„Verfahren zur Herstellung von Methionin aus Homoserin"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Methionin durch Kombination von biotechnologischen und chemischen Schritten.

Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die fermentative Herstellung von L-Homoserin und nachfolgende chemische Umwandlung zum L-Methionin in einem oder mehreren Schritten .

Die Aminosäure Methionin wird gegenwärtig weltweit in großen Mengen industriell hergestellt und ist von beträchtlicher kommerzieller Wichtigkeit.

Methionin wird auf vielen Gebieten angewendet wie zum Beispiel für pharmazeutische, Gesundheits- und Fitnessprodukte. Insbesondere jedoch wird Methionin als Futtermitteladditiv in vielen Futtermitteln für verschiedene Nutztiere eingesetzt, wobei sowohl die racemische als auch die enantiomerenreine Form des Methionins verwendet werden können.

Im industriellen Maßstab wird Methionin chemisch über die Bucherer-Bergs-Reaktion hergestellt, die eine Variante der Strecker-Synthese darstellt. Dabei werden die AusgangsSubstanzen Methylmercaptopropionaldehyd (hergestellt aus Acrolein und Methylmercaptan) , Blausäure, Ammoniak und Kohlendioxid zum 5- (2-Methyl-mercaptoethyl) - hydantoin (Methioninhydantoin) umgesetzt, dieses anschließend alkalisch zum Alkalimethioninat hydrolysiert und dann durch Neutralisation mit Säure z.B. Schwefelsäure oder Kohlensäure das Methionin freigesetzt. Verschiedene andere Methoden können auch zur Herstellung von Methionin verwendet werden wie zum Beispiel die Amidocarbonylierungs- reaktion, die Hydrolyse von Proteinen oder die Fermentation .

Seitdem Methionin industriell im großen Maßstab hergestellt wird, ist es wünschenswert, einen wirtschaftlichen aber auch umweltfreundlichen Prozess zur Verfügung zu haben.

Sowohl die Strecker-Synthese als auch die Bucherer-Bergs- Reaktion haben den Nachteil, dass die giftigen Vorstufen Blausäure und Acrolein als C _x - bzw. C3- Baustein verwendet werden. Blausäure wird aus Methan und Ammoniak bei hohen Temperaturen hergestellt. Acrolein wird durch partielle Oxidation von Propen hergestellt, das wiederum aus Erdöl gewonnen wird. Der Methionin-Prozess wird beispielsweise in EP 1256571 näher beschrieben. Der Prozess zur Herstellung von Acrolein wird beispielsweise in EP 417723 näher beschrieben. Beide Prozesse sind mit hohem technischen Aufwand und hohem Energieaufwand verbunden.

Bedingt durch den Preisanstieg beim Erdöl in den letzten Jahren ist auch Acrolein immer teurer und damit als Baustein ökonomisch immer weniger attraktiv geworden. Außerdem rufen sowohl Blausäure als auch Acrolein aufgrund ihrer Toxizität und ihren physikalischen Eigenschaften im Hinblick auf Sicherheit und Umweltschutz entsprechenden Aufwand bei der Handhabung großer Mengen hervor.

Methionin fällt bei der chemische Synthese als eine racemische Mischung aus D- und L-Enantiomerem an. Dieses Racemat kann direkt als Futtermitteladditiv eingesetzt werden, da unter in vivo-Bedingungen ein

Umwandlungsmechanismus besteht, der das unnatürliche D- Enantiomer in das natürliche L-Enantiomer überführt. Mit dieser Umwandlung ist jedoch ein Verlust an Methionin verbunden, und damit auch ein Verlust an Bioeffizienz verglichen mit der gleichen Menge an reinem L-Enantiomer. Es ist also mehr racemisches D, L-Methionin erforderlich im Vergleich zu L-Methionin, um denselben Effekt zu erreichen.

Es war daher wünschenswert, einen möglichst wirtschaftlich interessanteren und umweltfreundlicheren sowie sicheren

Prozess zur Herstellung von Methionin bereitzustellen. Insbesondere war wünschenswert einen Prozess zur Herstellung von enantiomerenangereichertem L-Methionin, ganz besonders bevorzugt von möglichst enantiomerenreinem L-Methionin bereitzustellen, der in industriellen Maßstab durchführbar sein sollte.

Bisherige Prozesse, die auf der Herstellung von L-Methionin mit Hilfe von Mikroorganismen beruhen, wie z.B. in der WO04/024933 beschrieben, haben den Nachteil, dass vergleichsweise geringe Ausbeuten erreicht werden. Dies hat seine Ursache insbesondere in den Problemen mit dem streng organisierten regulatorischen Netzwerk der mikrobiellen L- Methionin-Biosynthese, mit der Ausscheidung von Methionin aus der Zelle in die Fermentationsbrühe wie auch mit dem energieintensiven Achtelelektronenschritt bei der Reduktion von Sulfat zu Schwefelwasserstoff. Andererseits bewirkt die begrenzte Löslichkeit von Methionin in Wasser bzw. in wässrigen Fermentationsbrühen, dass Methionin bei hoher Biosyntheseleistung in der Fermentation ausfällt und somit die Reinigung erschwert wird. Die aufwändige Reinigung führt in der Folge dazu, dass beträchtliche Abfallströme anfallen, deren Beseitigung mit hohen Kosten verbunden sind.

In der WO05/059155 wird zwar ein Verfahren zur verbesserten Isolierung von L-Methionin aus Fermentationsbrühen beschrieben. Die Verbesserung wird jedoch durch eine vergleichsweise komplizierte Folge von Schritten, die Aufheizen und Auflösen des L-Methionins in der Fermentationsbrühe, Abfiltrieren der Biomasse bei definierter Temperatur und Nachbehandeln der abfiltrierten methioninhaltigen Biomasse, Eindampfen der Mutterlauge, Abkühlen, Kristallisieren, Abfiltrieren, Waschen und Trocknen des L-Methionins aus der Mutterlauge und Rückführung von Mutterlaugen umfassen, erkauft, und dadurch, dass zwei unterschiedliche Produktströme nämlich

ein niedrig und ein hoch konzentriertes L-Methionin-Produkt anfallen. Der Zwangsanfall von zwei unterschiedlichen Methionin-Qualitäten bedeutet jedoch wiederum Mehraufwand und ist außerdem unter Marketinggesichtspunkten unerwünscht.

Die genannten Probleme führen letztlich zu einer geringeren Gesamtausbeute bei einem rein fermentativen L-Methionin- verfahren verglichen mit den fermentativen Herstellungsverfahren von beispielsweise L-Lysin, welche in der Technik bereits seit vielen Jahren angewendet werden und/oder zu einem entsprechenden Mehraufwand in der fermentativen Produktion von L-Methionin.

Vor dem Hintergrund der Nachteile des Standes der Technik war es insbesondere die Aufgabe, ein Verfahren für Methionin bereitzustellen, das die oben näher bezeichneten Nachteile der Verfahren aus dem Stand der Technik überwindet. Dieses Verfahren sollte möglichst ausgehend von einer anderen verfügbaren und fermentativ herstellbaren Vorstufe auf möglichst einfache Weise und ohne Verwendung der o.g. gefährlichen Chemikalien zu L-, D- bzw. D, L- Methionin, vorzugsweise aber zu L-Methionin führen und dabei insbesondere die Nachteile der herkömmlichen chemischen Verfahren sowie der direkten biotechnologischen Herstellverfahren für Methionin überwinden.

