DE2164392C3 - Verfahren zur Hertstellung von 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin oder dessen Mischung mit 1-Ureido-5-amino-capronamid - Google Patents
Verfahren zur Hertstellung von 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin oder dessen Mischung mit 1-Ureido-5-amino-capronamidInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin oder dessen Mischung mit l-Ureido-5-aminocapronamid durch Hydrierung
von 5-{3-Cyanopropyl)-hydantoin oder dessen Mischung
mit l-Ureido-4-cyanovaleramid in der Flüssigktäsphase
mit Hilfe eines Hydrierungskatalysators bei erhöhter Temperatur. Das 5-(4-Aminobutyi)-hydantoin
läßt sich auf bekannte Weise durch Hydrolyse zu Lysin umsetzen.
Es ist bekannt (siehe US-PS 26 88 023), daß 5-(3-CyanopropyI)-hydantoin hydriert werden kann,
indem eine Lösung von 5-(3-Cyanopropyl)-hydantoin in flüssigem Ammoniak in Anwesenheit eines Hydrierungskatalysators
unter Wasserstoffdruck auf 140-1500C erhitzt und der Wasserstoffdruck aufrechterhalten
wird, bis kein Wasserstoff mehr in das Reaktionsgemisch aufgenommen wird. Es stellt sich
jedoch heraus, daß bei der Hydrierung von 5-(3-Cyanopropyl)-hydantoin
auf diese bekannte Weise die Ausbeute an 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin nur etwa 55%
beträgt.
Es wurde nunmehr gefunden, daß bei der Hydrierung von 5-(3-Cyanopropyl)-hydantoin eine erheblich höhere
Ausbeute erzielt werden kann, wenn die Hydrierung dadurch erfolgt, daß das zu hydrierende 5-(3-Cyanopropyl)-hydantoin
eine Suspension des Hydrierungskatalysators in einem inerten Lösungsmittel beigegeben wird,
in dem 5-(3-Cyanopropyl)-hydantoin löslich ist, wobei sich die Suspension unter Wasserstoffdruck befindet
und eine Temperatur von wenigstens 50°C aufweist
Es wurde ferner gefunden, daß sich diese Hydrierungsweise gleichfalls eignet für die Hydrierung eines
Gemisches aus 5-(3-Cyanopropyl)-h>dantoin und 1-Ureido-4-cyanovaleramid.
Letzlere Verbindung wird dann zu l-Ureido-5-aminocapronamid hydriert, aus dem
durch Hydrolyse gleichfalls Lysin gewonnen werden kann. Die Herstellung von Lysin auf Basis eines
Gemisches aus 5-(3-Cyanopropyl)-fiydantoin und I-Ureido-4-cyanovaleramid
ist Gegenstand der DE-OS 21 64 393.
Bei der erfindungsgemäßen Hydrierung können verschiedene Temperaturen über 50° C angewandt
werden. In der Praxis sind jedoch Temperaturen über 3000C weniger geeignet, weil in diesem Falle zur
. Aufrechterhaltung einer Flüssigkeitsphase der anzuwendende Druck zu hoch wird.
Im Prinzip kann bei der erfindungsgemäßen Hydrierung jedes Lösungsmittel Anwendung finden, das sich
unter den Reaktionsbedingungen inert verhält und in
u, dem 5-{3-Cyanopropyl)-hydantoin löslich ist Beispiele
geeigneter Lösungsmittel sind Wasser, Ammoniak, Ammoniakwasser, Alkohole wie Methanol, Äthanol,
Propanol, Isopropanol, Butanole und Glycole und Äther
wie Dioxan und Tetrahydrofuran. Aus Gründen der
is Wirtschaftlichkeit wird als Lösungsmittel vorzugsweise
Wasser benutzt.
Das zu hydrierende Produkt kann der Katalysatorsuspension gemäß der Erfindung sehr geeigne', als Lösung
im inerten Lösungsmittel beigegeben werden.
