DE2256771A1 - Verfahren zur herstellung von alpha, omega-diaminocarbonsaeuren - Google Patents
Verfahren zur herstellung von alpha, omega-diaminocarbonsaeurenInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
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- C07D233/66—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
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- C07D233/76—Two oxygen atoms, e.g. hydantoin with substituted hydrocarbon radicals attached to the third ring carbon atom
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C227/00—Preparation of compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
- C07C227/24—Preparation of compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton from hydantoins
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- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Description
DR. E-Wi1^GAiMD DlPUMG. VANItMANN
DR, M, KÖHLER DIPUNG. C. GERMHARDT 2256771
MÖNCHEN HAMBURG
TELEFON: 55547« 8000 ΜΠΝ CH EM 15,
TELEGRAMME: KARPATENT · MU5SDAUMSTRASSE 10
2Q-. November- 1972
V/. 41405/72 - Eo/Ne
Mitsubishi Chemical Industries Limited,
Tokyo (Japan)
Verfahren zur 1ICr-DtOlJuUg you
a; y;; - Di antj.n ο c arbon sä uron
Die ErfindUiI^ betrifft ein neues EerGtellnjigsver-·
fahren für α ,^'•-Diarainocarboii-säuren··
Gemäss der Erfindung wire! ein Verfahren zur Her-,
stellung von a,^--Diaminocarbonsäuren angegeben, v-obei
ein gesättigtes, cyclisches 2~Cyanoaiiiin untei' Eeaktioni
beaingungen mit, KpO, NH7 unri CO2 kontaktiert wird und
ein Eeaktionsprodukt erhalten 'wird>
vrelches ^-C^-^^i-^oalkyl)-hydantoin
enthält, und das Eeaktionsprodukt hydrolysiert wird.
Es ist bereits bekannt, dass a,t.s-Dianiinocarbonsäuren
durch Hydrolyse der entsprechenden ^~<iD-Am±noalkyl)-hydantoine
in Gegenwart einer Säure oder eines
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Alkalis hergestellt werden können. Diese Hydantoine werden jedoch im allgemeinen durch äusserst komplizierte
Verfahren unter Einschluss von verschiedenen JReaktionsstufen
hergestellt. Beispielsweise wird 5~(4-Atrtinobutyl)-hydantoin,
ein Zwischenprodukt für Lysin als typische α ,^i-Diarainocarbonsäure, im allgemeinen durch ein kompliziertes
Verfahren, beispielsv/eise durch Behandlung von
Hydroxyvaleraldehyd mit Cyanwasserstoff, Ammoniumbicarbonat oder dgl., unter Bildung von 5-(4~Hydroxybutyl)-hydantoin
und Ersatz der Hydroxylgruppe des erhaltenen Produktes mit einen Chloratom und darm einer Aminogruppe
hergestellt.
Im liahaen der Erfindung wurde ein neues Herstellungsverfahren
zur Herstellung von α,^-Diaminocarbcnsäuren
gefunden. Im einzelnen wurde festgestellt, dass ein tß...(&/-Aminoalkyl)-hydantoin in einer Stufe durch Umsetzung
eine» gesättigten, cyclischen 2~Cyanoamins als Ausgangsmaterial
mit Ammoniak, Kohlendioxid und V/asser erhalten werden kann. Darübe.rhinaus wurde festgestellt, dass das
nach dem vorstehenden Verfahren erhaltene Produkt nicht nur das gewünschte Hydantoin, sondern auch einen Vorläufer
enthält, der zur leichten Umwandlung in eine a^u-Diaiainocarboiißäure
durch Hydrolyse mit einer Säure oder einem Alkali geeignet ist, so dass deshalb nach dem neuen
Verfahren die ai^Diaminocarbcnsäuren leicht in hohen
Ausbeut-rcn durch Hydrolyse des vorstehendem !Reaktionsprodukten
erhalten v/erden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in einem neuen Verfahren, welches im Industriemasstab ausseist
vorteilhaft zur Herstellung von α, -Diaminocarbonpäuren,
wie Lysin, Omithiii und dgl., oder Alkyl-Derivaten hiervon
ist.
