Procédé de préparation de la méthionine. La présente invention se rapporte à la préparation de la méthionine à partir de l'acroléine.
La méthionine (acide a-amino-y-méthyl- thiol-butyrique), qui répond à la formule CII;sSCII.@CH ;CHNH=COOH, est un solide blanc, cristallisant: dans l'eau sous forme de plaques ou de feuilles, dont le point de fusion est. de 2810C environ. Le produit synthétique s'obtient sous la forme racémique ou d,1.
Il avait. déjà été proposé de préparer la méthionine à partir de l'acroléine comme ma tière première. Les procédés proposés précé demment, cependant, sont indirects et exigent la séparation des produits de réaction inter médiaires. En outre, les méthodes connues sont conteuses et donnent des rendements relativement faibles.
La présente invention a pour objet un procédé sûr et satisfaisant de préparation de la méthionine à partir de l'acroléine, se pré- tant â une opération économique pour donner un produit industriel.
Le procédé objet de la présente invention permet la. préparation de la méthionine di- reetement à partir de l'acroléine, sans qu'il soit nécessaire de séparer ou d'isoler aucun produit intermédiaire. Ce procédé est simple et direct, et donne de bons rendements en méthionine.
Il est caractérisé en ce que, à partir d'acroléine, de méthy lmercaptan et d'acide cyanhydrique, on forme l'a-hydroxy-y-méthyl- thiol-butyronitrile, on fait réagir ce butyro- nitrile avec NH? (anhydre ou en solution aqueuse) pour remplacer le groupe hydroxyle par un groupe amino et pour former l'a-amino- y-méthylthiol-butyronitrile,
et on hydrolyse ensuite ce dernier composé pour convertir le groupe nitrile en un groupe carboxyle avec formation d'acide a-amino-y-méthy1thiol-buty- rique (méthionine).
On peut représenter schématiquement comme suit la série de réactions impliquée dans ce procédé pour convertir l'acroléine en méthionine:
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On peut préparer aussi l'a-hydroxy-y-mé- thylthiol-butyronitrile en faisant réagir l'aero- léine avec le méthylmercaptan pour former le fi-méthylthiol-propionaldéhyde que l'on fait réagir ensuite avec l'acide cyanhydrique pour former la cyanhydrine correspondante,
soit l'a- hy droxy-y-méthylthiol-butyronitr ile. On con vertit ensuite le butyronitrile en méthionine comme ci-dessus.
On peut représenter schématiquement comme suit la série de réactions impliquée dans ce mode de préparation:
EMI0002.0008
D'une autre manière, on peut préparer aussi l'a-hydroxy-y-méthylthiol-butyronitrile par réaction de l'acroléine avec l'acide cyan hydrique pour former la cyanhydrine corres pondante et par réaction subséquente de l'acroléine-cyanhydrine résultante avec le méthylmercaptan. On peut convertir ensuite le butyronitrile résultant en méthionine, comme ci-dessus.
On peut représenter comme suit la série de réactions impliquée dans ee mode de pré paration
EMI0002.0016
<I>Exemple 1:</I> Cet exemple illustre la préparation de la méthionine à partir de l'acroléine, par réac tion simultanée du méthylmercaptan et de l'acide cyanhydrique avec, l'acroléine. Dans un récipient muni d'un agitateur et pouvant être refroidi, on place 324 g d'acide cyanhydrique liquide, en maintenant la tem pérature à 2-30 C.
On ajoute à. l'acide cyanhydrique<B>576</B> g de méthylmercaptan et une solution de 2,4 g de cyanure de potassium dans 3,6 g d'eau. On agite bien les compo sants et on ajoute lentement au mélange 672 g d'acroléine, en maintenant. la température du mélange à<B>100</B> C environ. L'addition doit être lente par suite de la nature exothermique de la réaction. Quand la température cesse de monter, on ajoute 288 g d'ammoniac anhydre et on agite bien les composants dans le récipient, ce der nier devant être résistant à la corrosion et capable de supporter des pressions modérées. La réaction qui se produit est exothermique, et on laisse la température s'élever spontané ment.
On laisse refroidir le mélange à la tem pérature ambiante et on élimine l'excès d'am moniac par évaporation sous pression réduite à une température d'environ 750 C.
