PL179271B1

PL179271B1 - Sposób wytwarzania kwasów 2-aminoalkanowych

Info

Publication number: PL179271B1
Application number: PL95311827A
Authority: PL
Inventors: Miroslaw Soroka; Szymon Kosinski
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 2000-08-31
Also published as: PL311827A1

Abstract

Sposób wytwarzania kwasów 2-aminoalkanowych, zwłaszcza aminokwasów naturalnych, przedstawionych wzorem ogólnym 1 , w którym R oanacza atom wodoru, grupę alkilową, podstawioną " grup? alkalkwo, taką jak grupu berreylowo, indoldomemlową, imidazolilometylową, hydroksymetylową 1-hydroksyetylową, merkaptometylową, 2-metylotioetylową, 4-ammobutylową, karboksymetylową, 2-karboksyetylową, ktrbtmoilemeSrlową, 2-karbamoiloetylową lub R oznaczagrupa ai^ową, znamienny tym, że jedną część molową N-(tritrrlemetylo)-2-amtnealkaoon^SI^lu o wzorze ogólnym 2, w którym R ma podane wyżej znaczenia, natomiast Ar oznacza dowolną grupa aromatyczną, zwłaszcza fenyl, poddaje się reakcji hydrolizy z co najmniej jedną częściąmolową dowolnego, wodnego roztworu kwasu nieorganicznego, korzystnie kwasu solnego o stężeniu azeotrop^wym, przy czymreakcja prowadzi się w temperaturze 270-400 °K aż do przereagowama substratów, po czym wydziela się kwas 2-amioealkaoowr 2 Sposób wytwarzania kwasów 2-ammoalkaoowych, zwłaszcza aminokwasów naturalnych, przedstawionych wzorem ogólnym 1, w którym R oznacza atom wodoru, grupę alkilową, podstawioną grupę alkilową, taką jak grupę benzylową, indolilometylewą, imidazolilometylową, hrdroksrmetrlewt, 1-hrdIOksyetrlowt, merkaptometylową, 2-metrlotleetylewą, 4-αmιnebutrlewą, karboksymetylową, 2-karbeksretylewą kαIbαmoilemetylową, 2-karbamoileetylową, lub R oznacza grupę arylową, znamienny tym, że poddaje się reakcji hydrolizy surowy produkt addycji co najmniej jednej części molowej cyjanowodoru do N(tIιarrlemetrlo)alkaoiminy o wzorze ogólnym3, w którym R i Armają^^^j podane znaczenia, a reakcję hydrolizy prowadzisię z co oajmnieJJednączęścią molową dowolnego, wodnego roztworu kwasu nieorganicznego, korzystnie kwasu solnego o stężeniu azeotropowym, przy czym reakcję prowadzisię w temperaturze 270-400 °K aż do przereagowania substratów, po czym wydziela się kwas 2-ammealkαoewr

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kwasów 2-aminoalkanowych, zwłaszcza aminokwasów naturalnych, przedstawionych wzorem ogólnym 1, w którym R oznacza atom wodoru, grupę alkilową, podstawioną grupę alkilową, takąjak grupę benzylową, indolilometylową, imidazolilometylową hydroksymetylową, 1-hydroksyetylową, merkaptometylową, 2-metylotioetylową, 4-aminobutylową, karboksymetylową, 2-karboksyetylową, karbamoilometylową, 2-karbamoiloetylową, lub R oznacza grupę arylową.

Kwasy 2-aminoalkanowe znajdują zastosowanie jako dodatki uzupełniające deficyt aminokwasów naturalnych w paszy oraz dodatki do żywności. Kilka aminokwasów znajduje zastosowanie w syntezie innych użytecznych produktów, na przykład fenyloalanina i kwas asparaginowy są substratami do syntezy aspartamu.

