Brevet FR2119068A1 — publié le 19720804

i 2119068 L'invention concerne un procédé pour la préparation de lysine ou d'un composé de lysine dans lequel on hydrogène de la 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne en 5-(4-aminobutyl)-hydantoïne et où l'on hydrolyse ce dernier composé ce qui entraîne la formation de 5 lysine ou d'un composé de lysine. On sait (voir le brevet d'invention des Etats-Unis no. 2.688.023 du 27.6.52) qu'à l'aide d'un réadtif de cyanure, d'un réactif d'ammonium et d'un réactif d'anhydride carbonique le 4-cyanobutyraldéhyde peut être converti en 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne \ partir de laquelle on peut obtenir 10 la lysine au moyen d'une hydrogénation suivie d.'une hydrolyse. Suivant ce procédé connu le mélange de réaction contenant de 1'hydantoïne est chauffé dans un milieu acide pour augmenter la pureté et le rendement du produit. Or, on a trouvé qu'une réaction de 4-cyanobutyraldéhyde 15 avec un réactif de cyanure, un réactif d'ammonium et un réactif d'anhydride carbonique ne produit pas seulement la 5-(3-cyanopro-pyl ) -hydantoïne mais aussi le composé dit l-uréido-4-cyano-valéra-mide et on a constaté que ce dernier composé, dans un milieu acide en étant chauffé, se convertit, en 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne. 20 Au chauffage dans le milieu acide, il se peut que, par suite de l'hydrolyse du groupe de aitrile, il se forme en même temps des composés non désirés. Sa l'on ne diminue pas le pH du mélange de réaction obtenu on peut séparer, du mélange de réaction, un produit solide qui contient, par mole de 5-(3-cyanopropyl)-25 hydantoïne, environ 0,10-0,25 mole de l-uréido-4-cyanovalëramide; ce dernier composé qui n'a pas été décrit jusqu'ici dans la littérature peut en être obtenu à l'état à peu près pur. On a trouvé aussi que ]e l-urëido-4-cyanovaléramide peut être hydrogéné, de la même manière que la 5-(3-cyanopropyl)-hydan-30 toïne, en le nouveau composé dit l-urêido-5-aminocapronamide qui est très facile à hydrolyser ce qui entraîne la formation de lysine alors que les conditions d'hydrolyse à appliquer peuvent être les mêmes que celles exigées pour la formation de lysine à partir de 5-(4-aminobutyl)-hydantoïne. 35 Par conséquent, un mél-.n-te de 5-(3-cyanopropyl)-hydan toïne et de l-uréido-4-cyanov^1éramide est un produit de départ particulièrement approprié à l.-~ [-réparation de lysine. Ce mélange peut être hydrogéné en un mëi-"le 5-(4-aminobutyl) -hydantoïne et de l-uréido-5-aminocapron BAD ORïGft^L 71 46446 2119068 dans le produit hydrogéné peuvent être convertis en lysine au moyen d'une hydrolyse. Le procédé selon l'invention pour la préparation de lysine ou d'un composé de lysine se caractérise en ce qu'on hydrogène un 5 mélange de 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne et de l-uréido-4-cyanovalé-ramide, ce qui entraîne la formation d'un mélange contenant de là 5-(4-aminobutyl)-hydantoïne et du l-uréido-5-aminocapronamide, et qu'on hydrolyse le mélange obtenu ce qui entraîne la formation de lysine ou d'un composé de lysine. 10 L'hydrogénation du mélange selon l'invention peut être effectuée très avantageusement à une température élevée, par exemple de 50-250 °C. dans un solvant et à l'aide de catalyseurs d'hydrogénation connus tels que le platine, le palladium, le nickel et le cobalt. On préfère utiliser du nickel ou du cobalt comme cata-15 lyseur d'hydrogénation. Pour l'hydrogénation la pression partielle d'hydrogène peut être variée entre de larges limites, par exemple de 1-200 atm. Comme solvant dans l'hydrogénation on peut utiliser tout solvant à comportement inerte dans les conditions de réaction et 20 dans lequel le mélange a hydrogéner est soluble. Voici des exemples de solvants appropriés: l'eau, des alcools tels que par exemple le méthanol, l'éthanol, 1'isopropanoi, les butanols et les glycols ainsi que des éthers tels que par exemple le dioxanne et le tétra-hydrofuranne. 