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BAD ürtlGlNAL
Die Aufgaben der Erfindung werden leicht erreicht,
wenn ein gesättigtes cyclische 2-Cyanoamin mit einem Beaktionsteilnehmer aus der Gruppe von (i) IL)O, nh und
, (2) eine Verbindung, die zur Lieferung von KiI, und
p.gemeinsam in einem-wässrigen Medium fähig ist, und
(3) ein Gemisch einer derartigen Verbindung und mindestens eines der Materialien 1^0, NH-, und CC^ unter
Bildung eines Reaktionsproduktes kontaktiert wird, welches ein 5-(Φ-Aminoalkyl)-hydantoin enthält, und das
Heaktionsprodukt unter Bildung der ccrO-Diaminocärbonsäure
hydrolysiert wird. . * '
Das als Ausgangsmaterial geuiäss der Erfindung verwendete gesättigte, cyclische 2-Cyanoamin kann aus irgend
einer stabilen gesättigten, cyclischen Verbindung mit
2 bis 11 Kohlenstoffatomen und einem Stickstoffatom als
Ring bildenden Teilen bestehen. Die typischsten und bevorzugsten
Verbindungen als Äusgangsmaterialien geniäss
der Erfindung sind 2-Cyanopiperidin, 2-Cyanopyrrolidin
oder niedere Alkyl-Derivate derselben entsprechend der
Formel:
30982T/M62
worin R1, R2, R5, R4, R5, R6, R7, R8 und R9 ein Wasserstoff
atom, eine niedere Alkylgruppe oder eine Arylgruppe, beispielsweise eine Phenylgruppe, eine mit einer niederen
Alkylgruppe substituierte Phenylgruppe, und dgl.,
10
R ein Wasserstoffatom oder eine niedere Alkylgruppe und η die Zahlen 0 oder 1 bedeuten. Die bevorzugten niederen Alkylgruppen im Rahmen der vorstehenden Definitionen besitzen 1 bis 6 Kohlenstoffatome. Obwohl die vorstehende Formel andere Derivate als niedere Alkyl- oder Aryl-Derivate ausschliesst , ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verbindungen entsprechend der vorstehenden Formel begrenzt und kann auch auf solche Derivate angewandt werden, bei denen die Ring bildenden Kohlenstoffatome funktioneile Gruppen tragen, die an der erfind ungsgeinä ssen Umsetzung nicht teilnehmen.
R ein Wasserstoffatom oder eine niedere Alkylgruppe und η die Zahlen 0 oder 1 bedeuten. Die bevorzugten niederen Alkylgruppen im Rahmen der vorstehenden Definitionen besitzen 1 bis 6 Kohlenstoffatome. Obwohl die vorstehende Formel andere Derivate als niedere Alkyl- oder Aryl-Derivate ausschliesst , ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verbindungen entsprechend der vorstehenden Formel begrenzt und kann auch auf solche Derivate angewandt werden, bei denen die Ring bildenden Kohlenstoffatome funktioneile Gruppen tragen, die an der erfind ungsgeinä ssen Umsetzung nicht teilnehmen.
Zum Zweck der leichteren Erläutertsng und der Kürze wird das erfindungsgemässe Verfahren nachfolgend anhand
eines spezifischen Beispieles erläutert, bei dem 2-Cyanopiperidin (n = 1 in der vorstehenden Formel) als
Ausgangsmaterial verwendet wird und Lysin über 5~(4~
Aininobutyl)-hydantoin als Zwischenprodukt hergestellt wird, wobei jedoch ausdrücklich die Erfindung nicht
auf die nachfolgend spezifisch angegebenen Ausführungsformen begrenzt ist.
Die Umsetzung gemäss der Erfindung lässt sich durch das folgende Reaktionsschema wiedergeben:
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pfx -ptx MH , CO9
: l^ NH (CHj ΠΗ ■
CO
CH2 CH H2O '- ^■'; ^ 4I J
■ΜΙ " . ,NH
'S 01ί N -
CO
■ + Lysin-Vorlä ufer
Die chemiöche Struktur des vorstehend auge ge beii|in
Lysin-Vorläufers x^urde bis Jetzt noch nicht identifiziert
und bis «jetzt kann eier Vorläufer nicht aus dem Gemisch :
■von 5~(4--A-minobutyl)-hydantoin und dem in der ersten
Stufe der Umsetzung erhaltenen Vorläufer.,isoliert werden. Deshalb wird dieser Vorläufer so definiert, als wenn er
zusammen mit dem 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin bei der
Umsetzung von 2-Cyanopiperidin mit Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser erhältlich wäre und er ist zusammen mit
5-(4-Aminobutyl)-hydantoin unter Bildung des gewünschten
Lgrsins hydrolysierbar. Die Anwesenheit dieses Vorläufers wurde durch den Sachverhalt festgestellt, dass die Ausbeute
sin 5~(4-Aminobutyl)-hydantoin allein von 2-Cyanopiperidin
niedriger, ist als die Gesamtausbeute von Lysin aus dem
2-Cyanopiperidin. . '
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BAD ORiQJNAL
Wach der vorstellenden Reaktionsformel scheint lediglich
1 Mol NH5 und 1 Mol CO2 mit 1 Mol 2-Cyanopiperidin
zu reagieren. Jedoch ist für den Ablauf der in der Praxis beobachteten Eeaktion das Vorhandensein
von KUO notwendig und ein Überschuss von NH3, ist günstig.
Während die Beaktion selbst mit jeder Menge jedes Reaktionsteilnehmers
fortschreiten kann, sofern sämtliche notwendigen Reaktionsteilnehmer vorliegen, ist es vom
industriellen Gesichtspunkt her vorteilhaft, das 2-Cyanopiperidin
in einer Umsetzung einer Stufe auf Grund der höheren Kosten dieser VerLLadung im Vergleich zu
den anderen Reaktionsteilnehiaem umzusetzen.
Die obere Grenze der Menge jedes Reaktionsteilnehmers
ist nicht besonders kritisch gemäss der Erfindung, jedoch führen zu grosse Überschüsse an NH5,, CO2 und HoO zu
unnötig hohen Bstriebskosten.
