DE2945497A1

DE2945497A1 - Derivate der d-2-hydroxy-4-methylmercaptobuttersaeure, verfahren zu deren herstellung und deren verwendung

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Publication number: DE2945497A1
Application number: DE19792945497
Authority: DE
Inventors: David H Prof Baker; Rudolf Dipl Chem D Fahnenstich; Axel Dipl Chem Dr Kleemann; Bernd Dipl Chem Dr Lehmann; Juergen Dipl Chem Dr Martens; Herbert Dipl Chem Dr Tanner
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1979-03-06
Filing date: 1979-11-10
Publication date: 1980-10-09
Also published as: FR2450811B1; FR2450811A1; DE2945497C2; NL7908887A; JPS55127359A; BE882067A; GB2044755A; SU895286A3; DK94880A

Description

DEUTSCHE GOLD- UND SILBER-SCHEIDEANSTALT VORMALS ROESSLER Veissfrauenstrasse 9, 6000 Frankfurt 1

Derivate der D-2-Hydroxy-4-inethylmercaptobuttersaure. Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung

Die Erfindung betrifft Derivate der D-2-Hydroxy-4-methylnercaptobuttersäure mit der allgemeinen Formel

CH„ - S - CH_ - CH_ - CH - COOA, ^{3 22}I

OR

in der A Natrium, Kalium, «in Äquivalent Magnesium oder Calcium, oder eine Methylgruppe und R Wasser» stoff oder eine Acetylgruppe bedeuten, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Vervendung als Be· standteil von Futtermitteln, Nahrungsmitteln oder Arzneimitteln.

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Das Calciumsalz der DL-2-Hydroxy-^-methylmercaptobuttersäure wird als Bestandteil von industriell hergestellten Mischfuttern in grossen Mengen bei der Ti erernährung, insbesondere bei der Geflügelfütterung, verwendet. Weiterhin wird es auch bei der Behandlung von Niereninsuffizienzen in sogenannten "Nierendiäten" im Gemisch mit anderen oc-Hydroxy- und/oder OC-Ketosäuren in Form von pharmazeutischen Zubereitungen verwendet. Ernährungsphysiologisch wirkt das Calciumsalz der DL-2-Hydroxy-lt-methylmercaptobuttersäure als Precursor der essentiellen Aminosäure Methionin.

κ Oa Methionin in natürlichen Eiveisaen ausschliesslich in der L-Konfiguration vorkommt, bedeutet dies, das« die DL-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure in Organismus in L-Methionin umgewandelt werden kann.

überhaupt haben, von ganz wenigen Ausnahmen abgesehen, die Aminosäuren normalerweise nur in ihrer natürlich vorkommenden L-Konfiguration eine ernährungsphysiologische Wirksamkeit. Selbst in den seltenen Fällen« in denen die entsprechende D-Form überhaupt eine biologische Wirkung erkennen lässt, ist diese geringer als diejenige der L-Form. Jedenfalls ist bisher kein Fall bekannt geworden, bei dem die ernährungsphysiologische Wirksamkeit einer D-Aminosäure diejenige der entsprechenden L-Aminosäure Ubertroffen hätte.

Da oe>-Hydroxysäuren in enger Beziehung su den entsprechenden Qt/-Aminosäuren stehen - formal ist nur die Hydroxygruppe gegen eine Aainogrupp· auszutauschen -

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] und da auch Im biochemischen Geschehen Übergänge aus der Reihe der oc-Hydroxysäuren In die Reihe der

OC -Aminosäuren und umgekehrt bekannt sind, herrschte bisher stillschweigend die Meinung vor, dass auch bei den Oi-Hydroxysäuren die jeweilige L-Form die ernährungsphysiologisch wirksamere Form sei.

Unerwarteterweise wurde jetzt gefunden, dass die erfindungsgemässen Derivate der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure ernährungsphysiologisch wirksamer sind als die entsprechenden Racemate, das heisst die Gemische aus 50 $ der D-Form und 5° % der L-Form. Demnach muss also bei diesen Derivaten der 2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure überraschenderweise die jeweilige D-Form sehr viel wirksamer sein als die entsprechende L-Form.

