Procédé de purification de la lysine
La présente invention se rapporte à un procédé de purification de la lysine racémisée par chauffage en présence d'une matière échangeuse de cations en vue d'améliorer son pouvoir de dédoublement.
La lysine synthétisée à partir de matières optiquement inactives est obtenue en forme racémique, c'est-à-dire sous forme d'un mélange de parties égales de l'isomère L biologiquement actif et de l'isomère D biologiquement inactif. Dans la plupart des cas, par exemple à des fins de nutrition, on désire obtenir l'isomère L. Par conséquent, on a développé des moyens pour changer la forme racémique ou la forme
D de la lysine entièrement ou sensiblement entièrement en lysine L. Ces méthodes demandent un dédoublement de la lysine racémique (ou de mélanges des isomères D et L) en ses antipodes optiquement actifs, la racémisation de la fraction de la lysine D afin de produire un mélange de lysines D et L et un cycle répété de dédoublement et de racémisation jusqu'à ce qu'on ait obtenu la transformation désirée du produit en lysine L.
La lysine peut tre convertie en son isomère D d'une manière semblable, selon laquelle la fraction de lysine L résultant du dédoublement est racémisée à la place de la fraction de lysine D. Dans la plupart des cas la transformation désirée se fera de manière à obtenir l'isomère L biologiquement actif.
Pour le dédoublement de la lysine par mise en réaction de la lysine DL (ou d'autres mélanges d'isomères D et L) avec un agent de dédoublement optiquement actif, par exemple de l'acide camphorique ou glutamique (pour former un mélange de diastéréoisomères qu'on cristallise en fraction à partir d'un solvant approprié) on a proposé déjà différentes méthodes. Il est évident que, selon ces méthodes, il est pratiquement important d'obtenir des transformations considérables en isomère optiquement actif désiré et une cristallisation rapide de l'isomère envisagé à partir du mélange de dédoublement.
En général, la transformation aussi bien que le degré de cristallisation sont influencés défavorablement par la présence de quantités excessives d'impuretés telles que de produits secondaires formés lors de la racémisation du cycle de dédoublement et de racémisation, qui se trouvent dans le mélange de dédoublement.
L'une des méthodes les plus pratiques pour racémiser la lysine, par exemple dans un pareil cycle de dédoublement et de racémisation, est décrite dans le brevet américain No 2536360, selon laquelle on chauffe un isomère optiquement actif de la lysine en présence d'une matière échangeuse de cations. On a trouvé cependant que la lysine, qui fut racémisée à plusieurs reprises selon cette méthode c'est-à-dire qui fut mise en contact pendant une période importante avec une résine échangeuse de cations à une température élevée de par exemple 100 à 2300C, donne une transformation beaucoup plus basse en isomère désiré (lors d'un dédoublement subséquent) et un degré de cristallisation sensiblement plus bas que celui que l'on obtient à l'aide de lysine DL fraîchement synthétisée.
Cela est -dû à la formation de produits secondaires ayant lieu pendant les opérations de racémisation répétées, ces produits secondaires, quoique présents en des quantités peu importantes, gnant un dédoublement subséquent. L'un des produits secondaires identifiés est l'a-amino-E-capro- lactame. A l'aide de méthodes de chromatographie au papier, on a trouvé un nombre d'autres impuretés résultant comme produits secondaires non encore identifiés. Ces impuretés sont présentes en quantité déterminable. Toutefois, il est difficile de les séparer de la lysine par des méthodes usuelles de sorte que leur présence gne sérieusement le dédoublement de la lysine.
Le procédé selon l'invention permet de purifier
la lysine contenant des produits secondaires sous
forme d'impuretés, formés pendant la racémisation
selon le procédé du brevet américain No 2536360,
ces impuretés étant alors transformées de manière à
ne pas gner le dédoublement subséquent de la lysine
traitée.
Le procédé selon la présente invention est carac
térisé en ce que l'on chauffe un mélange aqueux de
la lysine et un acide minéral fort qui, dans le mélange
résultant, est inerte par rapport à la lysine.
L'effet de ce traitement à l'aide d'un acide minéral
fort sur ces impuretés n'est pas entièrement clair.
