DE2945497C2

DE2945497C2 -

Info

Publication number: DE2945497C2
Application number: DE2945497A
Authority: DE
Inventors: David H. Prof. Champaign Ill. Us Baker; Rudolf Dipl.-Chem. Dr. Wykoff N.J. Us Fahnenstich; Axel Dipl.-Chem. Dr. 6450 Hanau De Kleemann; Bernd Dipl.-Chem. Dr. 6463 Freigericht De Lehmann; Juergen Dipl.-Chem. Dr. Martens; Herbert Dipl.-Chem. Dr. 6450 Hanau De Tanner
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1979-03-06
Filing date: 1979-11-10
Publication date: 1990-04-19
Also published as: FR2450811A1; SU895286A3; NL7908887A; JPS55127359A; GB2044755A; DE2945497A1; DK94880A; FR2450811B1; BE882067A

Description

Die Erfindung betrifft Derivate der D-2-Hydroxy-4- methylmercaptobuttersäure der allgemeinen Formel

in der A Natrium, Kalium, ein Äquivalent Magnesium oder Calcium oder eine Methylgruppe und R Wasserstoff oder eine Acetylgruppe bedeuten, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung als Bestandteil von Futtermitteln für Geflügel.

Das Calciumsalz der DL-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure wird als Bestandteil von industriell hergestellten Mischfuttern in großen Mengen bei der Tierernährung, insbesondere bei der Geflügelfütterung, verwendet. Weiterhin wird es auch bei der Behandlung von Niereninsuffizienzen in sogenannten "Nierendiäten" im Gemisch mit anderen α-Hydroxy- und/oder α-Ketosäuren in Form von pharmazeutischen Zubereitungen verwendet. Ernährungsphysiologisch wirkt das Calciumsalz der DL-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure als Precursor der essentiellen Aminosäure Methionin.

Da Methionin in natürlichen Eiweißen ausschließlich in der L-Konfiguration vorkommt, bedeutet dies, daß die DL-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure im Organismus in L-Methionin umgewandelt werden kann.

Überhaupt haben, von ganz wenigen Ausnahmen abgesehen, die Aminosäuren normalerweise nur in ihrer natürlich vorkommenden L-Konfiguration eine ernährungsphysiologische Wirksamkeit. Selbst in den seltenen Fällen, in denen die entsprechende D-Form überhaupt eine biologische Wirkung erkennen läßt, ist diese geringer als diejenige der L-Form. Jedenfalls ist bisher kein Fall bekanntgeworden, bei dem die ernährungsphysiologische Wirksamkeit einer D-Aminosäure diejenige der entsprechenden L-Aminosäure übertroffen hätte.

Da α-Hydroxysäuren in enger Beziehung zu den entsprechenden α-Aminosäuren stehen - formal ist nur die Hydroxygruppe gegen eine Aminogruppe auszutauschen - und da auch im biochemischen Geschehen Übergänge aus der Reihe der a-Hydroxysäuren in die Reihe der α-Aminosäuren und umgekehrt bekannt sind, herrschte bisher stillschweigend die Meinung vor, daß auch bei den α-Hydroxysäuren die jeweilige L-Form die ernährungsphysiologisch wirksamere Form sei.

Unerwarteterweise wurde jetzt gefunden, daß die erfindungsgemäßen Derivate der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure ernährungsphysiologisch wirksamer sind als die entsprechenden Racemate, das heißt die Gemische aus 50% der D-Form und 50% der L-Form. Demnach muß also bei diesen Derivaten der 2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure überraschenderweise die jeweilige D-Form sehr viel wirksamer sein als die entsprechende L-Form.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Derivate muß zunächst einmal enantiomerenreine D-2-Hydroxy- 4-methylmercaptobuttersäure bereitet werden. Dies kann in der Weise geschehen, daß man D-Methionin in der 0,25- bis 5fachen, vorzugsweise in der 0,6- bis 1fachen, molaren Menge 5- bis 50gewichtsprozentiger, vorzugsweise 10- bis 20gewichtsprozentiger, Schwefelsäure löst bzw. suspendiert und bei einer Temperatur zwischen -5 und +50°C, vorzugsweise zwischen 0 und +5°C, innerhalb von 1 bis 10 Stunden, vorzugsweise innerhalb von 1 bis 3 Stunden, mit einer wäßrigen Lösung von 0,5 bis 5 Mol, vorzugsweise von 1 bis 1,4 Mol, Natriumnitrit pro Mol eingesetztem D-Methionin versetzt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch 5 bis 24 Stunden lang, vorzugsweise etwa 12 Stunden lang, bei einer Temperatur zwischen 20 und 50°C, vorzugsweise zwischen 20 und 25°C, zur Nachreaktion stehen gelassen. Dann wird die Lösung mit Natriumchlorid gesättigt und mit einem nicht mit Wasser mischbaren inerten organischen Lösungsmittel, vorzugsweise mit Diethylether, extrahiert. Nach dem Abdampfen des Lösungsmittels aus dem Extrakt erhält man die rohe D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure in öliger Form. Diese kann unmittelbar in das gewünschte Derivat umgewandelt werden.

