穩定性優良的天冬甜素衍生物晶體的結晶方法
2023-11-11 17:57:37
專利名稱：穩定性優良的天冬甜素衍生物晶體的結晶方法
技術領域：
本發明涉及甜度高的甜味物質N-〔N-(3,3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨醯基〕-L-苯基丙氨酸甲酯的穩定性優良的晶體的製備方法。另外，眾所周知L-α-天冬氨醯基-L-苯基丙氨酸甲酯是一種已經確立商業化的胺基酸類高甜度甜味劑，簡稱為APM或天冬甜素。因此，本發明涉及的上述甜味物質可以認為是APM或天冬甜素的衍生物。這裡，以下將其簡記為N-(3,3-二甲基丁基)-APM。另外，該甜味物質根據文獻有時也簡稱為Neotame。
甜味劑主要以用於食品中被人消費為目的，必須採用能夠得到實際上不合雜質或分解產物的高純度物質的方法進行製備。另外，N-(3,3-二甲基丁基)-APM這種比較容易分解的甜味劑的場合，為了防止產品上市後的分解，必須要費一些工夫。
已知的N-(3,3-二甲基丁基)-APM晶體作為IR光譜數據記載在WO95/30689中。另外，本發明人等確認該晶體進行單晶結構解析的結果為1水合物，用粉末X射線衍射法測定的場合至少在6.0°、24.8°、8.2°以及16.5°的衍射角(2θ,CuKα線)時顯示衍射X射線特有的峰。另外，本發明人等為了方便將該晶體稱為A型晶體。
另一方面，N-(3,3-二甲基丁基)-APM的製備方法也記載於USP5728862中。這裡，通過使用甲醇和水作為結晶溶劑進行結晶，得到了高純度(採用HPLC為97％)的N-(3,3-二甲基丁基)-APM。
可是，本發明人對上述USP5728862記載的實施例1進行了補充試驗，雖然確認純度方面具有再現性(採用HPLC為98％)，但是不能確認生成了A型晶體。也就是說，在溼晶體的狀態下，至少在5.1°、21.1°、21.3°以及8.3°的衍射角(2θ,CuKα線)時顯示衍射X射線特有的峰。這時的粉末X射線衍射圖如
圖1所示。以下將該晶體稱為B型晶體。
而且，如果將按照上述USP5728862記載的實施例1得到的B型晶體乾燥，得到至少在5.6°、8.4°、17.1°以及18.8°的衍射角(2θ,CuKα線)時顯示衍射X射線特有的峰的晶體。這時的粉末X射線衍射圖如圖2所示。採用Karl Fischer法測定該晶體的水分量為0.6重量％。以下將該晶體稱為G型晶體。
其次，在70℃下，對於得到的G型晶體和A型晶體的N-(3,3-二甲基丁基)-APM進行穩定性試驗。結果，160小時後，G型晶體中N-(3,3-二甲基丁基)-APM的殘留率為34wt％，對此相對A型晶體中為94wt％，因此提示A型晶體一方N-(3,3-二甲基丁基)-APM穩定存在。這時保存時間與N-(3,3-二甲基丁基)-APM的殘留率的關係如下述表1所示。
表170℃時的穩定性試驗 因而，可以判斷出在USP5728862記載的實施例1中，得到了比A型晶體穩定性差的N-(3,3-二甲基丁基)-APM的G型晶體。
因此，本發明的目的在於提供穩定而且簡便地製備高甜度甜味劑N-(3,3-二甲基丁基)-APM的穩定性優良的A型晶體的方法。
本發明人等為了達到上述目的進行了悉心地研究，結果發現在以單獨水溶劑或水/醇混合溶劑作為結晶溶劑的系統中使N-(3,3-二甲基丁基)-APM結晶時，通過控制結晶溫度可以得到作為溼晶體的穩定A型晶體；以及通過使用A型晶體作為晶種，可以將析出晶體的晶型控制為A型晶體；而且將該A型晶體乾燥至水分量為3～6重量％(含結晶水)可以得到乾燥A型晶體，基於這些事實完成了本發明。順便說一下，這裡，控制結晶溫度是指控制結晶發生在30℃以上。