On ajoute ensuite 2400 cm' d'acide chlor hydrique concentré, et on maintient le mé lange à ébullition modérée sous un condenseur à reflux pendant, une heure environ. Du chlo rure d'ammonium précipite quand on laisse refroidir la solution. On sépare le précipité par filtration et on le lave avec de l'alcool; on réunit le filtrat et les alcools de lavage et on évapore sur un bain de vapeur sous pres sion réduite, jusqu'à ce que tout l'alcool et la phis grande partie de l'eau soient éliminés.
On ajoute au résidu d'évaporation 840 cm3 d'ammoniaque concentrée et 4200 cm' d'alcool éthylique. La méthionine précipite et, après que le mélange s'est refroidi à la température ambiante, on la sépare par filtration. On lave la méthionine brute avec de l'alcool éthylique et on la sèche. On peut, si on le désire, puri fier le produit par traitement au charbon dé colorant et recristallisation dans l'eau chaude. Exemple _): Cet exemple illustre la préparation de la méthionine à partir de l'acroléinc, par réac- tion clé l'acroléine successivement avec le mé- thylmercaptan et l'acide cyanhydrique.
On place 112 g d'acroléine et quelques milligrammes de cyanure de potassium clans un flacon muni d'un agitateur et refroidi. On ajoute lentement dans le flacon 96 g de mé- thylmercaptan, en brassant constamment et en maintenant la température à 10(l C environ.
Quand le dégagement de chaleur prove nant de la réaction cesse, on ajoute dans le flacon une nouvelle quantité de cyanure de potassium, environ 0,4 g, et 54 g d'acide cyanhydrique liquide. On effectue lentement cette addition, en maintenant la température du mélange réactionnel à 120 C environ et en brassant constamment.
Quand le mélange réactionnel ne dégage plus de chaleur, on lui ajoute 48 g d'ammo niac anhydre et on laisse le mélange se chauf fer spontanément, la réaction étant effectuée dans un récipient. résistant à la corrosion et capable de supporter des pressions modérées. On laisse refroidir le mélange réactionnel ré sultant à la température ambiante, et on éli mine l'excès d'ammoniac par chauffage à 75 C environ et évaporation sous pression réduite.
On ajoute 400 em3 d'acide chlorhydrique concentré au résidu d'évaporation, et on fait bouillir doucement le mélange pendant une heure environ. Après refroidissement, on sé pare par filtration le chlorure d'ammonium précipité et. on le lave avec de l'alcool. On évapore le filtrat et les alcools de lavage sous pression réduite jusqu'à élimination de l'eau, de l'alcool et de l'acide chlorhydrique.
On ajoute ensuite au résidu -une solution de 200 cm3 de pyridine dans 700 em3 d'alcool éthylique anhydre, et on refroidit le mélange à<B><I>100</I></B> C environ. On filtre la méthionine qui se sépare, on la lave avec de l'alcool éthylique et on la sèche. On peut purifier le produit par traitement. avec du charbon décolorant et recristallisation dans l'eau chaude.
<I>Exemple 3:</I> Cet exemple, de même que le suivant, illustre la préparation de la méthionine à. partir de l'acroléine par réaction de l'acro léine successivement avec l'acide cyanhydrique et le méthylmer captan.
On ajoute 112 g d'acroléine à un mélange de 54 g d'acide cyanhydrique liquide, 0,4 g clé cyanure de potassium et 0,6 g d'eau dans un flacon refroidi extérieurement avec de la glace et muni d'un agitateur. On ajoute l'aeroléine lentement (en une demi-heure approximativement), et on maintient la tem pérature des composants dans le flacon à <B>150</B> C environ. Peu avant la fin de l'addition de l'acroléine, on laisse la température du mé lange réactionnel s'élever jusqu'à la tempéra ture ambiante.
Après avoir ajouté toute l'acroléine, on refroidit le mélange réactionnel à 70 C envi ron, et on lui ajoute lentement et avec un bon brassage 96 g de méthylmercaptan. La réac tion résultante est. exothermique, et on main tient la température à 5-150 C. Par suite de la. quantité de chaleur considérable libérée pendant cette réaction, l'addition du mercap- tan peut demander 2 à 3 heures.
