DE3403813C2

DE3403813C2 - Verfahren zur Herstellung von N-Cyclohexylsulfaminsäure bzw. deren Metallsalzen

Info

Publication number: DE3403813C2
Application number: DE19843403813
Authority: DE
Inventors: Jozsef Dr. 8400 Regensburg Juhász; geb. Hümmerich Ute 6234 Hattersheim Péteri
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-02-03
Filing date: 1984-02-03
Publication date: 1986-12-18
Also published as: DE3403813A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N-Cyclohexylsulfaminsäure bzw. deren Metallsalze durch Sulfonierung von Cyclohexylamin, bei dem man das Cyclohexylamin mit einem Salz der schwefligen Säure und einem perhalogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoff umsetzt und das hierbei erhaltene N-Cyclohexylammonium-N-cyclohexylsulfamat in an sich bekannter Weise in die N-Cyclohexylsulfaminsäure bzw. deren Metallsalze überführt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfache und kostensparende Herstellung von N-Cyclohexylsulfaminsäure bzw. Cyclamaten, welche stark süßende Eigenschaften haben und als Zuckerersatz Verwendung finden.

Description

Beschreibung

N-Cyclohexylsulfaminsäure bzw. deren Metallsalze (Cyclamate), insbesondere Natrium- und Calciumcyclamate, besitzen große Bedeutung als Zuckerersatz in diätischen Lebensmitteln, in für Diabetiker geeigneten Arzneimittelzubereitungen und in Getränken.

Zur Herstellung von N-Cyclohexylsulfaminsäure bzw. Cyclamaten sind mehrere Verfahren bekannt Die GB-PS 6 62 800 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Cyclamaten durch Umsetzung von Cyclohexylamin mit Suifaminsäure bei erhöhten Temperaturen, vorzugsweise bei 160 bis 165⁰C. Aus der US-PS 28 04 472 ist bekannt, Cyclohexylamin und Metallsulfamate bei ähnlich hohen Temperaturen zwischen 160 und 190°C unter Druck umzusetzen, um das Cyclohexylamin in der flüssigen Phase zu halten. Selbst bei langen Reaktionszeiten von über 20 Stunden werden dabei nur mäßige Ausbeuten an erwünschtem Endprodukt erhalten.

Weiterhin ist es aus Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie, Band 16, Seite 482 (1978), bekannt, die Umsetzung von Cyclohexylamin mit Chlorsulfonsäure unter Kühlung durchzuführen.

Diese bekannten Verfahren besitzen viele Nachteile. Bei den beiden erstgenannten Verfahren wird als Nebenprodukt Ammoniak gebildet, das gasförmig und sehr verunreinigt anfällt. Das in äquimolarer Menge frei werdende Ammoniak trägt stetig Wärme aus dem System heraus und beeinträchtigt deshalb die Energiebilanz des Verfahrens.

Außerdem setzen die bekannten Verfahren relativ schwer zugängliche, teure Chemikalien als Ausgangsstoffe voraus und erfordern aufgrund der korrodierenden Wirkung der Ausgangsmaterialien Spezialapparaturen, wie es bei der Verwendung von Chlorsulfonsäure der Fall ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung von N-Cyclohexylsulfaminsäure bzw. deren Metallsalze zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile bekannter Verfahren, insbesondere die Notwendigkeit hoher Verfahrenstemperaturen oder Kühlung des Reaktionssystems, überwindet und in einfacher und kostensparender Weise zu N-Cyclohexylsulfaminsäure bzw. Cyclamaten führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in den vorstehenden Ansprüchen aufgezeigte Verfahren zur Herstellung von N-Cyclohexylsulfaminsäure bzw. deren Metallsalzen gelöst.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß Cyclohexylamin mit Salzen der schwefeligen Säure und mit perhalogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoffen in exothermer Reaktion unter Entstehung von N-Cyclohexylammonium-N-cyclohexylsulfamat reagiert.
Aufgrund der Analyse der Reaktionsprodukte kann der Reaktionsverlauf wie folgt wiedergegeben werden:

