Использование и методы производства L-пролина

Введение

Бесцветные кристаллы, без запаха, сладкого вкуса; легко растворим в воде (растворимость в воде при 25°С составляет 162,3 г/100 мл) и этаноле, нерастворим в бутаноле и эфире, желтеет при контакте с тест-раствором нингидрина и краснеет после подкисления ледяной уксусной кислотой; pI 6,3, температура разложения химкниги 220-222°С; удельное вращение [α]20D-85° (0,5-2,0 мг/мл, H2O), [α]20D-60,4° (0,5-2,0 мг/мл, 5 моль/л HCl).

Использование

1. L-Пролин используется в качестве асимметричных катализаторов в органическом синтезе и асимметричной альдольной циклизации. Он участвует в присоединении по Михаэлю диметилмалоната к альфа-бета-ненасыщенным альдегидам. Это предшественник гидроксипролина в коллагене. Он является активным компонентом коллагена и участвует в правильном функционировании суставов и сухожилий. Он находит применение в фармацевтике и биотехнологиях благодаря своим осмопротекторным свойствам. Кроме того, его используют с нингидрином в хроматографии.

2. L-пролин — это аминокислота и предшественник (с витамином С) коллагена, строительного элемента структуры сухожилий, связок, артерий, вен и мышц. Это важно при заживлении ран.

Методы производства

Существует два метода получения L-пролина. Одним из них является прямая ферментация, при которой для производства L-пролина посредством микробной ферментации используется глюкоза и вариантный штамм Brevibacterium flavum или штамм дикого типа Corynebacterium Glutamicum. Другой — химический синтез, в котором в качестве сырья используется глутаминовая кислота и этерифицируется ее безводным этанолом под катализом серной кислоты. Затем добавляют триэтаноламин для высвобождения аминосульфата, в результате чего образуется δ-этиловый эфир глутаминовой кислоты. Затем этот сложный эфир восстанавливают борогидридом калия, восстанавливающим металлы, с получением сырого пролина, который затем выделяют и очищают.

Планарный процесс

Этерификация: взвесьте 147 г L-глутаминовой кислоты в трехгорлую колбу, добавьте 1 л безводного этанола и охладите до 0°C при перемешивании. Затем по каплям добавьте 80 мл H₂SO₄. Перемешайте и проведите реакцию при 0–5°C в течение 1 часа, затем продолжайте реакцию при комнатной температуре в течение 1 часа, пока реакция не станет прозрачной. Триэтиламин добавляли по каплям при 20°С до тех пор, пока рН не достигал 8-8,5, что приводило к осаждению белых кристаллов. Смесь перемешивали при комнатной температуре еще в течение часа, давали остыть до 5°С и фильтровали. Кристаллы промывали 95% этанолом, сушили выпариванием и сушили в вакууме с получением приблизительно 141 г δ-этилового эфира глутаминовой кислоты. Температура плавления составляла 178-180°С, выход - 80-83%. [α]32D+29,8 (C = 1 г/мл 10% HCl). Восстановление: 175 г δ-этилового эфира глутаминовой кислоты добавляли в трехгорлую колбу вместе с 875 мл дистиллированной воды. Перемешать и остудить до 5°С. Затем порциями добавляли 3,9 г KBH4 в течение примерно 1 часа. Реакцию продолжали при комнатной температуре еще в течение часа, после чего следовали 3-часовую реакцию при 50°C. Охлажденную до 0°C добавляли 6 моль/л HCl для доведения pH до 4 и фильтрат фильтровали, получая неочищенный водный раствор L-пролина. Выделение и очистка

Колоночная хроматография на ионообменной смоле-оксиде алюминия: Нанесите неочищенный водный раствор L-пролина на колонку со смолой 732-H+ со скоростью потока 4 мл/мин (на 1 г кислоты требуется 10 мл смолы). Промойте дистиллированной водой до нейтральной реакции, затем элюируйте 1 моль/л раствором аммиака. Соберите элюат, содержащий фрагмент L-пролина (с использованием тонкослойной хроматографии на силикагеле G). Элюат концентрируют досуха при пониженном давлении, растворяют его в небольшом количестве воды и наносят на колонку с нейтральным оксидом алюминия. Элюируют 60%-ным раствором этанола в воде (также используя тонкослойную хроматографию на силикагеле G). Собранный элюат концентрируют досуха при пониженном давлении, несколько раз промывают безводным этанолом, слегка охлаждают, добавляют безводный эфир, охлаждают, фильтруют кристаллы и сушат в вакууме с получением L-пролина. Температура плавления: 220-222°С (разложение), выход: примерно 28%. [α]24D-82,4 (С = 1 г/мл, H2O). Метод осаждения и десорбционного разделения пентахлорфенола

