DE891259C

DE891259C - Process for the hydrolysis of hydantoins

Info

Publication number: DE891259C
Application number: DED5303A
Authority: DE
Inventors: Halbert C White
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1946-11-07
Filing date: 1950-08-19
Publication date: 1953-09-28

Description

Verfahren zur Hydrolyse von. Hydantoinen Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von a-Aminomonocarbonsäuren oder ihrer Alkalisalze aus Hydantoinen der allgemeinen Formel in der R und R' Wasserstoff oder ein einwertiges organisches Radikal darstellen, das mit einem Kohlenstoffatom am Hydantoinkern haftet. Es erstreckt sich besonders auf die Herstellung von Aminosäuren, wie Tryptophan und Methionin, die bei gewöhnlicher Temperatur nur wenig in Wasser löslich sind. Das Verfahren der Erfindung gestattet eine geeignete und wirtschaftliche Produktion von a-Aminomonocarbonsäuren, besonders solcher, die nur wenig in Wasser löslich sind, nach einem stetigen Verfahren.Process for the hydrolysis of. Hydantoins The invention relates to an improved process for the preparation of α-aminomonocarboxylic acids or their alkali salts from hydantoins of the general formula in which R and R 'represent hydrogen or a monovalent organic radical which is attached to the hydantoin nucleus with a carbon atom. It particularly extends to the production of amino acids such as tryptophan and methionine, which are only sparingly soluble in water at ordinary temperatures. The process of the invention permits suitable and economical production of α-aminomonocarboxylic acids, especially those which are only sparingly soluble in water, by a continuous process.

Es ist bekannt, daß Hydantoine, die man einer Hydrolyse unterwirft, beispielsweise mit einer wäßrigen Alkalilösung, langsam unter Bildung einer Reihe von Zersetzungs- und Hydrolyseprodukten reagieren, wobei eine entsprechende Hydantoinsäure als Anfangsprodukt und eine a-Aminomonocarbonsäure als eines der darauffolgenden Produkte gebildet wird. Derartige Hydrolysen wurden bisher durch Erhitzen bei Atmosphärendruck ausgeführt, und zwar ein Hydantoin zusammen mit einer wäßrigen Lösung eines hydrolysierenden Mittels, wie Schwefelsäure, Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Bariumhydroxyd oder Kaliumhydroxyd. Infolge der langen Erhitzungsperioden,- besonders bei- Gebrauch von- alkalischen Hydrolysiermitteln, die erforderlich sind, um einen wesentlichen Betrag an a-Aminomonocarbonsäure zu bilden, ist eine derartige Hydrolyse, wie sie bisher ausgeführt wurde, infolge niedriger Ausbeute an Arninomonocarbonsäure und infolge Schwierigkeiten, die beim Reinigen des Rohproduktes auftreten, nicht als ein für die Herstellung von-a-Aminosäuren geeignetes Verfahren anzusehen.It is known that hydantoins, which are subjected to hydrolysis, for example with an aqueous alkali solution, slowly to form a series of decomposition and hydrolysis products react, with a corresponding hydantoic acid as an initial product and an α-aminomonocarboxylic acid as one of the subsequent ones Products is formed. Such hydrolyses have hitherto been carried out by heating at atmospheric pressure carried out, namely a hydantoin together with an aqueous solution of a hydrolyzing Means, such as sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, barium hydroxide or Potassium hydroxide. As a result of the long periods of heating - especially when using - alkaline Hydrolyzing agents which are required to remove a substantial amount of α-aminomonocarboxylic acid to form is due to such hydrolysis as heretofore carried out low yield of amino monocarboxylic acid and as a result of difficulties in Purification of the crude product does not occur as a for the production of -a-amino acids appropriate procedure to be considered.

Es ist nun festgestellt worden, daß Alkaliverbindungen, insbesondere Alkalihydroxyde oder -carbonate zur Hydrolyse von Hydantoinen benutzt werden können, um entsprechende a-Aminomonocarbonsäuren oder deren Alkalisalze schnell und in ausgezeichneter Ausbeute zu gewinnen, unter der Voraussetzung, daß die Hydrolyse bei überatmosphärischem Drück ausgeführt wird, und zwar bei Temperaturen- von über z30°, beispielsweise zwischen 140 und 300°. Die Anwendung dieser erhöhten Temperaturen und Drücke ergibt nicht nur einen vermehrten Umsatz. bei der. Hydrolyse über den, der bei Atmosphärendruck erzielt werden kann, sondern die Erhöhung von Hydrolysetemperatur und Druck ergibt entgegen der Erwartung eine verbesserte Ausbeute an a-Aminomonocarbonsäure.It has now been found that alkali compounds, in particular Alkali hydroxides or carbonates can be used for the hydrolysis of hydantoins, to corresponding a-aminomonocarboxylic acids or their alkali salts quickly and in excellent form Gain yield, provided that the hydrolysis at superatmospheric Pressure is carried out, at temperatures of over z30 °, for example between 140 and 300 °. The application of these elevated temperatures and pressures results not just increased sales. in the. Hydrolysis via the one at atmospheric pressure can be achieved, but the increase in hydrolysis temperature and pressure results contrary to expectations, an improved yield of α-aminomonocarboxylic acid.