Après l'addition du mercaptan et après dissipation de la chaleur produite par l'élé vation finale de température, on transfère le mélange dans un récipient métallique doublé de verre, capable de résister à des pressions modérées. On ajoute 48 g d'ammoniac anhydre, et on brasse le mélange dans le récipient. La réaction qui se produit est exothermique, et on laisse la température de réaction s'élever spontanément. On laisse ensuite refroidir le mélange à la température ambiante, puis on élimine l'excès d'ammoniac par évaporation, en utilisant une pression réduite pendant. les derniers stades de l'évaporation.
On ajoute ensuite 400 cm' d'acide chlor hydrique concentré, et on maintient le mé lange à ébullition douce sous un condenseur à reflux pendant une heure environ. Le chlo rure d'ammonium précipite, et on laisse refroi dir la solution. On sépare le précipité par fil tration, on le lave avec de l'alcool, on réunit le filtrat et les alcools de lavage et on évapore sur un bain de vapeur sous pression réduite jusqu'à. élimination de l'alcool et de la plus grande partie de l'eau.
On ajoute 1-10 cm- d'ammoniaque con centrée et 700 cm" d'alcool éthylique au résidu d'évaporation. La méthionine précipite et, après avoir refroidi le mélange à la tem pérature ambiante, on la sépare par filtration. On lave la méthionine brute avec de l'alcool éthylique ou de l'acétone et on la sèche. On obtient environ 230 g de méthionine brute. On peut purifier ce produit par traitement au charbon décolorant et recristallisation dans l'eau chaude.
Exemple <I>1:</I> Dans cet exemple, le procédé est le même que celui de l'exemple 3, sauf en ce qui con cerne les conditions maintenues pendant la réaction du méthylmercaptan avec l'acroléine- c yanhydrine.
On place l'acroléine-cyanhydrine dans un récipient à pression doublé de verre et on la refroidit à<B><I>00</I></B> C environ. On ajoute du méthyl.- mercaptan bien refroidi, on ferme le réci pient et on le laisse se réchauffer à la tempé rature ambiante. La réaction débute à 100 C environ et, comme elle est exothermique, elle libère rapidement de la chaleur et augmente la pression dans le récipient. Quand le réci pient et son contenu se sont refroidis à la température ambiante, la réaction est achevée, et le procédé continue comme dans l'exemple 3.
Par suite de la quantité de chaleur consi dérable libérée dans la réaction de l'acroléine- eyanhydrine avec le méthylmercaptan, il faut veiller qu'il ne se produise pas des tem pératures et des pressions excessives. Quand la réaction est effectuée de cette manière, il suffit de quelques minutes pour qu'elle soit achevée.
On petit apporter de nombreux change ments aux procédés décrits dans les exemples ci-dessus. Ainsi, ait lieu d'ajouter du cyanure de potassium comme catalyseur de réaction, on peut le remplacer par une grande variété d'autres substances à réaction alcaline, comme d'autres cyanures de métaux alcalins (par exemple le cyanure de sodium, le cyanure de lithium, etc.), le cyanate de potassium, le ev anate de sodium, l'hv droxvde de trintéthyl- benzylammonium, le carbonate de sodium,
le carbonate de potassium, l'acétate de sodium, le propionate (le potassium, le benzoate de so dium, les aleoylamines (par exemple la mono- méthylamine, la climétliylantine, la monoéthyl- amine, ete., et partie alièrenient les trialcoyl- amines comme la tri niéthvlamine, la triéthyl- amine, etc.),
l'hydroxyde de tétraméthylam- monium, la benzylamine, la diméthylaniline, les alcanolaniines (par exemple la mono- éthanolamine, la diéthanolainine, la t.riétha- nolamine, etc.), ete. En outre, on petit former les cyanures alcalins directement dans le mé= lange réactionnel,
par addition à ce dernier d'hy drox:u-des alcalins, comme l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde de potassium. Cepen dant, il faut éviter l'emploi de substances fortement alcalines comice l'hydroxyde de so dium et l'hydroxv de de potassium en quan tités supérieures aux quantités nécessaires pour avoir une action catalytique,
car il peut se produire une polymérisation indésirable de l'acroléine. Les exemples donnés fournissent une bonne indication de la proportion du catalyseur par rapport aux réactifs qui peut être employée pour obtenir le produit désiré avec tin bon rendement. Pour la même rai son, on additionne de préférence l'aldélivde au mélange contenant les autres réactifs et le catalyseur.
