DE946709C

DE946709C - Verfahren zur Herstellung von Cystein und Isocystein

Info

Publication number: DE946709C
Application number: DEO2270A
Authority: DE
Inventors: Adolf Christian Jose Opfermann
Original assignee: ADOLF CHRISTIAN JOSEPH OPFERMA
Current assignee: ADOLF CHRISTIAN JOSEPH OPFERMA
Priority date: 1951-04-07
Filing date: 1952-04-08
Publication date: 1956-08-02

Description

Verfahren zur Herstellung von Cystein und Isocystein Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Cystein und Isocystein.
Es ist bekannt, Mercaptane aus Halogenverbindungen und Kaliumhydrosulfid darzustellen. Ferner ist auch die synthetische Gewinnung von Aminocarbonsäuren durch Umsetzung von Halogenfettsäuren mit Ammoniak oder Phthalimidkalium beschrieben und auch die Synthese von Aminocarbonsäuren aus Aminonitrilen erwähnt, die aus den entsprechenden Cyanhydrinen und Ammoniak erhalten werden.
Alle diese Verfahren berühren nicht den Gegenstand der Erfindung. Eine Kombination dieser Verfahren würde auch nicht zur Synthese von Cystein bzw. Isocystein führen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus Acrylsäure oder Acrylnitril Cystein- und Isocysteinhydrohalogenide darzustellen.

Erfindungsgemäß wird Acrylsäure mit Halogenen behandelt, die erhaltenen a, ß-Dihalogenpropionsäuren werden mit Alkalihydrosulfiden zu a-Halogen-ß-mercapto- bzw. ß-Halogen-a-mercaptopropionsäure umgesetzt und diese mit Ammoniak in Cystein- bzw. Isocystein-Hydrohalogenide übergeführt. Wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Acrylnitril als Ausgangsmaterial für die Cystein- bzw. Isocysteinsynthese verwendet, so werden die als Zwischenprodukte erhaltenen a-Amino-ß-mercapto- bzw. ß-Amino-a-mercapto-propionsäurenitrile mit Säuren oder Laugen zu den gewünschten Endprodukten verseift. Die Reaktionen lassen sich schematisch durch folgende Gleichungen darstellen, in denen Kaliumhydrosulfid als Alkalihydrosulfid verwendet wird und in denen X ein Halogen bedeutet.

HZ = CH-COOH + z X CHZX-CHX-COOH

(Acrylsäure) - (a, ß-Dihalogenpropionsäure)

-f- KSH

y Y

CH,X-CHSH-COOH CH,SH-CHX-COOH

(ß-Halogen-a-mercapto-propionsäure) (a-Halogen-ß-mercapto-propionsäure)

-E- N H, , -@- N H,

Y Y

CH,NH2-CHSH-COOH CH@SH-CHNH2-COOH

Isocystein Cystein

Analog erhält man aus Acrylnitril a-Amino-ß-mercapto-propionitril und ß-Amino-a-mercapto-propionitril, die dann mit Natronlauge oder Salzsäure zu Cystein bzw. Isocystein verseift werden.

Dieser Reaktionsverlauf war nicht mit Sicherheit vorauszusehen.
In Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Umsetzung von Acrylsäure bzw. Acrylnitril mit Halogenen unter Kühlung, zweckmäßig unter guter Eiskühlung, vorgenommen. Hierbei. ist es wichtig, das Halogen nicht zu schnell zuzugeben. Chlor kann langsam eingeleitet werden, während Brom langsam zutropfen gelassen wird. Hierbei werden gute Ausbeuten bis zu 7o % der Theorie an a, ß-Dihalogenpropionsäuren bzw. a, ß-Dihalogenpropionsäurenitrilen erhalten. Die erhaltenen a, ß-Dihalogenpropionsäuren bzw. -nitrile werden mit Alkalihydrosulfid, z. B. Kaliumhydrosulfid, in solchen organischen Lösungsmitteln behandelt, die mit den Reaktionsteilnehmern keine chemische Reaktion eingehen. Für diesen Zweck läßt sich z. B. Methanol verwenden. Hierbei werden neben den a-Halogen-ß-mercaptopropionsäuren bzw. -nitrilen die isomeren ß-Halogen-a-mercaptopropionsäuren bzw. -nitrile etwa zu gleichen Teilen erhalten. Wurde von Acrylsäure ausgegangen, so lassen sich die a-Halogen-ß-mercaptopropionsäuren oder die isomeren ß-Halogen-a-mercaptopropionsäuren direkt mit Ammoniak zu Cystein- bzw. Isocysteinhydrohalogeniden umsetzen. Das Ammoniak kann hierbei in Form seiner wäßrigen Lösung oder auch als Ammoniakgas zur Anwendung kommen.
Wurde Acrylnitril als Ausgangsverbindung gewählt, so wird das a-Halogen-ß-mercaptonitril bzw. ß-Halogen-a-mercaptonitril ebenfalls zunächst mit Ammoniakgas oder ammoniakhaltigen Lösungen zu den entsprechenden Aminverbindungen umgesetzt, worauf diese mit Laugen, wie Kali- oder Natronlauge oder Säuren, z. B. Salzsäure, zu Cystein bzw. Isocystein verseift werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Cystein und Isocystein in- guten Ausbeuten von je etwa 450/, erhalten. Cystein und Isocystein stellen wertvolle Aminosäuren dar. Beispiel i 250 g Acrylnitril werden eisgekühlt. 8oo g Brom werden unter guter Eiskühlung langsam zutropfen gelassen. Die Zugabe von Brom ist innerhalb von q. Stunden beendet. Hierauf wird .das Reaktionsprodukt 2 Stunden auf q0° gehalten, anschließend im Vakuum destilliert. Das a, ß-Dibrompropionsäurenitril geht bei Kp.2o bei 95° über. Die Ausbeute beträgt 7o °/o der Theorie.
2.13 g a, ß-Dibrompropionsäurenitril werden unter guter Eiskühlung mit 72 g in Methanol gelöstem Kaliumhydrosulfid versetzt. Nach 3 bis 5 Stunden ist die Umsetzung beendet, worauf vom ausgeschiedenen Kaliumbromid dekantiert wird. Das Methanol wird hierauf bei einer Temperatur von -go° im Vakuum entfernt und das rohe a-Brom-ß-mercapto-propionsäurenitril bzw. ß-Brom-a-mercapto-propionsäurenitril wird mit Zoo g 2o°%iger Ammoniaklösung behandelt. Hierbei bildet sich das Hydrobromid des a-Amino-ß-mercapto-propionsäurenitrils bzw. ß-Amino-a-mercaptopropionsäurenitrils, welche sich sehr leicht durch Verseifen mit Salzsäure in das Cystein- bzw. Isocysteinhydrochlorid überführen lassen. Durch mehrmaliges Umkristallisieren in Alkohol läßt sich das Cystein- vom Isocysteinhydrochlorid trennen.

