Способ получения катализатора для рацемизации оптических активных аминокислот Советский патент 1979 года по МПК B01J37/00 C07C99/00 

1.Способ получения их сложен и трудоемок.

2.Структура смол нестабильна вследствие наличия в них фенольных гидроксилов н азогрупп. В условиях рацемизации при повышенных температурах, особенно при длительном нагреве (для труднорацемизуемых амннокислот, таких как лизин), это приводит к деструкции катализатора и загрязнению реакционных растворов, что затрудняет выделение чистых аминокислот. Кроме того, деструкция катализатора снижает его активность при многократном использовании, сокращая тем самым срок его службы.

3.Данные катализаторы не способны удерживать ионы тяжелых металлов, применяемые для ускорения процесса рацемизации. Это создает необходимость тщательной очистки растворов аминокнслот от ионов металлов.

Цель предлагаемого изобретения - получение катализаторов для рацемизации оптически активных аминокислот, свободных от перечисленных недостатков.

В соответствии с настоящим изобретением, цель достнгается тем, что полимеры стирола сульфируют, хлорметнлируют, а затем в полученных продуктах хлорметильные группы окисляют в альдегидные при температуре 100-150°С водными растворами нитратов меди или свинца, или разбавленны.м раствором азотной кислоты, или диметилсульфоксидом.

В качестве полимера стирола используют полистирол, структурированиый сшивающими агентами, например ксилилидеидихлоридом.

Сульфирование осуществляют путем обработки полимера стирола при 20--40°С сульфирующими агентами, например коицентрированной серной кислотой, раствором серного ангидрида, хлорсульфоновой кислотой в органическом растворителе.

Хлорметилирование проводят хлорметмлирующими агентами, например монохлордиметиловым эфиром, в присутствии галогенида металла.

Способ заключается в том, что набухшие в органическом растворителе полимеры или сополимеры стирола обрабатывают при комнатной или при повышенной температуре сульфирующими агентамн, в качестве которых могут быть использованы концентрированная H2SO4, или раствор 5Оз, или раствор хлорсульфоновой кислоты в органическом растворителе. Содержание сульфогрупп можно регулировать в широких пределах 0,5-4,5 мг-экв/г. Предпочтительно содержание сульфогрупп, равное 1,0-3,5 мг-экв/г..

Сополимер, содержащий сульфогруппы, обрабатывают хлорметилирующими агентами, например монохлордиметиловым эфиром, в присутствии галогеиидов металлов. Окисление хлорметильных .групп в альдегидные проводят при 100-150°С водными растворами нитратов меди или свинца, разбавленным раствором HNQs или ди5 Л1етилсульфоксидом.

В качестве исходных продуктов могут быть использованы также хлорметилированные сополимеры стирола, которые являются полупродуктами для получения апио10 пообмеииых смол и выпускаются отечественной промышленностью. В этом случае полимер сразу сульфируют, а затем проводят окисление хлорметильных групп в альдегидные.

15 Пример 1. 1 г сонолимера стирола с дивинилбензолом (0,5 вес. %) выдерживают в 8 мл дихлорэтана в течение 1 ч, затем добавляют 0,6 г хлорсульфоновой кислоты и нагревают при 40°С в течение 5 ч.

0 Смолу промывают ацетоном, водой и высушивают при 50°С.

Полученный продукт выдерживают в смеси 2,5 мл монохлорднметилового эфира и 2,5 мл хлороформа в течение 1 ч при

5 20°С, затем добавляют 0,2 г хлористого циика и нагревают нри 55°С в течение 10 ч при перемешивании. Смолу промывают хлороформом, высушивают, добавляют 10 мл диметилсульфоксида, 0,5 г двууглекислого натрия и нагревают нри 15Ь°С в течение 10 ч. Смолу промывают пелетоном, водой и высушивают при 50°С Выход продукта 2,0 г. Характеристики полученного катализатора: содержание альдегидных

5 групп 3,2-3,4 мг-экв/г, содержание сульфогрунн 2,1-2,3 мг-экв/г, наб)хаиие в воде 2,2 мл/г.