Eine weitere Aufgabe war es, ein Herstellverfahren zur

Verfügung zu stellen, das wenigstens teilweise ausgehend von natürlichen oder nachwachsenden Rohstoffen durchgeführt werden kann.

Eine dritte Aufgabe war es, ein technisch ohne weiteres durchführbares Verfahren zur Verfügung zu stellen, das L- Methionin in geeigneten Mengen und Reinheiten zugänglich macht .

Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, dadurch, dass man von einer anderen verfügbaren und fermentativ besser herstellbaren Aminosäure ausgeht, die dann über eine geeignete chemische Umwandlung ohne Verwendung der o.g. gefährlichen Chemikalien zu L-, D- bzw. D, L-Methionin, insbesondere aber zu L-Methionin umgesetzt wird. Damit werden sowohl die Nachteile der herkömmlichen chemischen Herstellungsprozesse für Methionin als auch die der herkömmlichen direkten fermentativen Herstellungsprozesse für L-Methionin überwunden. Als erfindungsgemäß geeignet hat sich die Aminosäure Homoserin erwiesen, die im Gegensatz zu Methionin über eine hohe Wasserlöslichkeit verfügt und die auch über fermentative Verfahren zugänglich ist.

Der von Livak, Britton, VanderWeele und Murray beschriebene Weg ("Synthesis of dl-methionine" , Journal of the American Chemical Society, (1945) , 67, 2218-20), bei dem D,L- Homoserin als Synthesezwischenprodukt vorkommt, geht zunächst aus von D, L-2-Amino-4-butyrolacton, das über D, L- Homoserin, N-Carbamoylhomoserin, 4- (2-Brommethyl) -hydantoin und 4- (2-Methylthioethyl) -hydantoin schließlich zum D, L- Methionin führt:

(A) (B) (C)

Die deuterierten Homoserinderivate HO-CHD-CH ₂ - CH (HNCOOtBu) COOtBu bzw . H ₃ CC ₆ H ₄ SO ₂ O-CHD-CH ₂ -

CH(HNCOOtBu)COOtBu (tBu = tert . -Butyl) wurden gemäß Son und Woodard ( "Stereochemical mechanism of iodoacetic acid mediated decomposition of L-methionine to L-homoserine

lactone", Journal of the American Chemical Society (1989), 111(4), 1363-7) als Vorstufen für entsprechend in 4- Position deuteriertes L-Homoserin verwendet. Die entsprechende nichtdeuterierte Verbindungen HO-CH ₂ -CH ₂ - CH(HNCOOtBu)COOtBu bzw. H ₃ CC ₆ H ₄ SO ₂ O-CH ₂ -CH ₂ -CH (HNCOOtBu) COOtBu wurden nicht beschrieben auf dem Weg zum Homoserin.

Die nachfolgend dargestellten Verbindungen 3, 6-Di (2- hydroxyethyl) -2, 5-diketopiperazin, 3, 6-Di (2-chlorethyl) - 2, 5-diketopiperazin bzw. 3, 6-Di (2-methylthioethyl) -2, 5- diketopiperazin stellen chemische Zwischenstufen dar, die gemäß US2,397,628 auf dem Weg zum D, L-Methionin durchlaufen wurden, allerdings nicht ausgehend vom Homoserin, sondern ausgehend von 2-Acetyl-4-butyrolacton :

Zusätzlich gibt es weitere Herstellverfahren für D, L- Methionin, die ebenfalls nicht ausgehen von Homoserin sondern z.B. ausgehen von 2-Acetyl-4-butyrolacton über das 2- Amino-4-butyrolacton bzw. entsprechend geschütztes 2-Amino- 4-butyrolacton, gemäß Snyder, Andreen, John, Cannon und Peters ("Convenient synthesis of dl-methionine" , Journal of the American Chemical Society (1942), 64, 2082-4).

Die Synthese gemäß Plieninger geht aus von 2-Amino-4- butyrolacton ("Die Aufspaltung des γ-Butyrolactons und OC- Amino-γ-butyrolactons mit Natriummethylmercaptid bzw. - selenid. Eine Synthese des Methionins", Chemische Berichte (1950) , 83, 265-8) .

Die nachfolgend dargestellten Verbindungen, 3, 6-Di (2- vinyl) -2, 5-diketopiperazin bzw. 3, 6-Di (2-bromethyl) -2, 5- diketopiperazin, stellen ebenfalls chemische Vorstufen dar,

die gemäß Snyder und Chiddix ( "Non-Markovnikov addition in reactions of 3, 6-divinyl-2, 5-diketopiperazine" , Journal of the American Chemical Society (1944), 66 1002-4) auf dem Weg zum D, L-Methionin durchlaufen werden. Aber auch hier wird kein Homoserin eingesetzt.

Insbesondere gelöst werden die vorstehend genannten Aufgaben durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Zweckmäßige Ausformungen und Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Dadurch, dass man ein Verfahren zur Herstellung von L- Methionin, D-Methionin oder einer beliebigen Mischungen von L- und D- Methionin anwendet, das von Homoserin ausgeht und bei dem das L-Homoserin, D-Homoserin oder entsprechende Mischungen von L- und D-Homoserin der nachstehenden Formel I

durch chemische Umwandlung in Methionin überführt werden, wobei keine der Zwischenstufen N-Carbamoylhomoserin, 4- (2- Bromethyl) -hydantoin und 4- (2-Methylthioethyl) -hydantoin (Formeln A - C) durchlaufen werden,

(C)

gelingt es, die Nachteile der genannten rein chemischen oder direkten biotechnologischen Verfahren zu überwinden.

Diese Nachteile werden insbesondere dann überwunden, wenn das eingesetzte L-Homoserin über die Fermentation hergestellt worden ist. Es ist bereits bekannt, dass L- Homoserin durch Fermentation von Mikroorganismen insbesondere Bakterien der Familie Enterobacteriaceae oder coryneforme Bakterien hergestellt werden kann, wobei Kohlenstoffquellen wie z. B. Saccharose, Glucose, Fructose und Glycerin oder Mischungen daraus und herkömmliche

Stickstoffquellen wie z. B. Ammoniak verwendet werden.

Beispiele für die mikrobielle Produktion von L-Homoserin, bei denen Enterobacteriaceae, insbesondere Escherichia coli, verwendet werden, können in US 6,303,348 US 6,887,691 oder US 6,960,455 oder EP 1217076 Al gefunden werden.

Beispiele für die mikrobielle Produktion von L-Homoserin, bei denen coryneforme Bakterien, insbesondere Corynebacterium glutamicum verwendet werden, können in US 3,189,526 oder US 3,598,701 gefunden werden.

Durch Einsatz von fermentativ gewonnenem L-Homoserin gelingt es, die genannten relativ gefährlichen Rohstoffe Acrolein und Blausäure zu umgehen.

Es kann aber auch vorteilhaft sein, fermentativ gewonnenes L-Homoserin mit auf klassisch chemischem Weg erzeugten racemischen D, L-Homoserin zu mischen und eine entsprechend erhaltene Mischung aus D- und L-Homoserin für die chemische Umwandlung einzusetzen, aus der am Ende dann entsprechende Gemische aus D-und L-Methionin resultieren. Dies kann v.a. dann von Vorteil sein, wenn D-/L-Homoserin als Reststoff von chemischen Herstellprozessen der D-/L-Homoserin- produktion verwertet werden soll. Auch reines D-Homoserin kann eingesetzt werden. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn D-Homoserin als Reststoff aus der

Racematspaltung von D-/L-Homoserin verwertet werden soll.