Es -wurde weiterhin gefunden,- daß eine derartige Hydantoinhydrolyse mit einem wäßrigen Alkalihydroxyd oder -carbonat in geeigneter Weise kontinuierlich ausgeführt werden kann, beispielsweise durch Hindurchleiten der Hydrolysemischung durch einen rohrförn-iigen Autoklav. Bezüglich dieses Punktes kann angeführt werden,- daß bei Hydrolysebedingungen, wie sie die Erfindung erfordert, die Reaktion in einem so ausreichend schnellen Maße vor sich geht, daß es möglich ist, däß nahezu die- gesamte Reaktion während eines einzigen Durchgangs durch einen rohrförmigen Autoklav von üblicher Länge abläuft, daß ferner die Hydrolysemischung wesentlich nicht korrodierend auf übliche Baumetalle, z. B. Eisen oder Stahl, einwirkt und daß die Hydrolyse eines Hydantoins mit wäßrigem Alkalihydroxyd oder -carbonat die Bildung einer Fällung nicht bedingt und daher keine Neigung besteht, daß sich der Autoklav verstopft.It has also been found that such hydantoin hydrolysis with an aqueous alkali hydroxide or carbonate in a suitable manner continuously can be carried out, for example by passing the hydrolysis mixture through through a tubular autoclave. Regarding this point it can be stated, that under hydrolysis conditions, as required by the invention, the reaction in one so fast enough that it is possible that almost the complete reaction in a single pass through a tubular autoclave of the usual length that, furthermore, the hydrolysis mixture is essentially non-corrosive on common construction metals, e.g. B. iron or steel, acts and that the hydrolysis of a Hydantoin with aqueous alkali hydroxide or carbonate cause the formation of a precipitate not conditional and therefore there is no tendency for the autoclave to become clogged.

Es wurde weiterhin gefunden, daß, obgleich- der-Hydrolysevorgang der Erfindung dazu benutzt werden kann, ein beliebiges Hydantoin zwecks Bildung von a-Aninomonocarbonsäure in guter Ausbeute zu hydrolysieren, dieses Verfahren von besonderem Vorteil ist, wenn es bei der Hydrolyse von Hydantoinen benutzt wird, welche Aminosäuren liefern, die in freiem Zustand in Wasser wenig löslich sind, d. h. die gesättigte wäßrige Lösungen von weniger als 5 °/o bei 25° bilden. Die Hydrolyse läuft auf die Bildung einer wäßrigen Lösung eines Alkalisalzes der Aminosäure und eines Alkalicarbonats sowie anderer anorganischer Salze, z. B. Natriumchlorid oder Kaliumchlorid, hinaus, wenn entsprechende Materialien in den Ausgangsprodukten zugegen waren.It has also been found that, although the hydrolysis process Invention can be used, any hydantoin for the purpose of forming To hydrolyze α-amino monocarboxylic acid in good yield, this method of it is particularly advantageous if it is used in the hydrolysis of hydantoins, which provide amino acids that are sparingly soluble in water in the free state, d. H. which form saturated aqueous solutions of less than 5% at 25 °. the Hydrolysis results in the formation of an aqueous solution of an alkali salt of the amino acid and an alkali carbonate as well as other inorganic salts, e.g. B. sodium chloride or potassium chloride, if appropriate materials in the starting products were present.

Während die Aminosäure in freier Form in Wasser nur wenig löslich ist, kann sie durch Behandeln mit alkalischer Hydrolysemischung mit einer Säuremenge, die hinreichend ist, um sie wesentlich zu neutralisieren, beispielsweise auf einen pn-Wert zwischen 5 und 8 -zu bringen, gefällt werden. Die gefällte Aminosäure kann abgetrennt, aus dieser die Mutterlauge ausgewaschen und das Produkt getrocknet werden. Man erhält es in ausgezeichneter Ausbeute und in hoher Reinheit. Ist dagegen die freie Aminosäure in Wasser sehr löslich, so ist eine derartige Fällung durch Neutralisation der Hydrolysemischung nicht möglich. Die Wiedergewinnung des kristallinischen Alkalimetallsalzes der Aminosäure in reiner- Form durch fraktionierte Kristallisation aus der Hydrolysemischung ist an sich möglich, aber schwer zu bewerkstelligen.While the amino acid is only sparingly soluble in water in its free form it can be removed by treating with an alkaline hydrolysis mixture with an amount of acid which is sufficient to essentially neutralize them, for example on one pn value between 5 and 8 - to be precipitated. The precipitated amino acid can separated, washed out of this, the mother liquor and the product dried. It is obtained in excellent yield and in high purity. On the other hand, is that Free amino acid is very soluble in water, so such a precipitation is by neutralization the hydrolysis mixture is not possible. The recovery of the crystalline alkali metal salt the amino acid in pure form by fractional crystallization from the hydrolysis mixture is possible in itself, but difficult to accomplish.