也就是說，本發明第一方面涉及至少在6.0°、24.8°、8.2°以及16.5°的衍射角(2θ,CuKα線)時顯示衍射X射線特有峰的N-〔N-(3,3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨醯基〕-L-苯基丙氨酸甲酯晶體的結晶方法，其特徵在於使用水或水與低級醇的混合物作為結晶溶劑，並控制結晶時的結晶溫度在30℃以上；第二方面涉及N-〔N-(3,3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨醯基〕-L-苯基丙氨酸甲酯的結晶方法，其特徵在於使用水或水與低級醇的混合物作為結晶溶劑，使用至少在6.0°、24.8°、8.2°以及16.5°的衍射角(2θ,CuKα線)時顯示衍射X射線特有峰的N-〔N-(3,3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨醯基〕-L-苯基丙氨酸甲酯的晶體作為晶種，使上述晶體優先析出。
首先，對第一結晶方法進行說明。
屬於控制結晶溫度的結晶方法的本結晶方法中，可以用作結晶溶劑的低級醇是甲醇、乙醇、異丙醇等，由於甲醇能夠在工業上價格便宜地購得，更優選甲醇。
在本結晶方法中，結晶系統中甲醇的含量沒有特別的限定，但由於甲醇含量過高會變得難以析出晶體，甲醇含量優選在被結晶溶液中所佔的比例為15重量％以下。
通過使之在30℃以上結晶可以得到A型晶體，但是在較高的結晶溫度下N-(3,3-二甲基丁基)-APM進行分解。因此，實際上優選在30-65℃下使之結晶，更優選40-50℃。在這種溫度範圍內使之結晶的具體方法例如可以採用下述方法，(a)直到在該溫度範圍內某一溫度的N-(3,3-二甲基丁基)-APM過飽和溶液結晶出晶體的時間內，保持該溫度，(b)冷卻N-(3,3-二甲基丁基)-APM的溫度30℃以上的飽和或過飽和溶液，在達到30℃之前結晶出晶體等。另外，這時如果從外部施加超聲波等機械的衝擊，可以儘早結晶出晶體，因而是有效的。如上所述，總之，本發明中結晶溫度的控制只要是本領域技術人員就可以通過將結晶開始前的N-(3,3-二甲基丁基)-APM的濃度、溫度、時間、冷卻速度、機械衝擊等適當組合容易地進行。
在水或水/甲醇混合結晶溶劑系統中使之結晶的場合，如上述說明，如果將結晶溫度控制在30℃以上，則生成A型晶體，另一方面使之在較低溫度下結晶的場合，則不生成A型結晶，而是作為溼晶體生成B型晶體，因此必須避免這種低溫下的結晶。
本結晶方法使用如上所述的結晶溶劑，除將結晶溫度控制在30℃以上之外，可以適當按照一般結晶方法的條件進行。
本結晶方法無論分批結晶、連續結晶、攪拌結晶、靜置結晶等結晶操作如何，當然都可以實施。
眾所周知無論採用任何一種結晶操作，將冷卻結晶(冷卻操作)與之組合，降低被結晶物質的溶解度，都能提高晶體收率，因而優選。
在本結晶方法中，當然可以與冷卻操作組合。也就是說，這是因為通過將結晶溫度控制在30℃以上，一旦生成A型晶體，之後即使冷卻結晶系統，生成的A型晶體發揮晶種作用，晶體成長增加部分仍然是A型晶體。另外，在本結晶方法中，冷卻操作中過濾收集晶體之前冷卻到多少度並沒有特別的限定。
得到N-(3,3-二甲基丁基)-APM的溼A型晶體之後，對於通過乾燥製得水分量為3～6重量％的乾燥A型晶體的裝置沒有特別的限定，可以廣泛地使用通風乾燥機、流動乾燥機、真空乾燥機、噴霧乾燥器、微粒乾燥器等。
其次對上述第二結晶方法進行說明。
關於結晶，接種晶種的結晶方法一般是指通過接種晶體優先析出與接種晶體同種的晶體的結晶方法。
屬於這種接種晶種的結晶方法的本結晶方法中，可以用作結晶溶劑的低級醇是甲醇、乙醇、異丙醇等，由於甲醇能夠在工業上價格便宜地購得，更優選甲醇，這與以上說明的第一結晶方法的情況相同。
