DD208349A5

DD208349A5 - Verfahren zur katalytischen hydrolyse eines alpha-amino-nitrils

Info

Publication number: DD208349A5
Application number: DD83247257A
Authority: DD
Inventors: Auguste A A Commeyras; Jacques R Taillades; Jean Brugidou; Regine Sola; Aldo Previero; Louis Mion; Robert J E Pascal; Monique Lasperas; Alain Rousset
Original assignee: Centre Nat Rech Scient
Priority date: 1982-01-15
Filing date: 1983-01-14
Publication date: 1984-05-02
Also published as: IE830009L; MX162837B; IE54389B1; CS235978B2; EP0084470A1; PL138342B1; FR2519973A1; HU199107B; PL240171A1; SU1316554A3; HUT34374A; FR2519973B1; ES518688A0; US4851576A; KR840003233A; ES8308527A1; CA1186331A; KR870000184B1; JPH0450298B2; DE3367087D1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur katalytischen chemischen Hydrolyse eines alpha-Aminonitrils oder eines seiner Salze. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man das alpha-Aminonitril oder eines seiner Salze im waessrigen Medium, in heterogener Phase und in Anwesenheit von Hydroxyl-Ionen mit einem Polymer-Harz umsetzt, das Carbonylgruppen-Seitenketten aufweist und das im waessrigen basischen Medium unloeslich ist. DD#AP

Description

9 Λ 7 9 R 7 -^ - 1~ Berlin, den 8,8.1983

ΔΡ C 07 G/247 257/0 61 805/11

Verfahren zur katalytischer! Hydrolyse eines alpha-Amino-Ifitrils

Anwendungsgebiet der Jgrfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur katalytischem chemischen Hydrolyse eines alpha-Amino-Iii tr ils oder eines seiner Salze in heterogener Phase sowie auf Polymer-Harze mit katalytischer Aktivität zur Durchführung des Verfahrens ο In Übereinstimmung mit dem Verfahren "der vorliegenden Erfindung kann diese kataiytische Hydrolyse eines alpha-Aminonitrile, in Abhängigkeit von den besonderen Reaktionsbedingungen, entweder über die Bildung eines alpha-Amino-Amids oder direkt zur Bildung eines alpha-Aminosäure-Salzes führen, wobei dieses letztere durch einfache. Neutralisation leicht in die entsprechende freie alpha-Aminosäure überführt werden kann«, Die vorliegende Erfindung betrifft däSla? ebenfalls die Herstellung von Alpha-Aminosäuren in ΐΌηπ. ihrer racemischen Mischungen, ausgehend von alpha™Aminonitrilen, ihren Salzen, oder auch ausgehend von ihren Vorläufer-Verbindungen*

Die alρha-Aminosäureη besitzen ein industrielles Interesse« Einige von ihnen können effektiv Xn der Human- oder Veterinärmedizin verwendet werden, ebenso wie in der Srnähung, beispielsweise hinsichtlich der Vervollständigung von iSr nähung 3-rationen« Andere dieser Verbindungen können gleichfalls z, 3. In Seifen oder kosmetischen Zusammensetzungen verwendet werden.

U -2- 8.8*1983

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Charakteristik der ,bekannten technischen Lösungen

Nach dem früheren Stand der Technik wurden die alpha-Aminosäuren ausgehend von ihren entsprechenden Aldehyd-Vorläufer-Verbindungen hergestellt j gemäß der Reaktion von Strecker, oder auch nach zahlreichen Modifikationen der Original-Reaktion und insbesondere nach der in der FR-PS 23 72. 797 ' beschriebenen Verfahrensweise,

In Übereinstimmung mit dem Verfahren dieses früheren Patents werden die als Zwischenprodukte erhaltenen alpha-Amino«· nitrile oder eines ihrer Salze im basischen Medium katalytisch hydrolysiert₉ indem man eine wäßrige Lösung_? die'mindestens, ein Carbony!-Derivat enthält, mit dem alpha-Amino-nitril oder einem seiner Salze in Anwesenheit von Hydroxyl-lonen umsetzt,

Ein derartiges Verfahren, äußerst selektiv 'and Ökonomisch günstig_} erfordert jedoch die Abtrennung des Carbonylliatalysators aus dem Reaktionsmedium und seine eventuelle Wiederverwendung» Außerdem ist in dem früheren Verfahren die '''ahl des ^srbonyi-Katalysatora stark eingeschränkt durch das Erfordernis j ihn im homogenen basischen Medium zu stabilisieren»

.Ziel _nder_jjjrfindung-

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines-verbesserten Verfahrens zur k&talytischen Hydrolyse eines alpha-Amino-» nitrils, mit dem die lachteile der 'bekannten Verfahren beseitigt werden«

4 7

D f U -3- 8,8_βΐ983

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Darlegung des Wesens der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neuartige Verbindungen mit katalytischer Aktivität für die Hydrolyse von alpha-Aminonitrilen aufzufinden«

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man alpha-Aminonitril oder eines seiner Salze im wäßrigen Medium₃ in heterogener Phase und in Anwesenheit von Hydroxylionen mit einem Polymer-Harz umsetzt, das in Carbonylgruppen endende Seitenketten aufweist und das im wäßrigen basischen Medium unlöslich ist»

Die die Carbonylgruppen-Seitenketten tragenden Polymer« Harze können partiell hydratisiert sein, sie bilden ebenfalls einen ^eIl des Gegenstandes der vorliegenden Patentanmeldung und entsprechen der folgenden allgemeinen Pormel

(Z)_1n - H

in der Q?J einen ELymer-Harz-Stamm darstellt, Z eine Gruppe der Formel -HE-(Cu ) - C

0 mit 1 A η < 5 bedeutet,

k / I b / U -4- 8.8.1983

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χα. = 0 oder 1

R₁ ein Wasserstoffatom und

R₀ eine Cyclanon-Gruppe mit 4 bis 7 Ringgliedern'darstellt₉

die gegebenenfalls 1 bis 3 Heteroatome«, wie Stickstoff _} aufweisen kann, oder auch eine Gruppe der Formel

-G- (CH ).

R^!

bedeutet j in der

R' ein Wasserstoffatom, ein Methyl- oder ein Sthylradikal bezeichnet,

R stellt ein Methyl- oder üithy!radikal dar_s und n¹ ist gleich 0 bis 3? oder R₁ und Rp bilden zusammen mit dem. benachbarten Stickstoffatom eine Gyclanon-Gruppe mit 5 bis 7 Ringgliedern5 die gegebenenfalls 1 oder 2 casätzliche Heteroatome wie Stickstoff enthalten und gegebenenfalls durch eines oder mehrere Methyl« oder Jäthyl-Radikale substituiert sein kann«

Geraäß einer weiteren Charakteristik der vorliegenden Erfindung werden die Hydroxyl-lonen in geringer Menge in das wäßrige Reaktionsmedium eingetragen, und zwar in einem Verhältnis von ungefähr 0,1 bis ungefähr 0_s3 Mol pro Mol alpha-imino-nitril als Ausgangsverbindung_s diese Eeaktions» bedingungen erlauben die Extraktion des entsprechenden erhaltenen alpha-Amino-amids*

ί^ Λ s» !»5 _

/ I 5 / O ~⁵~ 8.8.1983

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einer weiteren Charakteristik des erfindungsgeinäß'en Verfahrens werden die Hydros:yl-lonen in der Weise in das wäßrige Reaktionsmedium eingetragen, daß eine Iquimolarität in bezug auf das alpha-Amino-nitril als Ausgangsverbindung deutlich erreicht wird, insbesondere diese Reaktionsbedingungen erlauben die Extraktion der entsprechenden erhaltenen alpha-Amino-Säure.

Gemäß einer weiteren Charakteristik des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das wäßrige Reaktionsmedium einen minimalen Wassergehalt auf, und zwar 1 Mol Wasser pro Mol alpha-Amino-nitril als Ausgangsverbindung«

Gemäß einer weiteren zusätzlichen Charakteristik des HydrolyseVerfahrens der vorliegenden Erfindung setzt m.an eine Mischung von Aldehyd₃ Cyanhydrinsäure und Ammoniak oder eine Mischung von Cygjihydrin und Ammoniak, beides Bildner von alpha-Amino-nitril, in Anwesenheit von Hydrosyl-Ionen mit einem Polymer-Hars um_s das in Carbonyl-gruppen endende "Seitenketten au^eist und das im wäßrigen basischen Medium unlöslich ist.

