-
Verfahren zur Herstellung von a-Amino-ß-mercaptocarbonsäuren Als Zwischenprodukte
für die Synthese von a-Aminoß-mercaptocarbonsäuren der allgemeinen Formel (I) können,
wie hier gefunden wurde, 2-Aminothiazolincarbonsäuren-4 der allgemeinen Formel (II)
dienen.
[Rl = H, Alkyl, Cycloalkyl; R3 = H, Alkyl, Cycloalkyl, Aryl.] Eine Herstellung dieser
heterocyclischen Carbonsäuren wurde bisher nur am Beispiel der 2-Aminothiazolincarbonsäure-(4),
ausgehend von der natürlichen Aminosäure Cystin, durchgeführt, und zwar durch deren
Umsetzung mit Alkalicyanid zur sogenannten »Rhodanaminopropionsäure« (J. Mauthner,
Hoppe-Seylers Zeitschrift für physiologische Chemie 78, 34 [I912]; A. Schöberl,
R. Hamm, Chemische Berichte 81, 2=g [z948]), der in Wirklichkeit die Konstitution
der 2-Aminothiazolincarbönsäure-(4) zukommt (A. Schöberl, M. Kawohl, R. Hamm, Chemische
Berichte 84, 571 [195I]; H. Behringer, P. Z i 11 i k e n s , Annalen der Chemie,
574, 140 [195I]).
Es wurde nun gefunden, daß sich solche durch Anlagerung
der mineralsauren Salze des Thioharnstoffs und seiner N-Alkyl-, N-Cycloalkyl-, N-Arylabkömmlinge
an in a-Stellung halogensubstituierte a,ß-ungesättigte Carbonsäuren oder deren Ester
erhältlichen Isothiuroniumsalze der allgemeinen Formel (III) (Patent gio 646) durch
Behandeln mit Lösungen schwach alkalisch reagierender Substanzen, wie Alkaliacetat,
in der Wärme in die entsprechende 2-Amino-thiazolin-carbonsäuren (II) überführen
lassen.
R1 = H, _ Alkyl, Cycloalkyl; R2 = H, Alkyl, Cycloalkyl, Aryl; R3 = H, Alkyl, Cycloalkyl,
Aryl; X = Halogen, z. B. Cl; HY =Molekül einer Mineralsäure.
-
Es ist bekannt, daß Aminothiazoline ganz allgemein gegenüber der Einwirkung
von Mineralsäuren unter verschiedenen Versuchsbedingungen sehr widerstandsfähig
sind. Die Öffnung des Thiazolinringes mit dem Ziel der Herstellung von a-Amino-ß-mercaptocarbonsäuren
gelingt auch nicht mit- Hilfe naszierenden Wasserstoffs in saurem Medium (A. Schöberl,
R. Hamm; Chemische Berichte 81, 21g [19q.81). Andererseits führt die einfache Alkalibehandlung
nur zum Cysteinhydantoin bzw. bei darauffolgender Oxydation zum Cystinhydantoin,
welches ebenfälls nicht in Cystein bzw. Cystin übergeführt werden kann (A. Schöberl,
R. Hamm; Chemische Berichte 81, 210 [19481,).
-
Es wurde nun weiterhin gefunden, daß sich 2-Amino-, 2-Alkylamino-,
2-Cycloalkylamino-, 2-Arylaminothiazolin-carbonsäuren-(q) oder ihre 5-Alkylderivate
bei gewöhnlicher oder erhöhter Temperatur bei alkalischer Reaktion durch naszierenden
Wasserstoff oder durch elektrolytische Reduktion unter Bildung von Alkylaminen zu
Cystein bzw. zu a-Amino-ß-alkyl-(bzw. -ß-cycloalkyl)-ß-mercaptocarbonsäuren aufspalten
lassen. Diese Aminocarbönsäuren können entweder über ihre Additionsverbindungen
mit Quecksilbersalzen und deren Zerlegung in üblicher Weise als Hydrochloride oder
durch Oxydation auf an sich bekanntem Wege in Form ihrer schwer löslichen Disulfide
isoliert werden (siehe Reaktionsschema unten, Weg A -- F).
