DE1906405C - Verfahren zur Herstellung von Methio mn - Google Patents

Description

Die Erlindung beirilTt ein Verfahren zur Herstellung \on Methionin !;■-Methylniereapto-x-aminohutlersäure] aus H/.'-MethylmereaptoäthyU-hydantoin.

Es ist hekanm. Methionin durch Hydrolyse des genannten Hydantoins her/usiellen. Die Hydrolyse wird durch Erhitzen des Hydantoins, gegehenenfalls unter Druck, in liet>enwart von Wasser und bestimmlen. alkalisch wirkenden Substanzen ausgeführt. Aus der entstehenden Lösung eines Methioninsalzes wird Methionin durch Neutralisation der Lösung mit Säure ausgefällt. Es wird auch umgekehrt die Hydrolyse mit Säure und die Ausscheidung des Methionins durch Neutralisation mit Alkali vorgenommen. Als Alkalien werden Alkali- oder ^alkalihydroxide, wie Natrium- oder Bariumhydroxid, als Säuren Schwe- |cl- oder Chiorwassersloffsäure verwendet (britische Patentschrift 630 13¹J).

Is ist weiterhin bekannt. Is Alkali Natrium- oder Kaliumcarbonat und als Säure eine niedere aliphaiische Carbonsäure, wie Essigsäure, ein/iisetzen (deutsche Patentschrift S¹Jl 25¹J).

Bei der Hydrolyse entstehen gasförmige Nebenproilukte. Nach einem neueren Verfahren werden diese /weeks Erhöhung der Vlethionin-Ausbcute während der Umsetzung zeitweise aus dem Reaktionssysiem entfernt (niederländische Offenlegungsschrifl65 16950).

In .illen fällen entstehen durch die Neutralisation erhebliche Mengen fremdsalze, je nach den verweildeten Alkalien und Säuren, beispielsweise Alkali- oder Erdalkalisulfate. Alkaliehlorid oiler Alkaliacetat.

Die Abtrennung und Reinigung des Methionins von diesen I remdsalzen. die gegebenenfalls in mehrfach molarem Überschuß vorliegen, erfordert, insbesondere, wenn das Methionin mit hoher Ausbeute gewonnen weiden soll, einen erheblichen Aufwand. Nachteilig ist bei den bekannten Verfahren ferner, daß ein ständiger Verbrauch an Alkali und Säure auftritt. Andererseits sind die entstehenden Eremdsal/e kaum nutzbar. Da sich im allgemeinen ihre Abtrennung aus der Mutterlauge nicht lohnt, werden sie 4» SiMiH der Mutterlauge verworfen. Hierdurch fallen beträchtliche Mengen Abwasser an. Mit der Mutterlauge gehen stets gewisse Anteile Methionin verloren.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Methionin aus 5-(fi-Methy lmercaptoäthyl)-hydantoin dtircli Hydrolyse des Hydantoins bei erhöhter Pcmperatur und erhöhtem Druck in alkalischer Lösung unter Entfernung der bei tier Hydrolyse entstehenden gasförmigen Stoffe gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist. daß die Hydrolyse unter Verwendung einer wäßrigen lösung von Alkalicarbonat und oder Alkalihydrogencarbonat ausgeführt wird, während der Hydrolyse laufend Ammoniak und Kohlendioxul entfernt werden, nach der Hydrolyse Methionin mittels Kohlendioxid aus der Lösimg abgeschieden ö5 11 ml die Mutterlauge im Kreislauf in die Hydrolyse zurückgeführt wird.

Bei der Hydrolyse handelt es sieh um eine Abspallung von Ammoniak und Kohlendioxid aus dem Hydantoin. Unter den Reaktionsbedingungen sind Ammoniak und Kohlendioxid flüchtig und entweichen zusammen mit Wasserdampf aus dem Reaktionsgemisch. Zusätzlich wird Kohlendioxid aus dem Alkalihydrogencarbonat der Lösung durch gebildetes Methionin frei. Es verbleibt schließlich eine alkalische Lösung mit einem pH-Wert von · 11. in der Mcthiomn als Alkaliinelhional vorliegt. Zur Abscheidung <ii'«i MiMhionins wird in die Lösung, gegehenenfalls unter erhöhtem Druck, Kohlendioxid eingespeist. Hierdurch wird der pH-Wert der lösung erniedrigt im allgemeinen stellt sich ein pll-Wert zwischen 7,2 und 7,5 ein und das Alkalimethioiuil in das schwerer lösliche Methionin übergeführt. An Stelle von gasförmigem Kohlendioxid kann man auch flüssige. Kohlendioxid oder Kohlendioxid-Schnee verwenden Dieses fällt aus und kann ohne Schwierigkeiten dual· Filtration von der Mutterlauge getrennt und in enu-, Reinheil von über ¹J¹J";,, gewonnen wci ' n.