Wenn sämtliche vorstehenden Faktoren in Betracht gezogen werden, werden die Mengen an NH,, CO2 und HpO
üblicherweise so gewählt, dass sie im Bereich von 2 bis 100 Mol, 1 bis 50 Mol bzw. 1 bis 1000 Mol je Mol
2-Cyanopiper.idin liegen und es werden selten weniger als
1 Mol an KH,, GO2 oder H2O je 1 Mol 2-Cyanopiperidin
in Anbetracht der hohen Kosten des letzteren Verbindung und der gewünschten Umsetzung desselben so vollständig
als möglich eingesetzt.
Die Reaktionsteilnehmer, d. h. Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser, können entweder getrennt oder als
Kombination von zwei oder mehr dieser Reaktionsteilnehmer zugeführt werden, beispielsweise als Ammoniak und kohlensäurelialtiges
Wasser oder als Kombination von drei dieser Reaktionsteilnehmer, beispielsweise als wässrige Lösung,
in die Ammoniak und Kohlendioxid eingeblasen wurde. An-
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dererseits können auch Verbindungen, die zur Lieferung
von Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser geeignet sind,
verwendet werden. Beispiele für derartige Verbindungen umfassen Ammoniumcarbonat und Ammoniumbicarbonat. Weiterhin können sämtliche Arten von Verbindungen, die ,zur
Lieferung von lediglich zwei der vorstehenden drei Reaktionsteilnehmer
geeignet sind, zusammen mit dem weiteren Reaktionsteilnehmer verwendet werden. Ein Beispiel für
einen derartigen Fall besteht -in Ammoniumcarbamat zusammen
mit Wasser.. Weiterhin können erforderlichenfalls Wasser, Ammoniak und Kohlendioxid oder Gemische von
zwei oder mehr Reaktionsteilnehmern in Verbindung mit . Jedem der vorstehenden beiden Arten d.er Verbindungen verwendet werden. Die gewünschten Kombinationen dieser \
Reaktionsteilnehmer werden nachfolgend als Reagentien
zur Bildung" des Hydantoins bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafter Weise, di h. mit erhöhten Ausbeuten, in Gegenwart einer geringen
Menge einer Cyanidsubstanzi wie Cyanwasserstoff
und/oder eines Gyanidsalzes, während der Umsetzung der
Reagentien zur Bildung des Hdantoins und des 2-Gyanopiperidins
zur Erhöhung der Gesamtausbeute an 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin
und dem Lysin-Vorläufer durchgeführt
werden. Die bevorzugten Cyanidsalze sind die Ammoniumr-,
Alkali- oder Erdalkalicyanide, die in Wasser leicht löslich sind, besonders die Natrium-, Kalium- und Calciumsalze
und dgl. Andere CyanverbindungenÄ die Cyanionen
in wässrigem Medium liefern, können, gleichfalls als Cyanidsubstanzen
verwendet werden,, sofern sie in Wasser löslich
sind und nicht irgendwelche Anteile .freisetzen,, die den
Fortschritt der Reaktion hindern können oder schwierig zu entfernen sind.
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Die Anwendung einer zu grossen Menge der Cyanidsub
stanz ergibt verschiedene komplizierte Nebenprodukte bei der Kontaktierung mit dem vorstehenden Eeagentien
zur Bildung von Hydantoin, insbesondere der Ammoniakkomponente, Eine zu geringe Menge der Cyanidsubstanz
ergibt nicht den gewünschten Effekt der Erhöhung der Ausbeute an 5-(4—Aminobutyl)-hydantoin. Venn diese.beiden
Paktoren in Betracht gezogen werden, liegen die günstigsten
Mengen der Cyanidsubεtanζ im Bereich von 0,01
bis 1 Mol, vorzugsweise von 0,02 bis 0,5 Mol, Äquivalent (als molares Cyan-lquivalent) auf 1 Mol 2~Cyanopiperidin,
das der Umsetzung zugeführt wird. Der theoretische Mechanismus zur Erhöhung der Gesamtausbeute
von 5-(^-Aminobutyl)-hydantoin oder dem Lysin-Vorläufer
durch Anwendung der Cyanidsubstanz ist bis jetzt nicht
geklärt, es wird jedoch angenommen, dass ein bestimmtes Gleichgewicht bei der Umwandlung von 2-Cyanopiperidin
zu einem Gemisch von 5-(4—Aminobutyl)-hydantoin und dem
Lysin-Vorläufer vorliegt und dass die Cyanidsubstanz in das Gleichgewicht eingreifen kann, so dass das Gleichgewicht
zu der Seite des Produktes verschoben wird.
Verschiedene Verfahren können zur Kontaktierung der vorstehenden Reagenzien zur Hydantoinbildung und
der gegebenenfalls vorhandenen Cyanidsubstanz mit dem
2-Cyanopiperidin angewandt werden. Beispielsweise können
diese Substanzen miteinander unter Bildung eines tertiären Systems als solchem kontaktiert werden oder die Cyanidsubstanz
und das 2-Cyanopiperidin können zunächst kontaktiert werden und dann kann das Reagens zur Hydantoinbildung
zu dem Gemisch aus Cyanidsubstanz und 2-Cyanopiperidin zugeführt werden.
