DE2241875A1 - Herstellung von lysin - Google Patents

Description

Kennzeichen 2443 D

Df· Pf Zumetein eeri. - Dr. E. Assmann Dr.R.Koi>nig«barger - Dipl. Fhys. R, Helzbaüor Dr. F. Zumstain jun.

t Mönchen 2, Brduhauutrai· 4/W

STAMICABBON N.V._? HEERLEN (Niederlande) Herstellung von Lysin

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lysin durch alkalische Hydrolyse von 5-(4«-Aminobutyl)- hydantoin.

Nach der amerikanischen Patentschrift 2.564.649 kann diese Hydrolyse im Prinzip mit verschiedenen Metallhydroxyden, zum Beispiel Calciumhydroxyd und Natriumhydroxyd, durchgeführt werden. Von der Anwendung von Calciumhydroxyd wird in dieser Veröffentlichung abgeraten, weil sich dann Schwierigkeiten bei der Gewinnung des Lysins aus dem Hydrolysegemisch einstellen. Vorzugsweise wird Natriumhydroxyd verwendet. Der bei Anwendung von Natriumhydroxyd erzielte Wirkungsgrad ist jedoch ziemlich niedrig; ausserdem erfordert die Gewinnung von Lysin als solchem oder als Lysinhydrochlorid aus dem Hydrolysegemisch ziemlich kostspielige Behandlungen. Ferner erweist sich eine Reaktionszeit von einigen Stunden als notwendig, um bei einer Temperatur von 110-150 °C (dem Bereich, der als bevorzugt angegeben wird) eine vollständige Hydrolyse zu erzielen.

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Laut der amerikanischen Patentschrift 2.603.651 kann die alkalische Hydrolyse von 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin grundsatzlich sit jede· basischen Material durchgeführt werden, das nach beendeter Hydrolyse leicht von der gewünschten Verbindung zu trennen ist.

Dabei wird Bariumhydroxyd bevorzugt, weil nach der Hydrolyse das Barium durch Zusatz von Ammoniumcarbonat leicht als Bariumcarbonat niedergeschlagen und durch Filtrierung entfernt werden kann.

Mit Rücksicht auf die Giftigkeit von Barium und die Anwendung von Lysin zur Anreicherung der Nahrung von Mensch und Tier ist jedoch eine vollständige Entfernung des Bariums notwendig; eine solche Entfernung lasst sich in der Praxis aber schwer verwirklichen.

Aus der britischen Patentschrift 687.485 ist bekannt, dass die alkalische Hydrolyse von Hydantoinen mit Calciumhydroxyd oder Bariumhydroxyd durchgeführt werden kann. Von der Anwendung von Calciumhydroxyd wird jedoch abgeraten, weil dann ein schwer zu entfärbendes Reaktionsprodukt erhalten wird und der Wirkungsgrad geringer ist als bei Benutzung von Bariumhydroxid.

Es wurde nunmehr ein Verfahren gefunden, gemass dem die alkalische Hydrolyse von 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin sehr geeignet mit Calciumhydroxyd ausgeführt und nach beendeter Hydrolyse Lysin guter Qualität auf einfache Weise aus dem Hydrolysegemisch gewonnen werden kann. Das erfindungsgemasse Verfahren wird hierdurch gekennzeichnet, dass man die Hydrolyse bei einer

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Temperatur von 150-230 C und unter uberatmospharischem Druck mit Calciumhydroxyd durchfuhrt, nach beendeter Hydrolyse das Reaktionsgemisch bei niedrigerem Druck und einer Temperatur unterhalb 15Ο C mit Kohlendioxyd behandelt und den gebildeten Calciumcarbonat-Niederschlag entfernt.

Beim erfindungsgemassen Verfahren kann mit den billigen Reagenzien Calciumhydroxyd und Kohlendioxyd ein sehr guter Wirkungsgrad erzielt werden; das verwendete Calcium, das übrigens nicht giftig ist, kann nahezu ganz entfernt werden. Nach Ausscheidung des Calciumcarbonat-Niederschlags, zum Beispiel durch Filtrierung, erhalt man eine wttssörige Losung, die Lysin und/oder Lysincarbonat enthalt und auf bekannte Weise aufgearbeitet werden kann. Für diese Aufarbeitung ist es nicht notwendig, dass das Lysin, als solches oder als Salz, in festem Zustand gewonnen wird. Wenn nahmlich das

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Lysin einer optischen Spaltung unterzogen wird, braucht das aufzuspaltende Lysin nicht in festem Zustand gewönnen zu werden.

