CZ111394A3 - Process for preparing n-(phosphonomethyl)glycine - Google Patents
Process for preparing n-(phosphonomethyl)glycine Download PDFInfo
- Publication number
- CZ111394A3 CZ111394A3 CZ941113A CZ111394A CZ111394A3 CZ 111394 A3 CZ111394 A3 CZ 111394A3 CZ 941113 A CZ941113 A CZ 941113A CZ 111394 A CZ111394 A CZ 111394A CZ 111394 A3 CZ111394 A3 CZ 111394A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- acid
- reaction
- hydrogenation
- oxygen
- glycolic acid
- Prior art date
Links
- XDDAORKBJWWYJS-UHFFFAOYSA-N glyphosate Chemical compound OC(=O)CNCP(O)(O)=O XDDAORKBJWWYJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 6
- HHLFWLYXYJOTON-UHFFFAOYSA-N glyoxylic acid Chemical compound OC(=O)C=O HHLFWLYXYJOTON-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 161
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N Glycolic acid Chemical compound OCC(O)=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 118
- MGRVRXRGTBOSHW-UHFFFAOYSA-N (aminomethyl)phosphonic acid Chemical compound NCP(O)(O)=O MGRVRXRGTBOSHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 69
- 108010062584 glycollate oxidase Proteins 0.000 claims abstract description 52
- 102000016938 Catalase Human genes 0.000 claims abstract description 46
- 108010053835 Catalase Proteins 0.000 claims abstract description 46
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 41
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 23
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 31
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 31
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 27
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 20
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 claims description 17
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 10
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 239000007868 Raney catalyst Substances 0.000 claims description 3
- 229910000564 Raney nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 102100038837 2-Hydroxyacid oxidase 1 Human genes 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 87
- 239000005562 Glyphosate Substances 0.000 abstract description 2
- 229940097068 glyphosate Drugs 0.000 abstract description 2
- 229960004275 glycolic acid Drugs 0.000 description 54
- 102100038838 2-Hydroxyacid oxidase 2 Human genes 0.000 description 46
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 41
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 37
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 37
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- FVTCRASFADXXNN-SCRDCRAPSA-N flavin mononucleotide Chemical compound OP(=O)(O)OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O FVTCRASFADXXNN-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 27
- 229940013640 flavin mononucleotide Drugs 0.000 description 27
- FVTCRASFADXXNN-UHFFFAOYSA-N flavin mononucleotide Natural products OP(=O)(O)OCC(O)C(O)C(O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O FVTCRASFADXXNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000011768 flavin mononucleotide Substances 0.000 description 27
- 235000019231 riboflavin-5'-phosphate Nutrition 0.000 description 27
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-M Glycolate Chemical compound OCC([O-])=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 24
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M Formate Chemical compound [O-]C=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 22
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 20
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 19
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 17
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 14
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 14
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Chemical compound CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 241000228245 Aspergillus niger Species 0.000 description 11
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 241000219315 Spinacia Species 0.000 description 10
- 235000009337 Spinacia oleracea Nutrition 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- -1 ethylenediamine Chemical class 0.000 description 10
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 9
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 108030001056 (S)-2-hydroxy-acid oxidases Proteins 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002585 base Substances 0.000 description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 4
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 4
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 3
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 150000002466 imines Chemical class 0.000 description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 3
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical class [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 2
- FSVCELGFZIQNCK-UHFFFAOYSA-N N,N-bis(2-hydroxyethyl)glycine Chemical compound OCCN(CCO)CC(O)=O FSVCELGFZIQNCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000061176 Nicotiana tabacum Species 0.000 description 2
- 235000002637 Nicotiana tabacum Nutrition 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000007998 bicine buffer Substances 0.000 description 2
- 238000009903 catalytic hydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N glyoxal Chemical compound O=CC=O LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002374 hemiaminals Chemical class 0.000 description 2
- 230000002363 herbicidal effect Effects 0.000 description 2
- 239000004009 herbicide Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N isobutyric acid Chemical compound CC(C)C(O)=O KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- HXKKHQJGJAFBHI-UHFFFAOYSA-N 1-aminopropan-2-ol Chemical compound CC(O)CN HXKKHQJGJAFBHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OORRCVPWRPVJEK-UHFFFAOYSA-N 2-oxidanylethanoic acid Chemical compound OCC(O)=O.OCC(O)=O OORRCVPWRPVJEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000000832 Ayote Nutrition 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000004244 Cucurbita moschata Species 0.000 description 1
- 235000009854 Cucurbita moschata Nutrition 0.000 description 1
- 235000009804 Cucurbita pepo subsp pepo Nutrition 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 description 1
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 description 1
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001464837 Viridiplantae Species 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IKHGUXGNUITLKF-XPULMUKRSA-N acetaldehyde Chemical compound [14CH]([14CH3])=O IKHGUXGNUITLKF-XPULMUKRSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 150000004705 aldimines Chemical class 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000288 alkali metal carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008041 alkali metal carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 238000010533 azeotropic distillation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012742 biochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000000539 dimer Substances 0.000 description 1
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- LXFSGRVKYHMMDN-UHFFFAOYSA-N formic acid 2-hydroxyacetic acid oxaldehydic acid oxalic acid Chemical compound C(CO)(=O)O.C(CO)(=O)O.C(C(=O)O)(=O)O.C(=O)O.C(C=O)(=O)O LXFSGRVKYHMMDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004675 formic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229940015043 glyoxal Drugs 0.000 description 1
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 description 1
- 150000002373 hemiacetals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940102253 isopropanolamine Drugs 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- 210000004962 mammalian cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- WDWDWGRYHDPSDS-UHFFFAOYSA-N methanimine Chemical compound N=C WDWDWGRYHDPSDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YACKEPLHDIMKIO-UHFFFAOYSA-N methylphosphonic acid Chemical compound CP(O)(O)=O YACKEPLHDIMKIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003891 oxalate salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- MUMZUERVLWJKNR-UHFFFAOYSA-N oxoplatinum Chemical compound [Pt]=O MUMZUERVLWJKNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005949 ozonolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-O phosphonium Chemical class [PH4+] XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 150000004714 phosphonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 231100000208 phytotoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000000885 phytotoxic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003446 platinum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000020004 porter Nutrition 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 235000015136 pumpkin Nutrition 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
- C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
- C07C51/347—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups
- C07C51/373—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups by introduction of functional groups containing oxygen only in doubly bound form
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F9/00—Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
- C07F9/02—Phosphorus compounds
- C07F9/28—Phosphorus compounds with one or more P—C bonds
- C07F9/38—Phosphonic acids [RP(=O)(OH)2]; Thiophosphonic acids ; [RP(=X1)(X2H)2(X1, X2 are each independently O, S or Se)]
- C07F9/3804—Phosphonic acids [RP(=O)(OH)2]; Thiophosphonic acids ; [RP(=X1)(X2H)2(X1, X2 are each independently O, S or Se)] not used, see subgroups
- C07F9/3808—Acyclic saturated acids which can have further substituents on alkyl
- C07F9/3813—N-Phosphonomethylglycine; Salts or complexes thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
- C12P7/42—Hydroxy-carboxylic acids
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu výroby N-(fosfonomethyl)glycinu hydrogenaci směsí vzniklých reakcí glykolové kyseliny s kyslíkem ve vodném roztoku obsahujícím aminomethylfosfonovou kyselinu (AMPA) a enzymy glykolát oxidasu ((S)-2-hydroxykyselina oxidasu, EC 1.1.3.15] a katalasu (EC 1.11.1.6). N-(fosfonomethyl)glycin je postemergentní fytotoxická látka a herbicid se širokým spektrem účinnosti, užitečný při regulaci růstu širokého rozsahu rostlin.
Dosavadní stav techniky
Glykolát oxidasa je enzym, který se běžně nalézá v buňkách listů zelených rostlin a savčích buňkách a který katalýzuje oxidaci glykolové kyseliny na glyoxylovou kyselinu za současné tvorby peroxidu vodíku. Tuto reakci lze popsat následující chemickou rovnicí:
hoch2co2h + o2 -> ochco2h + h2o2
Ν. E. Tolbert et al., (J. Biol. Chem., sv. 181, str. 905 - 914 (1949)) poprvé oznámili objev enzymu extrahovaného z listů tabáku, který katalýzuje oxidaci glykolové kyseliny na kyselinu mravenčí a oxid uhličitý přes tvorbu meziproduktu, kterým je glyoxylová kyselina.
