Verfahren zur Herstellung von basische Gruppen enthaltenden Carbonsäuren
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von basische Gruppen enthaltenden Carbonsäuren aus ihren zu den entsprechenden Carbonsäuren verseifbaren Carboxylderivaten.
Es ist bekannt, dass man aus verseifbaren Derivaten von Aminosäuren die sauren oder basischen Salze der Aminosäuren gewinnen kann, wenn man die Derivate mit Säuren oder Laugen in wässriger oder alkoholischer Lösung behandelt. So erhält man beispielsweise aus Aminoessigsäureäthylester durch Verseifung mit Salzsäure das Chlorhydrat der Aminoessigsäure oder aus e-Amino-capronitril durch Verseifung mit Natronlauge das Natriumsalz der e-AminO- capronsäure. Um aus den Salzen die freien Aminosäuren zu gewinnen, muss die Salzlösung bis zum isoelektrischen Punkt neutralisiert werden oder man muss das salzbildende Ion mit einem Fällungsmittel dem Aminosäureion entziehen. Meistens wird hierzu das Chlorhydrat der Aminosäure mit Silberhydroxyd behandelt oder das Sulfat mit Barytwa & ser titriert.
Man kann auch die Silbersalze mit Salzsäure behandeln, um die freien Aminosäuren zu erhalten. Solche Verfahren sind für die technische Anwendung ungeeignet, da man schwer regenerierbare, teure Chemikalien benötigt.
Es wurde nun gefunden, dass man freie Carbonsäuren, die basische Gruppen im Molekül enthalten, in einfacher Weise aus den zu den entsprechenden Carbonsäuren verseifbaren Carboxylderivaten erhält, wenn man die gelösten Derivate mit Kationenaustauschern verseift, unter Bindung der Carbonsäuren mittels ihrer basischen Gruppen an den Austauscher, und die Carbonsäuren mittels flüchtiger schwacher Basen vom Austauscher ablöst und durch Eindampfen die freien Carbonsäuren gewinnt. Das Verfahren hat den Vorteil, dass die freien Säuren direkt und ohne die Verwendung teurer und schwer regenerierbarer Chemikalien gewonnen werden können.
Verseifbare Carboxylderivate sind beispielsweise die Nitrile, Amide und Ester von Carbonsäuren, gegebenenfalls auch die Säurechloride. Als basische Gruppen, welche das Carbonsäuremolekül enthalten kann, kommen vor allem unsubstituierte und substituierte Aminogruppen in Frage, welche gegebenenfalls auch in der Ammoniumform vorliegen können. Es können nach dem vorliegenden Verfahren aber auch Carbonsäuren hergestellt werden, die z. B. Schwefel oder Phosphor enthaltende basische Gruppen, also z. B.
Sulfonium- oder Phosphoniumgruppen, enthalten.
Vorzugsweise wird so verfahren, dass man zunächst das zu verseifende Carboxylderivat in Wasser oder einem Gemisch von Wasser und Alkohol löst.
Diese Lösung wird durch eine Kationenaustauscherkolonne geschickt oder auch in einem Gefäss mit dem körnigen Kationenaustauscher verrührt. Dabei wird das Carboxylderivat zur Carbonsäure verseift, welche gleichzeitig mit ihrer basischen Gruppe an den Austauscher gebunden wird.
Als Ionenaustauscher kommen solche Typen in Frage, die eine stark saure aktive Gruppe aufweisen.
Besonders geeignet sind die kernsulfurierten Polystyrolaustauscher, wie z. B. Permutit RS , Amerlite IR 112 und IR 120 sowie Dowex 50 (eingetragene Warenzeichen).
Ebenso sind Austauscher brauchbar, die sulfurierte Seitenketten oder Phosphatylgruppen aufweisen, während Kationenaustauscher mit Carboxylgruppen kaum in Frage kommen.
Die Reaktionstemperatur und die Reaktionsdauer richten sich je nach dem zu verseifenden Carboxylderivat und der Beständigkeit des Austauschers. Vorzugsweise wendet man Temperaturen von 8095O C mit einer Reaktionszeit von 5-10 Stunden an. Bei Verwendung von Permutit RS und anderen temperaturbeständigen Austauschern können aber auch Temperaturen bis zu 11 5o C angewendet werden, wobei die Reaktionszeit erheblich kürzer wird.