Toutefois, on peut supposer qu'une grande partie au
moins de ces impuretés est transformée en lysine
grâce à ce traitement. La nature des produits secon .daires - à part rcr-amino-F-caprolactame - n'a pas
été identifiée. Cependant, on peut supposer qu'il
s'agit de composés amino, leur présence pouvant tre
prouvée par chromatographie au papier en utilisant
comme agent de réaction la ninhydrine. Ces métho
des peuvent également tre employées pour démon
trer que les produits secondaires gnants disparais
sent grâce au présent traitement acide. Ledit traitement
acide permet d'améliorer le pouvoir de dédoublement
de la lysine à celui de la lysine DL fraîchement syn
thétisée.
Pour la réalisation du procédé selon l'invention,
on peut employer des solutions aqueuses de n'im
porte quel acide minéral fort connu qui est inerte
par rapport à la lysine sous les conditions d'emploi.
Comme exemples préférés de pareils acides, on citera
l'acide phosphorique, l'acide sulfurique et l'acide
chlorhydrique, les deux derniers acides étant parti
culièrement préférés. La concentration de acide dans
le mélange devant tre soumis au traitement envisagé
sera, en générai, d'au moins 1% en poids afin de ne
pas nécessiter une période trop longue. Des concen
trations comprises entre 5 et 45% sont utilisées de
préférence. Lorsqu'on emploie l'acide chlorhydrique,
la concentration sera normalement de moins de 37%
étant donné que l'acide concentré se trouvant au
marché est une solution à 37% d'hydrochlorure. La
concentration peut tre augmentée par addition d'hy
drochlorure anhydre; cela n'est toutefois aucunement
nécessaire et n'offre aucun avantage.
Lorsqu'on em
ploie l'acide sulfurique ou l'acide phosphorique, on
évitera des concentrations dépassant environ 50%,
étant donné que ces concentrations peuvent avoir la
tendance de déshydrater la lysine. La quantité d'acide
utilisée dépendra à un certain degré de la quantité
d'impuretés présente dans la lysine. Toutefois, on
emploiera, en général, d'environ 1,2 à 8 et de pré
férence de 1,5 à 5,0 moles d'acide par mole de
lysine. Quoique cela ne soit pas nécessaire, en géné
ral, on pourrait employer de plus grandes quantités.
L'emploi de plus petites quantités peut tre avanta
geux, mais n'est pas recommandable.
La lysine qu'on désire mélanger avec acide avant
le traitement à chaud se trouve normalement sous forme d'une solution aqueuse, étant donné qu'elle est habituellement obtenue très facilement sous cette forme lors de l'emploi d'une résine échangeuse de cations après racémisation. La concentration de la solution de lysine n'est pas critique. Cependant, pour des raisons pratiques, elle sera en général d'au moins 0,5% et peut aller jusqu'à 70 %. . De préférence, on emploiera des concentrations comprises entre environ 5 et 55%. Si tel est désiré, on peut également employer de la lysine solide en l'ajoutant à la solution acide.
Lorsqu'on emploie des solutions fortement concentrées ou de la lysine solide en présence d'acide sulfurique ou phosphorique, il est généralement désirable de diluer l'acide avec de l'eau afin d'avoir une quantité minimum d'environ 30% d'eau dans le mélange final de lysine et d'acide, évitant ainsi la déshydratation de la lysine. Un excès d'eau de plus de 30% dépend de la quantité d'eau qui doit tre introduite par l'acide et/ou la solution de lysine ainsi que de la concentration de l'acide et du rapport moléculaire d'acide par rapport à la lysine qu'on désire obtenir. Ainsi, si ron désire par exemple opérer à une concentration de 40% d'acide sulfurique et à un rapport moléculaire de 4:1 d'acide sulfurique à la lysine, on emploiera 40% d'acide sulfurique (0,41 mole), 15 parties de lysine (0,10 mole) et 45 parties d'eau.
Dans la présente description ainsi que dans les revendications la concentration d'acide se réfère à la quantité d'acide ajouté calculée en pourcent en poids par rapport au mélange total.
Le traitement avec l'acide minéral peut tre effectué à des températures bien différentes, par exemple entre environ 700 et 2200 C. Etant donné que la lysine a tendance à se décomposer à des températures dépassant environ 2200 C et que la réaction se fait très lentement à des températures de moins d'environ 700 C il n'est pas recommandable de travailler à des températures plus élevées ou plus basses que celles mentionnées. On préférera des températures comprises entre 1000 et 1900 C.
