массе до 100% по массе, от 90% по массе до 100% по массе, от 95% по массе до 100% по массе, или от 99% по массе до 100% по массе, исходя из общей массы композиции.
Твердый кислотный катализатор по настоящему изобретению относится к катализатору, который не растворяется в растворителе и сохраняет твердое состояние даже при смешивании с растворителем.
Твердый кислотный катализатор по настоящему описанию может включать полимерный катализатор. В частности, твердый кислотный катализатор по настоящему описанию может включать, например, катализатор из катионообменной смолы.
Катализатор из катионообменной смолы по настоящему описанию имеет структуру, в которой кислотная функциональная группа связана с полимером. Поскольку катализатор из катионообменной смолы по настоящему описанию включает кислотную функциональную группу, эта кислотная функциональная группа может служить кислотным катализатором.
Катализатор из катионообменной смолы по настоящему описанию может включать полимер и, в частности, полимер может представлять собой сополимер, в котором дивинилбензол сшит с полистиролом, или гомополимер полистирола, но не ограничивается ими, и любой полимер может быть включен при условии, что он может быть использован как катализатор из катионообменной смолы в данной области. При снижении каталитической активности катализатора из катионообменной смолы по настоящему описанию из-за его длительного использования катализатор из катионообменной смолы может быть повторно использован после рециркуляции без замены катализатора.
Катализатор из катионообменной смолы по настоящему описанию может включать, например, одну или более кислотных функциональных групп, выбранных из -SO4H и -СООН. Когда катализатор из катионообменной смолы по настоящему описанию включает кислотную функциональную группу, он может служить в качестве кислотного катализатора. Катализатор из катионообменной смолы, включающий функциональную группу -SO4H, по настоящему описанию является сильнокислотным. Такой сильнокислотный катализатор имеет, например, рН ниже 1-5. Катализатор из катионообменной смолы, включающий функциональную группу -СООН по настоящему описанию, является слабокислотным. Слабокислотный катализатор имеет, например, рН ниже 5-7.
Катализатор из катионообменной смолы по настоящему описанию может иметь, например, структуру, в которой одна или более кислотных функциональных групп, выбранных из -SO4H и -СООН, связаны с полистирол-дивинилбензольным сополимером.
Имеющиеся в продаже катализаторы из катионообменной смолы могут включать, например, Амберлист 15, Purolite СТ275, TRILITE SPC160H, DOWEX М-31Н), и т.д., но катализатор из катионообменной смолы по настоящему описанию не ограничивается ими. Любой катализатор из катионообменной смолы можно использовать при условии, что его используют как катализатор из катионообменной смолы в данной области.
Катализатор из катионообменной смолы по настоящему описанию может находиться, например, в форме частиц. Размер частицы может составлять, например, от 0,1 мм до 10 мм, от 0,1 мм до 5 мм, от 0,1 мм до 4 мм, от 0,1 мм до 3 мм, от 0,1 мм до 2 мм или от 0,1 мм до 1 мм. Частица может быть, например, пористой частицей. Средний диаметр пор, входящих в состав пористой частицы, может быть от 10 нм до 500 нм, от 10 нм до 200 нм, от 10 нм до 100 нм, от 10 нм до 90 нм, от 20 нм до 80 нм, или от 30 нм до 70 нм. Общий объем пор, включенных в катализатор из катионообменной смолы по настоящему изобретению, может составлять от 0,1 мл/г до 10 мл/г, от 0,1 мл/г до 5 мл/г, от 0,1 мл/г до 2 мл/г, от 0,1 мл/г до 1 мл/г, от 0,1 мл/г до 0,90 мл/г, от 0,2 мл/г до 0,8 мл/г, от 0,3 мл/г до 0,7 мл/г или от 0,4 мл/г до 0,6 мл/г. Когда катализатор из катионообменной смолы имеет такой размер частиц, диаметр пор и/или общий объем пор, L-гомосерин может быть получен с более высоким выходом.
Приведение производного L-гомосерина в контакт с твердым кислотным катализатором по настоящему описанию можно выполнять в колонне со смолой, содержащей катализатор из катионообменной смолы.
Способ по настоящему изобретению может дополнительно включать проведение гидролиза производного L-гомосерина после или одновременно с приведением в контакт.
Колонна со смолой по настоящему описанию может представлять собой колонну, заполненную внутри катализатором из катионообменной смолы. В частности, гидролиз L-гомосеринового производного можно осуществлять в колонне со смолой по настоящему описанию. Способ размещения катализатора из катионообменной смолы в колонне со смолой по настоящему описанию конкретно не ограничен. Объем, занимаемый катализатором из катионообменной смолы в колонне со смолой по настоящему описанию, может составлять, например, 10% или более, 20% или более, 30% или более, 40% или более, 50% или более, 60% или более, 70% или более, 80% или более, или 90% или более от общего внутреннего объема колонны со смолой.
Содержание катализатора из катионообменной смолы по настоящему описанию может составлять, например, от 0,1 эквивалента до 10 эквивалентов, от 0,1 эквивалента до 5 эквивалентов, от 0,1 эквивалента до 4 эквивалентов, от 0,1 эквивалента до 3 эквивалентов, от 0,1 эквивалента до 2 эквивалентов, от 0,1 эквивалента до 1,5 эквивалентов, от 0,1 эквивалента до 1,3 эквивалентов или от 0,1 эквивалента до 1,2 эквивалентов по отношению к 1 эквиваленту L-гомосеринового производного, представленного Формулой 1. Когда содержание катализатора из катионообменной смолы по настоящему описанию составляет 0,1 эквивалент или более по отношению к 1 эквиваленту производного L-гомосерина, катализатор может увеличивать скорость реакции. Напротив, когда содержание катализатора из катионообменной смолы составляет 10 эквивалентов или менее по отношению к 1 эквиваленту производного L-гомосерина, могут увеличиваться побочные продукты и, таким образом, можно предупредить включение отдельного процесса очистки и при этом снижения чистоты/выхода конечного целевого продукта.
При приведении производного L-гомосерина в контакт с твердым кислотным катализатором по настоящему описанию, водный раствор, содержащий твердый кислотный катализатор по настоящему описанию, может иметь рН от 1 до 5, от 1 до 4,5, от 1 до 4,0, от 1 до 3,5, от 2 до 5, от 2 до 4,5, 2 до 4,0, от 2 до 3,5, от 3 до 5, от 3 до 4,5, или от 3 до 3,5. Если водный раствор, содержащий катализатор из катионообменной смолы по настоящему описанию, имеет вышеуказанный диапазон рН, то гидролиз может проходить эффективно.