Der beladene Austauscher wird gewaschen, vorzugsweise mit Wasser und Methanol oder Äthanol, wodurch allfällige Verunreinigungen entfernt werden.
Hierauf wird die Säure mittels einer wässrigen Lösung einer flüchtigen schwachen Base vom Austauscher abgelöst. Vorzugsweise verwendet man hierzu Ammoniak, Methylamin, Pyridin oder ähnliche Basen.
Die erhaltene Lösung wird eingedampft, gegebenenfalls bei vermindertem Druck, wobei die Base mit dem Wasserdampf entfernt wird. Man erhält so die freien Säuren in reiner Form.
In den folgenden Beispielen verhalten sich die Gewichts- zu den Volumteilen wie Kilogramm zu Liter.
Beispiel 1 12,6 Gewichtsteile w-Amino-Caprinsäurenitril wer- den mit 200 Volumteilen Wasser und 200 Volumteilen frisch aktiviertem Permutit RS während 10 Stunden im Autoklav bei 1150 C verseift.
Das Harz wird abfiltriert und mit Wasser und Methanol ausgewaschen. Darauf wird das Harz in 150 Volumteilen 100/obigem Ammoniak während 3 Stunden stehengelassen, anschliessend filtriert und mit heissem Wasser mehrmals nachgewaschen. Beim Eindampfen der wässrigen Lösung wird die w-Amino- caprinsäure mit einem Smp. von 186 C in quantitativer Ausbeute gewonnen.
Beispiel 2
11,2 Teile ±-Amino-capronitril werden mit 200 Volumteilen Wasser und 200 Volumteilen aktiviertem Amberlite IR 120 während 9 Stunden bei 90 bis 95O C gerührt. Darauf wird filtriert und das Harz mit Wasser und Methanol ausgewaschen. Anschliessend wird der Austauscher mit 150 Volumteilen 100/einem Ammoniak stehengelassen und nach 3 Stunden filtriert und mit Wasser gründlich ausgewaschen. Beim Eindampfen der ammoniakalischen Lösung werden
13 g e-Amino-capronsäure vom Schmelzpunkt 201"C erhalten, was einer quantitativen Ausbeute entspricht.
Beispiel 3
10,4 Teile Isonicotinsäurenitril werden nach dem Beispiel 1 behandelt. Auf diese Weise kann die freie Isonicotinsäure in 800/oiger Ausbeute erhalten werden.
Beispiel 4
12,15 Teile e,e'-Imino-dicapronsäureamid werden in 300 Teilen Wasser und 400 Volumteilen Amberlite IR 120 während 5 Stunden unter gutem Rühren bei 95O behandelt. Der Austauscher wird darauf filtriert und mehrmals mit Wasser gewaschen. Die e,-Imino-dicapronsäure wird hernach mit 10 /oigem Ammoniak vom Austauscher abgelöst und durch Ein dampfen der Lösung gewonnen. Die Ausbeute beträgt dabei 98 ovo der Theorie.
Beispiel 5
6,5 Teile e-Amino-capronsäureamid werden in 100 Volumteilen Wasser gelöst und zu 150 Volumteilen aktiviertem Amberlite IR 120 gegeben. Das Gemisch wird gut gerührt und während 3 Stunden bei 95" gehalten. Darauf wird heiss filtriert, mehrmals mit Wasser nachgewaschen und anschliessend der Austauscher in 150 Teile 100/obigen Ammoniak gelegt.
Nach 2 Stunden wird filtriert, mit Wasser nachgewaschen und die Lösung im Vakuum eingedampft.
Dabei wird die Aminocapronsäure in quantitativer Ausbeute erhalten.