-
Die vorher erwähnten genannten Isothiuroniumsalze können aber auch
durch Behandlung mit i Äquivalent Alkalihydroxyd öder auch schwach alkalisch reagierenden
Substanzen bei gewöhnlicher Temperatur in die bisher noch unbekannten 2-Aninö-,
2-Alkylamino-, 2-Cycloalkylamino-, 2-Arylaminoq-oxy-5-halogen-thiazine der allgemeinen
Formel (IV) übergeführt werden. Erfindungsgemäß können diese Thiazine durch Einwirkung
von verdünnten Lösungen organischer Carbonsäuren oder von Mineralsäuren und darauffolgendes
Abstumpfen in die inneren carbonsauren Salze der Isothioharnstoffe der allgemeinen
Formel (V) verwandelt werden.
R1, R3 und X haben dieselbe Bedeutung wie in den Formeln (I), (1I) und (III).
-
Aus letzteren lassen sich durch Hinzufügen von verdünnten Lösungen
alkalisch reagierender Stoffe, wie verdünnten Alkalilaugen, verdünnten Ammoniaklösungen
oder Lösungen von Alkalibicarbonat, die zugehörigen 2-Amino-thiazolin-carbonsäuren-(q)
herstellen, die ihrerseits auf den obenerwähnten Wegen zu den a-Amino-ß-mercaptocarbonsäuren
hydrierend aufgespalten werden können (siehe Reaktionsschema unten, Weg B ->. C
->- D ->- F).
-
Es wurde ferner. gefunden, daß die vorhergenannten inneren carbonsauren
Salze der Isothioharnstoffe der allgemeinen Formel (V) auch unmittelbar durch Abstumpfen
aus den entsprechenden mineralsauren Isothiuroniumsalzen der Formel (III) (R2 =
H, R1 und R3 wie Formel (II), (IV), oder (V)) mit Natriumacetat erhalten werden
können. Sie entstehen ferner auch aus den entsprechenden Estern der Formel (III)
(R2 = Alkyl, Cycloalkyl oder Aryl, R1 und R3 wie Formel (II), (IV) oder (V)) durch
saure Verseifung mit nachfolgendem Abstumpfen. Aus diesen können, wie vorher beschrieben,
wiederum die zugehörigen 2-Amino-thiazolincarbonsäuren-(q) gewonnen werden und diese
auf den erfindungsgemäßen Wegen in die a-Amino-ß-mercaptocarbonsäuren übergeführt
werden (siehe Reaktionsschema unten, Weg E -->- D -->- F).
-
Der Übersichtlichkeit halber sind die Reaktionsstufen in folgendem
Schema nochmals zusammengestellt:
Weiterhin ist es erfindungsgemäß nicht erforderlich, die Zwischenprodukte III, IV
und V zu isolieren. a-Chloracrylsäuremethylester kann z. B. in ein und demselben
Reaktionsgefäß mit Thioharnstoff in 68,5°/oiger Ausbeute, bezogen auf den Ester,
in 2-Amino-thiazolin-carbonsäure-4 umgewandeltwerden. Aus diesen kann, wie oben
beschrieben, durch Reduktion, z. B. mit Natriumamalgam oder durch kathodische Reduktion,
Cystin gewonnen werden.
-
Gegenüber den bislang bekannten zahlreichen Herstellungsweisen für
Cystein bzw. Cystin und solchen in der Literatur für andere a-Amino-ß-mercaptocarbonsäuren
beschriebenen zeichnet sich das vorliegende Verfahren durch Verwendung sehr leicht
zugänglichen und besonders wohlfeilen Ausgangsmaterials und durch die einfache und
billige Durchführung aus. Cystein und Cystin und seine Homologen finden unter anderem
Verwendung zur Wertverbesserung von biologisch minderwertigem Nahrungseiweiß und
in der Therapie bei Eiweißmangelschäden, bei Lebererkrankungen, bei Vergiftungen
und als Schutz gegenüber ionisierenden Strahlen.