Die nach der Abscheidung des Meil, >nins verbleibende Mutterlauge wird im Kreislauf z.urückgefühn und erneut zur Hydrolyse weiteren Hydantoins eingesetzt. Es treten folglich keine Abwässer auf. abgesehen von geringen Mengen Mutlerlauge, die erfordci lichenfalls zeitweise zur Vermeidung der Anreicherung von Verunreinigungen verworfen werden. Da dicM· Mutterlaugeanteile von Methionin und Alkaliearhoiu bzw. Alkalihydrogencarhonai so gut wie vollständig befreit werden können, sind die Verluste an diesen Stoffen äußerst gering. Die Ausheule an Methionin beträgt bis zu etwa ¹J¹J"'„.

Überdies können die bei der Hydrolyse entweichenden Stoffe Ammoniak. Kohlendioxid und Wassei vollständig im Kreislauf geführt werden. Ammoniak wird mit einem entsprechenden Teil des Kohlendioxids in der wäßrigen Lösung /.w Bildung von Hydantoin aus/.'-Melhylmercaptopropionaldehydcyanhydrin verwendet, der übrige Teil des Kohlendioxids zur Fällung des Methionins aus der Reaktionslösung genutzt.

Zur Ausführung des erh'ndungsgemäßen Verfahrens können sowohl wäßrige Alkalicarbonat- als auch Alkalihydrogencarbonatlösungen oder deren Mischungen eingesetzt werden. Normalerweise wird die im Kreis! uif geführte Mutterlauge verwendet, bei der es sich nach der Abscheidung des Methionins infolge der Sättigung mit Kohlendioxid im wesentlichen um eine Hydrogencarbonatlösung handelt. Außerdem enthält sie je nach den Reaktionsbedingungen pro Liter etwa 20 bis 50 g Methionin gelöst, das bei den angewendeten Fällungsbcdingungen nicht abgeschieden wird, jedoch ohne irgendeinen Nachteil im Kreislauf geführt werden kann.

Unter den Alkalihydrogcn: arhonaten bzw. -carbonaten werden die Kaliumsalze bevorzugt. Es wird ein Verhältnis Hydantoin /λ\ Alkali wie 1:1 bis 1:5. vorzugsweise 1:2 his I :3. angewendet.

Die Hydrolyse des Hydantoins wird zweckmäßig im Temperaturbereich von 120 bis 220 C. vorzugsweise von 140 bis 1X0 C. ausgeführt. Der Temperatur entsprechend wird unter erhöhtem Druck gearbeitet. der in der Regel geringfügig höher ist als der Wasscidampfdruck bei dieser Temperatur.

Die Entfernung des sich während dei Hydrolyse bildenden Ammoniaks und des Kohlendioxids kann, wenn nötig, gefördert und vervollständigt werden, indem durch das Reaktionsgemiseh Wasserdampf «uler ein Inertgas, wie Stickstoff, geleitet wird.

Die verbleibende ammoniakfreie Reaktionslösimg kann erforderlichenfalls mit Aktivkohle entfärbt werden. Die Einspeisung des Kohlendioxids in die Lösung zwecks Abscheidung des Methionins erfolgt bei Ziminertempciatur. gegebenenfalls unter Druck, bis zur Sättigung der Lösung.

Die Mutterlauge kann ohne Nachteile wiederholt für die Hydrolyse verwendet werden. Erforderlichenfalls werden Wasser oder Alkalicarbonat ergänzt.

3 4

lim allgemeinen haben sich in der Mutterlauge erst für die Bereitung der Hydantoinlösung au·. ,."-McIh)I-

HUL¹Ii etwa IDO Kreisläufen mi weit Verunreinigungen mercapii.propionaldehyd und Blausäure eingesetzt,

b/w. Spaltpnidukte, wie beispielsweise Homoserin, Überschüssiges Kohlendioxid b/w. das hei der lin-

ingereichert, daü Methionin nicht mehr in genügender engungder Mutlerlauge angefallene Kohlendioxid wird

Heinheil anfüllt und die Mutterlauge verworfen wer- 5 für die Methionin-I'üllung wieder verwendet. den muH. Vorteilhaft wird jedoch so verfahren, daü

bei jedem Kreislauf ein Anteil \on 1 bis 2" „ der Mut- Beispiel 2

lerlauge ausgeschleust wird. Die/u verwerfende Mut- Zu 12(M) mi einer Lösung, in der I M. μ kaliuin-

lcrlauge wird zwecks Abscheidung des enthaltenen earbonat und 50 g Methionin yclöst sind, werden

Methionins und Hydrogencarhonais hei möglichst iq 285 ml einer wäßrigen Lösung, in der Kl g 5-(_;;-Melhvl

piedriger remperatur mit kohlendioxid gesättigt mercaptoäth)l)-h)dantoin enthalten sind, zugegeben.