Das ^erfahren aur katalytisohen chemischen Hydrolyse gemäß der Erfindung bezieht sich insbesondere auf alpha-Aminonitriie, die der folgenden allgemeinen Formel entsprechen:

R» - GH - C = H

in der

-b-

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R" ein Wasserstoffatom oder eine lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls einem oder mehreren Heteroatomen wie Schwefel, darstellt₅ wobei das Radikal ^T!Rⁿ gegebenenfalls ein oder mehrere Male,, vorzugsweise am Ende der Kette, durch ^ruppen wie Hydrosy, Amino, Carboxyl, Phenyl Hydroxyphenyl 5 Θ ar b oxamide Indolylj Iminazyl und G-uanidyl substituiert sein kann, oder' -

R" bildet mit dem Stickstoffatom in alpha,-Stellung eine gesättigte heterocyclische Gruppe, die mindestens ein Heteroatom«, wie Stickstoff enthält, wobei diese heterocyclische Gruppe selbst substituiert sein kann, beispiels weise- durch -eine Hydroxy-Gruppe ,

sowie auf deren Salze and' 'vorlaufer^Yerbindungen,

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung bezieht sich insbesondere auf alpha-Amino-propionitril, das zum Alanin führt, sowie auf aipha-iminomethylinercaptobutyronitril_s Vorläufer-Verbindung von Methionin, einer Aminosäure von sehr großem ökonomischen Interesse, oder auch auf Salze dieser Nitrile, wie die Hydrochloride, sowie auf ihre Vorläufer-Verbindungen,

Andere Gharakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervortreten, insbesondere in bezug auf einige einzelne Beispiele zur Durchführung des e'rf indungs gemäß en Verfahrens,,

in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden ürfin-

Ό f

U -7- 8,8.1983

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dung kann festgestellt werden, daß man durch Eintragen eines alpha-imino-nitrils oder eines seiner Salze, beispielsweise des Hydrochlorids, in eine wäßrige Lösung, die eine Suspension von unlöslichem j, carbonyliertem. Polymer-Harz und Hydroxyl-Ionen enthält, sehr schnell und in quantitativer Weise, sogar bei Umgebungstemperatur, das dem •&usgangs~alpha-Aminonitril entsprechende alpha-Ajnino-amid erhalt. Das unlösliche, carbonylierte Harz kann daher durch einfache filtration oder Zentrifugierung aus dem B-eaktionsmedium abgetrennt und anschließend, so wie es ist, ohne irgendwelche,Regenerationsprozesse, wieder verwendet werden«

Anstelle der diakontinuierlichen Verfahrensweise mit Hezyklisierung des Katalysators kann man das Verfahren gleichfalls kontinuierlich durchführen durch Kontakt -einer Lösung·¹ des alpha-Aminonitriles oder eines seiner Salze mit dem unlöslichen und fest angeordneten carbonyiierten Katalysator»

Gemäß einer derartigen vorteilhaften Variante des Verfahrens der Erfindung wird das alpha-Amino-nitril beispielsweise am Kopf eines Rohrreaktors eingetragen, gleichzeitig mit einer Hydrosyl-Ionen-Lcsung in einem Verhältnis you 0,1 bis 1 Mol Hydroxyd pro Mol alpha-Amino-nitril als Ausgangsprodukts Das carbonylierte Polymer-Harz kann z. 3„ in dem Rohrreaktor fest angeordnet werden und eine Kapazität von 0_?1 bis 10 Milliäquivalent Carbonyl-Funktion pro Gramm Katalysator aufweisen* Das alpha-Amino-amid kann daher direkt am Reaktor- ^usgang entnommen werden* Es ist ebenfalls möglich, in den Hydroxyl-Ionen-·Strom einzutragen, um die iquimolarität in bezug auf aipha-Amino-amid aufrecht su erhalten, das daher quantitativ zur entsprechenden alρna-Amino-Säure hydrolysiert wird.

/ /. 7 ? η 7 Π

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Die Hydroxyl-Ionen werden in das Reaktionsmedium in Porm eines Alkali- oder Srdalkalimetall-Hydroxides oder auch in Form von Ammoniumhydroxid eingebracht.

Entsprechend einer besonderen Ausfuhrungsform der Erfindung haben die Polymer-Harse, die Carbonyl-Sndgruppen in den Seitenketten tragen, die allgemeinen Poraeln I₅ II und III, ohne jedoch auf diese eingeschränkt zu sein, und befinden sich damit in Übereinstimmung mit der Praktik zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens*

Die Polymer-Harze«, die lineare Carbonyl-Sndgruppen in den Seitenketten tragen, entsprechen der allgemeinen Formel 1

R'

©- (Zl - ΉΕ -C- (CHO_n, - G - R - (I),

R⁵ O '

in der

\^J einen Polymer-Harz-Stamm darstellt, Z eine G-ruDOe der Pormel -HH-(CHO -C-

mit 1 4, η _φο bedeutet,

R' 'ein Wasserstoffätom oder ein Methyl- oder Sthylradikal

R ein Methy1~ oder üthyl-Radikal bedeutet, πι =0 oder 1 und n^! =0 bis 3 sind·

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Die Polymer-Harse, die eine Carbonyl-Gruppe in Porm einer Cyclanon-Grappe tragen, entsprechen der allgemeinen Formel II:

R- ?

c—

S "G=O (II),

in der

einen Polymer-Harz-Stamm darstellt«,

Z eine Gruppe der Formel -SH-(GH₉) -C-

ά η „

0 mit 1 <4 η ^ 5 bedeutet^

R ein Wasserstoffatom oder ein Methyl- oder Ethyl-Radikal

ist, . . .

m =0 oder 1, n^r =0 bis 3, nⁿ = 0 bis 3 and n¹ + n"^ 3 sind»

Die Polymer-Harze, die eine Carbonyl-Gruppe in Form einer Heterocyclanon-Gruppe tragen, entsprechen der allgemeinen Pormel III

^f U I L ^ / U -1°- 8,8,1983

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(_CH

-(Z)_m - H' . G=O (III),

C-(CHp) „ H ·

inen Polymer-Hars-Staimn darstellt ₉

Z eine Gruppe der Formel -HH-(CH₉) -C-

. ' ~ δ sit 1 ^- η ^ 5 bedeutet j

R ein Wasserstoffatoa oder eine Methyl- oder Etnyl-

Radikal ist·, m =0 oder- 1, n' =0 oder 1,2,3, n¹¹ =0 bis 3 und

n¹ + n" ^ 3 sind.

In den Polymer-Haraen der allgemeinen Formel II stellt die Cyclanon-Gruppe der Pormel

i___(CH₂)_n,

• j = O

j? ι ^ 2 η"

^{R :} R

insbesondere folgende Radikals dar;

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0 oder

In den Polymer-Harzen der allgemeinen Formel III kann die Heterocyclanon-Gruppe der Formel

R.

G=O

insbesondere unter den folgenden Radikalen ausgewählt werden;

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stellt der Polymer-Harz-Stasmi r?jvorzugsweise einen τόπι Polystyrol-, Polyacryl- oder auch vom Cellulose-Typ dar» ^iese Stämme oder Matrizes sind vorzugsweise in der Weise verzweigt·, daß sie zu einem makroporösen Polymer führen oder zu. einem Gel, das

Lh !

12-

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beispielsweise in IOrm von Körnern oder Perlen des harten Harzes vorliegt«, Im Verlauf des Beschreibungstextes nimmt maxi die folgende Symbolik für die Bezeichnung der Polymer-Harz-^tärnme bzw» -Matrizes fpj an:

CH₀-- CH

C=O

CH,

~ Oil- —

CH,

= 0

Die verschiedenen Typen der Polymer-Stämme ? sind vorzugsweise verzweigt, 2, B₉ mit Divinylbenzol oder mit einem ϊϊ,Η¹ -bis-Acryloyl-polymethylendiarnin der allgemeinen Formel A

CH₀ = CH - CO - Έ

C. !

(CH₉) -H-CO

(A)

ki.

m aer

f-5

C D /

-13-.

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X = 1 bis 6 ist,

R=H, -CH- oder -CH^-CH- ist,

oder die zwei Radikale R bilden zusammen eine Alkylengruppe

der Pormel 4 GHp -) , wobei y = 1 bis 4 ist.

