DE1668959A1 - Production of alpha-aminocarboxylic acids - Google Patents
Production of alpha-aminocarboxylic acidsInfo
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- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C227/00—Preparation of compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
Description
β. m. b. H. CHEMISCHE FABRIKβ. mb H. CHEMICAL FACTORY
DARMSTADTDARMSTADT
Pat. Dr.B/RS/10Pat. Dr.B / RS / 10
Herstellung von oc-AminocarbonsäurenProduction of oc-aminocarboxylic acids
Es ist bekannt, ^Aminocarbonsäuren derart herzustellen, daß man ein Aldehyd- oder Ketoncyanhydrin bzw, ein äquimolares Gemisch aus einer Carbonylverbindung und Blausäure in wäßriger Lösung mit Ammoniak und Kohlensäure bei einer Temperatur über 100° C unter Druck umsetzt und die gebildete α-Aminocarbonsäure isoliert« Bei diesem Prozeß ist der Zerfall der Cyanhydrine in Carbonylverbindungen und Blausäure bzw» der Zerfall des als Zwischenprodukt gebildeten Aminonitrile in Ammoniak, Carbonylverbindung und Blausäure, die ihrerseits z, T, zu Ammoniumformiat hydrolysiert wird, nicht zu vermeiden, - Weiterhin ist es bekannt, a-Aminocarbonsäuren durch Hydrolyse von Hydantoinen herzustellen» Zu Hydantoinen kommt man bekanntlich in einfacher Weise durch Umsetzung von Cyanhydrinen und Ammoniumcarbonat oder mit Hilfe einer Reihe anderer Verfahren, über die E, Ware in "!Ehe Chemistry of the Hydantoins", Chem. Rev, 46, S, 441 ff. (1950) ausführlich berichtet hat» E. Ware beschreibt auch die Möglichkeiten, Hydantoine zu ot-Aminocarbonsäuren zu verseifen* Als geeignete Hydrolysierungsmittel werden Bariumhydroxyd, wäßriges Ammoniumsulfid und Säuren, z» B, Schwefelsäure, Salzsäure und Jodwasserstoffsäure genannt, - In der gleichen Arbeit wird unter Hinweis auf Gränacher und Landolt (HeIv* Chim» Acta 10, S, 799-815 C1927]) ausgeführt, daß bei Umsetzung von Hydantoinen mit wäßrigem Ammoniak die entsprechende Hydantoinsäure bzw, deren Ammoniumsalz entsteht.It is known to produce ^ aminocarboxylic acids in such a way that one or an aldehyde or ketone cyanohydrin, an equimolar Mixture of a carbonyl compound and hydrocyanic acid in aqueous solution with ammonia and carbonic acid at a Reacts temperature above 100 ° C under pressure and isolates the α-aminocarboxylic acid formed «In this process is the Decomposition of the cyanohydrins into carbonyl compounds and hydrocyanic acid or »the decomposition of the aminonitrile formed as an intermediate product into ammonia, carbonyl compounds and hydrocyanic acid, the in turn z, T, is hydrolyzed to ammonium formate, cannot be avoided, - Furthermore, it is known a-aminocarboxylic acids to produce by hydrolysis of hydantoins. It is well known that hydantoins are obtained in a simple manner by reacting Cyanohydrins and ammonium carbonate or with the help of a number other method, about the E, Ware in "! Marriage Chemistry of the Hydantoins ", Chem. Rev, 46, p. 441 ff. (1950) in detail has reported »E. Ware also describes the possibilities of saponifying hydantoins to ot-aminocarboxylic acids * as suitable Hydrolyzing agents are barium hydroxide, aqueous ammonium sulfide and acids such as sulfuric acid and hydrochloric acid and called hydriodic acid, - In the same work with reference to Gränacher and Landolt (HeIv * Chim » Acta 10, S, 799-815 C1927]) stated that upon implementation of hydantoins with aqueous ammonia, the corresponding hydantoic acid or whose ammonium salt is formed.