25 L'hydrolyse du mélange de 5-(4-aminobutyl)-hydantoïne et de l-uréido-5-aminocapronamide peut être effectuée très bien dans un milieu acide ou alcalin, de préférence à une température élevée, par exemple une température de 80-250 °C. Il va sans dire qu'il faut choisir alors la pression de manière telle que le mélange de 30 réaction soit présent sous forme de liquide, par exemple la pression autogêne. Si l'on utilise par exemple l'acide chlorhydrique pour l'hydrolyse on peut obtenir - à partir du mélange d'hydrolyse - la lysine comme telle ou sous la forme de monochlorhydrate de lysine ou de bichlorhydrate de lysine. Si l'on utilise par 35 exemple de l'hydroxyde de sodium on peut obtenir de la lysine ou du lysinate de sodium à partir du mélange d'hydrolyse. Les exemples suivants servent à expliquer 1'invention sans que celle-ci y soit limitée. ©ad ormmal 71 46446 3 2119068 Exemple 1 (Préparation d'un mélange de 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne et de l-uréido-4-cyanovaléramide) Dans un ballon de réaction muni d'un agitateur et d'un 5 refroidisseur à reflux on introduit 200 millilitres d'êau ammoniacale (25 % en poids de NH^), 31 g de carbonate d'ammonium et 9 millilitres d'acide cyanhydrique liquide après quoi on y ajoute à une température d'environ 25 °C en tout en agitant, 19,8 g de 4-cyanobutyraldéhyde en 15 minutes. 10 Ensuite, on agite le mélange pendant 30 minutes à 25 °C et pendant 4 heures à 60 °C. Le mélange de réaction obtenu est évaporé à sec à une pression réduite (18 mm de Hg) et il reste 35 g d'un produit cristallin blanc. Le spectre de résonance magnétique nucléaire de ce 15 produit prouve que la 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne et le 1-uréido- 4-cyanovalëramide sont présents dans un rapport molaire de 85 : 15 alors que le chromatogramme de la couche mince résulte qu'outre les composés susnommés il n'y a presque pas d'autres matières. En titrant une solution du produit obtenu dans de la pyridine et à 20 l'aide de l'hydroxyde d'ammonium tétrabutylique on trouve qu'elle contient 83,4 % en poids de 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne. Ces résultats d'analyse correspondent avec une conversion à peu près quantitative du 4-cyanobutyraldéhyde dans un mélange de 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne et de l-uréido-4-cyanovaléramide. 25 Exemple II (Séparation de l-uréido-4-cyanovalëramide à partir du mélange obtenu suivant l'exemple I) Du produit cristallin blanc obtenu selon l'exemple I on dissout 17,5 g dans 150 millilitres d'eau ammoniacale (10 % en 30 poids de NH^). On fait passer la solution sur 150 millilitres d'échangeur d'ions fortement basique (polystyrène réticulé avec 4-8 % de di-vinylbenzène contenant des groupes de triméthylammonium, et commercialisé sous le nom de Dowex 21 h) sous la forme de OH et on rince 35 l'êchangeur d'ions avec de l'eau distillée jusqu'à ce que la réaction de l'éluat soit neutre On concentre par évaporation la quantité totale de l'éluat à une pression diminuée (14 mm de Hg) BAD ORIGINAL 71 46446 4 2119068 jusqu'à l'obtention d'une quantité d'environ 10 millilitres, après quoi on abandonne la solution évaporée pendant 24 heure:- 5 la température ambiante. Le produit cristallisé est ensuite filtré, Lavé avec de l'acétone et séché. 5 On obtient 2,7 g de 1-uréido-4-cyanovaléramide ayant un point de fusion de 158-159,5 °C. Analyse: 45,8 % en poids de C, 6.7 % en poids de H, 18,1 % en poids de 0 et 29,7 % en poids de M (analyse calculée pour le C^H^O^N^: 45,64 % en poids de C, 6,57 en poids de H, 17,37 % en pciJ:; do O et 30,42 % en poids de N) . 