-
Verfahren zur Gewinnung von in Wasser leicht löslichen Aminosäuren
Bei der Herstellung von in Wasser leicht löslichen Aminosäuren aus Nitrilen besteht
eine bekannte Schwierigkeit darin, die durch Verseifung aus den Nitrilen hervorgehende
Arnino,säure von den zwangsläufig nebenher entstehenden anorganischen -Salzen zu
trennen.
-
Man hat bereits vorgeschlagen, zur Trennung gewisser höherer Aminosäuren
von anorganischen Ammoniumsalzen Soo/oigen Al-
kohol zu verwenden, in welchem
ditese Aminosäur,en unlöslich, die Ammouiumsalze dagegen löslich sind. Dies Verfahren
dürfte indessen nur dann anwendbar sein, wenn die betreffende Aminosäure an sich
bereits in Wasser ziemlich schwer löslich ist. Dagegen versagt diese Methode bei
der Trennung in Wasser sehr leicht löslicher Aminosäuren, wie z.B. Glykokoll und
Alanin, von ihren anorganischen Begleitsalzen.
-
Man hat ferner bereits vorgeschlagen, zur Trennung des Glykokolls
vom Natriumchlorid die Tatsache zu benutzen, daß die Löslichkeit des Glykokolls
in heißem Wasser sehr erheblich zunimmt, während die Löslichkeit des Natriumchlorids
hierin nicht merklich zunimmt. Dies Verfahren, das letzten Endes auf eine fraktionierte
Kristallisation hinausläuft, 'mag bei sachgemäßer Anwendung brauchbare, Ergebnisse
liefern, erfordert jedoch Übung und Geschicklichkeit und erscheint nur da anwendbar,
wo, wie es beim Natriumchlorid der Fall ist, anorganische Salze vorliegen,
deren Wasserlöslichkeit mit steigenderTemperatur nichtodernichtwesentlich zunimmt.
Sein Anwendungsbereich ist daher nur beschränkt.
-
Endlich ist schon der Vorschlag gemacht wurden, Gemische von Glycin
und anorganischen Salz-en in der Wänne mit Glycerin, zu behandeln, in welchem, im
Gegensatz zu den anorganischen Salzen, das Glycin löslich ist. Dies Verfahren zeigt
jedoch den Übelstand, daß das Lösungsmittel teuer und seine Wiedergewinnung durch
Abdestillieren sehr umständlich ist, da. man es entweder im Vakuum oder im Heißdampfstrom
abtreiben muß. Zudem muß in beiden Fällen das Glycerin auf eine ziemlich hohe Temperatur
gebracht werden, bei welcher es nach und nach zersetzt wird, abgesehen davon, daß
diese hohe Temperatur auch für das gelöste Glycin nicht förderlich ist. Vor allem
aber ist die Lösefähigkeit auch des heißen Gly-
cerins für Glycin einerseits
nicht eben hoch, andererseits für die anorganischen Begleiter noch recht merklich,
so daß sitch auf diese Weise eine scharfe Trennung nur schwierig durchführen läßt.
-
Es wurde nun gefunden, daß diese Trennung sehr einfach mittels flüssigen
Ammoniaks durchführbar ist, da sich gezeigt hat, daß
in Wasser leicht
lösliche Aminosäuren, wie z. B. Glykokoll, in diesem leicht löslich, verschiedene
anorganische Salze darin aber unlöslich sind. Nimmt man beispielsweise die Verseifung
der Aminonitrile mit Schwefel' säure vor, so erhält man als anorganiscli#, Salz
Amm-oniumsulfat. Um die Trennung'##' durchzuführen, wird das zur. Trockne gebrachte
oder nur noch wenig Wasser enthaltende Gemisch von Ammoniumsulfat und Aminosäure
mit flüssigem Ammoniak behandelt. Dabei löst sich das Ammoniumsulfat nicht, während
die Aminosäure in, das Ammoniak geht und aus diesem durch Verdampfen des letzteren
gewonnen werden kann.
-
Die Verseifung des Aminonitrils mit Schwefelsäure macht einen großen
Überschuß hieran erforderlich -und bringt es mit sich, daß nach Neutralisation der
Schwefelsäure viel Sulfat neben -,venig Glykokoll vorliegt. Dadurch wird die Trennung,
wenn nicht geeignete Vorrichtungen für eine kontinuierliche Extraktian ange-wandt
werden, erschwert. Man kann -daher auch mit Vorteil von der Unlöslichkeit des 'Chlorlz:aliums
in - flüssigein Ammoniak zur Trennung von der Aminosäure Gebrauch mach-en.
