DE1905530A1 - Die Synthese von sehr reiner epsilon-aminocaproischer Saeure durch hydrolytische Zerlegung von epsilon-Caprolactam in Anwesenheit von Ba(OH)2?8?HO in einer Mischung aus den Loesungsmitteln Wasser und DMSO - Google Patents

Description

DIPL-INQ. JOACHIM STRASSE, HANAU · DR. INQ. ARNO SCHMIDT, MÜNCHEN HANAU XBKXXXAXMAKKSISDSXKX- POSTFACH 793 · TEL. £0803 · TELEQRAMME: HANAUPATENT

"BOSNALIJEK" 3. Februar 1969

Tvornica lijekova i kemijski

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S a r aj βν ο , Jugoslawien

Tvornica lijekova i kemijskih Schum/Kie - Io 231

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Die Synthese von sehr reiner ζ, -aminocaproischer Säure durch hydrolytische Zerlegung von £ - Caprc-lactarn in Anwesenheit von Ba(OH)₂ χ 8 H_0 in einer Mischung aus den Lösungsmitteln Wasser und DMSO

Die Erfindung bezieht sich auf die Synthese von sehr reiner ^-aminocaproischer Säure durch hydrolytische Zerlegung von \.-Aminocaprolactam in Anwesenheit von Ba(OH)₂ χ 3 Η_0 in einer Mischung aus dem Lösungsmittel Wasser und DMSO.

Die bekannten Verfahren für die Synthese von ς -aminocaproischer Säure bestehen meistens in der Hydrolyse von t-Aminocaprolactara in wäßriger Lösung mit verschiedenen Mitteln wie anorganischen Säuren (chlorwasserstoffhaltige und schwefelhaltige), Alkali- und Erdalkali-Hydroxiden (Natrium- und Kalziumhydroxid), anionischen Ionenaustauschern (Dowex und Amberlite). Eine derartige Vielzahl von durch Patente geschützten Verfahren ist nicht verwunderlich, wenn man den weiten Anwendungsbereich von £-aminocaproischer Säure berücksichtigt: bei der Her«teilung von Kunststoffen mit polyamiden Charakter ale Mittel der Einleitung für die Polymerisation von £, -Caprolactam zu Nylon 6, in der Pharmazeutik als Antigerinnungemittel und in der synthetischen organischen Chemie al» ein Zwischenprodukt für die Herstellung von ande-

BAD ORJÖINAL

Für praktische Anwendungen ist sehr reine Sälire „erJTorder- . lieh, wenn jedoch die oben erwähnten Verfahren angewandt · werden^ muß das hergestellte Produkt mehrmals srejoristallisiert werden, um eine annehmbare Reinheit zu erreicliem, und selbst dann kann in bestimmten Fällen das Vorhandensein w&jl anorganischen Substanzen nicht vermieden werden. Γη der Literatur werden auch besondere Methoden für die Herstellung von reiner Z.- aminocaproischen Säure erwähnt, wobei die robe Säure verarbeitet wird und man eine Säure mit einem Ascfaegjetialt von o,o2 % erhält. ·

Bei dem Vorfahren gemäß der vorliegenden Erfin«äiiaaig kommt/es zu einer hydrolytischen Zerlegung des Lactams in Säure ift ^ Anwesenheit von Ba(OH)₂ χ 8 H„0 in einer Misduamg aras den K,-!." Lösungsmitteln Wasser und DMSO, wobei das Verhältnis der sungsmittel genau festgelegt ist. Bei einer solc&ea Zerlegung in Anwesenheit von Erdalkali-/Hydroxid in eiiiear Ifisschung von ; Lösungsmitteln wurden sehr gute, Ergebnisse im Ibespsg auf die. Umwandlung in Säure, die Dauer der Reaktion und die Reinheit des Endprodukts erzielt, dessen Reinheit einer Säaareeinheit entspricht, die mit "purissinro" bezeichnet wird.

Die Verwendung einer Mischung von Lösungsmitteln,, die sehr un terschiedliche Siedepunkttemperaturen, aufweisest ©nmöglic.ht : es, eines der Lösungsmittel im Vakuum bei niedrigeren Temperaturen asu entfernen, die sich auf das entstandene. Produkt nicht auswirken, das sich erst bei höheren Terajgsearatiären zersetzt. Die Säure ist in dem zweiten Lösungsmittel «ss&IösliQh und kristallisiert langsam, wenn das Wasser *rer«iasBp£t> oder im Vakuum entfernt wird·

Während die Säure selbstnu* in Wasser löslich Ss*_B sind ihre sämtlichen Derivate in beiden Lösungsmitteln liS&JLiefi« wodurch die Säure in reiner Form leicht getrennt nreruem. lasia· s - .;. ^

f.