При получении L-гомосерина с использованием катализатора из катионообменной смолы по настоящему изобретению, приведение в контакт можно выполнять при температуре, например, от 20°С до 150°С, от 20°С до 140°С, от 20°С до 130°С, от 20°С до 120°С, от 40°С до 110°С, от 50°С до 100°С, от 60°С до 90°С или от 70°С до 90°С. При получении L-гомосерина с использованием катализатора из катионообменной смолы, приведение в контакт можно выполнять в течение, например, от 0,1 ч до 30 ч, от 0,5 ч до 20 ч, от 1 ч до 10 ч, от 2 ч до 8 ч, от 3 ч до 7 ч, или от 4 ч до 6 ч. Другими словами, получение L-гомосерина можно выполнять с помощью водного раствора, содержащего производное L-гомосерина, который имеет температуру от 20°С до 150°С и время пребывания в колонне со смолой от 0,1 ч до 20 ч. Когда гидролиз может быть проведен в пределах вышеуказанных диапазонов температуры и времени, L-гомосерина может быть получен более легко.
При приведении производного L-гомосерина в контакт с твердым кислотным катализатором по настоящему описанию давление в колонне со смолой может составлять, например, от 0,01 атм до 1 атм, от 0,05 атм до 1 атм, от 0,1 атм до 1 атм или от 0,5 атм до 1 атм. Давление в колонне со смолой может составлять, например, 1 атм.
Приведение производного L-гомосерина в контакт с твердым кислотным катализатором по настоящему описанию может включать подачу производного L-гомосерина; получение L-гомосерина посредством приведения производного L-гомосерина в контакт с твердым кислотным катализатором; и/или выделение L-гомосерина.
Приведение производного L-гомосерина в контакт с твердым кислотным катализатором по настоящему описанию может более конкретно включать подачу первой композиции, включающей производное L-гомосерина, в колонну со смолой; получение второй композиции, включающей L-гомосерин, посредством гидролиза первой композиции, включающей производное L-гомосерина, в колонне со смолой в присутствии твердого кислотного катализатора; и/или выделение второй композиции, содержащей L-гомосерин, из колонны со смолой. При подаче первой композиции, включающей производное L-гомосерина, в колонну со смолой, первую композицию, включающую производное L-гомосерина, можно подавать из питающего резервуара. Поскольку большие количества производного L-гомосерина могут подаваться с использованием резервуара и/или колонны со смолой, значительная часть гидролиза может быть проведена в течение короткого времени. Первая композиция и вторая композиция по настоящему изобретению могут быть по существу жидкими. Первая композиция по настоящему изобретению может быть, например, водным раствором, содержащим производное L-гомосерина. Вторая композиция по настоящему изобретению может быть, например, водным раствором, включающим L-гомосерин.
Подача первой композиции в колонну со смолой и выделение второй композиции из колонны со смолой по настоящему изобретению можно выполнять непрерывно или с перерывами. Термин "выполнять непрерывно" можно использовать взаимозаменяемо с "выполнять в непрерывном режиме", а термин "выполнять с перерывами" можно использовать взаимозаменяемо с "выполнять в периодическом режиме".
В непрерывном режиме по настоящему описанию вторая композиция может быть выделена из колонны со смолой при подаче первой композиции в колонну со смолой по настоящему описанию. Например, в непрерывном режиме по настоящему описанию гидролиз производного L-гомосерина по настоящему изобретению можно выполнять в колонне со смолой без перерыва между при подаче первой композиции в колонну со смолой и выделении второй композиции из колонны со смолой.
По сравнению с периодическим режимом по настоящему изобретению, при непрерывном режиме по настоящему изобретению можно постоянно получать L-гомосерин и, таким образом, эффективность производства может в значительной степени улучшаться, и полимерный катализатор может быть повторно использован только посредством изменения композиции добавленного раствора без отделения полимерного катализатора. Следовательно, повторное использование полимерного катализатора может быть простым в случае непрерывного режима по настоящему описанию по сравнению с периодическим режимом, требующим выделения и очистки полимерного катализатора. Следовательно, поддержание и/или восстановление всего процесса становится простым и стоимость поддержания уменьшается и, таким образом, стоимость всего процесса может уменьшаться в случае непрерывного режима по настоящему описанию по сравнению с периодическим режимом. Следовательно, экономическая эффективность всего процесса в непрерывном режиме по настоящему описанию может быть дополнительно улучшена по сравнению с экономической эффективностью периодического режима по настоящему описанию.
В случае периодического режима по настоящему описанию подача первой композиции в колонну со смолой и выделение второй композиции из колонны со смолой могут быть выполнены с перерывами. В случае периодического режима, например, вторую композицию не выделяют из колонны со смолой при подаче первой композиции в колонну со смолой. Кроме того, первую композицию не подают в колонну со смолой при выделении второй композиции из колонны со смолой. Например, в случае периодического режима гидролиз производного L-гомосерина по настоящему описанию не выполняют при подаче первой композиции в колонну со смолой или выделении второй композиции из колонны со смолой.
В дополнение к вышеописанным процессам способ получения L-гомосерина по настоящему изобретению может дополнительно включать, например, сбор L-гомосерина по настоящему изобретению.
В дополнение к вышеописанным процессам способ получения L-гомосерина по настоящему изобретению может дополнительно включать получение третьей композиции, включающей кристаллизованный L-гомосерин, путем подачи второй композиции, включающей L-гомосерин, в резервуар дозревания; получение четвертой композиции, включающей выделенный L-гомосерин, путем подачи третьей композиции, включающей кристаллизованный L-гомосерин, в сепаратор; и/или получение высушенного L-гомосерина путем подачи четвертой композиции, включающей выделенный L-гомосерин, в сушильный аппарат. Когда способ получения L-гомосерина дополнительно включает эти процессы, чистота и/или выход полученного L-гомосерина могут быть дополнительно улучшены
При получении третьей композиции, включающей кристаллизованный L-гомосерин, путем подачи второй композиции, включающей L-гомосерин, в резервуар дозревания по настоящему описанию, вторую композицию, выделенную из колонны со смолой, можно охлаждать до комнатной температуры в резервуаре дозревания, таким образом кристаллизуя по меньшей мере часть L-гомосерина. Следовательно, можно получить третью композицию, включающую кристаллы L-гомосерина, т.е. суспензионный раствор. L-гомосерин может быть дополнительно кристаллизован путем добавления осадителя L-гомосерина к суспензионному раствору. Осадителем может быть, например, этанол.