Die Reaktion kann in Abwesenheit eines Lösunps-
309821/116?
mittels ablaufen, jedoch kann ein geeignetes wässriges
Medium vorteilhafterweise verwendet werden, da hierbei keine tt>twendig besteht, zusätzliches Wasser zuzuführen,
das als Reaktionsteilnehmer dient. Weiterhin können organische Lösungsmittel, die gegenüber dem Reaktionssystem inert sind, beispielsweise Alkohole, Benzol,
Cyclohexan oder dgl., verwendet werden. Von diesen organischen Lösungsmitteln ist ein Lösungsmittel mit wechselseitiger
Löslichkeit für das im Reaktionssystem vorliegende Wasser günstig. Wenn auch ein heterogenes Reaktionssystem
angewandt werden kann, werden im allgemeinen bessere Ergebnisse mit einem homogenen System erhalten.
Die Reaktion zwischen dem 2-Cyanopiperidin und dem
Reagens zur Hydantoinbildung kann bei einer Tenperatur
höher als 40° C, allgemein von 60 bis 250° C, vorzugsweise
von 80 bis 200° C durchgeführt werden. Üblicherweise
ist die Reaktion in etwa 5 Minuten bis 8 Stunden
beendet. Die günstigste Reaktionszeit variiert in Ab-k
hängigkeit von der angewandten Reaktionstemperatür;
falls beispielsweise eine höhere Temperatur angewandt
wird, ist eine kürzere Reaktionszeit geeignet.
Die Reaktion wird bei einem ausreichenden Druck · durchgeführt, um das Wasser in der flüssigen Phase bei
der Reaktionstemperatur, zlt halten* Allgemein wird ein .
grösserer Druck als Atmosphärendruck angewandt und der
maximale Druck des Betriebes ist nicht besonders kritisch, da der Druck lediglich so eingestellt wird, dass
ein flüssiges System aufrechterhalten wird.
Nach beendeter Umsetzung werden das nicht-umgesetzte
überschüssige Material, insbesondere Ammoniak und Kohlendioxid , unter verringertem Druck abdestilliert, um einen
Rückstand zu erhalten, der das gewünschte 5-(4~Amino-
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butyl)-hydantoin gemäss der Erfindung enthält.
Der auf diese Weise erhaltene Rückstand enthält den vorstehend angegebenen Lysin-Vorläufer zusätzlich
zu dem 5-(4-Arainobutyl)-hydantoin und kann der Hydrolyse
unter Anwendung irgendeines Standard ve rf ahrens ohne
Isolierung der Komponenten unterworfen werden, so dass das gewünschte Lysin erhalten wird.
Die Reaktion des Hydantionbildung ist vorstehend lediglich im Rahmen der Herstellung von Lysin aus 2-Cyanopiperidin
angegeben worden, jedoch können die vorstehend aufgeführten Reaktionsbedingungen und Reaktionsverfahren
auch auf die Herstellung sämtlicher Arten von
α ,ß/~Diaminocarbonsäuren in der gleichen Weise angewandt
werden, indem lediglich anstelle von Lysin 2-Cyanopiperidin und 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin die; jeweiligen
Verbindungen α ,^-Diaminocarbonsäure, gesättigtes, cyclisches
2-Cyanoamin.und 5-Ψ-Aminoalkyl)-hydantoin eingesetzt
werden.
Die Hydrolyse des das 5-CÖJ-Aminoalkyl)-hydantoin
und den Aminosäure-Vorläufer enthaltenden Reaktionsproduktes kann unter den gleichen Bedingungen wie die
Hydrolyse des Hydantoins allein in Gegenwart einer Säure oder eines Alkalis durchgeführt werden.Die Säure oder
das Alkali, die zur Hydrolyse verwendet werden können, können aus sämtlichen bekannten Säuren oder Alkalien bestehen,
die zur Hydrolyse von 5-(4~Aminoalkyl)-hydantoin
verwendet werden können, jedoch umfassen die bevorzugten Säuren oder Alkalien Mineralsäuren, wie Salzsäure oder
Schwefelsäure oder Alkalihydroxide, wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid und dgl. Die Bedingungen bei der
Hydrolyse sind nicht kritisch, jedoch wird die Hydrolyse im allgemeinen bei einer Temperatur von 120° bis 250° C
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225677t
während eines Zeitraumes von 10 Minuten Ms 5 Stunden
unter Anwendung von Wasser in einer Menge von 5 "bis
80 Gew.% des Reaktionssystemes und eines Alkalis oder
einer Säure in einer Menge von 0,5 bis 10 Äquivalenten,
vorzugsweise mehr als' 1 Äquivalent, bezogen auf 1 Mol
des gesättigten cyclischen 2-Cyanoamins, welches als
Ausgangsmaterial zugeführt wird, durchgeführt. Der Druck während der Hydrolyse ist grosser als Atmosphärendruck,
so dass das System in der flüssigen Phase gehalten wird.
Das "bei der vorstehenäen Hydrolyse erhaltene Reaktionsgemisch
wird dann in üblicher Weise behandelt, beispielsweise durch Neutralisation des Reaktionsgemische.s,
Abdestillation sämtlicher niedrig-siedender Substanzen, wie Ammoniak, Kohlendioxid und/oder Wasser, anschliessende
Behandlungen, wie Abdampfung zur Trockenheit, Destillation, Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel
und dgl., entweder einzeln, oäer. unter Anwendung
von Kombinationen dieser Behandlungen.
