ТЕХНИЧЕСКО ПРОИЗВОДСТВО НА АМИНОКИСЕЛИНИ - PDF Безплатно изтегляне
ТЕХНИЧЕСКО ПРОИЗВОДСТВО НА АМИНОКИСЕЛИНИ Анастасия Зинченко Сара Калканьо Ръководител: Saskia Hähn OC 6 Лекция 16 юли 2009 г.
СТРУКТУРА 1. Въведение 2. Производствени методи 3. Резюме и заключение 4. Източници на литература
ВЪВЕДЕНИЕ Първи открития: 1806: N. Vauquelin и P. Robiquet - аспарагин 1818: J. Proust - левцин 1820: H. Braconnot - глицин Първо техническо производство: 1908 в Япония натриев глутамат от солна киселина хидролизат на пшеничен глутен (глутен)
ВЪВЕДЕНИЕ Техническо производство Защо? Изисквания за аминокиселини: Годишното производство е 1,6 милиона тона глутаминова киселина: 650 000 тона D, L-метионин: 450 000 тона L-лизин: 450 000 тона L-треонин: 30 000 тона
ВЪВЕДЕНИЕ Употреба: - Хранителна промишленост: подобрители на вкуса, подсладители (Glu, Gly, Cys) - Фуражна промишленост: хранене на животни (Met, Lys, Trp, Thr) - Фармацевтична промишленост: Лекарства, инфузионни разтвори (Acetyl-Cys, L-DOPA) козметика, пестициди, стабилизатори за PVC, дисперсионни средства, спомагателни средства при галванични покрития
МЕТОДИ НА ПРОИЗВОДСТВО Метод на екстракция Ензимни методи Метод на ферментация Химичен синтез
МЕТОД НА ЕКСТРАКЦИЯ Екстракция на АА от протеини (напр. Колаген, кератин.) 1. Кипене с HCl Пептидните връзки се разцепват 2. Неутрализация Богата на Cys- и Tyr фракция се утаява във вода 3. Изпаряване Фракциите, богати на Leu и Ile 4. Разделяне от останалите 16 аминокиселини чрез йонообменна хроматография и фракционна кристализация цистеин тирозин пролин
ЕНЗИМАТИЧНИ МЕТОДИ Следното е от техническо значение: 1. Превръщане на фумаровата киселина в L-аспарагинова киселина с аспартаза Аспартаза от Escherichia coli и Brevibacterium flavum Компании: Naning Only Time, Kyowa Hakko Kogyo, Tanabe Seiyaku (Китай) Естествени продукти от химическата промишленост, спектър, 1-во издание, 2007, 139
ЕНЗИМАТИЧНИ МЕТОДИ 2. Производство на L-3,4-дихидроксифенилаланин (L-DOPA) трикомпонентна реакция с цялостно клетъчен ензимен препарат от Erwinia herbicola с индол: L-триптофан Фирма: Ajinomoto (Япония) природни вещества от химическата промишленост, спектър, 1-во издание, 2007, 154
ЕНЗИМАТИЧНИ МЕТОДИ 3. Производство на L-t-левцин и AS с взискателни странични вериги с редуктивно аминиране с AS дехидрогеназа от Bacillus spahaericus Company: Degussa/Rexim (Германия) Природни вещества от химическата промишленост, спектър, 1-во издание, 2007, 154
ЕНЗИМАТИЧНИ МЕТОДИ 4-та резолюция превръща D, L-метионин в L-метионин Двуетапен процес: Партидна операция: ацилазата се губи по време на обработката Природни вещества от химическата промишленост, спектър, 1-во издание, 2007, 152
ЕНЗИМАТИЧНИ МЕТОДИ 4. Разделителна способност на рацемата Ново развитие от Degussa: EMR технология Ензимен мембранен реактор (кухи влакнести мембрани) разбъркан резервоар каскада метионин валин аланин фенилаланин триптофан
МЕТОД НА ФЕРМЕНТАЦИЯ От техническо значение: Производство на L-глутаминова киселина от D-глюкозна химия в наше време, 1984, 18, 73
МЕТОД НА ФЕРМЕНТАЦИЯ Микроорганизми + хранителен разтвор 1. Разклатете колбата (1 l) 2. Предварителният ферментатор (1000 l) + постоянен въздух и 3. Междинен ферментатор (10 000 l) подаване на амоняк 4. Основен ферментатор (100 000 l) Див тип микроорганизми Инхибиране на обратната връзка ауксотрофни мутанти без инхибиране Компания: Degussa/Rexim, Wacker (Германия)
МЕТОД НА ФЕРМЕНТАЦИЯ Микроорганизми + хранителен разтвор 1. Разклатете колба (1 l) 2. Предварителна ферментация (1000 l) + постоянен въздух и 3. Междинен ферментатор (10 000 l) амоняк 4. Основен ферментатор (100 000 l) Левцин Изолевцин Лизин Тирозин Аланин Валин Фенилаланин Триптофан Треутонин Глутамин
ХИМИЧЕН СИНТЕЗ Производство на аминокиселини от нефтохимични суровини 1. Синтез на валин COOH H 3 O + CHO + NH 3 + HCN CH NH 2 D, L-валин 2. Синтез на метионин
ХИМИЧНИ СИНТЕЗИ Синтез на метионин Природни вещества в химическата промишленост, спектър, 1-во издание, 2007 г., 139 добив> 90%
СТЕРЕО ИЗОМЕРНО РАЗДЕЛЯНЕ Методи за разделяне на получените енантиомери: 1. Ензимен процес 2. Метод на кристализация 3. Разделяне чрез диастереомерни соли
STEREOISOMERENTRENNUNG Химия на ензимните процеси в наше време, 1984, 18, 73
РАЗДЕЛЯНЕ НА СТЕРЕОИЗОМЕРИ Метод на кристализация Пренаситеният разтвор се инокулира с един от енантиомерите. Приложение към активната фармацевтична съставка L- (S) - (карбоксиметил) цистеин (L-SCC) химия в наше време, 1984, 18, 73
РАЗДЕЛЯНЕ НА СТЕРЕОИЗОМЕРИ Разделяне чрез диастереомерни соли Използване на хирално вещество като сепарационен реагент или смес от разделителни реагенти от същото семейство Получава се смес от диастереомерни соли. Това може да се отдели чрез кристализация.