Образование соли: Поместите неочищенный водный раствор пролина в реакционную колбу. Нагрейте до 50°C и по каплям добавьте раствор пентахлорфенола в этаноле (0,111 моль/70 мл этанола). Перемешивать при этой температуре 5 часов, затем охладить до 0°С. Кристаллы отфильтровывают, промывают небольшим количеством ледяной воды, сливают и высушивают, получая двойную соль с температурой плавления 240-242°С и степенью осаждения 95%. Анализ: 38,4 г двойной соли помещают в трехгорлую колбу, добавляют 200 мл дистиллированной воды и 20 мл водного аммиака, перемешивают при комнатной температуре в течение 8 часов, охлаждают до 0°С, фильтруют и собирают фильтрат. Фильтрат концентрируют при пониженном давлении, добавляют 100 мл дистиллированной воды, фильтруют и обесцвечивают активированным углем. Экстрагируют эфиром, отделяют водный слой и продолжают концентрировать досуха. Раствор несколько раз обесцвечивают безводным этанолом, смачивают небольшим количеством безводного этанола, добавляют вдвое больше безводного эфира, охлаждают и кристаллизуют. Отфильтруйте кристаллы и высушите в вакууме, чтобы получить готовый L-пролин. Масштабирование производственного процесса

Этерификация: поместите 15 кг L-глутаминовой кислоты и 100 л безводного этанола в реактор емкостью 200 л. Остудить до 0°С. При перемешивании по каплям добавьте 8,1 л концентрированной H₂SO₄. Поддерживают реакцию при 0°С при перемешивании в течение 1 часа. Затем поддерживают реакцию при 25°С при перемешивании в течение 1 часа. Добавьте триэтиламин, чтобы довести pH до 8,0-8,5. Перемешивать в течение 1 часа до образования белого осадка. Остудить до 5°С, отфильтровать осадок, промыть 50 л 95%-ного этанола и высушить в вакууме при 50°С с получением δ-этилового эфира L-глутаминовой кислоты.

Восстановление: Поместите полученный δ-этиловый эфир L-глутаминовой кислоты в реактор емкостью 100 л. Добавьте 70 л воды, перемешайте и охладите до 5°C. Добавляйте 4,3 кг KBH₄ порциями в течение 1 часа. Нагревайте до 200°С при перемешивании в течение 1 часа. Затем увеличьте температуру до 50°С и перемешивайте 3-4 часа. Охладите до 0°C, доведите pH до 4,0 с помощью 6 моль/л HCl и отфильтруйте фильтрат, чтобы получить неочищенный раствор L-пролина. Осаждение: Поместите неочищенный раствор L-пролина в реакционный резервуар емкостью 100 л, нагрейте до 50°C и медленно добавьте 7 л 1,5 моль/л раствора пентахлорфенола в этаноле, перемешивая. Смесь выдерживают при температуре 50°С в течение 5 часов, затем охлаждают до 0°С, чтобы кристаллы могли выпасть в осадок. Отфильтруйте кристаллы и слейте воду, чтобы получить комплексную соль.

Анализ и очистка: поместите двойную соль в реакционный резервуар емкостью 100 л, добавьте 20 л 3%-ной аммиачной воды, перемешайте и проведите реакцию при комнатной температуре в течение 7-8 часов, охладите до 0 ℃, отфильтруйте, промойте осадок небольшим количеством ледяной воды, слейте воду, объедините промывную жидкость и фильтрат, а затем концентрируйте при пониженном давлении досуха. Перемешать и растворить в 10 л деионизированной воды, профильтровать и взять фильтрат, добавить 0,5% активированного угля, нагреть при 70 ℃ и перемешать до обесцвечивания в течение 1 часа, профильтровать и взять фильтрат, дать остыть до 0 ℃, добавить равный объем эфира для экстракции, отделить водный слой, концентрировать при пониженном давлении досуха, добавить 10 л безводного этанола для обезвоживания 3 раза, процедить, добавить К осадку добавьте 2 л безводного этанола и равномерно перемешайте, затем добавьте 10 л эфира, охладите до 0 ℃, отфильтруйте и возьмите осадок, экстрагируйте эфир в вакууме и высушите при 80 ℃, чтобы получить готовый L-пролин.