DE2039751A1 - Process for the production of lysine alkyl esters - Google Patents
Process for the production of lysine alkyl estersInfo
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Dr. Hans-Heinrich Willrath Dr. Dieter WeberDr. Hans-Heinrich Willrath Dr. Dieter Weber
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II/WhII / Wh
Allied Chemical Corporation, 40 Rector Street, New York, N.Y. 10006, USAAllied Chemical Corporation, 40 Rector Street, New York, N.Y. 10006, USA
Verfahren zur Herstellung von LysinalMethod of making lysinal
kylesternkylesters
Priorität;" Serial No. 852 881 und 852 94? vom 25» August I969 in USA Priority; " Serial No. 852 881 and 852 94? Dated August 25, 1969 in the USA
LysinLysine
IfIf
ist als eine der essentiellen Ämiinosäu-is one of the essential Ämiinosä-
NHNH
ren bekannt. Seine Verwendung in diätetischen Zusätzen ist leider durch seinen hohen Preis beschränkt 0 - Dieser hohe Preis ergibt sich aus der Tatsache,, daß gegenwärtig bekannte synthetische Verfahren sur Herstellung von Lysin teure Ausgangsma- te-rialien und Reagenzien und/oder komplexe Verfahrensstufen erfordern. ■ 'ren known. Its use in dietary supplements is unfortunately limited by its high price. This high price arises from the fact that currently known synthetic processes for the production of lysine require expensive starting materials and reagents and / or complex process steps. ■ '
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, einen billigen, leichten Weg zur Lysinhersteilung zu erhalten.The object of the present invention was therefore to obtain an inexpensive, easy way of producing lysine.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß man Lysin leicht aus Cyclohexanon nach dem folgenden Syntheseverfahren gewinnen kann:According to the invention it has been found that lysine can be easily obtained from cyclohexanone can be obtained by the following synthesis process:
1. Nitrierung von Cyclohexanon unter Bildung von 2-Nitrocyclohexanon (Jour, of Organic Chemistry, Band 31, 1966, Seite 357, Griswold et al),1. Nitration of cyclohexanone with formation of 2-nitrocyclohexanone (Jour, of Organic Chemistry, Volume 31, 1966, page 357, Griswold et al),
2. Nitrosierung des 2-Nitrocyclohexanons unter Bildung von 2-Nitro-6-oximinocyclohexanon,2. Nitrosation of 2-nitrocyclohexanone with formation of 2-nitro-6-oximinocyclohexanone,
3. Ringöffnung des 2-Nitro-6-oximinocyclohexanons in einer alkoholischen Base unter Bildung von 2-Oximino-6-nitrocapronsäurealky!ester, 3. Ring opening of 2-nitro-6-oximinocyclohexanone in an alcoholic Base with formation of 2-oximino-6-nitrocaproic acid alkyl ester,
4. Hydrierung des 2-Oximino~6~nitrocapronsäurealkylesters unter Bildung eines Alkylesters von Lysin und4. Hydrogenation of the 2-oximino ~ 6 ~ nitrocaproic acid alkyl ester under Formation of an alkyl ester of lysine and
5. Verseifung des Lysinalkylesters unter Bildung von Lysin oder Lysinhydrochlorid.5. Saponification of the lysine alkyl ester with the formation of lysine or lysine hydrochloride.
Diese Synthese kann schematisch folgendermaßen wiedergegeben werden: This synthesis can be shown schematically as follows:
O OO O
" " NO2 "" NO 2
1) Ac2O oder H2C=C^ t f J NOCl *1) Ac 2 O or H 2 C = C ^ tf J NOCl *
2) Acetylnitrat " ^^^ 2) Acetyl Nitrate "^^^
Cyclohexanon 2-NitrocyclohexanonCyclohexanone 2-nitrocyclohexanone
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\\ rtrj t f-Vt \ ~Γ*-.ΠΓίΤ}rtrj t f-Vt \ ~ Γ * -. ΠΓίΤ}
ROH/NaOH> GH2(CH2)3~C-COR 5H /KatalysatorROH / NaOH> GH 2 (CH 2 ) 3 ~ C-COR 5H / catalyst
MA MfMJ ^MA MfMJ ^
2 NOH 2 NOH
2-Nitro-6-oximino- 2-Oximino-6-nitrocapronsäurealky!ester cyclohexanon2-Nitro-6-oximino-2-oximino-6-nitrocaproic acid alkyl ester cyclohexanone
O Rückflußkochen 3H5O + CH,(CH0),-CH-COR U1^ M01 ROH + n O reflux 3H 5 O + CH, (CH 0 ), - CH-COR U 1 ^ M01 ROH + n
^2 NH2 CH5(CH9),-CH-COR^ 2 NH 2 CH 5 (CH 9 ), - CH-COR
Alkylester von Lysin NH2*HC1 Alkyl esters of lysine NH 2 * HC1
f2«CH2>3-?H-f2 « CH 2> 3-? H -
NH2-HClNH 2 -HCl
Die Nitrosierung von 2-Nitrocyclonexanon unter Bildung vonThe nitrosation of 2-nitrocyclonexanone with the formation of
am
2-Nitro-6-oximinocyclohexanon wird zweckmäßigsten in einem inerten Lösungsmittel für das Nitrocyclohexanon durchgeführt,
um einen guten Kontakt zwischen dem Nitrocyclohexanon und dem Nitrosierungsmittel zu bekommen und die Temperaturkontrolle zu
erleichtern. Obwohl die Nitrosierung bei fast jeder Temperatur zwischen dem Gefrierpunkt und dem Siedepunkt des gewählten
Lösungsmittels durchgeführt werden kann, wurde gefunden, daß die bevorzugte Reaktionstemperatur zwischen -30° C und §5° c
liegt. Unterhalb -30° C ist die Reaktionsgeschwindigkeit sehr gering.at the
2-Nitro-6-oximinocyclohexanone is most expediently carried out in an inert solvent for the nitrocyclohexanone in order to obtain good contact between the nitrocyclohexanone and the nitrosating agent and to facilitate temperature control. Although the nitrosation can be carried out at almost any temperature between the freezing point and the boiling point of the selected solvent, it has been found that the preferred reaction temperature is between -30 ° C and §5 ° C. The reaction rate is very slow below -30 ° C.