Man verwendet insbesondere die folgende Symbolik:

vernetzt mit Divinylbenzol

vernetzt mit einem E₁E¹ -bis—^ polymethylendiamin der allgemeinen ?ormel (A), wie oben definiert

und

sind vorzugsweise mit Divjiylbensol verDie'verschiedenen, oben erwähnten Polymer-Harze können durch Polymerisation von Monomeren ebenso wie durch ^unktionalisation eines Polymers erhalten werden, (Unter J'unktionalisation wird hier die Ausbildung funlctionelisr Gruppen .im Polymer verstanden» )

Die carbonylierten Polymer-Harze können durch Polymerisation eines geeigneten Monomeren hergestellt werden, das seinerseits die Ausbildung einer G₃rbonyl»Funktion gemäß aller dafür an sich bekannten Techniken gestattet« Ss wird beispielsweise weiter unten ein 3-eakt ions schema für die Herstellung eines carbonylierten Polymer-Harzes gemäß der Erfindung der formel IHc oder IIId angegeben, in der in = O₃ n' = N" = 1 lind R = R sind*

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Ss handelt sich also um ein Polymer-Harz, dessen Stamm oder Matrix ein Polyacryl-Typ ist, vernetzt mit einem IT₅N'-bis-Acryloyl-polymethylendiainin der allgemeinen Formel (A), wie vorstehend angegeben«

ρ GH₂ = GH - GO - 1

IHe

Vernetzungsmittel

Q-mA

Die carbonylierten Polymer-üarze gemäß der ^rfindang können ebenfalls durch Pfropfen einer Carbonyl-Verb Ladung mit einem Polymer"S^a₁TTUj₁ vom Polyacryl-j Polystyrol*· oder auch Gellaloae-» Typ hergestellt werden.

Die %tiTierung der Polymeren kann durch verschiedene, an sich bekannte Mittel erreicht werden, beispielsweise, im Fall eines. Polyacrylharzesj durch Umwandlung der Garbozyl-Gruppen in Säurechlorid-Gruppen,oder auch durch Einführung von Ghlormethyl-G_rüppen in den aromatischen Kern eines Polymers vom Polystyrol-Typ_β Man kann anschließend, diese aktivierten Polymere mit einem Molekül umsetzen^ das einerseits eine Aminogruppe und andererseits eine geeignete funktionelle Gruppe enthält, die ihrerseits die Ausbildung einer Carbonyl»- Punktion gemäa aller dafür an sich bekannten Methoden gestattet» ^'ie Pfropfung vollzieht sich demnach durch A einer kovai ent en Bindung vom Amin- oder Amid~'2yp„

^H / L· O / ij _₁₅_ . 8.8.1983 -

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Man wird feststellen, daß die Keton-Funktion des Pfropf-Moleküls sichtbar, ζ* Β« in J?orm eines Ketals, geschützt sein kann, oder auch latent, z» B. in Porm von sekundären Hydroxy!-Gruppen, die man später zur Carbonyl-Gruppe oxydiert,

Die Carbonyl-Gruppe, die für die katalytische Aktivität des Polymer-Harzes verantwortlich ist, kann mehr oder weniger weit vom Gerüst des Polymer—Stammes entfernt sein, unter Sinschiebung eines Aminosäure-Moleküls der formel

HH„-(GH₂) -COpH* In den oben erwähnten allgemeinen Pormeln erscheint diese Aminosäure unter der Bezeichnung Z,

Man wird sich hier kurz ins Gedächtnis zurückrufen, daß die Kapazität (in spezifischen Gruppen) eines katalytischem Harzes z, B, in Milliäquival^enten/g (mXqu/g) ausgedrückt' 7/erden kann,

Wenn man la Rahmen der vorliegenden Erfindung von einem Harz spricht j das eine Kapazität, in Carbonyl—B'unktionenj von χ m k'qa/g besitzt, so bedeutet das, daß ein Gramm Harz χ . 10""^ Moläquivalente an Gruppen ^C=O enthält. In der Praxis hat sich erwiesen, daß die Garbonyl-Kapazität des katalytisch wirksamen Polymer-Harzes vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 mlqu/g Polymer betragen könnte.

Zur Veranschulichung werden nachfolgend einige Einzelbeispiele zur Herstellung des ketonischen Katalysators durch chemische Modifizierung der Polynier-Hars-Matrix angegeben»

2.4 / / h / U -16- 8,8,1983

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Δ. Aktivierung von Acrylharz /Ρ Λ- Om

Sine Mischung von Acrylharz (10 g; 0,10 Iqu») vernetzt mit 30 % Divinylbenzolj 'Thionylchlorid (20 cm^; 0,27 Mol), ?ias» serfreiem dimethylformamid (8 cur) in 100 cnr wasserfreiem Chloroform wird 6 Stunden läng unter mechanischem Rühren auf 60 ⁰C erhitzt. Nach der Filtration wird das Harz nacheinander mit Chloroform und wasserfreiem Sther gewaschen und anschließend unter vermindertem Druck getrocknet. Kapazität, in Säurechlorid-Gruppen: 5_s0 sAqu/g*

Das verwendete Harz kann beispielsweise aus einem kommerziel len Pölyacryl-Harz der Pa* BIO-RAD-Laboratoires bestehen, mit der Bezeichnung Bio-Res 70 (200 - 400 mesh). Das Harz liegt in Porm des Hatriumsalzes 'vor und enthält ungefähr Wasser«

Vorzugsweise werden vor der ^'unktionaiisation aus dem Harz-Rest-Verunreinigungen sowie Wasser entfernt, und das Harz wird in Form einer Sgure weiterverwendet.

B, Herstellung von Harz lila

_? m = O₅ n^? = H^!1 = 1, Ε = H)

(Ilia)

/ ? 7 9 ^r

α / / η , ,. _-17_ 8.8.1983

A? G 07 C/247 257/0 61 805/11

Das vorstehende Säurechlorid-Harz (3,0 g; 0.015 AqU.) wird zu einer Lösung von 8-Aza-1 ^-dioxa-^-jJ/spiro-decan (4,3 g; 0,030 Mol) und Triethylamin (1,6 g; 0,016 Mol) in 65 cm ^ Dimethylformamid gegeben. Die Mischung wird 7 Stunden lang bei Umgebungstemperatur gerührt, Nach Filtration wird das Harz mit destilliertem Wasser gewaschen, wieder in einer Mischung aus Sodalösung/Dimethylformamid suspendiert und 3 Stunden lang gerührt. Man filtriert, wäscht das Harz mit destilliertem Wasser und suspendiert von neuem in einer 4-N-^alzsäurelösung« Dann rührt man 6 Stunden lang bei Umgebungstemperatur« Uach der Filtration wird das Harz nacheinander mit destilliertem Wasser, Ethanol und Sther gewaschen und anschließend unter vermindertem Druck getrocknet.

Kapazität an Carbonylgruppen: 2,5 mlqu/g. G. Herstellung von Hars UIb

, m = 1, η = 2, n¹ = H" = 1; R = H )

/—\

-NE - CH₀ - CH₀ - C - 5 jssO ,^--r, ς

² ² ι \_/ ^Ux±a)

Das vorstehende Säurechlorid-Harz (3,0 g; 0,015 Äqu,) wird zu einer Lösung von 3-Alanin (5,35'g; 0,06 Mol) in 36 cm-⁵ einer DMP/Wasser/H-Sthylmorpholin-Mischung (1/3, 1/3, 1/3) gegeben* Hach 17stündigem Rühren bei Umgebungstemperatur filtriert man. Das Harz wird nacheinander mit destilliertem Wasser, verdünnter Salzsäure, f/asser, Sthanol und Ether gewaschen und anschließend unter vermindertem Druck getrocknet.

^4 / £ b / O -¹⁸" 8.8,1983

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- 3}6 g dieses Harzes werden mit einer Lösung von Thionylchlorid (8 cm ; 0,11 Mol) und wasserfreiem Dimethylformamid (3 cup) in 40 cm^ wasserfreiem Chloroform umgesetzt. Dann wird die Mischung 6 Stunden lang unter mechanischem Rühren auf 60 ⁰C erhitzt, Uach der !Filtration wird das Harz nacheinander mit Chloroform und. wasserfreiem Sther gewaschen und anschließend unter vermindertem Druck getrocknet»

Total-Kapazität.an Säurechlorid-Gruppen: 4,3 mÄqu/g.

- Dieses Harz (3/2. g; 0,014 Aqu«) wird zu einer Lösung von

8-Aza-1,4-dioxa-/4-57^sP^iio""^<3eGan (4,5 g; 0,032 Mol) und Triethylamin (1,8 g; 0,018 Mol) in 70 cnr Dimethylformamid gegeben. Die Mischung wird 9 Stunden lang bei Umgebungstemperatur gerührt und anschließend filtriert« Das Harz wird dann mit destilliertem Wasser gewaschen, in einer Mischung aus Sodalösung/Ditaethylforai'ämid suspendiert und 3 Stunden lang gerührt .

Man filtriert,"wäscht das Harz mit destilliertem Wasser und suspendiert es von neuem in einer 4-H-Salzsäurelösung, Dann rührt man β Stunden lang bei Umgebungstemperatur, Nach der Filtration wird das Harz nacheinander mit de3tilliert.es Wasser, Äthanol und ither gewaschen und anschließend.unter vermindertem ^ruck getrocknete

Kapazität an Carbony!gruppen; 2,0 mÄqu/g· D„ Herstellung-.von Harz Ha

2472

-19-

8.8.1983

AP G 07 C/247 257/0

61 805/11

m = 0, η = I' = 1, R = H )

(IIa) .