При получении четвертой композиции, включающей выделенный L-гомосерин, путем подачи третьей композиции, включающей кристаллизованный L-гомосерин, в сепаратор, кристаллизованный L-гомосерин может быть выделен с помощью сепаратора, такого как фильтр и т.д. Четвертая композиция может включать L-гомосерин и небольшое количество растворителя. Четвертая композиция может находиться в по существу твердом состоянии.
При получении высушенного L-гомосерина путем подачи четвертой композиции, включающей выделенный L-гомосерин, в сушильный аппарат, кристаллический порошок L-гомосерина может быть получен с высокой чистотой и/или высоким выходом посредством сушки выделенного L-гомосерина.
В способе получения L-гомосерина по настоящему изобретению, выход полученного L-гомосерина, может составлять, например, 10% или более, 20% или более, 30% или более, 40% или более, 50% или более, 60% или более, 70% или более, 80% или более, 90% или более, 95% или более, 96% или более, 97% или более, 98% или более, или 99% или более.
В способе получения L-гомосерина по настоящему изобретению, чистота полученного L-гомосерина может составлять, например, 98% или более, 98,5% или более, 99% или более, 99,1% или более, 99,2% или более, 99,3% или более, 99,4% или более, 99,5% или более, 99,6% или более, 99,6% или более, 99,7% или более, 99,8% или более, или 99,9% или более.
В способе получения L-гомосерина по настоящему изобретению, % энантиомерного избытка полученного L-гомосерина может составлять, например, 10% э.и. или более, 20% э.и. или более, 30% э.и. или более, 40% э.и. или более, 50% э.и. или более, 60% э.и. или более, 70% э.и. или более, 80% э.и. или более, 90% э.и. или более, 91% э.и. или более, 92% э.и. или более, 93% э.и. или более, 94% э.и. или более, 95% э.и. или более, 96% э.и. или более, 97% э.и. или более, 98% э.и. или более, или 99% э.и. или более. В способе получения L-гомосерина, % энантиомерного избытка полученного L-гомосерина может составлять, например, 100% э.и.
Получение L-гомосерина по настоящему изобретению может, например, быть проведено в системе для получения L-гомосерина для массового производства, без ограничения этими типичными воплощениями, и может быть использован любой процесс, реактор, система и/или метод, доступные в данной области.
Система для получения L-гомосерина по настоящему изобретению может включать, например, питающий резервуар, колонну со смолой, кристаллизатор, резервуар дозревания, сепаратор и/или сушильный аппарат. Альтернативно, в системе для получения L-гомосерина, поскольку резервуар дозревания также может служить кристаллизатором, то кристаллизатор можно не включать. Система для получения L-гомосерина по настоящему изобретению может включать, например, питающий резервуар, колонну со смолой, кристаллизатор, резервуар дозревания, сепаратор и/или сушильный аппарат.
Питающий резервуар по настоящему описанию может включать первую композицию, включающую производное L-гомосерина, и может подавать первую композицию на верхнюю часть колонны со смолой. Первая композиция, включенная в питающий резервуар, может быть композицией, из которой удалены клетки. Альтернативно, первая композиция, включенная в питающий резервуар, может представлять собой ферментативный бульон. Когда питающий резервуар по настоящему описанию включает ферментативный бульон, на выходе из питающего резервуара или между питающим резервуаром и колонной со смолой может быть расположен мембранный фильтр для удаления клеток из ферментативного бульона.
Колонна со смолой по настоящему описанию может включать катализатор из катионообменной смолы, как описано выше. Когда колонна со смолой по настоящему описанию включает катализатор из катионообменной смолы, первая композиция, включающая производное L-гомосерина в колонне со смолой, может быть превращена во вторую композицию, включающую L-гомосерин, посредством гидролиза. Форма колонны со смолой конкретно не ограничена и может быть использована любая форма, используемая в данной области. Температура колонны со смолой по настоящему описанию может составлять, например, от 20°С до 150°С, от 20°С до 140°С, от 20°С до 130°С, от 20°С до 120°С, от 40°С до 110°С, от 50°С до 100°С, от 60°С до 90°С, или от 70°С до 90°С. Время, необходимое для того, чтобы первая композиция, подаваемая в колонну со смолой по настоящему описанию, превратилась во вторую композицию и была выделена из колонны со смолой, может составлять, например, от 0,1 ч до 30 ч, от 0,5 ч до 20 ч, от 1 ч до 10 ч, от 2 до 8 ч, от 3 ч до 7 ч или от 4 ч до 6 ч. Материалом для колонны со смолой по настоящему описанию может являться, например, нержавеющая сталь. Материалом для колонны со смолой по настоящему описанию может являться, например, кислотостойкая нержавеющая сталь.
Кристаллизатор по настоящему описанию может кристаллизовать по меньшей мере часть L-гомосерина, включенного во вторую композицию. Кристаллизация может быть проведена путем уменьшения температуры, при добавлении осадителя или тому подобного. Время кристаллизации может составлять от 0,1 ч до 30 ч, от 0,5 ч до 20 ч или от 1 ч до 10 ч. Температура кристаллизации по настоящему описанию может составлять от 1°С до 30°С, от 10°С до 30°С или от 20°С до 30°С.Кристаллизатор по настоящему описанию может представлять собой, например, выпарной аппарат с принудительной циркуляцией. В частности, кристаллизатор по настоящему описанию может включать, например, одно или более устройств, выбранных из вакуумного насоса, конденсатора, аппарата для перемешивания и охлаждающей рубашки. Материалом для кристаллизатора по настоящему описанию может служить нержавеющая сталь. Материалом для кристаллизатора по настоящему описанию может служить, например, кислотостойкая нержавеющая сталь.