Die Hydantoinbildungsreaktion. and die Hydrolysereaktion
können sowohl im Einzelansatz als auch in kontinuierlicher Weise ausgeführt werden. Weiterhin können
diese beiden Reaktionsstufen als einzige Reaktion,durch
geeignete Wahl der Zeit, bei der die für jede Umsetzung
erforderlichen Materialien zugeführt werden, durchgeführt werden. In einigen Fällen ist es jedoch vorteilhaft,
jeglichen Überschuss der Ausgangsmaterialien, di© im
System verblieben sind, durch Destillation oder andere geeignete Verfahren nach der Beendigung der Hyöantoinbildungsreaktion
zu entfernen und dann die Hydrolysereaktion auszuführen. '. .
Wie vorstehend im einzelnen beschrieben ist, kann die gewünschte α ,«N-Di'aminocarboiisäure in guten Ausbeuten
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nach einem äusserst einfachen Verfahren gemäss der Erfindung
hergestellt werden.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens, ohne sie zu
begrenzen. Verschiedene Änderungen und Modifikationen Können hierin selbstverständlich vorgenommen werden.
Palis nichts anderes angegeben ist, sind in den folgenden Beispielen sämtliche Prozentsätze und Teile
auf das Gewicht bezogen.
22 g (0,2 Mol) 2-Cyanopiperidin, 145 g (1,5 Mol)
AmrQoniumcarbonat und 200 cur Wasser wurden in einen
Autoklaven von 500 cmv eingebracht, auf 100 C. erhitzt
und bei dieser Temperatur während 2 Stunden bei einem Druck von etwa 6 kg/cm gehalten. Der Überschuss an
Ammoniumcarbonat und Wasser wurde dann vom Reaktionsgemicch abdestilliert und ein Rückstand erhalten. Die Analyse
des Rückstandes durch Flüssigkeits-Chromatographie zeigte, dass der Rückstand 0,095 Mol 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin
enthielt.
Zu diesem Rückstand wurden 400 g 25%ige Schwefelsäure
zugesetzt und das Gemisch auf 180° C während eines
ο Zeitraums von 1 Stunde bei einem Druck von etwa 10 kg/cm
erhitzt. Nach der Abkühlung wurde das Gemisch mit Ca(OH)2 zur Bildung eines Niederschlages neutralisiert,
welcher dann abfiltriert wurde und nach dem Abtreiben von Ammoniak wurden ^O cra^ Salzsäure nu dem Filtrat zugesetzt
und dann zur Trockenheit eingedampft. Der getrocknete Rückstand wurde in 95 % Äthanol gelöst und 20 g Pyridin
wurden zu der A'thanollösung zugesetzt, wobei 3"O»3 g
eines weissen Feststoffes mit einem Schmelzpunkt von
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254° C erhalten wurden. Diese feste Substanz wurde als
DL-Lysin-hydrochlorid durch Elementaranalyse und Infrarotspektrum analysiert. Die Ausbeute, bezogen auf
Mol 2-Cyanopiperidin, betrug 83 %. . "
Die Ergebnisse belegen, dass der vorstehend angegebene Rückstand nach der Hydantionbildungsreaktion
hauptsächlich aus 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin "bestand,
jedoch auch Lysin-Vorläufer enthielt.
Beispiel 2 22 g (0,2 Mol) 2-Cyanopiperidin, 145 g (i,5 Mol)
■χ
Ammoniumcarbonat und 200 cm ^ Wasser wurden in einen
Autoklaven von 500 cm ^ eingebracht, auf 150° G erhitzt
und bei dieser Temperatur während 30 Minuten bei einem
2
Druck von etwa 15 kg/cm gehalten. Das unumgesetzte
Druck von etwa 15 kg/cm gehalten. Das unumgesetzte
Ammoniumcarbonat und Wasser wurden aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert und 400 g einer 25%igen Schwefelsäure
wurden zu dem Rückstand zugesetzt, worauf auf 180° C während 1 Stunde bei einem Druck von etwa 10 kg/cm.
erhitzt wurde. Nach der Abkühlung wurde das Gemisch mit Ca(ÖH)2 neutralisiert und der gebildete Niederschlag abfiltriert.
Nach dem Abtreiben des Ammoniaks aus dem Filtrat wurden 300 cm* einer 35%igen Salzsäure zu. dem
FiItrat zugesetzt und das Gemisch zur Trockenheit eingedampft.
Der dabei erhaltene'Rückstand wurde in 95 %
Äthanol gelöst und zu der erhaltenen Lösung wurden 20 g Pyridin zugegeben, wobei 29 g eines weissen Feststoffes
mit einem Schmelzpunkt von 248 bis 252° C erhalten wurden. Die UmkristalIisation aus 90 % Äthanol ergab eine Substanz
mit einem Schmelzpunkt von 253 bis 254° C. Diese
Substanz wurde als DL-Lysin-hydrochlorid durch Elementaranalyse und Infrarotspektrum identifiziert. Die Ausbeute j
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bezogen auf Mol 2-Cyanopiperidin, betrug 79 %.
Es wurde das gleiche Verfahren v/ie vorstehend wiederholt,
jedoch 20%iges Natriumhydroxid anstelle der Schwefelsäure zur Hydrolyse des Rückstandes eingesetzt.
