TWI485126B - 製造ｌ－肉鹼的方法 - Google Patents

Description

製造L-肉鹼的方法

本發明係關於製造L-肉鹼之方法。

肉鹼(維生素Bt；3-羥基-4-三甲銨基-丁酸)為由胺基酸離胺酸及甲硫胺酸生物合成之四級銨化合物。在活細胞中，在脂質解離產生代謝能量期間需要自細胞溶質輸送脂肪酸至線粒體中。肉鹼係用作營養補充劑。

肉鹼以兩種立體異構體形式存在。生物活性形式為L-肉鹼，而其對映異構體D-肉鹼無生物活性。當以工業方法製造L-肉鹼時，希望製造高純度的生物活性L-形式。高純度的L-肉鹼可藉由微生物方法獲得。EP 0195944揭示微生物方法，其中L-肉鹼係在生物反應器中藉助於特定微生物由巴豆甜菜鹼(crotonobetain)及γ-丁酸甜菜鹼(butyrobetain)製得。獲得對映異構性純L-肉鹼與γ-丁酸甜菜鹼之混合物。為了移除γ-丁酸甜菜鹼，以甲醇及異丁醇使最終產物再結晶。

DD 296702揭示獲得基本上純的L-肉鹼之另一微生物方法。藉由電透析及L-肉鹼之再結晶耗盡培養溶液中之L-肉鹼。在該等微生物方法中，基本上未製得D-肉鹼，且因此對映異構體分離步驟並非必需的。應用自溶劑中再結晶L-肉鹼以便移除其他物質。

當使用非微生物或非酶促方法時，獲得高純度的L-肉鹼將變得更複雜。通常藉助於有機合成獲得D-肉鹼與L-肉 鹼之混合物。為了獲得純L-肉鹼，DE 689 01 889 T2提出在立體選擇性不對稱氫化作用中使用釕膦錯合物。該等錯合物相對較複雜且昂貴，且因此不適用於在工業方法中製備大量L-肉鹼。

因此已開發出自L-肉鹼與D-肉鹼之混合物中單離出L-肉鹼之方法。一般而言，該等方法係基於以光學活性酸將肉鹼轉化為鹽及因物理性質(諸如溶解度)不同而將L-肉鹼與D-肉鹼分離。

就此而言，DD 93 347揭示在樟腦酸、二苯甲醯基酒石酸或其組合存在下自醇溶液中分離D-肉鹼及L-肉鹼之方法。因鹽之溶解度不同將D-肉鹼與L-肉鹼分離。

DE 35 36 093揭示自外消旋混合物製備L-肉鹼之方法，其中以二苯甲醯基-L-酒石酸將D-肉鹼及L-肉鹼轉化為光學活性鹽，繼之以分級結晶。

然而，將肉鹼轉化為光學活性鹽或酸之方法相對較複雜，因為該等方法包含添加分離劑及在分離過程之後移除分離劑之步驟。此使得整個過程相對省時且省力。

本發明之問題

本發明之問題在於提供製造L-肉鹼之方法，該方法克服上述問題。

該方法應適用於自包含L-肉鹼及D-肉鹼之對映異構性混合物製造高純度的L-肉鹼。藉此顯著增大對映異構體純度，且產率將變高。

將以簡單方式進行該方法。詳言之，將避免使用過後必須移除之額外化合物(諸如光學活性助劑)。此外，方法步驟之數目相對較少，且該方法不需要複雜裝置。總體上，該方法將具成本效益且省力。

本發明之揭示

意外地，本發明之問題可藉由根據申請專利範圍之方法解決。在整個描述中揭示其他發明性具體實例。

本發明係關於製造L-肉鹼之方法，包含以下步驟(a)在第一溶劑中提供包含至少5%(w/w)肉鹼之溶液，其中肉鹼為D-肉鹼與L-肉鹼之混合物，(b)視情況以L-肉鹼晶體對溶液播晶種，(c)添加第二溶劑，在其中L-肉鹼為不可溶或具有低溶解度，(d)單離包含L-肉鹼之晶體。