Es gibt Anzeichen dafür, daß DMSO einen katalytischen Einfluß auf die hydrolytische Zerlegung von£ -Aminocaprolactam ha.t und einen aktiven Komplex bildet.

In der beiliegenden Znichnung wird eine Anlage für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt.

Das Verfahren wird so durchgeführt, daß eine mit einer Rührvorrichtung und einem Rückflußkühler ausgerüstete Umwandlungsanlage A mit Hilfe einer Pumpe zuerst mit der Lösungsmittelmischung gefüllt wird, und dann werden, während das Lösungsmittel gemischt wird, Ba(OH)₀ χ 3 H₀O und ^-Caprolactam hinzugefügt. Die Reaktionsmischung wird dann unter ständiger Bewegung auf die optimale Temperatur erhitzt und für einige Zeit auf dieser Temperatur gehalten. Im Laufe der Reaktion wird £-Aminocaprolactam hydrolytisch in (_-aminocaproische Säure gemäß der folgenden Gleichung zerlegt:

NII(CH- )_C0 + HOII —* NH₀ (CH₀ )_COOH

Die entstandene Säure verbindet sich mit Barium-Ionen der Lösung und bildet ein Salz:

NH₂(CH₂)_C00 ^ ) x COOH+Ba \ ' Ba

Wenn die Reaktionsmischung in der Umwandlungsanlage abgekühlt ist, wird gasförmiges C0_ zugeführt, das unlösliches Bariumkarbonat bildet und freie Säure freisetzt gemäß der folgenden Gleichung:

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(CH₀)^COO

(CH₂)₅C00

Ba+C0_o _>> 2NH_ (CTi₀ ) .COOH+BaCO-

Die Zuführung von CO₀ dauert etwa 45 Minuten; gleichzeitig wird ständig gemischt und die Temperatur weiter herabgesetzt, wodurch die Bildung eines Niederschlags, der sich leicht filtern läßt, verstärkt wird. Dieser Niederschlag wird durch Filtrierung in der Filtrierpresse B entfernt und mit Wasser gewaschen (1/7 der gesamten Menge der Reaktionsinischung) β Das Filtrat wird in einen Vakuuuiverdampf er C weitergeleitet, wo unter einem Druck von 2o - 2 5 mm Hg Wasser verda-mpf-t wird, das nach Durchgang durch einen Kondensator D in einem Speichertank E für Wasser gesammelt wird. Während der Verdampfung von Wasser im Vakuum liegt die Temperatur des Systems zwischen %5 und 55 C, und unter diesen Bedingungen kristallisiert C -aminocaproische Säure langsam aus DMSO.

Bei genauer Kontrolle der Temperaturbedinungen während der Verdampfung von Wasser im Vakuum haben die gebildeten Kristalle praktisch eine einheitliche Größe.

Die Suspension von Kristallen in DMSO wird auf 2o.° C abgekühlt und dann in einer Zentrifuge F getrennt* DMSO wird mit Hilfe einer Zentrifugalpumpe in einen Speichertank G weitergeleitet. Die übrigbleibenden Kristalle werden mit Ethanol gewaschen, das, nachdem das Waschen abgeschlossen ist, in eine Destillationsanlage H zur Regeneration weitergeleitet wird. Anstelle von Ethanol kann auch Methanol verwendet werden.

Das in diesem Prozeß entstandene Bnriusnkarbonnt, das in be-\ trächtlicher Menge gewonnen wird, kann aks oiii kormnorzielles Erzeugnis von großer Reinheit verkauft wordene

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BAD ORIGINAL

Für den folgenden Arbeitszyklus können DJlSO, Wasser und Alkohol, die durch Waschen gewonnen werden, nach Regeneration verwendet werden.

Das Verfahren wird durch die folgenden Beispiele näher beschrieben werden:

Beispiel 1

Eine Mischung aus 5o g Aminocaprolactam und 66 g Ba(OIl)₀ χ ö !!„Ο wird unter ständiger Bewegung in einer Mischung von Lösungsmitteln (25o ml destilliertes Wasser und 126 ml DMSO) gelöst. Die Reaktionsnixschung wird auf 98 - io2 C erhitzt und bei dieser Temperatur unter Rückfluß drei Stunden und 45 Minuten lang gemischt. Nachdem die Reaktionsmischung auf 55 C abgekühlt worden ist, wird während der folgenden 45 Minuten gasförmiges CO₀ eingeführt", wobei die Mischung langsam auf 25 C abkühlt. Dadurch kann sich BaCO. in einer leicht zu filtrierenden Form absetzen. Nachdem alles BaCO.

3 ausgefüllt worden ist, wird der Niederschlag entfernt und mit 5^1 i"l destilliertem Wasser (zweimal 27 inl) gewaschen. Der BaCO -niederschlag, der eine beträchtliche Menge ausmacht, wird gewaschen und gemahlen. Dann wird aus dem Filtrat Wasser in einem Vakuuniverdampfer verdampft.