-
Beispiele
| I. Reaktionsweg A -+- F |
| z. 2-Amino-thiazolin-carbonsäure-(4) |
zo g S-(ß-Chlor-ß-carbomethoxy-äthyl)-isothioharnstoffhydrochlorid werden in wäßriger
Lösung in der Wärme mit einem großen Überschuß an Natriumacetat versetzt. Nach einiger
Zeit beginnt die Ausscheidung
der in der Überschrift genannten
Säure in Form farbloser Kristalle, welche, aus Wasser umkristallisiert, einen Zersetzungspunkt
zwischen 2o5 und :zog' zeigen.
-
2. Cystin aus 2-Amino-thiazolin-carbonsäure-(4) a) 4 g der Thiazolincarbonsäure
werden in Wasser gelöst und mit 18o g 5°/oigen Natriumamalgams portionsweise ohne
zu erwärmen im Verlauf von 6 bis 8 Stunden versetzt. Nach beendeter Reduktion wird
mit konzentrierter Salzsäure angesäuert und mit gesättigter Sublimatlösung versetzt,
wobei ein farbloser Niederschlag ausfällt, der in üblicher Weise in salzsäurehaltigem
Wasser mit Schwefelwasserstoff zerlegt wird. Das nach Filtration in der Lösung verbleibende
Cystein-Hydrochlorid wird in bekannter Weise mit Jodlösung, Hydroperoxyd oder Luftsauerstoff
bei Gegenwart von Kupfersalzen zu Cystin dehydriert. Ausbeute 62,5 °/9 der Theorie.
Nach dem Umfällen in bekannter Weise zeigt die Substanz einen Zersetzungspunkt von
223°. Hiernach handelt es sich um ein Gemisch aus racemischem und meso-Cystin.
-
b) Eine Lösung von io g 2-Amino-thiazolincarbonsäure-(4) in ioo ml
Wasser als Katholyt und eine Lösung von 5 g Natriumchlorid in Zoo ml Wasser als
Anolyt werden unter Verwendung eines Diaphragmas bei 4 bis 5 Ampere und 6 bis io
Volt insgesamt mit 62 Amperestunden elektrolysiert. Als -Anode dient ein Platinblech,
als Kathode Quecksilber. Die Aufarbeitung kann wie oben beschrieben vorgenommen
| werden. A heute an Cystin rund 7o0/,- der Theorie. |
| Die Isoli( tann hierbei, wie auch bei der vorher |
| beschrieb n Reduktion; mit Natriümamalgam unter |
| UmgehuL, Jes Quecksilberchlorid-Additionsprodukts |
| erfolgen. |
| Zu ? ) C,H1204N,S2 (240,-,# -- |
| ' echnet: C :z9,99; H 5,03; N 11,66; S 26,6g; |
| funden: C 29,95; H 5,14; N 11,4y.; S 27,02. |
| II. Reaktionsweg B -+- C --- D ->- i. 2-Amino-4-oxy-5-chlor-thiazin |
a) i2 g S-(ß-Chlor ß-carbomethoxy-äthyl)-isothioharnstoffhydrochlorid 'werden in
Wasser gelöst und langsam unter Kühlung mit 2,7 g Natriumhydroxyd versetzt. Es fällt
eine farblose Substanz aus, die nach dem Umkristallisieren aus Wasser bei 178° zu
einer braunen Masse zusammenfällt, die sich bei 22o° vollends zersetzt. Ausbeute
95"/, der Theorie. Das Thiazin kann auch durch Zugabe von Natriumacetat zu der kalten
wäßrigen Lösung des genannten Isothioharnstoff-hydrochlorids erhalten werden, jedoch
beträgt die Ausbeute dann nur 300/0 der Theorie. C4H50N,SCl (164,6): berechnet:
C 29,15; H 3,o6; N 17,o2; S 19,47; Cl 21,54; .