在本結晶方法中，低級醇在被結晶溶液中的含量沒有特別的限定，但由於醇濃度過高會變得難以析出晶體，優選在被結晶溶液中所佔的比例為35重量％以下。能夠比上述說明的第一結晶方法提高醇濃度是因為由於從結晶系統外加入A型晶體作為晶種，沒有必要將結晶溫度控制在30℃以上。
在本結晶方法中，加入A型晶體作為晶種的溫度只要是在這一溫度下溶液處於過飽和並沒有特別的限定，從結晶操作的容易程度出發，優選20℃以上，更優選25℃以上。
加入的作為晶種的A型晶體量也沒有特別的限定，但是由於過多會導致效率變差，優選相對於被結晶溶液中初期溶質的重量為0.2～30％。
加入的作為晶種的A型晶體的形態沒有特別的限定，但是優選作為固體或漿液添加。另外，在連續結晶時，使用殘留的漿液直接作為晶種也是較好的方法。
本結晶方法，除結晶溶劑和晶種方面如上述說明之外，可以適當按照一般接種晶種的結晶方法的條件進行。
本結晶方法無論分批結晶、連續結晶、攪拌結晶、靜置結晶等結晶操作如何，當然都可以實施。
眾所周知無論採用任何一種結晶操作，將冷卻結晶(冷卻操作)與之組合，降低被結晶物質的溶解度，都能提高晶體收率，因而優選，正如上述第一結晶方法中有關的說明。
在本結晶方法中，當然可以與冷卻操作組合。而且，過濾收集成長的晶體之前冷卻到多少度並沒有特別的限定。
得到N-(3,3-二甲基丁基)-APM的A型溼晶體之後，用於乾燥製得水分量為3～6重量％的乾燥A型晶體的裝置沒有特別的限定，與上述第一結晶方法中有關的說明同樣，可以廣泛地使用通風乾燥機、流動乾燥機、真空乾燥機、噴霧乾燥器、微粒乾燥器等。
圖2表示G型晶體的粉末X射線衍射圖。
圖3表示溼A型晶體的粉末X射線衍射圖(參照實施例1)。
圖4表示乾燥A型晶體的粉末X射線衍射圖(參照實施例1)。
發明的最佳實施方式以下結合實施例更詳細地說明本發明。
首先，列舉採用第一結晶方法的實施例。實施例1:N-(3,3-二甲基丁基)-APM的A型晶體的製備在裝有確實可以把氣態的氫非常良好地轉移至液體槽中的攪拌槳葉的反應容器中，邊攪拌邊連續地投入下述物質。即，離子交換水550ml、甲醇1100mL、天冬甜素61g、10％鈀碳(水分為50重量％)20g以及3,3-二甲基丁醛19g。
投入結束後繼續在室溫下攪拌上述混合物，同時以200mL/分的流速導入氫氣。由反應混合物取樣，用高效液相色譜法(HPLC)分析產物監測反應的進行。反應6小時後，用氮氣流充滿反應容器，用微孔濾器(0.50μm)過濾催化劑。分析得到的濾液(1460g)，結果，N-(3,3-二甲基丁基)-APM的產量為64g(收率85％)。
其次，將該濾液濃縮至497g，析出晶體。在70℃下加熱生成的漿液使晶體溶解後，用氣相色譜法分析溶液中甲醇的含量為8.15重量％。
接著，將該N-(3,3-二甲基丁基)-APM的均一溶液由70℃緩慢冷卻，在40℃保持1小時，使之自然結晶。
其次，以5℃/小時的冷卻速度將得到的漿液冷卻至5℃，在這一溫度下熟化1夜後，過濾收集晶體。
過濾收集的溼晶體直接使用CuKα線用粉末X射線衍射法測定衍射X射線，由於至少在6.0°、24.8°、8.2°以及16.5°的衍射角(2θ,CuKα線)時顯示衍射X射線特有的峰，得知該溼晶體為A型晶體。這時的粉末X射線衍射圖如圖3所示。另外，直接採用Karl Fischer法測定水分量，為51.14重量％。