В резервуаре дозревания по настоящему описанию можно стабилизировать композицию, включающую кристаллы L-гомосерина, и можно, кроме того, облегчить последующее разделение кристаллов L-гомосерина в сепараторе. Время дозревания по настоящему описанию может составлять от 0,1 ч до 30 ч, от 0,5 ч до 20 ч или от 1 ч до 10 ч. Температура дозревания по настоящему описанию может составлять от 1°С до 30°С, от 10°С до 30°С или от 20°С до 30°С.Материалом для резервуара дозревания по настоящему описанию может являться нержавеющая сталь. Материалом для резервуара дозревания по настоящему описанию может являться, например, кислотостойкая нержавеющая сталь.
Сепаратор по настоящему описанию может отделять кристаллы L-гомосерина из композиции, включающей L-гомосерин, и сепаратор по настоящему описанию может представлять собой, например, ленточный сепаратор, центробежный сепаратор и т.д.
Сушильный аппарат по настоящему описанию может удалять летучие компоненты, такие как остаточная влажность и т.д., из выделенных кристаллов L-гомосерина. Сушильным аппаратом по настоящему описанию может быть, например, сушильная печь, сушильный аппарат с псевдоожиженным слоем и т.д. Температура сушки может составлять от 20°С до 100°С, от 30°С до 80°С или от 40°С до 60°С. Давление в сушильном аппарате по настоящему описанию может составлять 1 атм (105 Па) или менее 1 атм. Время сушки по настоящему описанию может составлять от 0,1 ч до 30 ч, от 0,5 ч до 20 ч или от 1 ч до 10 ч. Например, преимуществом сушильного аппарата с псевдоожиженным слоем по настоящему описанию является то, что возможна непрерывная сушка.
Например, получение L-гомосерина с использованием системы для получения L-гомосерина по настоящему описанию может осуществляться следующим образом.
Первая композиция, включающая производное L-гомосерина, может быть подана из питающего резервуара в верхнюю часть колонны со смолой. В колонне со смолой первая композиция, включающая производное L-гомосерина, может подвергаться гидролизу в присутствии твердого кислотного катализатора для превращения во вторую композицию, включающую L-гомосерин. Вторая композиция, включающая L-гомосерин, может быть выделена из нижней части колонны со смолой. Вторая композиция, выделенная из нижней части колонны со смолой, может быть подана в кристаллизатор. В кристаллизаторе, по меньшей мере часть L-гомосерина, включенного во вторую композицию, может быть кристаллизована. Композиция, включающая кристаллизованный L-гомосерин, может быть подана в резервуар дозревания и может быть стабилизирована. Стабилизированная композиция может быть подана в сепаратор и кристаллы L-гомосерина могут быть отделены в этом сепараторе. Выделенные кристаллы L-гомосерина могут быть поданы в сушильный аппарат с получением высушенного порошка L-гомосерин.
Например, когда кристаллизацию и стабилизацию проводят одновременно в резервуаре дозревании, кристаллизатор можно не использовать.
Например, получение L-гомосерина с использованием системы для получения L-гомосерина по настоящему описанию может быть выполнено следующим образом.
Первая композиция, включающая производное L-гомосерина может быть подана из питающего резервуара в верхнюю часть колонны со смолой. В колонне со смолой первая композиция, включающая производное L-гомосерина, может подвергаться гидролизу в присутствии твердого кислотного катализатора для превращения во вторую композицию, включающую L-гомосерин. Вторая композиция, включающая L-гомосерин, может быть выделена из нижней части колонны со смолой. Вторая композиция, выделенная из нижней части колонны со смолой, может быть подана в резервуар дозревания. В резервуаре дозревания по меньшей мере часть L-гомосерина, включенная во вторую композицию, может быть кристаллизована, и композиция, включающая кристаллизованный L-гомосерин, может быть стабилизирована. Стабилизированная композиция может быть подана в сепаратор, и кристаллы L-гомосерина могут быть выделены в сепараторе. Выделенные кристаллы L-гомосерина могут быть поданы в сушильный аппарат с получением высушенного порошка L-гомосерина. Система и процесс получения могут быть дополнительно упрощены посредством включения кристаллизатора в резервуар дозревания. Резервуар дозревания, с включенным в него кристаллизатором, может иметь структуру, в которой одно или более устройств, выбранных из вакуумного насоса, конденсатора, аппарата для перемешивания и охлаждающей рубашки добавлены к резервуару дозревания. Благодаря такой структуре созревание и кристаллизация могут быть выполнены одновременно.
Используемый в настоящем описании термин "алкил" может относиться к полностью насыщенному разветвленному или неразветвлеиному (или прямому или линейному) углеводороду.
Неограничивающие примеры "алкила" могут включать метил, этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, изобутил, втор-бутил, н-пентил, изопентил, неопентил, н-гексил, 3-метилгексил, 2,2-диметилпентил, 2.3-диметилпентил, н-гептил и т.д.
Один или более атомов водорода в "алкиле" могут быть заменены атомами галогена, С1-С20 алкильными группами, замещенными атомами галогена (например CCF3, CHCF2, CH2F, CCl3 и т.д.), С1-С20 алкокси, С2-С20 алкоксиалкилом, гидроксигруппами, нитрогруппами, циано группами, аминогруппами, амидиногруппами, гидразином, гидразоном, карбоксильными группами или их солями, сульфонильными группами, сульфамоильными группами, сульфогруппами или их солями, фосфорной кислотой или ее солями, С1-С20 алкильными группами, С2-С20 алкенильными группами, С2-С20 алкинильными группами, С1-С20 гетероалкильными группами, С6-С20 ар ильными группами, С6-С20 арилалкильными группами, С6-С20 гетероарильными группами, С7-С20 гетер оарилалкильны ми группами, С6-С20 гетероарилоксигруппами, С6-С20 гетероарилоксиалкильными группами или С6-С20 гетер оарилалкильны ми группами.
Используемый в настоящем описании термин "галоген" может включать фтор, бром, хлор, йод и т.д.
Используемый в настоящем описании термин "алкокси" представляет собой "алкил-О-", и алкил является таким, как описано выше. Группа алкокси может представлять собой, например, группу метокси, группу этокси, группу 2-пропокси, группу бутокси, группу трет-бутокси, группу пентилокси, группу гексилокси и т.д. Один или более атомов водорода в алкокси может быть замещен тем же заместителем, что и в алкильной группе, описанной выше.