Man verfährt dazu wie folgt: Man verseift das Aminonitril in beliebiger Konzentration
mit Salzsäure unter Verwendung eines nur geringen überschusses, wobei man die Salzsäure
gelöst oder in Gasform zusetzen kann. Die Verseifung dejs Nitrils- vollzieht sich
in der X älte oder unter gelinder Erwärmung. Die Lösung wird darauf nach
Zu-satz der Salzsäure äquivalenten Menge Kalilauge oder Kaliumcarbonat zweckmäßig
im Vakuum zur Trockne gedampft, wobei das entweichende Ammoniak au.fgefangen werden
kann. Um ein Zusammenbacken des Salzrückstandes zu vermeiden, empfiehlt jes sich,
während des Eindampfens den Salzrückstand durch Schaben o. dgl. zu bewegen. Der
aus Aminosäure und Chlorkalium bestehende Rückstand wird mit flüssigem Ammoniak
behandelt, wobei die Aminosäur-- in Lösung geht, während das Chlorkalium ungelöst
zurückbleibt. D#Ls die Aminosäure enthaltende flüssige Ammoniak wird in geeigneter
Weise abgetrennt, und- man erhält nach dem Absieden des Ammoniaks die Aminersäure
als Rückstand. Die Trennung ist eine ebenso einfache wie scharfe, bei der selbstverständlich
das Ammoniak zurückgewonnen und, wie üblich, zu 1 einer neuen Trennung benutzt
werden kann. Ebenso selbstverständlich ist es, daß -man von all-en technischen bei
der Handhabung von Ammoniak gebräuchlichen Kunstgriffen, wie Anwendung von Druck,
Temperaturgefälle, Verflüssigungsmitteln, Zusatz organischer Verdünnungsmittel usw.,
je nach Zweckmäßigkeit Gebrauch machen kann. Die folgenden Beispiele zeigen
die Einfachheit der Arbeitsweise im Zu--sammenhang mit der Aminoacetonitrilbildung
,aus Glykolsäullenitril. Das Verfahren läßt , sich auch auf andere in flüssigern
Ammeniak lösliche Aminosäuren, z. B. auf Alanin#, anwenden, um deren Trennung von
aArganischen Salzen durchzuführen. Ebenso kannmanauch die VerseifAg des Nitrils
mit anorganischen Basen vornehmen und das entstandene Aminosäuresalz durch anschließende
Behandlung mit Mineralsäure in die freie Aminosäure und mineralsaures Salz zerlegen.
-
Beispiel i 6o- etwa--950/loiges, in mehr oder weniger Wasser oder
Alkohol gelöstes Glyl,-olsäujrenitril werden durch Behandlung mit flüssigem oder
stark übersättigtem Ammoniak in geschlossenem Gefäß zu Aminoacetonitril umgesetzt.
Man läßt das Ammoniak abdunsten oder unter Druckvermin:derung-oder sonst in geeigneter
Weise absieden, verseift das rückbleibende Aminoacetonitril bzw. seine Lösung mit
einem Überschuß von Schwefelsäure in bekannter Weise unter Erhitzen am Rückfluß
und leitet nunmehr bis zur Neutralisation Ammoniak ein. Der nach beendeter Neutralisätion
ausgeschiedene Teil des Ammoniumsulfats wird abgetrennt und das Filtrat im Vakuum
völlig oder fast zur Trockne gebracht.
-
130g dieses fast trockenen Salzgemisches, welch-es etwa 5o#,o
Ammoniumsulfat neben Glykokoll enthält, werden in einem Rührautoklaven mit 2oog
flüssigem Ammoniak gut durchrnischt. DerAutoklav, welcherdurch ein Eiskältebad auf
eine Temperatur von - 15 bis - 2o' abgekühlt wird, besitzt
am Boden eine Filterplatte mit Ventil, durch welche nach öffnen des Ventils das
flüssige Ammoniak init dem gelösten Glykokoll abgezogen.werden kann. Das Ammon;umsulfat
.verbleibt mit geringen Mengen von anhaftenden Mutterlaugen auf der Filterplatte
zurück und kann mit flüssigem Ammeniak nachgewaschen werden.
-
Die filtrierte Lösung enthält etwa 25% Glykokoll, welches nach dem
Verdunsten des flüssigen Ammoniaks als lockere, schwach gelblich gefärbte Masse
zurückbleibt, süß schmeckt und kein Ammoniumsulfat enthält. Es werden 6og Glykokoll
erhalten, was einer Ausbeute von etwa 8o% entspricht.
