PRODUCȚIA TEHNICĂ A AMINOACIZILOR - PDF Descărcare gratuită
PRODUCȚIA TEHNICĂ A AMINOACIZILOR Anastasia Zinchenko Sarah Calcagno Supervizor: Saskia Hähn OC 6 Curs 16 iulie 2009
STRUCTURA 1. Introducere 2. Metode de fabricație 3. Rezumat și concluzie 4. Surse de literatură
INTRODUCERE Primele descoperiri: 1806: N. Vauquelin și P. Robiquet - Asparagina 1818: J. Proust - Leucina 1820: H. Braconnot - Glicină Prima producție tehnică: 1908 în Japonia Glutamat de sodiu din acid clorhidric hidrolizat de gluten de grâu (gluten)
INTRODUCERE Fabricarea tehnică De ce? Cerințe de aminoacizi: producția anuală este de 1,6 milioane de tone de acid glutamic: 650.000 de tone de D, L-metionină: 450.000 de tone de L-lizină: 450.000 de tone de L-treonină: 30.000 de tone
INTRODUCERE Utilizare: - Industria alimentară: amelioratori de aromă, îndulcitori (Glu, Gly, Cys) - Industria furajelor: hrana animalelor (Met, Lys, Trp, Thr) - Industria farmaceutică: Medicamente, soluții de perfuzie (Acetyl-Cys, L-DOPA) cosmetice, pesticide, stabilizatori pentru PVC, auxiliare de dispersie, auxiliare în galvanizare
METODE DE FABRICAȚIE Metoda de extracție Metode enzimatice Metoda de fermentare Sinteza chimică
METODA DE EXTRACȚIE Extracția AA din proteine (de exemplu colagen, cheratină.) 1. Fierbere cu legături peptidice HCl sunt clivate 2. Neutralizare Fracțiunile bogate în Cys și Tyr precipită în apă 3. Evaporarea Leu și fracțiile bogate în Ile cad 4. Separarea din restul de 16 aminoacizi prin cromatografie cu schimb de ioni și cristalizare fracționată cisteină tirozină prolină
METODE ENZIMATICE Următoarele sunt de importanță tehnică: 1. Conversia acidului fumaric în acid L-aspartic cu aspartază Aspartază din Escherichia coli și Brevibacterium flavum Companii: Naning Only Time, Kyowa Hakko Kogyo, Tanabe Seiyaku (China) Produse naturale din industria chimică, spectru, ediția I, 2007, 139
METODE ENZIMATICE 2. Producerea L-3,4-dihidroxifenilalaninei (L-DOPA) reacție cu trei componente cu un preparat enzimatic cu celule întregi din Erwinia herbicola cu indol: L-triptofan Companie: Ajinomoto (Japonia) substanțe naturale din industria chimică, spectru, ediția I, 2007, 154
METODE ENZIMATICE 3. Producția de L-t-leucină și AS cu lanțuri laterale solicitante aminare reductivă cu o AS dehidrogenază de la Bacillus spahaericus Companie: Degussa/Rexim (Germania) Substanțe naturale din industria chimică, spectru, ediția I, 2007, 154
METODE ENZIMATICE Rezoluția a 4-a convertește D, L-metionină în L-metionină Proces în 2 etape: Operație în lot: acilaza se pierde în timpul procesării Substanțe naturale din industria chimică, spectru, ediția I, 2007, 152
METODE ENZIMATICE 4. Rezoluția racematului Dezvoltare nouă de la Degussa: tehnologie EMR Reactor cu membrană enzimatică (membrană din fibră goală) cascadă cu rezervor agitat Metionină Valină Alanină Fenilalanină Triptofan
METODA DE FERMENTARE De importanță tehnică: Producerea acidului L-glutamic din chimia D-glucozei din timpul nostru, 1984, 18, 73
METODĂ DE FERMENTARE Microorganisme + soluție nutritivă 1. Balon agitați (1 l) 2. Prefermentator (1000 l) + aer constant și 3. Fermentator intermediar (10 000 l) alimentare cu amoniac 4. Fermentator principal (100 000 l) Microorganisme de tip sălbatic Feedback inhibiție mutanți auxotrofici fără inhibiție Companie: Degussa/Rexim, Wacker (Germania)
METODA DE FERMENTARE Microorganisme + soluție nutritivă 1. Balon agitați (1 l) 2. Prefermentator (1000 l) + aer permanent și 3. Fermentator intermediar (10 000 l) alimentare cu amoniac 4. Fermentator principal (100 000 l) Leucină Isoleucină Lizină Tirozină Alanină Valină Fenilalanină Triptofan Treonină Acid glutamic
SINTEZE CHIMICE Producerea de aminoacizi din materii prime petrochimice 1. Sinteza valinei COOH H 3 O + CHO + NH 3 + HCN CH NH 2 D, L- valină 2. Sinteza metioninei
SINTEZE CHIMICE Sinteza metioninei Substanțe naturale în industria chimică, spectru, ediția I, 2007, randament 139> 90%
SEPARARE STEREOIZOMERĂ Metode pentru separarea enantiomerilor rezultați: 1. Proces enzimatic 2. Metodă de cristalizare 3. Separare prin săruri diastereomerice
STEREOISOMERENTRENNUNG Chimia proceselor enzimatice în timpul nostru, 1984, 18, 73
SEPARAREA STEREOIZOMERILOR Metoda de cristalizare Soluția suprasaturată este inoculată cu unul dintre enantiomeri. Aplicarea substanței farmaceutice active L- (S) - (carboximetil) cisteină (L-SCC) chimia în timpul nostru, 1984, 18, 73
SEPARAREA STEREOIZOMERILOR Separarea prin săruri diastereomerice Utilizarea unei substanțe chirale ca reactiv de separare sau a unui amestec de reactivi de separare din aceeași familie Se obține un amestec de săruri diastereomerice. Aceasta poate fi separată prin cristalizare.