En outre, il n'est pas nécessaire que l'acide cyanhydrique employé comme réactif soit anhydre; on peut utiliser avec d'excellents résultats des solutions aqueuses d'acide cyanhydrique contenant 20% ek moins d'acide cyanhydrique. On petit former aussi l'acide eyanhydriqtte directement dans le mélange réactionnel, par exemple en faisant réagir le cyanure de sodium et l'acide acé tique.
De plus, pendant: la réaction de l'acro- léine, de l'acide cyanhydrique et du ntéthyl- inercaptan, il est préférable de maintenir la température (le réaction dans les limites de 0 à 500 C environ, afin d'obtenir le produit désiré avec le plus haut rendement.
On petit aussi apporter des modifications au procédé donné dans les exemples pour la préparation de la m.éthionine à partir de l'a-liyclroxy-y-métliylthiol-btutyronitrile inter médiaire. Dans les exemples, on emploie l'am moniac anhydre pour transformer le com posé susmentionné en amine correspondante. Il n'est pas nécessaire cependant d'employer l'ammoniac anhydre; on peut aussi utiliser des solutions aqueuses - d'hydroxyde d'ammo nium ne contenant pas plus de 15% d'am moniac.
On préfère cependant employer l'am- inoniac anhydre pour que le mélange réac tionnel contienne une concentration aussi élevée due possible en amine correspondante. Dans certaines limites, le rendement clé cette réaction augmente avec la quantité cl'amnio- niac utilisée. Il est par conséquent indiqué d'utiliser un excès d'ammoniac allant de 25 à 200 % de la quantité théorique.
L'emploi de grands excès d'ammoniac n'augmente pas d'une manière appréciable la transformation (lu groupe hydroxyle en un groupe amino. Comme c'est le cas ordinairement. dans lune opération industrielle, on ajoute l'ammoniac à l'hydroxy-nitrile, mais il est possible de ren verser l'ordre d'addition avec peu ou pas d'ef fet sur le rendement.
On peut effectuer le remplacement du groupe 01I par NIL, dans un grand domaine de températures. Ainsi dans les exemples don nés, quand on commence l'addition de l'am moniac, on maintient le mélange réactionnel à la température ambiante, et pendant l'addi tion de l'ammoniac la température du mélange réactionnel s'élève à 1000 C environ. On peut utiliser aussi des températures de réaction supérieures à 1000 C, sans affecter notable ment l'étendue de la réaction.
Après avoir transformé l'hydroxy-nitrile en amino-nitrile, on hydrolyse le mélange pour former la méthionine. On peut réaliser cette hydrolyse avec ou sans élimination de l'excès d'ammoniac contenu dans le mélange réac tionnel. Quand on utilise de grands excès d'ammoniac (par exemple de 100 à 200 O/o), on peut éliminer une certaine partie de cet excès en exposant le mélange réactionnel à l'air, en l'aérant. par insufflation de gaz inertes comme l'azote, etc.
De tels procédés ne sont pas nécessaires cependant, quel que soit l'excès d'ammoniac employé, car on peut neu traliser l'excès d'ammoniac par l'acide em ployé dans l'hydrolyse de l'amino-nitrile, pourvu qu'on utilise un acide dans ce stade.
Dans l'hydrolyse de l'amino-nitrile en méthionine, on préfère utiliser l'acide chlor hydrique comme catalyseur, bien qu'on puisse utiliser d'autres acides, comme l'acide sulfu rique, avec une diminution chi rendement en produit désiré. On peut de même -utiliser de l'acide chlorhydrique gazeux pour remplacer une partie de l'acide chlorhydrique aqueux. La vitesse d'addition de l'acide semble être une donnée critique, puisqu'elle affecte la température développée dans le mélange réac tionnel. Dans ce cas, l'expérience montre avec.
évidence que la température du mélange réac tionnel ne doit pas dépasser 400 C quand l'excès d'ammoniac qu'il contient doit être neutralisé par l'acide. Après la neutralisation complète de l'excès d'ammoniac cependant, la vitesse d'addition de l'acide ne paraît plus être une valeur critique, ce qui fait qu'en suite on peut permettre à la température du mélange réactionnel de s'élever à une valeur supérieure.
