AMINOSAVAK MŰSZAKI ELŐÁLLÍTÁSA - PDF ingyenes letöltés
AMINOSAVAK TECHNIKAI ELŐÁLLÍTÁSA Anastasia Zinchenko Sarah Calcagno Témavezető: Saskia Hähn OC 6 Előadás 2009. július 16.
FELÉPÍTÉS 1. Bevezetés 2. Gyártási módszerek 3. Összefoglalás és következtetések 4. Irodalmi források
BEVEZETÉS Első felfedezések: 1806: N. Vauquelin és P. Robiquet - Asparagine 1818: J. Proust - Leucine 1820: H. Braconnot - Glicin Első műszaki előállítás: 1908 Japánban Nátrium-glutamát sósav-búzaglutén (glutén) hidrolizátumából
BEVEZETÉS Műszaki gyártás Miért? Aminosavigény: Az éves termelés 1,6 millió tonna glutaminsav: 650 000 tonna D, L-metionin: 450 000 tonna L-lizin: 450 000 tonna L-treonin: 30 000 tonna
BEVEZETÉS Felhasználás: - Élelmiszeripar: ízfokozók, édesítőszerek (Glu, Gly, Cys) - Takarmányipar: takarmányozás (Met, Lys, Trp, Thr) - Gyógyszeripar: Gyógyszerek, infúziós oldatok (Acetyl-Cys, L-DOPA) kozmetikumok, peszticidek, stabilizátorok PVC, diszperziós segédanyagok, segédanyagok a galvanizáláshoz
GYÁRTÁSI MÓDSZEREK Extrakciós módszer Enzimatikus módszerek Fermentációs módszer Kémiai szintézis
KIVÉTELEZÉSI MÓDSZER AA kivonása fehérjékből (pl. Kollagén, keratin.) 1. Forralás HCl-lel Peptidkötések hasadnak. 2. Semlegesítés A Cys- és Tyr-dús frakciók vízben kicsapódnak 3. Párologtatás A Leu és az Ile-ben gazdag frakciók kiesnek 4. Szeparálás a maradék 16 aminosav ioncserélő kromatográfiával és frakcionált kristályosítással cisztein tirozin prolin
ENZMATIKAI MÓDSZEREK Az alábbiak technikai szempontból fontosak: 1. A fumársav átalakítása L-aszparaginsavvá Escherichia coli és Brevibacterium flavum aszpartáz aszpartázával Társaságok: Naning Only Time, Kyowa Hakko Kogyo, Tanabe Seiyaku (Kína) A vegyipar természetes termékei, spektrum, 1. kiadás, 2007, 139. o
ENZMATIKUS MÓDSZEREK 2. L-3,4-dihidroxifenilalanin (L-DOPA) háromkomponensű reakció előállítása Erwinia herbicola és indol egészsejtes enzimkészítményével: L-triptofán Társaság: Ajinomoto (Japán) vegyipar természetes anyagai, spektrum, 1. kiadás, 2007, 154
ENZMATIKUS MÓDSZEREK 3. L-t-leucin és AS előállítása igényes mellékláncokkal reduktív aminálás AS dehidrogenázzal a Bacillus spahaericus cégtől: Degussa/Rexim (Németország) A vegyipar természetes anyagai, spektrum, 1. kiadás, 2007, 154
ENZMATIKUS MÓDSZEREK A 4. felbontás a D, L-metionint átalakítja L-metioninná kétlépcsős folyamattá: Kötegelt művelet: az aciláz elvész a feldolgozás során. A vegyipar természetes anyagai, spektrum, 1. kiadás, 2007, 152
ENZMATIKUS MÓDSZEREK 4. Racemate felbontás Új fejlesztés a Degussa-tól: EMR technológia Enzim membránreaktor (üreges szálas membrán) keverős tartály kaszkád metionin valin alanin fenilalanin triptofán
FERMENTÁCIÓS MÓDSZER Technikai szempontból fontos: L-glutaminsav előállítása a D-glükóz kémia alapján korunkban, 1984, 18, 73
FERMENTÁCIÓS MÓDSZER Mikroorganizmusok + tápoldat 1. Rázólombik (1 l) 2. Előerjesztő (1000 l) + állandó levegő és 3. Közbenső fermentor (10 000 l) ammóniaellátás 4. Fő fermentor (100 000 l) Vad típusú mikroorganizmusok Visszajelzés gátlás auxotróf mutánsok nem gátlás Társaság: Degussa/Rexim, Wacker (Németország)
FERMENTÁCIÓS MÓDSZER Mikroorganizmusok + tápoldat 1. Rázzuk össze a lombikot (1 l) 2. Előerjesztő (1000 l) + állandó levegő és 3. Közbenső fermentor (10 000 l) ammóniaellátás 4. Fő fermentor (100 000 l) Leucin-izoleucin-lizin-tirozin-alanin Valin-fenilalanin-triptofán-treonin Glutaminsav
KÉMIAI SZINTÉZISEK Aminosavak előállítása petrolkémiai alapanyagokból 1. Valin szintézise COOH H 3 O + CHO + NH 3 + HCN CH NH 2 D, L- valin 2. Metionin szintézise
KÉMIAI SZINTÉZISEK Metionin szintézis Természetes anyagok a vegyiparban, spektrum, 1. kiadás, 2007, 139 hozam> 90%
Sztereo-izom-szétválasztási módszerek a keletkező enantiomerek szétválasztására: 1. Enzimatikus eljárás 2. Kristályosítási módszer 3. Leválasztás diasztereomer sókon keresztül
STEREOISOMERENTRENNUNG Enzimatikus folyamatok kémia a mi korunkban, 1984, 18, 73
STEREOISOMER-SZeparálás Kristályosítási módszer A túltelített oldatot az egyik enantiomerrel oltjuk be. Az L- (S) - (karboxi-metil) cisztein (L-SCC) kémia hatóanyagának kémiai alkalmazása napjainkban, 1984, 18, 73
STEREOISOMER-ELLENŐRZÉS Szétválasztás diasztereomer sókon keresztül Királis anyag alkalmazása elválasztó reagensként vagy ugyanazon családba tartozó elválasztó reagensek keveréke. Diasztereomer sók keverékét kapjuk. Ezt kristályosítással lehet elválasztani.
