CA1104140A - PROCEDE D'HYDROLYSE CATALYTIQUE CHIMIQUE D'.alpha.-AMINO- NITRILES OU DE LEURS SELS - Google Patents
PROCEDE D'HYDROLYSE CATALYTIQUE CHIMIQUE D'.alpha.-AMINO- NITRILES OU DE LEURS SELSInfo
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Abstract
La présente invention se rapporte à un procédé d'hydrolyse catalytique chimique de .alpha.-amino-nitriles ou de leurs sels. Selon le procédé de l'invention, on fait réagir une solution aqueuse contenant au moins un dérivé carbonylé sur ledit .alpha.-amino-nitrile ou sur l'un de ses sels en présence d'ions hydroxydes. Pour la préparation des .alpha.-amino-acides on introduit les ions OH- dans le milieu réactionnel, de maniére à atteindre sensiblement l'équimolarité de l'hydroxyde par rapport à l'.alpha.amino-nitrile de départ.
Description
La présente invention se rapporte à un procédé
d'hydrolyse catalytique chimique des ~-amino-nitriles ou de leurs sels. Conformément au procédé de l'invention, cette hydrolyse catalytique d'un ~-amino-nitrile ou de l'un de ses sels peut conduire, en fonction des conditions particulières de réaction, soit à la formation d'un a-amino-amide, soit à
la formation d'un sel d'~-amino~acide, ce dernier pouvant être facilement transformé en l'~-amino-acide libre correspondant, par simple neutralisation.
La présente invention concerne donc également de facon particulière la préparation d'~-amino-acides, sous la forme de leur mélange racémique, à partire d'o~-amino-nitriles ou de leurs sels, ou encore éventuellement à partir de leurs précurseurs. Il convient à ce propos de rappeler que les ~-amino-acides revêtent un intérêt industriel incontestable.
Certains d'entre-eux peuvent en e~fet être utilisés en médicine humaine ou vétérinaire, de même que dans l'alimentation, par exemple en vue de compléter le~ rations alimentaire~. D'autres de ces dérivés peuvent également entrèr par exemple dans la composition de savons ou de cosmétiques.
Ces d-amino-acides ont jusqu'à présent été préparés -~
le plus souvent par la méthode dite de "Bucherer-Berg". Dans cette méthode, l'action du carbonate acide d'ammonium sur 1'~ amino-nitrile intermédiaire conduit à la formation d'une hy~antolne que l'on h~drolyse ensuite en milieu basique pour obtenir un sel d'~-amino-acide. Ce procédé présente une certaine ~fficacité, étant donné qu'il permet de transformer jusqu'à 90~ de l'aldéhyde de départ en ~-amino-acide; il reste cependant technologiquement onéreux puisqu'il implique:
*l'utilisation d'un excès non récupérable de carbonate acide d'ammonium;
*deux phases de chauffage : la première pendant deux heures à
des températures de l'ordre de 80 à 100~C en vue de former l'hydantolne, et la deuxième pendant six heures environ à des températures de l'ordre de 120 à 125~C pour réaliser l'hydrolyse, et *la formation de 1,5 mole de Na2SO4, de très faible intérêt économique, par mole d'~-amino-acide préparé par ce procédé.
Malgré les inconvénients de ce procédé, cette méthode a été jusqu'à présent largement préférée à celle de "STRECKER" qui consiste à hydrolyser l'~-amino-nitrile immédiatement en ~-amino-amide et ensuite en ~-amino-acide, et ceci en raison du rendement inférieur à 80% qui a toujours été obtenu dans la transformation de l'aldéhyde de départ en ~-amino-acide.
La présente invention concerne donc un procédé
d'hydrol~se catalytique chimique cl'un ~-amino-nitrile ou de l'un de ses sels, selon lequel en fait réagir une solution aqueuse contenant au moins un dérivé carbonylé sur ledit ~-amino-nitrile ou sur l'un de ses sels en présence d'ions h~droxydes OH-.
Selon une autre caractéristique du procédé de l'invention, la teneur minimale en eau du milieu réactionnel est de L mole d'eau par mole d'~-amino-nitrile, ce qui permet alors de ré~énérer le dérivé carbonylé.
Sélon une autre caractéristique du procédé
d'hydrolyse catalytique chimique de l'invention, les ions hydroxydes sont introduits en faible quantité dans le milieu .
,, ., : .
.:
, .
t ' '. . ' , : :
réactionnel aqueux, de préférence à raison de 0,1 à 0,3 mole d'hydroxyde par mole d'~-amino-nitrile de départ, et l'on extrait ensuite l'~-amino-amide correspondant ainsi obtenu.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, les ions hydroxydes sont introduits dans le milieu réactionnel aqueux, de manière à atteindre sensiblement 1'quimolarit de 1'hydroxyde par rapport à l'Oc-amino-nitrile de départ en ~ue de préparer l~c-amino-acide libre correspondant.
Le procédé d'hydrolyse catalytique chimique selon l'invention s'applique en particulier à descC-amino-nitriles répondant à la formule générale I ~ .
R - fH - CN (I) dans laquelle le radical R représente un atome d'hydrogène ou une chaînle hydrocarbonée, linéaire ou ramifiée, contenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéro-atomes, tels que le soufre, ledit radical R étant éventuellement substitué une ou plusieurs fois, de préférence en fin de chaîne, par des groupements ~:~ tels que hydroxy, amino, carboxyle, phényle, hydroxy-phényle, carboxamide, indolyle, iminazyle et guanidyle, ou bien R forme avec l'atome d'azote en position un groupe hétérocyclique saturé
: contenant au moins un hétéro-atome, tel que l'azote, ledit groupe hétérocyclique pouvant lui-m8me être substi~ué, par exemple par un groupe hydroxy, .
- 3 - :;
. .... , ,.... , . . .. , . . .. .. , ,. .. . . , . . ., , ~ ,.... . . - . . .... . . ou à l'un de ses sels.
D'autres caractéristiques et avan-tages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ~aite ci-après.
On a constaté qu'en ajoutant un ~-amino-nitrile ou l'un de ses sels, tels que par exemple le chlorhydrate, dans une solution aqueuse contenant un dérivé carbonylé et des ions hydroxydes, on obtenait très rapidement et de façon quantitative, même à la température ambiante, l'~-amino-amide correspondant a l'~-amino-nitrile de départ. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les ions hydroxydes OH- sont apportés dans le milieu réactionnel par exemple sous la forme d'un hydroxyde d'un métal alcalin ou -alcalino-terreux ou encore sous la forme d'hydroxyde d'ammonium.
Parmi les dérivés carbonylés susceptibles d'être utilisés pour catalyser l'hydrolyse des ~-amino-nitriles, on peut citer principalement les cétones de bas poids moléculaire en raison de leur bonne solubilité dans le milieu et de leur volatilité. On citera à titre d'exemples particuliers des dérivés carbonylés choisis parm~ l'acétone, la méthyl-éthyl-cétone, la diéthyl-cétone, la méthyl-isopropyl-cétone, l'éthyl-isopropyl-cétone, et les mélanges de ces cétones. Il convient de noter ici que le manque de solubilité peut être compensé par l'utilisation ; d'une solution hydro-alcoolique, ou encore par l'adjonction d'une fonction hydrophile à la molécule des dérivés carbonylés.
Les diverses experiences conduites ont également démontré que les aldéhydes sont actifs du point de vue ., ,' .. . . . . . . .
catalytique, mais en milieu basique ils ont une tendance à
po~ymériser et sont ainsi moins intéressants que les cétones.