Zq einer Lösung von 4~Amino-cyclohexanol (3»0 g; 0,026 MoI) and triethylamin (2,9 g; 0,029 MoI) in 60 Om^ Dimethylformamid fügt man ein Säure Chlorid-Harz der Kapazität 3j8 mlqu/g (4,0 g; 0,015 Iqti·)· Die Mischung wird 7 Stunden lang bei umgebungstemperatur gerührt und anschließend filtriert.. Das Harz wird nacheinander mit BMP, destilliertem Wasser, Ethanol and Jither gewaschen. Nach der Trocknung unter vermindertem Druck werden 1 g des so erhaltenen Harzes auf die folgende Art und ^w'eise ozydiert«

Man fügt sie zu einer Lösung von Ohromsäureanhyarid (0,9 g : 9*10""-' Mol) in 40 cm- Dimethylformamid, die einige Tropfen konzentrierte Schwefelsäure enthält* Die Mischung wird,, dann 19 Stunden lang bei Umgebungstemperatur gerührt und anschließend filtriert, ^sas Harz wird nacheinander mit Wasser, ethanol, einer Sodalösdng/Bthanol-Mischung und dann wieder mit Wasser gewaschen« Dann wird das Harz durch Waschen oiit verdünnter Saisaao^e angesäuert, woran sich das Waschen mit destilliertem Nasser, ethanol und Ether anschließt. Das unter vermindertem ^Druck getrocknete Harz hat eine Kapazität an Carbony!gruppen von 1,2 siAqu/g.

Herstellung von riarz Ia

-20-

8,8.1983

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m = 0; n¹ = 0_} H = Me, R¹ = H)

- NH - CH₀ - G - GH. 2 „ 3

(Ia)

Za-einer Lösung von 1-Amino-2-pr op anol.· (2,3 g» 0,30 Mol) und Iriethylamin (3,3 g; 0_s030 MoI) in 70 cm ^ Dimethy!formamid fügt man ein Säurechlorid-Harz der Kapazität 3j8 mXqu/g (5,0 g; 0,019 Äqu«)«, Die Mischung wird 7 Stunden lang bei Umgebungstemperatur gerührt und anschließend filtriert» Dann wird das Harz nacheinander mit LMP, destilliertem Wasser, Ethanol und Ether gewaschen, H-ach 'irocknung unter verminder tem Druck führt man die Oxydation durch: 5,9 S des vorstehenden Alkohol-Harzes werden zu einer Lösung von Chrom™

' - 3

säureanhydrid (10 g; 0 5.1 Mol) in 120 car Dimethylformamid ge geben, die- einige Tropfen konzentrierte Schwefelsäure enthält. Die Mischung wird 20 Stunden lang bei Umgebungstemperatur gerührt und anschließend filtriert. Das Harz wird nacheinander mit Wasser, Ethanol, einer Sodalösung/Bthanol-Mischung und schließlich mit destilliertem ffasaer gewaschen. Dann wird das Harz durch.Waschen mit verdünnter Salzsäure angesäuert, woran sich das Waschen mit destilliertem Wasser, Äthanol und Ether anschließt. Das unter vermindertem Druck getrocknete Harz hat eine Kapazität an Carboxylgruppen von 0,85 aXqu/g_e

Es wird nachfolgend außerdem ein Beispiel für dis Herstellung des kanonischen Katalysators durch Polymerisation angegeben.

herstellung von JI-Acfyloyl-S-äsa-i, 4-dio3:y~/4-573piro-decaii

7 ? ζ 7 ft'

/ £. Q / y _₂₁_ 8.8.1983

AP C 07 C/247 257/0 61 805/11

Sine Lösung von S-Aza-1 ^-dioxa-ZT-^spiiO-decan (28,6 g; 0,20 Mol) in wasserfreiem Ether (100 cnr) wird geführt und» auf 0 ⁰G gekühlt. Darin setst man'tropfenweise Acryloylchlorid ( 9₅Ob g; 0,10 Hol) in Lösung von wasserfreiem Bther (33 cm ) "hinzu- Zwei Stunden nach dem Beginn der Zugabe entfernt man den weißen liederschlag durch -Filtration. Uach Verdampfen des JSthers unter vermindertem 'Druck erhält man. das Rohprodiakt (Ausbeute 97 %), das anschließend destilliert wird (Kp_{0 o}g = 110 bis 114 ⁰G, Ausbeute 85 %). Fp = 43 bis 44 ⁰G'(Pentan/Ether).

Herstellung des Copolymers von N-Acryloyl-8-aaa-i,4-dioxa-/^-^./spiro-decan und von iljSP-Methylenbisaorylamid (Molverhältnis 6:1)

Herstellung des Copolymers IHc

j = ^ , m = 0, n' =P = 1,R = H)

Man leitet einen Stickstoffstrom 15 Minuten lang in eine Lösung von N - Acryl oyl-3-a2a~1,4-UiOSa-Zl¹T^JsP iro-decan (5,46 g; 0,028 Mol) und !,H'-Methylenbisacrylamid (0,71 g; 0,0046 Mol) in destilliertem Wasser (13 cm ) ein. Bach Zugabe einiger Milligramm Kaliumpersulfat und Riboflavin unterwirft man die Lösung für 10 Minuten der Bestrahlung mit einer 500-W-Lainpe.

8,8.1933

AP G 07 G/247 257/0

δΐ 805/11

Daa erhaltene Polymer wird mit Wasser, Ethanol und üther gewaschen und anschließend unter vermindertem Brack getrocknete

Danach rührt man 24 Stunden lang eine Suspension des erhaltenen Polymers in 1 IS-Salzsäure, Das Polymer wird durch Filtration isoliert, mit Wasser, ethanol und Ether gewaschen und ans chi is.ß end unter -vermindertem Druck getrocknet. Die Kapazität an Carbonylgruppen beträgt 4₃O rnÄquig»

Herstellung des Copolymers von 15-Acryloy:l-8-aza-1,4~dio:sa-Z"4~5.7spirodecan und von U,l^f -bis-Acryloyl-piperaain (Molverhältnis 4»5 : 1)

Herst ell ting; _i von C p;pöl vmer 111 d.

, m = O₁ n¹ = H" = 1, a = H)

(Ui d)

Man leitet einen Stickstoff-Strom 30 Minuten lang in eine Lösung von H~Acryloyl-8~aza-1,4~dioxa-/4-5,73pi-odecan (5 g; 0,025 Mol) und Κ,ϊί' -bis-Acrylojä-piperazin (1,1 g; 0,0056 Mol) in destilliertem Wasser (14 crn^) ein« 'Dann kühlt man auf 0.⁰C und fügt 5b mg in destilliertem Wasser (2 cm ) gelöstes Amrsoniumpersulfat und 50 Mikroliter E,!'-Tetramethylethylendiaain (¹TSIiBD) hinzu_β Anschließend hält man die Mischung 1. Stunde 30 Minuten lang bei 0 ⁰C. Das erhaltene Polymer wird in einem Mörser zerkleinert_s mit Wasser,

1/ 70C7 Il

i4 / Z D / y -23- 8.8.1983

AP G 07 C/247 257/0 61 805/11

Ethanol und Ether gewaschen und unter vermindertem ^Druck getrocknet. Dann rührt man 24 Stunden lang eine Suspension des Copolymers in 1 U-Salzsäure, Das Polymer wird durch filtration isoliert, mit Wasser und ethanol gewaschen und anschließend unter vermindertem Druck getrocknet. Die Kapazität an Carbonylgruppen beträgt 4_S2 niÄqu/g,

Herstellung des Copolymers von H-Acryloyl-8-aza-1,4-dioxa-/T-lJspiro-decan und von Η,Η'-bis-Acryloyl-piperazln In Perlform (Molverhältnis 5:1)

Herstellung des Copolymers UIe

(V Λ , m = 0, η» = N" = 1, R = Ξ)

(IHe)

-O

m 100 ml Paraffinöl, das 2 Tropfen Sorbit-Trioleat enthält, wird 2 Stunden lang ein Stickstoff-Strom eingeleitet. Gleichzeitig wird In eine Lösung von H-Acryloyl-8-aza-i_}4~ dioxa-/4"-5.7spiro-decan C 1,8 g; 0,00915 Mol) und Π,ϊΜ-bis-Acryloylpiperazin (0,35 g; O,OO1S3 Mol) in destilliertem Wasser (7/5 cnr) ebenfalls 1 Stunde lang ein Stickstoff-Atom eingeleitet. Anschließend fügt man zu der wäßrigen Lösung 20 Mikroliter ϊί,Η¹-^etramethyl-ethyldiamin (TSMED) und 25 mg in destilliertem Wasser (1 cet) gelöstes Ammoniumpersulfat· Dann gießt man die wäßrige Lösung in das Paraffinöl und rührt anschließend noch 1 Stunde unter Stickstoffatmosphäre, Man filtriert das Polvmer dann in SOrrn von