Der Einsatz von reinem D-Homoserin ist aber in der Regel nur dann vorteilhaft, wenn gezielt D-Methionin hergestellt werden soll.

Durch Einsatz von fermentativ gewonnenem L-Homoserin gelingt es hingegen direkt zum L-Methionin zu gelangen und zwar bei erfindungsgemäßer Anwendung von chemischen Verfahrensschritten, welche die L-Konfiguration nicht beeinträchtigen. Bei ausschließlichem Einsatz von L- Homoserin wird schließlich ein reines L-Methionin erzeugt, das für pharmazeutische und Lebensmittelanwendungen direkt einsetzbar ist und sich auch in der Tierernährung durch höhere Bioeffizienz im Vergleich zu herkömmlichem D, L- Methionin auszeichnet. Dieser Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Regel von größtem Nutzen.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird ein L-Homoserin- haltiges, festes Produkt eingesetzt, das aus einer L- Homoserin-haltigen Fermentationsbrühe durch Entzug von Wasser hergestellt wurde. Dies hat den Vorteil, dass Nebenprodukte der Fermentation erst im letzten

Reinigungsschritt auf der Stufe des L-Methionins abgetrennt werden können und damit Reinigungsaufwand gespart werden kann. Gegebenenfalls können Nebenprodukte und/oder Begleitstoffe der Fermentation auch im Endprodukt verbleiben, wenn sie die nachfolgende Umsetzung nicht stören oder sogar im Endprodukt erwünscht sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sie selbst über nutritive Eigenschaften verfügen und L-Methionin für Futtermittelherstellung eingesetzt wird. Bei solchen nutritiv wirksamen Verbindungen kann es sich z.B. um weitere Aminosäuren oder Eiweißstoffe handeln.

Demgemäß ist auch ein Mischprodukt aus L-Methionin und Nebenprodukten und/oder Begleitstoffen der fermentativen Herstellung von L-Homoserin Gegenstand der Erfindung.

Die L-Homoserin enthaltende Fermentationsbruhe wird zweckmaßigerweise durch Kultivierung eines L-Homoserin ausscheidenden Mikroorganismus in einem geeigneten Nahrmedium hergestellt.

Als Mikroorganismus werden vorzugsweise Bakterien, insbesondere Bakterien der Gattung Corynebacterium oder Escherichia verwendet.

Es hat sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, wenn die Konzentration des L-Homoserins in der Fermentationsbruhe mindestens 1 g/l betragt.

überraschenderweise wurde festgestellt, dass die chemische Umwandlung des L- und/oder D-Homoserins direkt mit Methylmercaptan (MeSH) ggf. in Gegenwart eines sauren Katalysators durchgeführt werden kann. Dies hat den großen Vorteil, dass ein einziger chemischer Schritt direkt zum Endprodukt L-Methionin fuhrt. Methylmercaptan kann dabei in großen überschüssen eingesetzt werden und unverbrauchtes Methylmercaptan anschließend leicht abgetrennt und recycliert werden, da es sich im Gegensatz zur Aminosäure um eine bei Raumtemperatur gasformige Verbindung handelt.

Hier hat es sich als vorteilhaft erwiesen 1 bis 100, vorzugsweise 1 bis 50 Molaquivalente MeSH zu verwenden.

Um die Reaktion zu beschleunigen und die Ausbeute zu erhohen hat es sich auch als vorteilhaft gezeigt, wenn ein saurer Katalysator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bronstedtsauren mit einem pka von < 3 verwendet wird.

Derartige Sauren sind beispielsweise HCl, HBr, HI, H ₂ SO ₄ , AlkaliHSCu, H ₃ PO ₄ , AlkaliH ₂ PO ₄ , wobei Alkali für Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium steht,

Polyphosphorsaure, Ci-Ci2-Alkylsulfonsaure, Cö-CIO- Arylsulfonsaure, Trifluormethansulfonsaure, Trifluoressig-

säure oder ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluor-3, 6-dioxo-4-methyl-7-octen-sulfonsäure (Nafion) . Nafion als fester Katalysator hat insbesondere den Vorteil, dass es nach der Reaktion leicht aus der Reaktionsmischung abgetrennt und recycliert werden kann.

Ebenso vorteilhaft kann es sein, wenn ein Lewissäure- Katalysator verwendet wird. Hier sind insbesondere Lewissäure-Katalysatoren mit mindestens einer niedermolekulare Lewissäure ausgewählt aus der Gruppe AlCl ₃ , ZnCl ₂ , BF ₃ *OEt ₂ , SnCl ₂ , FeCl ₃ zu nennen.

Auch stark saures Ionenaustauscherharze, die ebenfalls besonders gut zurückgewonnen werden können, haben sich hier als vorteilhaft erwiesen, insbesondere ein ggf. substituiertes z.B. mit Divinylbenzol vernetztes Polystyrolsulfonsäureharz .

Aber auch heterogene saure Katalysatoren aus der Gruppe Zeolith, Montmorrillonit und (WO ₃ -und Cs ₂ O) -haltiges Aluminiumoxid, und können erfindungsgemäß verwendet werden. Bei den genannten Aluminiumoxiden werden diejenigen mit 5 - 15% WO ₃ und 5 -15% Cs ₂ O-Gehalt bevorzugt.

Zweckmäßigerweise wird die Reaktion in Lösung und/oder in Suspension in Gegenwart von Wasser und/oder eines organischen Lösungsmittels durchführt. Wenn man die Reaktion in Gegenwart von Wasser durchführt, kann es zweckmäßig sein, direkt von einer ggf .von Feststoffanteilen befreiten wässrigen Fermentationslösung, die L-Homoserin enthält, auszugehen, da so vorteilhafterweise weitere Aufarbeitungsschritte eingespart werden können. Aber auch ein wasserhaltiges Roh-L-Homoserin, kann entsprechend vorteilhaft eingesetzt werden.

So kann erfindungsgemäß Wasser und/oder mindestens ein niedermolekulares organische Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C ₃ - bis C6~Ketonen, vorzugsweise

Methylisobutylketon (MIBK) oder Aceton, geradekettige oder verzweigte Ci- bis C ₄ -Alkohole, C ₄ - bis Cio-Carbonsaure- ester, vorzugsweise Essigsaureethylester oder -butylester, C3- bis C6-Carbonsaureamide, vorzugsweise DMF oder Dimethylacetamid, C ₆ - bis Cio-Aromaten, vorzugsweise Toluol und C3- bis C ₇ -cyclische Carbonate, vorzugsweise Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat verwendet werden. Aber auch Methylmercaptan, in entsprechenden überschüssen verwendet, kann als Losungsmittel oder zumindest als Cosolvens fungieren.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung kann ein Verfahren zur chemischen Umwandlung des L- und /oder D-Homoserins zu Methionin auch so durchgeführt werden, dass in einem ersten Schritt durch Einfuhren einer Abgangsgruppe Y am C4-Atom des Homoserins eine Verbindung der Formel II

hergestellt wird, wobei Y steht für Halogen (= Chlor, Brom oder Jod) , Sulfonyloxy (= p-Toluolsulfonyloxy [pTsO] , C ₆ H ₅ SO ₃ , H ₃ CSO ₃ , H ₅ C ₂ SO ₃ oder CF ₃ SO ₂ ) , Sulfat (OSO ₃ H) oder

Phosphat (OPO ₃ H), und Verbindung II dann in einem zweiten Schritt mit MeSH zu L-Methionin, D- Methionin oder einer entsprechende Mischung von L- und D-Methionin umgesetzt wird.