On observera également que, le dérivé carbonylé joue sa fonction de catalyseur à toutes les concentrations.
L'expérience a par exemple démontré que l'acétone transforme quantitativement l'~-amino-méthyl-mercapto-propionitrile dès que sa concentration atteint 0,1 mole par litre O De préférence, conformément au procédé de l'invention, le dérivé
carbonylé est introduit dans le milieu réactionnel à raison 10 de 0,1 à 2 moles, et de préférence de 0,1 à 1 mole, de dérivé
carbonylé par mole d'~-amino-nitrile de départ. Il convient ici de préciser que dans le cas d'un ~ amino-nitrile peu soluble, une concentration supérieure en cétone peut favoriser sa solubilité en même temps que la réaction d'hydrolyse. Dans pareil cas, la réaction peut également être avantageusement conduite dans une solution hydro-alcoolique.
Une fois que l'~-amino-amide est formé dans le milieu réactionnel, en complétant alors dans la solution obtenue la concentration en hydroxyde, jusqu'à ce que celle-ci soit sensiblement égale ou très légèrement :
supérieure à celle du nitrile de depart, on obtient alors le sel, par exemple le sel alcalin, de l'~-amino-acide correspondant au nitrile de départ. Pour favoriser cette seconde étape de l'hydrolyse catalytique chimique selon l'invèntion, le milieu réactionnel est avantageusement chauffé à une température de l'ordre de 80~C, par exemple ~;
pendant une durée de l'ordre d'une heure.
Il suffit ensuite de neutraliser le milieu, par exemple par l'acide sulfurique, et l'~-amino-acide libre . . . . .................................................. .
- . .......
peut alors être extrait par cristallisation ou par toute autre méthode connue. Le rendement en ~-amino-acide libre est sensiblement quantitatif par rapport au nitrile de départ. Il convient ici de remarquer que le procédé de l'invention conduit aux ~-amino-acides sous la forme de leurs mélanges racémiques qui peuven~ bien entendu être séparés en leurs isomères optiques par des méthodes classiques parfaitement connues. Dans ce cas particulier, par mole d'acide ~-aminé libre il s'est formé une demi-mole de 10 Na2S04.
Au cours du chauffage nécessaire pour ~avoriser et accélérer la réaction d'hydrolyse de l'~-amino-amide en ~-amino-acide, le dérivé carbonylé utilisé pour catalyser la réaction peut distiller et peut donc être récupéré et réutilisé pour une opération ultérieure. On observera également qu'au cours de cette mênle réaction, une mole d'ammoniaque s'est formée. Elle peut être également recyclée et réutilisée pour la production c;'une nouvelle molécule d'~-amino-nitrile.
Au cours de l'étape d'hydrolyse de l'~-amino-nitrile en l'~-amino-amide correspondant, le dérivé
carbonylé catalyseur doit être associé à des ions hydroxydes OH- qui peuvent être amenés dans le milieu avec le dérivé
carbonylé par exemple de façon avantageuse sous la forme d'hydroxyde de métal alcalin tel que sous la forme de soude.
La concentration en ions hydroxydes nécessaires à la catalyse est également variable et comprise entre des traces et une concentration très supérieure à celle de l'~-amino-nitrile.
Elle est plu5 précisément comprise entre 0,1 et 0,3 mole par 30 mole d'~-amino-nitrile de départ. On observe qu'une '' ~- .
. .
concentration en hydroxyde alcalin trop nettement supérieure à celle en ~-amino-nitrile n'entraîne qu'une augmentation de la vitesse de l'étape d'hydrolyse de l'~-amino-amide en ~-amino-acide, mais conduit à la production ultérieure d'une quantité d'autant plus grande de sulfate de soude.
Selon une variante du procédé de la présente invention, l'~-amino-nitrile est préparé in situ dans le mélange réactionnel destiné à subir l'hydrolyse catalytique chimique. Il est donc ainsi possible de synthétiser des ~-amino-acides à partir d'~-amino-nitriles préparés in situ dans des solutions aqueuses ou hydro-alcooliques contenant initialement :
a) une cyanhydrine et de l'ammoniaque; ou b) un aldehyde, de l'acide cyanhydrique et de l'ammoniaque; ou c) un aldéhyde, un cyanure par exemple un cyanure alcalin, de l'ammoniaque~ et un sel d'ammonium.
Dans ce cas il a ainsi é!té démontré qu'il fallait dans un premier temps former l'~-amino-nitrile, dans un deuxième temps le transformer en l'~-amino-amide en faisant appel aux conditions catalytiques précédemment définies, et éventuellement dans un troisième temps hydrolyser 1 ~ amino-amide obtenu en l'~-amino-acide également dans les conditions précédemment définies.
Quelle que ~oit la composition de~ solutions initiales définies aux points a), b) et c), les conditions de formation des ~-amino-nitriles sont connues sous leurs aspects mécanistique et thermodynamique. Comme cela se trouve décrit dans l'article de A. COMMEYRAS et Coll. paru dans la revue "Information Chimie" n~ 158 (1976) pages 199 ~¢~4~
à 207, l'examen des résultats présentés dans cette publication permet de conclure que, lorsque l'équilibre est atteint, le taux de la transformation de l'd~-amino~nitrile par rapport à l'aldéhyde ou à la cyanhydrine de départ, croit avec le rapport de la concentration en ammoniaque sous forme basique sur la concentration en aldéhyde ou en cyanhydrine de départ, et ce pour un pH supérieur à 11.
Par exemple, dans le cas de l'acétaldéhyde et à
35~C dans le cas d'un rapport initial équimolaire en aldéhyde ~
10 et HC~ ou CN-, le taux de transformation en ~.
~-amino-propionitrile varie en fonction de la concentration initiale en aldéhyde exprimée en mole par litre et de la concentration initiale en NH3 également exprimée en mole par litre, comme cela est indiqué dans le tableau I
ci-après.
-,, ~ . . .
~ , . . : . . . . . . .
, - ., . . , : .
Dans de telles conditions, il apparait clairement que l'optimum à définir pour la ~ormation d'un ~-amino-nitrile ne peut être qu'un optimum économique, puisque l'on peut en effet théoriquement atteindre une transformation quantitative de l'aldéhyde en ~-amino-nitrile.
Au cours des diverses expériences réalisées, il a notamment été relevé que, en ce qui concerne cette étape de formation de l'~-amino-nitrile, l'utilisation d'un excès compris entre 1 et 10% de HCN ou CN- par rapport au cyanure contenu dans le système équimolaire aldéhyde-cyanure stabilisait la ~olution d'vc-amino-nitrile obtenu. ~ -Il a ensuite été démontré qu'en ajoutant à la solution d'~-amino-nitrile preparée et optimisée comme indiqué précédemment, un dérivé carbonylé, et principalement une cétone prise parmi celle citée ci-dessus et associée à un hydroxyde alcalin dans les proportions également indiquées précédemment, on transformait catalytiquement ~.
1 ~-amino-nitrile du mili0u enoC-amino-amide. Cette trans~ormation de l'~-amino-nitrile en ~-amino-amide est très rapide et quasi-quantitative par rapport à la concentration d'~-amino-nitrile présent dans le milieu à l'équilibre.