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Amidocarbonilare Utilizarea catalizatorilor de cobalt și paladiu Descoperiți de Hachiro Wakamatsu la începutul anilor 1970 (Ajinomoto) Structura structurii aminoacizilor într-o singură etapă Chem. Atomic-economică și ecologică.
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Amidocarbonilare catalizată de cobalt Angew. Chem., 2000, 112, 1027
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Amidocarbonilare catalizată cu paladiu Angew. Chem., 2000, 112, 1027
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Amidocarbonilare Motivul structural al acizilor N-acilaminocarboxilici apare în numeroși compuși. Angew. Chem., 2000, 112, 1027
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Sinteză enantioselectivă Hidrogenarea enantioselectivă folosind rodiu cu liganzi de fosfor chirali Dezvoltată de W.S. Knowles și L. Horner în anii 1960 Transferate la scară tehnică de Monsanto și utilizate pentru producția de L-Dopa
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Sinteză enantioselectivă Există o mare varietate de liganzi chirali. Se pot obține randamente foarte bune de peste 95%. Știință, 1982, 217, 401
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Mecanismul științei hidrogenării catalitice, 1982, 217, 401
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Știința contemplării energetice, 1982, 217, 401
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Sinteza enantioselectivă Strecker Chem. Rev., 2003, 103, 2795
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Sinteză enantioselectivă Strecker Utilizarea: organocatalizatori chirali catalizatori chirali metalici sinteze analoage Chem. Rev., 2003, 103, 2795
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Sinteza enantioselectivă Strecker Prezentare generală a organocatalizatorilor chirali Chem. Rev., 2003, 103, 2795
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Sinteza enantioselectivă Strecker Prezentare generală a substraturilor și randamentelor Chem. Rev., 2003, 103, 2795
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Sinteza enantioselectivă Strecker Prezentare generală a catalizatorilor metalici chirali Chem. Rev., 2003, 103, 2795
SINTEZĂ ASIMETRICĂ Sinteza enantioselectivă Strecker Prezentare generală a substraturilor și randamentelor Chem. Rev., 2003, 103, 2795
REZUMAT ȘI CONCLUZIE Metode de extracție Avantaje Sunt disponibile surse de proteine ieftine dacă naturale, ieftine (deșeuri) Producerea ușoară a unor aminoacizi slab solubili Dezavantaje Procese complexe de curățare Procese discontinue (lot) Costuri ridicate de personal Cantitățile de aminoacizi furnizate de materia primă nu sunt adaptate nevoilor pieței
REZUMAT ȘI CONCLUZIE Metode de fermentare Avantaje Surse ieftine de carbon și azot ca materii prime Se produc aproape numai L-aminoacizi Dezavantaje Randamente mai mici decât procesele sintetice Izolarea costisitoare a aminoacizilor Funcționare discontinuă (lot) Este nevoie de personal mai mare
REZUMAT ȘI CONCLUZIE Sinteze chimice Avantaje Producție pe scară largă posibilă Ușurința de izolare și purificare a produselor Funcționare continuă Dezavantaje Etape suplimentare necesare pentru separarea enantiomerilor și racemizarea
REZUMAT ȘI CONCLUZIE Metode enzimatice Avantaje Izolare ușoară datorită concentrației ridicate de produs Implementare continuă și automată Costuri reduse de personal
REZUMAT ȘI CONCLUZIE Concluzie Datorită complexității compușilor biologic activi, precum și creșterii industriei biotehnologiei, metodele enzimatice și fermentative sunt procese de pionierat.
SURSE DE LITERATURĂ B. Schäfer, Produse naturale ale industriei chimice, Spectrum, ediția I, 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, M., Katsumata, R., App. Mediu 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.