Используемый в настоящем описании термин "алкенил" может относиться к разветвленному или неразветвленному углеводороду, имеющему по меньшей мере одну углерод-углеродную двойную связь. Неограничивающие примеры алкенильной группы могут включать винил, аллил, бутенил, пропенил, изобутенил и т.д., и один или более атомов водорода в алкениле может быть замещен тем же заместителем, что и в алкильной группе, описанной выше.
Используемый в настоящем описании термин "алкинил" может относиться к разветвленному или неразветвленному углеводороду, имеющему по меньшей мере одну тройную углерод-углеродную связь. Неограничивающие примеры "алкинила" могут включать этинил, бутинил, изобутинил, изопропинил и т.д.
Один или более атомов водорода в "алкиниле", при использовании здесь, может быть замещен тем же заместителем, что и алкильная группа, описанная выше.
Используемый в настоящем описании термин "арил" может также включать группу, в которой ароматическое кольцо селективно конденсировано с одним или более углеродными кольцами. Неограничивающие примеры "арила" могут включать фенил, нафтил, тетрагидронафтил и т.д. Один или более атомов водорода в группе "арил" могут быть замещены теми же заместителями, что и в алкильной группе, описанной выше.
Используемый в настоящем описании термин "гетероарил" относится к моноциклической или бициклической органической группе, в которую включены один или более гетероатомов, выбранных из N, О, Р и S, и остальные атомы кольца представляют собой углерод. Гетероарильная группа может включать, например, 1-5 гетероатомов и могут включать 5-10 членов кольца. S или N могут быть окисленными, чтобы иметь много разных степеней окисления.
Примеры гетероарила могут включать тиенил, фурил, пирролил, имидазолил, пиразолил, тиазолил, изотиазолил, 1,2,3-оксадиазолил, 1,2,4-оксадиазолил, 1,2,5-оксадиазолил, 1,3,4-оксадиазолил, 1,2,3-тиадиазолил, 1,2,4-тиадиазолил, 1,2,5-тиадиазолил, 1,3,4-тиадиазолил, изотиазол-3-ил, изотиазол-4-ил, изотиазол-5-ил, оксазол-2-ил, оксазол-4-ил, оксазол-5-ил, изоксазол-3-ил, изоксазол-4-ил, изоксазол-5-ил, 1,2,4-триазол-3-ил, 1,2,4-триазол-5-ил, 1,2,3-триазол-4-ил, 1,2,3-триазол-5-ил, тетразолил, пирид-2-ил, пирид-3-ил, 2-пиразин-2-ил, пиразин-4-ил, пиразин-5-ил, 2-пиримидин-2-ил, 4-пиримидин-2-ил или 5-пиримидин-2-ил.
Гетероарил может включать случай, когда гетероароматическое кольцо селективно конденсировано с одним или более арилом, циклоалифатическим или гетероциклическим соединением.
СПОСОБ РАСКРЫТИЯ
Настоящее описание будет более подробно описано в следующих примерах и сравнительных примерах. Однако примеры предназначены для иллюстрации настоящего описания, и объем настоящего изобретения не ограничивается ими.
Сравнительный Пример 1: Солянокислотный катализатор 1,02 эквивалента Клетки удаляли из ферментативного бульона, в котором была получена культура, с помощью мембранного фильтра и получали водный раствор, содержащий О-ацетил-L-гомосерин.
40 мл водного раствора, содержащего О-ацетил-L-гомосерин (концентрация О-ацетил-L-гомосерина: 300 г/л, 74,5 ммоль), подавали в реактор и затем 12,4 мл (76,0 ммоль, 1,02 экв) 6 н. HCl медленно добавляли в реактор с получением реакционного раствора с рН от 0,1 до 1,0. Полученный реакционный раствор нагревали до 80°С, и затем оставляли взаимодействовать в течение 3 ч. Окончание реакции подтверждали посредством ВЭЖХ.
После окончания реакции раствор, содержащий продукт, переносили в трубку для обогащения, и затем концентрировали до концентрации 480 г/л с получением концентрата. Концентрат переносили в резервуар дозревания и затем охлаждали до 25°С для кристаллизации продукта. 157 мл этанола медленно добавляли в суспензионный раствор, содержащий кристаллизованный продукт, для дальнейшей кристаллизации продукта. Затем кристаллизованный продукт выделяли, промывали 52 мл этанола и сушили при 50°С с получением кристаллов L-гомосерина.
Степень извлечения L-гомосерина составляла 45,9%, а его чистота составляла 98,0%.
Сравнительный Пример 2: Солянокислотный катализатор 3,06 эквивалента Клетки удаляли из ферментативного бульона, в котором была выращена культура, с помощью мембранного фильтра, и получали водный раствор, содержащий О-ацетил-L-гомосерин.
300 мл водного раствора, содержащего О-ацетил-L-гомосерин (концентрация О-ацетил-L-гомосерина: 186 г/л, 346,2 ммоль) добавляли в реактор, и затем 187,3 мл (1059,5 ммоль, 3,06 экв) 6 н. HCl медленно добавляли в реактор с получением реакционного раствора с рН от 0,1 до 1,0. Полученный реакционный раствор нагревали до 80°С, и затем оставляли взаимодействовать в течение 3 ч. Окончание реакции подтверждали посредством ВЭЖХ.
После окончания реакции раствор, содержащий продукт, переносили в трубку для обогащения, и затем концентрировали до концентрации 480 г/л с получением концентрата. Концентрат переносили в резервуар дозревания, и затем охлаждали до 25°С для кристаллизации продукта. 1460 мл этанола медленно добавляли в суспензионный раствор, содержащий кристаллизованный продукт, для дальнейшей кристаллизации продукта. Затем кристаллизованный продукт выделяли, промывали 490 мл этанола и сушили при 50°С с получением кристаллов L-гомосерина.
Степень извлечения L-гомосерина составляла 52,7%, а его чистота составляла 98,1%.
Сравнительный Пример 3: Сернокислотный катализатор 1,07 эквивалента
Клетки удаляли из ферментативного бульона, в котором была выращена культура, с помощью мембранного фильтра и получали водный раствор, содержащий О-ацетил-L-гомосерин.
