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La présente invention concerne un procédé de résolution d'acide glutamique racémique visant à séparer les deux formes optiquement actives, et plus particulièrement un procédé de résolution d'acide glutamique racémique vi- sant à isoler l'acide d-glutamiqueo
Le sel monosodique d'acide d-glumatique a trouvé, au cours de ces dernières années, un usage très répandu comme agent d'assaisonnement pour de nombreux produits alimentaires non acides. Jusqu'à présent, les principales sour- ces d'acide d-glutamique ont été le gluten de froment et le "produit de filtra- tion de Steffen" (eau résiduelle provenant de l'extraction de la sucrose des betteraves sucrières).
Ces deux sources naturelles présentent un inconvénient majeur, du fait que le traitement des produits en vue de récupérer l'amino-aci- de, est très compliqué et que l'on obtient de très grandes quantités d'amidon et autres sous-produits comparativement aux quantités relativement faibles du @ produit désiré.
Au cours de ces dernières années, on a recherché des'procédés de synthèse chimique d'acide glutamique. Bon nombre de ces synthèses sont connues depuis plusieurs années. Par exemple, on a préparé de l'aoide glutamique sur une faible échelle, suivant Marvel et Stoddard (J. Org. Chem. 3, 198 (1938)) et suivant Michael, en condensant le dérivé sodique de phtalimidomalonate éthyli- que et d'acrylate éthylique dans de l'éthanol absolu, en effectuant ensuite une hydrolyse acide de l'a-(ss-carbéthoxyéthyl)-a-phtalimidomalonate. Dans cette synthèse, comme dans toutes les autres, l'acide glutamique obtenu est le pro- duit racémique se composant en parties égales d'isomères d et 1 optiquement ac- tifs.
Dès lors, il est évident que toute synthèse chimique d'acide d-glutamique doit comporter, comme dernier stade, un procédé de séparation des deux énantio- morphes'optiquement actifs. Seul, le sel monosodique de l'acide d-glutamique peut être utilisé comme agent d'assaisonnement.
Cela étant, la présente invention a pour but de procurer un procé- dé éoqnomique et approprié pour résoudre l'acide glutamique racémique en vue d'obtenir, de ce dernier, de l'acide d-glutamique.
La présente invention comprend un procédé permettant d'isoler, de l'acide glutamique racémique, un isomère optiquement actif, qui consiste à pré- parer une solution saturée d'acide glutamique racémique dans de l'hydroxyde de sodium aqueux, cet hydroxyde de sodium étant présent en une quantité suffisan- te pour transformer 78% maximum de l'acide glutamique en son sel monosodique, refroidir ensuite la solution en dessous de la température de solubilité de l'a- cide glutamique racémique dans l'hydroxyde de sodium aqueux, ensemencer la so- lution de cristaux solides de l'isomère optiquement actif que l'on recherche et ensuite, refroidir davantage la solution jusqu'à ce que l'isomère ayant la même configuration que celles des cristaux d'ensemencement, se sépare par cris- tallisation.
Etant donné que l'isomère optique habituellement nécessaire est l'acide d-glutamique, la présente invention sera décrite d'une manière plus dé- taillée en se référant à ce composé. Toutefois, il est entendu que l'acide 1- glutamique peut être obtenu de la même manière en ensemençant avec de l'acide 1 au lieu d'acide do
Les meilleurs résultats en termes des plus hauts rendements possi- bles en produit très pur, sont obtenus lorsque la quantité d'hydroxyde de sodium utilisé suffit pour transformer 72-74% d'acide glutamique monosodique. En decà de ces limites, on peut obtenir des produits très Purs, mais le rendement est réduit. Au-delà de ces limites, le rendement net en acide d-glutamique et sa pureté diminuent fortement.
Lorsqu'on utilise de petites quantités pour l'ensemencement, par exem- ple 1% ou moins en poids, calculé sur le poids du soluté, il est conseillé d'a- jouter, au départ, à l'acide racémique, une partie de l'isomère optique recherché.
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A ce propos, on a trouvé que 5-20 parties environ d'acide d-glutamique, mélangées à 95-80 parties d'acide dl-glutamique, donnent des résultats particulièrement satisfaisants. En procédant de cette façon, on obtient de meilleurs résultats, en termes de rendements plus élevés en produit très pur.
Si l'on veut obtenir un rendement maximum pour un isomère, il est absolument essentiel que tout l'acide glutamique soit dissous dans l'hydroxyde de sodium aqueux, à une température supérieure à la température de solubilité de l'acide glutamique qui y est contenu (et évidemment en dessous du point d'é- bullition atmosphérique de l'hydroxyde de sodium aqueux). Par température de solubilité, on entend la température à laquelle tout l'acide glutamique se dis- sout dans l'hydroxyde de sodium aqueux, pour former une solution saturée. Cette température variera quelque peu suivant la concentration de l'hydroxyde de so- dium et différents autres facteurs. En tous cas, elle est toutefois voisine du point d'ébullition de la solution.