Powszechnie znany sposób wytwarzania kwasów 2-aminoalkanowych polega na metodzie Streckera, której istotąjest aminoalkilowanie cyjanowodoru mieszaniną aldehydu lub ketonu i amoniaku. Zasadniczą wadą tego sposobu wytwarzania jest przeciętna wydajność procesu, której przyczynąjest złożony charakter reakcji aminoalkilowania, która prowadzi do wielu produktów ubocznych poprzez tworzące się pośrednio 1,3,5-heksahydro-1,3,5-tnazyny. Istota reakcji aminoalkilowania została wyjaśniona bliżej w monografii M. Soroka, „Wybrane problemy chemii kwasów aminofosfonowych”, Politechnika Wrocławska, 1987. Dodatkową, istotną wadą tego sposobu wytwarzania kwasów 2-aminoalkanowych jest powstawanie całej gamy produktów ubocznych, które nie znajdujążadnego zastosowania i stanowiąuciążliwy odpad produkcyjny, ponieważ produkty reakcji aminoalkilowania jest bardzo trudno rozdzielić ze względu na

179 271 zbliżone właściwości fizykochemiczne. Nieco lepsze rezultaty uzyskuje się w modyfikacji

Zielińskiego-Stadnikowa tego sposobu wytwarzania kwasów 2-aminoalkanowych.

Innym znanym sposobem wytwarzania kwasów 2-aminoalkanowych jest metoda Bucherera-Berga, która polega na wychwytywaniu produktu aminoalkilowania w układzie aldehyd, amoniak i cyjanowodór, przez zastosowanie węglanu amonu, stabilizującego wytwarzający się aminonitryl przez przekształcenie go w bardzo trwałą, krystaliczną hydantoinę. Ten sposób wytwarzania jest obecnie powszechnie stosowany do produkcji wielu kwasów 2-aminoalkanowych o przemysłowym znaczeniu. Najpoważniejszą niedogodnością tego sposobu wytwarzania jest konieczność stosowania nadmiaru węglanu amonowego, który jest trudny do regeneracji, a przez to technologicznie uciążliwy. Wadą tego sposobu jest też odporność hydantoin na hydrolizę, zwłaszcza hydrolizę kwaśną, którajest preferowana w przemyśle. To powoduje konieczność stosowania bardzo wysokich temperatur i długiego czasu hydrolizy, lub zastosowania hydrolizy alkalicznej, a w takim przypadku powstaje w trakcie procesu bardzo dużo soli nieorganicznej, na przykład siarczanu sodu, jako odpadu o niewielkim znaczeniu technologicznym. Wady tego sposobu wytwarzania zmniejszono, wprowadzając enzym hydantoinazę, który hydrolizuje hydantoiny w znaczeniu łagodniejszych warunkach, jednak taka modyfikacja metody Bucherera-Berga jest oczywiście znacznie kosztowniejsza, ze względu na konieczność zagospodarowania znaczych objętości roztworów'. W przypadku racemicznych substratów, hydantoinaza hydrolizuje wyłącznie izomer o konfiguracji L, co w niektórych przypadkach, na przykład w produkcji metioniny lub lizyny do celów paszowych, stanowi poważną niedogodność.

Niedogodności reakcji Streckera próbowano usunąć wprowadzając w miejsce amoniaku odpowiednie aminy, takie jak benzyloamina (Georgiadis M.P., Haroutounian S.A., Synthesis 1989, 616-617), 1 -fenylocyklopentyloamina (Łukszo J., Tyka R., Pol. J. Chem. 1978, 52, 959-963), benzhydryloamina (Greenlee W.J., J. Org. Chem. 1984,49,2632-2634) i inne, opisane na przykład w monografii G. Kruger, „Aminocarbonsaure und deren Derivate”, Houben-Wyel, Bd E5, str. 535-543. Zasadniczą wspólną wadą tych sposobów wytwarzania kwasów 2-aminoalkanowych jest bezpowrotna utrata grupy ochronnej na aminowym atomie azotu, która w procesie deprotekcji przekształca się w odpadowy węglowodór.