Es wurde auch gefunden, daß eine wasserlösliche Aminosäure aus einer alkalischen Hydrolysemischung dadurch gewonnen werden kann, daß man diese mit einer niederen aliphatischenCarbonsäure, z. B. Ameisensäure, Propionsäure oder vorzugsweise Essigsäure in ausreichenden Beträgen, um die Mischung annähernd . neutral oder leicht sauer zu machen, versetzt, darauf die Mischung wesentlich zur Trockne verdampft und das Salz, z.B. Natrium- oder Kaliumacetat, mit Methanol extrahiert, so daß die Aminosäure ungelöst zurückbleibt. Ein derartiges Verfahren zur Gewinnung einer kristallinischen wasserlöslichen Aminosäure aus einer Hydrolysemischung ist bei weitem weniger bequem als die obenerwähnte Fällungsmaßnahme, die bei der Gewinnung wenig löslicher Aminosäuren aus einer Hydrolysemischung angewendet werden kann. Überdies wurde im allgemeinen beobachtet, °daß die Ausbeute an kristallisierter Aminosäure höher .ist, wenn die Aminosäure, die bei der Hydrolyse erhalten wird, wenig in Wasser löslich ist, als wenn sie stark löslich ist. Ob dies der Differenz der Ausbeuten an Salzen der Aminosäuren, die bei den Hydrolysereaktionen gebildet werden, zuzuschreiben ist oder der Unmöglichkeit, eine wesentlich vollständige Gewinnung leicht löslicher freier Aminosäuren als kristallinischer Produkte zu erzielen, ist nicht bekannt.It has also been found that a water-soluble amino acid consists of a alkaline hydrolysis mixture can be obtained that this with a lower aliphatic carboxylic acid, e.g. B. formic acid, propionic acid or preferably Acetic acid in sufficient amounts to approximate the mixture. neutral or light to make acidic, added, then the mixture evaporated to dryness and the salt, e.g., sodium or potassium acetate, extracted with methanol so that the Amino acid remains undissolved. One such method of obtaining a crystalline water-soluble amino acid from a hydrolysis mixture is far less convenient than the above-mentioned precipitation measure, the one in the recovery of sparingly soluble amino acids can be applied from a hydrolysis mixture. Moreover, in general observed that the yield of crystallized amino acid is higher if the Amino acid obtained by hydrolysis is less soluble in water than if it is highly soluble. Whether this is the difference in the yields of salts of the amino acids, which are formed in the hydrolysis reactions, or the impossibility of a substantially complete recovery of easily soluble free amino acids than crystalline ones Achieving products is not known.

Beispiele für Hydantoine, die entsprechend den _ Angaben der Erfindung hydrolysiert werden können, sind Hydantoin selbst, 5-Methylhydantoin, 5, 5-Diiriethylhydantöin, g-Äthylhydantoin, 5, 5-Diäthylhydantoin, 5-Propylhydantoin, 5-Isobutylhydantoin, 5-Phenylhydantoin, 5-Isopropylhydantoin, 5-Butylhydantoin, 5-sek.-Butylhydantoin, 5-Benzylhydantoin, 5-(P-Methylmercäptoäthyl)-hydantoin, 5-(3-Indolylmethyl)-hydantoin usw: Die Erfindung befaßt sich besonders mit der Hydrolyse von 5-(ß-Methylmercaptoäthyl)-hydantoin und 5-(3-Indolylmethyl)-hydantoin, um die entsprechenden wenig löslichen Aminosäuren, dl-Methionine und dl-Tryptophane zu gewinnen.Examples of hydantoins, which according to the _ data of the invention hydantoin itself, 5-methylhydantoin, 5, 5-diiriethylhydantoin, g-ethylhydantoin, 5, 5-diethylhydantoin, 5-propylhydantoin, 5-isobutylhydantoin, 5-phenylhydantoin, 5-isopropylhydantoin, 5-butylhydantoin, 5-sec-butylhydantoin, 5-benzylhydantoin, 5- (P-methylmercaptoethyl) -hydantoin, 5- (3-indolylmethyl) -hydantoin etc: The invention is particularly concerned with the hydrolysis of 5- (ß-methylmercaptoethyl) hydantoin and 5- (3-indolylmethyl) hydantoin to form the corresponding slightly soluble amino acids, to win dl-methionine and dl-tryptophane.

Die Hydrolyse eines Hydantoins entsprechend der Erfindung kann chargenweise oder kontinuierlich ausgeführt werden. Wenn man chargenweise arbeitet, wird eine Bombe oder ein Autoklav mit einer Mischung der zuvor angeführten Hydantoine und einer wäßrigen Lösung eines Alkalihydroxyds oder -carbonats, z. B. NaOH, K O H, Nag C 03 oder K2 C 03 beladen. Die wäßrige Alkalilösung kann jede gewünschte Konzentration aufweisen, enthält aber gewöhnlich zwischen 2 und ro Gewichtsprozent Alkali. 2 oder mehr, vorzugsweise 2 bis q. Molekularäquivalente Alkali werden üblicherweise auf i Mol Hydantoin gebracht, aber das Alkali kann in etwas kleineren Anteilen oder in gerade dem gewünschten Verhältnis angewandt werden.The hydrolysis of a hydantoin according to the invention can be carried out batchwise or run continuously. If you work in batches, a Bomb or an autoclave with a mixture of the aforementioned hydantoins and an aqueous solution of an alkali hydroxide or carbonate, e.g. B. NaOH, K O H, Load Nag C 03 or K2 C 03. The aqueous alkali solution can be any desired concentration have, but usually contains between 2 and ro weight percent alkali. 2 or more, preferably 2 to q. Molecular equivalents are alkali usually brought to 1 mole of hydantoin, but the alkali can be in slightly smaller amounts Proportions or in just the ratio desired.