Les expériences ont ensuite démontré qu'en amenant :~ -dans la solution ainsi préparée la concentration en hydroxyde alcalin jusqu'à être équivalente ou légèrement supérieure (entre S et 10%~ à la concentration en oC-amino-nitrile de départ, et de préférence en chauffant le milieu réactionnel ainsi obtenu, on transformait quantitativement l'~-amino-amide contenu dans la solution en sel alcalin de l~-amino-acide correspondant. Comme précédemment décrit, - .. : , - : . . . :
après neutralisation par exemple au moyen d'acide sulfurique on obtient l'~-amino-acide libre qui est récupéré par des méthodes connues. La quantité molaire de sulfate de soude formé dans le milieu se trouve alors être légèrement supérie~re à la moitié de la quantité molaire d'~-amino-acide. Au cours de cette étape on forme egalement une quantité d'ammoniaque équivalente à celle de l'~-amino-amide contenu dans le milieu. Cette ammoniaque est récupérée et peut être réutilisée. La cétone qui catalyse cette réaction d'hydrolyse distille également au cours de cette étape et peut donc être récupérée puis recyclée.
Dans le cadre de la présente invention, il convient de noter que lors de la première phase de transformation catalytique de l'Oc-amino-nitrile en l'~-amino-amide correspondant, on a constate qu'il y avait formation d'un in-termédiaire reactionnel appelé par la suite intermédiaire "Y" dont la structure n'a cependant pas pu être déterminée avec une cextitude totale. Toutefois l'existence même de cet intermédiaire "Y" permet néanmoins d'affirmer de façon tout à
~ait certaine que le composé carbonylé introduit dans le milieu réactionnel joue effectivement un rôle catalytique.
C'est ainsi que dans le cas d'une hydrolyse catalytique chimique de l'~-amino-isobutyronitrile en solution basique, les observations suivantes ont été faites:
a) En solution aqueuse basique et à des concentrations en réactifs (~-amino-isobutyronitrile acétone) de l'ordre de 1 mole par litre, il est possible d'observer en R.M.~., à 29~C dans le cours normal de la première phase de la réaction d'hydrolyse, l'intervention intermédiaire d'un compose Y présentant trois signaux à:
.'' . . : .
~L16i ~
~ = 0,17; ~= 0,63 et of= 0,76, d'intensités relatives 2-1-1, nettement différenciés par rapport à ceux de l'acétone (~ = 0,98), de l'amide ( ~= 0,07) et du nitrile ( ~= 0,25).
b) Dans un solvant hydro-alcoolique à 90%
d'éthanol et en présence de potasse, le système réactionnel ~-amino-isobutyronitrile acétone, conduit à l'~-amino-isobutyramide par l'intermédiaire d'un composé caractérisé en U.V. par une large bande dont le maximum est à une longueur d'onde in~érieure à 200 nm. Cette bande est différente de celle de l'amide et de l'acétone.
On a également constaté que l'évolution de cet intermédiaire "Y" s'accompagne de la ~ormation de quantité
équimolaire d'dC-amino~isobutyramide et d'acétone.
c) Enfin, en reprenant llexpérience précédente du paragraphe b) mais dans l'éthanol anhydre, et en présence d'éthylate de sodium, on peut non seulement stabiliser le produit préc~demment observé en V.V., mais également l'isoler du milieu réactionnel sous forme cristallisée. Ce composé, place alors en solution aqueuse, présente un spectre de R.M.N. absolument identique à celui décrit en a) pour l'intermédiaire "Y", et libère quantitativement (la réaction est terminée après 5 secondes à température ambiante), meme en milieu neutre, une quantité équimolaire d'acétone et d~C-amino-isobutyramide. Au reflux de la pyridine, ou bien conservé plusieurs jours dans le milieu réactionnel, ce composé, conduit en revanche quantitativement à la
d'hydrolyse catalytique chimique des ~-amino-nitriles ou de leurs sels. Conformément au procédé de l'invention, cette hydrolyse catalytique d'un ~-amino-nitrile ou de l'un de ses sels peut conduire, en fonction des conditions particulières de réaction, soit à la formation d'un a-amino-amide, soit à
la formation d'un sel d'~-amino~acide, ce dernier pouvant être facilement transformé en l'~-amino-acide libre correspondant, par simple neutralisation.
La présente invention concerne donc également de facon particulière la préparation d'~-amino-acides, sous la forme de leur mélange racémique, à partire d'o~-amino-nitriles ou de leurs sels, ou encore éventuellement à partir de leurs précurseurs. Il convient à ce propos de rappeler que les ~-amino-acides revêtent un intérêt industriel incontestable.
Certains d'entre-eux peuvent en e~fet être utilisés en médicine humaine ou vétérinaire, de même que dans l'alimentation, par exemple en vue de compléter le~ rations alimentaire~. D'autres de ces dérivés peuvent également entrèr par exemple dans la composition de savons ou de cosmétiques.
Ces d-amino-acides ont jusqu'à présent été préparés -~
le plus souvent par la méthode dite de "Bucherer-Berg". Dans cette méthode, l'action du carbonate acide d'ammonium sur 1'~ amino-nitrile intermédiaire conduit à la formation d'une hy~antolne que l'on h~drolyse ensuite en milieu basique pour obtenir un sel d'~-amino-acide. Ce procédé présente une certaine ~fficacité, étant donné qu'il permet de transformer jusqu'à 90~ de l'aldéhyde de départ en ~-amino-acide; il reste cependant technologiquement onéreux puisqu'il implique:
*l'utilisation d'un excès non récupérable de carbonate acide d'ammonium;
*deux phases de chauffage : la première pendant deux heures à
des températures de l'ordre de 80 à 100~C en vue de former l'hydantolne, et la deuxième pendant six heures environ à des températures de l'ordre de 120 à 125~C pour réaliser l'hydrolyse, et *la formation de 1,5 mole de Na2SO4, de très faible intérêt économique, par mole d'~-amino-acide préparé par ce procédé.
Malgré les inconvénients de ce procédé, cette méthode a été jusqu'à présent largement préférée à celle de "STRECKER" qui consiste à hydrolyser l'~-amino-nitrile immédiatement en ~-amino-amide et ensuite en ~-amino-acide, et ceci en raison du rendement inférieur à 80% qui a toujours été obtenu dans la transformation de l'aldéhyde de départ en ~-amino-acide.
La présente invention concerne donc un procédé
d'hydrol~se catalytique chimique cl'un ~-amino-nitrile ou de l'un de ses sels, selon lequel en fait réagir une solution aqueuse contenant au moins un dérivé carbonylé sur ledit ~-amino-nitrile ou sur l'un de ses sels en présence d'ions h~droxydes OH-.
Selon une autre caractéristique du procédé de l'invention, la teneur minimale en eau du milieu réactionnel est de L mole d'eau par mole d'~-amino-nitrile, ce qui permet alors de ré~énérer le dérivé carbonylé.
Sélon une autre caractéristique du procédé
d'hydrolyse catalytique chimique de l'invention, les ions hydroxydes sont introduits en faible quantité dans le milieu .
,, ., : .
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t ' '. . ' , : :
réactionnel aqueux, de préférence à raison de 0,1 à 0,3 mole d'hydroxyde par mole d'~-amino-nitrile de départ, et l'on extrait ensuite l'~-amino-amide correspondant ainsi obtenu.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, les ions hydroxydes sont introduits dans le milieu réactionnel aqueux, de manière à atteindre sensiblement 1'quimolarit de 1'hydroxyde par rapport à l'Oc-amino-nitrile de départ en ~ue de préparer l~c-amino-acide libre correspondant.
Le procédé d'hydrolyse catalytique chimique selon l'invention s'applique en particulier à descC-amino-nitriles répondant à la formule générale I ~ .