肉鹼為包含羧基及四級銨基之兩性離子。步驟(a)中所用肉鹼較佳為此兩性離子肉鹼。然而，亦可能使用鹽，諸如氯化物、硫酸鹽或硝酸鹽。步驟(a)中所用肉鹼較佳不為肉鹼與光學活性陰離子形成之鹽。

藉由本發明之方法，可獲得純度提高之L-肉鹼。本發明之方法因此亦為純化L-肉鹼之方法，或獲得高純度的L-肉鹼之方法，或增大L-肉鹼之對映異構體過量值之方法。

根據本發明，可自包含D-肉鹼及L-肉鹼之溶液獲得結晶L-肉鹼。在一較佳具體實例中，步驟(a)中之溶液基本上係由溶劑及肉鹼組成。在本發明之方法中，可提高L-肉 鹼之對映異構體過量值(e.e.)。對映異構體過量值較佳提高超過1%或超過2%。對映異構體過量值之增大視步驟(a)中初始溶液中的對映異構體過量值而定。將對映異構體過量值(e.e.)定義為以百分比計的每一對映異構體之莫耳分數之間的絕對差。舉例而言，具有90% L-異構體及10% D-異構體之樣品具有80% L-異構體之對映異構體過量值。

在本發明之較佳具體實例中，在步驟(a)中，肉鹼包含超過50%、80%、90%、95%或98%(e.e.)之L-肉鹼。較佳地，在步驟(d)中單離出的L-肉鹼包含超過90%、95%、98%、99%或99.5%(e.e.)之L-肉鹼。較佳地，當在步驟(a)中使用包含超過95%(e.e.)之L-肉鹼之溶液時，在步驟(d)中可獲得包含超過99%(e.e.)之L-肉鹼之晶體。

在本發明之一較佳具體實例中，第一溶劑係選自由下列各物組成之群：乙醇、甲醇、水、乙腈，及其混合物。溶劑為用於肉鹼之良好溶劑。此意謂在室溫下肉鹼之溶解度為至少5%，較佳至少10%或至少20%(w/w)。較佳地，第一溶劑為乙醇。在特定具體實例中，第一溶劑可包含至多0.5%，至多2%或至多5%(w/w)水。因此，溶劑可為工業級。

在一較佳具體實例中，步驟(a)中之溶液為飽和溶液或過飽和溶液。溶液亦最好接近飽和，此意謂肉鹼濃度為超過80%或高於90%之飽和濃度。在本發明之一較佳具體實例中，在第一溶劑中總肉鹼之濃度為5%至75%。在乙醇 中，濃度較佳為10%至50%或15%至40%(w/w)。在甲醇中，濃度較佳為20%至70%(w/w)。

較佳地，溶解於步驟(a)中之溶液中的肉鹼為純肉鹼或高純度的肉鹼。在此具體實例中，步驟(a)中之溶液僅包含微量之額外物質。以溶液中的總肉鹼量(D-肉鹼及L-肉鹼)計，額外物質之量可低於0.5%，低於1%或低於2%(w/w)。在另一具體實例中，溶解於步驟(a)的溶液中之肉鹼包含一定量之副產物或其他化合物，諸如來自製造過程之起始化合物。在此具體實例中，步驟(a)中之溶液可包含以肉鹼之總量計至多5%，至多10%或至多15%(w/w)之其他化合物。舉例而言，合成肉鹼可包含小於1%(w/w)之羥基丁烯酸。

在一較佳具體實例中，步驟(a)中之溶液基本上不含水。此意謂肉鹼及溶劑應基本上不含水或包含儘可能少的水。已發現當僅存在少量水時，方法更有效。較佳地，溶液(a)中之總水含量係低於2%，低於1%或低於0.5%(w/w)。