-
gefunden: C 29,i9; H 3,09; N 17,16; S i9,16; Cl 21,63.
-
b) 2-Äthylamino-4-oxy-5-chlorthiazin 4,29 Äthylthioharnstoff werden
mit Chlorwasserstoff in Alkohol in das salzsaure Salz verwandelt. Zu dieser Lösung
gibt man 5 g a-Chlor-acrylsäuremethylester und stellt 3 Stunden auf das Wasserbad.
Nach dem Abdampfen des Alkohols im Vakuum werden 9,2 g S-(ß-Chlor-ß-carbomethoxy-äthyl)=N-äthyl-isothioharnstoff-hydrochlorid
isoliert, die in Wasser gelöst und langsam mit verdünntem Ammoniak versetzt werden,
wobei jedoch keine alkalische Reaktion eintreten darf. Es beginnt die Ausscheidung
einer farblosen Substänz, die nach kurzem Stehen vollständig ist. Nach dem Umkristallisieren
aus Eisessig zeigt sie einen Zersetzungspunkt von 158°. CJI90N,SC1 (192,?): berechnet:
C 37,40; H 4,70; N 14,54; gefunden: C 37,66; H 5,05; N 14,34.
-
2. S-(ß-Chlor-ß-carboxy-äthyl)-isothioharnstoff a) io g 2-Amino-4-oxy-5-chlor-thiazin
werden in verdünnter Essigsäure gelöst und 2o bis 30 Minuten unter Rückfluß
gekocht. Nach dem Abkühlen kristallisiert die in der Überschrift genannte Substanz
in 8o°/oiger Ausbeute aus. Zersetzungspunkt 161 bis 163°. Sie kann auch durch 1stündiges
Verseifen des S - (ß-Chlor-ß- carbomethoxy-äthyl) -isothioharnstoffhydrochlorids
erhalten werden.
-
b) io g 2-Amino-4=oxy-5-chlor-thiazin werden in verdünnt salzsaurer
Lösung 15 Minuten am Rückflußkühler gekocht. Der Überschuß an Salzsäure wird im
Vakuum abdestilliert und der Rückstand aus Eisessig umkristallisiert. Das so erhaltene
Hydrochlorid des in der Überschrift genannten Isothioharnstoffs wurde in wäßriger
Lösung durch Zufügen von Natriumacetat in das innere Salz verwandelt. Ausbeute 85
bis 9o a/9 der Theorie. Zersetzungspunkt 161 bis 163°. Die Mischprobe mit der auf
den im vorhergehenden Absatz angegebenen Wegen erhältlichen Substanz ergibt keine
Depression.
-
C,H70zN,SC1 (182,6): berechnet: C26,30; H3,86; N15,34;
S I7,55; Cl 19,41; gefunden: C 26,58; H 3,8o; N 15,30; S 17,86; Cl
19,28. 3. 2-Amino-thiazolin-carbonsäure-(4) 13,9 g S-(ß-Chlor ß-carboxy-äthyl)-isothioharnstoff
werden in 35 ml Wasser aufgeschlämmt und gerührt. Nach dem Erwärmen der Suspension
auf 8o° wird langsam verdünnter oder konzentrierter Ammoniak oder Natriumbicarbonatlösung
oder verdünnte Natronlauge zugegeben, bis eine klare Lösung vorliegt. Nach dem Erkalten
kristallisiert eine farblose Substanz aus, welche identisch mit der auf dem Wege
I erhaltenen ist. Zersetzungspunkt nach dem Umkristallisieren aus Wasser
205 bis 2o9°. Ausbeute 70 °/9 der Theorie. C,H602N,S - 3 H20 (200,2) berechnet:
C 24,oo; H 6,04; N 14,00; S 16,o2; H20 27,00; gefunden: C 24,00; H 6,oi; N 14,o6;
S 16,39; H20 26,8o.