Die Mischung wird in der geschlossenen Bombe oder dem Autoklav bei Temperaturen oberhalb 13o°, beispielsweise bei 13o bis 300°, erhitzt, bis die Hydrolyse nahezu vollständig ist. Da die Hydrolyse, bei der ein Aminocarbonsäuresalz gebildet wird, mit der Bildung eines Moläquivalents Ammoniak auf i Mol verbrauchtes Hydantoin verknüpft ist, kann der Verlauf der Reaktion jederzeit dadurch festgestellt werden, daß man einen bestimmten Anteil des Reaktionsgemisches abzieht und den Ammoniakgehalt desselben bestimmt. Arbeitet man bei einer Temperatur von 15o°, so wird die Reaktion in einer halben Stunde nahezu vollständig sein. Bei höheren Temperaturen kann sie in kürzerer Zeit, z. B. unter Umständen in etwa i Minute, abgeschlossen sein. Die Mischung wird vorteilhaft gekühlt, z. B. auf unter i3o°, und zwar so bald wie möglich nach Abschluß der Hydrolyse, da ein längeres Erhitzen die Zersetzung eines Teils des Produktes zur Folge haben kann. Nach Beendigung der Reaktion wird die Mischung mit einem Entfärbungsmittel behandelt, z. B. mit Aktivkohle oder einer Bleicherde, und filtriert. In Fällen, in denen das der Hydrolyse unterworfene Hydantoin Aminosäure bildet, die in freier Form in Wasser wenig löslich ist, wird das Filtrat auf einen pu-Wert von 5 bis 8, vorzugsweise von 6 bis 7,5, gebracht, und zwar durch Behandlung mit einer Säure, beispielsweise mit Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Essigsäure usw., wobei die Aminosäure in freier Form gefällt wird. Die Fällung wird z. B. durch Filtration abgetrennt, die anhaftende Mutterlauge abgewaschen und getrocknet. Das so erhaltene Produkt, eine kristallisierte Aminosäure, ist gewöhnlich von ausgezeichneter Reinheit.The mixture is placed in the closed bomb or the autoclave Temperatures above 130 °, for example at 130 to 300 °, heated until the hydrolysis is almost complete. Because the hydrolysis in which an aminocarboxylic acid salt is formed becomes, with the formation of one molar equivalent of ammonia per 1 mol of hydantoin consumed is linked, the course of the reaction can be determined at any time by that one subtracts a certain proportion of the reaction mixture and the ammonia content the same determined. If you work at a temperature of 150 °, the reaction will be almost complete in half an hour. At higher temperatures it can in less time, e.g. B. may be completed in about i minute. the Mixture is advantageously cooled, e.g. B. to below i3o °, and as soon as possible after hydrolysis is complete, as prolonged heating causes decomposition of a part of the product. After the completion of the reaction, the mixture becomes treated with a decolorizing agent, e.g. B. with activated charcoal or a fuller's earth, and filtered. In cases where the hydantoin subjected to hydrolysis is an amino acid forms, which is sparingly soluble in water in free form, the filtrate is on a pu value from 5 to 8, preferably from 6 to 7.5, brought about by treatment with an acid, for example with hydrochloric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, Acetic acid, etc., the amino acid being precipitated in free form. The precipitation will z. B. separated by filtration, washed off the adhering mother liquor and dried. The product thus obtained, a crystallized amino acid, is usually excellent Purity.

Wenn das der Hydrolyse unterworfene Hydantoin eine Aminosäure von ziemlich hoher Löslichkeit in Wasser ergibt, so wird die rohe Hydrolysemischung durch Behandlung mit einer niederen aliphatischen Carbonsäure, vorzugsweise mit Essigsäure neutralisiert und die Mischung vorzugsweise unter Vakuum wesentlich bis zur Trockne verdampft. Als Rückstand wird die Aminosäure erhalten, die nur wenig in, Methanol löslich ist, sowie Salze, wie Natriumacetat oder Kaliumacetat, die in Alkohol leichter löslich sind. Die Salze werden aus dem Rückstand mit einem niederen aliphatischen Alkohol ausgezogen, vorzugsweise mit Methanol, und es hinterbleibt die kristallinische Aminosäure in gereinigter Form.When the hydantoin subjected to hydrolysis is an amino acid of gives rather high solubility in water, so will the crude hydrolysis mixture by treatment with a lower aliphatic carboxylic acid, preferably with Acetic acid neutralized and the mixture is preferably substantially up to under vacuum evaporated to dryness. As a residue, the amino acid is obtained, which is only a little in, methanol is soluble, as well as salts, such as sodium acetate or potassium acetate, which are more soluble in alcohol. The salts are from the residue with a lower Aliphatic alcohol is extracted, preferably with methanol, and it remains the crystalline amino acid in purified form.