Die Einfuhrung der Abgangsgruppe Y geschieht vorteilhaft, wenn Y = Halogen, im ersten Schritt entsprechend durch Umsetzung des Homoserins mit PCl ₅ , PCl ₃ , BBr ₃ , PJ ₃ , POCl ₃ , SOCl ₂ oder SOBr ₂ .

Wenn Y = Sulfonyloxy ist, geschieht die Einfuhrung der Abgangsgruppe Y, im ersten Schritt entsprechend und in

vorteilhafter Weise durch Umsetzung mit p-Toluolsulfon- säurechlorid(p-TsCl) , C ₆ H ₅ SO ₂ Cl, H ₃ CSO ₂ Cl, H ₅ C ₂ SO ₂ Cl oder CF ₃ SO ₂ Cl.

Wenn hingegen Y = Sulphat bedeutet, werden zur Einführung der Abgangsgruppe Y, im ersten Schritt typischerweise entsprechend SO ₃ , H ₂ SO ₄ oder Oleum verwendet und wenn Y = Phosphat bedeutet, wird bevorzugt Polyphoshorsäure zur Einführung von Y verwendet.

Nach der Aktivierung des Homoserins durch Einführung der entsprechende Abgangsgruppe Y in 4-Position gelingt es, in einem nächsten Schritt besonders gut die Me-S-Gruppe durch Substitution von Y einzuführen.

Diese Substitution wird vorteilhafterweise mittels Umsetzung der Verbindung der Formel II mit MeSH in Gegenwart eines basischen oder sauren Katalysators durchgeführt .

Als basische Katalysatoren eignen sich insbesondere NaOH, KOH, Pyridin, Trimethylamin, Triethylamin oder ein Acetat, Carbonat bzw. Hydrogencarbonat der Alkali- oder Erdalkalimetalle, wobei Alkali für Lithium, Natrium,

Kalium, Rubidium oder Cäsium und Erdalkali für Magnesium, Calcium oder Barium steht.

Als saure Katalysatoren eignen sich insbesondere HCl, HBr, HI, H ₂ SO ₄ , AlkaliHSO ₄ , H ₃ PO ₄ , AlkaliH ₂ PO ₄ , wobei Alkali für Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium steht, Polyphosphorsäure, Ci-Ci ₂ -Alkylsulfonsäure, Cö-CIO- Arylsulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure,

Trifluoressigsäure oder ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluor-3, 6-dioxo-4-methyl-7-octen-sulfonsäure (Nafion) eingesetzt wird.

Die Umsetzung wird bevorzugt in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels und/oder Wasser durchgeführt.

Als organisches Lösungsmittel wird dabei vorzugsweise ein niedermolekulares organische Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C3- bis C6~Ketonen, bevorzugt Methylisobutylketon (MIBK) oder Aceton, geradekettige oder verzweigte Ci- bis C ₄ -Alkohole, C ₄ - bis Cio-Carbonsäure- ester, vorzugsweise Essigsäureethylester oder -butylester, C3- bis C6-Carbonsäureamide, vorzugsweise DMF oder Dimethylacetamid, Cβ~ bis Cio-Aromaten, vorzugsweise Toluol und C3- bis C ₇ -cyclische Carbonate, vorzugsweise Ethylencarbonat, Propylencarbonat oder Butylencarbonat verwendet .

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein Verfahren zur chemischen Umwandlung des L- und /oder D-Homoserins zu Methionin auch so durchgeführt werden, dass in einem ersten Schritt durch sauer katalysierte Zyklisierung das entsprechende 2-Amino-4- butyrolacton der Formel III oder dessen Salz (Formel IV)

hergestellt wird, wobei X für Cl, Br, J, HSO ₄ , (SO ₄ ) 1 _/ 2, H ₂ PO ₄ , (HPO ₄ ) 1 _/ 2, (PO ₄ ) 1 _/ 3 oder R ^' -SO ₃ (mit R ^' = Methyl,

Ethyl, Phenyl, Tosyl) steht, welches dann in einem zweiten Schritt mit MeSH zu L-Methionin, D-Methionin oder einer entsprechenden Mischung von L- und D-Methionin umgesetzt wird. Insbesondere das Salz stellt dabei eine stabile Zwischenstufe dar, die zwischengelagert oder auch transportiert werden kann, was einen nicht unerheblichen Vorteil darstellt.

Als saurer Katalysator eignen sich Säuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Brönstedtsäuren mit einem pka von < 3.

Bevorzugt eingesetzt werden als saurer Katalysator dabei HCl, HBr, HI, H ₂ SO ₄ , AlkaliHSO ₄ , H ₃ PO ₄ , AlkaliH ₂ PO ₄ , wobei Alkali für Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium steht, Polyphosphorsäure, Ci-Ci2-Alkylsulfonsäure, Cö-CIO- Arylsulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure,

Trifluoressigsäure oder ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluor-3, 6-dioxo-4-methyl-7-octen-sulfonsäure (Nafion) .

Ebenfalls eignen sich stark saure Ionenaustauscherharze als saurer Katalysator und hierbei insbesondere ggf. substituierte vorzugsweise mit Divinylbenzol vernetzte Polystyrolsulfonsäureharze .

Auch heterogene saure Katalysatoren aus der Gruppe (WO ₃ - und Cs ₂ O) -haltiges Aluminiumoxid, Zeolith und Montmorrillonit können erfindungsgemäß verwendet werden. Bei den genannten Aluminiumoxiden werden diejenigen mit 5 - 15% WO ₃ -Gehalt und 5 -15% Cs ₂ O-Gehalt bevorzugt.

Ebenso können Lewissäure-Katalysatoren verwendet werden und insbesondere niedermolekulare Lewissäuren ausgewählt aus der Gruppe AlCl ₃ , ZnCl ₂ , BF ₃ *OEt ₂ , SnCl ₂ , FeCl ₃ , welche verfügbar und kostengünstig sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung kann ein Verfahren zur chemischen Umwandlung des Homoserins zu Methionin auch so gestaltet werden, dass man die folgenden Schritte durchführt:

a) N-Acylierung des L- und/oder D-Homoserins mit Hilfe eines Acylierungsmittels zum N-Acyl- L- und/oder D- Homoserin der Formel V,

HO (V) ,

wobei R = Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl, i- Propyl, n-Butyl, sek.-Butyl, tert.-Butyl, Phenyl, Mono-, Di- oder Trihalogenalkyl, mit halogen = F oder Cl, vorzugsweise CF ₃ oder CCl ₃ , Benzyloxycarbonyl oder Ci- bis C ₄ -Alkyloxycarbonyl, vorzugsweise tert.- Butyloxycarbonyl oder Methyloxycarbonyl bedeutet,

b) Umsetzung des in Schritt a) erhaltenen N-Acyl-

Homoserins V mit MeSH in Gegenwart eines basischen oder sauren Katalysators zu N-Acyl-Methionin der Formel VI

c) Hydrolyse des in Schritt b) erhaltenen N-Acyl-L- und/oder D-Methionins zum entsprechenden Methionin.

