DE1543916A1 - Verfahren zur Herstellung von alpha-Aminosaeuren - Google Patents

Description

Dr. F. Zumrtein - Dr. E. Assmana'

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Mönchen 2, Bräuhaussiralje 4/III Kennzeichen 1850

STAMICARBON N,V., HEERLEN (die Niederlande) Verfahren zu der Herstellung von α-Aminosäuren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu der Herstellung von α-Aminosäuren durch einstufige Umsetzung eines Aldehyds mit Hilfe von Ammoniak und eines Cyanids zu dem entsprechenden oc-Aminonitril und anschliessende Hydrolysierung des gebildeten Jt-Aminoni triIs. Unter Tvanirt wird in der vorliegenden Anmeldung zugleich Cyanwasserstoff verstanden. Bei diesem als Strecker'sehe Synthese bekannten Verfahren wird zu der Herstellung von z.B. Methionin /9-Methylmercaptopropionaldehyd in y-Methylmercapto-a-aminobutyronitril umgesetzt und dieses Nitril anschliessend hydrolysiert. Zu der Herstellung von Glutaminsäure wird von ^-Cyanpropionaldehyd ausgegangen, wonach dieses Aldehyd zu a-Aminoglutarodinitril umgesetzt und das anfallende Nitril einer Hydrolyse unterzogen wird. Zu der Herstellung von z.B. Alanin und Glycocol dienen Acetaldehyd bzw. Formaldehyd als Ausgangsstoffe.

Es wurde nunmehr ein Verfahren gefunden, bei dem a-Aminosä"uren mit einer Ausbeute hergestellt werden können, die bedeutend hoher ist als bei dem'bereits bekannten Verfahren der Fall ist. Das erfindungsgemässe

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Verfahren wird dadurch gekennzeichnet, dass nan die Umsetzung ?u dem ex-Aminonitril in einem Rekationsmedium durchfuhrt, in dem, wahrend der ganzen Umsetzung, pro Mol umzusetzendes Aldehyd »her 0,5 Mol piner Verbindung, weicht· die Löslichkeit von Ammoniak im Reaktionsmedium erhöht, oder eines Gemisches von derartigen Verbindungen gelost ist und in dem der Ammoniakg^halt wenigstens dem im Reaktionsmedium zu erreichenden Sättigungswert entspricht, wpdii darin je Mol umzusetzendes Aldehyd 0,5 Mol der genannten Art der Verbindung grlttst ist. Zur Steigerung der Löslichkeit von Ammoniak in dem fur die St rerkcr'.sche Synthese gebräuchlichen Reaktionsmedium sind mehrere Verbindungen geeignet. Beispiele solcher Verbindungen sind: Ammoniumchlorid, Lithiumchlorid, KaLLumjodid, Natriumnitrat, Natrj.umjodid, Ammoniumnitrat, Ammoniumcyanid und Ammoniurabromid. Von diesen Verbindingen ist Ammoniumchlorid aus wirtschaftlichen Erwägungen am besten geeignet. Es wird vorzugsweise im Reaktionsgemisch eine Menge von Über 1 Mol Ammoniumchlorid je Mol umzusetzendes Aldehyd verwendet.

Durch eine völlige oder fast völlige Sättigung des gesamten Reaktionsmediums mit Ammoniak kann eine maximale Ausbeute erreicht werden. Eine Sättigung des Reaktionsmediums mit Ammoniak ist z.b. durch das Hindurchleiten gasförmigen Ammoniaks durch das Reaktionsgemisch möglich.

Die Temperatur, bei der die Umsetzung zum Aminonitril erfolgt, wird beim erfindungsgemässen Verfahren vorzugsweise zwischen 0 und 70 C angesetzt. Unter 0 C ist die Reaktionsgeschwindigkeit nämlich zu niedrig; eine Temperatur von Über 70 C dahingegen beeinträchtigt die Ausbeute. Es werden optimale Ergebnisse im bezug auf Ausbeute und Reaktionsgeschwindig-

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keit erhalten, wenn man die Umsetzung zum Aminonitril bei einer Temperatur zwischen 10 und 40 C vornimmt« Für die Wahl des Drucks gibt es beim erfindungsgemässen Verfahren keine Einschränkungen, es können hier nur Erwägungen technisch-wirtschaftlicher Art vorgebracht werden.