Die Herstellung einer Aminosäure nach einem kontinuierlichen Verfahren entspricht der soeben beschriebenen, ausgenommen, daß die Hydrolyse dadurch bewirkt wird, daß das wäßrige, aus einer Mischung von Hydantoin und Alkalihydroxyd oder -carbonat bestehende Hydrolysegemisch bei einem Druck, der ausreicht, um dieses größtenteils oder vollständig in flüssiger Form zu erhalten, durch einen Autoklav von vorzugsweise rohrförmiger Konstruktion geführt wird, wobei die Mischung auf Temperaturen oberhalb von 13o° erhitzt wird. Die Mischung fließt über ein Druckreduzierventil aus dem Autoklav ab. Vorzugsweise wird die Mischung gekühlt, z. B. während des Durchflusses durch einen Endabschnitt des rohrförmigen Autoklavs, und zwar auf eine Temperatur von ioo° und darunter, bevor der Druck herabgesetzt wird. Doch kann die Mischung aus dem Autoklav ausströmen, während sie sich noch auf der Hydrolysetemperatur befindet, in welchem Fall die in der Mischung gespeicherte Wärme eine Verdampfung von Flüssigkeit verursacht und eine Konzentration der Aminosäure bewirkt. Die Maßnahmen zur Gewinnung der kristallinischen Aminosäure aus der Hydrolysemischung sind die gleichen, wie sie bei der chargenweisen Ausführung des Verfahrens getroffen werden.The production of an amino acid by a continuous process corresponds to that just described, except that it causes hydrolysis is that the aqueous, from a mixture of hydantoin and alkali hydroxide or -carbonate existing hydrolysis mixture at a pressure that is sufficient to this Obtain largely or entirely in liquid form by means of an autoclave of preferably tubular construction is performed, the mixture on Temperatures above 13o ° is heated. The mixture flows through a pressure reducing valve from the autoclave. Preferably the mixture is cooled, e.g. B. during the flow through an end portion of the tubular autoclave to a temperature of 100 ° and below before the pressure is released. But the mix can flow out of the autoclave while it is still at the hydrolysis temperature, in which case the heat stored in the mixture causes an evaporation of liquid and causes a concentration of the amino acid. The measures for extraction the crystalline amino acid from the hydrolysis mixture are the same as they are taken when carrying out the process in batches.

Die folgenden Beispiele beschreiben Ausführungsformen, bei denen das Prinzip der Erfindung angewandt worden ist und erläutern gewisse Vorzüge der Erfindung. Beispiel 1 Bei jedem einzelnen Experiment einer Versuchsreihe wird eine Mischung von I Mol 5-(3-Indolylmethyl)-hydantoin und 3,2 Mol Natriumhydroxyd, vorliegend als verdünnte wäßrige Lösung von Natriumhydroxyd, mit einer Konzentration von annähernd q. %, auf die Reaktionstemperatur erhitzt. Die Einzelexperimente unterschieden sich bezüglich der Temperatur und der Zeitdauer des Erhitzens. Bei einem Experiment wurde die Mischung auf Siedetemperatur erhitzt und am Rückflußkocher bei atmosphärischem Druck während einer Zeitdauer von 16 Stunden behandelt. Bei jedem der anderen Experimente wurde die Mischung in einer Stahlbombe unter Bewegen des Inhalts bei Eigendruck erhitzt. Darauf wurde jede Mischung auf unter ioo° abgekühlt, in der Wärme beispielsweise bei etwa 8o bis go° mit einer geringen Menge Aktivkohle zur Entfernung gefärbter Verunreinigungen behandelt und filtriert. Das Filtrat wurde mit Essigsäure neutralisiert und hierbei Tryptophan gefällt. Die Fällung wurde durch Filtration abgetrennt, mit Alkohol gewaschen und getrocknet. Das Produkt wurde gewogen und sein Schmelzpunkt bestimmt. Tabelle I führt Zeit und Temperatur des Erhitzens bei Ausführung der einzelnen Hydrolysen an, ferner die Ausbeute an Tryptophan, berechnet auf die Menge an 5-(3-Indolylmethyl)-hydantoin im Ausgangsmaterial und den Schmelzpunkt des kristallinen Tryptophans. Rein schmilzt dl-Tryptophan bei etwa 283 bis 286°. Tabelle I Hydrolysebedingungen Tryptophan Zeit I Tem I °#o Druck Aus- Schmelz- peratur I beute Punkt 16 Std. 1o5° Atmosphäre 75,5 275° 2 Std. 13o° Eigendruck 57,8 27q.° 40 Min. i5o° Eigendruck go,o 282 bis 28q.° Beispiel 2 Eine Reihe von Experimenten, ähnlich denen nach Beispiel i, wurde mit dem Unterschied ausgeführt, daß das der Hydrolyse unterworfene Hydantoin das 5-(ß-Methylmercaptoäthyl)-hydantoin und die Aminosäure dl-Methionin war, die rein bei etwa 28z° schmilzt. Tabelle II führt die Bedingungen der Zeit und Temperatur an, unter denen j ede Hydrolyse ausgeführt würde, ferner die Ausbeute an dl-Methiönin, berechnet auf die Menge an 5-(ß-Methylmercaptoäthyl)-hydantoin, die der Hydrolyse unterworfen wurde und den Schmelzpunkt des Methionins. Tabelle II Hydrolysebedingungen Methionin Tem- °/o Aus Schmelz- Zeit 1 peratur Druck beute I Punkt 16 Std. 1o5° Atmosphäre 48,o , 230° 25 Min. 15o° Eigendruck 74,0 264 bis 267° 1o Min. x65° (Eigendruck 74,3 270° Beispiel 3 Bei jedem der beiden Experimente wurde ein Mol 5-(3-Indolylmethyl)-hydantoin vermischt mit 3,2 Mol Alkali in Form einer wäßrigen Lösung von annähernd 1,o5 molarer Konzentration, beispielsweise 1,05 Gramm Alkali auf den Liter an wäßriger Lösung. Die bei den entsprechenden Experimenten benutzten Alkalien waren Natriumcarbonat und Kaliumhydroxyd. Bei jedem Experiment wurde die Hydrolysenmischung unter Bewegen 3o Minuten lang in einer Bombe auf 15o° erhitzt, hierauf wurde die Bombe abgekühlt, geöffnet und das Tryptophan wurde in kristallinischer Form, wie in Beispiel 1, abgetrennt. Bei dem Experiment, bei dem Natriumcarbonat als Hydrolysiermittel benutzt wurde, betrug die Ausbeute an Tryptophan 74,4 % -der theoretischen, berechnet auf das im Ausgangsmaterial enthaltene 5-(3-Indolylmethyl)-hydantoin. Bei dem Experiment, bei dem Kaliumhydroxyd als Hydrolysiermittel gebraucht wurde, betrug die Ausbeute an Tryptophan 84,3 °/o der theoretischen.The following examples describe embodiments in which the principle of the invention has been applied and illustrate certain advantages of the invention. Example 1 In each individual experiment of a series of tests, a mixture of 1 mol of 5- (3-indolylmethyl) hydantoin and 3.2 mol of sodium hydroxide, in the present case as a dilute aqueous solution of sodium hydroxide, with a concentration of approximately q. %, heated to the reaction temperature. The individual experiments differed in terms of the temperature and the duration of the heating. In one experiment the mixture was heated to boiling temperature and refluxed at atmospheric pressure for a period of 16 hours. In each of the other experiments, the mixture was heated in a steel bomb while the contents were agitated under its own pressure. Each mixture was then cooled to below 100 °, treated with a small amount of activated charcoal to remove colored impurities in the heat, for example at about 80 to 20 °, and filtered. The filtrate was neutralized with acetic acid and tryptophan was precipitated here. The precipitate was separated off by filtration, washed with alcohol and dried. The product was weighed and its melting point determined. Table I lists the time and temperature of the heating when carrying out the individual hydrolyses, and also the yield of tryptophan, calculated on the amount of 5- (3-indolylmethyl) hydantoin in the starting material and the melting point of the crystalline tryptophan. Pure dl-tryptophan melts at around 283 to 286 °. Table I. Tryptophan hydrolysis conditions Time I Tem I ° # o Pressure From Melting temperature I booty point 16 hours 1o5 ° atmosphere 75.5 275 ° 2 hours 130 ° autogenous pressure 57.8 27q. ° 40 min. I5o ° own pressure go, o 282 to 28q. ° EXAMPLE 2 A series of experiments similar to those of Example i were carried out with the difference that the hydantoin subjected to hydrolysis was 5- (β-methylmercaptoethyl) hydantoin and the amino acid dl-methionine, which melts at about 28 ° . Table II lists the conditions of time and temperature under which each hydrolysis would be carried out, also the yield of dl-methionine calculated on the amount of 5- (β-methylmercaptoethyl) hydantoin which was subjected to the hydrolysis and the melting point of methionine. Table II Methionine hydrolysis conditions Tem- ° / o From melting Time 1 temperature pressure loot I point 16 hours 1o5 ° atmosphere 48, o, 230 ° 25 min. 150 ° autogenous pressure 74.0 264 to 267 ° 1o min. X65 ° (own print 74.3 270 ° Example 3 In each of the two experiments, one mole of 5- (3-indolylmethyl) hydantoin was mixed with 3.2 moles of alkali in the form of an aqueous solution of approximately 1.05 molar concentration, for example 1.05 grams of alkali per liter of aqueous Solution. The alkalis used in the corresponding experiments were sodium carbonate and potassium hydroxide. In each experiment, the hydrolysis mixture was heated to 150 ° in a bomb for 30 minutes with agitation, then the bomb was cooled, opened and the tryptophan was separated in crystalline form as in Example 1. In the experiment in which sodium carbonate was used as the hydrolyzing agent, the tryptophan yield was 74.4 % of the theoretical, calculated on the 5- (3-indolylmethyl) hydantoin contained in the starting material. In the experiment in which potassium hydroxide was used as the hydrolyzing agent, the tryptophan yield was 84.3 per cent of the theoretical.