Beispiel 6
13,95 Teile Aminoessigsäureäthylester - Chlor- hydrat werden in 200 Teilen Wasser gelöst und das Amin mit 50 Volumteilen 2n Natronlauge in Freiheit gesetzt. Die Lösung wird darauf auf 300 Volumteile aktivierten Amberlite IR 120 gegeben, der Austauscher abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Dann bringt man denselben in 200 Volumteile Wasser und lässt während 4 Stunden bei 95O reagieren. Nun wird filtriert, gewaschen und die Aminosäure mit 100/0 igem Ammoniak vom Austauscher abgelöst. Die Lösung dampft man im Vakuum zur Trockene. Das Glykokoll fällt dabei in 95 /Oiger Ausbeute an.
Beispiel 7
6,85 Teile Isonicotinsäuremethylester werden in 200 Volumteilen Amberlite IR 120 und 200 Teilen Wasser bei 95o während 5 Stunden gerührt. Darauf wird filtriert, gewaschen und mit 100/obigem Ammoniak abgelöst. Die Ausbeute an Isonicotinsäure beträgt 95 0/o. Beispiel 8
6,55 Teile Dimethylaminoessigsäureäthylester werden nach dem Beispiel 7 behandelt. Als Austauscher wird jedoch Dowex 50 verwendet. Die Ausbeute an freier Dimethylaminoessigsäure beträgt dabei 950/0. Beispiel 9
7,95 Teile e-Amino-Capronsäureäthylester werden nach dem Beispiel 7 behandelt. Als Austauscher wird jedoch aktivierter Amberlite IR 112 verwendet.
Nach dem Eindampfen der ammoniakalischen Lösung fällt die E-Amino-Capronsäure in quantitativer Ausbeute an.
Process for the preparation of carboxylic acids containing basic groups
The present invention relates to a process for the preparation of carboxylic acids containing basic groups from their carboxyl derivatives which can be hydrolyzed to give the corresponding carboxylic acids.
It is known that the acidic or basic salts of the amino acids can be obtained from saponifiable derivatives of amino acids if the derivatives are treated with acids or bases in an aqueous or alcoholic solution. Thus, for example, the hydrochloride of aminoacetic acid is obtained from ethyl aminoacetate by saponification with hydrochloric acid, or the sodium salt of e-aminocaproic acid is obtained from e-amino-capronitrile by saponification with sodium hydroxide solution. In order to obtain the free amino acids from the salts, the salt solution has to be neutralized to the isoelectric point or the salt-forming ion has to be removed from the amino acid ion with a precipitant. For this purpose, the chlorohydrate of the amino acid is usually treated with silver hydroxide or the sulfate is titrated with barite water.
You can also treat the silver salts with hydrochloric acid to get the free amino acids. Such processes are unsuitable for industrial use, since they require expensive chemicals that are difficult to regenerate.
It has now been found that free carboxylic acids which contain basic groups in the molecule are obtained in a simple manner from the carboxyl derivatives which can be saponified to give the corresponding carboxylic acids if the dissolved derivatives are saponified with cation exchangers, with the carboxylic acids being bonded to the exchanger by means of their basic groups , and detach the carboxylic acids from the exchanger by means of volatile weak bases and recover the free carboxylic acids by evaporation. The method has the advantage that the free acids can be obtained directly and without the use of expensive chemicals that are difficult to regenerate.
Saponifiable carboxyl derivatives are, for example, the nitriles, amides and esters of carboxylic acids, optionally also the acid chlorides. As basic groups which the carboxylic acid molecule can contain, especially unsubstituted and substituted amino groups come into question, which can optionally also be in the ammonium form. According to the present process, however, carboxylic acids can also be produced which, for. B. sulfur or phosphorus containing basic groups, so z. B.
Sulfonium or phosphonium groups.
The preferred procedure is to first dissolve the carboxyl derivative to be saponified in water or a mixture of water and alcohol.
This solution is sent through a cation exchange column or mixed with the granular cation exchanger in a vessel. The carboxyl derivative is saponified to form the carboxylic acid, which at the same time is bound to the exchanger with its basic group.
Types of ion exchangers that can be used are those which have a strongly acidic active group.
The core sulphurized polystyrene exchangers, such as. B. Permutit RS, Amerlite IR 112 and IR 120 and Dowex 50 (registered trademarks).
Exchangers which have sulfurized side chains or phosphatyl groups can also be used, while cation exchangers with carboxyl groups are hardly possible.