R - fH - CN (I) dans laquelle le radical R représente un atome d'hydrogène ou une chaînle hydrocarbonée, linéaire ou ramifiée, contenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéro-atomes, tels que le soufre, ledit radical R étant éventuellement substitué une ou plusieurs fois, de préférence en fin de chaîne, par des groupements ~:~ tels que hydroxy, amino, carboxyle, phényle, hydroxy-phényle, carboxamide, indolyle, iminazyle et guanidyle, ou bien R forme avec l'atome d'azote en position un groupe hétérocyclique saturé
: contenant au moins un hétéro-atome, tel que l'azote, ledit groupe hétérocyclique pouvant lui-m8me être substi~ué, par exemple par un groupe hydroxy, .
- 3 - :;
. .... , ,.... , . . .. , . . .. .. , ,. .. . . , . . ., , ~ ,.... . . - . . .... . . ou à l'un de ses sels.
D'autres caractéristiques et avan-tages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ~aite ci-après.
On a constaté qu'en ajoutant un ~-amino-nitrile ou l'un de ses sels, tels que par exemple le chlorhydrate, dans une solution aqueuse contenant un dérivé carbonylé et des ions hydroxydes, on obtenait très rapidement et de façon quantitative, même à la température ambiante, l'~-amino-amide correspondant a l'~-amino-nitrile de départ. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les ions hydroxydes OH- sont apportés dans le milieu réactionnel par exemple sous la forme d'un hydroxyde d'un métal alcalin ou -alcalino-terreux ou encore sous la forme d'hydroxyde d'ammonium.
Parmi les dérivés carbonylés susceptibles d'être utilisés pour catalyser l'hydrolyse des ~-amino-nitriles, on peut citer principalement les cétones de bas poids moléculaire en raison de leur bonne solubilité dans le milieu et de leur volatilité. On citera à titre d'exemples particuliers des dérivés carbonylés choisis parm~ l'acétone, la méthyl-éthyl-cétone, la diéthyl-cétone, la méthyl-isopropyl-cétone, l'éthyl-isopropyl-cétone, et les mélanges de ces cétones. Il convient de noter ici que le manque de solubilité peut être compensé par l'utilisation ; d'une solution hydro-alcoolique, ou encore par l'adjonction d'une fonction hydrophile à la molécule des dérivés carbonylés.
Les diverses experiences conduites ont également démontré que les aldéhydes sont actifs du point de vue ., ,' .. . . . . . . .
catalytique, mais en milieu basique ils ont une tendance à
po~ymériser et sont ainsi moins intéressants que les cétones.
On observera également que, le dérivé carbonylé joue sa fonction de catalyseur à toutes les concentrations.
L'expérience a par exemple démontré que l'acétone transforme quantitativement l'~-amino-méthyl-mercapto-propionitrile dès que sa concentration atteint 0,1 mole par litre O De préférence, conformément au procédé de l'invention, le dérivé
carbonylé est introduit dans le milieu réactionnel à raison 10 de 0,1 à 2 moles, et de préférence de 0,1 à 1 mole, de dérivé
carbonylé par mole d'~-amino-nitrile de départ. Il convient ici de préciser que dans le cas d'un ~ amino-nitrile peu soluble, une concentration supérieure en cétone peut favoriser sa solubilité en même temps que la réaction d'hydrolyse. Dans pareil cas, la réaction peut également être avantageusement conduite dans une solution hydro-alcoolique.
Une fois que l'~-amino-amide est formé dans le milieu réactionnel, en complétant alors dans la solution obtenue la concentration en hydroxyde, jusqu'à ce que celle-ci soit sensiblement égale ou très légèrement :
supérieure à celle du nitrile de depart, on obtient alors le sel, par exemple le sel alcalin, de l'~-amino-acide correspondant au nitrile de départ. Pour favoriser cette seconde étape de l'hydrolyse catalytique chimique selon l'invèntion, le milieu réactionnel est avantageusement chauffé à une température de l'ordre de 80~C, par exemple ~;
pendant une durée de l'ordre d'une heure.
Il suffit ensuite de neutraliser le milieu, par exemple par l'acide sulfurique, et l'~-amino-acide libre . . . . .................................................. .
- . .......
peut alors être extrait par cristallisation ou par toute autre méthode connue. Le rendement en ~-amino-acide libre est sensiblement quantitatif par rapport au nitrile de départ. Il convient ici de remarquer que le procédé de l'invention conduit aux ~-amino-acides sous la forme de leurs mélanges racémiques qui peuven~ bien entendu être séparés en leurs isomères optiques par des méthodes classiques parfaitement connues. Dans ce cas particulier, par mole d'acide ~-aminé libre il s'est formé une demi-mole de 10 Na2S04.
Au cours du chauffage nécessaire pour ~avoriser et accélérer la réaction d'hydrolyse de l'~-amino-amide en ~-amino-acide, le dérivé carbonylé utilisé pour catalyser la réaction peut distiller et peut donc être récupéré et réutilisé pour une opération ultérieure. On observera également qu'au cours de cette mênle réaction, une mole d'ammoniaque s'est formée. Elle peut être également recyclée et réutilisée pour la production c;'une nouvelle molécule d'~-amino-nitrile.
Au cours de l'étape d'hydrolyse de l'~-amino-nitrile en l'~-amino-amide correspondant, le dérivé
carbonylé catalyseur doit être associé à des ions hydroxydes OH- qui peuvent être amenés dans le milieu avec le dérivé
carbonylé par exemple de façon avantageuse sous la forme d'hydroxyde de métal alcalin tel que sous la forme de soude.
La concentration en ions hydroxydes nécessaires à la catalyse est également variable et comprise entre des traces et une concentration très supérieure à celle de l'~-amino-nitrile.
Elle est plu5 précisément comprise entre 0,1 et 0,3 mole par 30 mole d'~-amino-nitrile de départ. On observe qu'une '' ~- .
. .
concentration en hydroxyde alcalin trop nettement supérieure à celle en ~-amino-nitrile n'entraîne qu'une augmentation de la vitesse de l'étape d'hydrolyse de l'~-amino-amide en ~-amino-acide, mais conduit à la production ultérieure d'une quantité d'autant plus grande de sulfate de soude.
Selon une variante du procédé de la présente invention, l'~-amino-nitrile est préparé in situ dans le mélange réactionnel destiné à subir l'hydrolyse catalytique chimique. Il est donc ainsi possible de synthétiser des ~-amino-acides à partir d'~-amino-nitriles préparés in situ dans des solutions aqueuses ou hydro-alcooliques contenant initialement :
a) une cyanhydrine et de l'ammoniaque; ou b) un aldehyde, de l'acide cyanhydrique et de l'ammoniaque; ou c) un aldéhyde, un cyanure par exemple un cyanure alcalin, de l'ammoniaque~ et un sel d'ammonium.
Dans ce cas il a ainsi é!té démontré qu'il fallait dans un premier temps former l'~-amino-nitrile, dans un deuxième temps le transformer en l'~-amino-amide en faisant appel aux conditions catalytiques précédemment définies, et éventuellement dans un troisième temps hydrolyser 1 ~ amino-amide obtenu en l'~-amino-acide également dans les conditions précédemment définies.
