Verfahren zur Herstellung von a-Hydroxy-e-aminocapronsäure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstelu lung von a-Hydroxy-e-aminocapronsäure aus 2, 3-Dihydropyran-2-carboxaldehyd.
Das für diese Herstellung als Ausgangsprodukt verwendete 2,3 -Dihydropyran-2-carboxaldehyd ist ein Dimeres von Akrolein, das mittels einer thermischen Behandlung aus diesem Stoff gebildet werden kann.
Es ist bereits bekannt (siehe die niederländische Patentschrift Nr. 93 607, insbesondere Beispiel IX), dass aus 2,3 -Dihydropyran-2-carboxaidehyd durch Oxydation mit Sauerstoff mit Hilfe eines Silberkatalysators in Gegenwart einer solchen Menge Base, dass der pH-Wert auf minimal 12,5 behauptet, ein Salz von 2, 3-Dihydropyran-2-carbonsäure entsteht. Durch Ansäuerung der gebildeten wässrigen Salzlösung und Extraktion mit einem Äther fällt nach Destillation des Extraktes ein Gemisch von 2,3-Dihydropyran-2-car- bonsäure und das Lakton von 6-Hydroxy-tetrahydro pyran-2-carbonsäure an.
Es wurde nunmehr gefunden, dass sich a-Hydroxy ±-aminocapronsäure in hoher Ausbeute herstellen lässt, wenn 2, 3-Dihydropyran-2-carboxaldehyd, nach Verteilung in einem wässrigen Medium mit Hilfe eines sauerstoffhaltigen Gases oxydiert und anschliessend das Oxydationsprodukt mittels Ammoniak in Gegenwart von Wasserstoff in der so erhaltenen Lösung aminiert wird.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird die im Molekül des Ausgangsproduktes anwesende Aldehydgruppe zu einer Carbonsäuregruppe oxydiert. Infolge der Anwesenheit von Wasser bildet sich wahrscheinlich als Zwischenprodukt eine Hydroxysäure, die 6-Hydroxytetrahydropyran-2-carbonsäure, welche durch Ammoniak und Wasserstoff in eine Aminosäure umgesetzt wird. Dabei kommt es zugleich zu einer Ringspaltung, wodurch als Endprodukt die a-Hydroxy-e-aminocapronsäure erhalten wird.
Die Oxydation kann auf einfache Weise durchgeführt werden, indem man sauerstoffhaltiges Gas, z. B. Luft, Sauerstoff oder ein Gemisch dieser beiden Stoffe, in Wasser leitet, in dem durch Rühren 2,3-Di- hydropyran-2-carboxaldehyd verteilt wird. Zur Beschleunigung der Oxydation kann ein an sich bekannter Oxydationskatalysator, wie Silberoxyd oder feinverteiltes Silber, in Wasser suspendiert werden. Die Oxydation kann bei atmosphärischem Druck stattfinden, es kann aber auch ein höherer Druck angewendet werden, wodurch der Sauerstoff leichter reagiert.
Durch Aufrechterhaltung einer schwach alkalischen Umgebung, z. B. mit einem pH-Wert von 7,5 bis 8,5, wofür eine Base, wie Natriumhydroxyd, dienen kann, lässt sich die Oxydation noch weiter fördern.
Um die Bildung ungewünschter Salze zu vermeiden, empfiehlt es sich, die Metallionen nach beendeter Oxydation zu entfernen, z. B. indem man die als Re aktionsprodukt der Oxydation anfallende wässrige Lösung über einen sauren Ionenaustauscher leitet.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird das 2,3-Dihydro pyran-2-carboxaldehyd vor Anfang der Oxydation zuerst mit Wasser in Reaktion gebracht. Durch Ansäuerung des Wassers, z. B. mit verdünnter Schwefelsäure oder mit dem sauren Oxydationsprodukt, geht das in Wasser nicht lösliche Aldehyd leicht in Lösung, wobei sich wahrscheinlich 6-Hydroxytetra hydropyran -2- carboxaldehyd bildet. Die gebildete wässrige Lösung wird dann, vorzugsweise nach Erhöhung des pH zu etwa 8, der Oxydation unterzogen.
Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die Oxydation in einer homogenen Flüssigkeitsphase erfolgt.
Die Animierung mit gleichzeitiger Reduktion lässt sich durch Anwendung von an sich bekannten Hy drierungskatalysatoren, z. B. Raney-Katalysatoren, noch weiter fördern. Die Aminierung kann auf einfache Weise durchgeführt werden, indem man gasförmiges Ammoniak und Wasserstoff unter Rühren in die Lösung leitet, in der ein Hydrierungskatalysator, z. B. Raneynickel, suspendiert ist. Die Aminierung kann bei atmosphärischem Druck erfolgen, es sind aber auch höhere Drucke möglich, wodurch die Reaktion leichter verläuft.
Nach beendeter Aminierung kann die gebildete a-Hydroxy-e-aminocaprons äure zum Beispiel durch Eindampfen bis zur Trockne aus der anfallenden wässrigen Lösung gewonnen werden.
Beispiel 1
In einem Rührgefäss wird 25 g Silberpulver in 150 g Wasser suspendiert. In dieser Suspension wird durch Rühren nach und nach 112 g 2,3-Dihydropyran-2-carboxaldehyd verteilt, während zugleich Sauerstoff eingeleitet wird. Mit Hilfe von Natriumhydroxyd behauptet man den pH-Wert auf 7,5 bis 8.
Die Temperatur wird auf 40450 C gehalten.
Nach einer Stunde wird die gebildete wässrige Lösung von dem Silberkatalysator abfiltriert und über einen sauren Ionenaustauscher geleitet. Anschliessend wird 10 g Raneynickel in der Lösung suspendiert, während ein aus Ammoniak und Wasserstoff bestehendes Gasgemisch in die Suspension geleitet wird.
Die Temperatur wird auf 25-300 C und der Druck auf 80-90 at. gehalten. Nach 60 Minuten wird die Reaktion beendet und der Katalysator abfiltriert. Die so erhaltene wässrige Lösung wird darauf bis zur Trockne gedampft. Die Ausbeute beträgt 140 g a Hydroxy-e-aminocapronsäure (Wirkungsgrad etwa 95 %), die durch Wiederkristallisation mit Hilfe wässrigen Äthanols gereinigt wird. Schmelzpunkt 2050 C.
Beispiel 2
112 g 2,3-Dihydropyran-2-carboxaldehyd wird in 20 g Wasser gelöst, dem 0,5 g verdünnte Schwefelsäure (0,1 n) zugesetzt wurde. Beim Anstieg der Tem- peratur bis zu 450 C bildet sich eine homogene Lösung. Es wird weiter mit gleichem Resultat gemäss Beispiel 1 vorgegangen.
Process for the preparation of α-hydroxy-e-aminocaproic acid
The invention relates to a method for the preparation of a-hydroxy-e-aminocaproic acid from 2,3-dihydropyran-2-carboxaldehyde.
The 2,3-dihydropyran-2-carboxaldehyde used as the starting product for this production is a dimer of acrolein, which can be formed from this substance by means of thermal treatment.
It is already known (see Dutch patent specification No. 93 607, in particular Example IX) that 2,3-dihydropyran-2-carboxaldehyde is produced by oxidation with oxygen with the aid of a silver catalyst in the presence of such an amount of base that the pH claims to a minimum of 12.5, a salt of 2,3-dihydropyran-2-carboxylic acid is formed. By acidifying the aqueous salt solution formed and extracting it with an ether, a mixture of 2,3-dihydropyran-2-carboxylic acid and the lactone of 6-hydroxy-tetrahydro-pyran-2-carboxylic acid is obtained after distillation of the extract.