Das Produkt wurde mit Salzsäure neutralisiert und anschliessend in der gleichen Weise wie im vorstehenden
Beispiel aufgearbeitet und das Lysinsalz erhalten. Die Ausbeute war mit der bei Schwefelsäure erhaltenen
vergleichbar.
19,2 g (0,2 Mol) 2-Cyanopyrrolidin, 145 g (1,5 Mol)
Ammoniumcarbonat und 200 cm^ Wasser wurden in- einen
Autoklaven von 500 cm^ eingebracht, auf 100° C erhitzt
und bei dieser Temperatur während 2 Stunden bei einem
Druck von etwa 6 kg/cm gehalten. Die Destillation des Ammoniumcarbonate und des Wassers aus dem Reaktion«^
gemisch ergab einen Rückstand. Die quantitative Analyse des Rückstandes unter Anwendung der Wärmeflüssigkeits-Chromatographie
ergab, dass der Rückstand 0,093 Mol 5-(3-Aminopropyl)-hydantoin enthielt.
Zu diesem Rückstand wurden dann 400 g einer 25%igen Schwefelsäure zugesetzt und das Gemisch auf 180° C
während 1 Stunde bei einem Druck von etwa 10 kg/cm erhitzt. Nach der Abkühlung wurde das Gemisch mit Ca(OH)o
neutralisiert und der gebildete Niederschlag abfiltriert. Nach dem Abtreiben des Ammoniaks von dem Piltrat wurden
30 cm^ Salzsäure zugesetzt und daj Gemisch dann zur
Trockenheit eingedampft. Der getrocknete Rückstand wurde in 95 % Äthanol gelöst und 20 g Pyridin zugesetzt, so
dass 21,9 g eines weisses Peststoffes mit einem Schmelzpunkt von 232 bis 2330 C erhalten wurden. Dieser Fest-
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stoff wurde als DL-Ornithin-hydrochlorid durch. Elementaranalyse
und durch Infrarotspektrum identifiziert. Die Ausbeute, bezogen auf Mol 2-Cyanopyrrolidin, betrug
Die Ergebnisse belegen, dass der vorstehende Rückstand
hauptsächlich aus 5-(^-Aminobutyl)-hydantoin aufgebaut
war, Jedoch auch andere Ornithin-Vorläu'fer enthielt.
22 g (0,2 Mol) 2-Cyan-2-methylpyrrolidin, 14-5 g· ·
(1,5 Mol) Ammoniumcarbonat .und 20Ö cm* Wasser wurden
in einen Autoklaven von 500 cm* eingebracht,. auf 150° C
erhitzt und bei dieser Temperatur während 50 Minuten
bei einem Druck von etwa 15 kg/cm gehalten* Amraoniumcarbonat
und Wasser wurden dann.aus dem Reaktionsgemisch
unter Bildung eines Rückstandes abdestilliert und 63,1 g
Bariumhydroxid (Ba(0H)2*8H20) und 200 cm^ Wasser wurden
zu dem Rückstand zugegeben, worauf auf 180° C während
• · ρ
1 Stunde im Autoklaven bei einem Druck von etwa 4 kg/cm
erhitzt wurde. Kohlendioxid gas wurde dann durch das Reaktionsgemisch geblasen und das ausgefällte Bariumcarbonat
dann abfiltriert. Das Piltrat wurde unter verringertem
Druck abdestilliert, wobei 2-Methylornithincarbönat als Rückstand verblieb. Das erhaltene'Produkt
wurde in 20 cm* Wasser gelöst und *ßQ cm^ Äthanol wurden
zu der Lösung zugegeben und ein weisser Niederschlag
gebildet, der äann abfiltriert wurde und 27,4 g 2-Methylornithincarbonat
ergab.
Das dadurch erhaltene Carbonat wurde dann in diey Monopicratform nach Standardverfahren umgewandelt und
das Äthanol umkristallisiert und das gewünschte 2-Methyl-
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ornithin-monopicrat als gelbe Kristalle mit einem
Schmelzpunkt von 238 bis 240° C unter Zersetzung erhalten.
Die Elementaranalyse des Produktes war folgende:
2-Methylornithin-monopicrat
Ber.: (C13H17Ii5O9) C 38,40, H 4,57, N 18,66
Ber.: (C13H17Ii5O9) C 38,40, H 4,57, N 18,66
Gef.: C 38,10, H 4,89, N 18,40
22 g 2-Cyanopiperidin, 145 gAmmoniumcarbonat, 0,54 g
Cyanwasserstoff und 200 cm* Wasser wurden in einen Autoklaven
von 500 cm* eingebracht und bei 13O0 C während.
p 30 Minuten unter Rühren bei einem Druck von etwa 9 kg/cm
gehalten. Die Abdestillation von Ammoniumcarbonat und
Wasser aus dem Reaktionsgemisch ergab einen Rückstand.
Die quantitative Analyse des Rückstandes unter Anwendung der Wärmeflüssigkeits-Chromatographie zeigte, dass der
Rückstand 0,134 Mol 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin enthielt.