其次，在減壓條件下，在50℃將上述溼晶體乾燥至晶體中的水分量達到5.8重量％，得到58g(收率72％，採用HPLC測定純度為97％)的N-(3,3-二甲基丁基)-APM。該物質用粉末X射線衍射法測定衍射X射線，與上述晶體相同，至少在6.0°、24.8°、8.2°以及16.5°的衍射角(2θ,CuKα線)時顯示衍射X射線特有的峰，因此得知該乾燥晶體也是A型晶體。這時的粉末X射線衍射圖如圖4所示。另外，該物質的IR光譜數據與WO95/30689記載的完全一致。實施例2從甲醇/水的混合溶劑中結晶(結晶溫度47℃)在三頸瓶中稱取N-(3,3-二甲基丁基)-APM5.0g，並分別稱取甲醇和水1.9g和30.9g後，加熱至70℃使晶體完全溶解，配製甲醇在全部溶液中的含量為5重量％的溶液。接著，將裝有所得溶液的燒瓶在47℃的水浴中浸泡1小時，當實際溶液溫度達到47℃時自然結晶。直接在這一溫度下熟化2小時後，過濾收集晶體。
過濾收集的晶體直接使用CuKα線用粉末X射線衍射法測定衍射X射線。結果得知該溼晶體為A型晶體。之後，進行與實施例1中同樣的操作得到乾燥A型晶體。實施例3從甲醇/水的混合溶劑中結晶(結晶溫度40℃)與實施例2同樣，在三頸瓶中加入N-(3,3-二甲基丁基)-APM 2.0g，並分別加入甲醇和水2.1g和37.4g後，加熱至70℃使晶體完全溶解，配製甲醇在全部溶液中的含量為5重量％的溶液。接著，將裝有該溶液的燒瓶在40℃的水浴中浸泡，當實際溶液溫度達到40℃時自然結晶。直接在這一溫度下熟化1小時後，過濾收集晶體。
過濾收集的溼晶體直接使用CuKα線用粉末X射線衍射法測定衍射X射線。結果得知該溼晶體為A型晶體。之後，進行與實施例1中同樣的操作得到乾燥A型晶體。實施例4從水溶液中結晶(結晶溫度48℃)在三頸瓶中投入N-(3,3-二甲基丁基)-APM和水，配製按照均一系統換算時濃度達到5g/dL的N-(3,3-二甲基丁基)-APM漿液，加熱至70℃使晶體完全溶解。接著，將裝有該溶液的燒瓶在50℃的水浴中浸泡，當實際溶液溫度達到48℃時自然結晶。直接在這一溫度下熟化2小時後，過濾收集晶體。
過濾收集的溼晶體直接使用CuKα線用粉末X射線衍射法測定衍射X射線。結果得知該溼晶體為A型晶體。之後，進行與實施例1中同樣的操作得到乾燥A型晶體。比較例1從甲醇/水混合溶劑中結晶(結晶溫度13℃)在三頸瓶中稱取N-(3,3-二甲基丁基)-APM 13g，並分別稱取甲醇和水31g和96g後，加熱至50℃使晶體完全溶解，配製甲醇在全部溶液中的含量為22重量％的溶液。接著，將裝有所得溶液的燒瓶在5℃的水浴中浸泡1小時，當實際溶液溫度達到13℃時自然結晶。直接在這一溫度下熟化2小時後，過濾收集晶體。
過濾收集的溼晶體直接使用CuKα線用粉末X射線衍射法測定衍射X射線。結果得知該溼晶體為B型晶體。
另外，參照後面列舉的比較例2和3。
其次，列舉採用第二結晶方法的實施例。實施例5(28℃接種晶種)將與實施例1同樣得到的N-(3,3-二甲基丁基)-APM 22g投入三頸瓶中。接著，分別加入甲醇和水22g和104g後，加熱至70℃使晶體完全溶解，配製甲醇在全部溶液中的含量為15重量％的溶液。在裝有該溶液的容器(三頸瓶)中安裝攪拌槳葉和溫度計，將其浸泡在25℃的水浴中，冷卻溶液。當實際溶液溫度達到28℃時，添加0.4gA型晶體作為晶種。直接在25℃的水浴中使晶體熟化2小時後，過濾收集晶體。
過濾收集的溼晶體直接使用CuKα線用粉末X射線衍射法測定衍射X射線，由於至少在6.0°、24.8°、8.2°以及16.5°的衍射角(2θ,CuKα線)時顯示衍射X射線特有的峰，得知為A型晶體。這時的粉末X射線衍射圖與圖3所示溼A型晶體的粉末X射線衍射圖相同。
其次，在減壓條件下，在50℃將上述溼A型晶體乾燥至晶體中的水分達到4.5重量％。該物質的粉末X射線衍射圖與圖4所示乾燥A型晶體的粉末X射線衍射圖一致，因此得知該物質是乾燥A型晶體。比較例2(25℃自然結晶)將裝有與實施例5中完全相同的溶液的三頸瓶浸泡在25℃的水浴中，實際溶液溫度達到25℃時自然結晶。直接在25℃的水浴中使晶體熟化2小時後，過濾收集晶體。