0,5 г полученного катализатора н 10 мл раствора, содержащего 1 г L-аланииа и

0 0,025 г CuCl2-2H2O (рН раствора 9,5), иагревают в заиаянной ампуле при 95°С. За степенью рацемизации следят по измепенню угла вращения раствора. В указанных условиях L-аланин рацемизуется цолно5 стью за 1 ч.

Пример 2. 1 г хлорметилированиого сополимера стирола с дивинилбензолом (содержание хлора 19%) сульфируют и окисляют, как описано в примере 1, нри

0 этом хлорсульфоновую кислоту берут в количестве 1,3 г. Выход продукта 1,8 г. Характеристики катализатора: содержание альдегидных групп 3,0-3,1 мг-экв/г, содержание сульфогрупп 3,3-3,5 мг-экв/г,

5 набухание в воде 1,7-1,9 мл/г.

Процесс рацемизации проводят аналогично примеру 1. L-аланин рацемизуется полностью за 1 ч. Пример 3. Аналогичен примеру 2, за

исключением того, что сначала ведут окисление, а затем сульфирование смолы. Характеристики катализатора: содержание альдегидных групп 2,3-2,5 мг-экв/г, содержание сульфогрупп 1,8-2,1 мг-экв/г,.

набухаиие в воде 1,3-1,5 мл/г,

Процесс рацемизации проводят аналогйно примеру 1. L-аланин рацемизуется полностью за 1,5 ч.

Пример 4. Аналогичен примеру 1., При этом вместо L-аланина рацемизуют L-лизин. Рйцемизация в тех же условиях проходит полностью за 80 ч.

Катализаторы, полученные настоящим, способом, представляют собой сополимеры стирола, содержащие звенья следующей структуры

сн - сн L

Они имеют больщую емкость по альдегидным грзппам (3,0-4,5 мг-экв/г) и благодаря наличию в их структуре сульфогрупп хорошо набухают в воде (0,7- 3,5 мл/г), что придает им достаточную активность. Данные катализаторы рацемизуют L-аланин в присутствии ионов меди при 100°С полностью за 1 ч, а L-лизин - за 80-90 ч.

Они имеют структуру, устойчивую к деструкции. После термостатирования при 100°С в условиях рацемизации В течение 140 ч они не теряют активности. Известные катализаторы не теряют активности в аналогичных условиях в течение 7 ч. Таким образом, настоящие катализаторы можно использовать многократно.

Сравнительно высокая устойчивость к деструкции исключает загрязнеиие растворов нродуктамн разложения катализаторов и облегчает выделение аминокислот из растворов.

Настоящие катализаторы удерживают ионы тяжелых металлов, поэтому отнадает необходимость в тщательной очистке растворов аминокислот от ионов металлов.

Использование полупродуктов для получения анионообменных смол, выпускаемых

промышленностью, в качестве исходных продуктов для получения катализаторов значительно облегчает технологию их получения.

Формула изобретения

1.Способ получения катализатора для рацемизации оптически активных аминокислот на основе полимера стирола, содержащего альдегидные группы, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии и получения кэтализатора, обладающего повышенным сроком службы, полимер стирола сначала сульфируют и хлорметилируют в любой последовательности, а затем в полученном продукте хлорметильные группы окисляют в альдегидные при температуре 100-150°С водными

растворами нитратов меди или свинца, или разбавленным раствором азотной кислоты, или диметилсульфоксидом.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полимера стирола нспользуют полистирол, структурироваиный сщивающими агентами, например ксилилидендихлоридом.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что сульфирование осуществляют путем обработки полимера стирола ири, 20- сульфирующими агентами, например концентрированной серной кислотой, раствором серного ангидрида или хлорсульфоновой кислотой в органическом растворителе.

4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что хлорметилирование проводят хлорметилирующими агентами, например монохлордиметиловым эфиром в присутстВИИ галогенида металла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Японии № 21517, кл. 16 В 65, опубл. 1961.

2. Патент Японии № 13446, кл. 16 В 65, оиубл. 1967.

3. «Bull. Chem. Soc. Japan, 1963, 36, 734 (прототип).