Brevet FR2499560A1 — publié le 19820813

L'invention concerne un procédé de préparation de so- lutions aqueuses, pratiquement exemptes de sels étrangers, de sels de sodium d'acides alpha-aminocarboxyliques par saponifi- cation alcaline des hydantoînes correspondantes à des températu- res de 110 à 1800C. La préparation des acides alpha-aminocarboxyliques des types les plus variés par saponification alcaline des hydantoines correspondantes à des températures de 110 à 1800C est connue. En général, on utilise comme agent saponifiant l'hydroxyde de so- -dium et/ou le carbonate de sodium. A la saponification, on obtient une solution aqueuse qui, avec le sel de sodium de l'acide alpha- aminocarboxylique, contient aussi, obligatoirement, une quantité plus ou moins forte de carbonate de sodium, en général au moins 1/2 mole à 1 mole par mole du sel d'acide alpha-aminocarboxyli- que. L'isolement de l'acide alpha-aminocarboxylique à partir de cette solution est alors effectué dans la plupart des cas par adsorption sur un échangeur d'ions acide et élution subséquente par un éluant approprié. Dans ce type de traitement cependant, le carbonate de sodium contenu dans la solution est gênant car il diminue consi- dérablement la capacité de l'installation d'échange d'ions. Il serait donc souhaitable de réaliser la saponification de l'hydan- toine de manière que le mélange de saponification contienne aussi peu que possible de sels étrangers en solution avec le sel d'aci- de alpha-aminocarboxylique. Le procédé selon l'invention se caractérise en ce que l'on utilise en tant qu'agent saponifiant un mélange d'1 équiva- lent d'hydroxyde de sodium et de 2 équivalents d'oxyde ou hydroxy- de de calcium, dans les deux cas par rapport à l'hydantoîne mise en oeuvre, on sépare après la saponification le carbonate de cal- cium qui a précipité et on concentre la solution aqueuse résiduel- le de sel de sodium afin d'entra.ner l'ammoniac contenu. On a constaté avec surprise que le carbonate de calcium séparé était pratiquement exempt de l'acide alpha-aminocarboxyli- que formé et de sels de cet acide, de sorte que la solution aqueu- se restante contient cet acide alpha-aminocarboxylique avec un rendement élevé sous forme de son sel de sodium. Un avantage supplémentaire du procédé selon l'invention réside en ce que, 1o selon toute apparence, le carbonate de calcium qui précipite et qui a précipité adsorbe certains produits d'accompagnement et exerce donc un effet de purification sur la solution aqueuse rési- duelle. Hormis le choix de l'agent de saponification, la saponi- fication de l'hydantoîne est effectuée de manière connue en soi. On opère à une température de 110 à 1800C, de préférence de 120 à 1500C et dans le cas le plus simple à la pression qui s'établit obligatoirement à la température de saponification observée. On peut mettre en oeuvre dans le procédé selon l'inven- tion des hydantoines quelconques, par exemple celles qui répon- dent à la formule générale R. 2 1I R-N N H dans laquelle R et R2, identiques ou différents, représentent chacun un atome d'hydrogène, un groupe alkyle à chaîne droite ou ramifiée éventuellement substitué en C 1-C 20, un groupe alcényle à chaîne droite ou ramifiée en C 2-C 10, un groupe alcynyle à chaîne droite ou ramifiée en C 2-C 6, un groupe cycloalkyle ou cycloalcényle en C 3-C 8 ou un groupe phényle éventuellement substitué et R représente l'hydrogène ou un groupe alkyle en C 1-C 10 ou bien encore R1 et R2 ou bien R2 et R3 forment ensem- ble un groupe alkylène en C 3-C 5. Lorsque R1 et/ou R2 représen- tent un groupe alkyle substitué en C 1-C 20, les substituants en question sont des groupes phényle, 4-hydroxyphényle, 3,4-dihydro- xyphényle, 3-indolyle, des fonctions sulfurées, des groupes car- boxy, des groupes carboxamide, des halogènes (en particulier le fluor ou.le chlore), des groupes cycloalkyle en C 3-C 8 ou cy- cloalcényle en C 3-C 8. Lorsque R1 et/ou R2 représentent un grou- pe phényle substitué, il s'agit par exemple des groupes 4-hydro- xyphényle, 4-halogénophényle ou 3-phénoxyphényle. Comme exemples de telles hydantoines, on citera l'hy- dantoîne non substituée, la 5-méthylhydantolne, la 5-n-propylhydan- to!ne, la 5-i-propylhydantoine, la 5-i-buty.lhydantoine, la 5-sec.