過濾收集的晶體直接使用CuKα線用粉末X射線衍射法測定衍射X射線。結果，該晶體至少在5.2°、8.4°、10.2°、18.2°的衍射角時顯示衍射X射線特有的峰，因此得知該物質為B型晶體。實施例6(22℃接種晶種)與實施例5同樣，在三頸瓶中加入N-(3,3-二甲基丁基)-APM 8.0g，並分別加入甲醇和水24.2g和129.4g，加熱至70℃使晶體完全溶解，配製甲醇在全部溶液中的含量為15重量％的溶液。接著，將裝有該溶液的三頸瓶浸泡在20℃的水浴中，當實際溶液溫度達到22℃時，添加0.16g A型晶體作為晶種。直接在20℃的水浴中使晶體熟化2小時後，過濾收集晶體。
過濾收集的晶體直接使用CuKα線用粉末X射線衍射法測定衍射X射線。結果，得知得到的溼晶體為A型晶體。之後與實施例5同樣乾燥得到的溼晶體，得到乾燥A型晶體。比較例3(21℃自然結晶)將裝有與實施例6相同的溶液的三頸瓶浸泡在20℃的水浴中，實際溶液溫度達到21℃時自然結晶。直接在20℃的水浴中使晶體熟化2小時後，過濾收集晶體。
過濾收集的晶體直接使用CuKα線用粉末X射線衍射法測定衍射X射線。結果，得知得到的溼晶體為B型晶體，不能確認A型晶體的存在。
工業實用性按照本發明，採用控制結晶溫度和N-(3,3-二甲基丁基)-APM溶液組成的結晶方法，或使用N-(3,3-二甲基丁基)-APM的A型晶體作為晶種的結晶方法，可以低成本而且簡便地製備高甜度甜味劑N-(3,3-二甲基丁基)-APM的穩定性優良的晶體。
權利要求
1.至少在6.0°、24.8°、8.2°以及16.5°的衍射角(2θ,CuKα線)時顯示衍射X射線特有峰的N-〔N-(3,3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨醯基〕-L-苯基丙氨酸甲酯晶體的結晶方法，其特徵在於使用水或水與低級醇的混合物作為結晶溶劑，並控制結晶時的結晶溫度在30℃以上。
2.如權利要求1所述的結晶方法，其中低級醇為甲醇，相對於被結晶溶液總體的含量為15重量％以下。
3.N-〔N-(3,3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨醯基〕-L-苯基丙氨酸甲酯的結晶方法，其特徵在於使用水或水與低級醇的混合物作為結晶溶劑，使用至少在6.0°、24.8°、8.2°以及16.5°的衍射角(2θ,CuKα線)時顯示衍射X射線特有峰的N-〔N-(3,3-二甲基丁基)-L-α-天冬氨醯基〕-L-苯基丙氨酸甲酯的晶體作為晶種，使上述晶體優先析出。
4.如權利要求3所述的結晶方法，其特徵在於低級醇為甲醇。
全文摘要
本申請公開了穩定性優良的N－(3,3－二甲基丁基)－APM的結晶方法，其中使用水或水與低級醇的混合物作為結晶溶劑，並控制結晶溫度在30℃以上；以及同樣穩定性優良的N－(3,3－二甲基丁基)－APM的結晶方法，其中使用水或水與低級醇的混合物作為結晶溶劑，使用至少在6.0°、24.8°、8.2°以及16.5°的衍射角(2θ,CuKα線)時顯示衍射X射線特有峰的N－(3,3－二甲基丁基)－APM晶體作為晶種，使上述晶體優先析出。採用這種結晶方法，可以低成本而且穩定地得到穩定性優良的N－(3,3－二甲基丁基)－APM晶體。
文檔編號C07K5/072GK1317012SQ9981050
公開日2001年10月10日 申請日期1999年11月1日 優先權日1998年10月30日
發明者河原茲, 岸下明弘, 長嶋一孝, 竹本正 申請人:味之素株式會社