178411. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alfa-amino-nitrilek katalitikus hidrolízisére
5 178411 6 I. táblázat Kezdeti koncentráció kezdeti NH3 koncentráció mól/1 1 5 10 20 40 CH3UHO és HUN 0,5 mól/1 a-amino-propionitrillé való átalakulás mértéke 73% 94% 97% 98,5% 99,2% Kezdeti koncentráció kezdeti NH3 koncentráció mól/1 1 5 10 20 40 CH3CHO és HCN 1 mól/1 a-amino-propionitrillé való átalakulás mértéke 56% 88% 94% 97% 98,4% Kezdeti koncentráció kezdeti NH3 koncentráció mól/1 1 5 10 20 40 CH3CHO és HCN 2 mól/1 a-amino-propionitrillé való átalakulás mértéke 37% 78% 88% 94% 97% az aldehid vagy a kiindulási ciánhidrin-koncentráció 15 arányával 11 pH felett. így például acetaldehid esetében 35 C -on mólegyenértékű kezdeti aldehid és HCN vagy CN- arány esetén, az a-amino-propionitrillé való átalakulás mértéke a mól/liter-ben kifejezett kezdeti aldehid- és kezdeti 20 NH3 koncentráció függvényében változik, ahogy az I. táblázat mutatja. A táblázatból világosan kitűnik, hogy ilyen körülmények között valamely a-amino-nitril képződésére megállapított optimum csupán gazdasági optimum, 25 mivel elméletileg elérhető az aldehidnek a-amino-nitrillé való mennyiségi átalakulása. Az elvégzett különböző kísérletek folyamán kiderült, hogy az a-amino-nitril képződési szakaszában, 1—10% HCN vagy CN- felesleg használata, az aide- 30 hid-cianur-mólegyenértékű rendszerben levő cianurra vonatkoztatva, stabilizálja a kapott a-amino-nitriloldatot. Ugyancsak kitűnt az, hogy abban az esetben, ha az előzőekben előállított a-amino-nitril-oldathoz valamely 35 karbonil-származékot, mégpedig valamely előzőleg megadott ketont, amely ugyancsak előbb megadott arányban egy alkálihidroxidhoz társul, adunk, akkor a közegben levő a-amino-nitrilt katalitikusán a-amino-amiddá alakíthatjuk. Az a-amino-nitrilnek a-amino- 40 amiddá való ilyen átalakulása rendkívül gyors és szinte kvantitatív az egyensúlyi közegben levő a-amino-nitril koncentrációjára vonatkoztatva. A kísérletek ezután azt mutatták, hogy amennyiben az ily módon készített oldatban az alkálihidroxid kon- 45 centrációját a kiindulási a-amino-nitril koncentrációjának eléréséig vagy kissé (5—10% mértékben) annak koncentrációja fölé növeljük, és előnyösen az így kapott reakcióközeget melegítjük, akkor az oldatban levő a-amino-amidot mennyiségileg a megfelelő a-amino- 50 savvá alakítjuk. Ahogy előzőleg leírtuk, semlegesítés után, például kénsavval való kezelés útján, a szabad a-aminosavat kapjuk, amelyet ismert módszerekkel kinyerünk. A közegben levő képződött nátriumszulfát moláris mennyisége kissé túlhaladja az a-aminosav 55 moláris mennyiségének a felét. Ebben a szakaszban a közegben levő a-amino-amiddal egyenértékű mennyiségű ammónia is képződik, amelyet visszanyerhetünk és újra felhasználhatunk. A hidrolizálási reakciót katalizáló keton ugyancsak ledesztillálódik ebben a szakasz- 60 ban és kinyerhető, majd visszakeringtethető a folyamatba. Meg kell említenünk a találmány keretében, hogy az a-amino-nitril megfelelő a-amino-amiddá való átalakításának első fázisában megállapítottuk azt, hogy egy 65 közbenső termék keletkezett, amelyet „Y” intermediernek nevezünk és amelynek a szerkezetét teljes biztonsággal nem tudtuk meghatározni. Az „Y” intermedier létezése mindazonáltal lehetővé teszi azt, hogy teljes bizonyossággal megállapítsuk azt, hogy a karbonilvegyületnek a reakcióközegbe való bevezetése ténylegesen katalitikus szerepet játszik. Ennél fogva az a-amino-izobutironitrilnek a katalitikus hidrolízisénél, amelyet bázikus oldatban végeztünk, a következőket észleltük: a) Vizes bázikus oldatban és 1 mól/liter nagyságrendű reagáló anyag-koncentrációkra (a-amino-izobutiro-nitril, aceton) NMR spektrumban, 29 Cü-on a hidrolizálási reakció első szakaszának a normális lefolyásánál egy „Y” intermedier vegyület jelenik meg, amely három jelet ad : 8=0,17; 8=0,63 és 8=0,76 értéknél, amelyek viszonylagos erőssége 2—1—1, és ezek az értékek észrevehetően eltérnek az aceton (8=0,98), az amid (8=0,07) és a nitril (8=0,25) értékeitől. bj Egy 90% etanol-tartalmú vizes-alkoholos oldatban és káliumkarbonát jelenlétében az a-amino-izobutiro-nitril—aceton reakció-rendszer olyan közbenső vegyületen keresztül vezet a-amino-izobutiramidhoz, amelyet U.V. spektrumban egy széles sáv jellemez, amelynek a maximuma 200 nm hullámhossz alatt van. Ez a sáv eltér az amid és az aceton sávjától. Ugyancsak megállapítottuk azt is, hogy ennek az „Y” intermediernek a kialakulása együtt jár mólegyenértékű mennyiségű a-amino-izobutiramid és aceton képződésével. c) Végül megismételjük a b) pont szerinti kísérletet, de azt vízmentes etanolban és nátriumetilát jelenlétében folytatjuk le. Ily módon nemcsak az U.V. fényben észlelt előző terméket tudjuk stabilizálni, hanem kristályos formában el is tudjuk különíteni a reakcióközegtől. Ez a vegyület vizes oldatban olyan NMR spektrumot ad, amely teljesen azonos az a) pontban az „Y” intermedierre leírt spektrummal és mólegyenértéknyi menynyiségű acetont és a-amino-izobutiramidot szabadít fel teljes mennyiségben (a reakció 5 perc alatt lejátszódik környezeti hőmérsékleten) még semleges közegben is. Piridinnel visszafolyatás közben melegítve, vagy több napon át konzerválva a reakcióközegben, a vegyület ezzel szemben teljes egészében 2,2,4,4-tetrametil-4-imidazolidinonná alakul. Ez olyan vegyület, amely csak lassan hidrolizál vizes bázikus oldatban visszafolyatás közben. A fenti három megfigyelés arra enged következtetni, hogy az aceton vizes közegben és vízmentes közegben egyaránt reagál az a-amino-izobutironitrillel és olyan 3