Auf die Umsetzung des Aldehyds zu Aminonitril folgt die Hydrolyse, welche gemäss mehreren bekannten Methoden durchgeführt werden kann. Welche Methode sich am besten eignet, hängt von der herzustellenden Aminosäure ab. Auf Wunsch kann das Ammoniak im Reaktionsgemisch durch einen Stickstoffstrom entfernt werden, ehe die Hydrolyse stattfindet. Gegebenenfalls kann nach Ausscheidung des Ammoniaks und vor Hydrolyse soviel der beigegebenen Verbindung entfernt werden als nur möglich ist. Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend an Hand einiger Beispiele erläutert, ohne dass sich die Erfindung darauf beschränkt.

Beispiel 1

In einen 1-Liter-Kolben, versehen mit einem Rührer, Tropftrichter, Gaseintrittsrohr und Rückflusskühler, werden 70 g Wasser und 75 g Ammoniumchlorid eingebracht. Bei einer Temperatur von 15 C wird unter Rühren durch das Gaszuflussrohr Ammoniak durch das Gemisch im Kolben geleitet, bis sich das Ammoniumchlorid völlig gelöst hat. Anschliessend werden der Lösung im Kolben bei 15 C 15 g Cyanwasserstoff beigemischt und eine weitere Menge Ammoniak hindurchgeleitet, bis eine klare Lösung anfällt. In dieser klaren Lösung sind etwa 103 g Ammoniak gelöst. Unter Durchleiten von Ammoniak werden der Lösung im Kolben 52 g^8-Methylmercaptopropionaldehyd zugetröpfelt. Während dieses tropfenweisen Zusatzes wird das Reaktionsgemisch eingehend gerührt und auf einer Temperatur von 15 °C gehalten. Nach Beigabe der ge-

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samten Aldehydmenge wird das Reaktionsgemisch drei Stunden lang unter Rühren und Hindurchleiten von Ammoniak auf einer Temperatur von 30 C gehalten. Anschliessend wird zwecks Hydrolyse des gebildeten Nitrils das gesamte Reaktionsgemisch langsam in einen Kolben gebracht, in dem 261 g Schwefelsaure mit einer Konzentration von 32 Gew.% vorgelegt sind, wahrend gleichzeitig mit dem Hinüberbringen des Reaktionsgemisches 465 g konzentrierter Schwefelsäure zugetröpfelt werden. Das Gemisch im Kolben wird dabei gut gerührt und auf einer Temperatur zwischen 40 und 50 C gehalten. Nach erfolgtem Zusatz wird das Reaktionsgemisch 1 Stunde lang unter RückflusskUhlung gekocht.

Auf diese Weise werden insgesamt 1056,8 g an Reaktionsprodukt erhalten, in dem durch Analyse ein Methioningehalt von 6,77 Gew.% nachweisbar war. Dies kommt, berechnet auf die ursprüngliche Menge ^9-Methylmercaptopropionaldehyd, einer Ausbeute von etwa 97 % gleich.

Beispiel 2

Auf ahnliche Weise und mit denselben Mengen wie in Beispiel 1 wird eine klare Lösung von Ammoniumchlorid', Ammoniak und Cyanwasserstoff in Wasser hergestellt. Unter Rühren und .Hindurchleiten von Ammoniak werden dieser klaren Lösung 22 g Acetaldehyd zugetröpfelt. Die Temperatur des .Reaktionsgemisches wird während dieses tropfenweisen Zusatzes auf 15 °C gehalten. Nach Beigabe des Aldehyds wird das Reaktionsgemisch 3 Stunden lang unter Rühren und Hindurchleiten von Ammoniak auf einer Temperatur von 30 C gehalten. Anschliessend wird zur Hydrolyse des gebildeten a-Aminopropionnitrils das Reaktionsgemisch langsam in einen Kolben eingebracht, in dem 1313 g Salzsäure von 10 N· vorgelegt worden sind. Das Gemisch im

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Kolben wird dabei gut geröhrt und auf einer Temperatur zwischen 40 im»! 50 C gehalten. Nach HinUberbringen des Reaktionsgemische^ in den Kolben wird es dort 3 Stunden lang unter RUckflusskUhlung gekocht. Insgesamt werden auf diese Weise 1602,1 g Reaktionsprodukt erhalten mit einem nachweisbarem Alaningehalt von 2,75 Ge#.%. Die Ausbeute, berechnet auf Acetaldehyd, beträgt somit 98,7%