The reaction temperature and the reaction time depend on the carboxyl derivative to be saponified and the stability of the exchanger. Temperatures of 8095 ° C. with a reaction time of 5-10 hours are preferably used. When using Permutit RS and other temperature-resistant exchangers, however, temperatures of up to 11 5o C can also be used, with the reaction time being considerably shorter.
The loaded exchanger is washed, preferably with water and methanol or ethanol, as a result of which any impurities are removed.
The acid is then removed from the exchanger by means of an aqueous solution of a volatile weak base. Ammonia, methylamine, pyridine or similar bases are preferably used for this purpose.
The solution obtained is evaporated, if necessary under reduced pressure, the base being removed with the steam. The free acids are thus obtained in pure form.
In the following examples, the weight to volume parts are related to kilograms to liters.
Example 1 12.6 parts by weight of w-amino-capric acid nitrile are saponified with 200 parts by volume of water and 200 parts by volume of freshly activated Permutit RS in an autoclave at 1150 ° C. for 10 hours.
The resin is filtered off and washed out with water and methanol. The resin is then left to stand in 150 parts by volume of 100% ammonia above for 3 hours, then filtered and washed several times with hot water. When the aqueous solution is evaporated, the w-amino capric acid with a melting point of 186 ° C. is obtained in quantitative yield.
Example 2
11.2 parts ± -amino-capronitrile are stirred with 200 parts by volume of water and 200 parts by volume of activated Amberlite IR 120 for 9 hours at 90 to 95 ° C. It is then filtered and the resin is washed out with water and methanol. The exchanger is then left to stand with 150 parts by volume of 100/1 ammonia and, after 3 hours, filtered and washed thoroughly with water. When evaporating the ammoniacal solution be
13 g of e-amino-caproic acid with a melting point of 201 ° C. were obtained, which corresponds to a quantitative yield.
Example 3
10.4 parts of isonicotinonitrile are treated according to Example 1. In this way the free isonicotinic acid can be obtained in 800% yield.
Example 4
12.15 parts of e, e'-imino-dicaproamide are treated in 300 parts of water and 400 parts by volume of Amberlite IR 120 for 5 hours at 95 ° with thorough stirring. The exchanger is then filtered and washed several times with water. The e, -imino-dicaproic acid is then removed from the exchanger with 10% ammonia and obtained by evaporating the solution. The yield is 98 ovo of theory.
Example 5
6.5 parts of e-amino-caproic acid amide are dissolved in 100 parts by volume of water and added to 150 parts by volume of activated Amberlite IR 120. The mixture is stirred well and kept at 95 "for 3 hours. It is then filtered while hot, washed several times with water and then the exchanger is placed in 150 parts of 100% ammonia.
After 2 hours, it is filtered, washed with water and the solution is evaporated in vacuo.
The aminocaproic acid is obtained in quantitative yield.
Example 6
13.95 parts of ethyl aminoacetate - chlorohydrate are dissolved in 200 parts of water and the amine is set free with 50 parts by volume of 2N sodium hydroxide solution. The solution is then added to 300 parts by volume of activated Amberlite IR 120, and the exchanger is filtered off and washed with water. Then it is brought into 200 parts by volume of water and left to react for 4 hours at 95 °. It is then filtered, washed and the amino acid is removed from the exchanger with 100% ammonia. The solution is evaporated to dryness in a vacuum. The glycocolla is obtained in 95% yield.
Example 7
6.85 parts of methyl isonicotinate are stirred in 200 parts by volume of Amberlite IR 120 and 200 parts of water at 95 ° for 5 hours. It is then filtered, washed and removed with 100% ammonia. The isonicotinic acid yield is 95%. Example 8
6.55 parts of ethyl dimethylaminoacetate are treated according to Example 7. However, Dowex 50 is used as the exchanger. The yield of free dimethylaminoacetic acid is 950/0. Example 9
7.95 parts of ethyl e-amino-caproate are treated according to Example 7. However, activated Amberlite IR 112 is used as the exchanger.
After the ammoniacal solution has been evaporated, the ε-amino-caproic acid is obtained in quantitative yield.