-Ai₁ .? Of *"^ f» if"^ jÄ'|

i4 / I D / U -24- 3,8.1983

AP C 07 C/247 257/0 61 805/11

Perlen, wäscht mit Pentan und anschließend mit destilliertem

Das erhaltene Polymer wird 24 Standen lang in Suspension in 1 N—Salzsäure gerührt, Ss wird dann durch filtration isoliert und anschließend mit Wasser gewaschen» Die Kapazität an Carbonylgruppen beträgt 4,1 mäqu/g»

Die oben beschriebenen Polymere müssen in jedem Fall getrocknet Werdens bevor man die analytische Charakterisierun vornimmt» Bei Soutineherstellung kann man jedoch diese Operationen unterlassen, das Waschen mit Wasser sowie die sich anschließende ausreichende Trocknung,

it der Katalysatoren

Die Untersuchung der Wirksamkeit der ketonischen Polymer« -Harze gemäß der -Erfindung erfolgte' an verschiedenen alpha- -Aminonitrilen in einem B.ohrr8aktor₅ nachdem sie unter Rühren in einer verdünnten Sodalösung behandelt wurden* Beispielsweise werden in der nachstehenden Tabelle A einige relative Ergebnisse zur Hydratation von alpha-imino-propioniiril angegeben,

In der unten stehenden Tabelle A sind die nachfolgenden Verfahrensbedingungen zu berücksichtigen;

- Temperatur des,Reaktors'= 25 ⁰C

- Konzentration an alpha-Araino-propionitrii am eingang des

— OiJ.-!. j- —-d.U. u Oi ο ·» OjW^ UiUi/ J.

- Konsentration an Hydroxid : O₅02 Mol/l,

'fabelle A: Vergleichsversuch der Wirksamkeit von verschiedenen ketonischen Polymeren (Reaktor, enthaltend 1,3 g Katalysator Lind 4,5 cm3 Lösung)

Ketonischea Polymer

Kapazität des Polymers an Carbonylgruppen, ausgedrückt in MiIIiäquivalent pro Gramm Katalysator

Kontaktzelt im Reaktor, in Minuten

Prozentansatz der Umwandlung, Prozente alpha-Aminopropionamid am Ausgang des Reaktor im Verhältnis zum eingespritzten alpha-Aminopropionitril

la

O, n"=0, -Me, R¹Wi

0,85

Ha =»Ν·=1, R=H)

1,2

1,5

ΊΙΓΒΓ

66 33

14,6 8,8

33

14,6 8,8 6,2

26 14,5 6,8

12 8,5

TT 34 25 17

33 20

14

_1fi »

«n"=«1_t R=H)

33

14,6 8,8 6,2

oo ο ο

oder

_n ·· — 1 P -T-T ^

~n ·= ι, ii=xi)

33

14,6

8,8

99,8 93,4 80,6

-26- 8.3.1983

AP C 07 C/24 7 257/0 61 805/11

Man sollte sich hier erinnern, daß in dem relativen Verfahren zur katalytischen chemischen Hydrolyse von alpha-^minonitrilen im homogenen Medium cyclische Ketone nicht brauchbar sind,- denn diese zersetzen sich schnell im basischen Medium, insbesondere durch die Aldolisation-Crotonisations-P-eaktion« Daher hat man die Bildung von 2-Gyclohe2:yliden-cyclohexanon bei der durch Cyclohexanon katalysierten Hydratation von aipha-%u.nonitrilen beobachten können:

0

OH -β

In Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung sind dagegen- derartige Sekundärreaktionen zwischen den Keton-Molekülen stark eingeschränkt , wenn sie über eine PoIymer-Matris: wirkungslos gemacht werden* Man wird in diesem Zusammenhang-feststellen, daß sich in der -Praxis die unlöslichen cyclischen Ketone als wirksamer erwieaen haben als die linearen aliphatischen Ketone*

Heben der genauen Beschaffenheit des für die katalytische Aktivität verantwortlichen ketonischen Prinzips haben die physikochemischen Charakteristika des Polymer«Hars~3tammes bzw« der -Matrix (Vernetzungsmittel, Grad der Vernetzung, mehr oder weniger hydrophiler Charakter) einen bemerkenswerten 3influß, insbesondere in bezug auf die Bedeutung der Diffusionsprozesse bei der heterogenen Katalyse,

Die Beschaffenheit der Katalysator-Polymeren als konstant angencmmen, bestimmen die wichtigen Parameter den Prozentsatz der Umwandlung von alpha- Am iiio-nitril in alpha-Amino am id am

4 / Δ b / U -27- 8.8.1983

AP C 07 C/24 7 257/0 61 805/11

Ausgang des Reaktors, was bereits veranschaulicht wurde.

Zur Kennzeichnung werden weiter unten einige Resultate der Hydratation von alpha-imino-propionitril angegeben, katalysiert durch carbonyliertes Polymer der Porinel UIa in der \J ~ fi) , a = 0_} η = n' =1 und R=H sind, d. h·

das Polymer der J?ormel: · ^:

Die verschiedenen Parameter sind in der nachfolgenden 'Tabelle B aufgeführt:

Tabelle B: Hydratation von alpha-Aralnopropi.onitral zu alpha-Aminopropionamid in einem Rohrreaktor, gefüllt mit Katalysator IHa (1,3 g Katalysator und 4,5 cm^ Lösung) ₍f£\ _ tfT\ _t _m-_{= 0> n}t ₌ _nn _{= 1t R =} H), Veranschauliohung der

wicht igen Parameter'

Kapazität des Polymers an Carboxylgruppen, ausgedrückt in Milliäquivalent pro Gramm Katalysator

1,4

1,8

1,5

ti

1*5

ti

Konzentration an Hydroxid in Mo 1/1

0,05 0,05 0,05

0,02 0,05 0,10 0,15

0,05

ti

Konzentration an alpha-. Aminopr op ionitril am Eingang des Reaktors in Mol/l

0,05

ti I»

0,05 0,05 0,05 0,05.

0,025 0,050

0,075 0,10

Kontaktzeit im Reaktor, in Minuten

18

ti

14,6

ti

Temperatur des Reaktor a (OG)

25

33,5

63,5

79

87

68,5 63,5 57,5

Prozentsatz der Umwandlung, Prozente alpha-Ami- "Xj nopropion-amid

am Ausgang des Reaktors im Ver- ^««& hält nie zum einge- '^^ spritzten alpha-Aminopr ο ρ ion:i. t r il _mi

5 ,

73,5 84,5

55

CD Ω O U> O

Tabelle B (Fortsetzung)

Kapazität des Polymers an Carbonyl-' gruppen, auegedrückt in Mill!äquivalent pro Gramm Katalysator

Il

11 It

-1,8 1,8 1,8

Konzentration an Hydroxid in Mol/l

0,05

ti

it

Konzentration an alpha-Äminopropionitril am

Eingang tora in

des Reak-Mol/1

0,07

0,05

Il Il

0,10

11

Kontaktzeit im Reaktor, in Minuten

33

14,6 8,8 5,1

0,5

It

Temperatur des Reaktors (⁰G)

ti Il ti

Prozentsatz der Umwandlung, Prozente alpha-Arninopropionamid am Ausgang dea Reaktors im Verhältnis zum eingespritzten . alpha-Aminopropionitril

85

63,5 52 35

34 76

CD Ω O VJT O

-30- 8,8.1383

AP C 07 G/247 257/0 61 805/11

Die Überprüfung dieser Tabelle zeigt, daß der Prozentsatz der Umwandlung von alpha-Amino-nitril in aJ-pha-Amino-amid ansteigt:

- mit der Anzahl der carbonylierten Stellen im Katalysator pro Gesamtmasse des Polymeren

- mit der Konzentration an Hydroxyl-Ionen im Reaktor-

- mit der Temperatur des Reaktors und

- mit der Verweilaeit des alpha-Araino-nitrils am Katalysatorkontakt ,

für einen gegebenen Reaktortyp und eine gegebene alpha-Amino-nitril-Konsentration ist der Prozentsatz der Umwandlung eine Exponentialfunktion der Verweilaeit«