Je nach genauer Wahl der Umsetzungsbedingungen wird in Schritt a) entweder primär das entsprechende O-Acyl- Homoserin gebildet, das anschließend zum N-Acyl-Homoserin V umlagert, oder es wird direkt in einer Stufe V gebildet.

Zur Acylierung im Schritt a) wird vorzugsweise ein Acylierungsmittel der allgemeinen Formel R-CO-X ¹ verwendet, wobei X ¹ = R ¹ COO, OR ² (R ² = Methyl oder Ethyl), Cl, Br sein kann und R und R ¹ gleich oder verschieden sein können und

Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, sek.-Butyl, tert.-Butyl, Phenyl, Mono-, Di- oder Trihalogenalkyl, mit halogen = F oder Cl, vorzugsweise CF ₃ oder CCI ₃ , Benzyloxycarbonyl oder Ci- bis C ₄ - Alkyloxycarbonyl, vorzugsweise tert . -Butyloxycarbonyl oder Methyloxycarbonyl, bedeuten.

Als basischer Katalysator im Schritt b) kann NaOH, KOH, Pyridin, Trimethylamin, Triethylamin oder ein Acetat, Carbonat bzw. Hydrogencarbonat der Alkali- oder Erdalkalimetalle eingesetzt werden, wobei Alkali für Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium und Erdalkali für Magnesium, Calcium oder Barium steht.

Als saurer Katalysator für Schritt b) eignen sich insbesondere HCl, HBr, HI, H ₂ SO ₄ , AlkaliHSO ₄ , H ₃ PO ₄ , AlkaliH ₂ PO ₄ , wobei Alkali für Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium steht, Polyphosphorsäure, C1-C12- Alkylsulfonsäure, C6-Cio-Arylsulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure, Trifluoressigsäure oder ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluor-3, 6-dioxo-4- methyl-7-octen-sulfonsäure (Nafion) .

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein Verfahren zur chemischen Umwandlung des Homoserins zu Methionin auch so gestaltet werden, dass man die nachfolgenden Schritte durchführt:

a) N-Acylierung des L- und/oder D-Homoserins mit Hilfe eines Acylierungsmittels zum N-Acyl- L- und/oder D- Homoserin der Formel V

wobei R Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl, i- Propyl, n-Butyl, sek.-Butyl, tert.-Butyl, Phenyl,

Mono-, Di- oder Trihalogenalkyl, mit halogen = F oder Ci, vorzugsweise CF ₃ oder CCI ₃ , Benzyloxycarbonyl oder Ci- bis Cj-Alkyloxycarbonyl, vorzugsweise tert.- Butyloxycarbonyl oder Methyloxycarbonyl, bedeutet,

b) überfuhren der in Schritt a) erhaltenen Verbindung V durch Einfuhren einer Abgangsgruppe Y am C4-Atom in eine Verbindung der Formel VI

wobei Y steht für Halogen (= Chlor, Brom oder Jod) , Sulfonyloxy (= pTsO, C ₆ H ₅ SO ₃ , H ₃ CSO ₃ oder H ₅ C ₂ SO ₃ ) , Sulfat (OSO ₃ H) oder Phosphat (OPO ₃ H),

c) Umsetzung der in Schritt b) erhaltenen Verbindung VI mit MeSH in Gegenwart eines basischen oder sauren Katalysators zum N-Acyl-L-Methionin, N-Acyl-D- Methionin oder einer entsprechende Mischung von N- Acyl-L- und/oder D- Methionin der Formel VII

d) Hydrolyse des in Schritt c) erhaltenen N-Acyl-L- und/oder D-Methionins VII zu L- und/oder D-Methionin,

Die Bildung der Verbindung V geschieht dabei je nach genauer Wahl der Umsetzungsbedingungen entweder durch

Umlagerung vom primär gebildetem O-Acyl-Homoserin zum N- Acyl-Homoserin oder durch eine Kombination der in situ- Lactonisierung und Acylierung mit nachfolgender Ringöffnung.

Zur Acylierung im Schritt a) wird vorzugsweise ein

Acylierungsmittel der allgemeinen Formel R-CO-X ¹ verwendet, wobei X ¹ = R ¹ COO, OR ² (R ² = Methyl oder Ethyl) , Cl oder Br ist und R und R ¹ gleich oder verschieden sein können und Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, sek.-Butyl, tert.-Butyl, Phenyl, Mono-, Di- oder

Trihalogenalkyl, mit halogen = F oder Cl, vorzugsweise CF ₃ oder CCI ₃ , Benzyloxycarbonyl oder Ci- bis C ₄ - Alkyloxycarbonyl, vorzugsweise tert . -Butyloxycarbonyl oder Methyloxycarbonyl, bedeuten.

Die Einführung der Abgangsgruppe Y geschieht vorteilhaft, wenn Y = Halogen, im ersten Schritt entsprechend durch Umsetzung des Homoserins mit PCI3, BBr ₃ , PJ3, SOCI2 oder SOBr ₂ .

Wenn Y = Sulfonyloxy ist, geschieht die Einführung der Abgangsgruppe Y, im ersten Schritt entsprechend und in vorteilhafter Weise durch Umsetzung mit p-Toluolsulfon- säurechlorid (p-TsCl) , C ₆ H ₅ SO ₂ Cl, H ₃ CSO ₂ Cl, H ₅ C ₂ SO ₂ Cl oder CF ₃ SO ₂ Cl. Wenn hingegen Y = Sulphat bedeutet, werden zur Einführung der Abgangsgruppe Y, im ersten Schritt typischerweise entsprechend SO ₃ , H ₂ SO ₄ oder Oleum verwendet. Wenn Y = Phosphat (OPO ₃ H) bedeutet, wird zur Einführung der Abgangsgruppe Y, im ersten Schritt typischerweise Polyphosphorsäure verwendet.

Nach der Aktivierung des N-Acyl-Homoserins durch Einführung der entsprechende Abgangsgruppe Y in 4-Position gelingt es, in einem nächsten Schritt besonders glatt die Me-S-Gruppe durch Substitution von Y einzuführen.

Als basische Katalysatoren im Schritt c) eignen sich insbesondere NaOH, KOH, Pyridin, Trimethylamin, Triethylamin oder ein Acetat, Carbonat bzw. Hydrogencarbonat der Alkali- oder Erdalkalimetalle, wobei Alkali für Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium und Erdalkali für Magnesium, Calcium oder Barium steht.

Als saure Katalysatoren im Schritt c) eignen sich insbesondere HCl, HBr, HI, H ₂ SO ₄ , AlkaliHSO ₄ , H ₃ PO ₄ , AlkaliH ₂ PO ₄ , wobei Alkali für Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium steht, Polyphosphorsäure, C1-C12-

Alkylsulfonsäure, C6-Cio-Arylsulfonsäure, Trifluormethan- sulfonsäure, Trifluoressigsäure oder ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluor-3, 6-dioxo-4-methyl-7-octen- sulfonsäure (Nafion) .