Bei der Herstellung der erfindungsgemässen Derivate

muss zunächst einmal enantiomerenreine D-2-Hydroxy-

4-methylaercaptobuttersäure bereitet werden. Dies kann in der Veise geschehen, dass man D-Methionin in der 0,25- bis 5-fachen, vorzugsweise in der 6,6- bis 1-fachen,molaren Menge 5 bis 50 gewichtsprozentiger, vorzugsweise 10 bis 20 gewichtsprozeniger, Schwefelsäure löst bzw. suspendiert und bei einer Temperatur zwischen - 5 und + 5° C, vorzugsweise zwischen 0 und + 5 C, innerhalb von 1 bis 10 Stunden, vorzugsweise innerhalb von 1 bis 3 Stunden, mit

2Q einer wässrigen Lösung von 0,5 bis 5 Mol, vorzugsweise von 1 bis 1,4 Mol, Natriumnitrit pro Mol eingesetztem D-Methionin versetzt. Anschliessend wird das Reaktionsgemisch 5 bis 24 Stunden lang, vorzugsweise etwa 12 Stunden lang, bei einer Temperatur zwischen 20 und 50 C, vorzugsweise zwischen 20 und 25 C, zur

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Nachreaktion stehen gelassen. Dann wird die Lösung mit Natriumchlorid gesättigt und mit einem nicht mit Wasser mischbaren inerten organischen Lösungsmittel, vorzugsweise mit Diethylether, extrahiert. Nach dem Abdampfen des Lösungsmittels aus dem Extrakt erhält man die rohe 0-2-Hydroxy-4-methylB*rcaptobuttorsäure in öliger Form. Diese kann unmittelbar in das gewünschte Derivat umgewandelt werden.

'° Im allgemeinen ist es jedoch vorteilhafter, die rohe D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttereäure vor der Herstellung der gewünschten Derivate zu reinigen. Dies kann zweckmässig dadurch geschehen, dass man sie mit einem Amiη zu einem im allgemeinen leichter zu reinigenden Ammoniumsalz umsetzt. Als besondere günstig hat sich die Umsetzung mit Dicyclohexylamin erwiesen, da das Dicyclohexylammoniumsalz sehr leicht durch Umkristallisieren, z.B. aus einen Gemisch von Essigsäureethylester und Petrolether, gereinigt werden kann. Aus dem gereinigten Ammoniumsalz wird die reine D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure durch Zugabe einer starken Säure, z.B. kO gewichtsprozentige Schwefelsäure, wieder freigesetzt und

~_ anschliessend die wässrige Lösung mit einen nicht mit Wasser mischbaren inerten organischen Lösungsmittel, z.B. Diethylether, extrahiert. Nach dem Abdampfen des Lösungsmittels aus dem Extrakt erhält man die reine D-2-Hydroxy-4-methylnercaptobuttersäure, die nach längerem Stehen in der Kälte kristallisiert.

Zur Herstellung der Natrium-, Kalium-, Magnesiumoder Calciumsalze wird die Säure in möglichst wenig 35

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Wasser gelöst und mit der etwa äquivalenten Menge

des entsprechenden Hydroxids, Oxids, Hydrogencarbonats oder Carbonate versetzt. Die erhaltene Salzlösung wird, gegebenenfalls nach einer Behandlung mit Aktivkohle, bei vermindertem Druck zur Trockne eingedampft, wobei die reine D-Form des gewünschten Salzes erhalten wird.

