DE1518112B1 - Verfahren zur Herstellung von niederen alpha-Aminocarbonsaeuren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von niederen alpha-AminocarbonsaeurenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von «-Aminocarbonsäuren, wobei eine
niedere α-Chlor- oder a-Brom-alkylcarbonsäure mit Ammoniak in Gegenwart von- Formaldehyd umgesetzt
wird.
In der Beschreibung und in den Ansprüchen umfaßt die Bezeichnung »niederes Alkyl« gerad- und verzweigtkettige
Alkylradikale mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten «-Aminosäuren sind bekannte Verbindungen.
Glycin, die einfachste α-Aminosäure, wird medizinisch als gastrisches Antacidum verwendet.
Die klassische Methode zur Herstellung der α-Aminosäuren besteht darin, daß man niedere a-Halogenalkylcarbonsäuren
mit wäßrigem Ammoniak behandelt (P er kin und Duppa, Ann., 108 [1858],
S. 106). Es wurde früher festgestellt, daß die Ausbeuten
bei dieser Methode nur 10 bis 15% der theoretischen
betrugen. Beispielsweise wurde bei der Herstellung von Glycin nach dieser Methode gefunden, daß die Hauptprodukte
der Reaktion Iminodiessigsäure und Nitriltriessigsäure waren. Es sind beträchtliche Anstrengungen
gemacht worden, um dieses klassische Verfahren abzuändern und zu verbessern, um die Ausbeuten zu
erhöhen.
Die beste dieser verbesserten Methoden erfordert die Verwendung, verhältnismäßig teurer Ammoniumsalze,
wie beispielsweise Ammoniumcarbonat, und zwar soviel wie 60 Mol Ammoniak je Mol der Halogen-Säure.
Selbst dann ist die Ausbeute an reiner α-Aminosäure nur etwa 60 %, und die Kosten für die Wiedergewinnung
des überschüssigen Ammoniaks sind untragbar.
Es ist ferner bekannt, Aminocarbonsäuren aus den entsprechenden Halogencarbonsäureestern durch Umsetzung
mit Hexamethylentetramin und anschließende Verseifung der gebildeten Ester herzustellen (vgl.
Houben — Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. 11/2, 1958, S. 310, sowie Ber. d. dtsch.
ehem. Ges., 54, 1921, S. 1531). Diese Literaturstellen geben aber keinen Hinweis auf das Verhalten der un-
R2 veresterten Halogencarbonsäuren gegenüber Hexamethylentetramin.
Wenn es auch bekannt ist (a. a. O.), daß sich in
saurer Lösung des Hexamethylentetramins das Gleichgewicht
[(N4C6H12)H]' + 3H' + 6H2O = 4NH3 + 6CH2O
einstellt, so liegt jedenfalls im Hexamethylentetramin
ίο das Molverhältnis von Ammoniak zu Formaldehyd
bei 0,67:1,0, so daß diese Literaturstelle keinen Hinweis
auf andere Molverhältnisse vermittelt.
Später wurde dann festgestellt (vgl. Z. physiolog. Chem., 283, S. 71 bis 73 (1948), daß eine Verbindung
aus einem Mol a-Halogencarbonsäure und einem Mol
Hexamethylentetramin nicht erhalten werden konnte. Es verhalten sich also die reinen Säuren und ihre Ester
verschieden gegenüber Hexamethylentetramin.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von niederen a-Aminocarbonsäuren mit
1 bis 5 Kohlenstoffatomen außer dem Carboxylkohlenstoff aus den entsprechenden Halogencarbonsäuren, dadurch gekennzeichnet, daß eine niedere
«-Chlor- oder a-Brom-alkylcarbonsäure mit Ammoniak und Formaldehyd in einem wäßrigen Reaktionsmedium bei einer Temperatur von etwa 0 bis etwa
500C umgesetzt wird, wobei das molare Verhältnis von Ammoniak zu dieser α-Chlor- bzw. a-Bromalkylcarbonsäure
zwischen etwa 1:1 und etwa 6:1 liegt und das molare Verhältnis von Ammoniak zu
Formaldehyd zwischen etwa 1,5:1 und etwa 3:1 liegt.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung bringt die wirtschaftlichen Vorteile mit sich, daß verhältnismäßig
billige Ausgangsstoffe und ein niedriges Verhältnis von Ammoniak zu Halogensäure erforderlich
sind und Ausbeuten von 70 bis 80 % reiner Aminosäure erhalten werden.