Oberhalb etwa 10° C treten gegebenenfalls Nebenreaktionen auf, die die Ausbeute an S-Mitro-S-oximinocyclohexanon mindern und die Bildung schwierig zu entfernender Verunreinigungen verursachen. Die bevorzugte Reaktionstemperatur liegt im Bereich von etwa -20° C bis 5° C.Above about 10 ° C., side reactions may occur which reduce the yield of S-mitro-S-oximinocyclohexanone and cause the formation of impurities that are difficult to remove. The preferred reaction temperature is in the range of around -20 ° C to 5 ° C.
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IfIf
Ein geeignetes Lösungsmittel sollte nicht nur in dem bevorzugten Reaktionstemperaturbereich flüssig sein, sondern es muß auch gegenüber dem verwendeten Nitrosierungsmittel inert sein. Leicht erhältliche, brauchbare Lösungsmittel sind beispielsweise halogenierte C1- bis C^-Alkane und Alkanmono- und -diäther mit M bis 8 Kohlenstoffatomen. Der Ausdruck "halogeniertes Alkan" bedeutet zugleich n- oder Isoalkane, bei denen wenigstens 1/3 der Wasserstoffatome durch Pluoratome, Chloratome oder Bromatome, vorzugsweise Pluoratome oder Chloratome, ersetzt ist. Das Lösungsmittel ist vorzugsweise im wesentlichen oder vollständig wasserfrei. Schwefeldioxid besitzt eine Reihe von Vor*· teilen gegenüber anderen Lösungsmitteln. Es ist nicht entflammbar, billig und ein sehr gutes Lösungsmittel sowohl für die Reaktionspartner wie auch für die Produkte. Außerdem kann SOg wegen seines niedrigen Siedepunktes leicht bei niedriger Temperatur entfernt werden, ohne daß Vakuumausstreifung erforderlich ist.A suitable solvent should not only be liquid in the preferred reaction temperature range, but it must also be inert towards the nitrosating agent used. Easily available, useful solvents are, for example, halogenated C 1 - to C ^ -alkanes and alkane mono- and diethers with M to 8 carbon atoms. The term "halogenated alkane" also means n- or isoalkanes in which at least 1/3 of the hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms, chlorine atoms or bromine atoms, preferably fluorine atoms or chlorine atoms. The solvent is preferably essentially or completely anhydrous. Sulfur dioxide has a number of advantages over other solvents. It is non-flammable, cheap and a very good solvent for both the reactants and the products. In addition, because of its low boiling point, SOg can be easily removed at low temperature without the need for vacuum stripping.
Geeignete Nitrosierungsmittel sind beispielsweise die C^- bis Cjj-Alky!nitrite, Nitrosylformiat, Nitrosylchlorid, Nitrosylbromid und N2O,. Die bevorzugten Nitrosierungsmittel sind Methylnitrit oder Nitrosylchlorid. Die Nitrosierung wird gewöhnlich in der Weise durchgeführt, daß man das 2-Nitrocyclohexanon in dem Lösungsmittel löst, die Lösung auf etwa -15° C kühlt und dann 1,0 bis 1,5 Mol des Nitrosierungsmittels je Mol Nitrocyclohexanon zusetzt. Die Nitrosierung ist gewöhnlich innerhalb von 1 bis 12 Stunden, nachdem wenigstens ein molares Äquivalent an Nitrosierungsmittel zugesetzt wurde, beendet. Die BeendigungSuitable nitrosating agents are, for example, the C 1-6 alkyl nitrites, nitrosyl formate, nitrosyl chloride, nitrosyl bromide and N 2 O ,. The preferred nitrosating agents are methyl nitrite or nitrosyl chloride. The nitrosation is usually carried out in such a way that the 2-nitrocyclohexanone is dissolved in the solvent, the solution is cooled to about -15 ° C. and then 1.0 to 1.5 moles of the nitrosating agent are added per mole of nitrocyclohexanone. The nitrosation is usually complete within 1 to 12 hours after at least one molar equivalent of the nitrosating agent has been added. The termination
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der Nitrosierungsreaktion stellt man am bequemsten durch Dampfphasenchromatographieanalyse eines Teils des Reaktionsgemisches fest. Obwohl die Reaktion nicht stark endotherm oder exotherm ist, ist es erwünscht, das Reaktionsgemisch in dem erwünschten Temperaturbereich während des Verlaufes der Nitrosierungsreaktion zu halten. Die Reaktion ist nicht druckempfindlich und kann bei Normaldruck oder Überatmosphärendruck durchgeführt werden .The most convenient way of establishing the nitrosation reaction is by analysis of vapor phase chromatography part of the reaction mixture solid. Although the reaction is not highly endothermic or exothermic is, it is desirable to use the reaction mixture in the desired Maintain temperature range during the course of the nitrosation reaction. The reaction is not sensitive to pressure and can be carried out at normal pressure or above atmospheric pressure .