40,0 g einer 25%igen Schwefelsäure wurden dann zu
dem Rückstand zugegeben und das Gemisch auf eine Temperatur von 180° C während 1 Stunde bei einem Druck von
etwa 10 kg/cm erhitzt. Nach der Abkühlung wurde das Gemisch
mit Ca(OH)2 neutralisiert und der gebildete Niederschlag
abfiltriert. Nach dem Abtreiben des Ammoniaks von dem FiItrat, wurden 30 cm^ einer J>3%i.gen Salzsäure zu
dem FiItrat zugegeben und anschliessend zur Trockenheit
eingedampft. Der erhaltene Rückstand wurde dann in 95 % Äthanol gelöst und 20 g Pyridin zu der Lösung zugesetzt,
so dass ein farbloser Peststoff ausfiel. Dieser Feststoff wurde abfiltriert und mit Äthanol gewaschen und
32,7 g eines Produktes mit einem Schmelzpunkt von 252
bis 2540 C erhalten. Auf Grund von Elementaranalyse und
Infrarotspektrum wurde das Produkt als DL-Lysin-mono-
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hydrochlorid identifiziert. Die' Gesamtausbeute von
2-Cyanopiperidin erreichte 89^ξ>
%, bezogen auf Mol 2-Cyanopiperidin. ' ' ·
Aus den vorstehenden Ergebnissen zeigt es sich, dass der vorstehende, das 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin-enthaltende
!Rückstand auch Lysin-Vorläufer ausser dem
5-C4-Aminobutyl)-hydantOin enthält, da die Ausbeute
an Lysin-monohydrochlorid 89,5 °/° betrug, während das
5-(4-Aminobutyl)-hydantoin, das ein Zwischenprodukt für Lysin-monohydrochlorid darstellt, nur 67,0 % betrug.
Wenn die Umsetzung in der gleichen V/eise wie vorstehend, jedoch ohne Verwendung von Cyanwasserstoff
bei der Hydantoinbildungsreaktion durchgeführt wurde,
betrug die Ausbeute an Lysin 79 »0 %. '■'"""
Bei spieI- 6 -■"·■"■
Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 5 wurde durchgeführt, jedoch wurde das Molarverhältnis der Reaktionsteilnehmer bei der Hydantoinbildungsreaktion. von 2~Cyano~
piperidin : (Mi^)2CO3 : H2O : HCN= 1 : 10 : 40 ■: 0,1 .
geändert und der Reaktionszeit zu 15 Minuten geändert.
In diesem Fall wurde das 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin .
in 75 % Ausbeute erhalten. Weiterhin wurde das Reaktions-.
gemisch, welches 5-(4-Aminobütyl)-hydantoin und andere
Lysin-Vorlaufer enthielt, dann in der gleichen Weise wie
in Beispiel 5 hydrolysiert und-Lysin-monohydrochlorid
in einer Ausbeute von 89 % erhalten. Wenn die Reaktion
ohne Anwendung von Cyanwasserstoff ausgeführt wurde, wurden 5-(4~Am'inobutyl)-hydantoin und Lysin-monohydrochlorid
in Ausbeuten von 43 % bzw. 79 % erhalten. /
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Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 5 wurde angewandt,
jedoch flüssiges Ammoniak zusätzlich zu den in Beispiel 5 verwendeten Reaktionsteilnehmern zugeführt,
so dass das Molarverhältnis der Reaktionsteilnehmer von 2-Cyanopiperidin : (NH^)2CO5 : NH, : H3O : HCN =
1 : 10 : 10 : 40 : 0,2 geändert wurde und die Reaktionstemperatur zu 120° C geändert wurde. In diesem Fall
wurde das 5-(4~Aminobutyl)-hydantoin in einer Ausbeute
von 76 % erhalten. Weiterhin wurde das erhaltene Reaktionsgemisch,
das 5-(4-Aminobutyl)-hydantoin und andere
Lysin-Vorläüfer enthielt, in der gleichen Weise.wie in
Beispiel 5 hydrolysiert und das Lysin-monohydrociiiorid
in einer Ausbeute von 90 % erhalten. Wenn die Reaktion
ohne Anwendung von Cyanwasserstoff durchgeführt wurde, wurden 5~(4--Aminobutyl)-hydantoin und Lysin-monohydrochlorid
in Ausbeuten von 41 % bzw. 76 % erhalten.
Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 7 wurde durchgeführt, Jedoch wurde das Molarverhältnis von
Cyanwasserstoff bei der Hydantoinbildungsreaktion von
0,2 zu 0,05 geändert, die Reaktionstemperatür wurde
zu I5O0 C geändert und die Reaktionszeit wurde zu 15
Minuten geändert. In diesem Pail wurden 5-(4—Aminobutyl)-hydantoin
und Lysin-monohydrochlorid in Ausbeuten von 70 % bzw. 85 % erhalten.