Im allgemeinen ist es jedoch vorteilhafter, die rohe D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure vor der Herstellung der gewünschten Derivate zu reinigen. Dies kann zweckmäßig dadurch geschehen, daß man sie mit einem Amin zu einem im allgemeinen leichter zu reinigenden Ammoniumsalz umsetzt. Als besonders günstig hat sich die Umsetzung mit Dicyclohexylamin erwiesen, da das Dicyclohexylammoniumsalz sehr leicht durch Umkristallisieren, z. B. aus einem Gemisch von Essigsäureethylester und Petrolether, gereinigt werden kann. Aus dem gereinigten Ammoniumsalz wird die reine D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure durch Zugabe einer starken Säure, z. B. 40gewichtsprozentige Schwefelsäure, wieder freigesetzt und anschließend die wäßrige Lösung mit einem nicht mit Wasser mischbaren inerten organischen Lösungsmittel, z. B. Diethylether, extrahiert. Nach dem Abdampfen des Lösungsmittels aus dem Extrakt erhält man die reine D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure, die nach längerem Stehen in der Kälte kristallisiert.

Zur Herstellung der Natrium-, Kalium-, Magnesium- oder Calciumsalze wird die Säure in möglichst wenig Wasser gelöst und mit der etwa äquivalenten Menge des entsprechenden Hydroxids, Oxids, Hydrogencarbonats oder Carbonats versetzt. Die erhaltene Salzlösung wird gegebenenfalls nach einer Behandlung mit Aktivkohle, bei vermindertem Druck zur Trockne eingedampft, wobei die reine D-Form des gewünschten Salzes erhalten wird.

Die D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure oder deren Salze können durch Umsetzung mit Methanol und einem Veresterungskatalysator, wie Salzsäure, Schwefelsäure oder p-Toluolsulfonsäure, nach allgemein bekannten Verfahren in den D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäuremethylester umgewandelt werden. Setzt man Salze der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure für diese Reaktion ein, so ist die Verwendung von überstöchiometrischen Mengen an (Mineral-)Säure erforderlich. Besonders gut verläuft die Veresterung, wenn man die D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure oder das Salz bei niedriger Temperatur in ein Gemisch aus Thionylchlorid und Methanol einträgt. Aus diesem Gemisch wird der Ester in üblicher Weise durch Aufnehmen in Wasser und Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel isoliert.

Der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäuremethylester kann mit Acetylchlorid oder Acetanhydrid, vorzugsweise in Gegenwart eines tertiären Amins, wie Pyridin oder 4-Dimethylaminopyridin zum 2-Acetoxyderivat acyliert werden. Die Reaktion kann in Gegenwart oder Abwesenheit eines Verdünnungsmittels durchgeführt werden. Die Isolierung des D-2-Acetoxy-4-methylmercaptobuttersäuremethylesters erfolgt in üblicher Weise durch Versetzen mit Wasser und Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel.

Die erfindungsgemäßen Derivate der D-2-Hydroxy-4- methylmercaptobuttersäure, insbesondere deren Calciumsalz, eignen sich zur Methionin-Supplementierung von Futtermitteln für Geflügel.

Durch die Bereitstellung der erfindungsgemäßen Derivate wird es beispielsweise möglich, Futtermittel für Geflügel mit einem wesentlich geringeren Anteil an dem Calciumsalz der 2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure zu supplementieren, da die D-Form ernährungsphysiologisch wirksamer ist als das bisher verwendete Racemat. Ein weiterer Vorteil der Verwendung der reinen D-Form ist, daß dem tierischen Organismus der Umgang mit der weniger wirksamen L-Form erspart bleibt, was einer Entlastung des Stoffwechsels gleichkommt.

Durch die nachfolgenden Beispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Prozentangaben bedeuten, wenn nicht anders angegeben, durchweg Gewichtsprozente.