Im. Verlauf dieser Untersuchungen hat sich insbesondere herausgestellt j daß das unlösliche ketonische Polymer in Abhängig- keit von der Anzahl der eingebrachten ketonischen Äquivalente seine Holle als Katalysator spielt. Vorzugsweise und.in Übereinstimmung mit dem erfindangsgenaSen Verfahren wird die alpha-isiino-nitril-Lösung mit des unlöslichen carbonylierten Polymer in einem Verhältnis von O₃I bis 50 Äquivalente Carbonyl-Verbindung pro Mol alpha-Amino-nitril als Ausgangs verbindung in Kontakt gebracht;»

In der Praxis hat sich ebenfalls herausgestellt, daß das Polymer-Harz in das 4esktions-Medius, in einem Verhältnis von ungefähr 10 g bis ungefähr 20C0 g Harz pro Mol alpha-

4 / Z 5 / U "³¹- 3.8.1983

A? C 07 C/24 7 257/0 61 805/11

Amino-nitril als Ausgangsprodiikt eingetragen werden kann, beispielsweise bei der Sachführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in diskontinuierlicher Art und Weise m-it Rückführung und Wiederverwendung des carbonvlierten Katalysators,

"•o

^s ist' außerdem festgestellt worden, daß da3 carbonyjißrte Polymer-Harz zusätzlich zu den Carbonylgruppen-Seitenketten vorzugsweise hydrophile Gruppen tragen kann, beispielsweise Carboxyl-, primäre, sekundäre oder tertiäre Amino- oder quaternäre Ammonium-Gruppen*

üs ist schließlich zu. präzisieren, daß die '.Temperatur des Heaktionsmediums merklich zwischen ungefähr 5 ⁰G und ungefähr 30 ⁰G liegt,

Das ^"erfahren der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise in der folgenden Art und Weise durchgeführt werden« Das ketonische Polymer-Harz, das restliche Carboxyl-Gruppen in 5Orm der Säure aufweist, soll vorzugsweise zuvor behandelt werden. Man rührt das Harz beispielsweise mehrere Stunden lang in O₃I H-Sodalösung, bevor es in die Katalysator-Kolonne eingefüllt wird»

Zwei Einspritzdüsen mit gleichem Durchmesser, angetrieben durch den gleichen Motor, speisen bei gleicher Fördermenge' die Harz-Kolonne durch ihren unteren '-^eil« Eine der Sinspritz düsen enthält beispielsweise alpha-Amino-nitril-Hydrochlorid in Lösung.von verdünnter Salzsäure, die andere eine Sodalösung,, Am Eingang der Kolonne, s, 3, an ihrem unteren Teil, setzt die Sodalösung das alpha-Amino-nitril aus sei- nein Hydrochlorid frei and stellt das Heaktionsinedium auf

{ 7 7 H 7 Π

•32- 8.8,1983

AP C 07 C/247 25 7/0 61 805/11

den für die kataiytische Hydratation erforderlichen pH-Wert ein.

Um .die autokatalytische Reaktion zu vermeiden, die die Zusammensetzung der abfließenden Strome vor der Analyse verändern wurde j setzt man am Ausgang der Kolonne eine verdünnte Salssäurelösung hinzu»

Gemäß einer Variante des Verfahrens kann alpha—Aaino—nitrll durch Reaktion eines Cyanhydrine mit Ammoniak hergestellt werden. Das Ausgangs-alpha~Aniino~nitril kann ebenfalls durch Reaktion eines Aldehyds und Cyanhydrine«ure oder Cyanid, wie ein Alkalicyanid, mit Ammoniak und einem Amrnoniumsalz hergestellt werden« In der Praxis kann es in·eine si solchen Pail vorteilhaft sein, die alpha-fenino-nitril-Lösans durch einen Überschuß von ca« 5 bis 10 % Cyanid in besag auf das in der äquisiolaren Aldehyd-Cyanid-Lösung enthaltene Cyanid oder in bezug auf die Cyanhydrin-Lösung. au stabilisieren..

Gemäß einer VaPi₃₁ItS des erfindungsgemäßen Verfahrens laßt man das Gleichgewicht der Bildung von alpha-Amino-nitril sich einstellen, bevor man das kataiytische System, gebildet durch das carbonylierte Hars in Gegenwart von Hydroxyi-Ionen, einträgt«

Aus führ unga be isg^iel

Ss werden nachfolgend einise Beisoiele aur VeranschaulichuriÄ des Verfahrens der vorliegenden Erfindung angegeben·;

Beispiel 1

Losung -ψοη aiQna-AminoOroOioniiC-^-i ι-

"^O

ril-Hydrochlorid

/ Ij -33- 3.8» 1933

ΔΡ G 07 G/247 257/0 61 805/11

in Salzsäure (0,01 Έ) wird in der gleichen Zeit wie ein identisches Volumen'Soda (0,21 M) am Kopf eines Reaktors einge~ spritzt, der 1,4 g- fest angeordnetes ketonischea Polymer IIIa mit 1,8,10 ^J Äquivalenten an ketonischen Gruppen pro Gramm Polymer enthält* Am Ausgang -des Reaktors wird das alpha-^ino-propionamid mit einem' Umwandlungsgrad von 95 % erhalten. Die Produktivität des Reaktors bei Umgebungstemperatur beträgt 1,2 . 10"*·^ Mol/min, zurückgeführt auf 1 Liter Reaktorvolumen und 1 Gramm Harz.

Beispiel 2

Lösung von alpha—imino-propionitril-Hydrochlorid (0,10 M) in Salzsäure (0,01 U) wird in der gleichen Zeit wie "ein identisches Volumen Soda (0,21 Έ) am Kopf eines Reaktors ein gespritzt, der 1,5 g fest'angeordnetes ketonisches Polymer Iia mit 1,2 . 10 ^J Äquivalenten an ketonischen Gruppen pro Gramm Polymer enthält. Am Ausgang des Reaktors wird das alpha-Atnino-propionamid mit einem Uawandlungsgrad von 90 % erhalten. Die Produktivität des Reaktors bei 30 ⁰C beträgt Oj55 ο 10"-Έοΐ/min, zurückgeführt auf 1 Liter Reaktor— volumen und 1 g Harz.

Beispiel 3

Zu 20 ml einer 0,2molaren Lösung von alpha-Amlno-nitril fügt man 4 ml 1 SF-Sodalösting, 1 g unlösliches ketonisches Polymer IIIa mit 1,3 Milliäquivalent pro Gramm und rührt die Mischung anschließend 1 Stunde lang bei Umgebungstemperatur» j3ach Heiiiräi-isation mit Salzsäure 'und Zentrifugierong der heterogenen Mischung- zeigt die Analyse des oben schwimmenden Anteiles im aaüi^-Spektruin, da!3 der Grad der Umwandlung

-34- 8,8,1983

AP G 07 C/24 7 257/0 61 805/11

von alpha-Amino-nitril in alpha-imino-amit 91 % beträgt

Eine Lösung von alpha-Minomethyl-mercapto-butyronitril (0,10 M) in Salzsäure (0,01 JS) wird in der gleichen Zeit wie ein identisches Volumen Soda (0,21. ST) am Kopf eines Reaktors eingespritzt:, der 1,4 g fest angeordnetes ketonisches Polymer HIa mit- 1,8 „ 10 ^; Äquivalenten an ketonischen Gruppen pro Gramm Polymex* enthält, Am Ausgang des Reaktors wird das alpha-Amino-methylmercaptobutyrarnid mit einem Umwandlungagrad von 95 % erhalten. Die Produktivität des Reaktors bei Umgebungstemperatur beträgt 0,57 . 10 ^J Mol/min, zurückgeführt auf 1 Liter Reaktorvolumen und 1 Gramm Harz,.