在本發明之一較佳具體實例中，步驟(a)包含將溶液加熱(較佳)直至所有肉鹼均溶解，例如至高於40℃或高於50℃之溫度。視情況，隨後可(例如)藉由過濾移除殘餘固態肉鹼及/或殘餘固體。在步驟(a)中，可將溫度調整為40℃至80℃或50℃至75℃。視溶劑而定選擇溫度。當使用乙醇時，介於50℃與75℃之間的溫度較佳，例如約65℃。

在步驟(b)中，可以L-肉鹼晶體對來自步驟(a)之溶液播晶種。較佳地，經播晶種之溶液為飽和或過飽和溶液。當在步驟(a)中在高溫下製備飽和溶液且緩慢冷卻該飽和溶液使得肉鹼尚未出現沈澱或結晶時，可獲得過飽和溶液。

藉由以L-肉鹼晶體對溶液播晶種並培育，誘導晶體生長。因此，當播晶種步驟(b)包含於本發明方法中時，最終獲得的晶體之平均尺寸較大。然而，亦可在播晶種步驟(b)中不添加晶種之情況下以高產率獲得具有高純度之肉鹼晶體。晶體基本上由L-肉鹼組成，或富含L-肉鹼。對於播晶種而言僅需要少量晶種。晶種應純度高且非常精細。較佳應在溶液仍澄清時(亦即，當晶體或沈澱物尚未或基本上未自發形成時)添加晶種。可藉由在提高之溫度下播晶種來實現此目標。在本發明之一較佳具體實例中，在播晶種步驟(b)中，溶液具有在25℃與50℃，較佳30℃與45℃之間的溫度。然而，在播晶種期間及之後且在添加第二溶劑之前，肉鹼之溶解度仍相當高，且基本上未觀察到晶體之快速形成或僅觀察到晶體之有限程度的快速形成。

在一較佳具體實例中，在以晶體播晶種之後，溶液之溫度降低。較佳地，溫度降至10℃至30℃，例如降至約20℃。

在步驟(c)中，添加L-肉鹼不可溶於其中或在其中具有低溶解度之第二溶劑。在添加第二溶劑期間及之後，觀察到L-肉鹼之結晶。在L-肉鹼結晶期間，耗盡溶液中之L-肉鹼，且溶液變成懸浮液。因此，結晶後，組成物可被視為溶液或懸浮液。當關於步驟(b)及後續步驟提及「溶液」時，則係指此溶液/懸浮液。

在本發明之一較佳具體實例中，第二溶劑係選自丙酮、異丙醇、異丁醇、2-丙醇、1-戊醇、2-丁酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、四氫呋喃、甲苯，及其混合物。較佳地，第二溶劑為丙酮。

第二溶劑為L-肉鹼不可溶於其中或在其中僅具有低溶解度之溶劑。在本發明之一較佳具體實例中，在25℃下，L-肉鹼在第二溶劑中之溶解度低於3%，低於2%或低於1%(w/w)。當添加第二溶劑時，肉鹼在溶液中之總溶解度降低，且肉鹼結晶。因此，在添加第二溶劑時，在溶液中形成固態肉鹼晶體。

在本發明之一極佳具體實例中，第一溶劑為乙醇，且第二溶劑為丙酮。

在本發明之一較佳具體實例中，在步驟(c)中，第一溶劑與第二溶劑之比率在1:1與1:10(w/w)，更佳1:1.5與1:6或1:2與1:4(w/w)之間。應調整該比率以使得肉鹼在溶劑混合物中之溶解度顯著降低，使得所有肉鹼中之大部分結晶。

在本發明之一較佳具體實例中，在視需要之播晶種步驟(b)之後，或在步驟(c)之前或期間，或在步驟(c)中添加第二溶劑之後，將溶液之溫度調整為介於10℃與30℃之間。然而，可在溶液之溫度降低之前或之後添加第二溶劑。

較佳地，緩慢(例如逐滴)添加步驟(c)中之第二溶劑。在本發明之一較佳具體實例中，在步驟(c)中，歷時20分鐘至24小時，20分鐘至8小時，或1小時至6小時將第二溶劑添加至溶液中。在添加丙酮及培育期間，L-肉鹼結晶。結晶的L-肉鹼之量通常可藉由在低溫下培育而增大。