En pratique, dans un système où 70-75% de l'acide glutamique ont été transformés en glutamate monosodique, l'acide glu- tamique est habituellement dissous, au départ, dans.l'hydroxyde de sodium aqueux, à une température de 90-100oC, Plus l'acide dl-glutamique est en solution, plus on obtiendra d'acide d-glutamique de la cristallisation ultérieure.
La vitesse de refroidissement de la solution n'est pas critique.
Lorsqu'on ajoute les cristaux d'ensemencement, la température est de préférence légèrement inférieure à la température de solubilité, tandis que la température à laquelle se produit la cristallisation dépend de la quantité d'hydroxyde de sodium présent dans le système, de la quantité d'acide glutamique en solution et du rapport initial entre l'acide dl-glutamique et l'acide d-glutamique dans la solution. Pour les systèmes à forte teneur en hydroxyde de sodium lorsque la température de solubilité est d'environ 90 C, la température optimum de cristal- lisation sera voisine de la température ambiante. Dans les systèmes à faible teneur en hydroxyde de sodium, la température optimum de cristallisation est de l'ordre de 65 C. La température spécifique optimum pour l'un ou l'autre système simple est aisément déterminée.
L'ensemencement des cristaux de l'isomère désiré peut être effectué simplement en ajoutant ces cristaux à la solution, tout en agitant modérément.
L'agitation peut être effectuée à la main ou mécaniquement. Dans la phase de cristallisation finale, le mélange peut être maintenu à une température constan- te, tandis que l'isomère désiré se sépare par cristallisation de la solution et sur les cristaux d'ensemencement. Après l'ensemencement, la température peut également être réduite graduellement à une certaine température finale préala- blement déterminée. En règle générale, on obtient les meilleurs résultats en produit très pur en laissant la cristallisation s'effectuer sur une période d'en- viron 15'à 30 minutes. De plus longues durées de cristallisation donneront des rendements plus élevés en produit moins pur. De plus courtes durées de cristal- lisation donneront des rendements plus faibles, mais le produit sera plus pur.
Ce phénomène est dû au fait que, plus la durée de cristallisation est longue, plus l'isomère non désiré (o'est-à-dire celui opposé optiquement à l'isomère des cristaux d'ensemencement) ou l'acide racémique commence à se séparer par cristallisation également. Il faut savoir que les propriétés de solubilité des deux isomères sont les mêmes. Des durées de cristallisation de 15 à 30 minutes représentent, dans la plupart des cas, un heureux compromis entre le rendement élevé et la haute pureté.
Etant donné que le'produit suivant la présente invention est solide, il se dépose rapidement après cristallisation et on le filtre ou le centrifuge aisément.
La présente invention est illustrée par les exemples suivants.
EXEMPLE 1.-
On dissout un mélange de 12,06 gr. de monohydrate d'acide dl-gluta-
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mique et .de 2,69 gr. d'acide d-glutamique dans 24,6 mlo d'NaOH 0,3474 N aqueux et 87,4 mlo d'eau à 90 . La quantité d'hydroxyde de sodium est suffisante pour transformer 10% d'acide dl-glutamique et glutamate monosodique. On refroidit la solution à 750C et, tout en agitant, on ajoute 0,30 gr. de cristaux solides d'a- cide d-glutamique. On réduit ensuite la température, en quelques minutes, à 55 C et on la maintient à ce niveau jusqu'à 20 minutes après avoir ajouté les cristaux d'ensemencement. Les cristaux d'acide d-glutamique qui se forment, sont rapidement séparés par filtration à la température de cristallisation, puis on les lave avec une petite quantité d'eau froide et les sèche.
On obtient, au total, 4,05 gr. d'acide d-glutamique cristallin.
On détermine la pureté du produit en mesurant la rotation optique d'une partie pesée de l'échantillon dissous dans 6,9% de HC1(2gr. de produit/ 10 ml. de solution). Dans ces conditions, (a)25 . +32 pour l'acide d-glutami-
D que. Sur cette base, le produit a une pureté de 97,1%, calculée sur sa rotation optique. Le rendement net en isomère d est donc de 0,94 gr.
EXEMPLE II.-
On répète le procédé de l'exemple I, sauf que la cristallisation du produit a lieu sur une période de 20 minutes, tandis que la solution est re- froidie de 75 à 50 Co On obtient au total, 4,48 gr. d'acide d-glutamique cristal- lin. La pureté du produit est de 97,5%, déterminée par sa rotation optique.
Le gain net en acide d-glutamique est de 1,36 gr.
EXEMPLE III.-
On dissout 64,98 gr. de monohydrate d'acide dl-glutamique, à 90 C, dans un solvant composé de 16,6 mlo d'eau et de 95,4 ml. d'hydroxyde de sodium 3,050 N. La quantité d'hydroxyde de sodium est suffisante pour transformer 73,7% de l'acide dl-glutamique en glutamate monosodique. A 70 C, on ajoute à la solution 14,37 gr. de cristaux d'ensemencement d'acide d-glutamique. On ra- mène rapidement la température-à 36 C et, après l'ensemencement, on laisse la cristallisation s'effectuer pendant 15 minutes. Après cette séparation par filtration, bn lave le produit cristallin avec 80 mlo d'éthanol aqueux à 50%.