Quelle que ~oit la composition de~ solutions initiales définies aux points a), b) et c), les conditions de formation des ~-amino-nitriles sont connues sous leurs aspects mécanistique et thermodynamique. Comme cela se trouve décrit dans l'article de A. COMMEYRAS et Coll. paru dans la revue "Information Chimie" n~ 158 (1976) pages 199 ~¢~4~
à 207, l'examen des résultats présentés dans cette publication permet de conclure que, lorsque l'équilibre est atteint, le taux de la transformation de l'd~-amino~nitrile par rapport à l'aldéhyde ou à la cyanhydrine de départ, croit avec le rapport de la concentration en ammoniaque sous forme basique sur la concentration en aldéhyde ou en cyanhydrine de départ, et ce pour un pH supérieur à 11.
Par exemple, dans le cas de l'acétaldéhyde et à
35~C dans le cas d'un rapport initial équimolaire en aldéhyde ~
10 et HC~ ou CN-, le taux de transformation en ~.
~-amino-propionitrile varie en fonction de la concentration initiale en aldéhyde exprimée en mole par litre et de la concentration initiale en NH3 également exprimée en mole par litre, comme cela est indiqué dans le tableau I
ci-après.
-,, ~ . . .
~ , . . : . . . . . . .
, - ., . . , : .
Dans de telles conditions, il apparait clairement que l'optimum à définir pour la ~ormation d'un ~-amino-nitrile ne peut être qu'un optimum économique, puisque l'on peut en effet théoriquement atteindre une transformation quantitative de l'aldéhyde en ~-amino-nitrile.
Au cours des diverses expériences réalisées, il a notamment été relevé que, en ce qui concerne cette étape de formation de l'~-amino-nitrile, l'utilisation d'un excès compris entre 1 et 10% de HCN ou CN- par rapport au cyanure contenu dans le système équimolaire aldéhyde-cyanure stabilisait la ~olution d'vc-amino-nitrile obtenu. ~ -Il a ensuite été démontré qu'en ajoutant à la solution d'~-amino-nitrile preparée et optimisée comme indiqué précédemment, un dérivé carbonylé, et principalement une cétone prise parmi celle citée ci-dessus et associée à un hydroxyde alcalin dans les proportions également indiquées précédemment, on transformait catalytiquement ~.
1 ~-amino-nitrile du mili0u enoC-amino-amide. Cette trans~ormation de l'~-amino-nitrile en ~-amino-amide est très rapide et quasi-quantitative par rapport à la concentration d'~-amino-nitrile présent dans le milieu à l'équilibre.
Les expériences ont ensuite démontré qu'en amenant :~ -dans la solution ainsi préparée la concentration en hydroxyde alcalin jusqu'à être équivalente ou légèrement supérieure (entre S et 10%~ à la concentration en oC-amino-nitrile de départ, et de préférence en chauffant le milieu réactionnel ainsi obtenu, on transformait quantitativement l'~-amino-amide contenu dans la solution en sel alcalin de l~-amino-acide correspondant. Comme précédemment décrit, - .. : , - : . . . :
après neutralisation par exemple au moyen d'acide sulfurique on obtient l'~-amino-acide libre qui est récupéré par des méthodes connues. La quantité molaire de sulfate de soude formé dans le milieu se trouve alors être légèrement supérie~re à la moitié de la quantité molaire d'~-amino-acide. Au cours de cette étape on forme egalement une quantité d'ammoniaque équivalente à celle de l'~-amino-amide contenu dans le milieu. Cette ammoniaque est récupérée et peut être réutilisée. La cétone qui catalyse cette réaction d'hydrolyse distille également au cours de cette étape et peut donc être récupérée puis recyclée.
Dans le cadre de la présente invention, il convient de noter que lors de la première phase de transformation catalytique de l'Oc-amino-nitrile en l'~-amino-amide correspondant, on a constate qu'il y avait formation d'un in-termédiaire reactionnel appelé par la suite intermédiaire "Y" dont la structure n'a cependant pas pu être déterminée avec une cextitude totale. Toutefois l'existence même de cet intermédiaire "Y" permet néanmoins d'affirmer de façon tout à
~ait certaine que le composé carbonylé introduit dans le milieu réactionnel joue effectivement un rôle catalytique.
C'est ainsi que dans le cas d'une hydrolyse catalytique chimique de l'~-amino-isobutyronitrile en solution basique, les observations suivantes ont été faites:
a) En solution aqueuse basique et à des concentrations en réactifs (~-amino-isobutyronitrile acétone) de l'ordre de 1 mole par litre, il est possible d'observer en R.M.~., à 29~C dans le cours normal de la première phase de la réaction d'hydrolyse, l'intervention intermédiaire d'un compose Y présentant trois signaux à:
.'' . . : .
~L16i ~
~ = 0,17; ~= 0,63 et of= 0,76, d'intensités relatives 2-1-1, nettement différenciés par rapport à ceux de l'acétone (~ = 0,98), de l'amide ( ~= 0,07) et du nitrile ( ~= 0,25).
b) Dans un solvant hydro-alcoolique à 90%
d'éthanol et en présence de potasse, le système réactionnel ~-amino-isobutyronitrile acétone, conduit à l'~-amino-isobutyramide par l'intermédiaire d'un composé caractérisé en U.V. par une large bande dont le maximum est à une longueur d'onde in~érieure à 200 nm. Cette bande est différente de celle de l'amide et de l'acétone.
On a également constaté que l'évolution de cet intermédiaire "Y" s'accompagne de la ~ormation de quantité
équimolaire d'dC-amino~isobutyramide et d'acétone.
c) Enfin, en reprenant llexpérience précédente du paragraphe b) mais dans l'éthanol anhydre, et en présence d'éthylate de sodium, on peut non seulement stabiliser le produit préc~demment observé en V.V., mais également l'isoler du milieu réactionnel sous forme cristallisée. Ce composé, place alors en solution aqueuse, présente un spectre de R.M.N. absolument identique à celui décrit en a) pour l'intermédiaire "Y", et libère quantitativement (la réaction est terminée après 5 secondes à température ambiante), meme en milieu neutre, une quantité équimolaire d'acétone et d~C-amino-isobutyramide. Au reflux de la pyridine, ou bien conservé plusieurs jours dans le milieu réactionnel, ce composé, conduit en revanche quantitativement à la
2,2,4,4-tétraméthyl-4-imidazolydinone, composé qui ne s'hydrolyse que très lentement au reflux d'une solution aqueuse basique.
~' .
.. . . ...
- . . : . .
... . ., ~ .
. . :.: .
. . . . . . . .
Ces trois observations ci-dessus permettent de démontrer qu'en solut.ion aqueuse, et également en milieu anhydre, l'acétone réagit sur l'~-amino-isobutyronitrile pour donner un composé identique que nous avons précédemment désigné sous le nom d'intermédiaire "Y". Des observations analogues ont également été faites lorsque l'on fait réagir l'acétone sur 1 ~ -amino-propionitrile.
Sans pour autant vouloir introduire de limitation à
la présente invention par le biais de cette interprétation, la demanderesse estime que l'intermédiaire "Y" peut avoir la structure suivante indiquée dans le schéma réactionnel suivant:
o Il .
CH3 > C = 0 + ~ C / ~ CH ~ C \ ~CH3("Y") CH3 CH3 N - H CH3 N - C\
hydrolyse O
CH3 ~ C - NH2 CH3~ ~ -~C ~ ~C = O :' .
.
, : ~ . . : . . . -: . - . , :
:
. . ; . . - , . , , , ~ , . ~ .
En conclusion, on rappellera simplement qu'il a donc clairement été mis en évidence, d'une part la présence d'un intermédiaire réactionnel "Y", et d'autre part l'intervention catalytique de l'acétone lors de l'hydrolyse de l'~-amino-isobutyronitrile dans un processus nettement prépondérant par rapport au processus classique résultant de l'attaque de l'ion OH- sur la triple liaison C_~.
