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Verfahren zur Darstellung von Glykokoll Bei der Reduktion von Cyanameisensäureester
mit Wasserstoff zu Aminoessigsäureester ergibt sich, sofern man die Reduktion in
neutralen Lösungen vornimmt, die Schwierigkeit, daß der entstehende Glycinester
auf den noch nicht veränderten Cyanameisensäureester bei gewöhnlicher und besonders
schnell bei erhöhter Temperatur einwirkt, wobei z. B. die Bildung von U rethan festgestellt
werden konnte. Infolgedessen ist die Ausbeute bei einer solchen Reduktion nicht
vollständig. Man kann zwar die Urethanbildung durch Arbeiten in stark saurem Mittel
ausschalten, derart, daß der Glycinester als Salz, z. B. als Hydrochlorid oder Sulfat
o. dgl., festgelegt wird. Die Anwendung starker Säuren hat aber den Nachteil, daß
alle durch solche angreifbaren Kontakte, wie z. B. Nickel, nicht mehr verwendbar
sind, so daß nur die kostspieligen, technisch unwirtschaftlichen Edelmetallkontakte
übrigbleiben.
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Es wurde nun gefunden, daß man die Reduktion auch mit Nickelkatalysatoren
in Abwesenheit von Mineralsäuren in guter Ausbeute durchführen kann, wenn man während
der Reduktion für Anwesenheit von die Aminogruppe des Glykokolls acylierenden Mitteln
sorgt. Insbesondere ist Essigsäureanhydrid ein sehr geeignetes Acylierungsmittel.
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Zur Durchführung des Verfahrens kann man sich aller bekannten Hilfsmaßnahmen,
die bei der Hydrierung angewendet werden, bedienen, insbesondere Temperatursteigerung,
Lösungs-und Verdünnungsmittel aller Art, Anwendung von Druck usw. Ebenso kann die
Reduktion in der Dampfphase durchgeführt werden und statt Essigsäureanhydrid jedes
entsprechend wirkende Acylierungsmittel dienen.
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Durch das Arbeiten auf Acetylaminoessigsäureester erreicht man ferner,
daß das Produkt in Abwesenheit anorganischer Beimengungen entsteht und daß es sich
durch Destillation leicht aus dem Reaktionsgemisch in großer Reinheit absondern
läßt, so daß auch etwaige organische Verunreinigungen bequem abzutrennen sind. Wird
jetzt die Verseifung mit Mineralsäuren durchgeführt, so enthält das Reaktionsgemisch
neben dem abgespaltenen Alkohol als sonstige organische Verunreinigung nur die gleichfalls
leicht abdestillierbare Essigsäure, worauf die Entfernung der Mineralsäure besonders
gut durchführbar ist. Die Vorteile, die hierin liegen, werden besonders deutlich,
wenn man einmal die Schwierigkeiten der Glycingewinnung aus Chloressigsäure, wobei
man organische und anorganischeVerunreinigungen gleichzeitig vom Glycin trennen
muß, hiermit vergleicht. Beispiel 1 Eine Mischung von 379 Cyanameisensäureäthylester
(Reingehalt 81,6°/o) und 8o g Essigsäureanhydrid wird in einem innen versilberten
Rührautoklaven
mit 25 g eines nach R u p e (Helvetica Chimica Acta, i [igi8], Seite 453 bis 454)
hergestellten Nickelkatalysators erhitzt und bei einem. Druck von 3o Atm. Wasserstoff
unter Rühren und Erwärmen bei etwa 145' hydriert. Bereits nach 1/2 Stunde ist die
berechnete Menge Wasserstoff aufgenommen. Die vom Nickelkontakt abfiltrierte Lösung
kann auf zweierlei Weise aufgearbeitet werden, nämlich: a) die eine Hälfte wird
im Vakuum fraktioniert destilliert, hierbei stellt der zwischen 135 und i7o° bei
2o mm übergehende und bei gewöhnlicher Temperatur vollkommen erstarrte Anteil den
Acetylaminoessigsäureäthylester dar. Die Ausbeute beträgt 13,5 g, d. i. 61,4°/o
der Theorie.
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b) Die andere Hälfte wird mit Zoo ccm 5 n-Salzsäure 12 Stunden am
Rückflußkühler gekocht. Darauf wird die Lösung im Vakuum zur Trockne eingedampft
und der Rückstand mit alkoholischer Salzsäure in Glykokollesterhydrochlorid übergeführt.
Die Ausbeute beträgt 15,8g, d.i.75%derTheorie. Das Glykokollesterhydrochlorid kann
in bekannter Weise auf Glykokoll verarbeitet werden. Beispiel Eine Mischung von
rund 103 g Cyanameisensäureäthylester (Beingehalt 87,750/u) und 1519
Essigsäureanhydridwird
imVerlauf von--'/, Stunden mit Wasserstoff unter 15 Atm. Druck bei 185 bis 1g5°
in Dampfform über einen Nickelkatalysator geleitet. Der Kontakt war in bekannter
Weise durch Tränken von Tonscherben mit reinem Nickelnitrat, Glühen an der Luft
und .Reduzieren bei 3oo° mit Wasserstoffgas hergestellt. Das Kontaktmaterial wird
in einer Schicht von 2o cm Länge in ein elektrisch erhitztes Kupferrohr von 8 qcm
Querschnitt eingefüllt. Die das Kontaktrohr verlassenden Gase werden in einer Vorlage
tief gekühlt, wobei ein nur schwach gelb gefärbtes öliges Kondensat in einer Menge
von 93,5°/o des Gewichtes der Ausgangsstoffe erhalten wird.