Přídavkem určitých sloučenin, jako je ethylendiamin bylo možno omezit další oxidaci intermediární glyoxylové kyseliny. Podle této citace se oxidace provádějí při pH přibližně 8, obvykle za použití kyseliny glykolové v koncentraci přibližně 3 až 40mM (mmol/1). Optimální hodnota pH pro oxidaci glykolátu je údaje 8,9. Bylo oznámeno, že kyselina štavelová (v lOOmM koncentraci) inhibuje katalytické působení glykolát oxidasy. Podobné, K. E. Richardson a Ν. E. Tolbert, J. Biol. Chem., εν. 236. str. 1280 - 1284 (1961) ukázali, že pufry obsahující tris (hydroxymethyl )aminomethan (TRIS) inhibují tvorbu kyseliny štavelové při oxidaci glykolové kyseliny, která je katalýzována glykolát oxidasou. C. O. Clagett, Ν. E. Tolbert a R. H. Burris (J. Biol. Chem., sv. 178, str. 977 - 987 (1949)) oznámili, že optimální hodnota pH pro oxidaci glykolové kyseliny kyslíkem, která je katalýzována glykolát oxidasou, je přibližně 7,8 - 8,6 a optimální teplota leží v rozmezí od 35 do 40 °C.
I. Zelitch a S. Ochoa [J. Biol. Chem., sv. 201, str. 707 - 718 (1953)] a J. C. Robinson et al., [J. Biol. Chem., sv. 237, str. 2001 - 2009 (1962)] oznámili, že tvorba kyseliny mravenčí a oxidu uhličitého při oxidaci glykolové kyseliny působením glykolát oxidasy ze špenátu je důsledkem neenzymatické reakce peroxidu vodíku s glyoxylovou kyselinou. Tito autoři zjistili, že přídavkem katalasy, což je enzym, který katalýzuje rozklad peroxidu vodíku, je možno podstatně zlepšit výtěžky glyoxylové kyseliny tím, že se potlačí tvorba kyseliny mravenčí a oxidu uhličitého. Také bylo zjištěno, že lze podstatně zvýšit stabilitu glykolát oxidasy přídavkem FMN (flavinmononukleotidu).
N. A. Frigerio a H. A. Harbury (J. Biol. Chem., sv. 231, str. 135 - 157 (1958)] oznámili přípravu a vlastnosti glykolová kyselina oxidasy, izolované ze špenátu. Bylo zjištěno, že tento purifikovaný enzym je velmi nestálý v roztoku. Tato nestálost byla vysvětlována poměrně slabou vazbou flavinmononukleotidu (FMN) k účinnému místu enzymu a disociací enzymaticky účinných tetramerů a/nebo oktamerů enzymu na enzymaticky neúčinné monomery a dimery, které se nevratně agregují a srážejí. Přídavkem FMN (flavinmononukleotidu) k roztokům tohoto enzymu bylo možno dosáhnout podstatného zvýšení stability enzymu. Vysoké koncentrace proteinu nebo vysoká iontová síla jsou schopny enzym udržet ve formě oktamerú nebo tetramerů.
Existují četné další odkazy, které se vztahují k oxidaci glykolové kyseliny, která je kagalýzována glykolová kyselina oxidasou. Izolace enzymu (a zkušební metoda) jsou popsány v následujících odkazech: I. Zelitch, Methods in Enzymology, sv. 1, Academie Press New York, 1955, str. 528 532 (enzym ze špenátových a tabákových listů); M. Nishimura et al., Arch. Biochem. Biophys., sv. 222, str. 397 - 402 (1983 ) (z kotyledonů tykve); H. Asker a D. Davies, Biochem. Biophys. Acta, sv. 761, str. 103 - 108 (1983) (z jater krysy); a M. J. Emes a K. H. Erismann, Int. J. Biochem., sv 16, str. 1373 - 1378 (1984) (z Lemma minor L. ) . Strukturu tohoto enzymu rovněž oznámili E. Cederlund et al., [Eur. J. Biochem., sv. 173, str. 523 - 530 (1988) a Y. Lindquist a C Branden, J. Biol. Chem., sv. 264, str. 3624 - 3628 (1989)].
Jsou známy četné metody pro přípravu N-(fosfonomethyljglycinu z aminomethylfosfonové kyseliny a glyoxylové kyseliny. Jedna taková metoda, která je popsána v Rogers et al., Evropská patentová přihláška č. 186 648, zahrnuje kondenzaci glyoxylové kyseliny nebo její soli s aminomethylfosfonovou kyselinou nebo její solí, za vzniku meziproduktu, který je obvykle považován za aldimin (Schiffovu bázi), který se bez izolace redukuje, například katalytickou hydrogenaci, na N-(fosfonomethyl)glycin . Při druhé z těchto metod (Gaertner, US patent 4 094 928) se stejný meziprodukt, karbonylaldiminomethanf osf onát, připravuje reakcí esteru kyseliny glyoxylové s esterem aminomethylfosfonové kyseliny v nevodnéa rozpouštědle. Po azeotropickém oddestilování vedy a odstranění rozpouštědla se izolovaný ester karbonylaldiminomethanfosfonové kyseliny redukuje a esterové skupiny se hydrolýzují, za vzniku N-(fosfonomethylJglycinu.
Výše uvedené postupy, které vedou k N-(fosfonomethyl Jglycinu, mají nevýhodu v tom, že glyoxylová kyselina je velmi nákladná výchozí látka, a proto je snaha získat požadovanou látku méně nákladnými způsoby. Existující způsoby přípravy glyoxylové kyseliny, jako je hydrolýza dihalogenoctové kyseliny, elektrolytická redukce kyseliny šůavelové, oxidace glyoxalu, katalytická oxidace ethylenu nebo acetaldehydu a ozonolýza kyseliny maleinové, jejích esterů nebo jejího anhydridu, jsou v praxi doprovázeny jedním nebo více problémy, jako jsou například nákladné stupně separace a čištění, nizké výtěžky nebo velké množství odpadních produktů. Způsob popsaný Gaertnerem je též nevýhodný z toho důvodu, že vyžaduje několik přídavných stupňů (které jsou spojeny s odpovídajícím poklesem výtěžku) a nežádoucí izolací meziproduktu.
Další způsob syntézy N-(fosfonomethyl)glycinu, který je popsán v US patentu č. 4 670 191 (Kleiner) zahrnuje reakci arainomethylfosfonové kyseliny nebo její soli přibližně s dvěma molárními ekvivalenty glyoxylové kyseliny ve vodném prostředí. Nadbytek glyoxylové kyseliny zřejmě působí jako redukční činidlo, které převádí intermediární reakční produkt kyseliny glyoxylové a kyseliny aminomethylf osf onové na požadovaný N-(fosfonomethyl)glycin a sám o sobě se oxiduje na jeden nebo více vedlejších produktů, včetně oxidu uhličitého. Podobně, Fields et al., (US patent č. 4 851 159) připravují N-{fosfonomethyl)glycin zahříváním N-acylaminomethylfosfonové kyseliny s glyoxylovou kyselinou nebo jejím derivátem. Molární poměr glyoxylové reakční složky k N-acylaminosložce je přednostně v rozmezí od 2 do 1. Při nižších molárních poměrech se dosahuje snížených výtěžků.
Postupy podle Kleinera a Fieldse et al, mají nevýhodu nejen v tom, že se při nich používá poměrně nákladné glyoxylové kyseliny, nýbrž i v tom, že se tato kyselina také obětuje jako redukční činidlo (tj, na každý mol vyrobeného N-(fosfonomethylJglycinu se používá přibližně jednoho mol glyoxylátu jako redukčního činidla) a jako kondenzační činidlo pro amino(nebo N-acylamino)methylfosfonovou kyselinu.
Podstata vynálezu
Způsob výroby N-(fosfonomethylJglycinu podle tohoto vynálezu zahrnuje hydrogenací směsi, kterážto směs byla enzymaticky vyrobena reakcí glykolové kyseliny s kyslíkem ve vodném roztoku obsahujícím aminomethylfosfonovou kyselinu (AMPA) a enzymy glykolát oxidasu a katalasu. v souvislosti s vynálezem je třeba si uvědomit, že směsi vyrobené enzymatickou oxidací glykolové kyseliny za přítomnosti aminomethylfosfonové kyseliny nutně obsahují kromě požadované složky glyoxylové kyseliny také různé vedlejší produkty oxidace (jako jejich neomezující příklady je možno uvést štavelany, mravenčany a oxid uhličitý). V těchto směsích budou také přítomny nezreagovaný glykolát, jakož i různé přísady, jako je flavinroononukleotid (dále označovaný zkratkou FMN) apod. z nichž všechny mohou popřípadě ovlivňovat požadovanou následnou hydrogenační reakci. Tak například se zjistilo (na toto zjištění se vynález neomezuje), že jak formiát tak FMN snižují dosaženou uhlíkovou bilanci, pokud jsou přítomny v průběhu hydrogenace glyoxylové kyseliny, prováděné za přítomnosti AMPA.
Předmětem tohoto vynálezu je proto dále i způsob odstraňování a regenerace enzymů z roztoku vzniklého při enzymatické oxidaci a případný způsob odstraňování FMN před hydrogenačním stupněm.
