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Verfahren zur Herstellurig von ß-(Hydantoyl-5)-propionaldehydphenylhydrazon
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von fl-(Hydantoyl-5)-propionaldehyd-phenylhydrazon
der Formel
und ist dadurch gekennzeichnet, daß man 5-Cyanoäthylhydantoin mit einem Nickeikatalysator
in Gegenwart von Säuren und von Blei oder Bleiionen mit Wasserstoff behandelt und
den erhaltenen ß-(Hydantoyl-5)-propionaldehyd mit Phenylhydrazin umsetzt.
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Das Verfahren ist ein wichtiges Zwischenprodukt für die Tryptophansynthese
(Tryptophanausbeute etwa 80%) und die Herstellung von Derivaten des fl-(Hydantoyl-5)-propionaldehyds.
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Das bei dem Verfahren als Ausgangsverbindung verwendete 5-Cyanoäthylhydantoin
kann aus dem leicht zugänglichen P-Cyanopropionaldehyd auf folgendem Wege
hergestellt werden.
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Bei der verfahrensgemäßen Umsetzung wird zunächst die Nitrilgruppe
des 5-Cyanoäthylhydantoins zur Aldehydgruppe reduziert, die dann mit dem Phenylhydrazin
unter Bildung von fl-(Hydantoyl-5)-propionaldehydphenylhydrazon reagiert. Versuche
haben ergeben, daß bei Anwendung üblicher Hydrierungskatalysatoren und üblicher
Hydrierungsbedingungen die Reaktion nicht in der gewünschten Weise verläuft, sondern
statt dessen das intermediär gebildete Aldimin bzw. der intermediär gebildete Aldehyd
zu dem entsprechenden Amin bzw. Alkohol weiter reduziert werden und sich das erwartete
Phenylhydrazon nur in sehr geringer Ausbeute bildet.
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Bei der verfahrensgemäßen Umsetzung wird diese unerwünschte Reduktion
des Aldimins und des Aldehyds unterdrückt und das fl-(Hydantoyl-5)-propionaldehydphenylhydrazon
in hoher Ausbeute hergestellt.
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Eine bevorzugte Ausflührungsform des Verfahrens wird wie folgt durchgeführt:
Das Ausgangsmaterial 5-Cyanoäthylhydantoin wird in Wasser oder einem wasserhaltigen
Lösungsmittel, z. B. einer wäßrigen Lösung von Methanol, Äthanol oder Dioxan, gelöst
und die geeignete Menge Essigsäure zugesetzt. An Stelle der Essigsäure können auch
andere organische Säuren, beispielsweise Ameisen-, Propionsäure, oder Oxysäuren,
wie Weinsäure, oder auch anorganische Säuren, wie die Phosphorsäure, verwendet werden.
Die wirksame Säuremenge liegt im Bereich der 2- bis 10fachen Molmenge, auf das angewandte
5-Cyanoäthylhydantoin bezogen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, eine Säurekonzentration
von etwa 100/a anzuwenden. Die Reduktion wird nach Zusatz des entwickelten bleihaltigen
Katalysators bzw. nach Zusatz des bleifreien Katalysators und wasserlöslichen Bleisalzen,
wie Bleiacetat, durchgeführt. Für die Reduktion wird vorteilhaft ein Wasserstoffdruck
von 1 bis 70kg(cm2, insbesondere von weniger als 20 kg/CM2, und eine Temperatur
im Bereich von 5 bis 50'C, insbesondere von 10 bis
20'C, angewendet.
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Nach der Beendigung der Reduktion, wobei etwa die gleiche Molmenge
Wasserstoff - auf das angewandte 5-Cyanoäthylhydantoin bezogen
- absorbiert wird, wird der Katalysator abfiltriert, und dem Filtrat die
äquimolare Menge Phenylhydrazin - auf das 5-Cyanohydantoin bezogen
- unter Rühren zugetropft,
um die Kristallisation des fl-(Hydantoyl-5)-propionaldehyd-phenylhydrazonsherbeizuftihren.Die
Reaktionsmischung läßt man zur Vervollständigung der Kristallisation unter Kühlen
stehen, trennt die gebildeten 11-(Hydantoyl-5)-propionaldehyd-phenylhydrazon-Kristalle
ab, wäscht sie mit Wasser und trocknet sie.