Und mit der zwei- bis dreifachen Menge eines Die Mischung wird 4 Stunden bei 135 his NO C

ivasserlösliehen Lösungsmittels, wie Alkohol, ins- unter einem Druck von 2 bis 3 aiii erhii/i. während-

fcesondere Methanol, oder vorzugsweise Aceton, ver- dessen stündlich 150 bis 170 ml wäßrige Ammuniak-

Set/t. Aus. der nach der Nitration \erbleihenden Ab- 15 lösung zusammen mit Kohlendioxid übergehen,

lauge wird das Lösungsmittel durch Destillation Zur Abscheidung von Methionin wird wie im Bei-

/uriickgewonnen. spiel 1 beschrieben verfahren. Durch Einleiten von

Beispiel 1 Kohlendioxid in die Lösung wird der pH-Wert von

11,6 auf 7,6 erniedrigt.

fine im Kreislauf geführte Mutterlauge enthält 20 Es werden 60g Methionin gewonnen: das enl-

auf 326g Wasser 60g Kaliumcarbonat. 27 g Ka- spricht einer Ausbeute von ¹JO₁S",,. bezogen auf ein-

liumhydrogencarbunat, 20 g Methionin und 0.2 g gesetztes Hydantoin. Das Methionin ist *J'>.4".„ig

5-(/<-Methylmercaploäthyl)-hydantoin. Dieser Lö- und weist einen Schmelzpunkt zwischen 272 und 273 C"

sung werden 314 g einer wäßrigen Lösung zugesetzt. auf.

die 86 g des Hydantoins enthält. 25 Die gesamte Mutterlauge wird erneut fur die Hy-

Die Mischung wird in einem Rührwerkau'joklav drolyse eingesetzt. Nach 50 Kreisläufen gewinnt man

auf 170 C erhitzt und 40 Minuten bei dieser Tempera- das Methionin noch in der gleichen Reinheit wie nach

tür gehalten. Der Druck beträgt dabei 7 aiii. Während der ersten Hydrolyse. Zur Lntfenuing von Ncben-

dicscr Zeit werden stetig insgesamt 212g Brüden. produkten wird die gesamte Mutterlauge durch /u-

rtestehend aus Wasserdampf. Ammoniak und Kohlen- 30 gäbe von Aceton wie im Beispiel 1 beschrieben auf-

ilioxid, abgezogen und aufgefangen. Das Ende der bereitet. Dabei werden 04" „ des gelösten Melhionins

Umsetzung ist daran zu erkennen, daß kein Ammoniak und Kaliumbicarhonates gewonnen, mehr übergeht.

Die Reaktionslösung wird nach. Entspannen und Beispiel .

Abkühlen auf 100 C mil 0.2 g Aktivkohle versetzt 35 Es wird wie im Beispiel 2 beschrieben vorgegangen,

und nach weiterem Abkühlen auf 15 C filtriert. Aus die 1200 ml Ausgangslösung -Inhalten jedoch 22Og

dem Eiltrat wird Methionin durch Einleiten von Kaliumhydrogencarbonat und 55g Methionin. Die

Kohlendioxid in einer ersten Stufe bei Normaldruck Umsetzung wird in 3.5 Stunden bei 140 bis 145 C und

i\m\ in einer zweiten Stufe unter Überdruck von 3 atü 4.5 bis 5.5 atü ausgeführt. Ausbeute und Reinheit des

gefällt. Die Lösung nimmt hierbei 40 g Kohlendioxid 40 gewonnenen Methionins sind die gleichen wie die im

auf; der pH-Wert geht von 11.5 auf 7.5 zurück. Das Beispiel 2 angegebenen.

ausgeschiedene Methionin wird abfiltricrl und mit „ . , ,

,,,,. .., , B e 1 s ρ 1 e I 4

K)Og Wasser gewaschen. '

Es werden 73 g Methionin gewonnen: das entspricht Zu 30 1 Lösung, die 1600 g Nalriummethionat und

einer Ausbeute von 00"/„, bezogen auf eingesetztes 45 2360 g Natnumhvdrogcnearbonal enthalten, werden

Hydantoin. Das Methionin enthält als Verunreinigung 1620 g 5-(//-Mcthylmercaptoäthyl)-hydantoin in 5 1

0,5",, Kaliiimhydrogencarbonat. Wasser hinzugefügt. Die Lösung wird 4 Stunden auf

Nach der filtration fallen 584 g Mutterlauge an. 145 bis 150 C erhitzt. Der Druck liegt zu Beginn der

die unter Abtreibung von 130 g Wasser und 20 g Umsetzung bei 4,5 his 5 atü und gegen Lnde der

Kohlendioxid eingedampft werden. Die Mutterlauge 50 Umsetzung bei 1 bis 1.5 atü. Stündlich werden 3 bis

hat dann etwa die gleiche Zusammensetzung wie die 3,2 1 wäßrige Ammoniaklösung neben Kohlendioxid

Ausgangslösimg. Sie wird erneut für clic Hydrolyse abdestillicrt.

des Hydantoins eingesetzt. Die Reaktionslösung wird nach Abkühlen auf 15 (.'