Beispiel 1

569,9 g (4 Mol) D-Methionin werden in 3430 g 10%iger Schwefelsäure gelöst und bei 0 bis +5°C innerhalb von 2 Stunden mit einer eisgekühlten Lösung von 345 g (5 Mol) Natriumnitrit in 500 ml Wasser versetzt. Man läßt über Nacht auf 20 bis 25°C erwärmen, sättigt mit Natriumchlorid und extrahiert anschließend mit 4×600 ml Ether. Aus den vereinigten Etherphasen wird nach Trocknen über Natriumsulfat das Lösungsmittel abdestilliert. Es hinterbleibt ein öliger Rückstand von 96,3 g (14,4% der Theorie) an roher D-2-Hydroxy-4- methylmercaptobuttersäure.

Der Rückstand wird in Ether aufgenommen und mit Dicyclohexylamin versetzt bis kein weiteres Salz mehr auskristallisiert. Das auskristallisierte Ammoniumsalz wird mehrmals aus einem Gemisch von Essigsäureethylester und Petrolether umkristallisiert. Man erhält schließlich 100,2 g (52,4% der Theorie) an analysenreinem Dicyclohexylammoniumsalz.

Das Salz wird mit 111 g 40%iger Schwefelsäure hydrolysiert. Nach Zugabe von Natriumsulfat wird der Salzbrei abfiltriert und viermal mit Ether nachgewaschen. Die vereinigten Filtrate werden in organische und wäßrige Phase getrennt. Letztere wird noch dreimal mit Ether extrahiert. Dann werden die vereinigten etherischen Lösungen mit Magnesiumsulfat getrocknet, filtriert und eingedampft, wobei 42 g 95%ige D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure entstehen. Diese weist einen Schmelzpunkt von -1 bis +5°C und eine spezifische Drehung [α] von +12,9° (c = 1; Wasser) auf.

Die Säure wird in 100 ml Wasser gelöst und mit einer Suspension von 9,9 g Calciumhydroxid in 100 ml Wasser versetzt. Nach einer Behandlung mit Aktivkohle wird die wäßrige Lösung im Wasserstrahlvakuum zur Trockne eingedampft. Es hinterbleiben 45,4 g (88% der Theorie) Calciumsalz der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure mit einer spezifischen Drehung [α] von +24,3° (c = 1; Wasser).

Beispiel 2

42 g 95%ige D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure, hergestellt wie im Beispiel 1, werden in 100 ml Wasser gelöst und mit einer Suspension von 5,4 g Magnesiumoxid in 100 ml Wasser versetzt. Nach einer Behandlung mit Aktivkohle wird die wäßrige Lösung im Wasserstrahlvakuum zur Trockne eingedampft. Es hinterbleiben 43,2 g (88% der Theorie) Magnesiumsalz der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure.

C₁₀H₁₈O₆S₂Mg (322,7)

Berechnet: C 37,21%; H 5,62%; S 19,87%; Mg 7,53%;
Gefunden: C 37,42%; H 5,90%; S 19,67%; Mg 7,42%.

Beispiel 3

15,8 g 95%ige D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure, hergestellt wie im Beispiel 1, werden in 40 ml Wasser gelöst und mit 20 ml 5 N-Natronlauge versetzt. Nach einer Behandlung mit Aktivkohle wird die wäßrige Lösung im Wasserstrahlvakuum zur Trockne eingedampft. Es hinterbleiben 15,0 g (87% der Theorie) Natriumsalz der D-2-Hydroxy-4- methylmercaptobuttersäure.

C₅H₉O₃SNa (172,2)

Berechnet: C 34,87%; H 5,27%; S 18,62%; Na 13,36%;
Gefunden: C 34,71%; H 5,53%; S 18,49%; Na 13,10%.

Beispiel 4

15,8 g 95%ige D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure, hergestellt wie im Beispiel 1, werden in 40 ml Wasser gelöst und mit 20 ml 5-N-Kalilauge versetzt. Nach einer Behandlung mit Aktivkohle wird die wäßrige Lösung im Wasserstrahlvakuum zur Trockne eingedampft. Es hinterbleiben 16,9 g (90% der Theorie) Kaliumsalz der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure.

C₅H₉O₃SK (188,3)

Berechnet: C 31,89%; H 4,82%; S 17,03%; K 20,76%;
Gefunden: C 32,01%; H 5,02%; S 16,95%; K 20,51%.

Beispiel 5

8,3 g (0,07 Mol) Thionylchlorid werden bei -5°C zu 20 ml absolutem Methanol gegeben und 15 Minuten lang gerührt.