Die Verdampfung findet bei einer zwischen 45 und 55 C liegenden Temperatur statt. Während der Verdampfung kristallisiert die Säure langsam aus DMSO (Dimethylsülfoxid) . Wenn die Verdampfung abgeschlossen ist, wird die Säure durch Filtrierung vom DMSO getrennt.

Die Kristalle des Ilnuptproduktes , der £-amiriocaproischen Säure, werden mit zweimal 2o ml Methanol gewaschen. Das restliche Methanol wird durch Trocknen im Vakuum bei einer

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Temperatur von 35 - ^5 C bei einem Druck von Ioο - 23ο Hg entfernt. Es ergeben sich 53 »3 g £-aminocaproische Säure mit einem Schmelzpunkt von 2oS - 21o CJ Der Ertrag beträgt 96 % des theoretisch möglichen. Der Analyseversuch ergibt 99,3o %±ge Säure.

Beispiel 2

Eine Mischung von 5o g £-Aminocaprolactam und 66 g Ba(OH)₀ χ 3 H₀O wird unter ständiger Bewegung und langsamem Erhitzen in einer Mischung aus den Lösungsmitteln Wasser und DMSO aufgelöst, wobei das verdampfte Wasser und DMSO aus dem vorhergehenden Arbeitszyklus (25o ml ILO und 12o ml DMSO) verwendet werden. Die Reaktionsmischung wird auf eine Temperatur von 95 - Io3 C erhitzt und bei dieser Temperatur unter ständiger Bewegung 3 Stunden und 5o Minuten lang unter Rückfluß gehalten. Nachdem die Reaktionsmischung auf k^ C abgekühlt ist, wird während der folgenden '15 Minuten gasförmiges CO unter weiterer ständiger Bewegung und Abkühlung eingeführt. In dieser Reaktionsphase wird BaCO^ in einer leicht filtrierbaren Form gewonnen, das durch Filtrierung getrennt und zweimal mit 27 nil destilliertem Wasser gewaschen, wird. Das BaCO , von dein eine beträchtliche Menge entsteht, wird getrocknet und gemahlen. Aus dem entstandenen Filtrat wird Wasser im Vakuum bei einer Temperatur von 5o - ?o C und einem Druck von 3o - ^o nun Hg verdampft. Die Kristalle, die sich aus £ -aminocaproischer Säure gebildet haben, werden von DMSO durch Filtrierung getrennt. Die Säure wird mit Ethanol gewaschen (zweimal 3o ml Ethanol). Die Kristalle werden dann im Vakuum bei einer Temperatur von 5o - 60 C und einem Druck von I70 - 2oo mm Hg getrocknet. Es entstehen 5*1,8 g c. -aminicaproischö Sätsre, deren Schmelzpunkt* bei. 2o8 - 2I0 ° C liegt. Der Ertrag beträgt 99,1 % des theoretisch möglichen? Gehalt an Säure 99»75 %»

■ . " - 7 —

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- 7 -Beispiel 3

Eine Mischung von 3oo g ^-Aminocaprolactam und 396 g Ba(OIT)₀ x .0 H₀O wird unter Mischen und Erhitzen in einer Mischung von Lösungsmitteln, die sich aus 15oo ml Leitungswasser und 66o ml DMSO (Dime thylsulf oxid) zusammensetzt, aufgelöst. Die Reaktionsmischung wird auf eine Temperatur von 80 - Io2 C erhitzt und dann unter ständiger Bewegung auf dieser Temperatur k Stunden und 2o Minuten lang unter Rückfluß gelassen. Wenn die Reaktionsmischung auf 6o C abgekühlt ist, wird während der folgenden 45 Minuten gasförmiges CO₀ unter Mischen und langsamem Abkühlen zugeführt. In dieser Phase des Vorgangs weist BaCO_, das sich langsam absetzt, eine leicht zu filtrierende Form auf. Der Niederschlag wird durch Filtrierung getrennt und mit Leitungswasser gewaschen (zweimal 15o ml) und dann getrocknet und gemahlen. Als solcher ist er sehr rein. Aus dem Filtrat wird Wasser in einem Vakuumverdampfer bei einer Temperatur von 5o - 6o C und einem Druck von 25 - 3o mm Hg verdampft.

Die Kristalle, die sich aus c -aminocaproischer Säure gebildet haben, werden von DMSO durch Filtrierung getrennt. Die Säure wird mit Ethanol (zweimal 12o ml 96 5iiger Alkohol) gewaschen. Der schließlich übrigbleibende Alkohol wird durch Trocknen im Vakuum bei einer Temperatur von 50 - 60 C und einem Druck von 2oo - 21o mm Hg entfernt. Es werden 323 g ζ, - aminocaproischer Säure gewonnen, deren Schmelzpunkt bei 2o7 - 2o9 ° C liegt. Der Ertrag betr 98 % des theoretisch möglichen.