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania kwasów 2-aminoalkanowych, zwłaszcza aminokwasów naturalnych, przedstawionych wzorem ogólnym 1, w którym R oznacza atom wodoru, grupę alkilową, podstawioną grupę alkilową, taką jak grupę benzylową, indolilometylową, imidazolilometylową, hydroksymetylową 1-hydroksyetylową merkaptometylową, 2-metylotioetylową, 4-aminobutylową, karboksymetylową, 2-karboksyetylową karbamoilometylową, 2-karbamoiloetylową, lub R oznacza grupę arylową.

Istota wynalazku polega na tym, że jedną część molową N-(triarylometylo)-2-aminoalkanonitrylu o wzorze ogólnym 2, w którym R ma podane wyżej znaczenia, natomiast Ar oznacza dowolną grupę aromatyczną, zwłaszcza fenyl, poddaje się reakcji hydrolizy z co najmniej jedną częścią molową dowolnego, wodnego roztworu kwasu nieorganicznego, korzystnie kwasu solnego o stężeniu azeotropowym, przy czym reakcję prowadzi się w temperaturze 270-400°K aż do przereagowania substratów, po czym wydziela się kwas 2-aminoalkanowy.

Istota wynalazku polega także na tym, że poddaje się reakcji hydrolizy surowy produkt addycji co najmniej jednej części molowej cyjanowodoru do N-(triarylometylo)alkaniminy o wzorze ogólnym 3, w którym R i Ar mająwyżej podane znaczenia, areakcję hydrolizy prowadzi się z co najmniej jedną częścią molową dowolnego, wodnego roztworu kwasu nieorganicznego, korzystnie kwasu solnego o stężeniu azeotropowym, przy czym reakcję prowadzi się w temperaturze 270-400°K aż do przereagowania substratów, po czym wydziela się kwas 2-aminoalkanow'y.

Zasadniczą korzyścią techniczno-użytkową, wynikającą ze stosowania sposobu wytwarzania według wynalazku, jest otrzymywanie z wysoką wydajnością, często praktycznie ilościową, kwasów 2-aminoalkanowych, które są wystarczająco czyste i nadająsię bezpośrednio do zastosowania jako dodatki paszowe, a po zwykłej krystalizacji, do większości zastosowań spożywczych i farmaceutycznych.

179 271

Dodatkową korzyścią stosowania sposobu wytwarzania według wynalazku jest możliwość całkowitego zawrócenia do procesu ubocznych produktów reakcji, a zwłaszcza związków, zawierających grupę triarylometylową, która jest w tym przypadku syntetycznym analogiem transferaz przenoszących niskocząsteczkowe nukleofile. Zapobiega to zanieczyszczaniu środowiska, ponieważ nie ma potrzeby zrzucania żadnych produktów ubocznych lub produktów powstających z ich unieszkodliwiania.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania.

Przykład I. N-(trifenylometylo)aminoetanotonitryl (14,92 g, 0,050 mola) i kwas solny 6 M (90 g) ogrzewa się do wrzenia w temperaturze około 380°K, aż do całkowitej hydrolizy grupy nitrylowej, która zachodzi w czasie 2 godzin, co kontroluje się mierząc widma H NMR. Mieszaninę poreakcyjną odparowuje się pod zmniejszonym ciśnieniem i otrzymuje mieszaninę trifenylometanolu, chlorku amonu i chlorowodorku kwasu aminoetanowego, z którego ekstrahuje się trifenylometanol trzema porcjami po 10 g benzenu, a następnie ekstrahuje się chlorowodorek kwasu aminoetanowego czterema porcjami po 7 g metanolu, połączone ekstrakty metanolowe zagęszcza się do około 20 ml, a następnie wydziela się kwas aminoetanowy przez dodanie stechiometrycznej ilości (2,9 g, 3,5 ml) 1,2-epoksypropanujako środka wiążącego HCl. Mieszaninę pozostawia się do krystalizacji na 12 godzin w temperaturze około 280°K, a następnie aminokwas odsącza się, przemywa metanolem (10 g) i otrzymuje czysty kwas aminoetanowy (2,74 g, 73% wydajności), o temperaturze topnienia 238-260°C z rozkładem, zbliżonej do literaturowej temperatury topnienia (240°C, Aldrich Catalogue 1994-1995, str. 766), którego identyczność potwierdza także widmo magnetycznego rezonansu jądrowego: NMR (D₂O, δ, ppm): 3,84 s (2h, CH₂), 4,71 s (> 3H, HOD).