- butylhydantoine, la 5-n-pentadécylhydantoine, la 5-phénylhydan- toïne, la 5-(4'-hydroxyphényl)-hydantoine, la 5-(4'-fluorophényl)- hydantoîne, la 5-(3'-phénoxyphényl)-hydantoine, la 5-benzylhydan- toine, la 5-(4'-hydroxybenzyl)-hydantoïne, la 5-(3',4'-dihydroxy- benzyl)-hydantolne, la 5-/indolyl-(3)-méthyl]-hydantoine, la -[4'-hydanto5-yl-2',3'-dithia-buty 7-hydantoine, la 5-carboxy- méthyl-hydantoine, la 5-amidocarboxyméthylhydantoine, la 5-(2'- carboxyéthyl)-hydantoine, la 5-(2'-amidocarboxyéthyl)-hydantoine, la 5fluorométhylhydantoine, la 5-chloro-méthylhydantoine, la cyclohexylhydantoine, la 5-cyclopentylhydantolne, la 5-(cyclohyxylméthyl)-hydantoine, la 5-[cyclohexa-3-ène-1-yl]-hydantolne, la 5-[cyclohexa-3-ène-1-yl-méthylj-hydantoine, la 5-vinylhydan- to-ne, la 5-éthynylhydantoine, la 5-(4'-méthoxyphénylméthyl)-hy- dantolne, la 5-(3',4'-diméthoxyphényl-méthyl)-hydantoine, la -(4'hydroxybenzyl)-5-vinyl-hydantoine, la 5-benzyl-5-éthynyl- hydantoine, la 5,5-diméthylhydantoine, la 5,5-tétraméthylène- hydantoine, la 5,5-triméthylène-hydantoine, la 1,5-triméthylène- hydantoine ou la 1,5-tétraméthylène-hydantoine. La quantité d'l équivalent d'hydroxyde de sodium et 2 équivalents d'oxyde ou hydroxyde de calcium à utiliser représente exactement la quantité nécessaire pour la saponification d'un no- yau hydantoine. Si l'hydantoine à saponifier contient plus d'un noyau d'hydantoîne, par exemple dans le cas de la dihydantoine de la cystine, il faut naturellement utiliser la quantité multiple correspondante. Si l'hydantoine à saponifier contient un groupe carboxyle ou carboxamide, il faut mettre en oeuvre un autre équi- valent d'hydroxyde de sodium. Si finalement, on met en oeuvre une solution aqueuse brute d'une hydantoine contenant encore'l'excès de carbonate d'ammonium provenant de la synthèse, il faut élimi- ner ce carbonate d'ammonium avant la réaction de saponification par un traitement à la vapeur d'eau ou bien - ce qui est plus simple - ajouter en plus l'oxyde ou hydroxyde de calcium en quan- tité équivalente à la teneur en ions carbonate. Lorsqu'on a terminé la saponification et refroidi le mé- lange d'hydrolyse, on sépare le carbonate de calcium formé par filtration ou centrifugation. On peut le convertir à nouveau de la manière habituelle en oxyde de calcium par calcination et réu- tiliser cet oxyde de calcium à la saponification. La solution aqueuse restant après séparation du carbona- te de calcium contient alors encore une partie au moins de l'ammo- niac libéré à la saponification de l'hydantoine, ammoniac qu'on peut éliminer par une simple concentration. On obtient alors une solution pratiquement pure du sel de sodium d'acide'alpha-amino- carboxylique recherché. Dans le procédé selon l'invention, les hydantoines peu- vent être mises en oeuvre sous la forme racémique D,L mais éga- lement sous la forme des énantiomères D ou L. Les exemples qui suivent illustrent plus complètement le procédé selon l'invention. EXEMPLE 1.- On agite pendant 4 heures à l'autoclave à 1400C 25.g (0,25 mole) d'hydantoine, 18,5 g (0,25 mole) d'hydroxyde de cal- cium et 10 g (0,25 mole) d'hydroxyde de sodium dans 150 ml d'eau. Après refroidissement à 50 C, on filtre le carbonate de calcium qui a précipité. On lave le gâteau de filtration à l'eau et on sèche. Il pèse alors 25 g et consiste pour 99,5% en poids en carbonate de calcium. On combine le filtrat et les eaux de lavage et on con- centre pour éliminer l'ammoniac contenu. On obtient une solution incolore qui contient 23,5 g (97% de la théorie) du sel de sodium de la glycine. Le titrage complexométrique ne permet pas de déce- ler le calcium dans cette solution. EXEMPLE 2.