40 мл водного раствора, содержащего О-ацетил-L-гомосерин (концентрация О-ацетил-L-гомосерина: 300 г/л, 74,5 ммоль) добавляли в реактор и затем 4,3 мл (79,3 ммоль, 1,07 экв.) 98% H2SO4 медленно добавляли в реактор с получением реакционного раствора с рН от 0,1 до 1,0. Полученный реакционный раствор нагревали до 80°С, и затем оставляли взаимодействовать в течение 5 ч. Окончание реакции подтверждали посредством ВЭЖХ.
После окончания реакции раствор, содержащий продукт, переносили в трубку для обогащения и затем концентрировали до концентрации 480 г/л с получением концентрата. Концентрат переносили в резервуар дозревания и затем охлаждали до 25°С для кристаллизации продукта. 132 мл этанола медленно добавляли в суспензионный раствор, содержащий кристаллизованный продукт, для дальнейшей кристаллизации продукта. Затем кристаллизованный продукт выделяли, промывали 44 мл этанола и сушили при 50°С с получением кристаллов L-гомосерина.
Степень извлечения L-гомосерина составляла 44,7%, а его чистота составляла 98,0%.
Сравнительный Пример 4: Сернокислотный катализатор 3,06 эквивалента.
Клетки удаляли из ферментативного бульона, в котором была выращена культура, с помощью мембранного фильтра, и получали водный раствор, содержащий О-ацетил-L-гомосерин.
330 мл водного раствора, содержащего О-ацетил-L-гомосерина (концентрация О-ацетил-L-гомосерина: 300 г/л, 620.5 ммоль) добавляли в реактор и затем 103,8 мл (1898,7 ммоль, 3,06 экв) 98% H2SO4 медленно добавляли в реактор с получением реакционного раствора с рН от 0,1 до 1,0. Полученный реакционный раствор нагревали до 80°С, и затем оставляли взаимодействовать в течение 5 ч. Окончание реакции подтверждали посредством ВЭЖХ.
После окончания реакции раствор, содержащий продукт, переносили в трубку для обогащения, и затем концентрировали до концентрации 480 г/л с получением концентрата. Концентрат переносили в резервуар дозревания и затем охлаждали до 25°С для кристаллизации продукта. 1300 мл этанола медленно добавляли в суспензионный раствор, содержащий кристаллизованный продукт, для дальнейшей кристаллизации продукта. Затем кристаллизованный продукт выделяли, промывали 430 мл этанола и сушили при 50°С с получением кристаллов L-гомосерина.
Степень извлечения L-гомосерина составляла 55,9%, а его чистота составляла 98,1%.
Сравнительный Пример 5: Уксуснокислотный катализатор 1,03 эквивалента
Клетки удаляли из ферментативного бульона, в котором была выращена культура, с помощью мембранного фильтра, и получали водный раствор, содержащий О-ацетил-L-гомосерин.
40 мл водного раствора, содержащего О-ацетил-L-гомосерин (концентрация О-ацетил-L-гомосерина: 300 г/л, 74,5 ммоль) добавляли в реактор, и затем 4,4 мл (76,7 ммоль, 1,03 экв.) 99% уксусной кислоты медленно добавляли в реактор с получением реакционного раствора с рН от 1,0 до 2,0. Полученный реакционный раствор нагревали до 80°С, и затем оставляли взаимодействовать в течение 5 ч. Окончание реакции подтверждали посредством ВЭЖХ.
После окончания реакции раствор, содержащий продукт, переносили в трубку для обогащения, и затем концентрировали до концентрации 480 г/л с получением концентрата. Концентрат переносили в резервуар дозревания и затем охлаждали до 25°С для кристаллизации продукта. 132 мл этанола медленно добавляли в суспензионный раствор, содержащий кристаллизованный продукт, для дальнейшей кристаллизации продукта. Затем кристаллизованный продукт выделяли, промывали 44 мл этанола и сушили при 50°С с получением кристаллов L-гомосерина.
Степень извлечения L-гомосерина составляла 6,2%, а его чистота составляла 98,0%.
Сравнительный Пример 6: Уксуснокислотный катализатор 3,06 эквивалента.
Клетки удаляли из ферментативного бульона, в котором была выращена культура, с помощью мембранного фильтра, и получали водный раствор, содержащий О-ацетил-L-гомосерин.
1030 мл водного раствора, содержащего О-ацетил-L-гомосерин (концентрация О-ацетил-L-гомосерина: 320 г/л, 620,5 ммоль) добавляли в реактор и затем 108,5 мл (1898,7 ммоль, 3,06 экв.) 99% уксусной кислоты медленно добавляли в реактор с получением реакционного раствора с рН от 1,0 до 2,0. Полученный реакционный раствор нагревали до 80°С и затем оставляли взаимодействовать в течение 5 ч. Окончание реакции подтверждали посредством ВЭЖХ.
После окончания реакции раствор, содержащий продукт, переносили в трубку для обогащения и затем концентрировали до концентрации 480 г/л с получением концентрата. Концентрат переносили в резервуар дозревания и затем охлаждали до 25°С для кристаллизации продукта. 1300 мл этанола медленно добавляли в суспензионный раствор, содержащий кристаллизованный продукт, для дальнейшей кристаллизации продукта. Затем кристаллизованный продукт выделяли, промывали 430 мл этанола и сушили при 50°С с получением кристаллов L-гомосерина.
Степень извлечения L-гомосерина составляла 5%, а его чистота составляла 98,7%.
Пример 1: Твердый полимерный катализатор (смола Амберлист-15), периодический тип
Клетки удаляли из ферментативного бульона, в котором была получена культура, с помощью мембранного фильтра и получали водный раствор, содержащий О-ацетил-L-гомосерин.
40 мл водного раствора, содержащего О-ацетил-L-гомосерин (концентрация О-ацетил-L-гомосерина: 300 г/л, 74,5 ммоль), добавляли в реактор и затем 74,46 г (74,5 ммоль, 1 экв.) твердой катионообменной смолы (смола Амберлист-15) добавляли в реактор с получением реакционного раствора с рН от 2,0 до 3,0. Полученный реакционный раствор нагревали до 85°С, и затем оставляли взаимодействовать в течение 5 ч. Окончание реакции подтверждали посредством ВЭЖХ.