較佳地，在添加第二溶劑之後在低溫下培育組成物。舉例而言，溫度可降至5℃至20℃，或低於15℃。組成物可在此溫度下培育10分鐘至2天，或30分鐘至24小時。在本發明之一較佳具體實例中，在步驟(c)中添加第二溶劑之後，在低於20℃之溫度下培育組成物10分鐘至2天。

在步驟(d)中，藉由已知手段(例如藉由過濾或沈積)單離固態晶體。視情況(較佳以第二溶劑)洗滌晶體。視情況在減壓下藉由乾燥移除溶劑。舉例而言，可在55℃下，在低於100毫巴(mbar)之壓力下藉由乾燥移除丙酮。

根據本發明，將在步驟(d)中單離的所有固態肉鹼稱為「晶體」。發現固體具有結晶結構。然而，尤其在快速添加第二溶劑時，固態肉鹼「晶體」亦可能至少部分包含肉鹼沈澱物。

L-肉鹼之總產率以起始溶液中之總L-肉鹼計較佳高於80%或高於85%。

在本發明之一較佳具體實例中，該方法包含以下步驟(a)在乙醇中提供包含至少5%(w/w)肉鹼之溶液，其中肉鹼包含至少50%(e.e.)L-肉鹼，其中加熱溶液直至所有肉鹼均溶解，(a1)將溶液之溫度調整為25℃至50℃， (b)以L-肉鹼晶體對溶液播晶種，(b1)視情況將溫度調整為10℃至30℃，(c)以使乙醇/丙酮之比率介於1：1與1：10(w/w)之間的量來添加丙酮，(c1)視情況將組成物冷卻至低於20℃之溫度，(d)較佳藉由過濾單離包含L-肉鹼之晶體。

在以上敍述之方法中，連續進行步驟(a)至(d)。

在本發明之一特定具體實例中，以步驟(d)中獲得的晶體重複整個本發明方法。在此具體實例中，製備晶體於第一溶劑中之溶液。當重複整個過程兩次或兩次以上時，甚至可由具有低對映異構體純度之肉鹼獲得高純度的L-肉鹼。

本發明方法解決上述問題。藉由本發明方法可自D-肉鹼與L-肉鹼之混合物獲得高純度的L-肉鹼。當分離D-肉鹼與L-肉鹼之混合物時，不必如(例如)DE 35 36 093或DD 93 347中所揭示添加光學活性化合物。在本發明方法中，肉鹼在中間步驟中不轉化為光學活性鹽。令人驚訝的是，本發明方法很高效，因為在此項技術中一般認為兩性離子之有效分離在無光學活性添加劑之情況下係困難的(參見DD 93 347，第2欄，第8-11行)。因此，不可想像藉由本發明之相對簡單方法能實現L-對映異構形式之大幅度增加。

本發明方法可以簡單方式在較少數目之方法步驟之情況下應用。該方法不需要L-肉鹼之光學活性鹽之沈澱、藉由額外結晶步驟之單離及分解。該方法以高對映異構體純度及高產率提供L-肉鹼。該方法與此項技術中已知之方法相比成本較低且為勞動密集型。該方法可用於自對映異構性混合物(例如藉由工業合成過程獲得的對映異構性混合物)純化L-肉鹼。

實施例

實施例1

以100 g肉鹼及300 g乙醇填充實驗室反應器。將反應器加熱至高達65℃且攪拌直至所有肉鹼均已溶解。過後，將反應器溫度設為37℃。在37℃下添加純L-肉鹼之晶種。以-0.2 K/min之速率使反應器溫度降至20℃。在20℃下，在2小時內添加900 g丙酮。過後使懸浮液降至10℃。在10℃下，單離固體，且以丙酮對其進行洗滌且在55℃及<100毫巴下乾燥。