Przykład I I. Postępuje się jak w przykładzie I, z tą różnicą, że zamiast N-(trifenylometylo)aminoetanonitrylu, stosuje się N-(trifenylometylo)-2-aminopropanonitryl (15,62 g, 0,050 mola), otrzymuje się czysty kwas 2-aminopropanowy (alaninę) (3,34 g, 75% wydajności), o temperaturze topnienia 240-287°C z rozkładem, zbliżonej do literaturowej temperatury topnienia (289°C z rozkładem, Aldrich Catalogue 1994-1995, str. 38), którego identyczność potwierdza także widmo magnetycznego rezonansu jądrowego: NMR (D2O, δ, ppm): 1,4 d (3H, CH₃, J=7,5 Hz), 3,80 q (1H, CH, J=7,5 Hz), 4,8 s (> 3H, HOD).

Przykład III. Postępuje się jak w przykładzie I, z tą różnicą, że zamiast N-(trifenylometylo)aminoetanonitrylu, stosuje się N-(trifenylometylo)-2-aminobutanonitryl (16,32 g, 0,050 mola), otrzymuje się czysty kwas 2-aminobutanowy (butyrynę) (3,87 g, 75% wydajności), o temperaturze topnienia 286-295°C z rozkładem, zaczynającym się około 260°C, zbliżonej do literaturowej temperatury topnienia (291°C z rozkładem, Aldrich Catalogue 1994-1995, str. 63), którego identyczność potwierdza także widmo magnetycznego rezonansu jądrowego: NMR (D2O, δ, ppm): 0,901 (3H, CH₃, J=7,5 Hz), 1,81 dxq (2H, CH2, J=7,5 Hz, J=6 Hz), 3,63t(1H, CH, J=6 Hz), 4,7 s (> 3H, HOD).

Przykład IV. Postępuje się jak w przykładzie I, z tą różnicą, że zamiast N-(trifenylometylo)aminoetanonitrylu, stosuje się N-(trifenylometylo)-2-amino-2-fenyloetanonitryl (18,72 g, 0,050 mola), otrzymuje się czysty kwas 2-amino-2-fenyloetanowy (fenyloglicynę) (6,20 g, 82% wydajności), o temperaturze topnienia 260-280°C z rozkładem i sublimacją, zbliżonej do literaturowej temperatury topnienia (290°C z rozkładem i sublimacją, Aldrich Catalogue 1994-1995, str. 1164), którego identyczność potwierdza także widmo magnetycznego rezonansu jądrowego: NMR (D2O, δ, ppm): 4,7 s (>3H, HOD), 5,13 s (1H, CH), 7,42 s (5H, ArH).

Przykład VPostępuje się jak w przykładzie I, z tą różnicą, że zamiast N-(trifenylometylo)aminoetanonitrylu, stosuje się N-(trifenylometylo)-2-amino-2-(4-metoksyfenylo)etanonitryl (20,22 g, 0,050 mola), otrzymuje się czysty kwas 2-amino-2-(4-metoksyfenylo)etanowy (4-metoksyfenyloglicynę) (6,80 g, 75% wydajności) identyczny ze wzorcem (Org. Prep. Proced. Int. 1976,8(4), 149-153; Chem. Abstr. 85:193068q), którego identyczność potwierdza także widmo magnetycznego rezonansu jądrowego: NMR (D2O + D2SO4, δ, ppm): 2,58 s (3H, CH3), 3,94 s (1H, CH), 5,16 s (> 3H, HOD), 5,80 d (2H, J=8,8 Hz, ArH), 6,18 d (2H, J=8,8 Hz, ArH).