- On opère comme décrit dans l'exemple 1 mais on remplace l'hydantoîne par 32 g (0,25mole) de 5,5-diméthylhydantolne. On obtient une solution légèrement jaunâtre qui contient ,6 g (98% de la théorie) du sel de sodium de l'acide alpha- aminoisobutyrique. EXEMPLE 3. - On opère comme dans l'exemple 1 mais on remplace l'hy- dantoine par 47,5 g (0,25 mole) de 5-benzylhydantoîne. On obtient une solution légèrement jaunâtre qui con- tient 44 g (94% de la théorie) du sel de sodium de la phénylala- nine. EXEMPLE 4.- On opère comme dans l'exemple 1 mais on remplace l'hy- dantoine par 28,5 g (0,25 mole) de 5-méthylhydantoîne. On obtient une solution qui contient 26,5 g (96% de la théorie) du sel de sodium de l'alanine. EXEMPLES 5 à 19 En opérant comme décrit dans l'esemple 1, on saponifie dans chaque cas 0, 25 mole d'hydantolnes variées. Les résultats ol tenus sont rapportés dans le tableau ci-après: b_ Ex.nu Hydantoîne mise en oeuvre On obtient le sel de sodium de Rendement, % de la théorie 5-phénylhydantoîne 6 -5-ibutylhydantoîne 7 5-(4'-hydroxyphényl)- hydantoine 8 5-(indolyl-3-méthyl)- hydantoine 9 5-fluorométhylhydan- toine 5-cyclohexylhydantoine 11 5-(cyclohexylméthyl)- hydantoîne 12 5-(4'-hydroxybenzyl)- hydantoîne 13 5-(3',4'-dihydroxyben-. zyl)-hydantoîne 14 5-(4'-méthoxybenzyl)- hydantoine 5-vinylhydantoine 16 5-benzyl-5-éthynyl- hydantoîne 17 5,5-triméthylène- hydantoine 18 1,5-triméthylène- hydantoine 19 1,5-tétraméthylène- hydantoine phénylglycine leucine 4-hydroxyphénylglycine tryptophane 3fluoralanine 3-cyclohexylglycine 3-cyclohexylanine tyrosine 3,4-dihydroxyphényl- alanine 4-méthoxyphénylalanine acide 2-amino-vinylacé- tique alpha-éthynyl-phénylalani- ne acide 1-aminocyclopentane- carboxylique proline acide gipécolique EXEMPLE 20.- On agite pendant 4 heures à l'autoclave à 1400C 23,7 g (0,15 mole) de 5carboxy-méthylhydantoine, 11,1 g (0,15 mole) d'hydroxyde de calcium et 12 g (0,30mole) d'hydroxyde de sodium dans 150 ml d'eau. Après refroidissement à 50 C, on filtre le carbonate de calcium qui a précipité. On lave le gâteau de fil- tration à l'eau et on le sèche. Il pèse alors 15 g. On combine le filtrat et les eaux de lavage et on concentre pour éliminer l'ammoniac contenu. D'après l'analyse à l'appareil d'analyse des aminoacides, la solution obtenue contient 25,5 g (95% de la théo- rie) du sel disodique de l'acide aspartique. EXEPIES 21 à 23. On opère comme décrit dans l'exemple 20 en saponifiant dans chaque cas 0, 15 mole d'autres hydantoines. Les résultats obtenus sont rapportés dans le tableau ci-après: Ex. na Hydantoine mise en oeuvre On obtient le sel Rendement, disodique de % de la théorie 21 5-(amidocarboxyméthyl)- acide aspartique 94 hydantoîne 22 5-(2'-carboxyéthyl)- hydantoine acide glutamique 96 23 5-(2'-amidocarboxyéthyl)- acide glutamique 95 hydantoine EXEMIPLE 24.- On agite pendant 4 heures à l'autoclave à 140 C 29 g (0,1 mole) de 5-(4'hydanto-5-yl-2',3'-dithia-butyl)-hydantoîne, 14,8 g(O,2 mole) d'hydroxyde de calcium et 8 g (0,2 mole) d'hy- droxyde de sodium dans 150 ml d'eau. Après refroidissement à 500C, on filtre lecarbonate de calcium qui a précipité. On lave le gâteau de filtration à l'eau. On combine le filtrat et les eaux de lavage et on con- centre pour éliminer l'ammoniac contenu. La solution obtenue contient 26,7 g (94% de la théorie) du sel disodique de la cystine. Lorsqu'on règle le pH à 5 par 16,6 ml d'acide chlorhy- drique concentré, la cystine précipite. Après séchage, on en trou- ve 22,5 g. - REVENDICATION - Procédé de préparation de solutions aqueuses de sels de sodium d'acides alpha-aminocarboxyliques pratiquement exemptes de sels étrangers par saponification alcaline des hydantoines cor- respondantes à des températures de 110 à 1800C, caractérisé en ce que l'on utilise comme agent saponifiant un mélange d'l équivalent d'hydroxyde de sodium et de 2 équivalents d'oxyde ou hydroxyde de calcium, dans les deux cas par rapport à l'hydantoîne mise en oeu- vre, on sépare le carbonate de calcium qui a précipité après la saponification et on concentre la solution aqueuse résiduelle de sel de sodium afin d'éliminer l'ammoniac qu'elle contient.