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung kann ein Verfahren zur chemischen Umwandlung des L- und/oder D-Homoserins zu Methionin auch so gestaltet werden, dass man die nachfolgenden Schritte durchführt:

a) N-Acylierung und Zyklisierung des L- und/oder D- Homoserins mit Hilfe eines Acylierungsmittels zum N- Acyl-L- und/oder D-Homoserinlacton der Formel VIII

wobei R Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl, i- Propyl, n-Butyl, sek.-Butyl, tert.-Butyl, Phenyl, Mono-, Di- oder Trihalogenalkyl, mit halogen = F oder Cl, vorzugsweise CF ₃ oder CCl ₃ , Benzyloxycarbonyl oder Ci- bis C ₄ -Alkyloxycarbonyl, vorzugsweise tert.- Butyloxycarbonyl oder Methyloxycarbonyl, bedeutet,

b) Umsetzung des in Schritt a) erhaltenen N-Acyl-

Homoserinlactons mit MeSH in Gegenwart eines basischen oder sauren Katalysators zum entsprechenden N-Acyl- Methionin der Formel VII

H

N

MeS CO ₂ H

H (VII),

c) Hydrolyse des in Schritt b) erhaltenen N-Acyl- L- und/oder D-Methionins zum entsprechenden Methionin bei Temperaturen von >95 ⁰ C.

Zur Acylierung im Schritt a) wird vorzugsweise ein

Acylierungsmittel der allgemeinen Formel R-CO-X ¹ verwendet, wobei X ¹ = R ¹ COO, OR ² (R ² = Methyl oder Ethyl) , Cl oder Br ist und R und R ¹ gleich oder verschieden sein können und Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, sek.-Butyl, tert.-Butyl, Phenyl, Mono-, Di- oder

Trihalogenalkyl, mit halogen = F oder Cl , vorzugsweise CF3 oder CCI ₃ , Benzyloxycarbonyl oder Ci- bis C ₄ - Alkyloxycarbonyl, vorzugsweise tert-Butyloxycarbonyl oder Methyloxycarbonyl, bedeuten. Die N-Acetylierung in Schritt a) geschieht dabei entweder durch Umlagerung von primär gebildetem O-Acyl-Homoserin zum N-Acyl-Homoserin mit nachfolgendem Ringschluß oder durch eine Kombination der in situ stattfindenden Lactonisierung und der direkten N- Acylierung.

Außerdem wird in der Acylierung im Schritt a) als

Lösungsmittel bevorzugt eine Carbonsäure RCOOH oder R ¹ COOH verwendet, wobei R bzw. R ¹ die oben angegebene Bedeutung haben, ggf. in Gegenwart eines weiteren Cosolvens aus der

Gruppe bestehend aus C3- bis C6-Ketonen, vorzugsweise MIBK oder Aceton, C ₄ - bis Cio-Carbonsäureester, vorzugsweise Essigsäureethylester oder -butylester, C3- bis Cβ~ Carbonsäureamide, vorzugsweise DMF oder Dimethylacetamid, Cβ~ bis Cio-Aromaten, vorzugsweise Toluol und C3- bis C ₇ - cyclische Carbonate, vorzugsweise Ethylencarbonat Propylencarbonat oder Butylencarbonat .

Als basische Katalysatoren im Schritt a) werden bevorzugt Pyridinderivate, vorzugsweise Dimethylaminopyridin (DMAP) , oder Carbonyldiimidazol eingesetzt.

Schritt a) wird dabei bevorzugt bei Temperaturen von 20 bis

100 ⁰ C, insbesondere bei 50 bis 90 ⁰ C durchgeführt.

Als basischer Katalysator in Schritt b) wird dabei bevorzugt ein Katalysator verwendet, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tetraalkylammoniumhydroxiden mit max . 48 C-Atomen, Alkali- bzw. Erdalkalihydroxiden, - carbonaten, -hydrogencarbonaten, -acetaten, wobei Alkali für Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium und Erdalkali für Magnesium, Calcium oder Barium steht, tertiäre Aminen mit max. 36 C-Atomen und 1 bis 4 N-Atomen, Tetra (Ci-C ₄ -alkyl) -Guanidin, bicyclische Amine, vorzugsweise DBU (1, 8-Diazobicyclo [5.4.0 ] undec-7-en) und TBD (1, 5, 7-Triazabicyclo [4.4.0] dec-5-en) , Pyridin und stark alkalischen Ionenaustauscherharzen .

Andere bevorzugt eingesetzte basische Katalysatoren in

Schritt b) sind Trialkylamine der allgemeinen Formel NR ³ R ⁴ R ⁵ , wobei R ³ , R ⁴ und R ⁵ gleich oder verschieden sein können und einen linearen oder verzweigten Ci- bis C12- Alkylrest, vorzugsweise Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl oder sek.-Butyl bedeuten.

Ganz besonders bevorzugte basische Katalysatoren sind N(methyl) ₃ , N (methyl) ₂ (ethyl) , N (methyl) (ethyl) ₂ , N (ethyl) ₃ , N( n-Propyl) ₃ , N (ethyl) (iPropyl)2 oder N(n-butyl) ₃ , aber

auch Diazabicyclooctan (DABCO) , DBU, TBD, Hexamethylentetramin, Tetramethylethylendiamin oder Tetramethylguanidin .

Ebenso besonders bevorzugt werden als basische Katalysatoren verwendet R ³ R ⁴ R ⁵ R ⁶ N-hydroxid, Li-, Na-, K-,

Rb-, Cs-Hydroxid, Mg-, Ca, Ba-Hydroxid, wobei R ³ , R ⁴ , R ⁵ und R ⁶ gleich oder verschieden sein können und einen linearen oder verzweigten Ci- bis Ci2-Alkylrest, vorzugsweise Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl oder sek.-Butyl bedeuten.

Als besonders bevorzugte basische Katalysatoren werden auch R ⁷ R ⁸ NR ⁹ -substituierte, vernetzte Polystyrolharze verwendet, wobei R ⁷ , R ⁸ und R ⁹ gleich oder verschieden sein können und einen linearen oder ggf. verzweigten Ci- bis C ₄ -Alkylrest, vorzugsweise Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl bedeuten.

Um eine schnellen und möglichst vollständigen Ablauf der Reaktion in Schritt b) zu erreichen, werden 1 bis 20 Molaquivalente Base, gerechnet als Hydroxid- bzw. N- Aquivalent, vorzugsweise 1 bis 10 Molaquivalente Base eingesetzt.

Wenn in Schritt b) jedoch ein saurer Katalysator eingesetzt wird, dann ist es vorteilhaft, einen sauren Katalysator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bronstedtsauren mit einem pka von < 3 oder Lewissauren zu verwenden.

Bevorzugt werden dabei als saure Katalysatoren HCl, HBr, HI, H ₂ SO ₄ , AlkaliHSO ₄ , H ₃ PO ₄ , AlkaliH ₂ PO ₄ eingesetzt, wobei Alkali für Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium steht, Polyphosphorsaure, Ci-Ci2-Alkylsulfonsaure, Cö-CIO- Arylsulfonsaure, Trifluormethansulfonsaure, Trifluoressigsaure oder ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluor-3, 6-dioxo-4-methyl-7-octen-sulfonsaure (Nafion) .

Als saure Katalysatoren können aber auch stark saure Ionenaustauscherharze verwendet werden, die nach erfolgter Reaktion leicht abtrennbar sind.