Beispiel 3

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In einen J-Liter-Kolben, versehen mit einem Rührer, Tropftrichter, Gaseinlassrohr und Rückflusskühler, werden 50 g Wasser und 50 g Ammoniumchlorid eingebracht, Bei einer Temperatur von 20^5 wird unter Rühren Anlmniak über das Gaseintrittsrohr durch das im Kolben befindliche Gemisch geleitet, bis letzteres ammoniakgesättigt ist. Anschliessend werden 45 g Ammoniumchlorid und 10,9 g Cyanwasserstoff bei einer Temperatur von 20 C beigegeben, wonach 40 min. lang Ammoniak hindurchgeleitet wird. Die Lösung im Kolben ist dann ammoniakgesättigt.

Unter Durchleiten von Ammoniak werden der Lösung im Kolben anschliessend 92, 5g einer wässerigen Lösung, welche je Gramm 3,23 mMol /3-Cyanpropionaldehyd enthält, langsam zugetröpfelt.

Während dieses tropfenweisen Zusatzes wird das Reaktionsgemische gut gerührt und auf einer Temperatur von 20 C gehalten. Nach Beigabe der gesamten Aldehydmenge wird das Reaktionsgemische Stunden lang unter Rühren und Durchleiten von Ammoniak auf einer Temperatur zwischen 40 und 45 C gehalten, ^!

Anschliessend wird zur Hydrolyse des gebildeten Ot-Aainoglutarodinitrils dem Reaktionsgemisch bei einer Temperatur von 20 C eine

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Lösung von 114 g Natronlauge in 200 g Wasser beigegeben. Das so erhaltene Reaktionsgemisch wird anschliessend 2 Stunden lang unter Rückfluss gekocht und danach mit Hilfe einer geringen Menge Wasser in einen anderen Kolben hinUbergebracht. Das Gewicht der Lösung in diesem Kolben betragt 591 g und der Gehalt an Glutaminsäure 7,3 Gew.%. Dies bedeutet, berechnet auf die ursprüngliche Menge /3-Cyanpropionaldehyd.eine Ausbeute von 98 %.

Beispiel 4

Derselbe Versuch wie in Beispiel 1 wird wiederholt, allerdings ohne Anwesenheit von Ammoniumchlorid im Reaktionsgemisch. Das ammoniakgesättigte Reaktionsgemisch zeigt in diesem Falle eine bedeutend geringere Menge an gelöstem Ammoniak und es wird nur ein Umsetzungsgrad von etwa 88 Gew.% erreicht.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zu der Herstellung von -Aminosäuren· durch einstufige Umsetzung eines Aldehyds mit Hilfe von Ammoniak und eines Cyanids 7ii dem entsprechendem -Aminonitril und anschliessende Hydrolysierung df--s gebildeten . -Aminonitrile, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung zu dem ,. -Aminonitril in einem Reaktionsmedium durchfuhrt, indem, wahrend der ganzen Umsetzung, pro Mol umzusetzendes Aldehyd Über 0,5 Mol einer Verbindung, welche die Löslichkeit von Ammoniak im Reaktionsmedium erhöht, oder eines Gemisches von derartigen Verbindungen gelöst ist und in dem der Ammoniakgehalt wenigstens dem im Reaktionsmedium zu erreichenden Sattigungswert entspricht, wenn darin je Mol unzusetzendes Aldehyd 0,5 MoI der genannten Art der Verbindung gelost ist.

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2. Wt fahren naclt Anspruch I₁. dadurch gekennzeichnet, dass zur Steigerung der Löslichkeit von Ammoniak im Reaktionsmedium Ammoniumchlorid verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, ausser den für die Reaktion benötigten Komponenten, je Mol umzusetzendes Aldehyd mehr als 1 Mol Ammoniumchlorid im Reaktionsmedium angewandt wird.

4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Reaktionsgemisch ganz oder fast ganz in ammoniakgesättigtem Zustand gehalten wird.

5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des gesamten Reaktionsgemisches bei der Umsetzung zum α- Aminonitril zwischen 0 und 70 C gehalten wird.

6. Verfahren gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die betreffende Temperatur zwischen 10 und 40 C gehalten wird.

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