Vm die Zusammensetzung der im Kreislauf /ur mit Wasser auf 25 1 verdünnt: durch Einleiten von

Hydrolyse neuen Hydantoins eingesetzten Mutter- 55 Kohlendioxid wird Methionin ausgefällt. Der pH-Wert

lauge konstant zu halten und eine Anreicherung von der Lösung sinkt dabei von 11.2 auf 7.4 und nach

Nebenprodukten zu vermeiden, werden vor jeder Aufdrücken von Kohlendioxid von 3 aiii auf 7,3. Die Wiederverwendung 10 g der Mutterlauge abgetrennt Mutterlauge wird, wie im Beispiel 2 beschrieben, für

und gesondert aufgearbeitet. Zwecks liewinnung des weitere Umsetzungen verwendet,

gelösten Methionins und Carbonates wiiJ auf 10 C 60 Es werden 1360 g Methionin erhalten; das entspricht

abgekühlt, mit der zweifachen Menge Aceton versetzt einer Ausbeute von 08.4" „. bezogen auf eingesetztes

und bei Normaldruck mit Kohlendioxid gesättigt. Hydantoin. Das Methionin ist ^l)0.5"/„ig.

Aus 10 g MuüerliUigc werden 0,4 g Methionin und B c i s η i e I 5

2.2 g Kaliumhydrogencarbonat gewonnen und in den P

Kreislauf zurückgeführt; die Mutterlauge wird nach 65 Mittels einer Dosierpumpc wird in eine kontinuicr-

destillativcr Rückgewinnung des Aceton·* verworfen. lk-h arbeitende Druckapparat, die aus drei hinter-

Aus den bei der Hydrolyse abgetriebenen Brüden einandcrgcschaltcten druckfesten Umlaufverdampfern

wird Ammoniumcarbonatlösung gewonnen: sie wird besteht, stündlich eine Lösung \on KK) kg Kalium-

Claims (4)

1. 906

   liuliogcuearbonai, 2Κ kg Methionin und -II kg 5-(ji-Meihvlmereaptoaihyll-lndanloin in 401)1 Wasser ein-

   Die Lösung wird laufend aus der Kreislauf-Mutterlauge durch Hinzufügen einer ."!(!"/„igen Lösung von Vlff-MclhylinercaploiiilnM-hydanloin in Wasser hergestellt. I itr eine quantitative Umsetzung ist bei 155 bis IdO t." eine initiiere Verweilztrt von 2 bis 2.5 Stunden und bei 175 bis ISO C eine miniere Verwedzeil von 15 bis 20 Minuten erforderlich,

   Durch das Reaklionsgemisch werden zur Lntferniiiig des gebildeter Ammoniaks und Kohlendioxids stündlich 70 hi-, IOD kg Wasserdampf von UiO bzw. ISO C geleitel. Im wesentlichen wird weiter wie im lleispicl I beschrieben verfahren.

   Stündlich werden 34.S kg Methionin gewonnen: das entspricht einer Ausheule von 'J¹J.I "/_tr bezogen auf eingesetztes Hydantoin.

   !'aleniansprüche:

   I. Verfahren zur Herstellung von Methionin aus >(ji-Methvlmereaptoülhyl !-hydantoin durch Hydrolyse des Hydantoins bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in alkalischer Lösung unter l.utfernuiig der bei der Hydrolyse entstehenden gasförmigen Stoffe, d a durch g '-· k e η η ze ι c h η e i. duIJ man die Hydrolyse unler Verwendung einer walkigen Lösung von Alkalicarbonat und oder Alkalihydrogencarboiiiit ausführt, während der Hydrolyse laufend Ammoniak und Kohlendioxid entfernt, mich der Hydrolyse d.is Methionin mittels Kohlendioxid aus der Lösung abscheidet und die Mullerlauge im Kreislauf in die Hydrolyse zurückführt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch L dadurch gekennzeichnet, dall man die Carbonate und I IuI rogencarbonate des Kalium verwendet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dall man Ammoniak und Kohlendioxid mil Wasserdampf oder einem Inertgas, wie Stickstoff, aus dem Reaktionsgemisch abtreibt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekt-nnzeichnel. daß man bitweise oder ständig einen Teil der Mutterlauge aus den Kreislauf ausschleust und zur Ausfällung des enthaltenen Methionins und Hydrogencarbonals bei tiefer Temperatur mit einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel.

   Aceton, versetzt.