-NH₂ + MHSO₃ + C_nHaI_2n+2
> <^~^^NHf /^V-NHSO? + MHaI + C_nHHaI_2n+1

hierbei bedeuten:
M = Kation
Hai = Halogen

1 ^J 1

1 UUU i.

Das hierbei entstehende N-Cyclohexylammonium-N-cyclohexylsulfamat wird in an sich bekannter Weise in die N-Cyclohexylsulfaminsäure bzw. deren Metallsalze überführt.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren entsteht beim erfindungsgemäßen. Verfahren als Nebenprodukt kein Ammoniak, das bei den bekannten Verfahren durch spezielle Vorrichtungen gesammelt und abgetrennt werden muß. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Umsetzung vorzugsweise bei Raumtemperatur, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 0 und 30⁰C durch-

geführt werden kann. Sie verläuft sogar schwach exotherm. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich gegenüber den bekannten Verfahren weiterhin dadurch aus, daß die Umsetzung in wässrigem Milieu erfolgt Zweckmäßigerweise wird die Umsetzung in alkalischem Milieu bei einem pH-Wert zwischen 8 und 11, vorzugsweise einem pH-Wert zwischen 10 und 11, durchgeführt Ein solcher pH-Bereich kann durch Verwendung von Cyclohexylamin in einer Menge von mindestens 2, vorzugsweise 2,2 Mol, pro Mol Salz der schwefeligen Säure, erreicht werden.

Das beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Salz der schwefeligen Säure wird in wäßriger Lösung eingebracht Hierfür eignen sich übliche Metallsalze, aber auch das Ammoniumsalz der schwefeligen Säure. Aus Kostengründen verwendet man vorzugsweise die leicht zugänglichen Alkali- oder Erdalkalimetallsalze, insbesondere ein Natrium- oder Kaliumsalz, wie etwa die wäßrige Lösung von Natrium- oder Kaliumbisulfit

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft unter Verwendung von Tetrachlorkohlenstoff durchführen. Das hierbei bei der Umsetzung als Nebenprodukt entstehende Chloroform kann vom Reaktionsansatz leicht, beispielsweise durch einfache Destillation, abgetrennt werden. Das hierbei in reiner Form erhaltene Chloroform kann für andere Zwecke verwendet werden. Dahingegen ist das bei den bekannten Verfahren als Nebenprodukt anfallende Ammoniak sehr unrein und kaum für eine Weiterverwendung geeignet

Das bei der Umsetzung als Zwischenprodukt erhaltene N-Cyclohexylammonium-N-cyclohexylsulfamat wird vorzugsweise in das Alkali- oder Erdalkalisalz der N-Cyclohexylsulfaminsäure überführt Von besonderem wirtschaftlichen Interesse sind die Natrium- oder Calciumcyclamate.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens versetzt man das Cyclohexylamin mit der wäßrigen Lösung des Salzes der schwefeligen Säure und gibt unter Rühren den perchlorierten oder perbromierten, aliphatischen Kohlenwasserstoff zu. Die Umsetzung verläuft in exothermer Reaktion. Nach kurzer Zeit beginnt Kristallausscheidung aus der anfangs klären Lösung. Die so erhaltenen, schwer wasserlöslichen Kristalle stellen das N-Cyclohexylammonium-N-cyclohexylsulfamat dar. Dieses Salz kann in bekannter Weise in die freie Säure oder das Cyclamat überführt werden. Das bei der Umsetzung zurückbleibende Cyclohexylamin kann ohne vorhergehende Reinigung für eine erneute Sulfonierung eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann gegenüber bekannten Verfahren wesentlich kostensparender durchgeführt werden, da bei den bekannten Verfahren teurere Ausgangsmaterialien, wie etwa Aminosulfonsäure, erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch dahingehend wirtschaftlich, daß es kürzere Reaktionszeiten ermöglicht und ohne zusätzliche Wärmezufuhr auskommt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