En réalisant l'hydrolyse, avec un catalyseur acide, d'un mélange dont l'excès d'ammoniac n'a pas été éliminé, on a trouvé qu'il était préférable d'ajouter au mélange réactionnel une quantité d'acide équivalente à l'ammoniac ajouté, plus quatre fois l'équiva lent de la teneur théorique en méthionine du mélange réactionnel, basée sur la quantité d'hydro,,,y-nitrile utilisée. Après addition de tout l'acide, on effectue de préférence l'hydro lyse en chauffant le mélange réactionnel approximativement à son point d'ébullition, et en le maintenant ensuite à cette température jusqu'à ce que l'essai pour déceler la présence de nitrile soit négatif.
Ce procédé demande habituellement d'une demi-heure à trois heures.
On peut réaliser aussi l'hydrolyse en uti lisant un catalyseur alcalin, tel que l'hy- droxy de de sodium ou l'hydroxyde de potas sium, bien qu'en général l'emploi de ces cata- lyseurs alcalins conduise à des rendements en méthionine inférieurs.
On a réalisé avec suc cès des expériences dans lesquelles on a bouilli l'amino-nitrile pendant 2 à 15 heures avec un excès d'hydroxyde de sodium de 20 à 100 % (basé sur la quantité de nitrile à hydrolyser), l'hydroxyde de sodium ayant été ajouté en solution aqueuse à 35 0/0.
Après achèvement de l'hydrolyse en utilisant de tels catalyseurs alcalins, il faut refroidir le mé lange réactionnel, le neutraliser avec de l'acide chlorhydrique, éliminer par filtration de chlorure de sodium ou le sel équivalent précipité, et séparer la méthionine selon le procédé décrit dans les exemples.
En général, plus la température d'hydro lyse est faible, plus le temps nécessaire dans ce stade est long, et plus la concentration du catalyseur est forte, plus le temps nécessaire pour achever la réaction est court. En outre, on -utilise avec avantage dans l'hydrolyse des températures de 70 à<B>1250</B> C, la température préférée étant comprise dans les limites de 105 et 1150 C.
Process for the preparation of methionine. The present invention relates to the preparation of methionine from acrolein.
Methionine (α-amino-y-methyl-thiol-butyric acid), which has the formula CII; sSCII. @ CH; CHNH = COOH, is a white solid, crystallizing: in water in the form of plaques or leaves, whose melting point is. of about 2810C. The synthetic product is obtained in the racemic or d, 1 form.
He had. It has already been proposed to prepare methionine from acrolein as the raw material. The methods proposed above, however, are indirect and require the separation of the intermediate reaction products. In addition, the known methods are reliable and give relatively low yields.
The object of the present invention is a safe and satisfactory process for the preparation of methionine from acrolein which is economical in operation to give an industrial product.
The method of the present invention allows the. preparation of methionine directly from acrolein, without the need to separate or isolate any intermediate product. This process is simple and straightforward, and gives good yields of methionine.
It is characterized in that from acrolein, methyl mercaptan and hydrocyanic acid, α-hydroxy-y-methyl-thiol-butyronitrile is formed, this butyronitrile is reacted with NH? (anhydrous or in aqueous solution) to replace the hydroxyl group with an amino group and to form α-amino-y-methylthiol-butyronitrile,
and the latter compound is then hydrolyzed to convert the nitrile group to a carboxyl group with the formation of α-amino-y-methylthiol-butyric acid (methionine).
The series of reactions involved in this process to convert acrolein to methionine can be schematically represented as follows:
EMI0001.0028
Α-Hydroxy-y-methylthiol-butyronitrile can also be prepared by reacting aero- lein with methylmercaptan to form α-methylthiol-propionaldehyde which is then reacted with hydrocyanic acid to form the corresponding cyanohydrin,
or α-hy droxy-y-methylthiol-butyronitrile. The butyronitrile is then converted to methionine as above.