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Als Nickelkatalysator wird ein Katalysator verwendet, der entweder
a) aus einer bleihaltigen Nickel-Aluminium-Legierung in bekanitter Weise hergestellt
worden ist (NP); Ausbeute 70 bis 85%, Entwicklung bei 80 - C in
80 Minuten oder b) durch Entwicklung einer bleifreien Nickel-Aluminium-Legierung
mit Bleipulver bei 90'C in 100 Minuten hergestellt worden ist (HDH),
Ausbeute 80 bis 88%, oder c) in bekannter Weise aus einer zwar bleifreien Nickel-Alurninium-Legierung
hergestellt worden ist, aber der Lösung Bleisalze zugesetzt worden sind, Ausbeute
85 bis 93%. Entwicklung des NDH-Katalysators bei 90-C in 10 Minuten des PL-Katalysators
bei 60'C in 80 Minuten.
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Die Entwicklung der Nickel-Aluminium-Legierung wird nach bekannten
Methoden durchgeführt. Gewöhnlich verwendet man die 20fache Menge 15%iger Natronlauge
- auf das Gewicht der Legierung bezogen - als Entwickler. Obwohl die
anderen, wichtigsten Entwicklungsbedingungen, wie Temperatur, Zeitdauer, von der
Zusammensetzung der Legierung abhängen, liegt die Temperatur gewöhnlich im Bereich
von 50 bis 100'C und die Zeitdauer im Bereich von 1 bis 2 Stunden.
Nach der Entwicklung wird der Katalysator mit Wasser gewaschen und für die Reduktion
benutzt. Für dit Herstellung der Katalysatoren wird im Rahmen der Erfindung kein
Schutz beansprucht.
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Die folgende Tabelle vermittelt einen Uberblick über die angewendeten
Katalysatoren und die damit erzielten Ergebnisse.
| 1 Ausbeute an ii-(Hydan- |
| Beispiel Katalysator Zugesetztes Material Milligramm Freigesetztes
Ammoniak toyl-5)-propionaldchyd- |
| phenythydrazon |
| 0/0 |
| 1 a) NP - 86 85 |
| 2 b) NDH Pb 63 81 79 |
| 3 b) NDH Pb 126 92 88 |
| 4 b) NDH Pb 210 92 87 |
| 5 e) NDH Pb(CH3C00#2 3 H.->0 8 73 68 |
| 6 e) NDH desgl. 80 87 84 |
| 7 c) NDH desgl. 230 94 93 |
| 8 c) NDH desgl. 380 94 93 |
| 9 c) PL desgl. 8 71 64 |
| 10 c) PL desgl. 80 85 82 |
| 11 c) PL desgl. 230 93 91 |
| 12 e) PL desgl. 380 93 90 |
| Bemerkungen: |
| 1. NP, NDH und PL sind Handelsbezeichnungen für Nickel-Aluminium-Legierungen
des Kawakami Research Institute Co., Ltd. |
| Sie haben |
| NP ......... Ni 44.0'/o, Al 51,80to,
Pb 3,301o, Fe 0,8l)/o; |
| NDH ....... Ni 50,01)lo, AI über 49,501o, Fe
unter 0,5010; |
| PL ......... Ni 30,0%, Al 66,0%, Fe 4,0'/o. |
| 2. Mit dem Prozentgehalt des freigesetzten Ammoniaks wird das
Molverhältnis von Ammoniak - das bei der Einstellung des pH-Wertes |
| der Reaktionsmischung auf 10 freigesetzt wird
- gegenüber dem angewandten 5-Cyanoäthylhydantoin bezeichnet. |
| 3. Bei allen Beispielen wird von einer Lösung ausgegangen,
die 0, 1 Mol 5-Cyanoäthylhydantoin pro 100 ein3 10%iger wäßriger Essig- |
| säurelösung enthält, und die Reduktion mit einem Katalysator.
der aus 4,2 g Legierung hergestellt worden war, unter einem Wasserstoff- |
| druck von 2,5 kglem2 bei 20'C durchgeführt. |
Es wird beobachtet, daß die Reduktion nach
Ab-
sorption von
0,105 Mol
Wasserstoff beendet ist. Danach wird der Katalysator abfiltriert, dem Filtrat
0,1 Mot Phenylhydrazin zugesetzt und das erhaltene fl
- (Hydantoyl
- 5) - propionaldehyd
- phenylhydrazon abgetrennt.
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Der Tabelle ist zu entnehmen, daß die Ausbeute an fl-(Hydantoyl-5)-propionaldehyd-phenylhydrazon
nach e) zunimmt, wenn die in Salzform zugesetzte Bleimenge bis zu etwa
3 bis 5% der Nickellegierung ansteigt, daß jedoch die Ausbeute durch den
Zusatz von mehr als 5% nicht weiter verbessert werden kann.