10 Le spectre infrarouge et le spectre de résonance magnétique nucléaire du produit obtenu correspondent entièrement à la structure NC-(CH2)3-CHiNHCONH2)-CONH2. Exemple III (Préparation de bichlorhydrate de lysine à partir de l-urëido-4-15 cyanovaléramide) Dans un autoclave d'une capacité de 1 litre qui est muni d'un agitateur on introduit 1,5 g de nickel Raney et 50 millilitre de méthanol. On ferme l'autoclave. On ajoute 40 g d'ammoniaque et on presse de l'hydrogène dans l'autoclave jusqu'à une pression de 20 20 atm. Tout en agitant on augmente ensuite la température jusqu'à une valeur de 110 °C et en amenant do l'hydrogène on porte la pression à une valeur de 70 atm. Puis on ajoute une solution de 7.8 g de l-uréido-4-cyanovaléramide et 15 g d'ammoniaque dans 150 millilitres de méthanol alors qu'on maintient la température et la 25 pression jusqu'à ce que l'absorption d'hydrogène soit nulle. On agite bien le mélange de réaction. Après le refroidissement et la diminution de la pression on filtre le mélange de réaction et on évapore le filtrat presque complètement à sec. A l'aide de 100 millilitres d'acide chlorhydrique (36 % en poids de HC1) on chauff 30 le résidu, contenant du l-uréido-5-aminocapronamide, dans un autoclave pendant 4 heures à une température de 170-180 °C, après quoi on évapore à sec la solution obtenue et on obtient un résidu conte nant 8,8 g de bichlorhydrate de lysine, ce qui correspond à un rendement de 94,8 % par rappor- à la quantité originale de 35 l-uréido-4-cyanovaléramide. Bad original h 71 46446 2119068 Exemple IV (Préparation de dihydrochlorure de lysine à partir du mélange obtenu suivant l'exemple I) Dans un autoclave d'une capacité de 1 litre qui est muni 5 d'un agitateur on introduit 1 g de nickel Raney, 100 millilitres de méthanol et 70 g d'ammoniaque. Après avoir fermé l'autoclave on presse là-dedans de l'hydrogène jusqu'à une pression de 20 atm. Tout en agitant, on augmente ensuite la température jusqu'à une valeur de 110 °C et tout en amenant de l'hydrogène on porte la 10 pression à une valeur de 62 atm, En agitant la suspension de catalyseur ainsiobtenue on ajoute une solution de 12 g de 5-(3-cyanopropyl) -hydantoïne, 2,4 g de l-uréido-4-cyanovaléramide et 20 g d'ammoniaque dans 200 millilitres de méthanol après quoi on continue l'agitation jusqu'à ce que l'absorption d'hydrogène soit 15 nulle. Après le refroidissement et la diminution de la pression le mélange de réaction est filtré et le filtrat est évaporé à sec à une pression diminuée (20 mm de Hg). De la manière indiquée dans l'exemple III, le résidu est converti en bichlorhydrate de lysine. On obtient 16,2 g de bichlorhydrate de lysine, ce qui 20 correspond à un rendement de 87,3 % calculé par rapport à la quantité originale de 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne et de l-uréido-4-cyanovaléramide. Exemple V (Préparation de monochlorhydrate de lysine à partir d'un mélange 25 de 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne et de l-uréido-4-cyanovaléramide) Dans un autoclave d'une capacité de 1 litre, qui est muni d'un agitateur, on introduit 2 g de nickel Raney et 50 millilitres d'eau. L'autoclave étant fermé on ajoute 70 g d'ammoniaque et on presse de l'hydrogène dans l'autoclave jusqu'à une pression de 40 30 atm. Tout en agitant on augmente ensuite la température jusqu'à 110 °C environ et en amenant de l'hydrogène on porte la pression à une valeur de 65 atm. A la suspension de catalyseur obtenu ainsi on ajoute, tout en agitant, une solution de 14,2 g de 5-(3-cyano-propyl)-hydantoïne, de 