由此獲得86.1 g白色結晶乾固體。該固體包含99.036%(w/w)總肉鹼。對映異構體純度為99.60%(e.e.)。殘餘溶劑含量為349 mg/kg乙醇及386 mg/kg丙酮。L-肉鹼之總產率為88.6%。

實施例2

以60.2 g肉鹼及60 g甲醇填充實驗室反應器。將反應器加熱至高達50℃且攪拌直至所有肉鹼均已溶解。過後，將反應器溫度設為25℃。在25℃下，添加0.74 g純L-肉鹼之晶種。以-0.2 K/min之速率使反應器溫度降至20℃。在20℃下，在1小時內添加180 g丙酮。過後，在50分鐘內將懸浮液降至10℃。在此溫度下，再攪拌懸浮液30分鐘。之後，經由吸濾器(Nutsch filter)過濾固體，且以約60 g丙酮將其洗滌兩次且隨後在55℃及250毫巴之壓力下乾燥8 h。

由此獲得45.78 g白色結晶乾固體。該固體包含98.94%(w/w)總肉鹼。對映異構體純度為99.78%(e.e.)。

實施例3

以30.1 g肉鹼及90 g乙醇填充實驗室反應器。將反應器加熱至高達65℃且攪拌直至所有肉鹼均已溶解。之後，將反應器溫度設為37℃。在37℃下，添加0.91 g純L-肉鹼之晶種。以-0.2 K/min之速率使反應器溫度降至20℃。在20℃下，在1小時內添加270 g乙酸乙酯。之後，在50分鐘內使懸浮液降至10℃。在此溫度下，再攪拌懸浮液30分鐘。之後，經由吸濾器過濾固體，且以約30 g乙酸乙酯將其洗滌兩次且隨後在55℃及250毫巴之壓力下乾燥8 h。

由此獲得28.66 g白色結晶乾固體。該固體包含98.51%(w/w)總肉鹼。對映異構體純度為99.46%(e.e.)。

Claims (15)

1. 一種製造L-肉鹼(carnitine)之方法，包含以下步驟(a)在第一溶劑中提供包含至少5%(w/w)肉鹼之溶液，其中該肉鹼為D-肉鹼與L-肉鹼之混合物，(b)視情況以L-肉鹼晶體對該溶液播晶種，(c)添加第二溶劑，在其中該L-肉鹼為不可溶或具有低溶解度，(d)單離包含L-肉鹼之晶體。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一溶劑係選自由下列各物組成之群：乙醇、甲醇、水、乙腈，及其混合物。
3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在步驟(a)中，在該第一溶劑中的總肉鹼之濃度為5%至75%(w/w)。
4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在步驟(a)中，該肉鹼包含超過80%(e.e.)的L-肉鹼，且在步驟(d)中，該晶體包含超過95%(e.e.)之L-肉鹼。
5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中步驟(a)包含將該溶液加熱至高於40℃之溫度。
6. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該第二溶劑係選自丙酮、異丙醇、異丁醇、2-丙醇、1-戊醇、2-丁酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、四氫呋喃、甲苯，及其混合物。
7. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在25℃下，L-肉鹼在該第二溶劑中之溶解度低於2%(w/w)。
8. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在該播晶種步驟(b)中，該溶液具有25℃至50℃之溫度。
9. 如申請專利範第1或2項之方法，其中在步驟(c)中，該第一溶劑與該第二溶劑之比率在1：1與1：10(w/w)之間。
10. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在該播晶種步驟(b)之後，在步驟(c)之前或期間，或在步驟(c)中添加該第二溶劑之後，將該溶液之溫度調整為介於10℃與30℃之間。
11. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在步驟(c)中，在20分鐘與24小時之時間跨度內添加該第二溶劑至該溶液中。
12. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在步驟(c)中添加該第二溶劑之後，在低於20℃之溫度下培育組成物10分鐘至2天。
13. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在步驟(d)中，該晶體包含超過99%(e.e.)之L-肉鹼。
14. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在步驟(d)中，藉由過濾或沈積單離該晶體。
15. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該第一溶劑為乙醇，且該第二溶劑為丙酮。