Es wurde gefunden, daß die Nitrosierung viel leichter in Gegen- i wart einer starken Säure als Katalysator abläuft. Es ist jede nicht oxidierende Säure mit einem pKa kleiner als I geeignet, wie Chlorwasserstoffsäure, Bromwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, p-Toluolsulfonsäure oder Methansulfonsäure. Die Menge in dem Reaktionsgemisch vorhandener Säure ist nicht kritisch, doch sollte sie vorzugsweise ausreichen, um die Lösung hinsichtlich der Säure 0,5 bis 20 molar zu machen. Wegen ihrer hohen Flüchtigkeit ist Chlorwasserstoffsäure leicht aus dem Reaktionsgemisch zu entfernen, nachdem die Reaktion beendet ist, und aus diesem Grund ist diese Säure bevorzugt. Im Falle von HCl ist die bevorzugte Konzentration 5 bis 20 molar. Die Säure kann vor oder gleichzeitig mit dem Nitrosierungsmittel zugesetzt werden und wird vorzugsweise vor dem Nitrosierungsmittel zugegeben. Die Aufarbeitung des Nitrosierungsgemisches nach Beendigung der Reaktion erfolgt am vorteilhaftesten durch Ausetreifen des Reaktionslösungsmittels, überschüssigen Nitrosierungsmittels und des HCl-Katalysators unter vermindertem Druck, vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb etwa 0° C. Wenn eilvnicht flüchtiger Säurekatalysator verwendet wird, muß er aus dem Reaktions-It has been found that the nitrosation proceeds much more easily in the presence of a strong acid as a catalyst. Any non-oxidizing acid with a pKa less than I is suitable, such as hydrochloric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, phosphoric acid, p-toluenesulfonic acid or methanesulfonic acid. The amount of acid present in the reaction mixture is not critical, but preferably it should be sufficient to render the solution 0.5 to 20 molar in terms of acid. Because of its high volatility, hydrochloric acid is easy to remove from the reaction mixture after the reaction is finished, and for this reason this acid is preferred. In the case of HCl, the preferred concentration is 5 to 20 molar. The acid can be added before or at the same time as the nitrosating agent and is preferably added before the nitrosating agent. The work-up of the nitrosation mixture after the end of the reaction is most advantageously carried out by maturing the reaction solvent, excess nitrosating agent and the HCl catalyst under reduced pressure, preferably at a temperature below about 0 ° C. If a non-volatile acid catalyst is used, it must be removed from the reaction
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gemisch entfernt oder neutralisiert werden, bevor das Lösungsmittel durch Ausstreifen entfernt wird.mixture can be removed or neutralized before the solvent removed by stripping.
HCl besitzt eine vergleichsweise niedrige Löslichkeit in SOp bei Atmosphärendruck und eine hohe Löslichkeit bei Drücken oberhalb von etwa 5 at. Daher erfolgt die Entfernung sowohl von SOp wie auch von HCl aus dem Produkt nach Beendigung der Reaktion leicht, indem man das Reaktionsgemisch bei einer Temperatur unterhalb etwa -10° C auf Atmosphärendruck kommen läßt, dabei das HCl verdampfen läßt und sodann die Temperatur auf etwa -10° C ansteigen läßt und so eine Verdampfung des SOg bewirkt,wobei das erwünschte Produkt als Rückstand zurückbleibt. Der Rückstand kann ohne zusätzliche Reinigung weiter umgesetzt werden, oder er kann wenn erwünscht aus einem Lösungsmittel, wie einem C--bis Ch-Alkanol, umkristallisiert werden.HCl has a comparatively low solubility in SOp at atmospheric pressure and a high solubility at pressures above of about 5 at. Hence the removal of both SOp as well as of HCl from the product after completion of the reaction easily by keeping the reaction mixture at a temperature lets come below about -10 ° C to atmospheric pressure, while allowing the HCl to evaporate and then the temperature to about -10 ° C can rise and so causes evaporation of the SOg, wherein the desired product remains as a residue. The residue can be reacted further without additional purification, or if desired, it can be recrystallized from a solvent such as a C 1 -C 6 alkanol.
Der Rückstand, der nach der Entfernung von Lösungsmittel, überschüssigem Nitrosierungsmittel und Säurekatalysator zurückbleibt, besteht im wesentlichen aus 2-Nitro-6-oximinocyclohexanon, das ohne weitere Reinigung in der nächsten Stufe benutzt werden kann. Diese Stufe bewirkt eine Öffnung, d.h. eine Aufspaltung des Cyclohexanonringes unter Bildung eines Alkylesters von 2-Oxiraino-6-nitrocapronsäurβ. Vorzugsweise wird der Rückstand vor der Ringöffnung gereinigt, indem man ihn bei niedriger Temperatur mit Methanol oder Äthanol verreibt. The residue which remains after removal of the solvent, excess nitrosating agent and acid catalyst consists essentially of 2-nitro-6-oximinocyclohexanone, which can be used in the next stage without further purification. This step causes an opening, ie a splitting of the cyclohexanone ring with the formation of an alkyl ester of 2-oxiraino-6-nitrocaproic acid. The residue is preferably purified before the ring opening by triturating it with methanol or ethanol at a low temperature.
Diese Ringöffnung wird am zweckmäßigsten durch Erhitzen des 2-Nitro-6-oximinocyclohexanons bei einer Temperatur von etwa 50 bis 90° C mit einer alkoholischen Lösung einer starken Bas« bewirkt. This ring opening is most conveniently effected by heating the 2-nitro-6-oximinocyclohexanone at a temperature of about 50 to 90 ° C. with an alcoholic solution of a strong base .