Beispiel 4 Bei jeder Serie von Experimenten wurde die Mischung eines molekularen Äquivalents Hydantoin, das in Tabelle III angeführt ist, und 3,2 Mol Natriumhydroxyd als wäßrige Natriumhydroxydlösung in annähernd 4°/öiger Konzentration vorliegend, unter Bewegung während der in der Tabelle angegebenen Zeit und bei der dort angegebenen Temperatur erhitzt. Die Bombe wurde dann abgekühlt, geöffnet, das Hydrolysegemisch mit Aktivkohle behandelt und filtriert. Das Filtrat wurde mit Essigsäure neutralisiert. Die Mischung wurde dann unter Vakuum zur Trockne verdampft und der Rückstand mit Methanol gewaschen, um das Natriumacetat daraus auszuziehen. Die Tabelle gibt Art und Prozentsatz der Ausbeute an gereinigter kristallinischer Aminosäure an, die man als Rückstand nach den Waschmaßnahmen erhält. Tabelle III Hydrolysebedingungen Aminosäure Hydantoin Zeit - Tem- Art °/o Aus- peratur I beute 5-Isobutylhydantoin ...... 30 Min. z50° Leucin 84 5-(sec.-Butyl)-hydantoin .... 30 Min. 15o° Isoleucin 58 5-Methylhydantoin-......... 40 Min. 150° Alanin 65 -Beispiel 5 Bei jedem einzelnen einer Serie von Experimenten wurde 5-(3-Indolylmethyl)-hydantoin mit einer wäßrigen Natriumhydroxydlösung einer Konzentration von etwa 4 °/o zur Reaktion gebracht, und das Tryptophan wurde dann wie in Beispiels isoliert. Jede Hydrolyse wurde durch Erhitzen eines molekularen Äquivalents 5-(3-Indolylmethyl) -hydantoin mit 3,2 Mol Natriumhydroxyd vorliegend in wäßriger Lösung der soeben angeführten Konzentration in einer Bombe und unter Bewegen des Inhaltes derselben ausgeführt. Die Experimente waren bezüglich der Zeitdauer und der Temperatur des Erhitzens unterschiedlich. Die Tabelle 4 bringt Angaben über Zeitdauer und Temperatur des Erhitzens für jede Hydrolysenreaktion sowie Angaben über Ausbeute an Prozenten und Schmelzpunkte des kristallinischen dl-Tryptophans. Tabelle IV Hydrolysierbedingungen dl-Tryptophan Zeit in Schmelz- Ausbeute Minuten Temperatur Punkt in °/o 1 200° 276° 66,5 10 200° 275" 82,1 1 225° 282° 69,5 10 225° 270° 78,3 10 250° 276° 75,4 . Aus diesen Angaben ist ersichtlich, daß Ausbeute und Reinheit des Produktes -von den Bedingungen der Zeit und Temperatur abhängig. sind, die bei der Hydrolyse angewandt werden und daß, wenn man die Temperatur heraufsetzt, die Zeitdauer des Erhitzens vorteilhaft herabgesetzt werden kann. Es ist außerdem ersichtlich, daß durch Beschränkung der Reaktionszeit Temperaturen von 25o° und höher bei Ausführung der Hydrolyse zufriedensten end angewandt werden können. Durch die Ausführung der Reaktion in einem stetigen Verfahren, z. B. in einem rohrförmigen Autoklav, kann die Erhitzungszeit bequem kontrolliert werden.Example 4 In each series of experiments, the mixture of a molecular equivalent of hydantoin listed in Table III and 3.2 moles of sodium hydroxide as an aqueous sodium hydroxide solution in approximately 4% concentration was present with agitation for the times and times given in the table heated at the temperature specified there. The bomb was then cooled, opened, the hydrolysis mixture treated with activated charcoal and filtered. The filtrate was neutralized with acetic acid. The mixture was then evaporated to dryness in vacuo and the residue washed with methanol to extract the sodium acetate therefrom. The table indicates the type and percentage of the yield of purified crystalline amino acid that is obtained as a residue after the washing measures. Table III Amino acid hydrolysis conditions Hydantoin Time - Tem- Type ° / o Aus temperature I prey 5-isobutylhydantoin ...... 30 min. Z50 ° leucine 84 5- (sec-butyl) hydantoin .... 30 min. 150 ° isoleucine 58 5-methylhydantoin -... 40 min. 150 ° alanine 65 - Example 5 In each of a series of experiments, 5- (3-indolylmethyl) hydantoin was reacted with an aqueous sodium hydroxide solution at a concentration of about 4% and the tryptophan was then isolated as in Example. Each hydrolysis was carried out by heating a molecular equivalent of 5- (3-indolylmethyl) hydantoin with 3.2 moles of sodium hydroxide present in an aqueous solution of the above concentration in a bomb and stirring the contents thereof. The experiments differed in terms of the time and temperature of the heating. Table 4 provides information on the duration and temperature of the heating for each hydrolysis reaction as well as information on the percentage yield and melting points of the crystalline dl-tryptophan. Table IV Hydrolysis conditions dl-tryptophan Time in melting yield Minutes temperature point in ° / o 1 200 ° 276 ° 66.5 10 200 ° 275 "82.1 1,225 ° 282 ° 69.5 10 225 ° 27 0 ° 78.3 10 25 0 ° 276 ° 75.4 . From this information it can be seen that the yield and purity of the product depend on the time and temperature conditions. which are used in hydrolysis and that if the temperature is increased, the heating time can advantageously be reduced. It can also be seen that by limiting the reaction time, temperatures of 250 ° and higher can be most satisfactorily used when carrying out the hydrolysis. By carrying out the reaction in a steady process, e.g. B. in a tubular autoclave, the heating time can be conveniently controlled.