Beispiel 4

Einer Mischung von 36.2 % DMSO und 63,8 % H₀O wird unter ständiger Bewegung eine stöchiometrieehe Menge von

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Ba(OII)₀ x 8 H₀O und £ -Aniinocaprolactani (ο,51 Mol Da(OH)₀ χ 3 H₀O pro 1 Mol Caprolactam zugefügt, und die Reaktionsmischung wird auf die optimale Temperatur von 9.8 - lp-2 C unter Mischen« das während der folgenden 3 Stunden und 45 Minuten bei dieser gleichen Temperatur fortgesetzt wird, erhitzt, um die Reaktion abzuschließen.

Nachdem die Mischung in dem Reaktor auf 45 C abgekühlt ist, werden gasförmiges C0_Q zugeführt, unlösliches Bariumkarbonat gebildet und reine Säure freigesetzt«

Die Zuführung _von CO₀ dauert etwa 45 Minuten, während .die Reaktionsmischung ständig bewegt und langsam abgekühlt wird, wodurch sich ein leicht zu filtrierender Niederschlag bilden kann, der durch Filtrierung entfernt und mit Wasser (1/7 der Gesamtmenge der Reaktionsmischung) gewaschen wird* Dann wird das Wasser bei einem Druck von 2o - 25 mm Hg und einer Temperatur von 45 - 55 C aus dem Filtrat verdampft, wobei ζ_ -aminocaproische Säure langsam aus DMSO aufgrund ihrer Unlöslichkeit herauskristallisiert. Die Mischung von Kristallen in DMSO wird ι
fugieren getrennt.

len in DMSO wird auf 2o C abgekühlt und dann durch Zentri-

Die restlichen Kristalle werden mit 96 tigern-Ethanol (l/lo der Gesamtmenge der Reaktionsmischung) gewaschen und bei einer Temperatur von 35 -■ 55 C und einem Druck von etwa l8o - 22o mm - Hg getrocknet, wobei die Kristalle mit einem Schmelzpunkt von 2οθ - 2o9v5 C weiß und prismatisch werden und der Gehalt an Säure 99,6o - 99»8o %beträgt. Der Ertrag liegt zwischen 96 und 99 % des theoretisch möglichen«

Ansprüche

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Claims (1)

1. Ansprüche

   Verfahren für die Herstellung von sehr reiner c-aminocaproischer Säure durch hydrolytische Zerlegung von

   ζ. -Aminocaprolactam, dadurch gekennzeichnet 5 daß eine Mischung aus t -Atninocaprolactani und Ba(HO)₀ χ 8 HO bereitet wird, die unter standiger Bewegung in einer Mischung aus den Lösungsmitteln Wasser und Dimethylsulfoxid aufgelöst wird, wonach die Reaktionsmischung auf eine Temperatur vori 95 - lo-3- C erhitzt und zwischen 3 Stünden und Ά5 Minuten und 4 Stunden und 2o Minuten unter Rückfluß auf dieser Temperatur gehalten wird, woraufhin dieser Mischung, nachdem sie während der nächsten k5 Minuten auf 45 - 60 ° C abgekühlt ist, gasförmiges CÖ_O unter standiger Bewegung und weiterer Abkühlung auf 25 ° C zugeführt wird* wobei das ausgefüllte BarjLümkarbönat durch Filtrierung entfernt und dann das Wasser dem Filtrat durch Verdampfung im Vakuum bei einer Temperatur zwischen 45 und 7o C und einem Druck von 2q - 4o mm Hg entzogen wird, um die Säure in Form von Kristallen zu erhalten» die dann nach Trennung Vom DMSO zweimal in Alkohol gewaschen und unter Vakuum bei einer

   Temperatur zwischen 35 und 60

   C und einem Druck von

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   -Λ -AQ

   1?ο - 23ο ram Hg getrocknet wird.

   Verfahren nach Anspruch l_t dadurch g eke η η -

   zeichnet , daß das Verhältnis von χ. -Auiinocapro-

   lactam und Ba(OIl),, χ 8 IT₀O in der Mischung 1 : 1,32 bzw. 1 Hol : o,51 KoI beträgt.

   Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da el it rc h ge k e η η ζ e i c-li η e t _s daß das in der Lösungsmittelmischung .verwendete Wasser destilliertes, Leitungsoder verdampftes Wasser in dem jeweiligen Verhältnis Wasser : DHSO wie 1 : o.,5| 1 : o,48 oder 1 : o, ^!hk sein kann.

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