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Geeignete Alkohole sind alle C1- bis C^-Normalalkanole, d.h. Methanol, Äthanol, n-Propanol und n-Butanol, vorzugsweise Methanol. Geeignete Basen sind beispielsweise die Alkalihydro- · xide oder Alkalialkoxide des als Lösungsmittel verwendeten Alkohols. Die Konzentration der Base ist nicht kritisch und es wurde gefunden, daß im Bereich von 0,025 bis 1,0 Mol Base je Mol 2-Nitro-6-oximinocyclohexanon keine wesentlichen Unterschiede zu beobachten sind. Vorzugsweise werden 0,05 bis 0,10 Mol Base je Mol 2-Nitro-6-oximinocyclohexanon benutzt. ί Suitable alcohols are all C 1 - to C ^ normal alkanols, ie methanol, ethanol, n-propanol and n-butanol, preferably methanol. Suitable bases are, for example, the alkali metal hydroxides or alkali metal alkoxides of the alcohol used as the solvent. The concentration of the base is not critical and it has been found that no significant differences can be observed in the range from 0.025 to 1.0 mol of base per mol of 2-nitro-6-oximinocyclohexanone. Preferably, 0.05 to 0.10 moles of base are used per mole of 2-nitro-6-oximinocyclohexanone. ί
Die Ringöffnung erfolgt schnell, und Erhitzen während etwa 1 Stunde ist gewöhnlich ausreichend, um eine vollständige Ringöffnung zu erreichen. Längeres Erhitzen ist jedoch nicht schädlich. Die Konzentration an 2-Nitro-6-oximinocyelohexanon in der alkoholischen Baselösung ist nicht kritisch, doch sollte wenigstens 1 Mol Alkohol je Mol 2-Nitro-6-oximinocyclohexanon vorhanden sein, um eine vollständige Reaktion zu fördern. Aus Gründen einer bequemen Handhabung liegt die Konzentration an 2-Nitro-6-oximinocyelohexanon in der alkoholischen Lösung vor- zugsweise bei etwa 1 bis etwa 25 Gewichts-Sf.The ring opening is rapid and heating for about 1 hour is usually sufficient to achieve complete ring opening. However, prolonged heating is not harmful. The concentration of 2-nitro-6-oximinocyelohexanone in the alcoholic base solution is not critical, but at least it should 1 mole of alcohol is present per mole of 2-nitro-6-oximinocyclohexanone be to encourage a full response. For reasons of ease of use, the concentration is on 2-Nitro-6-oximinocyelohexanone in the alcoholic solution preferably at about 1 to about 25 Sf by weight.
Das Erhitzen mit alkoholischer Base führt zu einer Ringöffnung unter im wesentlichen gleichzeitiger Bildung des Esters der 2-0ximino-6-nitroGapronsäure entsprechend dem als Lösungsmittel verwendeten Alkohol. Reinigung dieses Esters vor der nächsten Stufe, d.h. der Reduktion, ist nicht erforderlich.Heating with alcoholic base leads to ring opening with essentially simultaneous formation of the ester of 2-0ximino-6-nitroGaproic acid corresponding to the solvent used alcohol. Purification of this ester before the next stage, i.e. the reduction, is not necessary.
Die Reduktion der Nitro- und Oximinogruppen des Esters zur Bildung des Lysinesters erfolgt am besten durch katalytische Hy-The reduction of the nitro and oximino groups of the ester to form of the lysine ester is best done by catalytic hy-
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drierung. Aus Gründen einer leichten Handhabung werden etwa 1/2 bis 10 Gewichts-^ Lösung des 2-Oximino-6-nitrocapronsäureesters in einem geeigneten inerten Lösungsmittel, wie einem C-- bis Cjj-Alkohol oder einem C1,- bis Cg-Mono- oder -Diäther, wie Äthylenglycoldimethyläther (bzw. 1,2-Dimethoxyäthan), Diäthylenglycoldimethylather, Diäthylenglycoldiäthylather, Diäthyläther u.dgl. gelöst, worauf 1 bis 20 Gewichts-/?, bezogen auf das Gewicht des Esters, an Hydrierungskatalysator zugesetzt und ^ das Gemisch von Ester, Lösungsmittel und Katalysator, vorzugsweise unter Rühren, sodann in einem geeigneten Druckkessel unter einer Wasserstoffatmosphäre bei 20 bis 200° C erhitzt wird. Ein Wasserstoffdruck von etwa 0,68 bis 31IO atü (10 bis 5.000 psig) ist geeignet. Gewöhnlich ist ein Druck von 3,4 bis 34 atü (50 bis 500 psig) bevorzugt. Die Hydrierung erfolgt schnell und ist gewöhnlich nach etwa 1 bis 24 Stunden beendet, je nach dem Wasserstoffdruck, dem Katalysator, dem Bewegungsgrad und der Hydrierungstemperatur.dration. For reasons of easy handling, about 1/2 to 10% by weight solution of the 2-oximino-6-nitrocaproic acid ester in a suitable inert solvent, such as a C - to Cjj alcohol or a C 1 , - to Cg mono- or -Diether, such as ethylene glycol dimethyl ether (or 1,2-dimethoxyethane), diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethyl ether and the like. Dissolved, whereupon 1 to 20 weight /?, based on the weight of the ester, added to the hydrogenation catalyst and ^ the mixture of ester, solvent and catalyst, preferably with stirring, is then heated in a suitable pressure vessel under a hydrogen atmosphere at 20 to 200 ° C. A hydrogen pressure of about 0.68 to 3 1 10 atmospheres (10 to 5,000 psig) is suitable. Usually a pressure of 3.4 to 34 atmospheres (50 to 500 psig) is preferred. The hydrogenation is rapid and is usually complete in about 1 to 24 hours, depending on the hydrogen pressure, the catalyst, the degree of agitation and the hydrogenation temperature.