Beispiel 6 Eine Mischung von annähernd" 1,48 Grammol 5-(3-Indolylmethyl)-hydantoin, 3 Grammol Natriumhydroxyd und 5 kg Wasser wurde bei einem Druck von etwa 14 kg/cm2 durch einen rohrförmigen Autoklav geführt, in dem sie auf annähernd 165° erhitzt wurde. Die Mischung strömte durch ein Ventil aus dem Autoklav zu einem Kondensator, in dem sie auf unter ioo° abgekühlt wurde. Die Strömungsgeschwindigkeit war derart, daß die Kontaktzeit, also die Zeit, die erforderlich ist, damit ein kleinstes Teilchen der Mischung durch den Autoklav passiert, annähernd 1o Minuten beträgt. In dem Maße, in dem die Mischung aus dem Reaktionssystem abfließt, wurde sie mit einem geringen Betrag an Aktivkohle behandelt, filtriert und das Filtrat mit Essigsäure neutralisiert, um das Tryptophan zu fällen. Letzteres wurde durch Filtration abgetrennt, mit Äthylalkohol gewaschen und getrocknet. Man erhielt ein weißes kristallinisches dl-Tryptophan vom Schmelzpunkt 283 bis 286° in einer Ausbeute von 82,6 °/o der theoretischen, berechnet auf Grund der Menge an 5-(3-Indolylmethyl)-hydantoin, die der Hydrolyse unterworfen wurde.Example 6 A mixture of approximately "1.48 gram moles of 5- (3-indolylmethyl) hydantoin, 3 gramsol of sodium hydroxide and 5 kg of water was applied at a pressure of about 14 kg / cm2 passed through a tubular autoclave in which it is heated to approximately 165 ° became. The mixture flowed through a valve from the autoclave to a condenser, in which it was cooled to below 100 °. The flow velocity was such that the contact time, i.e. the time that is required for a smallest particle the mixture passed through the autoclave, takes approximately 10 minutes. In this scale, in which the mixture flows out of the reaction system, it became with a little Treated amount of activated carbon, filtered and the filtrate neutralized with acetic acid, to precipitate the tryptophan. The latter was separated by filtration with ethyl alcohol washed and dried. A white crystalline dl-tryptophan was obtained from melting point 283 to 286 ° in a yield of 82.6% of the theoretical, calculated on the basis of the amount of 5- (3-indolylmethyl) hydantoin that the hydrolysis was subjected.