2,8 g de l-uréido-4-cyanovalêramide, de 35 9,6 g de carbonate d'ammonium et de 11 g d'ammoniaque dans 100 millilitres d'eau. (La solution ajoutée s'obtient par la réaction de 4-cyanobutyraldéhyde sur de l'acide cyanhydrique et du carbonate RAD ORIGINAL 71 46446 6 2119068 d'ammonium de la manière décrite dans l'exemple I). Après l'addition de la solution on continue l'agitation, tout en maintenant la température et la pression, jusqu'à ce que l'absorption d'hydrogène soit nulle. Après le refroidissement et la diminution de la 5 pression, le mélange de réaction est filtré et le filtrat est évaporé presque totalement à sec. Le résidu est chauffé à 200 °C, avec 12 g d'hydroxyde de sodium et de 85 millilitres d'eau, pendant 2 heures dans un autoclave. Ensuite on évapore partiellement la solution obtenue afin d'enlever l'ammoniaque qui se trouve dans la 10 solution. La solution restante de lysinate de sodium, qui contient encore du carbonate de sodium, est diluée avec de l'eau jusqu'à un volume de 200 millilitres et ensuite elle passe sur une colonne qui est remplie de 300 millilitres d'échangeur d'ions fortement acide sous .la forme de NH^ (polystyrène réticulé avec 8 % de ben-15 zëne divinylique contenant des groupes d'acides sulfoniques, connu sous le nom commercial Dowex 50). La colonne est rincée avec de l'eau jusqu'à ce que la réaction du liquide traversant la colonne soit neutre. Puis, on enlève la lysine qui est liée à l'échangeur 20 d'ions en faisant passer 200 millilitres d'eau ammoniacale (7 % en poids de NH^) sur la colonne et en rinçant la colonne avec de l'eau distillée jusqu'à ce que la réaction du liquide qui traverse la colonne soit neutre. La quantité totale d'éluat obtenue est évaporée jusqu'à ce que la solution ne contienne plus d'ammoniaque. 25 La solution aqueuse de lysine qu'on obtient est neutralisée avec de l'acide chlorhydrique et évaporée à sec. Le résidu contient 16,55 g de monochlorhydrate de lysine ce qui correspond à un rendement de 90,4 % cailculë par rapport à la quantité originale de 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne et de l-uréido-4-cyanovaléramide. BAD ORIGINAL 71 46446 7 2119068 REVENDICATION' S 1. Procédé pour la préparation de lysine ou d'un composé de lysine dans lequel on hydrogène de la 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne en 5-(4-aminobutyl)-hydantoïne et où l'on hydrolyse ce dernier composé ce qui entraîne la formation de lysine, caractérisé en ce r, qu'on hydrogène un mélange de 5-(3-cyanopropyl) -hydantoïne et de l-uréido-4-cyanovaléramide, ce qui entraîne la formation d'un mélange contenant de la 5-(4-aminobutyl)-hydantoïne et du l-uréido-5-aminocapronamide et qu'on hydrolyse le mélange obtenu ce qui entraîne la formation de lysine ou d'un composé de 10 lysine. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange de départ contient 0,10-0,25 mole de l-uréido-4-cyano-valéramide par mole de 5-(3-cyanopropyl)-hydantoïne. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en 15 ce qu'on effectue l'hydrogénation à une température de 50-300 °C dans un solvant inerte et à l'aide d'un catalyseur d'hydrogénation. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise du nickel ou du cobalt comme catalyseur d'hydrogénation» 20 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on effectue l'hydrolyse dans un milieu acide ou alcalin à une température de 80-250 °C. 6. Procédé pour la préparation de lysine ou d'un composé de lysine, tel que décrit plus haut, notamment en substance, à l'aide des 25 exemples. 7. Lysine ou un composé de lysine obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes. 8. l-uréido-4-cyanovaléramide. 9. l-uréido-5-aminocapronamide. BAD ORIGINAL