La durée de traitement dépend en partie de la quantité d'impuretés présentes dans la lysine à traiter ainsi que du degré de purification désirée. Sous des conditions de températures préférées, on peut obtenir des effets très avantageux dans un intervalle d'environ 30 minutes mme, mais une durée de traitement d'environ 1 à 24 heures est en général recommandable. I1 est une règle générale qu'à une température plus élevée il faut une durée plus courte. Une prolongation de l'opération de chauffage au-delà de la durée nécessitée pour obtenir un bénéfice maximum n'est ordinairement nullement nocive, mais ne donne aucun avantage.
Dans les exemples, suivants les parties ainsi que les pourcentages sont donnés en poids à moins qu'on ne donne d'autres indications.
Exemple I
240 parties d'une solution aqueuse de lysine contenant 98,5 parties de lysine qui fut racémisée à plusieurs reprises selon la méthode du brevet américain No 2536360 sont mélangées avec 240 parties d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique à 37%, ce mélange étant chauffé sous reflux à environ 1100 C pendant 22 heures. Le mélange est alors refroidi, dilué avec 1400 parties d'eau et neutralisé à un pH 6 par addition, sous agitation, d'une résine échangeuse d'anions du type amine faiblement basique. Après avoir filtré la résine échangeuse d'anions on adsorbe la lysine se trouvant dans le filtrat dans une tour d'une résine échangeuse de cations, par exemple d'un copolymère de polystyrène-divinylbenzène sulfoné, après quoi on élue à partir de la tour à l'aide d'ammoniaque aqueuse à 20%.
L'éluat est chauffé à ébullition pour éliminer l'ammoniac et pour le concentrer à 193 parties contenant 93,5 parties de lysine.
La lysine ainsi traitée est dédoublée par cristallisation par fraction de L-lysine-L-glutamate à 600 C pendant 8 heures à partir d'un mélange de dédoublement contenant 73 parties (0,5 mole) de lysine, 70 parties (0,476 mole) d'acide L-glutamique, 161 parties d'eau, 463 parties d'alcool méthylique et 1 partie de cristaux d'amorce de L-lysine-L-glutamate.
Après avoir lavé le produit avec de l'alcool méthylique à 76%, la fraction de L-lysine-L-glutymate (50 parties) représente une transformation de 63%, calculée sur la L-lysine présente dans la DL-lysine employée.
Exemple 2
Lorsqu'on emploie une solution de lysine racémisée de la mme source que celle de l'exemple 1, tout en répétant le procédé de l'exemple I avec la différence qu'on chauffe le mélange de la solution de lysine et d'acide chlorhydrique dans des tubes Carius fermés pendant 3 heures à 1850 C, on obtient un degré de dédoublement de 77%.
Exemple 3
En dédoublant de la lysine racémisée provenant de la mme source que celle de l'exemple 1, sous les mmes conditions tout en omettant le prétraitement d'acide, on obtient un degré de dédoublement de 22 à 25%. Lorsqu'on dédouble de la lysine DL fraîchement synthétisée qui n'a jusqu'à présent jamais été racémisée, sous les memes conditions, on obtient un degré de dédoublement de 70 à 77%.
Les résultats des susdits exemples montrent clairement que le prétraitement à l'acide selon l'inven- tion influence avantageusement le dédoublement subséquent de la lysine traitée et cela mme si l'on emploie de la lysine racémisée à plusieurs reprises selon la méthode du brevet américain No 2536360 qui contient des produits secondaires sous forme d'impuretés qui gnent le dédoublement de la lysine.
Le traitement acide selon l'invention peut tre effectué avantageusement simultanément avec la préparation de la lysine par hydrolyse acide de produits intermédiaires produisant de la lysine. Des exemples de pareils produits intermédiaires sont la poly-3,5 tétraméthylène-hydantoïne selon le brevet américain
No 2498300 et la 5-(a-amino-butyl)-hydanto"ine selon le brevet américain No 2564649. Ces intermédiaires sont hydrolisés à l'aide d'acides minéraux sous des conditions pratiquement semblables à celles qu'on emploie selon la présente invention lors du traitement acide de la lysine racémisée. Par conséquent, on peut effectuer d'une manière efficace le traitement acide de la lysine racémisée selon l'invention dans les cas, où la lysine DL est produite par hydrolyse acide de pareils produits intermédiaires.
Ainsi, on a trouvé que tel est le cas lorsque la lysine racémisée qui doit tre traitée par de l'acide est recyclée dans le récipient, dans lequel a lieu l'hydrolyse du produit intermédiaire donnant naissance à la production de la lysine. Si l'on travaille ainsi l'hydrolyse du produit intermédiaire de lysine et le traitement acide de la lysine racémisée sont effectués simultanément dans un seul récipient de réaction.