Die D-2-Hydroxy-^-methylmercaptobuttersäure oder deren Salze können durch Umsetzung mit Methanol und einem

Veresterungskatalysator, wie Salzsäure, Schwefelsäure oder p-Toluolsulfonsäure, nach allgemein bekannten Verfahren in den D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäuremethylester umgewandelt werden. Setzt man Salze der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure für diese Reaktion ein, so ist die Verwendung von überstöchiometrischen Mengen an (Mineral-)Säure erforderlich. Besonders gut verläuft die Veresterung, wenn man die

2Q D-Z-Hydroxy-^-methylmercaptobuttersäure oder das Salz bei niedriger Temperatur in ein Gemisch aus Thionylchlorid und Methanol einträgt. Aus diesem Gemisch wird der Ester in üblicher Weise durch Aufnehmen in Wasser und Extraktion mit einem organischen Lb"-sungsmittel isoliert.

Der D^-Hydroxy-^-methylmercaptobuttersäuremethylester kann mit Acetylchlorid oder Acetanhydrid, vorzugsweise in Gegenwart eines tertiären Amins, wie Pyridin

oder 4-Dimethylaminopyridin zum 2-Acetoxyderivat acyliert werden. Die Reaktion kann in Gegenwart oder Abwesenheit eines Verdünnungsmittels durchgeführt werden. Die Isolierung des D-2-Acetoxy-ii-fflethylmercaptobuttersäuremethylesters erfolgt in üblicher

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Weise durch Versetzen mit Wasser und Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel.

Die erfindungsgemässen Derivate der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure, insbesondere deren Caiciumsalz, eignen sich zur Methionin-Supplementierung von Futtermitteln und Mischfuttern, Nahrungsmitteln und bilanzierten synthetischen Diäten und für die Herstellung von pharmazeutischen Spezialitäten mit nutritiv-anabolem Wirkprinzip.

Durch die Bereitstellung der erfindungsgemässen Derivate wird es beispielsweise möglich, Mischfutter

,τ mit einem wesentlich geringeren Anteil an den Caiciumsalz der 2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäu:re zu suppleraentieren, da die D-Form ernährungsphysiologisch wirksamer ist als das bisher verwendete Racemat. Ein weiterer Vorteil der Verwendung der reinen D-Form ist, dass dem tierischen Organismus der Umgang mit

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der weniger wirksamen L-Form erspart bleibt, was einer Entlastung des Stoffwechsels gleichkommt.

Auch für Nahrungsmittel, insbesondere beispielsweise solche, die vorwiegend auf Soja-Protein aufgebaut sind, ist eine Supplement!erung mit den erfindungsgemässen Derivaten interessant. Denn Soja-Proteine, die in vielen Ländern der Veit ein Grundnahrungsmittel darstellen, enthalten nur wenig natürliches Methionin. '® Eine Ernährung, die überwiegend auf diesen Proteinen beruht, kann daher leicht eine Unterversorgung mit Methionin und infolgedessen die bekannten Unterernährungserscheinungen zur Folge haben.

Aber auch für die Herstellung von bilanzierten syntehtischen Diäten, z.B. für die Versorgung von Astronauten, sind die erfindungsgemässen Derivate sehr wertvoll. Natürlich geht es auch hier in erster Linie um die ernährungsphysiologische Überlegenheit. Darüber hinaus spielen aber auch Geruch, Geschmack und Löslichkeit eine grosse Rolle, da diese Spezialitäten häufig als wässrige Lösung oder Paste eingenommen werden. Die erfindungsgemässen Derivate sind geschmacklich und geruchlich angenehme Substanzen und erfüllen die an die Vasserlöslichkeit zu stellenden Anforderungen.