The series of reactions involved in this method of preparation can be schematically represented as follows:
EMI0002.0008
Alternatively, α-hydroxy-y-methylthiol-butyronitrile can also be prepared by reacting acrolein with hydric cyan acid to form the corresponding cyanohydrin and by subsequent reaction of the resulting acrolein-cyanohydrin. with methylmercaptan. The resulting butyronitrile can then be converted to methionine, as above.
The series of reactions involved in this method of preparation can be represented as follows:
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<I> Example 1: </I> This example illustrates the preparation of methionine from acrolein, by simultaneous reaction of methylmercaptan and hydrocyanic acid with acrolein. 324 g of liquid hydrocyanic acid are placed in a container fitted with a stirrer and capable of being cooled, while maintaining the temperature at 2-30 C.
We add to. hydrocyanic acid <B> 576 </B> g of methyl mercaptan and a solution of 2.4 g of potassium cyanide in 3.6 g of water. The components are stirred well and slowly added to the mixture 672 g of acrolein, while maintaining. the temperature of the mixture to approximately <B> 100 </B> C. The addition should be slow due to the exothermic nature of the reaction. When the temperature ceases to rise, 288 g of anhydrous ammonia is added and the components are stirred well in the vessel, the latter to be corrosion resistant and able to withstand moderate pressures. The reaction which occurs is exothermic, and the temperature is allowed to rise spontaneously.
The mixture is allowed to cool to room temperature and the excess ammonia is removed by evaporation under reduced pressure at a temperature of about 750 ° C.
Then 2400 cm 3 of concentrated hydrochloric acid are added, and the mixture is kept at a moderate boil under a reflux condenser for about one hour. Ammonium chloride precipitates when the solution is allowed to cool. The precipitate is separated by filtration and washed with alcohol; the filtrate and the washing alcohols are combined and evaporated on a steam bath under reduced pressure, until all the alcohol and most of the water are removed.
To the evaporation residue are added 840 cm 3 of concentrated ammonia and 4200 cm 3 of ethyl alcohol. Methionine precipitates and, after the mixture has cooled to room temperature, it is separated by filtration. The crude methionine is washed with ethyl alcohol and dried. The product can, if desired, be purified by treatment with de-coloring charcoal and recrystallization from hot water. Example (): This example illustrates the preparation of methionine from acrolein by key reaction of acrolein successively with methylmercaptan and hydrocyanic acid.
112 g of acrolein and a few milligrams of potassium cyanide are placed in a flask fitted with a stirrer and cooled. 96 g of methylmercaptan are slowly added to the flask, stirring constantly and maintaining the temperature at 10 (approx.
When the evolution of heat from the reaction ceased, a further quantity of potassium cyanide, about 0.4 g, and 54 g of liquid hydrocyanic acid were added to the flask. This addition is carried out slowly, maintaining the temperature of the reaction mixture at approximately 120 ° C. and stirring constantly.
When the reaction mixture no longer gives off heat, 48 g of anhydrous ammonia is added to it and the mixture is allowed to heat up spontaneously, the reaction being carried out in a vessel. corrosion resistant and able to withstand moderate pressures. The resulting reaction mixture is allowed to cool to room temperature, and the excess ammonia is removed by heating to about 75 ° C. and evaporation under reduced pressure.
400 ml of concentrated hydrochloric acid are added to the evaporation residue, and the mixture is gently boiled for about an hour. After cooling, the precipitated ammonium chloride is separated by filtration and. it is washed with alcohol. The filtrate and the washing alcohols are evaporated off under reduced pressure until the water, alcohol and hydrochloric acid are removed.
Then added to the residue -a solution of 200 cm3 of pyridine in 700 em3 of anhydrous ethyl alcohol, and the mixture was cooled to about <B> <I> 100 </I> </B> C. The methionine which separates is filtered off, washed with ethyl alcohol and dried. The product can be purified by treatment. with decolorizing charcoal and recrystallization from hot water.
<I> Example 3: </I> This example, along with the following, illustrates the preparation of methionine at. starting from acrolein by reaction of acrolein successively with hydrocyanic acid and methylmer captan.
112 g of acrolein are added to a mixture of 54 g of liquid hydrocyanic acid, 0.4 g of potassium cyanide and 0.6 g of water in a flask cooled externally with ice and fitted with a stirrer. . The aerolein is added slowly (over approximately half an hour), and the temperature of the components in the flask is maintained at approximately <B> 150 </B> C. Shortly before the end of the addition of the acrolein, the temperature of the reaction mixture is allowed to rise to room temperature.