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Claims (1)
- Paten tan sprüche/ y. Verfahren zur Herstellung von α ,φ-Diaminocarbonsäure, dadurch gekennzeichnet, dass ein gesättigtes, cyclisches 2-Cyanamin unter EeaktionsbedingUHgen mit HoO, ΉΕ^ und CO2 unter Bildung eines Reaktionsproduktes, das ein 5-Φ>-Amino alkyl)-hydantoin enthält, kontaktiert wird und das Beaktionsprodukt hydrolysiert wird. . ,2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekeinizeiclmct. dass ein gesättigtes, cyclisches 2-Cyanoaisin mit 2 bis 11 Kohlenstoffatomen und einem Stickstoffatom als Teile zur Eingbxldimg verwendet wird.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein gesättigtes, cyclisches 2-Cyanoamin der folgenden -Formel;worin E1, E , E^, B , E-7, R , R', E und B? ein Wasserstoff atom, eine niedere Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoff atomen oder eine Arylgruppe, E1 ein Wasserstoffatom oder eine niedere Alkylgruppe und η die Zahlen 0 oder 1 bedeuten, verwendet wird.309821/1162 - :■'■ ' BADOBSGiWAL4-. Verfahren nach Anspruch 3i dadurch gekonnzeichnet, dass als gesättigtes, cyclisches 2-Cyanoamin das 2-Cyanopiperidin verwendet wird.5· Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass als gesättigtes, cyclisches 2-Cyanoamin das 2-Cyanoparrolidin verwendet wird.6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als gesättigtes, cyclißchee 2~Cyanoamin das 2-Cyano-2-methylpyrrolidin verwendet wird.7· Verfahren nach Anspruch 1 Mb 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anfangsreaktionßgemisch verwendet wird, welches das gesättigte, cyclische 2-Cyanoamin und eine Verbindung, die NH, und COo liefert, in einem wässrigen Medium enthält.8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anfangsreaktionegemisch verwendet wird, welches ein gesättigtes, cyclisches 1-Cyanoamin und ein Gemisch (1) einer Verbindung, die NH-, und COo liefert, und (2) mindestens einem der Materialien NH,, H ä2 und H2O enthält.9. Verfahren nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindung, die zur Lieferung von NH, und CO2 fähig iet, Ammoniumcarbonat, Ammoniumbicarbonat oder Ammoniumcarbamat verwendet wird.10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindung, die zur Lieferung von NH7 und CO2 fähig ist, Ammoniumcarbonat, Ammoniumbicarbonat, und Ammoniumcarbamat verwendet wird.11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt des gesättigten, cyclischen 2-Cyanoamins mit dem Reaktionsteilnehmer in Gegen wart einer Cyanidsubstanz durchgeführt wird.309821/1162.12. Verfahren nach Anspruch. 11, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Cyanidsubstanz in einer Menge von 0,01 bis 1 Mol Cyanidsubstanz (angegeben als Cyan-Äquivalente) je Mol des gesättigten, cyclischen 2-Cyanoamins verwendet wird. ~13· Ve rfahren nach Anspruch 1 bi s 12, dadurch gekennzeichnet, dass NH,, CO2 und HpO in einer .Menge von mindestens 1 Mol auf jjedes Mol des gesättigten, cyclischen 2-Cyanoamins verwendet werden.14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daBS mindestens 2 Mol KE, auf jedes Mol des gesättigten, cyclischen 2-Cyanoamins verwendet werden.15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 1:#, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bai-einer Temperatur von 40 bis 250° G durchgeführt wird·.,16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15? dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung innerhalb 5 Minuten bis 8 Stunden beendet wird.·17· Verfahren nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die im Reaktionsprodukt verbliebenen Mengen an NH, und COp vor der Hydrolyse entfernt werden. >18. Verfahren nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrolyse in Gegenwart einer Säure oder eines Alkalis durchgeführt wird.19 · Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure oder das Alkali in einer Menge von 0,5 bis 10 Mol Äquivalenten ^e Moldes gesättigten, cyclischen 2-Cyanoamins als Ausgangsmaterial verwendet wird.20. Verfahren zur Herstellung von cc,<w-Maminocarbonsäuren, dadurch gekennzeichnet, dass ein gesättig-309821/1162tes, cyclisches 2-Cyanoamin der Formel:worin R1, R2, R5, R4, R5, R6, R7, R8 und R9 ein V/asser-stof f a torn, eine niedere Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlen-ΙΟ Stoffatomen oder eine Arylgruppe, R ein Wasserstoffatom oder eine niedere Alkylgruppe und ji die Zahlen 0 oder 1 bedeuten, mit 2 bis 100 Mol NH,,. 1 bis 50 Hol COg und 1 bis 1000 Mol HpO je Mol des gesättigten, cyclischen 2-Cyanoam.ins bei einer Temperatur von 40 bis 250° C und bei einem ausreichenden Druck, um das Reaktionssystem im flüssigen Zustand zu halten, unter Bildung eines Reaktionsproduktes, welches wesentliche Anteile eines 5-(^-Aminoalkyl)-hydantoins enthält, kontaktiert wird, das Reaktionsprodukt unter Bildung der gewünschten α,«y-Diaminocarbonsäure hydrolysiert wird, wobei die Hydrolyse in Gegenwart von 1 bis 10 Äquivalenten einer Säure oder eines Alkalis je Mol des als Ausgangsmaterial eingesetzten gesättigten, cyclischen 2-Cyanoamins bei einer Temperatur von 120 bis 250° C und unter Zusatz von Wasser in einer Menge von 5 bis 80 Gew.% des Reaktionssystems durchgeführt wird, und die a^5~Diaminocarbonsäure abgetrennt wird.309821/1162
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