_ Geeignete Katalysatoren sind beispielsweise Palladium auf einem Trägermaterial, wie Kohle, Tonerde, Calciumcarbonat oder Bariumsulfat. Die Palladiumkonzentration auf dem Trägermaterial liegt zweckmäßig bei etwa 1 bis 10 Gewichts-jS._ Suitable catalysts are, for example, palladium on a support material such as carbon, alumina, calcium carbonate or barium sulfate. The palladium concentration on the support material is expediently about 1 to 10 μs by weight.
Der Lysinester wird aus dem Hydrierungsgemisch durch Abfiltrieren des Katalysators und Verdampfen des Lösungsmittels gewonnen, wobei als Rückstand der Lysinester zurückbleibt. Wenn der Ester der Xthylester ist, kann er aufgetrennt werden, um das nährstoffmäßig aktive L-Enantiomer zu erhalten, oder er kann direkt als diäthetischer Nahrungsmittelzusatz mit oder ohne weitere Reinigung, wie beispielsnPise durch Umkristallisation, Verwendung The lysine ester is obtained from the hydrogenation mixture by filtering off the catalyst and evaporating the solvent, the lysine ester remaining as a residue. When the ester is the ethyl ester it can be fractionated to yield the nutritionally active L-enantiomer or it can be used directly as a dietary food additive with or without further purification such as by recrystallization
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finden. Ein geeignetes Lösungsmittel für die Umkristallisation ist ein C1- bis C^-Alkanol. Wenn ein anderer als der Äthylester vorliegt, führt Hydrolyse zu Lysin durch Rückflußkochen des Esters in wässriger Salzsäure und anschließende Neutralisation mit einem Äquivalent Base sowie Kühlen zu einer Ausfällung des Lysinmonohydrochlorids, das dann durch Filtration gewonnen werden kann. Das Hydrochlorid ist nun fertig für die Verwendung als Nahrungsmittelzusatz oder zur Auftrennung in das nährstoffmäßig aktive L-Isomer nach bekannten Methoden.Find. A suitable solvent for the recrystallization is a C 1 - to C ^ -alkanol. If other than the ethyl ester is present, hydrolysis to lysine by refluxing the ester in aqueous hydrochloric acid followed by neutralization with one equivalent of base and cooling results in precipitation of the lysine monohydrochloride which can then be recovered by filtration. The hydrochloride is now ready for use as a food additive or for separation into the nutritionally active L-isomer according to known methods.
Wenn basische Verseifung zur Gewinnung des basischen Lysinsalzes und anschließende Neutralisation durchgeführt wird, erhält man neutrales Lysin. Dieses Material wird im allgemeinen nicht als Nahrungsmittelzusatz verwendet, da es einen unangenehmen Geruch besitzt, weswegen das geruchlose MonohydrοChlorid bevorzugt wird. Geeignete Basen für die Verseifung oder Neutralisation sind die Alkalihydroxide oder -carbonate sowie die Erdalkalioxide oder -hydroxide.When basic saponification to obtain the basic lysine salt and subsequent neutralization is carried out, neutral lysine is obtained. This material is generally not used as a food additive because it has an unpleasant odor, which is why the odorless monohydric chloride is preferred. Suitable bases for the saponification or neutralization are the alkali metal hydroxides or carbonates and the Alkaline earth oxides or hydroxides.
Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung weiter erläutert. Alle Teile sind Gewichtsteile, wenn nichts anderes ausdrücklich angegeben ist.The invention is further illustrated by the following examples. Unless expressly stated otherwise, all parts are parts by weight.
Nitrosierung von 2-Nitrocyclohexanon mit n-Butylnitrit Eine Lösung von 31»2 g (0,218 Mol) 2-Nitrocyclohexanon in 600 ml wasserfreiem Äther wurde mit wasserfreiem HCl bei 0° C gesättigt. Zu dieser Lösung wurden 23 g (0,223 Mol) n-Butylnitrit tropfenweise während 10 Minuten unter einer Stickstoffatmosphäre Nitrosation of 2-nitrocyclohexanone with n- butyl nitrite A solution of 31 »2 g (0.218 mol) of 2-nitrocyclohexanone in 600 ml of anhydrous ether was saturated with anhydrous HCl at 0 ° C. To this solution , 23 g (0.223 mol) of n-butyl nitrite was added dropwise over 10 minutes under a nitrogen atmosphere
'■"...- λ ■■'■ 10011171^20 BADOBlGtNAL '■ "...- λ ■■' ■ 10011171 ^ 20 BADOBlGtNAL
• \ ' . zugesetzt, während die Temperatur auf O bis 5° C gehalten wurde. Nach Stehenlassen während weiterer 10 Minuten bei 0 bis 5° C wurde das Reaktionsgemisch unter vermindertem Druck in v einem Rotationsverdampfer ausgestreift. Die hellgelben Kristalle von 2-Nitro-6-oxdminocyclohexanon ("NOC"), die sich in der konzentrierten Lösung bildeten, wurden durch Filtration gewonnen, dann, mit Äther gewaschen. Gewicht nach dem Trocknen: 13»0 g (Ausbeute 35 %)· • \ '. added while maintaining the temperature at 0-5 ° C. After standing for a further 10 minutes at 0 to 5 ° C the reaction mixture under reduced pressure was stripped in a rotary evaporator v. The light yellow crystals of 2-nitro-6-oxydminocyclohexanone ("NOC") that formed in the concentrated solution were collected by filtration, then washed with ether. Weight after drying: 13 »0 g (yield 35 %)
10 g (0,070 Mol) 2-Nitrocyclohexanon wurden in etwa 300 ml Diäthyläther gelöst, der bei 0° C und Atmosphärendruok mit trockenem HCl-Gas gesättigt worden war. Die Lösung wurde dann mit 6,0 ml10 g (0.070 mol) of 2-nitrocyclohexanone were dissolved in about 300 ml of diethyl ether dissolved at 0 ° C and atmospheric pressure with dry HCl gas had become saturated. The solution was then 6.0 ml
(,6,0 g, 0,098 Mol) Methylnitrit behandelt, das auf einmal bei -20° C zugesetzt wurde. Die Lösung lieft man eich auf -10° C erwärmen und hielt sie 1,5 Stunden auf dieser Temperatur. Die Lösung wurde dann in einem Rotationsverdampfer unter Aufrechterhaltung der Temperatur unterhalb 10° C zur Trockne eingedampft. Das zurückbleibende gelbe Ol wurde gekratzt, um die Kristallisation einzuleiten, und die resultierenden gelben Kristalle von "NOC" wurden mit kaltem Äther (100 ml) verrieben und durch PiI-• tration gesammelt. Ausbeute: 3f8 g (32 %), P. « l60° C (mit Zersetzung).Treated methyl nitrite (, 6.0 g, 0.098 mol), which was added all at once at -20 ° C. The solution was allowed to warm to -10 ° C and kept at this temperature for 1.5 hours. The solution was then evaporated to dryness on a rotary evaporator while maintaining the temperature below 10 ° C. The remaining yellow oil was scraped off to induce crystallization and the resulting yellow crystals of "NOC" were triturated with cold ether (100 ml) and collected by pitration. Yield: 3 f 8 g (32 %), P. 160 ° C (with decomposition).