Dabei bevorzugt werden ggf. substituierte, vorzugsweise mit Divinylbenzol vernetzte Polystyrolsulfon-säureharze verwendet .

Auch können heterogene saure Katalysatoren aus der Gruppe (WO3- und CS2O) -haltiges Aluminiumoxid, Zeolith und Montmorrillonit verwendet werden. Bei den genannten Aluminiumoxiden werden diejenigen mit 5 -15% WO ₃ und 5 -15% Cs2θ-Gehalt bevorzugt.

Auch Lewissäure-Katalysatoren finden hier in vorteilhafter Weise Verwendung.

Als Lewissäure wird dabei bevorzugt eine niedermolekulare Lewissäure ausgewählt aus der Gruppe AlCl ₃ , ZnCl ₂ , BF ₃ *OEt2, SnCl ₂ , FeCl ₃ verwendet.

Es ist auch vorteilhaft, wenn man die Reaktion in Schritt b) in Lösung und/oder in Suspension in einem organischen Lösungsmittel durchführt.

Als Lösungsmittel kann Wasser und/oder mindestens ein niedermolekulares organisches Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C ₃ - bis C6~Ketonen, vorzugsweise MIBK oder Aceton, geradekettige oder verzweigte C _x - bis C ₄ - Alkohole, C ₄ - bis Cio-Carbonsäureester, vorzugsweise Essigsäure-ethylester oder -butylester, C ₃ - bis Ce~

Carbonsäureamide, vorzugsweise DMF oder Dimethylacetamid, Cβ~ bis Cio-Aromaten, vorzugsweise Toluol und C ₃ - bis C ₇ - cyclische Carbonate, vorzugsweise Ethylencarbonat, Propylencarbonat oder Butylencarbonat verwendet werden.

Die Hydrolyse in Schritt c) kann in wäßriger Lösung und/oder Suspension durchgeführt werden.

Zusätzlich kann es jedoch auch vorteilhaft sein, wenn man zusätzlich mindestens ein niedermolekulares organisches Lösungsmittel einsetzt, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus C3- bis C6~Ketonen, vorzugsweise MIBK oder Aceton, geradekettige oder verzweigte Ci- bis C ₄ -Alkohole, C ₄ - bis Cio-Carbonsäureester, vorzugsweise Essigsäure- ethylester oder -butylester, C3- bis C6-Carbonsäureamide, vorzugsweise DMF oder Dimethylacetamid, Cβ~ bis C10- Aromaten, vorzugsweise Toluol und C3- bis C7-cyclische Carbonate, vorzugsweise Ethylencarbonat, Propylencarbonat oder Butylencarbonat .

Die Reaktion in Schritt c) wird dabei in der Regel bei einer Temperatur von 90 bis 180 ⁰ C, vorzugsweise bei 100 bis 160 ⁰ C, insbesondere bei 120 bis 150 ⁰ C, ganz besonders bevorzugt bei 130 bis 140 ⁰ C durchführt.

Zur Beschleunigung der Hydrolysereaktion in Schritt c) kann zusätzlich in Gegenwart eines sauren, basischen oder Lewissäure- Katalysators oder einer Kombination aus sauren und Lewissäure- Katalysator gearbeitet werden.

Ein Methioninprozess, der eine erfindungsgemäße Kombination von biotechnologischen und chemischen Schritten beinhaltet, hat insgesamt mehrere Vorteile verglichen mit einem herkömmlichen Prozess, insbesondere im Hinblick auf den erwähnten Bedarf für einen wirtschaftlicheren, sichereren Prozess, der zudem L-Methionin liefern sollte.

Erstens ermöglicht der Einsatz von Zucker anstelle von Propen (bzw. Acrolein) , dass die Methioninherstellung ökonomischer gestaltet werden kann, einmal von den gegenwärtigen Rohstoffkosten her und zum anderen durch die erreichte Unabhängigkeit von den kontinuierlich steigenden Kosten für Rohöl.

Zweitens stellt der eingesetzte Zucker einen erneuerbaren Rohstoff dar, so dass hier ein wertvoller Beitrag zur

Resourcenschonung geleistet wird. Außerdem sind Zucker viel weniger gefahrlich als die industriellen Zwischenprodukte Acrolein und Blausaure, so dass die Substitution dieser Rohstoffe durch Zucker als Einsatzstoff das Risikopotential eines Herstellungsprozesses deutlich reduziert und damit die Sicherheit erhöht wird.

Drittens ermöglicht die Kombination eines Fermentationsschrittes, der die enantiospezifische Produktion von L-Homoserin ermöglicht, mit geeigneten vergleichsweise milden chemischen Verfahrensschritten die Umwandlung von L-Homoserin in L-Methionin ohne Racemisierung und fuhrt auf diese Weise zu enantiomerenreinem L-Methionin. Wie erwähnt hat L-Methionin eine höhere Bioverfugbarkeit im Vergleich zu gegenwartig produziertem D, L-Methionin .

Viertens erlaubt die Herstellung von enantiomerenreinem L- Methionin mit einem kombinierten Herstellverfahren der oben beschriebenen Art die elegante überwindung der eingangs erwähnten Probleme, die mit der Produktion von L-Methionin auf rein biotechnologischem Weg verbunden sind.

Die nachfolgenden erfindungsgemaßen Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung, sollen die Erfindung jedoch in keiner Weise beschranken.

Direkte Umsetzung von L-Homoserin zu L-Methionin

Beispiel 1

Umsetzung mit einem heterogenen Katalysator (7-10%WO ₃ /7- 10%Cs ₂ O auf Al ₂ O ₃ -Träger - Hersteller - Degussa.

L-Homoserin (biotechnologisch hergestellt) und der fein zermahlene heterogene Katalysator wurden im Autoklav vorgelegt und MeSH wurde als Flüssigkeit dazugegeben. Der Autoklav wurde anschließend auf 140 ⁰ C über 2,5h erhitzt. Nach Entspannen und Entfernen von MeSH wurde mit einer 20 %-wässerigen NaOH Lösung gespült. Die anschließende Filtration und HPLC-Analyse ergab eine Ausbeute von 3 % d.Th. L-Methionin.

Zum Vergleich: Ein analoger Versuch mit reinem AI ₂ O ₃ -Träger ergab nur Spuren von Methionin.

Beispiel 2 - Umsetzung mit i-Propylthiol (iPrSH) und Säure/Lewissäure (fallt nicht unter die Ansprüche)

„SH AIBr, / HBr

HO "CO ₉ H -~^ CO ₂ H

(D

iPrSH (20 ml) wurden langsam mit HBr begast. Anschließend wurden L-Homoserin (10 mmol) zugegeben und das Gemisch 10 Minuten gerührt. Danach wurden AICI ₃ (40 mmol) zugegeben und die Reaktionsmischung 4h bei Raumtemperatur gerührt. Die Reaktionsmischung wurde mit H2O/HCI gequencht und dann mit NaOH basisch gestellt. Nach Absaugen von Al(OH) ₃ wurde

die Filtratlosung zur Trockenen eingeengt und mit HPLC analysiert. Ausbeute von (1) = 8,2 %.

