К 100 мл эфира, находящимся в 2-литровой склянке, прибавляют 131 г (3 моль) свежеперегнанного ацетальдегида (удобно получать перегонкой паральдегида в присутствии следов серной кислоты) и охлаждают полученную смесь до 5°С в ледяной бане. Затем приливают раствор 180 г (3,4 моль) хлористого аммония в 550 мл воды и вслед за ним — охлажденный до 0°С раствор 150 г (3,1 моль) цианистого натрия в 400 мл воды. Раствор цианистого натрия следует прибавлять медленно и при непрерывном охлаждении, чтобы предупредить улетучивание ацетальдегида.
По прибавлении раствора цианистого натрия склянку плотно закупоривают, помещают в качалку и взбалтывают смесь в течение 4 час. при комнатной температуре. По истечении этого времени раствор переливают в 3-литровую колбу и прибавляют к нему 600 мл концентрированной соляной кислоты уд. веса 1,19, причем работают в вытяжном шкафу (осторожно! – выделяется токсичный циановодород). Затем колбу соединяют с нисходящим холодильником и отгоняют воду на голом пламени до тех пор, пока не начнется выпадение твердого осадка. После этого нагревание прекращают, переносят смесь в большую чашку и выпаривают на паровой бане досуха (Во время выпаривания на поверхности раствора образуется корка кристаллов, которую нужно непрерывно разбивать. Для ускорения выпаривания над жидкостью полезно продувать воздух — в этих условиях корка не образуется.).
Сухой остаток тщательно размешивают с 800 мл 95%-ного спирта, смесь фильтруют, спирт отгоняют на водяной бане и последние следы его удаляют нагреванием в вакууме. Еще теплый остаток растворяют в 500 мл 95%-ного спирта, содержащего 2% соляной кислоты, и охлаждают. Затем прибавляют 200 мл эфира и раствор фильтруют. Таким образом удаляются почти весь хлористый натрий и хлористый аммоний, так что раствор содержит только следы этих веществ. После фильтрования алкоголь и эфир отгоняют, а остаток свободной соляной кислоты удаляют нагреванием на водяной бане в вакууме.
Оставшийся в колбе солянокислый аланин растворяют в 1500 мл воды и переносят раствор в металлический сосуд емкостью в 2 л. Затем прибавляют 220 г желтой окиси свинца и слабо кипятят смесь в течение 1 часа. При кипячении к смеси прибавляют время от времени небольшие количества воды, чтобы сохранить первоначальный объем раствора (Во время кипячения с окисью свинца необходимо прибавлять воду, потому что хлористый свинец не кристаллизуется из концентрированных растворов аланина). По охлаждении кристаллизуется хлористый свинец; его отсасывают и снова кипятят раствор в течение часа со 100 г окиси свинца. Затем медленно прибавляют 20 г свеже-осажденной гидроокиси свинца и продолжают кипячение еще 10 мин., после чего раствор снова охлаждают и фильтруют (Если раствор все еще содержит соли аммония, то необходима дополнительная обработка с помощью 100 г окиси свинца). Содержание хлорида в растворе не должно превышать количества, эквивалентного 50—75 мл нормального раствора (титрование нитратом серебра по Фольгарду).
Жидкость снова доводят до кипения и прибавляют вычисленное количество окиси серебра, чтобы удалить остаток хлоридов. Хлористое серебро отфильтровывают, после чего свинец осаждают сероводородом.
Полученный после фильтрования раствор бледно-соломенного цвета упаривают до объема приблизительно 400 мл, прибавляют к нему 600 мл 95%-ного спирта и сильно охлаждают. Выпадает аланин; его отсасывают, промывают 200 мл спирта и сушат. Таким образом получается 100—120 г чистого бесцветного продукта.
Чтобы выделить еще 40—50 г аланина, следует упарить маточный раствор до объема 100 мл, прибавить к остатку 250 мл спирта и охладить раствор до 0°С. Общий выход: 140—160 г (52—60% теоретического).