It has now been found that a-hydroxy ± aminocaproic acid can be produced in high yield if 2,3-dihydropyran-2-carboxaldehyde is oxidized after distribution in an aqueous medium with the aid of an oxygen-containing gas and then the oxidation product with ammonia in the presence is aminated by hydrogen in the solution thus obtained.
In the process according to the invention, the aldehyde group present in the molecule of the starting product is oxidized to a carboxylic acid group. As a result of the presence of water, a hydroxy acid, 6-hydroxytetrahydropyran-2-carboxylic acid, is probably formed as an intermediate product, which is converted into an amino acid by ammonia and hydrogen. At the same time, ring cleavage occurs, as a result of which a-hydroxy-e-aminocaproic acid is obtained as the end product.
The oxidation can be carried out in a simple manner by using oxygen-containing gas, e.g. B. air, oxygen or a mixture of these two substances, passes into water, in which 2,3-dihydropyran-2-carboxaldehyde is distributed by stirring. To accelerate the oxidation, an oxidation catalyst known per se, such as silver oxide or finely divided silver, can be suspended in water. The oxidation can take place at atmospheric pressure, but a higher pressure can also be used, whereby the oxygen reacts more easily.
By maintaining a weakly alkaline environment, e.g. B. with a pH of 7.5 to 8.5, for which a base such as sodium hydroxide can serve, the oxidation can be promoted even further.
To avoid the formation of undesired salts, it is advisable to remove the metal ions after the oxidation has ended, e.g. B. by passing the resulting as a reaction product of the oxidation aqueous solution over an acidic ion exchanger.
According to a preferred embodiment of the process according to the invention, the 2,3-dihydropyran-2-carboxaldehyde is first reacted with water before the start of the oxidation. By acidifying the water, e.g. B. with dilute sulfuric acid or with the acidic oxidation product, the water-insoluble aldehyde easily dissolves, with 6-hydroxytetra hydropyran -2-carboxaldehyde probably being formed. The aqueous solution formed is then subjected to oxidation, preferably after increasing the pH to about 8.
This embodiment has the advantage that the oxidation takes place in a homogeneous liquid phase.
The animation with simultaneous reduction can be drierungskatalysatoren by the use of known Hy, z. B. Raney catalysts, promote even further. The amination can be carried out in a simple manner by passing gaseous ammonia and hydrogen with stirring into the solution in which a hydrogenation catalyst, e.g. B. Raneynickel, is suspended. The amination can be carried out at atmospheric pressure, but higher pressures are also possible, which makes the reaction easier.
After the amination has ended, the α-hydroxy-e-aminocaproic acid formed can be obtained from the aqueous solution obtained, for example by evaporation to dryness.
example 1
25 g of silver powder are suspended in 150 g of water in a stirred vessel. 112 g of 2,3-dihydropyran-2-carboxaldehyde are gradually distributed in this suspension by stirring, while oxygen is passed in at the same time. With the help of sodium hydroxide, the pH value is maintained at 7.5 to 8.
The temperature is kept at 40 450 ° C.
After one hour, the aqueous solution formed is filtered off from the silver catalyst and passed over an acidic ion exchanger. Then 10 g of Raney nickel are suspended in the solution while a gas mixture consisting of ammonia and hydrogen is passed into the suspension.
The temperature is kept at 25-300 C and the pressure at 80-90 at. The reaction is ended after 60 minutes and the catalyst is filtered off. The aqueous solution thus obtained is then evaporated to dryness. The yield is 140 g of a hydroxy-e-aminocaproic acid (efficiency about 95%), which is purified by recrystallization with the aid of aqueous ethanol. Melting point 2050 C.
Example 2
112 g of 2,3-dihydropyran-2-carboxaldehyde is dissolved in 20 g of water to which 0.5 g of dilute sulfuric acid (0.1N) has been added. When the temperature rises up to 450 C, a homogeneous solution forms. The procedure of Example 1 continues with the same result.