On obtient, au total, 24 gr. d'acide d-glutamique cristallin, ayant une pureté de 97,5%. déterminée par sa rotation optiqueo Le rendement net est de 9,03 gro EXEMPLE IV.-
On répète l'exemple III jusqu'au stade d'ensemencement puis on opè- re la cristallisation et la filtration à 39 C. On lave immédiatement le gâteau de filtre avec 30 mlo d'eau à 60 C, avec une durée de contact d'environ 1,5 mi- nutea Après séchage, les cristaux obtenus pèsent 22,54 gr. Par rotation opti- que, on constate qu'ils sont à 100% de l'acide d-glutamique.
La résolution pro- duit donc 8,17 gro d'acide d-glutamiqueo EXEMPLE V.-
On prépare le produit de départ en dissolvant 54,08 gr. de mono- hydrate d'acide dl-glutamique à 90 C, dans un système de solvant se composant de 55,1 ml. de NaOH 4,158 N et de 56,9 mlo d'eau. On refroidit la solution à 70 C et on l'ensemence avec 12,06 gro d'acide d-glutamique. On refroidit en- suite rapidement le mélange à 56 C et on laisse s'effectuer la cristallisation.
On sépare le produit cristallin par filtration, 15 minutes après l'addition des cristaux d'ensemencement. On rince, du produit, le produit de filtration adsor- bé, avec de l'éthanol aqueux à 50%. Le rendement en acide d-glutamique sec est de 17, 56 gr. à 97,6% de pureté. La résolution donne un gain net en acide d-glu- tamique de 5,07 gr.
EXEMPLE VI.-
Dans un solvant composé de 70,6 ml. d'NaOH 4,124 N et de 41,4 ml.
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d'eau, on dissout 64,44 gr. de monohydrate d'acide dl-glutamique, à 90 C. La quantité d'hydroxyde de sodium est suffisante pour transformer 72,9% de l'acide glutamique en glutamate monosodique. On refroidit la solution à 70 C et on l'ensemence avec 14,37 gr. d'acide d-glutamique. On poursuit le refroidissement aussi rapidement que possible, jusqu'à ce que le mélange ait atteint 34 C. La cristallisation s'effectue à cette température pendant 15 minutes (après l'en- semencement), après quoi on filtre le mélange.
On lave.le produit cristallin avec 40 mlo d'eau à 25 C, avec une durée de contact de 2 minuteso Le rendement est de 22,68 gro d'acide d-glutamique à 99,5% de pureté, ce qui correspond à un gain net en acide d-glutamique de 8,20 gr.
EXEMPLE VII.-
A 55,4 ml. de NaOH 8,94 N et 56,6 mlo d'eau à 90 C, on ajoute 102,11 gro de monohydrate d'acide dl-glutamique. La quantité d'hydroxyde de sodium est suffisante pour transformer 78,3% de l'acide glutamique en glutama- te monosodique. On refroidit la solution à 8000 en ajoutant 21,39 gr. d'acide d-glutamique sous forme de cristaux d'ensemencement. Après avoir agité pendant 15 minutes à 80 C, on filtre le mélange et on rince le produit cristallin avec de l'éthanol aqueux à 50%. Le rendement global est de 26,45 gr. d'acide d-glu- tamique à 92, 1%. La résolution donne seulement 2,96 gr. d'acide d-glutamique.
Dans tous les exemples qui précèdent, la dimension des cristaux d'acide d-glutamique, utilisés pour ensemencer les différentes solutions, est donnée par l'analyse suivante (Série de tamis UoSo) :
A travers 50 mailles, sur 100 mailles - 15%
A travers 100 mailles, sur'200 mailles - 35%
A travers 200 mailles- 50%
100%
Il importe que les cristaux d'ensemencement soient très purs.
Berne la présence de petites quantités de produit racémique ou d'i- somère optiquement opposé, exerce un effet considérable sur la pureté du produito Les produits très purs, comme par exemple ceux obtenus dans les exemples préci- tés, ne peuvent être obtenus que si les cristaux d'ensemencement sont très purso
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour isoler, de l'acide glutamique racémique, un isomère optiquement actif, caractérisé en ce qu'on prépare une solution saturée de l'a- cide glutamique racémique dans de l'hydroxyde de sodium aqueux, cet hydroxyde de sodium étant présent en une quantité suffisante pour transformer 78% maximum de l'acide glutamique en son sel monosodique, on refroidit la solution en dessous de la température de solubilité de l'acide glutamique racémique dans l'hydroxyde de sodium aqueux, on ensemence la solution avec des cristaux solides de l'isomè- re optiquement actif que l'on recherche, et ensuite on refroidit davantage la solution jusqu'à ce que l'isomère ayant la même configuration que celle des cristaux d'ensemencement se sépare par cristallisation.