ÍBHBS5-T
ΒΒΚΒΗΒΪ
Předmětem vynálezu je tedy zlepšený způsob výroby N-(fosfonomethylJglycinu, který zahrnuje stupeň redukce směsi glyoxylové kyseliny a aminomethylfosfonové kyseliny hydrogenací, přičemž výše uvedená směs se enzymaticky vyrobí in šitu ve vodném roztoku tak, že se do vodného roztoku glykolové kyseliny zavede první katalyzátor, který je schopen katalýzovat oxidaci glykolové kyseliny kyslíkem na glyoxylovou kyselinu a peroxid vodíku a druhý katalyzátor, který je schopen katalýzovat rozklad peroxidu vodíku, hodnota pH tohoto roztoku se nastaví do rozmezí od 6 do asi 10, roztok se uvede do styku se zdrojem kyslíku při účinné teplotě a po dobu postačující pro konverzi přinejmenším části složky glykolové kyseliny na složku glyoxylové kyseliny, za přítomnosti aminomethylfosfonové kyseliny a styk tohoto roztoku s kyslíkem se přeruší před redukčním stupněm.
Přednostně se používá enzymatických katalyzátorů a zvláště výhodné je, když prvním enzymem je glykolát oxidasa [ (S)-2-hydroxykyselina oxidasa, EC 1.1.3.15] a druhým enzymem je katalasa (EC 1.11.1.6). Když se skončí kontaktování roztoku s kyslíkem za přítomnosti katalyzátorů/enzymů, katalyzátory/enzymy se odstraní, jako například filstracx nebo centrifugací a potom se roztok vystaví redukčním podmínkám za účelem výroby N-(fosfonomethyl)glycinu.
Díky tomu, že způsob podle vynálezu umožňuje vyhnout se přípravě glyoxylové kyseliny ve zvláštním stupni, představuje účinnější a ekonomičtější způsob výroby N- (f osf onomethyl )glycinu.
Předmětem vynálezu je tedy zlepšený způsob výroby N-(fosfonomethyl)glycinu redukcí směsi glyoxylové kyseliny a aminomethylfosfonové kyseliny, který se vyhýbá nutnosti oddělené připravovat glyoxylovou kyselinu.
Ά&ΑϊΚί·.
Předmět vynálezu také představuje způsob, při němž se glyoxylová kyselina enzymaticky tvoří in šitu za přítomnosti aminomethylfosfonové kyseliny ze snadno dostupného prekursoru, totiž glykolové kyseliny, což se v konečném důsledku projevuje tím, že je k dispozici účinnější a hospodárnější způsob výroby N-(fosfonomethyl)glycinu.
Následuje podrobnější popis vynálezu.
Zlepšený způsob výroby N-(fosfonomethyl)glycinu podle tohoto vynálezu zahrnuje redukci směsi obsahující glyoxylovou kyselinu (nebo její vhodný derivát) s aminomethylfosfonovou kyselinou (AMPA) (nebo jejím vhodným derivátem). Přednostně se tato směs připravuje katalytickou oxidací složky glykolové kyseliny nebo její vhodné soli tak, že se složka glykolové kyseliny uvede do styku se zdrojem molekulárního kyslíku za přítomnosti AMPA a katalyzátoru, který účinně katalýzuje reakci glykolové kyseliny s kyslíkem, za vzniku glyoxylové kyseliny. Jedním takovým katalyzátorem je přírodní enzym glykolát oxidasa (EC 1.1.3.15), také známý pod názvem glykolová kyselina oxidasa, který je schopen katalýzovat reakci vedoucí ke vzniku glyoxylové kyseliny ve vysokých výtěžcích při vysoké konverzi glykolové kyseliny ve vodných prostředích za mírných podmínek pH a teploty, tj.
HOCH2CO2H + o2 -> OCHCO2H + H2O2
Katalytická oxidace glykolové kyseliny nebo její vhodné soli se účelně provádí tak, že se glykolová kyselina uvádí do styku se zdrojem molekulárního kyslíku za přítomnosti enzymatického katalyzátoru, který katalýzuje reakci glykolové kyseliny s kyslíkem za vzniku glyoxylové kyseliny. Jedním takovým katalyzátorem je enzym glykolát oxidasa (EC 1.1.3.15), který je též znám pod označením kyselina glykolová oxidasa. Glykolát oxidasa se může izolovat z četných zdrojů, které jsou v tomto oboru dobře známy. Glykolát oxidasa, které se při reakci používá, by měla být přítomna v účinné koncentraci, obvykle koncentraci od asi 0,01 do asi 1000 IU/ml, přednostně od asi 0,1 do asi 4 IU/ml. Jednotka IU (International Unit) je definována jako množství enzymu katalýzující transformaci 1 μιηοΐ substrátu za minutu. Způsob stanovení tohoto enzymu je popsán v I. Zelitch a S. Ochoa [J. Biol. Chem., sv. 201, str. 707 - 718 (1953)]. Této metody se také používá pro stanovení aktivity regenerované nebo recyklované glykolát oxidasy.
Přestože je enzymaticky katalýzovaná reakce glykolové kyseliny s kyslíkem dobře známa, až dosud nebylo dosaženo vysoké selektivity na glyoxylovou kyselinu a nejsou k dispozici žádné zprávy o tom, že by enzymatická oxidace glykolové kyseliny byla prováděna za přítomnosti aminomethylfosfonové kyseliny (AMPA). Dřívější patentová přihláška, tj. mezinárodní přihláška PCT s publikačním číslem wo 91/05868, z 2. května 1991 o názvu Production of Glyoxylic Acid by Enzymatic Oxidation of Glycolic Acid popisuje způsob enzymatické konverze, glykolové kyseliny na glyoxylovou kyselinu za přítomnosti kyslíku, aminového pufru a rozpustného enzymu glykolát oxidasy a katalasy. Při tomto způsobu byl demonstrován neočekávaný synergický účinek vyplývající z použití katalasy (za účelem rozložení peroxidu vodíku, který vzniká jako vedlejší produkt) a aminového pufru, který umožňuje získat chemický adukt s vyrobenou glyoxylovou kyselinou (což omezuje další oxidaci této látky). Ani přidání samotné katalasy ani přidání samotného aminového pufru nemá za následek dosažení vysoké selektivity, která je pozorována, když jsou najednou přítomny obě tyto látky a téměř kvantitativní výtěžek glyoxylové kyseliny, kterého se při reakci dosahuje je vyšší, než je výtěžek, který mohl být očekáván na základě součtu účinků katalasy a aminového pufru, pokud se těchto látek používá jednotlivě.
Zjistilo se, že zlepšení výtěžků glyoxylátu, kterého se dosahuje tím, že se vytvoří komplex glyoxylátu a aminového pufru, který je odolný vůči oxidaci (přes tvorbu N-substituovaného hemiaminalu a/nebo iminu), je závislé na hodnotě pKa protonovaného aminového pufru. Výsledek oxidace vodného roztoku glykolové kyseliny (ve formě 0,25M roztoku) za přítomnosti aminového pufru (0,33M, pH 8,3), glykolát oxidasy (0,5 IU/ml), katalasy (1400 IU/ml) a FMN (0,QlmM) při 30 °C a za tlaku kyslíku-0,1 MPa za dobu 24 hodin je uveden v následující tabulce, současně s výsledky reakcí, které byly prováděny za použití dvou pufru, u nichž nelze očekávat, že by mohly vytvářet komplex s glyoxylátem (fosfátový a bicinový pufr):
| Pufr (pKa) | Oxalát (%) | Glyoxylát (%) | Glykolát (%) | Formiát (%) |
| ethylendiamin (6,85; 9,93) | 6,8 | 85,5 | 0,8 | 2,4 |
| TRIS (8,08) | 1,1 | 81,0 | 2,8 | 12,0 |
| methylenamin (10,62) | 1,0 | 53,9 | 39,8 | 5,1 |
| ethanolamin (9,50) | 1,8 | 69,6 | 4,81 | 24,5 |
| chlorid amonný (9,24) | 1,1 | 39,9 | 37,7 | 18,9 |
| isopropanolamin (9,43) | 2,0 | 60,0 | 4,8 | 37,4 |
| bicin (8,30) | 1,0 | 24,9 | 25,6 | 43,8 |
| fosfát (2,15; 7,10; 12,3) | 0,7 | 24,5 | 52,4 | 21,2 |
Ze zkoušených aminových pufrú se s aminy, jejichž hodnota pKa je přibližně rovna pH reakční směsi nebo nižší (tj. ethylendiaminem a TRIS) dosahuje podstatně vyšších výtěžků glyoxylátu (a nižší tvorby formiátu a oxalátu) ve srovnání s aminovými pufry, jejichž hodnoty pKa jsou vyšší, než je hodnota pH, při níž byla reakce prováděna. Tyto výsledky jsou konsistentní s očekáváním, že přítomnost neprotonovaného aminu představuje nutnou podmínku pro tvorbu oxidačně stálého N-substituovaného hemiaminalového a/nebo iminového komplexu s glyoxylátem. Aminový pufr, jehož hodnota pKa je podstatně vyšší než pH reakční směsi, by byl v reakční směsi přítomen převážně ve formě protonovaného amoniového iontu, a proto by byla menší pravděpodobnost vzniku takových komplexů s glyoxylátem.