Gegenstand der USA-Patentschrift 2 527 366 ist ein Verfahren zur Herstellung von «-Aminocarbonsäuren durch UmsetzungThe subject of the United States Patent 2,527,366 discloses a process for the production of "amino carboxylic acids by reacting
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eines Hydantoins mit wäßrigem Bariumhydroxyd im Autoklaven bei Temperaturen über I5O0 C und bei dem sich dabei einstellenden autogenen Druck, durch anschließende Ausfällung des Bariums als wasserunlösliches Salz, Abtrennung des Bariumsalzes, Auskristallisieren der gebildeten Aminosäure und Auswaschen der verunreinigenden Nebenprodukte mit einem einwertigen aliphatischen Alkohol» In dieser Patentschrift wird darauf hingewiesen, daß die Hydrolyse mit Arnmoniumhydroxyd unter sonst gleichen Bedingungen zu völlig unbefriedigenden Ergebnissen führt, da erhebliche Mengen an Nebenprodukten entstehen. Bei der Umsetzung von 0,04 Molen 5-(ß-Mercaptoäthyl)~Hydantoin mit 0,9 Molen Ammoniumhydroxyd und 200 g Wasser erhielten die Erfinder bei einer Umsetzungsdauer von 60 Minuten im Autoklaven bei einer Temperatur von 155 - l60° C lediglich eine Ausbeute von 42,8 % Methionin, während die Umsetzung mit 0,12 Molen Bariumhydroxyd nach einer Umsetzungszeit von 15 Minuten eine Methioninausbeute von 92,8 % erbrachte» - Zusammenfassend ist also festzustellen, daß lediglich die Hydrolyse von Hydantoinen mit Bariumhydroxyd als technisch brauchbares Verfahren bekannt war, wobei die aufwendige Isolierung der Aminocarbonsäure aus ihrem Bariumsalz in Kauf genommen werden mußte»of a hydantoin with aqueous barium hydroxide in an autoclave at temperatures above I50 0 C and at the autogenous pressure that results, through subsequent precipitation of the barium as a water-insoluble salt, separation of the barium salt, crystallization of the amino acid formed and washing out of the contaminating by-products with a monohydric aliphatic alcohol » In this patent it is pointed out that the hydrolysis with ammonium hydroxide under otherwise identical conditions leads to completely unsatisfactory results, since considerable amounts of by-products are formed. When 0.04 moles of 5- (β-mercaptoethyl) hydantoin were reacted with 0.9 moles of ammonium hydroxide and 200 g of water, the inventors obtained only one yield over a reaction time of 60 minutes in an autoclave at a temperature of 155-160 ° C of 42.8 % methionine, while the reaction with 0.12 moles of barium hydroxide after a reaction time of 15 minutes produced a methionine yield of 92.8 % »- In summary, it can be stated that only the hydrolysis of hydantoins with barium hydroxide is known as a technically useful process was, whereby the laborious isolation of the aminocarboxylic acid from its barium salt had to be accepted »
Es wurde gefunden, daß sich Hydantoine mit wäßrigem Ammoniak derart zu den entsprechenden Aminosäuren verseifen lassen, daß sie in einem Druckgefäß mit wäßrigem Ammoniak bei Temperaturen zwischen 120 und 220° C und dem sich dabei einstellenden autogenen Druck langer als eine Stunde erhitzt werden. Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält man die freie Aminosäure in einem sehr hohen Reinheitsgrad, der ihre Verwendung unmittelbar für praktisch alle in Frage kommenden technischen Zweole zuläßt. It has been found that hydantoins saponify with aqueous ammonia in this way to give the corresponding amino acids let them in a pressure vessel with aqueous ammonia at temperatures between 120 and 220 ° C and the resulting autogenous pressure for more than an hour be heated. When the method according to the invention is carried out, the free amino acid is obtained in one go high degree of purity, which allows their use directly for practically all technical purposes in question.