Nitrosierung von 2-Nitrocyclohexanon mit Nitrosylchlorid in ÄthylenglycoldimethylatherNitrosation of 2-nitrocyclohexanone with nitrosyl chloride in ethylene glycol dimethyl ether
Eine Probe von 10,0 g (0,070 Mol) 2-Nitrocyclohexanon wurde in 350 ml einer Lösung von 1On HCl in Äthylenglycoldimethylather gelöst, und die Lösung wurde dann mit 3,1 ml (etwa 4,5 g, 0,07 Mol) Nitrosylchlorid bei -20° C behandelt. Die Temperatur des Gemisches wurde 2,5 Stunden auf -20° C und dann 3 Stunden auf -15° C gehalten. An diesem Punkt betrug die Nitrocyclo- λ hexanonumwandlung 80 %, und das Reaktionsgemisch wurde auf einem Rotationsverdampfer bei etwa -10 C zur Trockne eingedampft. Der Rückstand der Verdampfung wurde mit etwa 20 ml kaltem Methanol verrieben, filtriert und mit einigen zusätzlichen ml kaltem Methanol gewaschen. Das resultierende hellgelbe Kristallpulver wog 5,21 g. Die Mutterlauge enthieltweitere 0,93 g, so daß die gesamte Ausbeute 6,14 g entsprechend 64 % bezogen auf das umgesetzte Nitrocyclohexanon betrug.A sample of 10.0 g (0.070 mol) of 2-nitrocyclohexanone was dissolved in 350 ml of a solution of 10N HCl in ethylene glycol dimethyl ether, and the solution was then mixed with 3.1 ml (about 4.5 g, 0.07 mol) of nitrosyl chloride treated at -20 ° C. The temperature of the mixture was kept at -20 ° C for 2.5 hours and then at -15 ° C for 3 hours. At this point the nitrocyclo- λ hexanone conversion was 80 % and the reaction mixture was evaporated to dryness on a rotary evaporator at about -10 ° C. The residue from the evaporation was triturated with about 20 ml of cold methanol, filtered and washed with a few additional ml of cold methanol. The resulting light yellow crystal powder weighed 5.21 g. The mother liquor contained a further 0.93 g, so that the total yield was 6.14 g, corresponding to 64 % based on the converted nitrocyclohexanone.
Eine Lösung von 1,5 g (10,5 Millimol) Nitrocyclohexanon wurde in 33 ecm flüssigem SO2 gelöst, und diese Lösung wurde dann mit gasförmigem HCl bei -15° C und etwa 4 at gesättigt, wobei man eine Lösung von etwa 5m in HCl erhielt. An diesem Punkt wurde die Lösung auf -80° C gekühlt, und 1,5 g (25 Millimol) Methylnitrit wurden zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wurde auf Reaktionstemperatur von -15 +. 2° .C gebracht, und diese Temperatur wurde 4 Stunden aufrechterhalten. Das vorhandene SO2 und HCl wurden unter Beibehaltung der Temperatur unterhalb 0° C ent-A solution of 1.5 g (10.5 millimoles) of nitrocyclohexanone was dissolved in 33 ecm of liquid SO 2 , and this solution was then saturated with gaseous HCl at -15 ° C and about 4 atm, a solution of about 5m in HCl received. At this point the solution was cooled to -80 ° C and 1.5 g (25 millimoles) of methyl nitrite was added. The reaction mixture was brought to a reaction temperature of -15 +. Brought 2 ° .C, and this temperature was maintained for 4 hours. The existing SO 2 and HCl were removed while maintaining the temperature below 0 ° C.