Полученный по описанному способу аланин достаточно чист для большинства целей. Его можно перекристаллизовать растворением в минимальном количестве горячей воды (около 450 мл) с прибавлением двух объемных частей спирта.
Замечания к синтезу
1. Работа с цианидами требует большой осторожности из-за их высокой токсичности.
В склянку (с притертой пробкой) емкостью около 3,5—4 л наливают 3 л (44,5 мол., 2700 г) концентрированного водного аммиака уд. веса 0,9 (примечание 1), охлаждают его до 1—4°С и медленно при помешивании приливают 100 г (0,65 мол., 59 мл) холодной (1—4°С) альфа-бромпропионовой кислоты (примечание 2). Смесь оставляют стоять при комнатной температуре не менее чем на 4 дня (примечание 3), после чего раствор упаривают до объема 300 мл (примечание 4), фильтруют и фильтрат вновь упаривают до 200 мл. Затем раствор охлаждают до комнатной температуры и приливают 1 л метилового спирта (примечание 5). После стояния в течение ночи в холодильном шкафу (0—4°С) кристаллы отсасывают и промывают сперва 250 мл метилового спирта, а затем таким же количеством эфира (примечание 6). Выход сырого аланина: 42—48 г.
С целью очистки сырой продукт растворяют в 200 мл воды (если нужно, то раствор нагревают), добавляют 1 л метилового спирта, и смесь оставляют на ночь в холодильном шкафу. После этого продукт отсасывают и промывают так, как это было описано выше. Выход чистого dl-аланина с т. пл. 285°С (с разложением) на блоке Макенна (примечание 7) составляет 38—42 г (65—70% теоретич.). Этот продукт не содержит бромида и содержит только следы аммиака. Если требуется особенно чистый продукт, то его еще раз переосаждают таким же образом из метилового спирта (примечание 8).
Примечания
1. Применение большого избытка аммиака (70 мол.) ведет к меньшему образованию альфа-иминодипропионовой кислоты и других аналогичных продуктов.
2. альфа-Бромпропионовая кислота может быть получена с выходом в 80—85% бромированием пропионовой кислоты по общему способу, приведенному при синтезе а-бромизовалериановой кислоты (Org. Syn., 20, 106). При этом пользуются фракцией с т. кип. 100-102 С (15 мм.рт.ст.). Вполне удовлетворительной является также продажная альфа-бромпропионовая кислота с такой же температурой кипения. При применении альфа-хлорпропионовой кислоты выход получается меньше (43—46% теоретич.), и полученный продукт труднее подвергается очистке ввиду того, что хлористый аммоний менее растворим в метиловом спирте, чем бромистый аммоний.
3. Если работать при температуре выше 40°С, то выход падает; глубокое же охлаждение реакционной смеси не ведет к повышению выхода. Если массу оставить стоять на срок меньше 4 дней, то выход уменьшается; более длительное стояние не ведет к увеличению выхода.
4. Выпаривать можно в большой чашке в вытяжном шкафу; еще лучше вести отгонку в вакууме, пользуясь водоструйным насосом. Вначале следует нагревать осторожно, чтобы избежать бурного кипения. При желании выделяющийся аммиак можно улавливать, поглощая его ледяной водой.
5. Можно пользоваться техническим метанолом хорошего качества. Этиловый спирт дает менее удовлетворительные результаты, так как бромистый аммоний растворяется в нем хуже, чем в метиловом спирте.
6. Фильтровать следует с отсасыванием, пользуясь воронкой Бюхнера. Если опустить промывку эфиром, то это не ведет к уменьшению выхода.
7. В капилляре dl-аланин плавится с разложением при 275—280°С, и температура плавления несколько зависит от скорости нагревания.
8. Последние следы аммиака можно удалить, если при вторичном растворении добавить 10 г пермутита, тщательно взболтать смесь в течение 3 мин. и профильтровать раствор, а затем уже добавить метиловый спирт.