После окончания реакции раствор, содержащий продукт, переносили в трубку для обогащения, и затем концентрировали до концентрации 480 г/л с получением концентрата. Концентрат переносили в резервуар дозревания, и затем охлаждали до 25°С для кристаллизации продукта. 120 мл этанола медленно добавляли в суспензионный раствор, содержащий кристаллизованный продукт, для дальнейшей кристаллизации продукта. Кристаллизованный продукт отделяли от твердой катионообменной смолы и затем промывали 400 мл этанола и сушили при 50°С с получением кристаллов L-гомосерина.
Степень извлечения L-гомосерина составляла 72%, а его чистота составляла 99,3%.
Свойства смолы Амберлист-15, используемой в качестве твердой катионообменной смолы, являются следующими:
а) Физические свойства
Сополимер: стирол-дивинилбензол
Матрица: макропористый
Тип: сильнокислотный катион
Функциональная группа: сульфоновая кислота
Физическая морфология: серые, непрозрачные, сферические бусины
б) Nitrogen BET
Площадь поверхности: 53 м2/г
Общий объем пор: 0,40 куб.см/г
Средний диаметр пор: 300
в) Химические свойства Ионная форма при поставке: Н+
Концентрация кислотного центра:>4,70 экв/кг (емкость сухой массы>4,70 экв/кг) Испаряемость катализатора: 1,6%
г) Размер частицы
<300 мкм: ≤0,5%
<425 мкм: ≤2,0%
д) Набухание (в растворителе)
Фенол: 38%
е) Плотность
Масса при отгрузке: 610 г/л
Пример 2: Твердый полимерный катализатор (смола Амберлист-15), периодический тип
Клетки удаляли из ферментативного бульона, в котором была выращена культура, с помощью мембранного фильтра, и получали водный раствор, содержащий О-ацетил-L-гомосерин
3000 мл водного раствора, содержащего О-ацетил-L-гомосерин (концентрация О-ацетил-L-гомосерина: 100 г/л, 1861,5 ммоль) подавали в реактор и затем 1861,5 г (1861,5 ммоль, 1 экв) твердой катионообменной смолы (смола Амберлист-15) добавляли в реактор с получением реакционного раствора с рН 4,5. Полученный реакционный раствор нагревали до 85°С, и затем оставляли взаимодействовать в течение 5 ч. Окончание реакции подтверждали посредством ВЭЖХ.
После окончания реакции раствор, содержащий продукт, переносили в трубку для обогащения, и затем концентрировали до концентрации 480 г/л с получением концентрата. Концентрат переносили в резервуар дозревания и затем охлаждали до 25°С для кристаллизации продукта. 9000 мл этанола медленно добавляли в суспензионный раствор, содержащий кристаллизованный продукт, для дальнейшей кристаллизации продукта. Кристаллизованный продукт отделяли от твердой катионообменной смолы и затем промывали 3000 мл этанола и сушили при 50°С с получением кристаллов L-гомосерина.
Степень извлечения L-гомосерина составляла 73,2%, а его чистота составляла 99,1%.
Пример 3: Твердый полимерный катализатор (смола Амберлист-15), периодический тип
Клетки удаляли из ферментативного бульона, в котором была выращена культура, с помощью мембранного фильтра, и получали водный раствор, содержащий О-ацетил-L-гомосерин.
1280 мл водного раствора, содержащего О-ацетил-L-гомосерин (концентрация О-ацетил-L-гомосерина: 185 г/л, 1471,6 ммоль) подавали в реактор и затем 1471,6 г (1471,6 ммоль, 1 экв.) твердой катионообменной смолы (смола Амберлист-15) добавляли в реактор с получением реакционного раствора с рН 4,5. Полученный реакционный раствор нагревали до 85°С, и затем оставляли взаимодействовать в течение 5 ч. Окончание реакции подтверждали посредством ВЭЖХ.
После окончания реакции раствор, содержащий продукт, переносили в трубку для обогащения, и затем концентрировали до концентрации 480 г/л с получением концентрата. Концентрат переносили в резервуар дозревания, и затем охлаждали до 25°С для кристаллизации продукта. 3840 мл этанола медленно добавляли в суспензионный раствор, содержащий кристаллизованный продукт, для дальнейшей кристаллизации продукта. Кристаллизованный продукт отделяли от твердой катионообменной смолы и затем промывали 1470 мл этанола и сушили при 50°С с получением кристаллов L-гомосерина.
Степень извлечения L-гомосерина составляла 71,5%, а его чистота составляла 99,0%.
Пример 4: Твердый полимерный катализатор (смола Purolite СТ275), периодический тип
Клетки удаляли из ферментативного бульона, в котором была выращена культура, с помощью мембранного фильтра, и получали водный раствор, содержащий О-ацетил-L-гомосерин.
300 мл водного раствора, содержащего О-ацетил-L-гомосерин (концентрация О-ацетил-L-гомосерина: 100 г/л, 186,2 ммоль) подавали в реактор и затем 186,2 г (186,2 ммоль, 1 экв.) твердой катионообменной смолы (смола Purolite СТ275) добавляли в реактор с получением реакционного раствора с рН 4,5. Полученный реакционный раствор нагревали до 85°С и затем оставляли взаимодействовать в течение 5 ч. Окончание реакции подтверждали посредством ВЭЖХ.
После окончания реакции раствор, содержащий продукт, переносили в трубку для обогащения и затем концентрировали до концентрации 480 г/л с получением концентрата. Концентрат переносили в резервуар дозревания и затем охлаждали до 25°С для кристаллизации продукта. 900 мл этанола медленно добавляли в суспензионный раствор, содержащий кристаллизованный продукт, для дальнейшей кристаллизации продукта. Кристаллизованный продукт отделяли от твердой катионообменной смолы и затем промывали 300 мл этанола и сушили при 50°С с получением кристаллов L-гомосерина.
Степень извлечения L-гомосерина составляла 81,6%, а его чистота составляла 99,4%.
Свойства смолы Purolite СТ275, используемой в качестве твердой катионообменной смолы, являются следующими:
Структура полимера: макропористый полистирол, сшитый с дивинилбензолом
Внешний вид: сферические бусины
Функциональная группа: сульфоновая кислота
Ионная форма: Н+ Форма
Емкость сухой массы (мин.) 5,2 экв./кг (Н+ форма)
Удержание влаги: 51-59% (Н+ форма)
Диапазон размера частиц: 425-1200 мкм
<425 мкм (макс.): 1%
Коэффициент однородности (макс): 1,7
Площадь поверхности: 20-40 м2/г
Объем пор: 0,4-0,6 мл/г
Средний диаметр пор: 400-700
Поверхностная кислотность сила кислоты: 60 кДж/моль
Удельная плотность: 1,2
Масса при отгрузке (примерно): 755-790 г/л (47,2-49,4 фунт/фут3)
Предельная температура: 130°С (266,0 Т)
Пример 5: Твердый полимерный катализатор (смола Purolite СТ275), Непрерывный тип
Клетки удаляли из ферментативного бульона, в котором была выращена культура, с помощью мембранного фильтра и получали водный раствор, содержащий О-ацетил-L-гомосерин.