-
Beispiel 2 Iooccm ent§prechend der Vorschrift des Beispiels i gewonnenes
56#!oiges Aminoacetonitrü werden Mit 300 ccm Salzsäure (enthaltend 8og HCl)
innerhalb einiger Stunden
unter gelindem Er-wärmen verseift. In
die Lösung wird unter Rühren di# der angewandten Salzsäure äquivalente Menge Kaliumhydroxyd
oder -carbonat in fest-er Form oder in konzentrierter Lösung eingetragen. Die Lösung
wird anschließend zur Trockne verdampft. Das Eindampfen geschiehtzwecks Wiedergewinnung
des Ammoniaks zunächst ohne Vakuum, :erst wenn alles Ammomak entwichen ist, im Vakuum,
um Zersetzung des Glykokolls zu vermeiden. Hierbei wird, um ein trockenes Pulver
als Rückstand zu erhalten, ein Schaber betätigt. Das erhaltene Pulver wird, wenn
erforderlich, noch weiterzerkleinert und in eine geschlossene Vorrichtun- übergeführt,
in welcher die Behandlung mit flüssi 'gern Ammoniak erfolgt unnd eine Abtrennung
des das Glykokoll enthaltenden flüssigen Ammoniaks vom unlöslichen Kaliunichlorid
möglich ist. Die Behandlung des Salzrückstandes mit flüssigem Ammoniak wird so lange
wiederholt, bis derselbe frei von Glykokoll ist. Der Vorgang der Extraktion kann
kontinuierlich gestaltet werden. Die anfallende Lösung wird unter Wiedergewinnung
des Ammoniaks ' absieden gelassen, wobei das Glykokoll zurückbleibt. Ausbeute:
64 - Glykokoll. Beispiel 3
759 eines etwa 950/1oigen Milchsäurenitrils
werden wie in Beispieli mittels flüssigem Ammoniak in geschlossenemGefäßzuAminopropionsäurenitril
umgesetzt. Das nach dem Abdunsten des überschüssig angewandten Ammoniaks ;erhaltene
Aminopropionsäuirenitril wird mit einem überschuß von Sch-,vefelsäure unter Erhitzen
am Rückflußkühler verseift und hierauf das Gemisch unter Zugabe von Ammoniak-wasser
bzw. Einleiten von gasförm-igem Ammoniak neutralisiert. Nach Entfernung des ausgeschiedenen
Ammoniumsulfats wird das Filtrat im Vakuum zur Trockne eingedampft. Das erhaltene
Gemisch, welches i8og Ammoniumsulfat und 8o bis gog Alanin enthält, wird in einem
verschlossenen Gefäß m-it goog flüssigem Ammoniak behandelt, wobei der Inhalt durch
ein Eiskältebad auf eine Temperatur von -15 bis -2o' abgekühlt wird. Durch die am
Boden befindliche Filterplatte wird nach öffneneines Wiitils das flüssige Ammoniak
mit dem ge-
lösten Alanin abgezogen; das zurückbleibende Salz wird mit flüssigem
Ammoniak nachgewaschen.
-
Die filtrierte Lösung hinterläßt nach dem Verdunsten des Ammoniaks
73 g Alanin, was einer Ausbeute von 82%, bezogen auf das angewandte Milchsäurenitril,
entspricht. Beispiel 4 6og eines 950,toigen Glykolsäu.r#nitrils-%verden in der im
Beispiel i beschriebenen Weise in Aminoacetonitril überführt. Dieses wird nach Entfernen
des überschüssig angewandten Ammoniaks unter gutem Rühren und Kühlen auf 20' in
400 ccm 2,5 n-Kalilau#gc eingetragen. Die Verseifung ist nach io bis 12 Stunden
beendet. Durch geringes Erwärmen und Einengen im Vakuum wird das bei der Verseifung
gebildete Ammo#niak ausgetrieben. Die ammoniakfreie, Glykokollkalium enthaltende
Lösung wird durch iooccm ion-Salzsäure neutralisiert und hierauf im Vakuum zur Trockne
gedampft. Das anfallende Salzgemisch (etwa i5og) enthält 4o bis 5o% Glykokoll und
wird, wie in Beispie12 beschrieben, mit flüssigem Ammoniak extrahiert. Nach dem
Abdunsten des Ammoniaks hinterbleibt Glykokoll. Die Ausbeute beträgt 529=-70% der
Theorie.