Besondere Bedeutung haben die erfindungsgemässen Derivate, insbesondere das Calciumsalz der D-2-Hydroxyii-methylmercaptobuttersäure, bei der Herstellung von Arzneimitteln, vor allem von Spezialpräparaten für Patienten mit Niereninsuffizienzen. Sinn und Zweck solcher "Nierendiäten" ist es, den Organismus mit möglichst wenig Stickstoff bzw. "ammoniakhaltigen

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Substanzen" zu belasten, da eine Ammoniakausscheidung (in Form von Harnstoff) nicht oder nur stark erschwert (künstliche Niere) möglich ist. Andererseits sind verschiedene L-oC-Aminosäuren für den

Menschen essentiell, müssen ihm also über die

Nahrung zugeführt werden. Intensive Untersuchungen aus jüngster Zeit haben gezeigt, dass es möglich ist, zumindest einige essentielle Aminosäuren durch die entsprechenden OO -Hydroxy- und/oder Oi -Ketosäuren zu ersetzen. Diese nehmen dann im Organismus aus anderen Stoffwechselprozessen stammendes, für Nierenkranke toxisches Ammoniak auf und entgiften es gewissermassen unter gleichzeitiger

Bildung der lebensnotwendigen Oe-Aminosäuren. 10

Bisher wurde in derartigen "Nierendiäten" anstelle des essentiellen L-Methionins praktisch immer das racemische Calciurasalz der DL-2-Hydroxy-^-methyl-

OQ mercaptobuttersäure eingesetzt. Da gerade Nierenkranken natürlich alles erspart werden soll, was zu einer zusätzlichen Belastung der Nieren führt, ist es nahezu zwingend, hier das Racemat durch die ernährungsphysiologisch wirksamere enantiomerenreine D-Form zu ersetzen.

Durch die nachfolgenden Beispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Prozentangaben bedeuten, wenn nicht anders angegeben, durchweg Gewichtsprozente.

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' Beispiel 1t

569,9 g (4 Mol) D-Methionin werden in 3 430 g 10 ^iger Schwefelsäure gelöst und bei 0 bis + 5°C innerhalb von 2 Stunden mit einer eisgekühlten Lösung von 3^5 g (5 Mol) Natriumnitrit in 500 ml Wasser versetzt. Man lässt über Nacht auf 20 bis 25°C erwärmen, sättigt mit Natriumchlorid und extrahiert anschliessend mit k χ 6θΟ ml Ether. Aus den vereinigten Etherphasen wird nach Trocknen über Natriumsulfat das Lösungsmittel abdestilliert. Es hinterbleibt ein öliger Rückstand von 96,3 g (i4,4 <t> der Theorie) an roher D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure.

Der Rückstand wird in Ether aufgenommen und mit Dicyclohexylamin versetzt bis kein weiteres Salz mehr auskristallisiert. Das auskristallisierte Ammonium-

salx wird mehrmals aus einem Gemisch von Essigsäureethylester und Petrolether umkristallisiert. Man erhält schliesslich 100,2 g (52,4 # der Theorie) an analysenreinem Dicyclohexylammoniumsalz.

Das Salz wird mit 111g ko #iger Schwefelsäure

hydrolysiert. Nach Zugabe von Natriumsulfat wird dar Salzbrei abfiltriert und viermal mit Ether nachgewaschen. Die vereinigten Filtrate werden in

3Q organische und wässrige Phase getrennt. Letztere wird noch dreimal mit Ether extrahiert. Dann werden die vereinigten etherischen Lösungen mit Magnesiumsulfat getrocknet, filtriert und eingedampft, wobei 42 g 95 #ige D-2-Hydroxy-4-methyl-

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mercaptobuttersäure entstehen. Diese weist einen Schmelzpunkt von - 1 bis + 5 C und eine spezifische Drehung jool von + 12,9° (c = 1; Wasser) auf.

Die Säure wird in 100 ml Wasser gelöst und mit einer

Suspension von 9t9 g Calciumhydroxid in 100 ml Wasser versetzt. Nach einer Behandlung mit Aktivkohle wird die wässrige Lösung im Wasserstrahlvakuum zur Trockne ι» eingedampft. Es hinterbleiben 45,4 g (88 # der Theorie) Calciumsalz der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure mit einer spezifischen Drehung I OC~\ von + 24,3° (c = 1; Wasser).