2(i Die Löslichkeit des zu hydrierenden Produktes im
Lösungsmittel kann dadurch gesteigert werden, daß außerdem Ammoniak im Lösungsmittel gelöst wird.
Das zu hydrierende Produkt kann der Katalysatorsuspension auch ganz oder teilweise als Suspension im
.'3 inerten Lösungsmittel beigegeben werden, wenn nach
dem Zusatz die im Reaktionsgemisch vorhandene Lösungsmittelmenge zur Auflösung des zu hydrierenden
Produktes bei Reaktionstemperatur ausreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit verschie-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit verschie-
m denen, bekannten Hydrierungskatalysatoren durchgeführt
werden.
Beispiele geeigneter Hydrierungskatalysatoren sind Nickel, Kobalt, Platin und Palladium. Diese Metalle
können gegebenenfalls auf einem Träger verwendet
J5 werden.
Der Wasserstoff-Partialdruck kann beim erfindungsgemäßen
Verfahren innerhalb weiter Grenzen, zum Beispiel zwischen 1 und 200 at, variiert werden. Beim
Zusatz des zu hydrierenden Produktes kann man auf Wunsch einen anderen Wasserstoffdruck anwenden als
bei Beendung der Hydrierung. Der Gesamtdruck ist beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht kritisch, ist
aber im Zusammenhang mit der Temperatur derart zu wählen, daß die Hydrierung in der Flüssigkeitsphase
stattfinden kann.
Nach beendeter Hydrierung kann die Katalysatormasse durch Filtrierung, vorzugsweise unter Wasserstoffdruck,
von der Flüssigkeit getrennt und aufs neue benutzt werden.
lassen, die Reaktionsflüssigkeit teilweise entfernen und
die zurückbleibende Suspension aufs neue verwenden.
r> Ammoniaks und des Lösungsmittels aus der anfallenden Reaktionsflüssigkeit bleibt ein Rückstand zurück, der
das 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin, ggf. in Mischung mit I -Ureido-5-aminocapronamid. enthält und ohne weitere
Reinigung für die Hydrolyse zu Lysin geeignet ist.
hydrierte Produkt in Form einer wäßrigen Lösung für die Hydrolyse zu Lysin verwendet werden.
folgender Beispiele näher erläutert. Es folgen danach zum Nachweis der Wirkung der Erfindung zwei
Vergleichsbeispiele, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren keine Anwendung fand.
In einen mit einem Rührer und einem Zufuhrsystem
versehenen Autoklaven von 1 Liter Inhalt werden 2 g Raney-Nickel und 20 ml Ammoniakwasser (25 Gew,-%
NH3) eingebracht; nach Schließung des Autoklaven werden über das Zufuhrsystem 88 g Ammoniak
beigegeben. Anschließend wird Wasserstoff bis zu einem Druck von 20 at in den Autoklaven eingepreßt,
wonach unter Rühren die Temperatur auf etwa 11O°C und der Druck auf 70 at erhöht wird. Der auf diese
Weise erhaltenen Katalysatorsuspension wird eine Lösung von 16,4 g 5-(3-CyanopropyI)-hydantoin in 75 ml
Ammoniakwasser (25 Gew.-% NH3) beigegeben. Dabei wird der Inhalt des Autoklaven gut gerührt. Das Rühren
wird unter Aufrechterhaltung von Temperatur und Wasserstoffdruck fortgesetzt, bis kein Wasserstoff mehr
aufgenommen wird. Nach Kühlung und Druckablaß wird das anfallende Reaktionsgemisch filtriert und das
Filtrat nahezu ganz trockengedampft Erhalten werden 19^ g Festprodnk:, das gemäß einer Dünnschicht-Chromatographie
im wesentlichen 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin enthält. Zur Bestimmung des Hydrierungsgrads
wird das Hydantoin zu Lysin hydrolysiert Das rohe 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin wird mit 100 ml Salzsäure
(36Gew.-% HCl) 4 Stunden auf 1750C in einem
Autoklaven erhitzt wonach die anfallende Lösung trockengedampft und ein Rückstand erhalten wird, der
183 g Lysindihydrochlorid enthält Bezogen auf die ursprüngliche Menge 5-(3-Cyanopropyl)-hydantoin, ent- j,,
spricht diese Menge Lysindihydrochlorid einer Ausbeute von 88%. Der Hydrierungsgrad beträgt somit
wenigstens 88%.