Beispiel 7 Eine Mischung von annähernd 0,5 Grammol 5-(ß-Methylmercaptoäthyl)-hydantoin, 1,5 Grammol Natriumhydroxyd und 1,5 kg Wasser wurde bei einem Druck von etwa 14 kg/cm2 durch einen rohrförn-igen Autoklav gedrückt, in dem sie auf 165° erhitzt wurde. Die Mischung strömte durch ein Auslaßventil zu einer Kühleinheit. Die Strömungsgeschwindigkeit entsprach einer Kontaktzeit von 1o Minuten. Die Gewinnung der Aminosäure aus der Reaktionsmischung entsprach der in Beispiel 6 angewandten Methode. Weißes kristallinisches dl-Methionin mit einem Schmelzpunkt von 274 bis 275° wurde in einer. Ausbeute von 8o,6°/0 der theoretischen erhalten, berechnet auf Grund der Menge an 5-(ß-Methylmercaptoäthyl)-hydantoin, die man der Hydrolyse unterworfen hatte.Example 7 A mixture of approximately 0.5 gramol 5- (ß-methylmercaptoethyl) hydantoin, 1.5 gramol sodium hydroxide and 1.5 kg water was forced through a tubular autoclave at a pressure of about 14 kg / cm2, in which it was heated to 165 °. The mixture flowed through an outlet valve to a cooling unit. The flow rate corresponded to a contact time of 10 minutes. The recovery of the amino acid from the reaction mixture corresponded to the method used in Example 6. White crystalline dl-methionine with a melting point of 274 to 275 ° was in a. Yield of 80.6% of the theoretical obtained, calculated on the basis of the amount of 5- (β-methylmercaptoethyl) hydantoin which had been subjected to the hydrolysis.

Andere Hydantoine können nach der hier beschriebenen Methode hydrolysiert werden, um a-Aminomonocarbonsäure in guten Ausbeuten zu erhalten. Zum Beispiel kann die Erfindung bei der Hydrolyse von 5, 5-Dimethylhydantoin angewandt werden zwecks Gewinnung von a-Aminoisobuttersäure oder bei der Hydrolyse von 5-Äthyl-5-methylhydantoin, um a-Amino-a-methylbuttersäure zu erhalten usw.Other hydantoins can be hydrolyzed using the method described here to obtain α-aminomonocarboxylic acid in good yields. For example can the invention in the hydrolysis of 5, 5-dimethylhydantoin are used for the purpose Production of α-aminoisobutyric acid or in the hydrolysis of 5-ethyl-5-methylhydantoin, to obtain a-amino-a-methylbutyric acid, etc.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for the hydrolysis of hydantoins of the general formula in which R and R 'are independently hydrogen or a monovalent radical which is bonded to the hydantoin nucleus by a carbon atom, characterized in that 1 mol of hydantoin is mixed with an aqueous solution of at least 2 mol of a hydroxide of an alkali metal or a carbonate of an alkali metal heated to over 130 ° at autogenous pressure or higher pressure, for a period of time which does not significantly exceed the period of time required for the hydrolysis to proceed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the hydrolysis is continuous is carried out by applying an aqueous mixture of the hydantoin and the alkali a reaction zone is performed, in which they at autogenous pressure or above on a Reaction temperature between 130 * and 3oo ° is heated for a period of time which is sufficient to hydrolyze most of the hydantoin, but which is does not significantly exceed the time required to complete the hydrolysis is.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the hydrolysis is carried out at a reaction temperature between 140 and 25o °. q ..

procedure according to claim 1 to 3, characterized in that the reaction mixture after completion the hydrolysis is immediately cooled to a temperature below 130 °.

5. Method according to claim 1 to q., Characterized in that when the Alkali salt of a sparingly water soluble amino acid the reaction mixture for the purpose Precipitation of the amino acid cooled and brought to a p # I value between 5 and 8 will.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that as the starting material 5- (3-indolylmethyl) hydantoin is used.

7. The method according to claim 1 to 5, characterized in that 5- (ß-methylmercaptoethyl) hydantoin as the starting material is used.