Beispiel 2t

^2 g 95 #ige D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure, hergestellt wie im Beispiel 1, werden in 100 ml Wasser gelöst und mit einer Suspension von 5,4 g Magnesiumoxid in 100 ml Wasser versetzt. Nach einer Behandlung mit Aktivkohle wird die

*5 wässrige Lösung im Wasβerstrahlvakuum zur Trockne eingedampft. Ss hinterbleiben 43,2 g (88 £ der Theorie) Magnesiumsalz der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure.

^C1O^H18°6^S2^M« (322.7)

Berechnet! C 37.21 % H 5.62 % S 19.»7 Ί» Mg 7.53 Gefunden ι C 37.42 <f> H 5.90 # S 19.67 1» Mg 7.^2 35

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Beispiel 3*

15,8 g 95 #ige D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobutterc säure, hergestellt wir im Beispiel 1, werden in 40 ml Wasser gelöst und mit 20 ml 5 N-Natronlauge versetzt. Nach einer Behandlung mit Aktivkohle wird die wässrige Lösung im Vasserstrahlvakuum zur Trockne eingedampft. Es hinterbleiben 15.0 g (87 <jb der Theorie) Natriumsalz der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure.

C₅H₉O₃SNa (172,2)

Berechnet! C 34,87 # H 5,27 £ S 18,62 £ Na 13,36 Gefunden: C 34,71 $ H 5,53 # S 18,49 1» Na 13,10

Beispiel 4i

15.8 g 95 #ige D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobutter-2«: säure, hergestellt wie im Beispiel 1,werden in kO ml Wasser gelöst und mit 20 ml 5 N-Kalilauge versetzt.

Nach einer Behandlung mit Aktivkohle wird die wässrige Lösung im Wasserstrahlvakuum zur Trockne eingedampft.

Es hinterbleiben 16,9 g (90 # der Theorie) Kaliumsalz der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure.

C₅H₉O₃SK (188,3)

Berechnet« C 31,89 % H 4,82 ^ S 17,03 ^ K 20,76 Gefunden» C 32,01 # H 5,02 # S 16,95 # K 20,51

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Beispiel 5>

8,3 g (0,07 Mol) Thionylchlorid werden bei - 5°C au c 20 ml absolutem Methanol gegeben und 15 Minuten lang gerührt.

10,15 g (0,03 Mol) Calciumsalz der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure, hergestellt nach Beispiel 1, werden in der Siedehitze in 25 ml absolutem Methanol gelöst. Die Lösung wird bei - 5 C zu dem oben beschriebenen Reaktionsgemisch getropft. Anschiiessend wird mit Ether und Wasser versetzt und in organische und wässrige Phase getrennt. Letztere wird noch dreimal ausgeethert. Die vereinigten organischen Phasen werden über Natriumhydrogencarbonat und Natriumsulfat getrocknet, filtriert und eingeengt. Es hinterbleiben 8,7 β (88,3 i> der Theorie) D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäuremethylester.

Beispiel 6s

8,7 g (0,053 Mol) D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäureaethylester, hergestellt nach Beispiel 5, werden in 30 ml absolutem Ether und 4,19 g (0,053 Mol) Pyridin gelöst. Bei 0°C werden 4,16 g

on (0,053 Mol) Acetylchlorid unter Rühren zugetropft.

Nach Rühren über Nacht wird das ausgefallene Pyridinhydrochlorid abfiltriert und mit Ether nachgewaschen. Die Etherlösung wird einmal mit 10 ml 2 N-Schwefelsäure und dreimal mit je 10 ml Wasser gewaschen, über Magnesiumsulfat getrocknet und eingeengt.

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Es hinterbleiben Ö.9Ö g («2,2 <£ der Theorie)

D-2-Acetoxy-lj-nethylraercaptobuttersäureniethyleater.