179 271

Przykład VI. Postępuje sięjak w przykładzie I, z tą różnicą, że zamiast N-(trifenylometylo)aminoetanonitrylu, stosuje się 2,4-bis(trifenylometyloamino)butyronitryl (29,19 g, 0,050 mola), otrzymuje się kwas 2,4-diaminobutanowy pod postacią chlorowodorku (7,74 g, 100% wydajności), identycznego ze związkiem wzorcowym (Aldrich Catalogue 1994-1995, str. 450), którego identyczność potwierdza także widmo magnetycznego rezonansu jądrowego: NMR (D₂O, δ, ppm): 2,20 complex (2H, CH₂, J=nieoznaczone), 3,16 complex (2H, CH₂, J=nieoznaczone), 4,001 (1H, CH, J=6,5 Hz), 4,7 s (> 3H, HOD).

Przykład VIL Postępuj e się jak w przykładzie I, z tąróżnicą, że zamiast N-(trifenylometylo)aminoetanonitrylu stosuje się N-(trifenylometylo)-2-amino-4-fenylo-3-butenonitryl (20,03 g, 0,050 mola), otrzymuje się czysty kwas 2-amino-4-fenylo-3-butenowy (styryloglicynę) (2,75 g, 31% wydajności), o temperaturze topnienia 193-200°C z rozkładem, zbliżonej do literaturowej temperatury topnienia (198-200°C, z rozkładem, Greenlee W.J., J. Org. Chem. 1984,49,2632-2634, str. 2633), którego identyczność potwierdza także widmo magnetycznego rezonansu jądrowego: NMR (D2O + D₂SO₄, δ, ppm): 4,33 d (1H, CH, J=8,5 Hz), 5,1 s (> 3H, HOD), 5,81 dxd (1H, CH, J=16 Hz, J=8,5 Hz), 6,45 d (1H, CH, J=16 Hz), 6,83-6,93 m (3H, ArH), 7,00-7,03 m (2H, ArH).

Przykład VIII. Postępuje się jak w przykładzie I, z tą różnicą, że zamiast N-(trifenylometylo)aminoetanonitrylu stosuje się N-(trifenylometylo)-2-amino-3-pentenonitryl (16,92 g, 0,050 mola), otrzymuje się czysty kwas 2-amino-3-pentenowy (krotyloglicynę) (2,06 g, 40% wydajności), o temperaturze topnienia 200-202°C z rozkładem, zbliżonej do literaturowej temperatury topnienia (201-202°C, z rozkładem, Greenlee W.J., J. Org. Chem. 1984,49,2632-2634, str. 2633), którego identyczność potwierdza także widmo magnetycznego rezonansu jądrowego: NMR (D₂O, δ, ppm): 2,00 dxd (3H, CH₃, J=6,1 Hz), 4,65 d (1H, CH, J=8 Hz), 4,9 s (> 3H, HOD), 5,76 dxdxq (1H, CH, J=16, J=8), 6,41 dxq (1H, CH, J=16 Hz, J=6,1 Hz).