10,15 g (0,03 Mol) Calciumsalz der D-2-Hydroxy-4- methylmercaptobuttersäure, hergestellt nach Beispiel 1, werden in der Siedehitze in 25 ml absolutem Methanol gelöst. Die Lösung wird bei -5°C zu dem oben beschriebenen Reaktionsgemisch getropft. Anschließend wird mit Ether und Wasser versetzt und in organische und wäßrige Phase getrennt. Letztere wird noch dreimal ausgeethert. Die vereinigten organischen Phasen werden über Natriumhydrogencarbonat und Natriumsulfat getrocknet, filtriert und eingeengt. Es hinterbleiben 8,7 g (88,3% der Theorie) D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäuremethylester.

Beispiel 6

8,7 g (0,053 Mol) D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäuremethylester, hergestellt nach Beispiel 5, werden in 30 ml absolutem Ether und 4,19 g (0,053 Mol) Pyridin gelöst. Bei 0°C werden 4,16 g (0,053 Mol) Acetylchlorid unter Rühren zugetropft. Nach Rühren über Nacht wird das ausgefallene Pyridinhydrochlorid abfiltriert und mit Ether nachgewaschen. Die Etherlösung wird einmal mit 10 ml 2 N-Schwefelsäure und dreimal mit je 10 ml Wasser gewaschen, über Magnsiumsulfat getrocknet und eingeengt.

Es hinterbleiben 8,98 g (82,2% der Theorie) D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäuremethylester.

Beispiel 7

In einem Fütterungsversuch mit männlichen Küken wurde die Wirksamkeit der D-Form des Calciumsalzes der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure geprüft und mit der des Racemates, also der DL-Form verglichen. Pro Versuchsgruppe wurden 21 Tiere verwendet. Der Versuch dauerte 6 Tage (vom 8. bis zum 14. Tag nach dem Schlüpfen). Das durchschnittliche Anfangsgewicht der Tiere betrug 75 g.

Als Basisration für den Fütterungsversuch wurde eine halbgereinigte Soja-Protein-Basisration eingesetzt, der eine Aminosäuremischung - ohne schwefelhaltige Aminosäuren - zugrundegelegt war. Diese Basisration hatte folgende Zusammensetzung (jeweils in Gewichtsprozent):

Maisstärke (granuliert)
31,15
Dextrose	25,00
Sojamehl (48,3% Rohprotein)	31,00
Aminosäurenmischung (untenstehend)	5,00
Maisöl	2,50
Zellulose	1,00
Dicalciumphosphat	2,20
CaCO₃	1,00
NaCl	0,40
NaHCO₃	0,50
MnSO₄	0,05
ZnCO₃ (100 ppm)	+
Cholin Chlorid	0,10
Vitamin mix	0,10\|	100,00

Aminosäurenmischung
L-Arginin · HCl
0,29
L-Histidin · HCl · H₂O	0,11
L-Lysin · HCl	0,29
L-Tyrosin	0,11
L-Tryptophan	0,04
L-Phenylalanin	0,13
L-Methionin	-
L-Cystin	-
L-Threonin	0,16
L-Leucin	0,25
L-Isoleucin	0,15
L-Valin	0,17
Glycin	0,15
L-Prolin	0,10
L-Glutamat	3,05
	5,00

Die Versuchsgruppe I erhielt nur diese an schwefelhaltigen Aminosäuren arme Basisration, die Versuchsgruppe II zusätzlich noch 0,16 Gewichtsprozent, bezogen auf die Basisration, Calciumsalz der DL-2- Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure und die Versuchsgruppe III zusätzlich noch 0,16 Gewichtsprozent, bezogen auf die Basisration, Calciumsalz der D-2- Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure.

Als Versuchskriterien wurden die durchschnittliche tägliche Zunahme pro Tier und die Futterverwertung gewählt. Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

Claims

1. Derivate der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure der allgemeinen Formel in der A Natrium, Kalium, ein Äquivalent Magnesium oder Calcium oder eine Methylgruppe und R Wasserstoff oder eine Acetylgruppe bedeuten.

2. Verfahren zur Herstellung von Derivaten der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man D-Methionin mit salpetriger Säure behandelt und die zunächst gebildete D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure in das gewünschte Salz umwandelt oder mit Methanol verestert und/oder die Hydroxygruppe acetyliert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure vor der Bildung des gewünschten Derivats in ein Ammoniumsalz umwandelt, dieses durch Umkristallisieren reinigt und die D-2-Hydroxy-4- methylmercaptobuttersäure wieder freisetzt.

4. Verordnung von Derivaten der D-2-Hydroxy-4-methylmercaptobuttersäure gemäß Anspruch 1 als Bestandteil von Futtermitteln für Geflügel.