300 мл водного раствора, содержащего О-ацетил-L-гомосерин (концентрация О-ацетил-L-гомосерина: 100 г/л, 186,2 ммоль), непрерывно подавали в нижнюю часть колонны со смолой с постоянной скоростью и затем раствор, содержащий реакционный продукт, выделяли из верхней части колонны со смолой при такой же скорости.
Пространство внутри колонны со смолой было заполнено 186,2 г (186,2 ммоль, 1 экв.) смолы Purolite СТ275, и рН и температура внутреннего пространства колонны со смолой составляли 3,2 и 85°С, соответственно. Время прохождения водного раствора через колонну со смолой составляло 5 ч. Окончание реакции в растворе, содержащем продукт реакции, было подтверждено посредством ВЭЖХ.
Раствор, содержащий продукт, выделенный из колонны со смолой, переносили в трубку для обогащения и затем концентрировали до концентрации 480 г/л с получением концентрата. Полученный концентрат переносили в резервуар дозревания и затем охлаждали до 25°С для кристаллизации продукта.
900 мл этанола медленно добавляли в суспензионный раствор, содержащий кристаллизованный продукт, для дальнейшей кристаллизации продукта.
Кристаллизованный продукт выделяли с использованием сепаратора. Выделенный продукт промывали 300 мл этанола и сушили в сушильном аппарате при 50°С с получением кристаллов L-гомосерина.
Степень извлечения L-гомосерина составляла 81,6%, а его чистота составляла 99,4%.
Условия реакции, типы катализаторов, степени извлечения и т.д. в Сравнительных Примерах 1 - 6 и в Примерах 1-5 показаны в Таблице 1, представленной ниже.
Чистота представляет собой содержание продукта, из которого исключены твердые примеси, отличные от гомосерина.
Степень извлечения представляет собой соотношение фактически произведенного L-гомосерина к теоретической величине L-гомосерина, полученного из введенного производного L-гомосерина.
Как показано в Таблице 1, в соответствии со способами использования твердых кислотных катализаторов из Примеров 1-5, степень извлечения и чистота L-гомосерина были улучшены по сравнению со способами, использующими жидкие кислотные катализаторы из Сравнительных Примеров 1-6. Кроме того, по сравнению с Примерами 1-4, непрерывный тип способа получения из Примера 5 обеспечивает непрерывное получение L-гомосерина, и, таким образом, эффективность получения была дополнительно улучшена, и повторное использование полимерного катализатора было возможно только посредством изменения композиции раствора для подачи без выделения и очистки полимерного катализатора, в результате получается дополнительное снижение эксплуатационных расходов.
Промышленная применимость
Согласно способу получения L-гомосерина, можно просто получать L-гомосерин с высокой чистотой при высокой степени восстановления посредством использования твердого кислотного катализатора.
Кроме того, в соответствии со способом получения L-гомосерина, эффективность получения значительно улучшена, легко осуществляется повторное использование катализатора и эксплуатационные расходы сокращены, тем самым обеспечивается экономическая эффективность.
1. Способ получения L-гомосерина, включающий:
приведение производного L-гомосерина, представленного следующей Формулой 1, в контакт с водой и твердым кислотным катализатором
,
где в Формуле 1 R1 представляет собой Ra-(C=O)-,
Ra представляет собой замещенную или незамещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную алкенильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную алкинильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, замещенную или незамещенную циклоалкильную группу, имеющую от 3 до 10 атомов углерода, замещенную или незамещенную арильную группу, имеющую от 6 до 20 атомов углерода, или замещенную или незамещенную гетероарильную группу, имеющую от 2 до 10 атомов углерода, и
заместители алкильной группы, алкенильной группы, алкинильной группы, циклоалкильной группы, арильной группы и гетероарильной группы каждый независимо представляют собой галоген, карбоксильную группу (-СООН), ацетильную группу (-СОСН3), аминогруппу (-NH2), нитрогруппу (-NO2), цианогруппу (-CN), алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, арильную группу, имеющую от 6 до 10 атомов углерода, или циклоалкильную группу, имеющую от 3 до 10 атомов углерода.
2. Способ по п. 1, где R1 представляет собой ацетил или сукцинил.
3. Способ по п. 1, где твердый кислотный катализатор содержит полимерный катализатор.
4. Способ по п. 3, где твердый кислотный катализатор содержит катионообменный полимерный катализатор.
5. Способ по п. 4, где катионообменный полимерный катализатор содержит одну или более кислотных функциональных групп, выбранных из -SO4H и -СООН.
6. Способ по п. 4, где катионообменный полимерный катализатор содержит структуру, в которой одна или более кислотных функциональных групп, выбранных из -SO4H и -COОН, связаны с сополимером полистирол-дивинилбензол.
7. Способ по п. 1, где приведение в контакт выполняют в колонне со смолой, содержащей твердый кислотный катализатор.
8. Способ по п. 1, где содержание твердого кислотного катализатора составляет от 0,1 до 10 эквивалентов на 1 эквивалент производного L-гомосерина.
9. Способ по п. 1, где водный раствор, содержащий твердый кислотный катализатор, имеет рН от 1 до 5.
10. Способ по п. 1, где приведение в контакт выполняют при температуре от 20 до 150°С.
11. Способ по п. 1, где приведение в контакт осуществляют в течение от 0,1 до 20 ч.
12. Способ по п. 1, где приведение в контакт включает:
подачу производного L-гомосерина;
получение L-гомосерина посредством приведения производного L-гомосерина в контакт с твердым кислотным катализатором; и
выделение L-гомосерина.
13. Способ по п. 12, где подача L-гомосерина и выделение L-гомосерина выполняются непрерывно.
14. Способ по п. 1, дополнительно включающий сбор L-гомосерина.