In den im Beispiel I beschriebenen Autoklaven werden 3 g Raney-Nickel und 135 g Ammoniak
eingebracht; danach wird Wasserstoff bis zu einem Druck von 20 at hineingepreßt Anschließend wird unter
Rühren die Temperatur auf UO0C und der Druck auf m
70 at erhöht Bei diesen Temperatur- und Druckverhältnissen wird eine Lösung von 31,1 g 5-(3-Cyanopropyl)-hydantoin
in 300 ml ammoniakgesättigtem Methanol mit einer Temperatur von 6O0C in den Autoklaven
eingeleitet Temperatur und Wasserstoffdruck werden 4-, aufrechterhalten, bis kein Wasserstoff mehr aufgenommen
wird. Das Gemisch im Autoklaven wird stets gut gerührt. Nach Kühlung auf Zimmertemperatur und
Druckablaß wird das Reaktionsgemisch filtriert und das Filtrat trockengedampft Das erhaltene, rohe 5-(4-Ami- w
nobutyl)-hydantoin wird auf gleiche Weise wie im Beispiel I zu Lysindihydrochlorid umgesetzt. Erhalten
werden 37,1 g Lysindihydrochlorid, was — bezogen auf die ursprüngliche Menge 5-(3-Cyanopropyl)-hydantoin
— einer Ausbeute von 91% entspricht
Beispiel 111
In den im Beispiel I beschriebenen Autoklaven werden Ig Raney-Nickel, 100 ml Methanol und 70 g
Ammoniak eingebracht; danach wird Wasserstoff bis zu 6n
einem Druck von 20 at hineingepreßt. Anschließend wird unter Rühren die Temperatur auf 1100C und der
Druck auf 62 at erhöht.
Unter diesen Verhältnissen wird der Katalysatorsuspension eine Lösung von 14,2 g 5-(3-Cyanopropyl)-hydantoin,
2,8 g l-Ureido-4-cyanovaleramid und 20 g
Ammoniak in 200 ml Methanol beigegeben (Das Gemisch aus 5-(3-Cyanopropvl)-hydantoin und 1-Ureido-4-cyanova|eramid
ist auf die in der eingangs erwähnten DE-OS 2164 393 beschriebene Weise
erhalten worden.)
Die Hydrierung wird fortgesetzt, bis keine Wasserstoffaufnahme mehr stattfindet. Nach Kühlung und Druckablaß
wird das Reaktionsgemisch filtriert und das Filtrat trockengedampft Der Rückstand wird auf gleiche
Weise wie im Beispiel I zu Lysindihydrochlorid umgesetzt. Dabei werden 19,3 g Lysindihydrorhlorid
erhalten, was — bezogen auf das Ausgangsgemisch — einer Ausbeute von 87,8% entspricht
In den im Beispiel 1 beschriebenen Autoklaven werden 2 g Raney-Kobalt, 100 ml Methanol und 87 g
Ammoniak eingebracht; danach wird Wasserstoff bis zu einem Druck von 20 at hineingepreßt. Anschließend
wird die Temperatur auf 1100C und der Druck auf 62 at
erhöht. Unter diesen Verhältnissen wird der Katalysatorsuspension eine Lösung von 13,7 g 5-(3-Cyanopropyl)-hydanioin
und 15 g NH3 in 140 ml Methanol beigegeben. Durch Wasserstoffzufuhr wird der Druck
auf etwa 70 at gehalten, bis kein Wasserstoff mehr aufgenommen wird. Beim Zusatz des Hydantoins und
bei der Hydrierung wird gut gerührt und die Temperatur auf 1100C gehalten. Nach Kühlung und
Druckablaß wird das P.eaktionsgemisch filtriert und das Filtrat trockengedampft Erhalten werden 15,3 g rohes
5-(4-Aminobutyl)-hydantoin; hieraus werden auf gleiche Weise wie im Beispiel I 14,65 g Lysindihydrochlorid
gewonnen, was — bezogen auf das Ausgangsprodukt — einer Ausbeute von 81,5% entspricht.