Dans ce processus autocatalytique, l'acétone issue de la décomposition de l~C-amino-nitrile réagit sur l~c-amino-nitrile pour conduire par l'intermédiaire de 1'~-isopropylidène-amino-isobutyramide finalement à
l'dc-amino-amide correspondant.
Ce processus d'hydrolyse catalytique chimique est en particulier appliqué à la préparation d'~c-amino-acides à
partir desd~-amino-nitriles correspondants. Cette hydrolyse catalytique peut en particulier être appliquée à un ~-amino-nitrile répondant à la formule générale I
R - fH - c~ (I) :
~H2 dans laquelle le radical R représente un atome d'hydrogène ou une chalne hydrocarbonée, linéaire ou ramifiée, contenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéro-atomes, tels que le soufre, ledit radical R étant éventuellement substitué une ou plusieurs fois, de préférence en fin de chalne, par des groupements tels que hydroxy, amino, carboxyle, phenyle, ~, - - - - - . ~ . , , -- . . . .
,, - . ~, I ~, .
' , .
hydroxyphényle, carboxamide, indolyle, iminazyle et guanidyle, ou bien R forme avec l'atome d'azote en position oCun groupe hétérocyclique saturé
contenant au moins un hétéroatome, tel que l'azote, ledit groupe hétérocyclique pouvant lui-même être substitué, par exemple par un groupe .
hydroxy, ou à partir de l'un quelconque de ses sels, tels que par exemple le chlorhydrate. :
En introduisant une quantité suffisante d'hydroxyde dans le milieu réactionnel en plus du composé carbonylé, et en neutralisant la solution on peut obtenir, sous la forme de leurs mélanges racémiques, les ~-amino-acides suivants : la glycine, l'alanine, la valine, la leucine, l'isoleucine, la 15 phényl-alanine, la sérine, la thr~onine, la lysine, la ;~
J-hydroxylysine, l'arginine, l'aclde aspartique, l'asparagine, l'acide glutamique, la glutamine, la cystéine, la cystine, la méthionine, la tyrosine, la thyroxine, la proline, l'hydroxyproline, le tryptophane et l'histidine.
: 20 La présente invention sera illustrée ci-après au moyen de quelques exemples de mise en oeuvre du procédé de l'invention, ces exemples devant bien entendu être considérés comme non limitatifs.
".~, - . . ....................... .. ..... .. _ .
: ~ ~.répàration d'~ amino-acides à partir d'~-amino-nitriles 25 ~ ~x'emple 1: Préparation de l'alanine à partir du chlorhydrate d'~-amino-propionitrile A une solu~ion de 0,53 g de chlorhydrate .
d'~-amino-propionitrile (5.10-3 mole) dans 5 ml d'eau, on ajoute 0,3 g d'acétone (5.10-3 mole~ et 1 ml de solution de soude 10 N. Après chauffage de la solution à 65~C pendant , ~ ''.,'~
-. ,.. , .. , . - ,.. ,., ~ .. , . ~ :. . . .. : .. . ..... . . .. . .
1 heure, on obtient le sel de sodium qui, après neutralisation jusqu'a pH 7 à l'aide de H2S04, conduit à
0,43 g d'alanine. Rendement 96,6%.
Exemple 2: Préparation de la méthionine à partir du chlorhy-drate d'~-amino-méthyl-mercapto-butyronitrile.
A une solution de 1,6 g de chlorhydrate d'~
aminométhyl-mercapto-butyronitrile (env. 10-2 mole) dans 10 ml d'eau, on ajoute 0,6 g d'acétone (10-2 mole) suivi de 2 ml de ~aOH 10 M. Apres chauffage de la solution à 75~C, pendant une heure, 5UiVi d'une neutralisation comme à
l'exemple 1, le dosage de la méthionine directement dans la solution par la méthode W.~.R. indique un rendement de 94~.
... ~
Préparation d'~-amino-acides à partir de cyanhydrines I
~_~
Exemple 3: Préparation de l'alanine à partir du lactonitrile .
0,355 g de lactonitrile (5.10-3 mole) sont additionnés à 5 ml d'une solution 0,1 molaire de ClNH4 dans ~H40H 10 N. Après chauffage à 40~C, pendant une demi-heure dans un flacon bouch~, on ajoute C),3 g d'acétone (5.10-3 mole~ et 0,65 ml de ~aO~ 10 ~. LZL température est alors élevée à 75~C pendant une heure. Le sel de sodium ainsi obtenu est alors neutralisé jusqu'à pH 7, à l'aide d'acide sulfurique.
Le dosage de l'alanine par autoanalyseur indique un rendement de 92%. Le rendement théorique lié aux conditions expérimentales et à l'équilibre est de 94~.
Ex~mple 4: Préparation de méthionine à partir de 1'~-hydroxy-méthyl-mercapto-butyronitrile.
0,65 g d'~-hydroxyméthyl-mercapto-butyronitrile (5-10-3 mole) sont ajoutés à 5 ml d'une solution 0,2 ~, - 16 -G~140 molaire de ClNH4 et 0,1 M de KCN dans NH~OH 10 N. Le mélange est chauffé à 40~C, sous agitation magnétique pendant 1 heure et demie dans un flacon fermé. On ajoute ensuite 0,3 g d'acétone (5.10-3 mole) et 0,65 ml de ~aOH 10 N, et on porte la température du mélange, toujours sous agitation, mais cette fois le flacon étant ouvert, à 80~ pendant 1 heure et demie.
Après neutralisation jusqu'à pH 7 à l'aide de H2S04 le dosage de la méthionine par la méthode N.~.R.
indique un rendement de 95%.
Exemple 5: Préparation de phénylalanine à partir de 1'~-hydroxy-phényl-propionitrile.
Suivant le même mode opératoire que dans l'exemple ci-dessus, à partir de 0,14 g (env. 10-3 mole) d'~-hydroxy-phényl-propionitrile dans 2 ml de solution 0,1 M en KCN et 0,2 M dans ~H40H 10 N, et après addition de 0,06 g d'acétone et 0,11 ml de NaOH 10 ~, effectué après neutralisation, le dosage par analyseur d'~-aminoacides donne un rendement de 85~ en phénylalanine.
¦Préparation d'acidesDC-aminés à partir d'alde cyanure alcalin et d'ammoniaque Exemple 6:
.
0,422 g d'acétaldéhyde (env. 10-2 mole) sont ajoutés à 10 ml d'une solution 1,2 molaire en Cl~H4 et 1,1 molaire en RCN. Le mélange est maintenu dans un flacon bouché à 40~ pendant 1/2 heure. On ajoute alors 0,6 g d'acétone (10-2 mole) ainsi que 1,2 ml de NaOH 10 N. Le m~lange est alors chauffé à 75~C à l'air libre pendant 1/2 heure, puis on neutralise le sel de sodium obtenu jusqu'à pH
7, à l'ai~e d'acide sulfurique.
- 17 ~
~, ~,,,~,.
, ' ''' ''' ~ '' ,'.. ':' ;'' '.'.' ' ',',' - ' ''''..'': "'','' . ''. .' , ~ , . : .: -Le dosage de l'alanine par analyseur d'amino-acides indique un rendement de 90%.
Exemple 7:
A 5 ml d'une solution 0,65 molaire en ClNH4 et 0,55 molaire en KCN dans NH~OH 10 N, on ajoute 0,254 g (env. 2,5. 10-3 mole) de méthyl-mercapto-proproaldéhyde.