Przykład IX. N-(trifenylometylo)metaniminę (13,57 g, 0,050 mola) rozpuszcza się w chlorku metylonu (70 g) i dodaje ciekły cyjanowodór (4,9 g, 0,18 mola), po czym mieszaninę poreakcyjnąpozostawia się w temperaturze 278°K do całkowitego przereagowania na 12 godzin, a następnie oddestylowuje się rozpuszczalnik i nadmiar cyjanowodoru, a pozostałość bez wydzielania aminonitrylu przerabia dalej jak w przykładzie I i otrzymuje w wyniku kwas aminoetanowy (2,63 g, 70% wydajności), o temperaturze topnienia 240-260°C z rozkładem, zbliżonej do literaturowej temperatury topnienia (240°C, Aldrich Catalogue 1994-1995, str. 766), którego identyczność potwierdza także widmo magnetycznego rezonansu jądrowego: NMR (D₂O, δ, ppm): 3,84 s (2H, CH2), 4,71 s (> 3H, HOD).

Przykład X. Postępuje się jak w przykładzie IX; z tąróżnicą, że zamiastN-(trifenylometylo)metaniminy stosuje się N-(trifenylometylo)fenylometaniminę (17,37 g, 0,050 mola) otrzymuje się w wyniku czysty kwas 2-amino-2-fenyloetanowy (fenyloglicynę) (6,05 g, 80% wydajności), o temperaturze topnienia 260-280°C z rozkładem i sublimacją, zbliżonej do literaturowej temperatury topnienia (290°C z rozkładem i sublimacją, Aldrich Catalogue 1994-1995, str. 1164), którego identyczność potwierdza także widmo magnetycznego rezonansu jądrowego: NMR (D₂O, δ, ppm): 4,7 s (> 3H, HOD), 5,13 s (1H, CH), 7,42 s (5H, ArH).

179 271

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania kwasów 2-aminoalkanowych, zwłaszcza aminokwasów naturalnych, przedstawionych wzorem ogólnym 1, w którym R oznacza atom wodoru, grupę alkilową, podstawioną grupę alkilową, taką jak grupę benzylową, indolilometylową, imidazolilometylową hydroksymetylową, 1-hydroksyetylową, merkaptometylową 2-metylotioetylową 4-aminobutylową, karboksymetylową, 2-karboksyetylową, karbamoilometylową, 2-karbamoiloetylową, lub R oznacza grupę arylową, znamienny tym, żejednączęść molowąN-(triarylometylo)-2-aminoalkanonitrylu o wzorze ogólnym 2, w którym R ma podane wyżej znaczenia, natomiast Ar oznacza dowolną grupę aromatyczną, zwłaszcza fenyl, poddaje się reakcji hydrolizy z co najmniej jedną częścią molową dowolnego, wodnego roztworu kwasu nieorganicznego, korzystnie kwasu solnego o stężeniu azeotropowym, przy czym reakcję prowadzi się w temperaturze 270-400 °K aż do przereagowania substratów, po czym wydziela się kwas 2-aminoalkanowy.

2. Sposób wytwarzania kwasów 2-aminoalkanowych, zwłaszcza aminokwasów naturalnych, przedstawionych wzorem ogólnym 1, w którym R oznacza atom wodoru, grupę alkilową, podstawioną grupę alkilową, taką jak grupę benzylową, indolilometylową, imidazolilometylową hydroksymetylową, 1-hydroksyetylową, merkaptometylową, 2-metylotioetylową, 4-aminobutylową, karboksymetylową, 2-karboksyetylową, karbamoilometylową, 2-karbamoiloetylową, lub R oznacza grupę arylową, znamienny tym, że poddaje się reakcji hydrolizy surowy produkt addycji co najmniej jednej części molowej cyjanowodoru do N(triarylometylo)alkam miny o wzorze ogólnym 3, w którym R i Ar mają wyżej podane znaczenia, a reakcję hydro izy prowadzi się z co najmniej jedną częścią molową dowolnego, wodnego roztworu kwasu nie organicznego, korzystnie kwasu solnego o stężeniu azeotropowym, przy czym reakcję prowa zi się w temperaturze 270-400 °K aż do przereagowania substratów; po czym wydziela się kwas 2 -aminoalkanowy..