Hodnota pKa protonovaného aminu odvozeného od aminomethylfosfonové kyseliny (AMPA) je údajně 10,8 (Lange's Handbook of Chemistry, J. A. Dean, Ed. , McGraw-Hill, New York, 1979, 12. vydání) a proto nebylo možno očekávat, že přídavkem AMPA při enzymatické oxidaci glykolové kyseliny při pH v rozmezí od 7 do 9 by se mohlo projevit zvýšením výtěžků glyoxylové kyseliny. Připojené příklady ilustrují, že za použití tohoto aminu je možno dosáhnout výtěžků kyseliny glyoxylové až 92 %. Kromě neočekávaných vysokých výtěžků glyoxylové kyseliny se použití AMPA také projevuje ve zlepšené regeneraci aktivity glykolát oxidasy a katalasy, ve srovnání s reakcemi, které se provádějí za nepřítomnosti přidané AMPA (příklad 13). Při postupech, při nichž se používá enzymových katalyzátorů bývá regenerace katalyzátoru pro recyklování obvykle nutná, poněvadž náklady na katalyzátor tvoří podstatnou složku celkových výrobních nákladů.
Optimálních výsledků při použití glykolát oxidasy jako katalyzátoru oxidační konverze glykolové kyseliny na
TBPW
- -..·.· - .λ*··- >·.··.·-.,,-. ·Γ·:•^i-;*;.’..:.·/.·* κέ.*χ;;ο{:ι ^·. ι»·*.' glyoxylovou kyselinu se získají v tom případě, že se do reakčního roztoku přidá katalyzátor rozkladu peroxidu vodíku. Jedním takovým katalyzátorem, který způsobuje rozklad peroxidu a který je účinný v kombinaci s glykolát oxidasou, je enzym katalasa (E.C.1.11.1.6). Katalasa katalýzuje rozklad peroxidu vodíku na vodu a kyslík a předpokládá se, že příčinou zlepšení výtěžků glyoxylové kyseliny při způsobu podle vynálezu, poněvadž urychluje rozklad peroxidu vodíku vznikajícího spolu s glyoxylovou kyselinou při glykolát oxidasou katalýzované reakci glykolové kyseliny s kyslíkem. Koncentrace katalasy by měla být v rozmezí od 50 do 50000 lU/ml, přednostně 500 až 15000 lU/ml. Koncentrace katalasy a glykolát oxidasy se přednostně nastavuje do výše uvedených rozmezí tak, aby poměr (uváděný pro každý enzym v IU) katalasy ke glykolát oxidase byl přinejmenším asi 250:1.
Další případnou, ale často prospěšnou přísadou k reakčnímu roztoku je flavinmononukleotid (FMN), kterého se obvykle používá v koncentraci od 0,0 do asi 2,0mM, přednostně asi 0,01 až asi 0,2mM. Předpokládá se, že FMN zvyšuje produktivitu glykolát oxidasy, čímž je míněno množství glykolové kyseliny převedené na glyoxylovou kyselinu, vztažené na jednotku enzymu. Uváděná koncentrace přidaného FMN představuje přídavnou koncentraci FMN k množství FMN, které je popřípadě do reakčního systému zavedeno spolu s enzymem (FMN se totiž často přidává k enzymu v průběhu jeho přípravy) . Struktura FMN a způsob jeho analýzy jsou popsány v K. Yagai, Methods of Biochemical Analysis, sv. X, Interscience Publishers, New York, 1962, str. 319 - 355.
Glykolové kyselina (kyselina 2-hydrcxyoctová) je obchodně dostupná. Při reakci podle vynálezu leží její počáteční koncentrace v rozmezí od 0,10 do 2,0, přednostně τ
s
- 12 od 0,25 do 1,OM. Může se jí používat jako takové nebo ve formě kompatibilní soli, tj. soli, která je rozpustná ve vodě a jejíž kation nenarušuje požadovanou konverzi glykolové kyseliny na glyoxylovou kyselinu nebo následující reakci získané glyoxylové kyseliny s aminomethylfosfonovou kyselinou, kterou se připravuje N-(fosfonomethyl)glycin. Vhodná kompatibilní solitvorná kationtová skupina se snadno může zjistit pokusně. Jako reprezentativní příklady vhodných solí je možno uvést soli alkalických kovů, kovů alkalických zemin, amonné soli, substituované amoniové soli, fosfoniové soli a substituované fosfoniové soli.
Konverze glykolové kyseliny na glyoxylovou kyselinu se účelně a přednostně provádí ve vodných prostředích. Do tohoto vodného prostředí se přidává aminomethylfosfonová kyselina (AMPA) nebo její vhodná sůl až do dosažení molárního poměru AMPA/glykolová kyselina (výchozí množství) v rozmezí od 0,01/1,0 do 3,0/1,0, přednostně od 0,25/1,0 do 1,05/1,0. Po smísení AMPA s glykolovou kyselinou ve vodném roztoku se hodnota pH výsledné směsi nastaví na 6 až 10, přednostně 7,0 až 9,0. V tomto rozmezí pH se může přesná hodnota pH nastavit na požadovanou hodnotu přídavkem jakékoliv kompatibilní neinterferující báze, jako je hydroxid uhličitan, hydrogenuhličitan' a fosforečnan alkalického kovu. V průběhu reakce hodnota pH reakční směsi poněkud klesá, takže je často užitečné zahajovat reakci v blízkosti horní meze rozmezí pH, v němž má enzym maximální aktivitu, tj. při asi 9,0 až 8,5, aby mohla hodnota pH v průběhu reakce poklesnout. Hodnota pH se popřípadě také může udržovat separátním přidáváním neinterferujícího anorganického nebo organického pufru, poněvadž aktivita enzymu se mění s pH.
Je známo, že glykolová kyselina a glyoxylová kyselina je vysoce disociována ve vodě a při pH v rozmezí od do 10 je převážné, pokud ne úplně, přítomna ve formě glykolátových či glyoxylátových iontu. Odborníkům v tomto oboru je také zřejmé, že glyoxylová kyselina (a konjugovaná báze, glyoxylátový anion) může být též přítomna v hydratované formě, například ve formě sloučeniny vzorce (HO)2CHCOOH a/nebo ve formě hemiacetalu vzorce HOOCCH(OH)OCH(OH)COOH, kteréžto sloučeniny a jejich aniontové varianty jsou ekvivalentní glyoxylové kyselině a jejímu aniontu v tom smyslu, že jsou vhodnými reakčními složkami pro tvorbu N- (fosfonomethyl)glycinu.
Kyslík (O2), tj · oxidační činidlo pro konverzi glykolové kyseliny na glyoxylovou kyselinu, se může k reakční směsi přidávat v plynné formě tak, že se kapalná fáze míchá na fázovém rozhraní plyn-kapalina nebo se může zavádět prostřednictvím membrány propustné pro kyslík. Předpokládá se, že za většiny podmínek je reakční rychlost přinejmenším z části kontrolována rychlostí, kterou se kyslík rozpouští ve vodném prostředí. Přestože se tedy může kyslík přidávat do reakční směsi ve formě vzduchu, přednostně se používá kyslíku v poměrně čisté formě a dokonce se pracuje za zvýšených tlaků. Ačkoliv neexistuje žádná horní hranice tlaku kyslíku, může se používat tlaku kyslíku až do 5 MPa a přednostní horní hranice tlaku kyslíku je 1,5 MPa. Míchání je důležité pro zajištění vysokého stupně rozpouštění kyslíku a tedy vysoké reakční rychlosti. Může se použít jakékoliv vhodné formy míchání, jako například míchání rotačním míchadlem. Na druhé straně, jak je dobře známo odborníkům v oboru enzymů, mohou vysoké střižné síly při míchání nebo mícháni s vysokou tvorbou pěny mít za následek snížení aktivity enzymu nebo enzymů a je zapotřebí se mu vyhnout.
Reakční teplota je důležitou proměnnou, poněvadž ovlivňuje reakční rychlost a stabilitu enzymů. Může se pracovat při reakční teplotě od 0 do 40 °C, ale přednostní rozmezí reakční teploty je 5 až 15 °C. Jestliže se pracuje v přednostním teplotním rozmezí, maximalizuje se regenerovaná aktivita enzymu na konci reakce. Teplota by neměla být tak nízká, aby vodný roztok začal mrznout. Teplotu lze regulovat běžnými metodami jako například tím, že se pracuje v duplikatorové reakční nádobě a duplikátorovým pláštěm se vede teplosměnná kapalina o vhodné teplotě. Reakční nádoba muže být zhotovena z jakéhokoliv materiálu, který je inertní vůči reakčním složkám.