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Die Aufarbeitung des Kondensats kann in einer der nach Beispiel i
angegebenen Weise erfolgen. Die Verarbeitung auf Glykokollesterhydrochlorid liefert
7o0/, der theoretischen Ausbeute. Beispiel 3 Eine Mischung von 97,5 g Cyanameisensäureäthylester
(Beingehalt 82,3°/o) und 82,5 g Essigsäureanhydrid wird im Verlauf von 21/4 Stunden
mit Wasserstoff unter 1o Atm. Druck bei 18o bis igo° in Dampfform. über einen Nickelkatalysator
geleitet, der durch Reduktion von gepreßten Nickelformiatstücken (3 bis 5 mm Korngröße)
bei 3oo° hergestellt wurde. Das Kontaktmaterial wird in einer Schicht von 7 cm Länge
in ein elektrisch beheiztes Kupferrohr von 8 qcm Querschnitt eingefüllt. Die Menge
des analog Beispiel 2 , gewonnenen Kondensats beträgt 168 g, d. i. 91% des Gewichtes
der Ausgangsstoffe.
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Die wie im Beispiel = angegebene Aufarbeitung des Kondensats auf Glykokollesterhydrochlorid
liefert 61% der theoretischen Ausbeute. Beispiel 4 43o ccm Essigsäureanhydrid und
15 g eines :Mischkatalysators, der durch Fällen von Nickel-und Kupferhydroxyd (i
Mol : i Mol) und keduktion des Fällungsgemisches bei 50o° im Wasserstoffstrom dargestellt
ist, werden in einem versilberten Rührautoklaven auf 13o° unter einem. Wasserstoffdruck
von 4o Atm. aufgeheizt. 'Durch eine Druckpumpe werden in 30 Minuten 173 ccm 87%iger
Cyanameisensäureäthylester (entsprechend 15o g reinem Ester) in . gleichmäßigem
Strom eingepumpt. Der am Druckabfall zu beobachtende Wasserstoffverbrauch wird durch
Nachgeben neuen Wasserstoffes ergänzt. Kurz nach Beendigung des Esterzusatzes kommt
die Wasserstoffaufnahme zum Stillstand. Der abgekühlte Autoklaveninhalt wird durch
Filtration vom Katalysator befreit und im Vakuum fraktioniert. Es werden 1g1 g Acetylaminoessigsäureäthylester
erhalten, entsprechend 87,5% der theoretischen Ausbeute. Der Ester wird mit Wasser
bei 150 bis 170' im Druckgefäß unter gleichzeitiger Abspaltung der Acetylgruppe
verseift. Die Verseifungsprodukte (Essigester, Alkohol, verdünnte Essigsäure) werden
im Vakuum bis zur Trockne abdestilliert. Aus dem Rückstand wird in bekannter Weise
durch Alkohol das Glykokoll abgetrennt. Beispiel 5 a) 2o g Cyanameisensäureäthylester
(= 2/1o Mol) werden in Zoo ccm Dekahydronaphthalin gelöst, hierzu 30 g Phthalsäureanhydrid
(= 2/1o Mol) und 13g Nickel-Kupfer-Katalysator (s.Beispiel4)gegeben. Unter einemDruckvon4oAtm.
Wasserstoff wird bei einer Temperatur von 12o° die Hydrierung in 15 Minuten beendet,
wobei 8,51 Wasserstoff aufgenommen werden. Nach dem Öffnen des Autoklaven wird der
ausgeschiedene Phthalylglykokollsäureäthylester durch Erwärmen im Dekahydron;#phthalin
gelöst, der Katalysator abfiltriert und durch Abkühlen der Ester in schönen Nadeln
vom F. 1o5° und in einer Ausbeute von 28,4 g (= 6o,5 0/ o der Theorie) erhalten.
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b) In derselben Weise werden an Stelle des Phthalsäureanhydrids 45,2
g Benzoesäureanhydrid (= 2/1o Mol) angewandt. Als Reaktionsprodukt wird Hippursäureäthylester
in einer Ausbeute von 63% erhalten.
Über 15 g Nickel-Tonscherben-Kontakt
(nach Beispiel e hergestellt) mit einer Schichtlänge von etwa To cm wird bei 185
bis 1g5° Wasserstoff, der bei 40 bis q.5° mit Cyanameisensäureäthylesterdampf und
bei 7o bis 75° mit mindestens der gegenüber Cyanameisensäureester theoretischen
Menge Essigsäureanhydriddampf gesättigt ist, mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von etwa To 1 in der Stunde geleitet.
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Aus dem durch Tiefkühlung abgeschiedenen Kondensat erhält man mittels
fraktionierter Vakuumdestillation bei 1q.o bis 1q.3° und 15 mm Druck siedenden N-Acetylglykokollester
vom F. 442 in einer Ausbeute von 72% (berechnet auf angewandten Cyanameisensäureester).
Essigsäureanhydrids erhält man (in0/0 der theoretischen Ausbeute an Acetylaminoessigsäureäthylester)
Vorlauf (Too bis 14o°; etwa 50%ig) To,oO/o Hauptlauf (1q.5 bis 1q.8°; TooO/oig,
reinweiß, vollkommen erstarrt) 70,5% Nachlauf (15o bis 16o°; gg%ig, gelblich, vollkommen
erstarrt). . 13,o0/0 Zersetzungsrückstand .... .... 5,a0/0 b) Arbeitet man bei Zimmertemperatur,
also ohne Anwärmen, so erhält man dieselben Ergebnisse, doch dauert die Hydrierung
entsprechend länger, nämlich etwa 2 bis 3 Stunden.
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Ko