After having added all the acrolein, the reaction mixture is cooled to about 70 ° C., and 96 g of methyl mercaptan are added slowly and with good stirring. The resulting reaction is. exothermic, and the temperature is kept at 5-150 C. As a result of the. Considerable amount of heat liberated during this reaction, addition of the mercaptan may take 2-3 hours.
After the addition of the mercaptan and after dissipation of the heat produced by the final rise in temperature, the mixture is transferred to a glass-lined metal vessel capable of withstanding moderate pressures. 48 g of anhydrous ammonia are added, and the mixture is stirred in the vessel. The reaction which occurs is exothermic, and the reaction temperature is allowed to rise spontaneously. The mixture is then allowed to cool to room temperature, then the excess ammonia is removed by evaporation, using reduced pressure for. the last stages of evaporation.
Then 400 cm 3 of concentrated hydrochloric acid are added, and the mixture is kept at a gentle boil under a reflux condenser for about an hour. The ammonium chloride precipitates, and the solution is allowed to cool. The precipitate is separated by filtration, washed with alcohol, the filtrate and the washing alcohols are combined and evaporated on a steam bath under reduced pressure to. elimination of alcohol and most of the water.
1-10 cc of concentrated ammonia and 700 cc of ethyl alcohol are added to the evaporation residue. The methionine precipitates and, after cooling the mixture to room temperature, it is filtered off. crude methionine with ethyl alcohol or acetone and dried to give about 230 g of crude methionine This product can be purified by treatment with bleaching carbon and recrystallization from hot water.
Example <I> 1: </I> In this example, the process is the same as that of Example 3, except for the conditions maintained during the reaction of methylmercaptan with acrolein-c yanhydrin.
Acrolein cyanohydrin is placed in a glass lined pressure vessel and cooled to approximately <B> <I> 00 </I> </B> C. Well cooled methyl mercaptan is added, the container closed and allowed to warm to room temperature. The reaction begins at approximately 100 ° C. and, as it is exothermic, it rapidly releases heat and increases the pressure in the vessel. When the container and its contents have cooled to room temperature, the reaction is complete, and the process continues as in Example 3.
Due to the considerable amount of heat liberated in the reaction of acrolein-eyanhydrin with methylmercaptan, care must be taken that excessive temperatures and pressures do not occur. When the reaction is carried out in this manner, it only takes a few minutes for it to be completed.
Numerous changes can be made to the methods described in the examples above. Thus, if potassium cyanide is added as a reaction catalyst, it can be replaced by a wide variety of other alkaline reacting substances, such as other alkali metal cyanides (eg sodium cyanide, cyanide lithium, etc.), potassium cyanate, sodium ev anate, trintethylbenzylammonium hv droxvde, sodium carbonate,
potassium carbonate, sodium acetate, propionate (potassium, sodium benzoate, aleoylamines (for example, mono-methylamine, climethylantine, monoethyl-amine, ete., and part alienate the trialkyl- amines such as tri niethvlamine, triethylamine, etc.),
tetramethylammonium hydroxide, benzylamine, dimethylaniline, alkanolaniines (eg monoethanolamine, diethanolainin, t.riethanolamine, etc.), and so on. In addition, the alkali cyanides can be formed directly in the reaction mixture,
by addition to the latter of hy drox: u-alkalis, such as sodium hydroxide or potassium hydroxide. However, the use of strongly alkaline substances such as sodium hydroxide and potassium hydroxide in quantities greater than the quantities required for catalytic action should be avoided.
since undesirable polymerization of acrolein may occur. The examples given provide a good indication of the proportion of catalyst to reactants which can be employed to obtain the desired product in good yield. For the same reason, the aldehyde is preferably added to the mixture containing the other reactants and the catalyst.
Furthermore, the hydrocyanic acid employed as a reagent need not be anhydrous; aqueous solutions of hydrocyanic acid containing 20% less hydrocyanic acid can be used with excellent results. Eyanhydriqtte acid can also be formed directly in the reaction mixture, for example by reacting sodium cyanide and acetic acid.