0,19 kg (1 Mol) Na₂S₂O₅ (entsprechend 0,208 kg (2 Mol) NaHSO₃) werden in 11 Eiswasser gelöst und unter Rühren mit 0,41 kg (4,14 Mol) Cyclohexylamin versetzt ,

Nach Beendigung des Neutralisationsvorganges werden 0,32 kg (2,08 Mol) Tetrachlorkohlenstoff bei 25° C unter Rühren in die Lösung getropft. Nach kurzer Zeit beginnt die Kristallausscheidung, die nach etwa 5 Stunden beendet ist.

Die Kristalle werden abgenutscht und mit 0,11 Eiswasser nachgewaschen. Nach dem Trocknen werden 0,31 kg N-Cyclohexylammonium-N-cyclohexylsulfamst abzüglich 0,01 kg Wasser, entsprechend 54% d.Th. (Schmelzpunkt 195°C), erhalten. Aus der Mutterlauge lassen sich nach Eindampfen weitere 0,14 kg Produkt abzüglich 0,004 kg Wasser gewinnen. Die Ausbeute beträgt somit insgesamt 78,4% d.Th., berechnet auf das eingesetzte Natriumpyrosulfit.

Die insgesamt erhaltene Substanzmenge von 0,450 kg N-Cyclohexylammonium-N-cyclohexylsulfamat (Trokkensubstanzgehalt 0,436 kg) wird in ca. 4,31 destilliertem Wasser suspendiert und die Suspension unter ständigern Rühren bis zum Sieden erhitzt, wobei eine klare Lösung entsteht.

Die noch heiße Lösung wird über eine auf ca. 90°C beheizte Kationenaustauscher-Säule in H+-Form gegeben. Die Säule wird mit ca. 0,8 1 heißem Wasser nachgewaschen.

Das vereinigte Eluat wird in einem Rotationsverdampfer bis zur beginnenden Kristallisation eingeengt. Der Destillationsrückstand wird auf 5° C gekühlt und abgenutscht Das Filtrat wird abermals eingeengt, auf 5° C gekühlt und abgenutscht.

Die vereinigten Filterkuchen werden im Vakuum bei 40°C getrocknet. Es werden 0,275 kg N-Cyclohexylsulfaminsäure (Schmelzpunkt 168,5⁰C), entsprechend 98,0% d.Th., bezogen auf die eingesetzte Trockensubstanz, erhalten. Die Endausbeute beträgt daher 76,8% d.Th., berechnet auf das eingesetzte Natriumpyrosulfit.

55 Beispiel 2

0,222 kg (1 Mol) Kaliumdisulfit, entsprechend 0,24 kg (2 Mol) KHSO₃, werden in 1 1 Eiswasser gelöst. Die Lösung wird unter Rühren mit 0,21 kg Cyclohexylamin versetzt. Nach Beendigung des Neutralisationsvorganges wird der Lösung ein Gemisch von 0,2 kg Cyclohexylamin (insgesamt 4,14 Mol) und 0,32 kg (2,08 Mol) Tetrachlor-

IWIlIbIIi]IVIl UlItVI IVUlll W»» l*lll«jUgV Ll \J^Jl t.