Po skončení reakce se mohou enzymy oddělit filtrací nebo odstřelováním a mohou se recirkulovat. Alternativně se mohou denaturovat a vysrážet zahřátím, například pětiminutovým zahříváním na 70 °C a/nebo se mohou ponechat v reakční směsi, pokud jejich přítomnost při následujících stupních konverze směsi glyoxylové kyseliny a áminomethylfosfonové kyseliny na N-(fosfonomethyl Jglycin a izolace N-(fosf onomethyl Jglycinu z reakční směsi není na závadu.
Po ukončení kontaktu reakčního roztoku s kyslíkem a přednostně po odstranění enzymu glykolát oxidasy a enzymu katalasy, pokud jsou tyto enzymy přítomny, se může popřípadě odstranit z reakční směsi flavinmononukleotid (FMN) tím, že se roztok uvede do styku s aktivním uhlím. Roztok obsahující glyoxylovou kyselinu a áminomethylf osf onovou kyselinu (o nichž se předpokládá, že jsou v rovnováze s odpovídajícím iminem) se redukuje, za vzniku N-( fosf onomethyl )glycinu.
Katalytická hydrogenace představuje přednostní metodu pro přípravu N-( fosf onomethyl Jglycinu ze směsi glyoxylové kyseliny a áminomethylf osf onovové kyseliny. Katalyzátory, které jsou vhodné pro tento účel zahrnují (uvedený výčet není omezující) různé kovy ze skupiny platiny, jako je iridium, osmium, rhodium, ruthenium,
Λ’Λλ* platina a paladium a také různé jiné přechodové kovy, jako je kobalt, měď, nikl a zinek. Katalyzátor muže být čistý (tj. bez nosiče), například Raneyův nikl nebo oxid platiny nebo může být nanesen na nosiči, jako například platina na uhlíku, paladium na oxidu hlinitém nebo nikl na křemelině. Přednost se dává paladiu na uhlíku, niklu na křemelině a Raneyovu niklu.
Hydrogenace se může provádět při pH v rozmezí od 4 do 11, přednostně od 5 do 10. V tomto rozmezí pH se může přesná hodnota nastavovat na požadovanou hodnotu přídavkem jakékoliv kompatibilní neinterferující báze nebo kyseliny. Jako neomezující příklady vhodných bází je možno uvést hydroxidy, uhličitany, hydrogenuhličitany a fosforečnany alkalických kovů a jako neomezující příklady vhodných kyselin je možno uvést kyselinu chlorovodíkovou, kyselinu sírovou nebo kyselinu fosforečnou.
Hydrogenační teplota a tlak mohou kolísat v širokých mezích. Teplota může být obecně v rozmezí od 0 do 150, přednostně od 20 do 90 °C, zatímco tlak vodíku leží obvykle v rozmezí přibližně od tlaku atmosferického do asi 10 MPa, přednostně od 0,1 do 1,0 MPa. Hydrogenačního katalyzátoru se používá v minimální koncentraci, která postačuje pro dosažení požadované reakční rychlosti a úplné konverze výchozích látek za zvolených reakčních podmínek. Tato koncentrace se snadno určí pokusem. Katalyzátoru se může používat v množství od 0,001 do 20 nebo více dílů hmotnostních na 100 dílu hmotnostních směsi glyoxylové kyseliny a AMPA, použité při reakci.
N-( fosfonomethyl Jglycin, což je látka důležitá jako postemergentní herbicid, se může izolovat z redukčního roztoku, at již se použije jaké/okoliv způsobu redukce, libovolným způsobem izolace známým v tomto oboru, jako jsou například způsoby popsané v US patentech č. 4 851 159 a
670 191 a Evropských patentových přihláškách č. 186 648 a
413 672.
V následujících příkladech, které mají za úkol dále objasnit vynález, aniž by jej omezovaly, jsou výtěžky glyoxylátu, formiátu a oxalátu a regenerovaného glykolátu uváděny v procentech, vztažených na celkové množství glykolové kyseliny přítomné na počátku reakce. Analýzy reakční směsi se provádějí za použití vysokotlaké kapalinové chromatografie. Analýzy organických kyselin se provádějí za použití sloupce Bio-Rad HPX-87H a AMPA a N-(fosfonomethyl)glycin se analýzují za použití analytického sloupce Bio-Rad Aroinex glyphosate. Uváděné výtěžky N-(fosfonomethylJglycinu jsou vztaženy budí na glyoxylát nebo AMPA, v závislosti na tom, která reakční složka je při reakci omezující.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Do 85ml Fischer-Porterovy skleněné aerosolové reakční nádoby se umístí magnetická míchací tyčinka a 10 ml vodného roztoku obsahujícího glykolovou kyselinu (0,25M), aminomethylfosfonovou kyselinu (AMPA, 0,263M), FMN (0,01mM), kyselinu propionovou (vnitřní standard pro HPLC, 0,125M), glykolát oxidasu (ze špenátu, 1,0 IU/ml) a katalasu (z Aspergillus niger, 1400 IU/ml) při pH 8,5. Reakční nádoba se uzavře, směs uvnitř se ochladí na 15 °C a potom se nádoba propláchne kyslíkem tím, že se uvede kyslík až do tlaku 481 kPa a potom se tlak uvolní na tlak atmosférický, přičemž tento postup se provádí za míchání a opakuje se 5x. Potom se do nádoby uvede znovu kyslík až do tlaku 481 kPa a směs se
Λ',·*:?· · - .: Λ/ύ ;'!<'(··: fú/K..?:-/* · v.,<;\z.·[ ,.<.'; « . · ·.?,>.·
- 17 míchá při 15 °C. Vzorkovacím otvorem se z nádoby injekční stříkačkou odebírají alikvotní vzorky (0,10 ml) (bez poklesu tlaku v nádobě) v pravidelných intervalech a tyto vzorky se analyzují HPLC, za účelem sledování postupu reakce. Po 5 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 70,4 %, formiátu 19,6 % a oxalátu 2,2 % a obsah zbývajícího glykolátu 5,3 %. Zbytková aktivita glykolát oxidasy je 27 % a katalasy 100 % jejich původní hodnoty.
Příklad 2 (srovnávací)
Opakuje se reakce popsaná v příkladu 1 za použití 0,33M hydrogenfosforečnanu didraselného místo 0,265M AMPA.
Po 5 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 34,1 %, formiátu 11,1 % a oxalátu 0,2 % a obsah zbývajícího glykolátu 58,7 %. Po 23 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 39,4 %, formiátu 44,7 % a oxalátu 15,34 %, přičemž obsah zbývajícího glykolátu je nulový. Zbytková aktivita glykolát oxidasy je 85 % a katalasy 87 % jejich původní hodnoty.
Příklad 3 (srovnávací)
Opakuje se reakce popsaná v příkladu 1 za použití 0,263M bicinového pufru místo 0,265M AMPA. Po 5 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 42,5 %, formiátu 49,6 % a oxalátu 10,1 % a obsah zbývajícího glykolátu 0,2 %· Zbytková aktivita glykolát oxidasy je 47 % a katalasy 100 % jejich původní hodnoty.
Příklad 4
Opakuje se reakce popsaná v příkladu 1 za použití 5600 IU/ml katalasy z Aspergillus niger. Po 6 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 85,5 %, formiátu 7,6 % a oxalátu 3,3 % a obsah zbývajícího glykolátu 2,5 %. Zbytková aktivita glykolát oxidasy je 36 % a katalasy 100 % jejich původní hodnoty.
Příklad 5
Opakuje se reakce popsaná v příkladu 1 za použití 14000 IU/ml katalasy z Aspergillus niger. Po 6 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 88,0 %, formiátu 3,3 % a oxalátu 3,0 % a obsah zbývajícího glykolátu 3,4 %. Zbytková aktivita glykolát oxidasy je 28 % a katalasy 96 % jejich původní hodnoty.
Příklad 6
Opakuje se reakce popsaná v'příkladu 1 za použití 56000 IU/ml katalasy z Aspergillus niger. Po 6 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 84,0 %, formiátu 0,4 % a oxalátu 2,5 % a obsah zbývajícího glykolátu 8,4 %. Zbytková aktivita glykolát oxidasy je 16 % a katalasy 76 % jejich původní hodnoty.