In addition, during: the reaction of acrolein, hydrocyanic acid and ntethyl-inercaptan, it is preferable to keep the temperature (the reaction within the limits of about 0 to 500 C, in order to obtain the desired product with the highest yield.
Modifications can also be made to the process given in the examples for the preparation of m.ethionine from intermediate α-liyclroxy-y-methylthiol-btutyronitrile. In the examples, anhydrous ammonia is used to convert the above-mentioned compound into the corresponding amine. It is not necessary, however, to employ anhydrous ammonia; it is also possible to use aqueous solutions of ammonium hydroxide containing no more than 15% ammonia.
It is, however, preferred to use the anhydrous ammonia so that the reaction mixture contains as high a concentration as possible of the corresponding amine. Within certain limits, the key yield of this reaction increases with the amount of amnioniac used. It is therefore advisable to use an excess of ammonia ranging from 25 to 200% of the theoretical amount.
The use of large excess ammonia does not appreciably increase the conversion of the hydroxyl group to an amino group. As is ordinarily the case in industrial operation, ammonia is added to the mixture. hydroxy-nitrile, but the order of addition can be reversed with little or no effect on the yield.
The 01I group can be replaced by NIL, over a wide temperature range. Thus in the examples given, when the addition of the ammonia is started, the reaction mixture is maintained at room temperature, and during the addition of the ammonia the temperature of the reaction mixture rises to 1000 ° C. about. Reaction temperatures above 1000 ° C. can also be used without noticeably affecting the extent of the reaction.
After converting the hydroxy-nitrile to amino-nitrile, the mixture is hydrolyzed to form methionine. This hydrolysis can be carried out with or without removing the excess ammonia contained in the reaction mixture. When large excess ammonia (eg 100-200 O / o) is used, some of this excess can be removed by exposing the reaction mixture to air, aerating it. by blowing inert gases such as nitrogen, etc.
Such methods are not necessary, however, regardless of the excess ammonia employed, since the excess ammonia can be neutralized by the acid employed in the hydrolysis of the amino nitrile, provided that an acid is used in this stage.
In the hydrolysis of amino nitrile to methionine, it is preferred to use hydrochloric acid as a catalyst, although other acids, such as sulfuric acid, can be used with a decrease in yield of the desired product. . Likewise, gaseous hydrochloric acid can be used to replace part of the aqueous hydrochloric acid. The rate of acid addition appears to be critical, since it affects the temperature developed in the reaction mixture. In this case, experience shows with.
evidence that the temperature of the reaction mixture must not exceed 400 C when the excess ammonia it contains must be neutralized by the acid. After complete neutralization of the excess ammonia, however, the rate of addition of the acid no longer appears to be a critical value, so that subsequently the temperature of the reaction mixture can be allowed to rise. to a higher value.
By carrying out the hydrolysis, with an acid catalyst, of a mixture from which the excess ammonia has not been removed, it has been found that it is preferable to add to the reaction mixture an amount of acid equivalent to the ammonia added, plus four times the equivalent of the theoretical methionine content of the reaction mixture, based on the amount of hydro ,,, y-nitrile used. After addition of all the acid, hydrolysis is preferably carried out by heating the reaction mixture to approximately its boiling point, and then maintaining it at that temperature until tested for the presence of nitrile is negative.
This process usually takes half an hour to three hours.
The hydrolysis can also be carried out using an alkaline catalyst, such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, although in general the use of these alkali catalysts results in high yields. in lower methionine.
Experiments were successfully carried out in which the amino nitrile was boiled for 2 to 15 hours with a 20 to 100% excess of sodium hydroxide (based on the amount of nitrile to be hydrolyzed), the hydroxide sodium having been added in a 35% aqueous solution.
After completion of hydrolysis using such alkaline catalysts, the reaction mixture must be cooled, neutralized with hydrochloric acid, sodium chloride or the equivalent precipitated salt removed by filtration, and methionine separated according to the procedure. described in the examples.
In general, the lower the hydrolysis temperature, the longer the time required in this stage, and the greater the concentration of the catalyst, the shorter the time required to complete the reaction. Further, temperatures of 70 to <B> 1250 </B> C are advantageously used in hydrolysis, the preferred temperature being within the limits of 105 and 1150 C.