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fernt, und der Rückstand wurde aus einer kleinen Menge Methanol umkristallisiert. Man erhielt 0,713 g reines kristallines 2-Nitro-6-oximinocyclohexanon, während 0,482 g des gleichen Produktes in dem Filtrat zurückblieben. Die Menge des gewünschten Produktes betrug l,20<?oder 68 %, bezogen auf verbrauchtes 2-Nitrocyclohexanon. Dampfphasenchromatographieanalyse zeigte, daß wenigstens 99 MoI-J? des Ausgangsmaterials Nitrocyclohexanon verbraucht waren.removed and the residue was recrystallized from a small amount of methanol. 0.713 g of pure crystalline 2-nitro-6-oximinocyclohexanone were obtained, while 0.482 g of the same product remained in the filtrate. The amount of the desired product was 1.20 or 68 %, based on the 2-nitrocyclohexanone consumed. Vapor phase chromatography analysis showed that at least 99 MoI-J? of the starting material nitrocyclohexanone were consumed.
fc Beispiel 5 fc example 5
Ringöffnung von 2-Nitro-6-oximinocyclohexanon ("NOC") Zu einer Lösung von 10,0 g (0,058 Mol) "NOC" in 400 ml absolutem Methanol wurde bei 50° C eine Lösung von 2,40 g (0,058 Mol) Natriumhydroxid in 400 ml absolutem Methanol zugesetzt. Es trat ein voluminöser gelber Niederschlag auf, der sich nach einigen Minuten löste. Beim Stehen während 5 1/2 Stunden bei 50° C wurde das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur abgekühlt und dann mit einer Lösung behandelt, die 5 ml 12m HCl und 7 g Harnstoff ^ in 500 ml Wasser enthielt. Die resultierende Lösung wurde durch Ausstreifen unter vermindertem Druck auf 450 ml konzentriert und erschöpfend mit Äther extrahiert. Ring opening of 2-nitro-6-oximinocyclohexanone ("NOC") To a solution of 10.0 g (0.058 mol) of "NOC" in 400 ml of absolute methanol, a solution of 2.40 g (0.058 mol) was added at 50.degree. Sodium hydroxide in 400 ml of absolute methanol was added. A voluminous yellow precipitate appeared which dissolved after a few minutes. On standing for 5 1/2 hours at 50 ° C., the reaction mixture was cooled to room temperature and then treated with a solution which contained 5 ml of 12m HCl and 7 g of urea ^ in 500 ml of water. The resulting solution was concentrated to 450 ml by vacuum stripping and exhaustively extracted with ether.
Nach dem Trocknen der Ätherextrakte und Verdampfen des Äthers erhielt man 11,6 g rohen 2-Oximino-6-nitrocapronsäuremethylester. Das Material war von ausreichender Reinheit für die Hydrierung ohne zusätzliche Reinigung.After drying the ether extracts and evaporating the ether , 11.6 g of crude methyl 2-oximino-6-nitrocaproate were obtained. The material was of sufficient purity to be hydrogenated without additional purification.
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Beispiel 6 /^ Example 6 / ^
Zu einer Lösung von 86 mg (0,5 Millimol) "NOC" in 7,5 ml Methanol wurden unter Rückfluß 0,5 ml einer 0,5 m Lösung von NaOH in Methanol auch bei Rückflußtemperatur zugesetzt. Das Gemisch blieb klar. Nach 140-minütigem Rückflußkochen zeigte Analyse durch sichtbare Spektroskopie (350 bis 370 m,u-Bande in 10 m wässriger NaOH), dass das"NOC" bis zu wenigstens 97 % verbraucht war. Analyse durch DünnschichtChromatographie zeigte, daß das Reaktionsgemisch im wesentlichen nur 2-0ximino-6-nitrocapronsäuremethylester und kein Ausgangsmaterial enthielt.To a solution of 86 mg (0.5 millimoles) of "NOC" in 7.5 ml of methanol was added under reflux 0.5 ml of a 0.5 M solution of NaOH in methanol also at reflux temperature. The mixture remained clear. After refluxing for 140 minutes, analysis by visible spectroscopy (350-370 m, u band in 10 m aqueous NaOH) showed that the "NOC" was consumed up to at least 97%. Analysis by thin layer chromatography showed that the reaction mixture contained essentially only methyl 2-oximino-6-nitrocaproate and no starting material.
Das Verfahren des Beispiels 6 wurde mit variierenden Mengen NaOH und "NOC" in Methanol bei Rückflußtemperatur wiederholt. Es wurde gefunden, daß Ringöffnung von "NOC" zufriedenstellend stattfand, selbst bei Verhältnissen von NaOH/"NOC" so niedrig wie 0,025. Ein niedriges Verhältnis von NaOH/"NOC" hat den Vorteil einer verminderten Salznebenproduktbildung bei der nachfolgenden Neutralisationsstufe vor der Hydrierung.The procedure of Example 6 was followed with varying amounts NaOH and "NOC" in methanol at reflux temperature repeated. It has been found that the ring opening of "NOC" is satisfactory took place even with NaOH / "NOC" ratios so low like 0.025. A low NaOH / "NOC" ratio has the advantage a reduced formation of salt by-products in the subsequent neutralization stage before the hydrogenation.
Die Umwandlung von "NOC" nach 140 Minuten Rückflufökochen ist in der nachfolgenden Tabelle gezeigt. In allen Fällen war das einzige feststellbare Produkt S-Oximino-ö-nitrocapronsäuremethylester. The conversion of "NOC" after 140 minutes of reflux boil is shown in the table below. In all cases the only detectable product was methyl S-oximino-ö-nitrocaproate.