Die Hydrolyse gemäss der Erfindung wird vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 165 und 215 C durchgeführt. Der Druck soll dabei nur so hoch sein, dass bei der vorherrschenden Temperatur das Hydrolysegemisch als Flüssigkeit vorhanden ist. Es wird vorzugsweise ein autogener Druck verwendet. Das bei der Hydrolyse gebildete Ammoniak kann nach der Hydrolyse und nach Verringerung des Drucks des Reaktxonsgemisches gasförmig entfernt werden. Die Behandlung mit Kohlendioxyd kann sehr geeignet bei atmosphärischem Druck erfolgen. Wünscht man das Lysin in freiem Zustand zu gewinnen, so kann dies dadurch erreicht werden, dass man die Behandlung mit Kohlendioxyd bei einer Temperatur von 100 - 150 C vornimmt. Dabei wird zugleich das gegebenenfalls noch vorhandene Ammoniak aus dem Reaktionsgemisch verdampfen. Das Lysin kann Jedoch auch als Lysincarbonat gewonnen werden, indem man die Behandlung mit Kohlendioxyd und die Entfernung des Niederschlags bei einer Temperatur unter 100 C vornimmt. Wenn in diesem Fall das zu behandelnde Reaktionsgemisch noch Ammoniak enthält, wird im anfallenden Lysincarbonat Ammoniumcarbonat anwesend sein, was nur wenig beschwerlich ist. Diese Bildung von Ammoniumcarbonat lässt sich übrigens auf einfache Weise vermeiden, indem man vor der Behandlung mit Kohlendioxyd das vorhandene Ammoniak vollständig aus dem Reaktionsgemisch verdampft. ι

Das für die Hydrolyse benötigte Calciumhydroxyd kann als wässrige Losung oder als wässrige Suspension beigegeben werden. Das Calciumhydroxyd kann auch in situ aus Calciumoxyd und Wasser gebildet werden. Je Mol Hydantoin sind theoretisch 1,5 Mol Calciumhydroxyd erforderlich. Zur Erhaltung einer schnellen Hydrolyse wird vorzugsweise eine grössere Menge Calciumhydroxyd, zum Beispiel 1,6 bis 3 Mol je Mol Hydantoin, verwendet. Es können nötigenfalls auch sehr als 3 Mol Calciumhydroxyd je Mol Hydantoin benutzt werden; eine solche Menge ist aber für die Hydrolyse nicht vorteilhaft.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand nachstehender Beispiele erläutert.

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Beispiel I

In einen ait einen Rührer versehenen Autoklaven von 0,5 Liter Inhalt \ii werden 42,7 g 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin (0,25 Mol), 55,5 g Calciumhydroxyd (0,75 Mol) und 200 g Wasser eingebracht. Der Autoklav wird geschlossen und die darin befindliche Luft durch Einleiten von Stickstoff entfernt. Anschliessend wird unter Rühren die Temperatur des Gemisches in Autoklaven erhöht und 6 Stunden auf 170 C gehalten. Der dabei auftretende Überdruck betrügt etwas 12 at.

Nach Kühlung wird der Autoklav geöffnet und das Reaktionsgeaisch mit Hilfe von Wasser Möglichst vollständig in einen Kolben von % Liter Inhalt Übergebracht. Aus dem Gemisch im Kolben (Suspension von Calciumcarbonat und Calciumhydroxyd in einer wässrigen Losung von Calciumlysinat und Ammoniak) wird durch Erhitzung das Ammoniak ausgeschieden. Danach wird der Kolben mit einem Rückflusskühler versehen und bei einer Temperatur von etwa 105 C unter RttokflusskUhlung Kohlendioxyd durch das Gemisch geleitet, bis kein Kohlendioxyd ■ehr aufgenommen wird.

Die aufgenommene Kohlendioxydmenge beträgt etwa 0,5 Mole und entspricht der zugesetzten Calciumhydroxydmenge (in Molen) abzuglich der Zusatzmenge an Hydantoin (in Molen). Das Reaktionsgemisch wird anschliessend noch etwa 10 Minuten unter RUckflusskUhlung gekocht. Nach Kühlung unter Stickstoffatmosphäre wird filtriert, der Niederschlag mit Wasser gewaschen und das Filtrat mit dem Waschwasser versetzt. Der abfiltrierte Niederschlag besteht aus Calciumcarbonat und einer geringen Menge an eingeschlossenem Calciumhydroxyd. Die anfallende, klare und hellgelbe Lösung wird mit Aktivkohle entfärbt und unter Vakuum (12 mm Quecksilber) trockengedampft.