Le mélange est chauffé à 40~C, sous agitation magnétique, dans un erlen bouché, pendant 1 heure et demie. On ajoute alors 0,12 g d'acétone et 0,32 ml de NaOH 10 N et porte la température du mélange, le flacon étant ouvert, à 80~ pendant une heure.
Après neutralisation, le dosage de la méthionine par la méthode ~.N.R. indique un rendement de 95%.
. . ~
Préparation d'~-amino-acides à partir de cyanhydrines en milieu hydro-alcoolique E~emple 8:
On dissout 0,065 g (10-3 mole) de cyanure de potassium et 0,080 g (1,5.10-3 mole) de chlorure d'ammonium, puis 1,31 g (10-2 mole) de cyanhydrine de l'aldéhyde méthyl-mercaptopropionique dans 5 ml d'ammoniaque à 20% et 1 ml d'~thanol. Le m'lange est maintenu une demi-heure à 45~C dans une fiole rodée bouchée, puis 20 minutes de plus dans les mêmes conditions mais après avoir ra~outé 0~15 ml d'acétone (2.10-3 mole) et 1,1 ml de soude 10 N. Après avoir ouvert le récipient, on porte la température à 80~C, durant 1 heure. Après neutralisation du sel de sodium obtenu, le dosage de la méthionine dans le milieu réactionnel par la méthode ~.N.R. indique un rendement de 88% par rapport à la cyanhydrine introduite.
. . :
L'expérience précédente conduit à un rendement de 92% par rapport à la cyanhydrine introduite, si elle est répétée dans les mêmes conditions, mais en diminuant de moitié la quantité d'éthanol et en rajoutant 0,75 ml (10-2 mole) d'acétone au lieu de 0,15 ml.
La concentration finale en méthionine est de l'ordre de 2 moles/litre, après évaporation de l'acétone et de 1'ammoniaque en excès.
- 19 -- .
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~ ~ . . . . : ,:
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Ces trois observations ci-dessus permettent de démontrer qu'en solut.ion aqueuse, et également en milieu anhydre, l'acétone réagit sur l'~-amino-isobutyronitrile pour donner un composé identique que nous avons précédemment désigné sous le nom d'intermédiaire "Y". Des observations analogues ont également été faites lorsque l'on fait réagir l'acétone sur 1 ~ -amino-propionitrile.
Sans pour autant vouloir introduire de limitation à
la présente invention par le biais de cette interprétation, la demanderesse estime que l'intermédiaire "Y" peut avoir la structure suivante indiquée dans le schéma réactionnel suivant:
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CH3 > C = 0 + ~ C / ~ CH ~ C \ ~CH3("Y") CH3 CH3 N - H CH3 N - C\
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En conclusion, on rappellera simplement qu'il a donc clairement été mis en évidence, d'une part la présence d'un intermédiaire réactionnel "Y", et d'autre part l'intervention catalytique de l'acétone lors de l'hydrolyse de l'~-amino-isobutyronitrile dans un processus nettement prépondérant par rapport au processus classique résultant de l'attaque de l'ion OH- sur la triple liaison C_~.
Dans ce processus autocatalytique, l'acétone issue de la décomposition de l~C-amino-nitrile réagit sur l~c-amino-nitrile pour conduire par l'intermédiaire de 1'~-isopropylidène-amino-isobutyramide finalement à
l'dc-amino-amide correspondant.
Ce processus d'hydrolyse catalytique chimique est en particulier appliqué à la préparation d'~c-amino-acides à
partir desd~-amino-nitriles correspondants. Cette hydrolyse catalytique peut en particulier être appliquée à un ~-amino-nitrile répondant à la formule générale I
R - fH - c~ (I) :
~H2 dans laquelle le radical R représente un atome d'hydrogène ou une chalne hydrocarbonée, linéaire ou ramifiée, contenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéro-atomes, tels que le soufre, ledit radical R étant éventuellement substitué une ou plusieurs fois, de préférence en fin de chalne, par des groupements tels que hydroxy, amino, carboxyle, phenyle, ~, - - - - - . ~ . , , -- . . . .
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En introduisant une quantité suffisante d'hydroxyde dans le milieu réactionnel en plus du composé carbonylé, et en neutralisant la solution on peut obtenir, sous la forme de leurs mélanges racémiques, les ~-amino-acides suivants : la glycine, l'alanine, la valine, la leucine, l'isoleucine, la 15 phényl-alanine, la sérine, la thr~onine, la lysine, la ;~
J-hydroxylysine, l'arginine, l'aclde aspartique, l'asparagine, l'acide glutamique, la glutamine, la cystéine, la cystine, la méthionine, la tyrosine, la thyroxine, la proline, l'hydroxyproline, le tryptophane et l'histidine.
: 20 La présente invention sera illustrée ci-après au moyen de quelques exemples de mise en oeuvre du procédé de l'invention, ces exemples devant bien entendu être considérés comme non limitatifs.
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d'~-amino-propionitrile (5.10-3 mole) dans 5 ml d'eau, on ajoute 0,3 g d'acétone (5.10-3 mole~ et 1 ml de solution de soude 10 N. Après chauffage de la solution à 65~C pendant , ~ ''.,'~
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1 heure, on obtient le sel de sodium qui, après neutralisation jusqu'a pH 7 à l'aide de H2S04, conduit à
0,43 g d'alanine. Rendement 96,6%.
Exemple 2: Préparation de la méthionine à partir du chlorhy-drate d'~-amino-méthyl-mercapto-butyronitrile.
A une solution de 1,6 g de chlorhydrate d'~
aminométhyl-mercapto-butyronitrile (env. 10-2 mole) dans 10 ml d'eau, on ajoute 0,6 g d'acétone (10-2 mole) suivi de 2 ml de ~aOH 10 M. Apres chauffage de la solution à 75~C, pendant une heure, 5UiVi d'une neutralisation comme à
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Préparation d'~-amino-acides à partir de cyanhydrines I
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Exemple 3: Préparation de l'alanine à partir du lactonitrile .
0,355 g de lactonitrile (5.10-3 mole) sont additionnés à 5 ml d'une solution 0,1 molaire de ClNH4 dans ~H40H 10 N. Après chauffage à 40~C, pendant une demi-heure dans un flacon bouch~, on ajoute C),3 g d'acétone (5.10-3 mole~ et 0,65 ml de ~aO~ 10 ~. LZL température est alors élevée à 75~C pendant une heure. Le sel de sodium ainsi obtenu est alors neutralisé jusqu'à pH 7, à l'aide d'acide sulfurique.
Le dosage de l'alanine par autoanalyseur indique un rendement de 92%. Le rendement théorique lié aux conditions expérimentales et à l'équilibre est de 94~.
Ex~mple 4: Préparation de méthionine à partir de 1'~-hydroxy-méthyl-mercapto-butyronitrile.
0,65 g d'~-hydroxyméthyl-mercapto-butyronitrile (5-10-3 mole) sont ajoutés à 5 ml d'une solution 0,2 ~, - 16 -G~140 molaire de ClNH4 et 0,1 M de KCN dans NH~OH 10 N. Le mélange est chauffé à 40~C, sous agitation magnétique pendant 1 heure et demie dans un flacon fermé. On ajoute ensuite 0,3 g d'acétone (5.10-3 mole) et 0,65 ml de ~aOH 10 N, et on porte la température du mélange, toujours sous agitation, mais cette fois le flacon étant ouvert, à 80~ pendant 1 heure et demie.