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Als besonders vorteilhaft muß die Möglichkeit bezeichnet v/erden, die nach Abtrennung der in den meisten Fällen kristallin anfallenden Aminosäure verbleibende Mutterlauge, in der sich nebenprodukte der Reaktion, in erster Linie Aminosäureamide und lineare Dipeptide, gelöst befinden, in den Prozeß zurückzuleiten und die genannten Nebenprodukte in einem zweiten Hydrolyseprozeß in Aminosäure überzuführen· - Die eben genannte Arbeitsweise, die Nebenprodukte enthaltende Mutterlauge zurückzufahren und zusammen mit der wäßrigen Lösung von Hydantoin und Ammoniak im Druckgefäß zu hydrolysieren, deutet die zweckmäßigste Ausgestaltung des neuen Verfahrens bereits an; Das Reaktionsgemisch, bestehend aus Hydantoin, Ammoniak und V/asser ^vird in einen Reaktor, ze Be in eine Druckschlange, eingebracht und durchfließt diesen während einer Zeit von mehr als einer Stunde» Aus der entspannten und abgekühlten Lösung scheidet sich die gebildete a-Aminocarbonsäure meist in kristallisierter oder kristalliner Form aus und wird von der Mutterlauge in üblicher V/eise abgetrennte Die Mutterlauge wird mit einer frischen wäßrigen Hydantoin-Ammoniak-Lösung in das Druckgefäß eingespeist» Dabei können die wäßrigen Lösungen von Hydantoin und Ammoniak getrennt eingeführt, oder Ammoniak kann gasförmig in die wäßrige Hydantoinlösung eingepreßt werden.Particularly advantageous must be the possibility of returning the mother liquor, which remains in most cases in crystalline form and in which the by-products of the reaction, primarily amino acid amides and linear dipeptides, are dissolved, to the process and the above-mentioned Conversion of byproducts into amino acid in a second hydrolysis process · - The above-mentioned procedure of reducing the mother liquor containing byproducts and hydrolyzing them together with the aqueous solution of hydantoin and ammonia in the pressure vessel already indicates the most expedient embodiment of the new process; The reaction mixture consisting of hydantoin, ammonia and V / ater ^ vird into a reactor, e B e z in a print queue, is introduced and flows through the latter during a period of more than an hour "From the expanded and cooled solution deposits the formed a -Aminocarboxylic acid usually in crystallized or crystalline form and is separated from the mother liquor in the usual way. The mother liquor is fed into the pressure vessel with a fresh aqueous hydantoin-ammonia solution Ammonia can be injected in gaseous form into the aqueous hydantoin solution.
Das Molverhältnis zwischen umzusetzendem Hydantoin, Ammoniak und Wasser kann in weiten Grenzen schwanken» Hit Verteil wird ein Hf!verhältnis zwischen den eben genannten Reaktionspartnern von 1 : 5 - J^O : 50 - 400 gewählt, - Die Umsetzung kann, wie bereits angegeben, bei Temperaturen zwischen 120 - 7:20° 0 erfolgen. Der Temperaturbereich zwischen l4o und 18O°C hat sich als bo >onders günstig erwiesen« ~ Die Dauer derThe molar ratio between hydantoin, ammonia and water to be converted can vary within wide limits. take place at temperatures between 120 - 7: 20 ° 0 . The temperature range between 14o and 180 ° C has proven to be favorable. 'The duration of the
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Umsetzung hängt außer von dem zu hydrolysierenden Hydantoin naturgemäß von der Reaktionstemperatur ab. Bei dem als bevorzugt angegebenen Bereich von l40 - l80° C läßt man das in der Regel etwa 30/öige wäßrige Ammoniak für die Dauer von 4-10 Stunden auf das zu hydroIysierende Hydantoin einwirken.Implementation also depends on the hydantoin to be hydrolyzed naturally on the reaction temperature. With which as preferred The specified range of 140-180 ° C. is left in the usually about 30% aqueous ammonia for a period of 4-10 hours act on the hydantoin to be hydrolyzed.
In den nachstehenden Beispielen werden eine Reihe von Hydantoinen genannt, die gemäß der vorliegenden Erfindung in die entsprechenden Aminosäuren überführt werden. Der Umfang des nachgesuchten Schutzes beschränkt sich nicht auf die beispielhaft aufgeführten Verbindungen, In the following examples, a number of hydantoins are mentioned, which according to the present invention in the corresponding amino acids are transferred. The scope of the protection sought is not limited to the compounds listed as examples,
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- 5 -- 5 - Beispiel 1;Example 1;
12,5 g Hydantoin, 38,5 S 33-#ige ΝΗ,-Lösung und 154,0 g Wasser (Molverhältnis 1 : 6 : 80) werden in einem 0,3 1-Autoklaven 6 Stunden auf l6o° G erhitzt» Nach dem Abkühlen wird filtriert, im Vakuum zur Trockne eingeengt, mit wenig Wasser aufgenommen und mit Alkohol gefällt* Nach Absaugen und Trocknen erhält man 7,6 g Glycin (89,0-^ig) entsprechend 72,2 % d# Th*12.5 g hydantoin, 38.5 S 33- # ige ΝΗ, solution and 154.0 g water (molar ratio 1: 6: 80) are heated to 160 ° G for 6 hours in a 0.3 liter autoclave After cooling, it is filtered, evaporated to dryness in vacuo, taken up with a little water and precipitated with alcohol * After suction and drying, 7.6 g of glycine (89.0%) corresponding to 72.2 % d # Th *
23,8 g 5-Methyl-5-phenylhydantoin, 61,8 g 33-$ige Ammoniaklösung und 137*0 g Wasser (Molverhältnis 1 : 10 : 80) werden in einem 0,5 1-Autoklaven 14 Stunden auf ΙβΟ C erhitzt. Nach dem Abkühlen wird filtriert, im Vakuum zur Trockne eingeengt, der Rückstand mit Alkohol gewaschen und im Trockenschrank bei 70° C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Man erhält 14,8 g "-Phenyl-a-alanin (99>6-#ig) £ 71,8 % d. Th.23.8 g of 5-methyl-5-phenylhydantoin, 61.8 g of 33% ammonia solution and 137 * 0 g of water (molar ratio 1:10:80) are heated to ΙβΟ C for 14 hours in a 0.5 l autoclave . After cooling, it is filtered, evaporated to dryness in vacuo, the residue is washed with alcohol and dried in a drying cabinet at 70 ° C. to constant weight. 14.8 g of ″ -phenyl-a-alanine (99> 6- # ig) £ 71.8 % of theory are obtained .