Příklad 7
Do 85ml Fischer-Porterovy skleněné aerosolové reakční nádoby se umístí magnetická míchací tyčinka a 10 ml vodného roztoku obsahujícího glykolovou kyselinu (0,25M), aminomethylfosfonovou kyselinu (AMPA, 0,20M), FMN (0,01mM), kyselinu máselnou (vnitřní standard pro HPLC, 0,10M), glykolát oxidasu (ze špenátu, 1,0 IU/ml) a katalasu (z Aspergillus niger, 14000 IU/ml) při pH 8,5. Reakční nádoba se uzavře, směs uvnitř se ochladí na 5 °C a potom se nádoba propláchne kyslíkem tím, že se uvede kyslík až do tlaku 481 kPa a potom se tlak uvolní na tlak atmosférický, přičemž tento postup se provádí za míchání a opakuje se 5x. Potom se do nádoby uvede znovu kyslík až do tlaku 481 kPa a směs se míchá při 5 °C. Vzorkovacím otvorem se z nádoby injekční stříkačkou odebírají alikvotní vzorky (0,10 ml) (bez poklesu tlaku v nádobě) v pravidelných intervalech a tyto vzorky se analyzují HPLC, za účelem sledování postupu reakce. Po 6 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 92,3 %, formiátu 4,36 % a oxalátu 5,5 %, přičemž obsah zbývajícího glykolátu je nulový. Zbytková aktivita glykolát oxidasy je 87 % a katalasy 88 % jejich původní hodnoty. Koncová hodnota pH reakční směsi je 6,7.
Výsledná směs glyoxylové kyseliny (o,23M) a AMPA (0,20M) se přefiltruje v koncentračním zařízení Amicon Centriprep 10 (vylučovací mez molekulové hmotnosti 10000), aby se odstranily rozpustné enzymy a potom se filtrát umístí do 85ml Fischer-Porterovy láhve vybavené magnetickou míchací tyčinkou. Do této láhve se přidá 0,100 g 10% paladia na uhlíku, láhev se uzavře, propláchne dusíkem a potom se do ní uvede vodík do tlaku 343 kPa, načež se vzniklá směs míchá při 25 °C. Koncentrace N-(fosfonomethyl)glycinu (stanovená HPLC) je po 17 hodinách reakce 0,13M (66% vý;šžek, vztaženo na AMPA).
Příklad 8
Do 85ml Fischer-Porterovy skleněné aerosolové reakční nádoby se umístí magnetická míchací tyčinka a 10 ml vodného roztoku obsahujícího glykolovou kyselinu (0,50M), aminomethylfosfonovou kyselinu (AMPA, 0,40M), FMN (0,01mM), kyselinu máselnou (vnitřní standard pro HPLC, 0,10M), gíykolát oxidasu (ze špenátu, 1,0 IU/ml) a katalasu (z Aspergillus niger, 14000 IU/ml) při pH 8,5. Reakční nádoba se uzavře, směs uvnitř se ochladí na 5 °C (místo na 15 °C, jak to bylo uvedeno v některých z předchozích příkladů) a potom se nádoba propláchne kyslíkem tím, že se uvede kyslík až do tlaku 481 kPa a potom se tlak uvolní na tlak atmosférický, přičemž tento postup se provádí za míchání a opakuje se 5x. Potom se do nádoby uvede znovu kyslík až do tlaku 481 kPa a směs se míchá při 5 °C. Vzorkovacím otvorem se z nádoby injekční stříkačkou odebírají alikvotní vzorky (0,10 ml) (bez poklesu tlaku v nádobě) v pravidelných intervalech a tyto vzorky se analyzují HPLC, za účelem sledování postupu reakce. Po 17,5 hodiny reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 91,0 %, formiátu
2,9 % a oxalátu 2,9 % a obsah zbývajícího glykolátu je 4,1 %. Zbytková aktivita gíykolát oxidasy je 63 % a katalasy 91 % jejich původní hodnoty. Koncová hodnota pH reakční směsi je 6,7.
Výsledná směs glyoxylové kyseliny (0,46M) a AMPA (0,40M) se přefiltruje v koncentračním zařízení Amicon Centriprep 10 (vylučovací mez molekulové hmotnosti 10000), aby se odstranily rozpustné enzymy a potom se filtrát umístí do 85ml Fischer-Porterovy láhve vybavené magnetickou míchací tyčinkou. Do této láhve se přidá 0,100 g 10% paladia na uhlíku, láhev se uzavře, propláchne dusíkem a potom se do ní uvede vodík do tlaku 343 kPa, načež se vzniklá směs míchá při 25 °c. Koncentrace N-(fosfonomethyl)glycinu (stanovená
HPLC) je po 17 hodinách reakce 0,29M (72% výtěžek, vztaženo na AMPA).
Příklad 9
Enzymatická oxidace glykolové kyseliny, která je popsána v příkladu 8, se opakuje za použití 10 ml vodného roztoku obsahujícího glykolovou kyselinu (0,75M), aminomethylfosfonovou kyselinu (AMPA, 0,60M), FMN (0,01mM), kyselinu máselnou (vnitřní standard pro HPLC, 0,10M), glykolát oxidasu (ze špenátu, 2,0 IU/ml) a katalasu (z Aspergillus niger, 14000 IU/ml) při pH 8,5. Po 40 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 83,2 %, formiátu 2,3 % a oxalátu 7,5 % a obsah zbývajícího glykolátu je 0 %. Zbytková aktivita glykolát oxidasy je 65 % a katalasy 86 % jejich původní hodnoty. Koncová hodnota pH reakční směsi je 6,8.
Výsledná směs glyoxylové kyseliny (0,62M) a AMPA (0,60M) se přefiltruje v koncentračním zařízení Amicon Centriprep 10 (vylučovací mez molekulové hmotnosti 10000), aby se odstranily rozpustné enzymy a potom se filtrát umístí do 85ml Fischer-Porterovy láhve vybavené magnetickou míchací tyčinkou. Do této láhve se přidá 0,100 g 10% paladia na uhlíku, láhev se uzavře, propláchne dusíkem a potom se do ní uvede vodík do tlaku 343 kPa, načež se vzniklá směs míchá při 25 °C. Koncentrace N-(fosfonomethyl)glycinu (stanovená HPLC) je po 24 hodinách reakce 0,42M (70% výtěžek, vztaženo na AMPA).
Příklad 10
Enzymatická oxidace glykolové kyseliny, která je popsána v příkladu 8, se opakuje za použití 10 ml vodného roztoku obsahujícího glykolovou kyselinu (l,0M), aminomethylfosfonovou kyselinu (AMPA, 0,80M), FMN (0,01mM), kyselinu máselnou (vnitřní standard pro HPLC, Ο,ΙΟΜ), glykolát oxidasu (ze špenátu, 2,0 IU/ml) a katalasu (z Aspergillus niger, 14000 IU/ml) při pH 8,5. Po 66 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 78,9 %, formiátu 2,2 % a oxalátu 12,1 % a obsah zbývajícího glykolátu je 2,0 %. Zbytková aktivita glykolát oxidasy je 64 % a katalasy 87 % jejich původní hodnoty. Koncová hodnota pH reakční směsi je 6,9.
Výsledná směs glyoxylové kyseliny (0,79M) a AMPA (0,80M) se přefiltruje v koncentračním zařízení Amicon Centriprep 10 (vylučovací mez molekulové hmotnosti 10000), aby se odstranily rozpustné enzymy a potom se filtrát umístí do 85ml Fischer-Porterovy láhve vybavené magnetickou míchací tyčinkou. Do této láhve se přidá 0,100 g 10% paladia na uhlíku, láhev se uzavře, propláchne dusíkem a potom se do ní uvede vodík do tlaku 34 3 kPa, načež se vzniklá směs míchá při 25 °C. Koncentrace N-(fosfonomethyl)glycinu (stanovená HPLC) je po 23 hodinách reakce 0,51M (65% výtěžek, vztaženo na glyoxylovou kyselinu).
Příklad 11
Reakce podle příkladu 8 se opakuje při pH 8,0. Po
17,5 hodiny reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 87,0 %, formiátu 2,2 % a oxalátu 1,9 % a obsah zbývajícího glykolátu je 8,5 %. Zbytková aktivita glykolát oxidasy je 44 % a katalasy 97 % jejich původní hodnoty.
Příklad 12
Reakce podle příkladu 8 se opakuje při pH 7,0. Po
17,5 hodiny reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 88,0 %, formiátu 1,4 % a oxalátu 1,9 % a obsah zbývajícího glykolátu je 8,2 %. Zbytková aktivita glykolát oxidasy je 44 % a katalasy 93 % jejich původní hodnoty.