Beispiel 5

0,866 g· Acetaldehyd (2 . 10 MpI) werden su 100 ml einer 5U-NH₄OH-LoSiUIg gegeben, die 1,234.g NH^Cl (0,0240 Mol) und 1,432 g KCI (O₅0220 Mol) enthält« Die Mischung wird dann in einem Stopfen-Fläschchen 1/2 Stunde bei 40 ⁰C gehalten. Anschließend wird diese Mischung in der gleichen Zeit wie ein identisches Volumen Sodalösung (0,1 H) am Eopf eines Reaktors eingespritzt, der 1,4 g fest angeordnetes ketonisehes Polymer lila mit 1,S « 10 ^J Äquivalenten an ketonischen Gruppen pro Gramm Polymer enthält,. Aa Ausgang des Reaktors wird das alpha-Amino-amid mit einem Umwandlungsgrad von 95 % erhalten. Unter diesen Bedingungen beträgt die Pro'dukti^ vität des Heaktors bei Umgebungstemperatur 1,0 , 10"*^ Mol/rnin₅ zurückgeführt auf 1 Liter Reaktorvolumen und. 1 Gramm Harz,,

C *7 Α

AP C 07 C/24 7 257/0 61 305/11

Za der aus dem Reaktor stammenden Reaktionsmischung fügt man 10 ml IH-Sodalösung, so daß man eine Iquimolarität von Hydroxyl-Ionen und alpha-Amino-amid erhält. Hierauf wird die Mischung an freier Luft 1/2 Stunde lang auf 30 ⁰C erhitzt, Die GewichtsbeStimmung von Alanin durch einen Aciinosäure-Analysator zeigt eine Ausbeute von 90 %*

Beispiel 6

Zu 100 ml einer 0,22molaren 2JK.C1- und 0₃22molaren KCH-Lösung in 10 S-HH₄OH fügt man 2,032 g (ungefähr 2 . 10"^ Mol) Methylmercaptopropionaldehyd· Die Mischung wird dann unter magnetischem Rühren in einem Srlenaeyer-Kolben 1 V2 Stunden lang auf 40 ⁰C erhitzt. Anschließend wird diese Mischung in der gleichen Zeit wie ein identisches Volumen 0,1 H—Sodalösung am-Kopf eines Reaktors eingespritzt, der 1,4 g fest angeordnetes/ketonisches Polymer HIa mit I₉S , 10 ^J Äquivalenten an ketonischen Gruppen pro Gramm Polymer enthält. Am Ausgang des Reaktors wird das alpha-^ino-amid mit einem Umwandlungsgrad von 95 % erhalten, gemessen mit Hochdruck-Flüssigr-Chromatographie, Unter diesen Bedingungen beträgt die Produktivität des Reaktors bei 25 ⁰C 0,52 , 10""-⁵ Mol/min, zurückgeführt auf 1 Liter Seaktorvolumen undiGramm Harz»

Zu der aus dem Reaktor stammenden Reaktionsmischling fügt man 10 ml 13"—Sodal0sang, so daß man eine Iquimolaritat von Hydroxy1-Ionen und alpha-Amlno-amid erhält, worauf man die Mischung an freier Luft 1 Stunde lang auf 80 ⁰C erhitzt» Die-Gewichtsbestiminung durch HMR-Methcde zeigt eine Ausbeute von 95 %.

S " ' ' * ' *s - „₃6„ 8.8.1983

AP C 07 G/247 257/0 61 305/11

Beispiel 7

Lösung von alpha-Amino-propionitril-Eydrochlorid XO,05 M) in Salzsäure (0,01 H) wird in der gleichen Zeit wie ein identisches Volumen Soda (O₅11 I) am Kopf eines Reaktors eingespritzt j der 1,3 g fest angeordnetes ketonisches Polymer IUb mit 2,0 » 10"*'-^ Äquivalenten an ketonischen Gruppen pro Gramm Polymer enthält, Am Ausgang des Reaktors wird das alpha-Amino-propionamid mit einem Umwandlungsgrad von 85 % erhalten* Die Produktivität des Reaktors bei ümgebungstemperatur beträgt O₅49 . 10 ^J Mol/min, zurückgeführt auf 1 Liter Reaktorvolumen und 1 Gramm Harz,

Beispiel 8

Eine. Lösung von alpha-j&nino-propionitril-Hydrochlorid (0_?10 M) in Salzsäure" (0,01 Έ) wird in der gleichen Zeit wie ein identisches Volumen Soda (0,15 20 am--Kopf eines Reaktors eingespritzt,- der 1,3 g fest angeordnetes ketonisches Polymer IIIc mit 3*0 » 10""° Äquivalenten an ketonischen Gruppen pro Gramm Polymer enthält. Am Ausgang des Reaktors wird das alpha-Amino-propionamid mit einem Umwandlungsgrad, von 99j1 % erhalten,, Die Produktivität des Reaktors bei Umgebungstemperatur beträgt 1₅53 *. 10 Mol/min, zurückgeführt auf 1 Liter Reaktorvolumen und 1 Gramm Harz,

Beispiel 9

Eine Lösung von alphä-Amino-propionitril-Hydrochlorid. (O₃₁IO M) in Salzsäure (0,01 E) wird in. der gleichen Zeit wie ein identisches Volumen Soda (0,21 Js) am Kopf eines Reaktors ein-

D/ !J -37- 8.8,1983

AP C 07 G/247 257/0 61 805/11

gespritzt, der 3,3 g fest angeordnetes ketonisch.es Polymer Ia mit 0,85 . 10 ^J Äquivalenten an ketonischen Gruppen pro Gramm Polymer enthält. Am Ausgang des Reaktors wird das alpha-Amino-propionamid mit einem Umwandlungsgrad von 35 % erhalten» -Die Produktivität des Reaktors bei Umgebungstemperatur beträgt 8 , 10"⁵ Mol/min, zurückgeführt auf 1 Liter Reaktorvolumen und 1 Gramm Harz*

Beispiel 10

Zu einer Suspension von 1,5 g ketonischem Polymer HId mit 2,6 . 10 ^J Äquivalenten an ketonischen Gruppen pro Gramm Polymer, in 15 cm^ einer 0,20 jüJ-Sodalö'sung fügt man 80 mg alpha-Amino-propionitril-Hydrochlorid. Die Mischung 7/ird anschließend 10 Minuten lang bei 20 ⁰C gerührt» lach Neutralisation mit Salzsäure und Zentrifugierung seigt die Analyse des oben schwimmenden Anteiles im üsTMR—Spektrum, einen ümwandlungsgrad in alpha-Amino-propionamid ύοώ. 97 %,

Selbstverständlich dürfte die vorliegende Erfindung nicht auf die einzelnen Arten der Durchführung der beschriebenen Verfahren beschränkt sein, aber es ist tätsächlich möglich, ohne deshalb -den Rahmen der vorliegenden Erfindung au verlassen, sich dazu eine gewisse Anzahl von Detailvarianten vorsugstellen. Ss wird daher insbesondere möglich sein, eine gewisse Anzahl von Modifikationen in Bezug auf die Strucktur und die physikalisch-chemischen Eigenschaften der carbonylierten Polymer-Harze beizubringen«

Claims

1» Verfahren zur katalytischen chemischen Hydrolyse eines alpha-imino-nitrils oder eines seiner Salze, gekennzeichnet dadurch, daß man das alpha-Amino-nitril oder eines seiner Salze im wäßrigen Medium, in heterogener Phase und -in Anwesenheit von Hydroxyl-Ionen mit einem Polymer-Harz umsetzt_s das C_arbonylgrappen~Seitenketten aufweist und das im wäßrigen basischen Medium unlöslich ist

2* Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das die Carboxylgruppen-:Seitenketten tragende Polymer-Harz der folgenden allgemeinen Formel entspricht:

Cz)_a - s

^R1

H₂

in der
fpi einen Polymer—Harz-Stamm darstellt,

Z eine Gruppe der Formel -NH-(CBL)_n-C-

mit 1 C η ^5 bedeutet,
m = 0 oder 1 ist,
H. ein Wasserstoffatom und
R₀ eine Gyclanon-Gruppe mit 4 bis 7 Einggliedern dar« stellt 5 die gegebenenfalls 1 bis 3 Heteroatome, w:

Stickstoff j aufweisen kannj oder auch eine Gruppe Formel

-39- 3.8.1983

AP C 07 G/247 257/0 61 805/11

R¹

a· . ο

-C- (CH₉). -C-R

bedeutet, in der

R¹ ein Wasserstoffatom, ein Methyl- oder ein Sthylradikal bezeichnet,

R stellt ein Methyl- oder ^thylradikal dar, and n¹ ist gleich 0 bis 3» oder

R. and Rp bilden zusammen mit dem benachbarten Stickstoffatom eine Cyclanon-Gruppa mit 5 bis 7 Ringgliedern, die gegebenenfalls 1 oder 2 zusätzliche Heteroatome wie °tickstoff enthalten and gegebenenfalls durch und oder mehrere Methyl- oder Ethyl-Radikale substituiert sein kann»

3. Verfahren nach einem der Punkte 1 und 2₅ gekennzeichnet dadurch, daß das die Carbonyl-gruppen-Seitenketten tragende Polymer-Harz der allgemeinen Formel I entspricht

R'

P) - (Z) -SH-C- (CH_?)„, - C - R (I),

ρ 1 ' n.

in der

P] einen Polymer-Harz-Starr.;? darstellt,

Z eine Gruppe der J'ormel -HH-(CH₉) -G-

^n_n

0 mit 1 £ η £ 5 bedeutet,

^;f U / C D f it -40- ' S.3,1983

A? C 07 G/24 7 257/0 61 805/11

ri' ein Wasserstoff atom oder ein Methyl- oder Radikal ist,

.R ein Methyl- oder Sthyl-Radikäl bedeutet, m =~0 oder 1 and n' = 0 bis 3 sind«,

4. Verfahren nach einem der Punkte 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das die Carbonylgruppen-Seitenketten tragende Polymer-Harz der allgemeinen Formel II entspricht