10,5 g 5*5-(spiro-pentamethylen)-hydantoin, 38,5 g 33-/6ige Ammoniaklösung und 199,0 g Wasser (Molverhältnis 1 : 12/200) werden in einem 0,5 1-Autoklaven 6 Stunden auf l6o° G erhitzt» Die Aufarbeitung erfolgt wie in Beispiel 2.10.5 g 5 * 5- (spiro-pentamethylene) -hydantoin, 38.5 g 33- / 6ige Ammonia solution and 199.0 g of water (molar ratio 1: 12/200) are heated to 160 ° G for 6 hours in a 0.5 liter autoclave » The work-up is carried out as in Example 2.
Ausbeute an l-Amino-cyelohexancarbonsäure-l (99,7-#iges Produkt) 4 78,4 jTd, Th.Yield of l-amino-cyelohexanecarboxylic acid-l (99.7% Product) 4 78.4 jTd, Th.
14,25 g 5-Methylhydantoin, 77,0 g 33-^ige Ammoniaklösung und 308,0 g Wasser (Molverhältnis 1 t 12 : I60) werden gemäß14.25 g of 5-methylhydantoin, 77.0 g of 33- ^ ammonia solution and 308.0 g of water (molar ratio of 1 t 12: I60) are in accordance
·» D —· »D -
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Beispiel 2 6 Stunden bei l60° C zur Reaktion gebracht, Ausbeute an a-Alanin (96,2-$ig) = 86,5 % d, Hi,Example 2 reacted for 6 hours at 160 ° C., yield of α-alanine (96.2 % ) = 86.5% d, Hi,
10,9 g 5-(ß~Methylniercapto-«äthyl)-hydantoin, 77,0 g 33-^ige Ammoniaklösung und 308 g Wasser (Molverhältnis 1 : 24 : 320) werden in einem Autoklaven 10 Stunden bei 140° C erhitzt» Die Aufarbeitung erfolgt gemäß Beispiel10.9 g of 5- (β-methylniercapto-ethyl) hydantoin, 77.0 g 33% ammonia solution and 308 g water (molar ratio 1: 24: 320) are in an autoclave for 10 hours 140 ° C heated »Work up is carried out according to the example
Ausbeute an Methionin (98,0-#ig) - 72,7 % d» Th,Yield of methionine (98.0 % ) - 72.7% d »Th,
16,0 g 5,5-Dimethylhydantoin, 77,0 g J5j5~$ige Ammoniaklösung und 508 g Wasser (Molverhältnis 1 : 12 : I60) werden im Autoklaven 10 Stunden bei l60° G erhitzt. Nach der Aufarbeitung gemäß Beispiel 2 erhält man 11,4 g a-Aminoisobuttersäure (l00-#ig) = 88,6 % d. Th.16.0 g of 5,5-dimethylhydantoin, 77.0 g of ammonia solution and 508 g of water (molar ratio 1:12: 160) are heated in an autoclave at 160 ° C. for 10 hours. After working up according to Example 2, 11.4 g of α-aminoisobutyric acid (100 %) = 88.6% of theory are obtained . Th.
- 7- 7th
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