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Амидокарбонилиране Използване на кобалтови и паладиеви катализатори Открито от Хачиро Вакамацу в началото на 70-те години (Ajinomoto) Структура на аминокиселинната структура само в една стъпка Атомно-икономическа и екологична Chem. Rev., 2003, 103, 2795
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Кобалтово катализирано амидокарбонилиране Angew. Chem., 2000, 112, 1027
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Катализирано с паладий амидокарбонилиране Angew. Chem., 2000, 112, 1027
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Амидокарбонилиране Структурният мотив на N-ациламинокарбоксилните киселини се появява в множество съединения. Андрю. Chem., 2000, 112, 1027
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Енантиоселективен синтез Енантиоселективно хидрогениране с използване на родий с хирални фосфорни лиганди Разработено от W.S. Ноулс и Л. Хорнър през 60-те години Прехвърлени в технически мащаб от Монсанто и използвани за производството на L-Dopa
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Енантиоселективен синтез Съществува голямо разнообразие от хирални лиганди. Могат да се постигнат много добри добиви от над 95%. Наука, 1982, 217, 401
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Механизъм на науката за каталитично хидрогениране, 1982, 217, 401
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Наука за енергично съзерцание, 1982, 217, 401
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Енантиоселективен синтез на Strecker Chem. Rev., 2003, 103, 2795
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Енантиоселективен стрекер синтез Използване: хирални органокатализатори хирални метални катализатори аналогични синтези Chem. Rev., 2003, 103, 2795
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Енантиоселективен стрекер синтез Преглед на хиралните органокатализатори Chem. Rev., 2003, 103, 2795
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Енантиоселективен синтез на Strecker Преглед на субстратите и добивите Chem. Rev., 2003, 103, 2795
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Енантиоселективен стрекер синтез Преглед на хиралните метални катализатори Chem. Rev., 2003, 103, 2795
АСИМЕТРИЧЕН СИНТЕЗ Енантиоселективен синтез на Strecker Преглед на субстратите и добивите Chem. Rev., 2003, 103, 2795
РЕЗЮМЕ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ Методи за екстракция Предимства Евтини, ако са налични естествени, евтини (отпадъчни) протеинови източници Лесно производство на някои слабо разтворими аминокиселини Недостатъци Сложни процеси за почистване Непрекъснати процеси (партида) Високи разходи за персонал Количествата аминокиселини, доставяни от суровината, не са адаптирани към нуждите на пазара
РЕЗЮМЕ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ Методи на ферментация Предимства Евтини източници на въглерод и азот като изходни материали Почти се получават само L-аминокиселини Недостатъци По-ниски добиви от синтетичните процеси Сложна изолация на аминокиселините Прекъсната работа (партида) Необходим е по-голям персонал
РЕЗЮМЕ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ Химически синтез Предимства Мащабно производство е възможно Лесно изолиране и пречистване на продуктите Непрекъсната работа Недостатъци Необходими са допълнителни стъпки за отделяне на енантиомер и рацемизация
РЕЗЮМЕ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ Ензимни методи Предимства Лесна изолация поради високата концентрация на продукта Непрекъснато и автоматизирано изпълнение Ниски разходи за персонал
РЕЗЮМЕ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ Заключение Поради сложността на биологично активните съединения и растежа на биотехнологичната индустрия, ензимните и ферментативните методи са пионерски процеси.
ЛИТЕРАТУРНИ ИЗТОЧНИЦИ B. Schäfer, Natural products of the Chemical Industry, Spectrum, 1st Edition, 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, Chemistry in our time 1984, 18, 73. A. Collet, Angew. Chem.1998, 110, 3429. Ikeda, М., Katsumata, R., App. Околна среда. Микробиол. 1992, 11, 921. М. 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.