Après neutralisation jusqu'à pH 7 à l'aide de H2S04 le dosage de la méthionine par la méthode N.~.R.
indique un rendement de 95%.
Exemple 5: Préparation de phénylalanine à partir de 1'~-hydroxy-phényl-propionitrile.
Suivant le même mode opératoire que dans l'exemple ci-dessus, à partir de 0,14 g (env. 10-3 mole) d'~-hydroxy-phényl-propionitrile dans 2 ml de solution 0,1 M en KCN et 0,2 M dans ~H40H 10 N, et après addition de 0,06 g d'acétone et 0,11 ml de NaOH 10 ~, effectué après neutralisation, le dosage par analyseur d'~-aminoacides donne un rendement de 85~ en phénylalanine.
¦Préparation d'acidesDC-aminés à partir d'alde cyanure alcalin et d'ammoniaque Exemple 6:
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0,422 g d'acétaldéhyde (env. 10-2 mole) sont ajoutés à 10 ml d'une solution 1,2 molaire en Cl~H4 et 1,1 molaire en RCN. Le mélange est maintenu dans un flacon bouché à 40~ pendant 1/2 heure. On ajoute alors 0,6 g d'acétone (10-2 mole) ainsi que 1,2 ml de NaOH 10 N. Le m~lange est alors chauffé à 75~C à l'air libre pendant 1/2 heure, puis on neutralise le sel de sodium obtenu jusqu'à pH
7, à l'ai~e d'acide sulfurique.
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Exemple 7:
A 5 ml d'une solution 0,65 molaire en ClNH4 et 0,55 molaire en KCN dans NH~OH 10 N, on ajoute 0,254 g (env. 2,5. 10-3 mole) de méthyl-mercapto-proproaldéhyde.
Le mélange est chauffé à 40~C, sous agitation magnétique, dans un erlen bouché, pendant 1 heure et demie. On ajoute alors 0,12 g d'acétone et 0,32 ml de NaOH 10 N et porte la température du mélange, le flacon étant ouvert, à 80~ pendant une heure.
Après neutralisation, le dosage de la méthionine par la méthode ~.N.R. indique un rendement de 95%.
. . ~
Préparation d'~-amino-acides à partir de cyanhydrines en milieu hydro-alcoolique E~emple 8:
On dissout 0,065 g (10-3 mole) de cyanure de potassium et 0,080 g (1,5.10-3 mole) de chlorure d'ammonium, puis 1,31 g (10-2 mole) de cyanhydrine de l'aldéhyde méthyl-mercaptopropionique dans 5 ml d'ammoniaque à 20% et 1 ml d'~thanol. Le m'lange est maintenu une demi-heure à 45~C dans une fiole rodée bouchée, puis 20 minutes de plus dans les mêmes conditions mais après avoir ra~outé 0~15 ml d'acétone (2.10-3 mole) et 1,1 ml de soude 10 N. Après avoir ouvert le récipient, on porte la température à 80~C, durant 1 heure. Après neutralisation du sel de sodium obtenu, le dosage de la méthionine dans le milieu réactionnel par la méthode ~.N.R. indique un rendement de 88% par rapport à la cyanhydrine introduite.
. . :
L'expérience précédente conduit à un rendement de 92% par rapport à la cyanhydrine introduite, si elle est répétée dans les mêmes conditions, mais en diminuant de moitié la quantité d'éthanol et en rajoutant 0,75 ml (10-2 mole) d'acétone au lieu de 0,15 ml.
La concentration finale en méthionine est de l'ordre de 2 moles/litre, après évaporation de l'acétone et de 1'ammoniaque en excès.
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~ ~ . . . . : ,:
Claims (17)
1. Procédé d'hydrolyse catalytique chimique d'un .alpha.-amino-nitrile ou de l'un de ses sels, caractérisé en ce que l'on fait réagir une solution aqueuse contenant au moins un dérivé
carbonylé sur ledit .alpha.-amino-nitrile ou sur l'un de ses sels en présence d'ions hydroxydes.
carbonylé sur ledit .alpha.-amino-nitrile ou sur l'un de ses sels en présence d'ions hydroxydes.
2. Procédé d'hydrolyse catalytique chimique d'un .alpha.-amino-nitrile ou de l'un de ses sels, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ions hydroxydes sont introduits en faible quantité dans le milieu réactionnel aqueux, de préférence à
raison de 0, 1 à 0,3 mole d'hydroxyde par mole d' amino-nitrile de départ, et en ce que l'on extrait l'.alpha.-amino-amide correspondant obtenu.
raison de 0, 1 à 0,3 mole d'hydroxyde par mole d' amino-nitrile de départ, et en ce que l'on extrait l'.alpha.-amino-amide correspondant obtenu.
3. Procédé d'hydrolyse catalytique chimique d'un .alpha.-amino-nitrile ou de l'un de ses sels, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ions hydroxydes sont introduits dans le milieu réactionnel aqueux de maniére à atteindre sensiblement l'é-quimolarité de l'hydroxyde par rapport à l'.alpha.-amino-nitrile de départ en vue de préparer l'.alpha.-amino-acide libre correspondant, et que l'on extrait ledit .alpha.-amino-acide libre.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dérivé carbonylé est introduit dans le milieu réactionnel aqueux à raison de 0,1 mole à 2 moles, de préférence de 0,1 mole à 1 mole, de dérivé carbonylé par mole d'.alpha.-amino-nitrile.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le milieu réactionnnel aqueux est chauffé à une température de l'ordre de 80°C de maniére à faciliter la formation du sel d'.alpha.-amino-acide.
6. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la teneur minimale en eau du milieu réactionnel aqueux est de 1 mole d'eau par mole d'.alpha.-amino-nitrile.
7. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le sel de l'.alpha.-amino-nitrile est le chlorhydrate.
8. Procédé selon revendication 1 caractér.isé en ce que 1'.alpha.-amino-nitrile est préparé in situ par l'action d'une cyanhydrine sur de l'ammoniaque.
9. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'.alpha.-amino-nitrile est préparé in situ par l'action d'un aldéhyde et d'acide cyanhydrique ou de cyanure sur de l'ammoniaque et un sel d'ammonium.
10. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la solution aqueuse contient en outre un alcool.
11. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dérivé carbonylé est choisi parmi l'acétone, la méthyl-éthyl-cétone, la diéthyl-cétone, la méthyl-isopropyl-cétone, l'éthyl isopropyl-cétone et les mélanges de ces cétones.
12. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dérivé carbonylé est un aldéhyde.
13. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en. ce que le dérivé carbonylé porte, en plus d'une fonction cétonique ou aldéhydique, un groupe fonctionnel hydrophile.
14. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dérivé carbonylé est constitué par un mélange d'au moins deux des dérivés tels que définis dans l'une des revendications 11 à 13
15. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les ions hydroxydes sont apportés dans le milieu réactionnel sous forme d'un hydroxyde d'un métal alcalin ou alcalino-terreux ou d'hydroxyde d'ammonium.
16. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que l'on laisse s'installer l'équilibre de formation d'.alpha.-amino-nitrile avant d'introduire le système catalytique constitué par le dérivé carbonylé en présence des ions hydroxydes.
17. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que l'on stabilise la solution d'.alpha.-amino-nitrile par un excès de 1 à 10% de cyanure par rapport au cyanure contenu dans la solution équimolaire aldéhyde-cyanure ou par rapport à la solution de cyanhydrine.
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