Aszimmetrikus szintézis Amidokarbonilezés Kobalt- és palládium-katalizátorok használata Hachiro Wakamatsu által az 1970-es évek elején fedezte fel (Ajinomoto) Az aminosav-szerkezet felépítése egyetlen lépésben. Atom-ökonómiai és ökológiai Chem. Rev., 2003, 103, 2795
Aszimmetrikus szintézis Kobalt-katalizált amidokarbonilezés Angew. Chem., 112, 1027 (2000)
Aszimmetrikus szintézis Palládium-katalizált amidokarbonilezés Angew. Chem., 112, 1027 (2000)
Aszimmetrikus szintézis Amidokarbonilezés Az N-acilaminokarbonsavak szerkezeti motívuma számos vegyületben jelenik meg. Angew. Chem., 112, 1027 (2000)
Aszimmetrikus szintézis Enantioszelektív szintézis Enantioszelektív hidrogénezés ródium alkalmazásával királis foszfor-ligandumokkal, W.S. Knowles és L. Horner az 1960-as években A Monsanto technikai léptékűvé tette és L-Dopa gyártáshoz használta fel
Aszimmetrikus szintézis Enantioszelektív szintézis A királis ligandumok széles skálája létezik. Nagyon jó, 95% feletti hozam érhető el. Science, 1982, 217, 401
ASMMETRIKUS SZINTÉZIS A katalitikus hidrogénezés tudományának mechanizmusa, 1982, 217, 401
ASMMETRIKAI SZINTÉZIS Energetikai szemlélődési tudomány, 1982, 217, 401
ASMMETRIKUS SZINTÉZIS Enantioszelektív Strecker szintézis Chem. Rev., 2003, 103, 2795
ASMMETRIKAI SZINTÉZIS Enantioszelektív Strecker-szintézis: királis szerves katalizátorok, királis fém-katalizátorok analóg szintézisei Chem. Rev., 2003, 103, 2795
ASMMETRIKAI SZINTÉZIS Enantioszelektív Strecker-szintézis A királis szerves katalizátorok áttekintése Chem. Rev., 2003, 103, 2795
Asymmetrikus szintézis Enantioszelektív Strecker szintézis A szubsztrátok áttekintése és a hozamok Chem. Rev., 2003, 103, 2795
ASMMETRIKUS SZINTÉZIS Enantioszelektív Strecker-szintézis A királis fémkatalizátorok áttekintése Chem. Rev., 2003, 103, 2795
Asymmetrikus szintézis Enantioszelektív Strecker szintézis A szubsztrátok áttekintése és a hozamok Chem. Rev., 2003, 103, 2795
ÖSSZEFOGLALÁS ÉS KÖVETKEZTETÉS Extrakciós módszerek Előnyök Olcsó, ha természetes, olcsó (hulladék) fehérjeforrások állnak rendelkezésre Néhány rosszul oldódó aminosav egyszerű előállítása Hátrányok Komplex eljárások tisztításhoz Folyamatos folyamatok (tétel) Magas személyi költségek Az alapanyag által szállított aminosavak mennyisége nincs a piaci igényekhez igazítva
ÖSSZEFOGLALÁS ÉS KÖVETKEZTETÉS Fermentációs módszerek Előnyök Olcsó szén- és nitrogénforrások mint kiindulási anyagok Szinte csak L-aminosavak termelődnek Hátrányok Alacsonyabb hozamok, mint a szintetikus eljárások Az aminosavak költséges elkülönítése Folyamatos működés (szakaszos) Nagyobb személyzet szükséges
ÖSSZEFOGLALÓ ÉS KÖVETKEZTETÉS Kémiai szintézisek Előnyök Nagyüzemi gyártás lehetséges A termékek izolálásának és tisztításának egyszerűsége Folyamatos működés Hátrányok További lépések szükségesek az enantiomer szétválasztásához és racemizálásához
ÖSSZEFOGLALÓ ÉS KÖVETKEZTETÉS Enzimatikus módszerek Előnyök Könnyű elszigetelés a magas termékkoncentráció miatt Folyamatos és automatizált megvalósítás Alacsony személyi költségek
ÖSSZEFOGLALÓ ÉS KÖVETKEZTETÉS Következtetés A biológiailag aktív vegyületek összetettsége és a biotechnológiai ipar növekedése miatt az enzimatikus és fermentációs módszerek úttörő folyamatok.
IRODALOMFORRÁSOK B. Schäfer, A vegyipar természetes termékei, Spectrum, 1. kiadás, 2007, 139. M. Breuer, K. Ditrich, T. Habicher, B. Hauer, M. Keßeler, R. Stürmer, T. Zelinski, Angew. Chem. 2004, 116, 806 843. B. Hoppe, J. Martens, Kémia korunkban 1984, 18, 73. A. Collet, Angew. Chem., 110, 3429. 1998., Ikeda, M., Katsumata, R., App. Környezet Microbiol. 1992, 11, 921. M. Beller, M. Eckert, Angew. Chem. 2000, 112, 1027. J. Halpern, Science 1982, 217, 401. H. Gröger, Chem. Rev. 2003, 103, 2795. E. J. Corey, Org. Lett. 1999, 1, 157. Strecker, A. Ann. Chem. Pharm. 1850, 75, 27.