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(mMol)NaOH
(mmol)
mlVolume "NOC
ml
(Mol-*)"-Conversion
(Mol- *)
(mMol) "NOC"
(mmol)
"NOC"NaOH /
"NOC"
Zu einer Lösung von 0,258 g (1,5 Millimol) "NOC" in 21 ml Ätna- , nol wurden unter Rückfluß 3,0 ml einer 0,1-molaren äthanolischen NaOH zugesetzt. Nach 6-stündigem Rückflußkochen zeigte Ultraviolettanalyse des Reaktionsgemisches, daß 87 % des "NOC" verbraucht waren. Das Reaktionsgemisch wurde zur Trockne eingedampft, und der Rückstand wurde in 3 ml Chloroform gelöst und durch Hindurchleiten durch eine Säule mit 15 g Kieselsäuregel gereinigt. Als Eluiermittel wurde Chloroform verwendet. Man erhielt eine Fraktion, die aus einem chromatographisch reinen öligen Material bestand. Es wog 0,166 g. Das Infrarotspektrum dieses Materials war in Übereinstimmung mit dem von 2-Oximino-6-nitrocapronsäureäthylester.3.0 ml of 0.1 molar ethanolic NaOH were added under reflux to a solution of 0.258 g (1.5 millimoles) of “NOC” in 21 ml of Etnol. After refluxing for 6 hours, ultraviolet analysis of the reaction mixture indicated that 87 % of the "NOC" had been consumed. The reaction mixture was evaporated to dryness and the residue was dissolved in 3 ml of chloroform and purified by passing it through a column containing 15 g of silica gel. Chloroform was used as the eluent. A fraction was obtained which consisted of a chromatographically pure oily material. It weighed 0.166 g. The infrared spectrum of this material was in agreement with that of ethyl 2-oximino-6-nitrocaproate.
Zu einer Lösung von 0,258 g (1,5 Millimol) "NOC" in 5,0 ml n-Butanol wurden 3,0 ml 0,ln NaOH in n-Butanol bei 85° C zugesetzt. Nach 6-stündigem Stehen bei 85° C waren etwa 99 % dee3.0 ml of 0.1N NaOH in n-butanol were added at 85 ° C. to a solution of 0.258 g (1.5 millimoles) of “NOC” in 5.0 ml of n-butanol. After standing at 85 ° C for 6 hours, about 99 % was dee
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/S/ S
"NOC" verbraucht. Das Reaktionsgemisch wurde dann zur Trockne eingedampft und durch Hindurchleiten durch eine Säule von 15 g Kieselsäuregel unter Verwendung von Chloroform als Eluiermittel gereinigt. Man erhielt 0,185 g eines chromatographisch reinen Öls. Das Infrarotspektrum dieses Materials war in übereinsteimmung mit demjenigen von 2-Oximino-6-nitrocapronsäure-nbutylester. "NOC" consumed. The reaction mixture was then evaporated to dryness and passed through a column of Purified 15 g of silica gel using chloroform as the eluent. 0.185 g of a chromatograph was obtained pure oil. The infrared spectrum of this material was in agreement with that of 2-oximino-6-nitrocaproic acid n-butyl ester.
Hydrierung von 2-Oximino-6-nitrocapronsäuremethylesterHydrogenation of methyl 2-oximino-6-nitrocaproate {{
Eine Probe von 515 mg (2,5 Millimol) 2-Oximino-6-nitrocapronsäuremethylester wurde in 20 ml Methanol gelöst, das 1 ml konzentrierte HCl und 500 mg 5 %-±ges Palladium auf Kohle enthielt. Das Gemisch wurde bei 60° C und 3,4 bis 4,8 atü Wasserstoffdruck in einer Parr-Bombe hydriert. Die Wasserstoffaufnahme betrug 97 % der theoretischen innerhalb von 69 Stunden. Das Gemisch wurde filtriert, zur Trockne in einem Rotationsverdampfer eingedampft und der Rückstand mit 50 ml 6n HCl 3 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Die resultierende Lösung wurde in einem Rotationsverdampfer zu einem dicken Sirup konzentriert, der in 10 ml 95 jG-igem Äthanol unter Rückfluß gelöst wurde. Die Lösung wurde mit 0,5 ml Pyridin in 1 ml 95 /S-igem Äthanol behandelt, langsam gekühlt und 25 Stunden bei Raumtemperatur und sodann 16 Stunden in einem Kühlschrank stehen gelassen. Das ausfallende Lysinhydrochlorid wurde durch Saugfiltration gesammelt, mit Äthanol gewaschen und an Luft bei 120° C getrocknet. 'A sample of 515 mg (2.5 millimoles) of methyl 2-oximino-6-nitrocaproate was dissolved in 20 ml of methanol containing 1 ml of concentrated HCl and 500 mg of 5 % palladium on carbon. The mixture was hydrogenated in a Parr bomb at 60 ° C and 3.4 to 4.8 atmospheres of hydrogen pressure. The hydrogen uptake was 97 % of the theoretical within 69 hours. The mixture was filtered, evaporated to dryness on a rotary evaporator and the residue refluxed with 50 ml of 6N HCl for 3 hours. The resulting solution was concentrated in a rotary evaporator to a thick syrup, which was dissolved in 10 ml of 95 μg ethanol under reflux. The solution was treated with 0.5 ml of pyridine in 1 ml of 95 / S ethanol, cooled slowly and allowed to stand at room temperature for 25 hours and then in a refrigerator for 16 hours. The precipitated lysine hydrochloride was collected by suction filtration, washed with ethanol and dried in air at 120 ° C. '
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Man erhielt eine Gesamtmenge von 275 mg. Die Analyse der Mutterlaugen zeigte die Anwesenheit weiterer 35 mg Lysinhydrochlorid, was eine Gesamtausbeute von 310 mg (68 %) ergibt. Eine kleine Menge (30 mg) Pipecolinsäure war ebenfalls in der Mutter· lauge enthalten.A total of 275 mg was obtained. Analysis of the mother liquors showed the presence of a further 35 mg of lysine hydrochloride, giving a total yield of 310 mg (68 %) . A small amount (30 mg) pipecolic acid was also contained in the mother liquor.
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