Nach Stehenlassen des Ansatzes über Nacht im Kühlschrank wird das kristalline Produkt abzentrifugiert und mit 0,1 1 Eiswasser nachgewaschen. Nach dem Trocknen werden 0,34 kg wasserfreies Produkt mit einem Schmelzpunkt von 194,5°C (61,1% d.Th.) erhalten. Die Mutterlauge wird für einen zweiten Ansatz als Lösungsmittel für Kaliumsulfit verwendet und das Verfahren, wie oben beschrieben, wiederholt. Die Gesamtausbeute beträgt dann 0,478 kg wasserfreies N-Cyclohexylammonium-N-cyclohexylsulfamat (83% d.Th.), bezogen auf das eingesetzte Kaliumsulfit

0,417 kg (1,5 Mol) des so gewonnenen Produktes werden in 2 1 Wasser suspendiert. Dann wird die Suspension

mit einer Natronlaugelösung, die durch Auflösen von 0,060 kg (1,5 Mol) Natriumhydroxid in 21 Wasser zubereitet wurde, versetzt Das frei gewordene Cyclohexylamin wird quantitativ abdestilliert und der Destillationsrückstand bis zur beginnenden Kristallisation eingeengt Nach Abkühlen auf 5° C wird der Kristallbrei abzentrifugiert und die Mutterlauge abermals eingeengt Nach Abkühlen auf 5° C wird eine weitere Fraktion an Natriumcyclamat gewonnen. Die Gesamtauübeute an Natriumcyclamat beträgt nach Trocknung im Vakuum bei höchstens 60⁰C 0,300 kg. Dies entspricht 99,5% dTh., bezogen auf das eingesetzte N-Cyclohexylammonium-N-cyclohexylsulfamat Die Gesamtausbeute, bezogen auf das eingesetzte Kaliumsulfit entspricht 85,5% dTh. Das Destillat enthält aufgrund von titrimetrischen Gehaltsbestimmungen 0,098 kg Cyclohexylamin, d h. 99% d.Th, bezogen auf das eingesetzte N-Cyclohexylammonium-N-cyclohexylsulfamat

Beispiel 3

Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß anstelle des Tetrachlorkohlenstoffs 0,5 kg (1,05 Mol) Perchlorethan verwendet wird, das in fester Form zudosiert wird. Ausbeute und Reinheit des erhaltenen Reaktionsproduktes sind vergleichbar mit den Angaben in Beispiel 1.

0,220 g des so gewonnenen, trockenen N-Cyclohexylammonium-N-cyclohexylsulfamats (0,8 Mol) werden in 2 1 destilliertem Wasser suspendiert 0,030 kg Calciumhydroxid (0,4 Mol) werden der Suspension zugegeben und das frei gewordene Cyclohexylamin durch Wasserdampfdestillation entfernt Nach der üblichen Aufarbeitung werden 0,150 kg Calciumcyclamat d h. 94,7% dTh, berechnet auf das eingesetzte N-Cyclohexylammonium-N-cydohexylsulfamat erhalten. Auf dit eingesetzte Menge Natriumpyrosulfit (0,095 kg = 0,5 MolXentsprechend 0,104 kg(l Mol) NaHSO₃) beträgt die Endausbeute 75,7% dTh.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von N-Cyclohexylsulfaminsäure bzw. deren Metallsalzen durch Sulfonierung von Cyclohexylamin, dadurch gekennzeichnet daß man

a) Cyclohexylamin mit einer wäßrigen Lösung eines Salzes der schwefligen Säure und einem perchlorierten oder pcrbromierten, aliphatischen Kohlenwasserstoff, der jeweils ϊ oder 2 Kohlenstoffatome aufweist, bei einer Temperatur von 0 bis 35° C umsetzt, und

b) das erhaltene N-Cyclohexylammonium-N-cyclohexylsulfamat in an sich bekannter Weise in die N-Cyclohexylsulfaminsäure bzw. deren Metallsalze überführt

ίο

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Stufe a) bei einem

pH-Wert zwischen 8 und 11 durchführt

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Stufe a) bei einem pH-Wert zwischen 10 und 11 durchführt

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Stufe a) mit Cyclohexylamin in einer Menge von mindestens 2, vorzugsweise 2,2 Mol, pro Mol Salz der schwefeligen Säure, durchführt

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß man Tetrachlorkohlenstoff als perchlorierten, aliphatischen Kohlenwasserstoff einsetzt