Sie wird, wie im Beispiel I, 2a) bzw. 2b) angegeben,
in Cystin übergeführt.
-
4. 12 g a-Chlor-acrylsäuremethylester und 8 g Thioharnstoff als chlorwas$erstoffsaures
Salz werden in Alkohol zur Reaktion gebracht. Der Überschuß an Alkohol wird im Vakuum
entfernt und der Rückstand mit Wasser aufgenommen. Zu dieser Lösung gibt man 5 g
Kaliumhydroxyd, wobei 2-Amino-4-oxy-5-chlorthiazin ausfällt, welches abfiltriert
und mit verdünnter Salzsäure io Minuten gekocht wird. Der Überschuß an Salzsäure
wird wieder im Vakuum entfernt und der Rückstand mit Wasser aufgenommen, mit verdünntem
Ammoniak neutralisiert und durch Erwärmen mit weiter tropfenweise zugesetztem verdünntem
Ammoniak in 2-Amino-thiazolin-carbonsäure-(4) übergeführt. Ausbeute 55 °/o der Theorie.
Aus letzterer kann, wie unter Beispiel I, 2a) bzw. 2b) ausgeführt, Cystin hergestellt
werden.
| 11I. Reaktionsweg E .+- . D -+- F |
a) 2,3 g Thioharnstoff als Hydrochlorid werden mit 3,2 g a-Chloracrylsäure in Alkohol
oder Eisessig als Lösungsmittel bei Raumtemperatur zur Reaktion gebracht. Das quantitativ
entstehende :Hydrochlorid wurde in Wasser gelöst und mit Natriumacetat abgestumpft,
wobei das in der Überschrift genannte innere Salz in 8o- bis go°/oiger Ausbeute
vom Zersetzungspunkt i6i bis i63° erhalten wird. b) S-(ß-Chlor-ß-carboxyäthyl)-isothioharnstoff
S- (ß-Chlor-ß-carbomethoxyäthyl) -isothioharnstoffhydrochlorid wird mit konzentrierter
Salzsäure i Stunde auf dem Wasserbad erwärmt, die überschüssige Salzsäure im Vakuum
entfernt und anschließend mit Natriumacetat behandelt. Man gewinnt das, innere Isothiuroniumsalz
in einer Ausbeute von
960/,
der Theorie. Es kann wie im Beispiel 11, 3) in
die 2-Amino-thiazolin-carbonsäure-(4) und diese weiter gemäß Beispiel I, 2a) bzw.
2b) in Cystin übergeführt werden.
-
IV. Cystin aus a-Chloracrylsäuremethylester und Thioharnstoff 8 g
Thioharnstoff werden in ioo ml Alkohol aufgeschlämmt und Chlorwasserstoff bis zur
Lösung eingeleitet. Hierzu gibt man 12 g a-Chlor-acrylsäuremethylester, erwärmt
i Stunde bei 6o° und läßt über Nacht stehen. Dann wird der überschüssige Alkohol
im Vakuum abgedampft und der Rückstand mit konzentrierter Salzsäure etwa i Stunde
unter Rückfluß gekocht. Anschließend wird der Überschuß an Salzsäure im Vakuum entfernt.
Der honigartige Rückstand wird mit wenig Wasser aufgenommen und die Lösung mit Natriumbicarbonat
neutralisiert, wobei S-(ß-Chlor ß-carboxyäthyl)-isothioharnstoff ausfällt. Ohne
Filtration wird unter Rühren auf 8o° erwärmt und erneut mit Natriumbicarbonat langsam
versetzt, bis eine klare Lösung entsteht, aus der beim Abkühlen 2-Amino-thiazolin-carbonsäure
auskristallisiert. Ausbeute 68,5 °/o der Theorie. Aus dieser wurde, wie im Beispiel
I, 2a) bzw. 2b) beschrieben, Cystin gewonnen.