Das Verfahren der Erfindung wird jetzt beschrieben und kann wie folgt ausgeführt werden:
Die Darstellung von α-Aminosäuren gemäß der
vorliegenden Erfindung wird durch die folgende Gleichung veranschaulicht:
R,
HCHO i
R1-C—COOH+ NH4OH >
R1-C-COOH
worin R1 und R2 Wasserstoff oder Alkylgruppen mit
1 bis 4 Kohlenstoffatomen sind und die
,R1
-Gruppe
1 bis 5 Kohlenstoffatome enthält und X Chlor oder Brom bedeutet.
Die Ausgangsstoffe, die bei Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet werden, sind
bekannte Verbindungen, die bequem im Handel zu erhalten sind.
Von den niederen a-Halogen-alkylcarbonsäuren,
die als Ausgangsverbindungen bei dem Verfahren nach der Erfindung verwendet werden können, wird Chloressigsäure
für die Herstellung von Glycin, α-Brompropionsäure für die Herstellung von Alanin, α-Bromisovaleriansäure
für die Herstellung von Valin, NH2
α-Bromvaleriansäure für die Herstellung von Norvalin,
a-Chlorisocapronsäure für die Herstellung von
Leucin und a-Brom-ß-methyl-n-valeriansäure für die
Herstellung von Isoleucin verwendet. Obgleich die α-Chlorsäuren im allgemeinen weniger reaktionsfähig
sind als die a-Bromsäuren, werden sie bevorzugt, weil sie weniger kosten.
Bei Ausführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung werden die niedere a-Halogen-alkylcarbonsäure,
Ammoniak und Formaldehyd bei einer Temperatur von etwa 0 bis etwa 50° C genügende Zeit
umgesetzt, um sicher zu sein, daß die Reaktion vollständig ist. Erhöhte Temperaturen, die über 5O0C
hinausgehen, führen zu einem mißfarbenen Produkt und müssen vermieden werden. Das molare Verhältnis
von Ammoniak zu niederer a-Halogen-alkylcarbonsäure
liegt zwischen 1:1 und etwa 6:1, wobei ein
molares Verhältnis von 2:1 bis 4:1 bevorzugt wird. Das Reaktionsgemisch enthält etwa 1,5 bis 3 Mol
Ammoniak pro Mol Formaldehyd, wobei ein molares Verhältnis von 2:1 bevorzugt wird. Die Reaktionszeit
hängt von der Temperatur und der Anzahl der Kohlenstoffatome in der «-Halogensäure ab und reicht normalerweise
bis zu etwa 40 Stunden. Die Reaktion wird in einem wäßrigen Medium ausgeführt.
Am Ende der Reaktion wird das Gemisch konzentriert, und die «-Aminosäure wird durch den Zusatz
eines Lösungsmittels, in dem sie unlöslich ist, wie beispielsweise Methanol, Aceton, Äthanol u. dgl., kristallisiert.
Der Formaldehyd kann aus der flüssigen Phase wiedergewonnen werden und bei folgenden Ansätzen
verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine wäßrige Lösung von Formaldehyd zu
der niederen a-Halogen-alkylcarbonsäure zugesetzt.
Die anfallende Lösung wird dann unter Kühlen und Rühren zu einer wäßrigen Lösung von Ammoniak
zugesetzt; sodann läßt man die Reaktion bis zu Ende laufen.
Die beste Art der Ausführung der Erfindung wird jetzt wie folgt beschrieben:
Es wird Formaldehyd (83 ml 37°/oige wäßrige
Lösung, 1 Mol) langsam unter Kühlen zu 94,5 g (1 Mol) Monochloressigsäure zugesetzt. Die Lösung
wird dann unter Kühlen und Rühren zu 135 ml konzentriertem wäßrigem Ammoniumhydroxyd (2MoI)
zugesetzt. Während des Zusatzes wird die Temperatur unter 10° C gehalten. Nachdem der Zusatz beendet ist,
wird das Reaktionsgemisch bei 3O0C 24 Stunden gerührt
und dann unter Vakuum bei etwa 60° C auf ein
Volumen von 200 ml konzentriert. Es wird Methanol (600 ml) zugesetzt, und nach Kühlen wird das abgeschiedene
Glycin gewonnen. Das Glycin wird getrocknet und gewogen. Ausbeute: 53,8 g (72% der theoretischen).