CH,-CH-CO - 0H+ HCl Fp. z75°

(braune Färbung)

SH NH2

CH,-CH-CO-OH+HCI Fp.i35°

NH, SH

Beispiel e Zu q.80_ g einer 15 °/oigen wäßrigen Acrylsäurelösung (entsprechend i Mol) läßt man unter- ständigem Rühren i6o g Brom langsam zutropfen. Die .Zugabe von Brom war innerhalb i Stunde beendet. Hierauf wurde das Reaktionsgemisch weitere 2 Stunden auf i2o° gehalten und anschließend im Vakuum' destilliert. Der Siedepunkt der a, ß-Dibrompropionsäüre liegt bei Kp." bei Z38°. Die Ausbeute betrug 85 % der Theorie.
232 g a, ß-Dibrompropionsäure wurden unter guter Eiskühlung mit 72 g in Methanol gelöstem Kaliumhydrosulfid versetzt. Nach etwa 5 Stunden ist die Umsetzung beendet, worauf vom ausgeschiedenen Kaliumbromid dekantiert wird. Das Methanol wird hierauf bei einer Temperatur von 2o° im Vakuum entfernt, und die rohe a-Brom-ß-mercapto-propionsäure bzw. ß-Brom-a-mercapto-propionsäure wird mit Zoo g 2o°/oiger Ammoniaklösung behandelt. Hierbei bildet sich das Hydrobromid der a-Amino-ß-mercaptopropionsäure bzw. der ß-Amino-a-mercapto-propionsäure. Durch mehrmaliges Umkristallisieren in Alkohol läßt sich das Cystein- vom Isocysteinhydrobromid trennen.

CH,-CH-CO - OH + HBr

Fp. Z75° (braune Färbung)

SH NH@

CH.-CH-CO-OH+HBr Fp.135°

NTH, SH

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Cystein und Isocystein, dadurch gekennzeichnet, daß man Acrylsäure mit Halogenen unter Kühlung behandelt, die erhaltenen a, ß-Dihalogenpropionsäuren mit Alkalihydrosulfiden, wie Kaliumhydrosulfid, zu a-Halogen-ß-mercapto- bzw. ß-Halogen-a-mercapto-propionsäuren umsetzt und diese mit Ammoniakgas oder ammoniakhaltigen Lösungen in `Cy stein- bzw. Isocysteinhydrohalogenide überführt.
2. Verfahren zur Herstellung von Cystein und Isocystein, dadurch gekennzeichnet, daß man Acrylsäurenitril mit Halogenen unter Kühlung behandelt, die erhaltenen a, ß-Dihalogenpropionsäurenitrile mit Alkalihydrosulfiden, wie Kaliumhydrosulfid, zu a-Halogen-ß-mercapto- bzw. ß-Halogen-a-mercapto-propionsäurenitrilen umsetzt, diese mit Ammoniakgas oder ammoniakhaltigen Lösungen in a-Amino-ß-mercapto- bzw. ß Aminoa-mercapto-propionsäurenitrile überführt und mit Säuren, z. B. Salzsäure, oder Laugen zu Cystein bzw. Isocystein verseift.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung der a, ß-Dihalogenpropionsäuren bzw. der a, ß-Dihalogenpropionsäurenitrile mit Alkalihydrosulfiden in organischen Lösungsmitteln, wie Methanol, durchführt. In Betracht gezogene Druckschriften: P. Karrer, Lehrbuch der organischen Chemie, Zo. Auflage (19q.8), S. 130, 222.