Aktivierung von L-Homoserin am C-4-Atom und Umsetzung zu L- Methionin

Beispiel 3 - Aktivierung durch Sulphat mit anschließender nukleophiler Substitution durch NaSMe:

(2 )

L-Homoserin (19.4 mmol) wurde mit konz. H ₂ SO ₄ (10 ml) unter Kühlung versetzt. Das entstandene Reaktionsgemisch wurde über 30 Minuten gerührt, bis das Homoserin gelost war.

Anschließend wurde die Losung 3 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen. Danach wurde die Reaktionslosung in 800 ml auf -78 ⁰ C abgekühlten Diethylether gegeben, gut gerührt und die überstehenden Losung abdekantiert. Der Feststoff wurde 3 mal mit je 200 ml Diethylether bei -78 ⁰ C gewaschen. Nach dem Absaugen des weiß-gelben Feststoffs wurde dieser 2 Stunden lang im Olpumpenvakuum getrocknet. Ausbeute an Sulfatester (2): 88,0 %.

Der Sulfatester (19 mmol) wurde in DMSO (20 ml) gelost und mit NaSMe (50 mmol) versetzt. Diese Reaktionslosung wurde bei 80 ⁰ C gerührt und nach 90 Minuten mittels HPLC analysiert - L-Methionin Ausbeute: 19,6 %. Wiederholung des Versuchs in N-Methylpyrrolidon (NMP) als Losungsmittel ergab 33,6 % L-Methionin nach 10 Minuten.

Zyklisierung von L-Homoserin und Weiterumsetzung zum L- Methionin

Beispiel 4 - Herstellung von 2-Amino-4-butyrolacton- hydrochlorid-Salz

Aktivierung durch Lactonbildung mit anschließender nukleophiler Substitution durch MeSH

- +

L-Homoserin (0.84 mol) wurde mit 600 ml konz. HCl (6,1 mol! versetzt. Die Lösung wurde ca.15 Minuten lang gerührt, bis sich alles aufgelöst hatte, und anschließend wurde das Wasser unter Vakuum über 1,5 Stunden entfernt. Der Rückstand wurde getrocknet. Ausbeute: 99% an 2-Amino-4- butyrolactonhydrochlorid-Salz .

Beispiel 5 - Umsetzung des 2-Amino-4-butyrolacton- hydrochlorid-Salzes zu L-Methionin

Das 2-Amino-4-butyrolactonhydrochloridsalz (22 mmol) wurde in HCl-gesättigter Ethansulfonsäure (0,2 mol) im Autoklav vorgelegt und MeSH (0,83 mol) in flüssiger Form zu dieser Mischung gegeben. Anschließend wurde der Autoklav geschlossen und 5 Stunden bei 70 ⁰ C erhitzt. Nach Entspannen und Abkühlen wurde die Reaktionslösung mittels HPLC analysiert . Die L-Methionin-Ausbeute betrug 21 %.

Beispiel 6 - Umsetzung des 2-Amino-4-butyrolacton- hydrobromid-Salzes zu L-Methionin

- +

In einem Hochdruckautoklav wurde Aluminiumbromid (75 mmol) vorsichtig zu MeSH (50 ml) zugegeben. Anschließend wurde das Bromidsalz des Aminolactons (bezogen von Aldrich) (25 mmol) zugegeben. Der Autoklav wurde 1 Stunde bei Rautemperatur und danach 2 Stunden bei 40 ⁰ C geschüttelt. Der Autoklav wurde abgekühlt und entspannt. Nach Entfernen das MeSH wurde der Rückstand mit Wasser gequencht und der pH-Wert mit NaOH basisch gestellt. Der entstandenen Niederschlag wurde durch Filtration entfernt. Die Methionin-Ausbeute betrug 33 %.

Beispiel 7 - Umsetzung des 2-Amino-4-butyrolacton- hydrochlorid-Salzes zu 2-Amino-4-methylthiobuttersäure

- +

Das Chloridsalz des Aminolactons (10 mmol) sowie AICI3 (30 mmol) wurden in einem Autoklav vorgelegt und langsam mit MeSH (30 ml) versetzt und gerührt. Anschließend wurde die Mischung 71 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Nach Quenchen der Reaktionsmischung mit Wasser wurde die Ausbeute an 2-Amino-4-methylthiobuttersäure mittels HPLC als 27 % bestimmt.

Beispiel 8 - Umsetzung des 2-Amino-4-butyrolacton- hydrochlorid-Salzes zu 2-Amino-4-isopropylthiobuttersäure (fällt nicht unter die Patentansprüche)

- +

i-Propylthiol (iPrSH, 20 ml) wurde mit AlCl ₃ (30 mmol) versetzt und gerührt. Anschließend wurde das Chloridsalz des Aminolactons (10 mmol) zugesetzt und die Mischung 24 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Nach Quenchen der Reaktionsmischung mit Wasser wurde die Ausbeute an 2-Amino- 4-isopropylthiobuttersäure mittels HPLC als 77 % bestimmt.

Beispiel 9 - Umsetzung des 2-Amino-4-butyrolacton- hydrochlorid-Salzes zu L-Methionin

+

Das 2-Amino-4-butyrolacton-hydrochlorid-Salz (70 mmol) und TBD (1, 5, 7-Triazabicyclo [4.4.0] dec-5-en) (140 mmol) wurden im Autoklav vorgelegt und flüssiges MeSH zugegeben. Der geschlossene Autoklav wurde über 2,5 Stunden auf 70 ⁰ C erhitzt. Anschließend wurde der Autoklav, leicht gekühlt und entspannt. Das MeSH wurde entfernt und der Rückstand mittels HPLC untersucht. Die L-Methionin-Ausbeute betrug 21%.

Beispiel 10 - Zyklisierung von L-Homoserin und N-Acylierung zum N-Acyl-2-Amino-4-butyrolacton und Weiterumsetzung zum N-Acyl-L-Methionin (Vorstufe von L-Methionin)

— — - . Methionin

L-Homoserin (2 mol) wurde in 900 ml Acetanhydrid suspendiert und mit einer Spatelspitze Dimethylaminopyridin (DMAP) versetzt. Es wurde langsam auf 60 ⁰ C erwärmt. Nach ca. 1 Stunde stieg die Temperatur schnell auf 100 ⁰ C an. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 90 Minuten bei 80 °C gerührt und unter Vakuum zur Trockene eingeengt. Das erhaltenen gelbe Ol wurde in Isopropanol (600 ml) aufgenommen und ubernacht bei 0 ⁰ C stehen gelassen. Die entstandenen Kristalle wurden abfiltriert, mit kaltem Isopropanol gewaschen und unter Vakuum getrocknet. Die Ausbeute betrug 60 % N-Acetyl-2-amino-4-butyrolacton isoliert, die Reinheit 99 % (gemäß HPLC) .

Anschließend wurde das N-Acetyl-2-aminobutyroacton (1 eq) mit verschiedenen Basen in MeSH zu N-Acetylmethionin umgesetzt. Eine Mischung vom N-Acetylaminolacton, Base und MeSH (14 Eq) wurde in einem geschlossen Autoklav erhitzt. Nach Abkühlen, Entspannen und Entfernen von MeSH wurde das verbliebende Ol mittels HPLC untersucht. Weitere Einzelheiten sowie die erzielte Ausbeute an N-Acetyl-L- methionin sind in der Tabelle unten aufgelistet:

* Tetramethylguanidin, ** 1, 5, 7-Triazabicyclo [4.4.0 ] dec-5-en