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Es wird das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wiederholt, wobei 1,5 Mol Formaldehyd und 3 Mol
Ammoniak verwendet werden. Die Ausbeute an Glycin ist 92 % der theoretischen bei einer Reaktionszeit
von 4 Stunden bei 3O0C. Nach einmaligem Umkristallisieren
aus wäßrigem Methanol erhält man weißes kristallines Glycin mit einer Ausbeute von
80% der theoretischen,
Es wird das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren
wiederholt, wobei 2 Mol Formaldehyd und 4 Mol Ammoniak verwendet werden. Die Ausbeute an
Glycin ist 81,2% der theoretischen bei einer Reaktionszeit von 4 Stunden bei 30° C. Nach einmaligem
Umkristallisieren aus wäßrigem Methanol erhält man weißes kristallines Glycin mit einer Ausbeute von
76,6 % der theoretischen.
Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich durch verbesserte Ausbeuten, einfache Handhabung
und Verwendung billiger Stoffe und Vorrichtungen aus; so stellt es eine bemerkenswerte Verbesserung
gegenüber bekannten Verfahren zur Herstellung von «-Aminosäuren dar. Der besondere Vorteil dieser
Methode liegt in der Tatsache, daß hohe Ausbeuten bei niedrigen Verhältnissen von Ammoniak zu den
niederen «-Halogen-alkylcarbonsäuren als Ausgangsmaterial erzielt werden. Das Verfahren nach der Erfindung
ist besonders zur Herstellung der am meisten verwendeten Aminosäure, Glycin, geeignet.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von niederen «-Aminocarbonsäuren mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen
außer dem CarboxylkohlenstofF, dadurch
gekennzeichnet, daß eine niedere a-Chlor-
oder «-Brom-alkylcarbonsäure mit Ammoniak
und Formaldehyd in einem wäßrigen Reaktionsmedium bei einer Temperatur von etwa 0 bis etwa
50° C umgesetzt wird, wobei das molare Verhältnis von Ammoniak zu dieser «-Chlor- bzw. a-Bromalkylcarbonsäure
zwischen etwa 1:1 und etwa 6 :1 hegt und das molare Verhältnis von Ammoniak zu
Formaldehyd zwischen etwa 1,5:1 und etwa 3 :1
liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einem molaren Verhältnis
von Ammoniak zu der niederen α-Chlor- oder a-Brom-alkylcarbonsäure zwischen 2:1 und 4:1
und bei einem molaren Verhältnis von Ammoniak zu Formaldehyd 2:1 arbeitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Glycin, dadurch gekennzeichnet, daß Monochloressigsäure
in einem wäßrigen Medium bei einer Temperatur von etwa 0 bis etwa 500C mit
Ammoniak und Formaldehyd im molaren Verhältnis von etwa 1 zu etwa 6 Mol Ammoniak pro
Mol Monochloressigsäure und etwa 1,5 bis etwa 3 Mol Ammoniak pro Mol Formaldehyd umgesetzt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 zur Herstellung von Glycin, dadurch gekennzeichnet, daß eine
wäßrige Lösung von Formaldehyd zu Monochloressigsäure zugesetzt wird, die erhaltene Lösung zu
einer wäßrigen Lösung von Ammoniak zugesetzt wird und das erhaltene Gemisch bei einer Temperatur
zwischen etwa 0 und etwa 50° C gerührt wird, wobei das Gemisch etwa 1 bis 6 Mol Ammoniak
pro MolMonochloressigsäure enthält und etwa 1,5 bis etwa 3 Mol Ammoniak pro Mol Formaldehyd.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einem Gemisch arbeitet, das
2 bis 4 Mol Ammoniak pro Mol Monochloressigsäure und 2 Mol Ammoniak pro Mol Formaldehyd
enthält.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US23230562A | 1962-10-22 | 1962-10-22 | |
US283552A US3190914A (en) | 1963-05-27 | 1963-05-27 | Process for the preparation of amino acids |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1518112B1 true DE1518112B1 (de) | 1970-02-05 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19631518112 Pending DE1518112B1 (de) | 1962-10-22 | 1963-10-18 | Verfahren zur Herstellung von niederen alpha-Aminocarbonsaeuren |
Country Status (2)
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DE (1) | DE1518112B1 (de) |
NL (1) | NL299272A (de) |
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0
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1963
- 1963-10-18 DE DE19631518112 patent/DE1518112B1/de active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
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None * |
Also Published As
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NL299272A (de) |
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