16,7 g 5-(3-Cyar.opropyl)-hydantoin, 1 g Raney-Nikkel
und 10 g flüssiges Ammoniak werden in einen mit fester Kohlensäure gekühlten Autoklaven eingebracht.
Nach Schließung des Autoklaven wird Wasser? ιοίI bis
zu einem Druck von 105 at hineingepreßt. Anschließend wird unter Rühren die Temperatur auf 140—1500C
erhöht und durch Wasserstoffzusatz der Druck auf 105—140 at gehalten, bis kein Wasserstoff mehr
aufgenommen wird. Nach Kühlung auf Zimmertemperatur wird der Druck abgelassen. Nach fast vollständiger
Verdampfung des Ammoniaks wird Methanol beigegeben und das Reaktionsgemisch filtriert Nach
Trockendampfung des Filirats bleiben 17 g eines dunkelgrünen, glasartigen Produktes zurück, das gemäß
einer Dünnschicht-Chromatographie 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin enthält. Das rohe Hydantoin wird auf gleiche
Weise wie im Beispiel I zu Lysindihydrochlorid umgesetzt. Erhalten werden 12,1 g Lysindihydrochlorid,
was — bezogen auf das Ausgangsprodukt — einer Ausbeute von 55% entspricht.
In einen Autoklaven von 0.5 Liter Inhalt werden
16,7 g 5-(3-Cyanopropyl)-hydanloin, 150 ml Methanol.
52 g NH) und 2 g Raney-Nickel eingebracht. Anschließend wird bis zu einem Druck von 66 at Wasserstoff in
den Autoklaven eingepreßt Unter Rühren wird die Temperatur auf 120° C erhöht. Der Gcsamtdruck
beträgt jetzt 90 at Die Reaktionsbedingungen werden aufrechterhalten, bis kein Wasserstoff mehr aufgenommen
wird. Nach Kühlung und Druckablaß wird das Reaktionsgemisch filtriert und das Filtrat trockengedampft.
Das gewonnene, rohe 5-(4-Aminobutyl)-hydan-
P 5
;;; ioin wird auf gleiche Weise wie im Beispiel I zu
Lysindihydrochlorid umgesetzt; dabei werden 12,6 g
Lysjndihydroehlorid erhalten, was — bezogen auf das
Ausgangsprodukt — einer Ausbeute von 57,4%
φ entspricht.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin
oder dessen Mischung mit 1-Ureido-5-aminocapronamid
durch Hydrierung von 5-(3-Cyanopropyl)-Hydantoin
oder dessen Mischung mit l-Ureido-4-cyanovaleramid in der Flüssigkeitsphase
mit Hilfe eines Hydrierungskatalysators bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet,
daß das zu hydrierende 5-{3-Cyanopropyl)-hydantoin, gegebenenfalls in Mischung mit l-Ureido-4-cyanovaleramid,
einer Suspension des Hydrierungskatalysators in einem inerten Lösungsmittel beigegeben
wird, in dem 5-(3-CyanopropyI)-hydantoin löslich ist, wobei sich die Suspension unter
Wasserstoffdruck befindet und eine Temperatur von wenigstens 500C aufweist
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Wasser als Lösungsmittel verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet,
daß das zu hydrierende Produkt der Katalysatorsuspension als eine ammonikalische
wäßrige Lösung beigegeben wird.
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