Příklad 13
Do 85ml Fischer-Porterovy skleněné aerosolové reakční nádoby se umístí magnetická míchací tyčinka a 10 ml vodného roztoku obsahujícího glykolovou kyselinu (0,50M),
FMN (0,01mM), kyselinu isomáselnou (vnitřní standard pro HPLC, 0,10M), glykolát oxidasu (ze špenátu, 1,0 IU/ml) a katalasu (z Aspergillus niger, 14000 IU/ml) při pH 8,5. Reakční nádoba se uzavře, směs uvnitř se ochladí na 5 °C a potom se nádoba propláchne kyslíkem tím, že se uvede kyslík až do tlaku 4 81 kPa a potom se tlak uvolní na tlak atmosférický, přičemž tento postup se provádí za míchání a opakuje se 5x. Potom se do nádoby uvede znovu kyslík až do tlaku 481 kPa a směs se míchá při 5 °C. Vzorkovacím otvorem se z nádoby injekční stříkačkou odebírají alikvotní vzorky (0,10 ml) (bez poklesu tlaku v nádobě) v pravidelných intervalech a tyto vzorky se analyzují HPLC, za účelem sledování postupu reakce. Po 21 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 81,7 %, formiátu 1,2 % a oxalátu 2,2 % a obsah zbývajícího glykolátu je
7,5 %. Zbytková aktivita glykolát oxidasy je 19 % a katalasy 77 % jejich původní hodnoty. Tato reakce se potom opakuje za použití 0,50M glykolové kyseliny a 0,25M, 0,375M, 0,40M,
0,50M nebo 0,625M aminomethylfosfonovové kyseliny (ΑΚΡΑ). Výtěžky reakčních produktů a regenerovaných enzymů při těchto reakcích jsou uvedeny v následující tabulce:
AMPA glyoxylát formiát oxalát glykolát glykolát katalasa
| (M) | (%) | (%) | (%) | (%) | oxidasa (%) | (%) |
| 0,00 | 81,7 | 1,2 | 2,2 | 7,5 | 19 | 77 |
| 0,25 | 79,4 | 2,1 | 3,3 | 2,5 | 48 | 79 |
| 0,375 | 78,3 | 2,3 | 3,6 | 1,7 | 57 | 95 |
| 0,40 | 91,0 | 2,9 | 2,9 | 4,1 | 63 | 91 |
| 0,50 | 85,2 | 1,5 | 3,3 | 5,5 | 49 | 93 |
| 0,625 | 79,6 | 1,7 | 1,8 | 14,0 | 42 | 94 |
| Pří | klad | 1 4 | ||||
| Enzymatická oxidace glykolové kyseliny, : | která je | |||||
| popsána | v příkladu | 8, se opakuje | za použití 10 ml | vodného |
roztoku obsahujícího glykolovou kyselinu (0,25M), aminomethylfosfonovou kyselinu {AMPA, 0,263M), FMN (0,01mM), kyselinu máselnou {vnitřní standard pro HPLC, 0,25M), glykolát oxidasu (ze špenátu, 1,0 lU/ml) a katalasu (z Aspergillus niger, 14000 lU/ml) při pH 7,0 a při teplotě 15 °C. Po 8 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 82,8 %, formiátu 0,9 % á oxalátu 2,1 % a obsah zbývajícího glykolátu je 13,9 %. Koncová hodnota-pH reakční směsi je
6,6.
Výsledná směs glyoxylové kyseliny (0,21M) a AMPA (0,263M) se přefiltruje v koncentračním zařízení Arnicon Centriprep 10 (vylučovací mez molekulové hmotnosti 10000), aby se odstranily rozpustné enzymy a potom se filtrát a 50 mg 10% paladia na uhlíku umístí do tlakové nádoby z nerezové oceli, zevnitř obložené sklem. Nádoba se uzavře, propláchne dusíkem a potom se do ní uvede vodík do tlaku 6,87 MPa, načež se vzniklá směs třepe při 25 °C. Tlak uvnitř nádoby poklesne v průběhu první půlhodiny reakce na stálou
J LzAAi /j
- 25 hodnotu a upraví se přivedeným vodíkem znovu na 6,87 MPa. Po 4 hodinách se tlak v nádobě uvolní a nádoba se propláchne dusíkem. Koncentrace N-(fosfonomethyl)glycinu (stanovená HPLC) je 0,16 M (76% výtěžek, vztaženo na glyoxylovou kyselinu).
Příklad 15
Enzymatická oxidace glykolové kyseliny, která je popsána v příkladu 14, se opakuje při pH 8. Po 8 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 8 6,7 %, formiátu 1,8 % a oxalátu 4,1 % a obsah zbývajícího glykolátu je 13,2 %. Koncová hodnota pH reakční směsi je 6,7.
Výsledná směs glyoxylové kyseliny (0,22M) a AMPA (0,263M) se hydrogenuje za tlaku 6,57 MPa stejným postupem, jaký je popsán v příkladu 5. Po 4 hodinách je koncentrace N-(fosfonomethyl)glycinu (stanovená HPLC) je 0,14 M (64% výtěžek, vztaženo na glyoxylovou kyselinu).
..Příklad 16
Enzymatická oxidace glykolové kyseliny, která je popsána v příkladu 14, se opakuje při pH 9. Po 7 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 70,0 %, formiátu 5,6 % a oxalátu 11,1 % a obsah zbývajícího glykolátu je o %. Koncová hodnota pH reakční směsi je 6,8.
Výsledná směs glyoxylové kyseliny (0,18M) a AMPA (0,263M) se hydrogenuje za tlaku 6,87 MPa stejným postupem, jaký je popsán v příkladu 5. Po 4 hodinách je koncentrace N-{fosfonomethyl)glycinu (stanovená HPLC) je 0,094 M (52 % výtěžek, vztaženo na AMPA).
- 26 Příklad 17
Enzymatická oxidace glykolové kyseliny, která je popsána v příkladu 14, se opakuje při pH 8,5 za použití počáteční koncentrace glykolové kyseliny 0,50M a AMPA 0,40M. Po 16,5 hodiny reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 85,4 %, formiátu 3,5 % a oxalátu 6,3 % a obsah zbývajícího glykolátu je 1,4 %. Koncová hodnota pH reakční směsi je 7,0.
Výsledná směs glyoxylové kyseliny (0,43M) a AMPA (0,40M) se hydrogenuje za tlaku 6,87 MPa stejným postupem, jaký je popsán v příkladu 5. Po 4 hodinách je koncentrace N—(f osf onomethyl) glycinu (stanovená HPLC) je &,30 M (75 % výtěžek, vztaženo na AMPA).
Příklad 18
Enzymatická oxidace glykolové kyseliny, která je popsána v příkladu 8, se opakuje za použití 10 ml vodného roztoku obsahujícího glykolovou kyselinu (0,50M), aminomethylf osfonovou kyselinu (AMPA, 0,375M), FMN (0,01mM), kyselinu máselnou (vnitřní standard pro HPLC, 0,10M), glykolát oxidasu (ze špenátu, 1,0 IU/ml) a katalasu (z Aspergillus niger, 14000 IU/ml) při pH 8,5. Po 17 hodinách reakce ukazuje HPLC obsah glyoxylátu 87,1 %, formiátu 1,9 % a oxalátu 2,1 % a obsah zbývajícího glykolátu je 8,9 %. Koncová hodnota pH reakční směsi je 6,7.
Výsledná směs glyoxylové kyseliny (0,435M) a AMPA (0,375M) se přefiltruje v koncentračním zařízení Amicon Centriprep 10 (vylučovací mez molekulové hmotnosti 10000), aby se odstranily rozpustné enzymy a potom se filtrát smíchá s 50 mg odbarvovacího uhlí (aby se odstranil FMN) a znovu se přefiltruje. Výsledný filtrát se umístí do 85ml Fischer27
Porterovy láhve vybavené magnetickou míchací tyčinkou. Do této láhve se přidá 0,100 g 10¾ paladia na uhlíku, láhev se uzavře, propláchne dusíkem a potom se do ní uvede vodík do tlaku 342 kPa, načež se vzniklá směs míchá při 25 °C. Koncentrace N-(fosfonomethylJglycinu (stanovená HPLC) je po 17 hodinách reakce 372M (99% výtěžek, vztaženo na AMPA).
k ‘Ρ
Claims (9)
1. Způsob výroby N-(fosfonomethylJglycinu, vyznačující se tím, že se hydrogenuje směs enzymaticky vyrobená reakcí glykolové kyseliny s kyslíkem ve vodném roztoku obsahujícím aminomethylfosfonovou kyselinu a enzymy glykolát oxidasu a katalasu.
2. Zlepšený způsob výroby N-(fosfonomethyl)glycinu, vyznačující se tím, že zahrnuje stupeň redukce směsi glyoxylové kyseliny a aminomethylfosfonové kyseliny hydrogenací, kterážto směs se enzymaticky připraví in sítu ve vodném roztoku tak, že se do vodného roztoku glykolové kyseliny zavede první katalyzátor, který je schopen katalýzovat oxidaci glykolové kyseliny kyslíkem na glyoxylovou kyselinu a peroxid vodíku a druhý katalyzátor, který je schopen katalýzovat rozklad peroxidu vodíku, hodnota pH tohoto roztoku se nastaví do rozmezí od do asi 10, roztok se uvede do styku se zdrojem kyslíku při účinné teplotě a po dobu postačující pro konverzi přinejmenším části složky glykolové kyseliny na složku glyoxylové kyseliny, za přítomnosti aminomethylfosfonové kyseliny a styk tohoto roztoku s kyslíkem se přeruší před redukčním stupněm.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že prvním katalyzátorem je glykolát oxidasa a druhým katalyzátorem je katalasa.
4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se hydrogenace provádí za přítomnosti hydrogenačního katalyzátoru.
5. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že se hydrogenace provádí za přítomnosti hydrogenačního katalyzátoru.
6. Způsob podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že hydrogenační katalyzátor je zvolen ze souboru zahrnujícího paladium na uhlíku, nikl na k křemelině a Raneyův nikl.
7. Způsob podle nároku 6, vyznačující • se t í m , že hydrogenační katalyzátor je přítomen v množství v rozmezí od 0,001 do 20 dílů hmotnostních, vztaženo na 100 dílů spojené hmotnosti použité glyoxylové kyseliny a aminomethylfosfonové kyseliny.
8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že se hydrogenace provádí při pH v rozmezí od 4 do 11 a teplotě v rozmezí od 0 do 150 °C a za tlaku vodíku v rozmezí od 0,1 do asi 10 MPa.
9. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že se hydrogenace provádí při pH v rozmezí od 5 do 10 a teplotě v rozmezí od 2Q do 90 °C a za tlaku vodíku v rozmezí od 0,1 do asi 1,0 MPa.
MP-895-94-Če
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US78864091A | 1991-11-06 | 1991-11-06 | |
| US07/788,648 US5180846A (en) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | Hydrogenation of enzymatically-produced glycolic acid/aminomethylphosphonic acid mixtures |
| US07/788,683 US5135860A (en) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | Process for preparing glyoxylic acid/aminomethylphosphonic acid mixtures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ111394A3 true CZ111394A3 (en) | 1994-12-15 |
Family
ID=27419857
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ941114A CZ111494A3 (en) | 1991-11-06 | 1992-11-03 | Process for preparing an intermediate for the preparation of n-(phosphonomethyl)glycine |
| CZ941113A CZ111394A3 (en) | 1991-11-06 | 1992-11-03 | Process for preparing n-(phosphonomethyl)glycine |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ941114A CZ111494A3 (en) | 1991-11-06 | 1992-11-03 | Process for preparing an intermediate for the preparation of n-(phosphonomethyl)glycine |
Country Status (16)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (4) | EP0545553B1 (cs) |
| JP (2) | JPH07501940A (cs) |
| CN (2) | CN1073481A (cs) |
| AU (2) | AU658956B2 (cs) |
| BR (2) | BR9206882A (cs) |
| CA (2) | CA2123079C (cs) |
| CZ (2) | CZ111494A3 (cs) |
| DE (1) | DE69210771T2 (cs) |
| ES (1) | ES2087460T3 (cs) |
| HU (2) | HUT71955A (cs) |
| ID (1) | ID1002B (cs) |
| IL (2) | IL103645A (cs) |
| MX (2) | MX9206362A (cs) |
| MY (1) | MY130099A (cs) |
| NZ (2) | NZ245011A (cs) |
| WO (2) | WO1993009243A1 (cs) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2087460T3 (es) * | 1991-11-06 | 1996-07-16 | Du Pont | Preparacion enzimatica de n-(fosfonometil)glicina. |
| JPH10501984A (ja) * | 1993-03-03 | 1998-02-24 | イー・アイ・デユポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | 形質転換微生物を用いて製造されるグリオキシル酸／アミノメチルホスホン酸混合物 |
| CN1124981A (zh) * | 1993-05-28 | 1996-06-19 | 纳幕尔杜邦公司 | 水合乙醛酸/氨甲基膦酸二烷基酯混合物的制备方法 |
| WO1995001443A1 (en) * | 1993-07-01 | 1995-01-12 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Microbial transformants of hansenula that express glycolate oxidase and catalase |
| WO1995001444A1 (en) * | 1993-07-01 | 1995-01-12 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Glycolate oxidase production |
| AU674619B2 (en) * | 1994-12-15 | 1997-01-02 | Jack Newman | Stereoscopic micromirror display |
| WO2022133719A1 (en) * | 2020-12-22 | 2022-06-30 | Rhodia Operations | Method for producing glycolic acid |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL48639A (en) * | 1974-12-11 | 1978-06-15 | Monsanto Co | Process for the production of carbonylaldiminomethanephosphosphonates |
| IL48619A (en) * | 1974-12-11 | 1978-04-30 | Monsanto Co | Process for the production of n-(phosphonomethyl)-glycine compounds |
| HUT41415A (en) * | 1984-12-28 | 1987-04-28 | Monsanto Co | Process for preparing n-phosphono-methyl-glycine derivatives |
| JPH05501800A (ja) * | 1989-10-16 | 1993-04-08 | イー・アイ・デユポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | グリコール酸の酵素酸化によるグリオキシル酸の製造法 |
| ES2087460T3 (es) * | 1991-11-06 | 1996-07-16 | Du Pont | Preparacion enzimatica de n-(fosfonometil)glicina. |
-
1992
- 1992-11-03 ES ES92310063T patent/ES2087460T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1992-11-03 CA CA002123079A patent/CA2123079C/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-11-03 WO PCT/US1992/009420 patent/WO1993009243A1/en not_active Ceased
- 1992-11-03 WO PCT/US1992/009419 patent/WO1993009242A1/en not_active Ceased
- 1992-11-03 EP EP92310063A patent/EP0545553B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-11-03 BR BR9206882A patent/BR9206882A/pt not_active Application Discontinuation
- 1992-11-03 CZ CZ941114A patent/CZ111494A3/cs unknown
- 1992-11-03 EP EP92310064A patent/EP0541333A1/en not_active Withdrawn
- 1992-11-03 AU AU30617/92A patent/AU658956B2/en not_active Ceased
- 1992-11-03 HU HU9401416A patent/HUT71955A/hu unknown
- 1992-11-03 HU HU9401419A patent/HUT71271A/hu unknown
- 1992-11-03 AU AU30616/92A patent/AU673146B2/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-11-03 JP JP5508669A patent/JPH07501940A/ja active Pending
- 1992-11-03 BR BR9206884A patent/BR9206884A/pt not_active Application Discontinuation
- 1992-11-03 EP EP92924228A patent/EP0611399A1/en active Pending
- 1992-11-03 EP EP92924227A patent/EP0611398A1/en active Pending
- 1992-11-03 CZ CZ941113A patent/CZ111394A3/cs unknown
- 1992-11-03 DE DE69210771T patent/DE69210771T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-11-03 JP JP50866893A patent/JP3315119B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-11-03 CA CA002123081A patent/CA2123081C/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-11-04 NZ NZ245011A patent/NZ245011A/en not_active IP Right Cessation
- 1992-11-04 MY MYPI92002001A patent/MY130099A/en unknown
- 1992-11-04 NZ NZ245012A patent/NZ245012A/en not_active IP Right Cessation
- 1992-11-05 IL IL10364592A patent/IL103645A/en not_active IP Right Cessation
- 1992-11-05 IL IL10364692A patent/IL103646A/en not_active IP Right Cessation
- 1992-11-05 MX MX9206362A patent/MX9206362A/es unknown
- 1992-11-05 MX MX9206363A patent/MX9206363A/es not_active Application Discontinuation
- 1992-11-06 ID IDP497492A patent/ID1002B/id unknown
- 1992-11-06 CN CN92114382A patent/CN1073481A/zh active Pending
- 1992-11-06 CN CN92114383A patent/CN1073482A/zh active Pending
Also Published As
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2223570C (en) | Formic acid and formaldehyde destruction in waste streams | |
| CZ11194A3 (en) | Module differential switch | |
| EP1104427B1 (en) | Process for the preparation of n-(phosphonomethyl)glycine by oxidizing n-substituted n-(phosphonomethyl)glycine | |
| CZ111394A3 (en) | Process for preparing n-(phosphonomethyl)glycine | |
| US5135860A (en) | Process for preparing glyoxylic acid/aminomethylphosphonic acid mixtures | |
| KR920009559B1 (ko) | N-포스포노메틸글리신의 제조방법 | |
| HU214362B (hu) | Eljárás N-(foszfono-metil)-glicin és sói előállítására | |
| CA2067382C (en) | Production of glyoxylic acid from glycolic acid | |
| US5180846A (en) | Hydrogenation of enzymatically-produced glycolic acid/aminomethylphosphonic acid mixtures | |
| US5559020A (en) | Process for preparing glyoxylic acid/dialkyl aminomethylphosphonate mixtures | |
| US5262314A (en) | Enzymatic oxidation of glycolic acid in the presence of non-enzymatic catalyst for decomposing hydrogen peroxide | |
| MXPA00002141A (es) | Preparacion de soluciones de betaina. | |
| JP2006521102A (ja) | 組合わされた補因子依存型酵素反応系 | |
| CZ345195A3 (en) | Process for preparing mixture of glyoxalic acid and aminomethylphosphonic acid | |
| WO1996000793A1 (en) | Glyoxylic acid/aminomethylphosphonic acid mixtures prepared using a microbial transformant | |
| EP1520857A1 (en) | Process for the preparation of N-(phosphonomethyl) glycine by oxidizing N-substituted N-(phosphonomethyl) glycine |