Erhalten werden 34,65 g Feststoff mit einem Wassergehalt von 3 Gew.-%. Eine DUnnschicht-Chromatographle ergibt, dass die übrigen 97 Gew.-% des Feststoffes nahezu reines Lysin sind. Die Ausbeute, berechnet auf die Ausgangsmenge an Hydantoin, beträgt somit 92 %.

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Beispiel II

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel I werden 25,65 g 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin (0,15 Mol) zu Lysin umgesetzt. Es werden dabei 18,5 g Calciumhydroxid (0,25 Mol) und 150 g Wasser verwendet. Das Gemisch im Autoklaven wird 2 Stunden auf 200 C gehalten. Der überdruck im Autoklaven beträgt dann etwa 15 at.

Erhalten werden 22,72 g Feststoff, der 3,6 Gew.-% Wasser und 96,4 Gew.-% nahezu reines Lysin enthält. Die Ausbeute beträgt 92 %.

Beispiel III

Auf gleiche Weise wie in Beispiel I werden 34,2 g 5-(4-Aminpbutyl)-liydantoin (0,2 Mol) unter Anwendung von 29,6 g Calciumhydroxid (0,4 Mol) und 67 g Wasser zu Lysin umgesetzt. Im Autoklaven wird das Reaktionsgemisch 1 Stunde auf 200 C gehalten, wobei der überdruck im Autoklaven etwa 16 at beträgt.

Erhalten werden 29,05 g Feststoff, der 3,4 Gew.-% Wasser und 96,6 Gew.-% nahezu reines Lysin enthält. Die Ausbeute beträgt 96 %.

Beispiel IV ,

Auf gleiche Weise wie in Beispiel I werden 34,2 g 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin (0,2 Mol) unter Anwendung von 29,6 g Calciumhydroxyd (0,4 Mol) und 200 g Wasser im Autoklaven, bei 200 C und etwa 18 at überdruck, innerhalb von 1,5 Stunden hydrolysiert.

Nach Kühlung wird das anfallende Hydrolysegemisch wie in Beispiel I in einen Kolben von 2 Liter Inhalt hinllbergebracht und wird durch Erhitzung des Gemisches das vorhandene Ammoniak entfernt.

Anschliessend wird unter Rühren bei einer Temperatur von etwas 70 C Kohlendioxyd durch das Gemisch geleitet, bis kein Kohlendioxyd mehr aufgenommen wird. Danach wird Stickstoff durch das Gemisch geleitet, damit ein etwaiger Überschuss an Kohlendioxyd aus dem Gemisch entfernt wird. Die aufgenommene Kohlendioxydmenge, die etwa 0,3 Mol beträgt, entspricht der angewandten Calciumhydroxydmenge (in Molen) abzüglich der Hälfte der benutzten Hydantoinmenge (in Molen), Das Gemisch wird filtriert, der Niederschlag mit Wasser gewaschen und das Filtrat mit dem Waschwasser verstezt. Die anfallende, klare und hellgelbe

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Lösung wird mit Aktivkohle entfärbt und bei verringertem Druck (12 an Quecksilber) trockengedampft.

Erhalten werden 34,15 g weisser Feststoff mit einem Lysingehalt (gemäss einer potentiometrischen Titrierung in einem Formaldehyd-Wasser-Gemisch) von 82,5 Gew.-%. Die Ausbeute beträgt somit 96,5 %. Aus der stürmischen Kohlendioxydentwicklung mit Säure ergibt sich, dass das Lysincarbonat anwesend ist.

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Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE

   J. Verfahren zur Herstellung von Lysin durch alkalische Hydrolyse von

   5-(4-Aminobutyl)-hydantoin, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrolyse bei einer Temperatur von 150 - 230 C und unter uberatmosph&rischem Druck mit Calciumhydroxid durchführt, nach beendeter Hydrolyse das Reaktionsgemisch bei niedrigerem Druck und einer Temperatur unter 150 C mit Kohlendioxyd behandelt und den gebildeten Calciumcarbonat-Niederschlag entfernt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrolyse bei einer Temperatur zwischen 165 - und 215 C durchführt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die
   Hydrolyse bei autogenem Druck durchführt.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Behandlung mit Kohlendioxyd unter atmosphärischem Druck vornimmt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Behandlung mit Kohlendioxyd bei einer Temperatur von 100 - 150 °C
   durchfuhrt.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass man

   die Behandlung mit Kohlendioxyd bei einer Temperatur unter 100 C durchführt.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass man je Mol Hydantoin 1,6-3 Mol Calciumhydroxyd verwendet.

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