R R

\ - HH -1 C=O

R R

in der '

einen Polymer-Earz-Stamm darstellt,

Z eine- Sruppe der formel -HH-(CH₂)^-C-

mit 1<n<5 bedeutet,
R ein Wasserstoffatom oder ein Methyl- oder Ethyl-Eadikal

ist,

m = 0 oder 1, ''.
n« = 0 bis 3,
n" = 0 bis 3 und
n¹ + n" <" 3 sind,

5. Verfahren nach einem der Punkte 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das die Carbonylgruppen-Seitenketten tragende Polymer-Harz der allgemeinen'Formel III entspricht

8.8.1983

AP C 07 G/24 7 257/0

δΐ 805/11

Pl- (z)_m-JJ

C=O

R R

(III),

in der

einen Polymer-Harz-Stamm darstellt,

eine Gruppe der Formel -NH-(CH₉) -C-

mit 1Λ η > 5 bedeutet, R ein Wasserstoffatom oder ein Methyl- oder Sthyl-

Radikal ist, 0 oder 1, = 0 bis 3, = 0 bis 3 and + n"^3 sind.

6. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Polymer-Harz der allgemeinen Formel II entspricht, in de: die Cyclanon-Gruppe der Formel R

= 0

8,8.1933

AS C 07 G/24 7 257/0

61 805/11

eines der folgenden Radikale darstellt:

7. Verfahren nach Punkt 5_} gekennzelohnet dadurch, daß das Polymer-Harz der allgemeinen Pormel III entspricht, in der die Heterocyclanon-Grtippe der Porsel

R B

G=O

(CH₀) .

^ C— (GH₂ )_n„

a a

eines der- folgenden Radikale darstellt; 0

YJ

-N,

-N

8» Verfahren nach einem der Punkte 1 bi3 7j gekennzeichne dadurch* daß der Eiymer-Harz-Staimn (Ψ) einer vom Polystyrol-, Polyacryl- oder Cellulose-Typ ist*

9.« Verfahren nach Punkt S₅ gekennzeichnet dadurch, daß der Polymer-Harz—3tacnn (Ψ\ einer vom vernetzten Polystyroloder Polyacryl-Typ ist.

fj -4 3- 8.8.1983

AP G 07 C/247 257/0 61 805/11

10. Verfahren nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß der Polymer-Harz-Stamm Q?J ein Polyacryl-Harz der Pormel

4 CE₀-GH 4_D

C=O t

ist, vernetzt insbesondere mit Divinylbenzol oder mit einem Ii ,H'-bis-Acryloyl-polymethylendiainin der allgemeinen Porinel (Δ):

CH₀ = CH - GO - S - (CH₀) - H - CO - CH = GH₀

in der

X = 1 bis 6 ist,

R = H, -CH_ oder--CH₂-CH- ist

oder die zwei Radikale R bilden susasiinen eine Alkyl en-' gruppe der Formel 4 CH-4^»
wobei y = 1 bis 4 ist,

11. Verfahren nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, dai3 de: Polynier-Harz-Stansi fpj ein Polystyrol-Harz der Formel

24 72 5 7

3,8.1933

AP G 07 G/24 7 25 7/0

61 805/11

ist, vernetzt insbesondere mit Divinylbenzol.

12. Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Polyaer-Harz-Stamm f? J ein Harz dsr Pormel

ist, vernetzt inabesondere mit Divinylbenzol-,

13. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß das Polymer-Harz zusätzlich zu den Carbonylgruppen-Seitenketten noch funktioneile hydrophile Gruppen, wie Carboxyl-, primäre imino*-, sekundäre Amino-, tertiäre imino- oder quatemäre- Ammoniusgrappen trägt»

14. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß die Kapazität des Polymer-Harzes hinsichtlich der katalytischem Aktivität an den Carbonylündsteilen ungefähr 0,5 bis 5 Milliäquivalent pro Gramm Polymer beträgt,

15« Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß das Polymer-Harz in die äeaktionsmischung in einem Verhältnis von ungefähr 10 g bis ungefähr 2000 ; Harz pro Mol alpha—^nino-nitril als Ausgangsprodukt eingebracht wird _β

4725?

-45- 8.8.1983

AP G 07 C/24 7 257/0 61 805/11

1δ· Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß die alpha-Amino-nitril-Lösung mit dem fest angeordneten Polymer-Harz in einem Reaktor in Kontakt gebracht wird, wobei das Verhältnis ungefähr Ο,1 bis ungefähr 50 Äquivalente der entsprechenden Carbonyl-Verbindungen pro Mol alpha-Amino-nitril als Ausgangsverbindung beträgt»

17. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des Reaktionsmediums merklich ZY/ischen 5 und 80 ⁰C gehalten wird»

13« Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 17, gekennzeichnet dadurchj daß Hydrcjcyl-Ionen in geringer Menge in das 7/äßrige Reaktionsmediuni eingetragen werden, und zwar in' einem Verhältnis τοη ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,3 Mol pro Mol alpha-Amino-nitril als Ausgangsverbindung und daß man das erhaltene, entsprechende alpha-Aminoamid extrahiert,

19« Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 17, gekennzeichnet dadurch, daß die Hydroxy1-Ionen in der Weise in das wäßrige Reaktionssedium eingetragen werden, daß eine Äquimolarität in bezug auf das aipha-Amino-nitril als Ausgangsverbindung deutlich erreicht wird und. daß man die erhaltene, entsprechende alpha-Amino—Säure extrahiert»

20. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 19, gekennzeichnet dadurch, daß die Hydroxyl-Ionen in das Reaktionsmedium in Porm eines Alkali- oder ^rdalkalimetall-Hycroxids oder auch in Form von Asmonium-Hyäroxid eingetragen werden.

1 5 / Il -46- 8,8,1983

AP G OT G/247 257/0
61 805/11

21. Verfahren nach, einem der Punkte 1 bis 2O₉ gekennzeichnet dadurch, daß das wäßrige Reaktionsmedium einen minimalen Wassergehalt aufweist, und zwar 1 Mol Wasser pro Mol
alpha-Amino-nitril als Ausgangs verbindung,

22, Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 21, gekennzeichnet dadurch, daß man die kataiytische, chemische Hydrolyse
in heterogener Phase eines alpha-Jimino-nitrils der allgemeinen Porael

rl — vii — '_> = t

aH₂

in der

R ein Wasserstoffatom oder eine lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls ein oder mehrere Heteroatome wie
Schwefel darstellt, wobei das Radikal R^f' gegebenenfalls ein oder mehrere Mole, vorzugsweise am Ende der Kette, durch Gruppen wie Hydroxy, Amino, Carboxyl',
Phenyl, Hydroxyphenyl, Carboxamid, Indolyl, Lninaayl and Guanidyl substituiert sein kann₃ oder

R" bildet mit dem Stickstoffatom in aipha-Stellung eine gesättigte heterocyclische Gruppe, die mindestens ein Heteroatom, wie Stickstoff enthält, wobei diese heterocyclische Gruppe selbst substituiert sein kann, beispielsweise durch eine Hydroxy-'^ruppe, oder eines
seiner Salze, wie des Hydrozychlorids, durchführte

23. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 22, gekennzeichnet dadurch, daß das Salz des alpiia-Araino-nitrils das Hydrochlorid ist.

61 805 11

O / -ι O c η ι%

έ 4 / I 5 / 0 - 47 -

24» Verfahren, nach einem der Punkte 1 bis 23_} gekennzeichnet dadurch, daß ein alpha-Amino-nitril verwendet wird, das durch Reaktion eines Aldehyds und Cyanhydrinsäure oder des Cyanids, wie ein Alkalicyanid, mit Ammoniak und einem Aimnoniumsalz hergestellt wurde.

o^v

25· Verfahren nach Punkt 23 und 24, gekennzeichnet dadurch, daß man das Gleichgewicht der Bildung von alpha-Aminonitril sich einstellen läßt, bevor man das alpha-Aminonitril mit dem Polymer-Harz in Kontakt bringi

2o. Verfahren nach Punkt 23 und 24> gekennzeichnet dadurch, daß man die alpha-lmino-nitril-Lösung durch einen Überschuß von 5 bis 10 % Cyanid in bezug auf,das in der äquimolaren Aldehyd-Cyanid-Lösung enthaltene Cyanid oder in bezug auf die Cyanhyüriii-Lösung stabilisiert.

U NGv 1333*13 0 0 42