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Eine ähnliche Tendenz ist bei b) zu beobachten, bei der z.
B. mit einer Bleimenge von mehr als 3% Nickellegierung keine Ausbeuteverbesserung
erzielt wird. Beispiel 13
15,3g (0,1 Mol) 5-Cyanoäthylhydantoin werden
in 100cm3 10%iger wäßriger Essigsäurelösung gelöst, und der in der weiter unten
beschriebenen Weise hergestellte Katalysator wird zugefügt. 4,2 g
Nickel
- Aluminium - Blei - Legierung (NP - Legierung) wird
mit 85 g 15%iger wäßriger Natronlauge bei 80'C 80 Minuten entwickelt und
mit Wasser gewaschen- Die Reduktion wird unter einem Wasserstoffdruck von
2,5 kg[CM2 bei 20'C durchgeführt. Nach 120 Minuten - 0,105
Mol Wasserstoff sind
absorbiert - filtriert man den Katalysator
ab und wäscht ihn mit 60 cm3 Wasser. Das Filtrat vereinigt man mit den Waschwässern,
tropft unter Rühren 10,8 g Phenylhydrazin zu, läßt die erhaltene Mischung
unter Kühlen über Nacht stehen, trennt danach die gebildeten Kristalle ab, wäscht
sie mit Wasser und trocknet sie. Die Kristalle haben einen Schmelzpunkt von 114
bis 116'C und ein Gewicht von 21,7g
(Ausbeute 85()/o). Die Kristalle
kristallisiert man aus 150 cm3 500/()igem wäßrigem Äthanol um, wobei man
19,7 g Kristalle mit einem Schmelzpunkt von 126
bis 127'C erhält. Beispiel
14 15,3 g (0,1 Mol) 5-Cyanoäthylhydantoin werden in 100cm3 Wasser unter Erhitzen
gelöst. die Lösung wird auf Raumtemperatur heruntergekühlt. mit einem Katalysator
versetzt, zu dessen Herstellung eine Nickel-Aluminium-Legierung (NDH-Legierung)
zusammen mit 126 mg Bleipulver 100 Minuten bei 90'C entwickelt
worden ist, 90 cm3 20()/oiger wäßriger Essigsäurelösung werden unter Rühren
zugefügt und das Gesamtvolumen auf 200 cm3 aufgefüllt. Die Reduktion wird unter
einem Wasserstoffdruck von 15 kg/CM2 bei 25'C durchgeführt. Nach
130 Minuten sind 0,105 Mol Wasserstoff absorbiert.
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Der Katalysator wird abfiltriert und mit 100 cm3 Wasser gewaschen.
Das mit den Waschwässern vereinigte Filtrat versetzte man mit 11,8 g Phenylhydrazin,
läßt die Lösung über Nacht unter Kühlung stehen, trennt danach die gebildeten Kristalle
ab, wäscht sie mit Wasser und trocknet sie. Der Schmelzpunkt der Kristalle beträgt
115 bis 117'C, ihr Gewicht 22,4 g (Ausbeute 880/0). Die Kristalle
wurden aus 150 cm3 50%igem wäßrigem Athanol umkristallisiert, wobei man
19,8 g reine Kristalle mit einem Schmelzpunkt von 126 bis 127'C erhält.
Die Kristalle enthalten ein halbes Moi Kristallwasser.
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Beispiel 15
15,3g (OJ Mol) 5-Cyanoäthylhydantoin und
230 mg Bleiacetat [Pb(CH3C00#? - 3 H201 werden in 100 CM3 100/()iger
wäßriger Essigsäurelösung gelöst. die Lösung wird mit einem Katalysator versetzt.
zu dessen Herstellung 4,2 g Nickel-Aluminium-Legierung (NDH-Legierung) bei
90'C 100 Minuten entwickelt und mit Wasser gewaschen worden sind. und die
Reduktion unter einem Wasserstoffdruck von 2,5 kg/CM2 bei 20'C durchgeführt.
Nach 120 Minuten sind 0,105 Mol Wasserstoff absorbiert. Der Katalysator wird
abfiltriert, das Filtrat mit 0,1 Mol Phenylhydrazin versetzt und die Mischung
über Nacht unter Kühlen stehengelassen, wobei man 23,8 g Kristalle mit einem
Schmelzpunkt von 115
bis 117'C erhält. (Ausbeute 9P/U). Nach
der Umkristallisation aus 160cm3 50#/oigem wäßrigem Athanot werden 21.7g
reine Kristalle mit einem Schmelzpunkt von 126 bis 127'C erhalten.