Beispiel 7«

'0 In einem Fütterungsversuch mit männlichen Küken wurde die Wirksamkeit der D-Form des Calciumsalzes der 2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure geprüft und mit der des Racemates, also der DL-Form verglichen. Pro Versuchsgruppe wurden 21 Tiere verwendet. Der Versuch dauerte 6 Tage (vom 8. bis zum "\k. Tag nach dem Schlüpfen). Das durchschnittliche Anfangsgewicht der Tiere betrug 75 £·

Ale Basisration für den FiItterungsversuch wurde eine halbgereinigte Soja-Protein-Basisration eingesetzt, der eine Aminosäuremischung - ohne schwefelhaltige Aminosäuren - zugelegt war. Diese Basisration hatte folgende Zusammensetzung (jeweils in Gewichtsprozent)!

Maisstärke (granuliert) 31,15 Dextrose 25,00

Sojamehl (48,3 % Rohprotein) 31,00 Aainosäurenmischung

(untenstehend) 5*00

Maisöl 2,50

Zellulose 1,00

Dicalciumphosphat 2,20

CaCO 1,00

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NaCl	0,40
NaHCO₃	0,50
MnSO^	0,05
ZnCO (100 ppm)	+
Cholin Chlorid	0, 10
Vitamin mix	0, 10

100,00

Aminosäurenmischung

L-Arginin · HCl	0,29
L-Histidin · HCl · H₂O	ι 0,11
L-Lysin * HCl	0,29
L-Tyrosin	0,11
L-Tryptophan	o,o4
L-Phenylalanin	0,13
L-Me th ionin	--
L-Cystin	—
L-Threonin	0,16
L-Leucin	0,25
L-Isoleucin	0,15
L-VaIin	0,17
Glycin	0,15
L-Prolin	0, 10
L-Olutamat	3,05

5,00

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Die Versuchsgruppe I erhielt nur diese an schwefelhaltigen Aminosäuren arme Basisration, die Versuchsgruppe II zusätzlich noch 0, 16 Gewichtsprozent, bezogen auf die Basisration, Calciumsalz der DL-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure und die Versuchsgruppe III zusätzlich noch 0 , 1 6 Gewichtsprozent, bezogen auf die Basisration, Calciumsalz der D-2-Hydroxy-4-methy!mercaptobuttersäure.

Als Versuchskriterien wurden die durchschnittliche tägliche Zunahme pro Tier und die Futterverwertung gewählt. Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestelltt

Versuchsgruppe Durchschnitt- Futterver- Differenz zur i liehe tägliche wartung Versuchsgruppe

Zunahme pro (g Zuwachs I (g) , Tier (g) pro kg j ; Futter) ·

I	5,	9	448,	6 I	—	,7
II	12,	3	602,	i 5	153	,9
III	12,	9	615.	i 3 ;	166

9· November 1979 PAT/Dr.Sib-El

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Claims

79 102 AM

DEUTSCHE GOLD- UND SILBER-SCHEIDEANSTALT

VORMALS ROESSLER
Veissfrauenstrasse 9» 6000 Frankfurt 1

Patentanspruches

1.\Derivate der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobutter- —s säure mit der allgemeinen Formel

CH₃ - S - CH₂ - CH₂ - CH - COOA,

OR

in der A Natrium, Kalium, ein Äquivalent Magnesium oder Calcium, oder eine Methylgruppe und R Wasserstoff oder eine Acety!gruppe bedeuten.

2. Verfahren zur Herstellung von Derivaten der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man D-Methionin mit salpetriger Säure behandelt und die zunächst gebildete D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure in das gewünschte Salz um-35

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ORIGINAL INSPECTED

wandelt oder mit Methanol verestert und/oder die Hydroxygruppe acetyliert.

c 3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobutteraäure vor der Bildung des gewünschten Derivats in ein Ammoniumsalz umwandelt, dieses durch Umkristallisieren reinigt und die D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure wieder freisetzt.

4. Verwendung von Derivaten der D-2-Hydroxy-4-eethylmer cap tobutter säure gemäss Anspruch 1 als Be st andteil von Futtermitteln, Nahrungsmitteln oder Arzneimitteln.

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