專利名稱：高溫高壓下通過(guò)乙內(nèi)酰脲的水解制備α-氨基酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在水和至少一種金屬氧化物存在下通過(guò)水解乙內(nèi)酰脲來(lái)制備α-氨基酸的方法，其反應(yīng)條件是所有起始反應(yīng)物由于高壓高溫而完全溶解于水，并且除了金屬氧化物固相外反應(yīng)器中僅存在另外一個(gè)相。
背景技術(shù)：
從US-A 2,557,920了解到通過(guò)使用氫氧化鈉皂化乙內(nèi)酰脲形成α-氨基酸。但是，此方法要求每摩爾的乙內(nèi)酰脲至少需要三摩爾的氫氧化鈉。使用氫氧化鉀也同樣。
DE-PS 19 06 405描述了使用堿金屬碳酸鹽和/或堿金屬碳酸氫鹽水溶液水解5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲。在水解過(guò)程中，不斷除去氨和二氧化碳。堿金屬碳酸鹽中，優(yōu)選碳酸鉀；所用乙內(nèi)酰脲與堿的摩爾比從1∶1到1∶5。水解在壓力下于120到220℃下進(jìn)行。甲硫氨酸堿金屬鹽溶液用來(lái)釋放帶有二氧化碳的D，L-甲硫氨酸；甲硫氨酸結(jié)晶分離后的母液可在乙內(nèi)酰脲的水解過(guò)程中再利用，任選排出1-2％。
JP 03-95145A和JP 03-95146A中描述了由乙內(nèi)酰脲制備a-氨基酸而不同時(shí)產(chǎn)生鹽的方法。在這些方法中，在80-220℃溫度下加入水和含有金屬氧化物(例如TiO2、ZrO2)的催化劑，并除去氨來(lái)皂化乙內(nèi)酰脲。此過(guò)程在攪動(dòng)的壓熱器中連續(xù)不間斷進(jìn)行10分鐘到10小時(shí)，設(shè)置所述壓熱器中的壓力適當(dāng)對(duì)應(yīng)于設(shè)定溫度下水的蒸汽壓。因此，壓熱器中至少存在兩相液相和氣相。
在JP 3-95145A和JP 3-95146A中描述了批量或連續(xù)進(jìn)行的這個(gè)方法，在所描述的停留時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)致相對(duì)高濃度的大量副產(chǎn)物的形成。其中提到了制備甲硫氨酸的最高產(chǎn)率為69％。
FR-A 27 85 609中描述了另一種無(wú)副產(chǎn)物鹽產(chǎn)生的連續(xù)制備甲硫氨酸的方法。
以水合的甲硫氨酸的氨基腈為起始反應(yīng)物，添加酮(丙酮)作為均相催化劑，在10-40℃生成甲硫氨酸酰胺，得到的甲硫氨酸酰胺于100-180℃水解成甲硫氨酸。還有另外一種可能的水解方法是在約100℃和1巴的條件下的多相催化反應(yīng)，其中所用催化劑選自TiO2、TiO2/Al2O3、Nb2O5、Nb2O5-Al2O3、ZnO和ZrO2。在該過(guò)程中除去反應(yīng)期間生成的氨。
皂化甲硫氨酸的氨基腈為甲硫氨酸酰胺必需加入酮，這要求更為昂貴的加工步驟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備α-氨基酸的方法，其中皂化甲硫氨酸而不生成廢物鹽，并且以高產(chǎn)率得到α-氨基酸。
本發(fā)明提供了一種通過(guò)由如下通式的甲硫氨酸水解制備α-氨基酸的方法 其中R1、R2可相同可以不同，代表氫原子，具有1到6個(gè)碳原子的烷基，特別是甲基、乙基、丙基，具有1到6個(gè)碳原子的直鏈或支鏈亞烷基，且當(dāng)R1及R2均代表亞烷基時(shí)它們閉合形成環(huán)，或當(dāng)R1或R2代表亞烷基時(shí)，它們與甲硫基、巰基、羥基、甲氧基、氨基或鹵素原子、特別是氟原子或氯原子成健。
R1或R2代表任選甲基、羥基或鹵素原子、特別是氟原子或氯原子取代的苯基。
在水、氨與至少一種選自TiO2、TiO2/Al2O3、Nb2O5、Nb2O5-Al2O3、ZnO和ZrO2的作為催化劑的金屬氧化物的存在下，在所有起始原料完全溶解于水的情況下，皂化反應(yīng)器中除了金屬氧化物的固相外僅有另外一個(gè)相存在。
亞烷基或亞烷基自由基對(duì)應(yīng)于二價(jià)飽和烴基。
R1和R2優(yōu)選代表R1氫R2異丙基、2-甲基丙基、苯基或氫。
所以纈氨酸、白氨酸、苯丙氨酸或氨基乙酸都可以由乙內(nèi)酰脲皂化來(lái)制備。
特別優(yōu)選的乙內(nèi)酰脲是R1或R2代表氫原子，以及R2或R1代表2-甲硫乙基，這樣可以制備甲硫氨酸作為產(chǎn)物。
反應(yīng)(水解、皂化)通常在120-250℃、優(yōu)選150-210℃的溫度及壓力為80-300巴、特別是110-200巴條件下進(jìn)行。在這些條件下，反應(yīng)混合物(水解混合物)處于氣液相之間界面消失的狀態(tài)。
因此，除了固體氧化物表面外，相界面的反應(yīng)減慢傳遞阻力不再出現(xiàn)。
這通常體現(xiàn)在10-120秒、特別是20-80秒的短反應(yīng)時(shí)間內(nèi)。
以乙內(nèi)酰脲的摩爾數(shù)為基準(zhǔn)，水解通常在有5-40摩爾、特別是25-35摩爾NH3的情況下進(jìn)行。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，以溶液的總摩爾數(shù)為基準(zhǔn)，加入到反應(yīng)器中的含有乙內(nèi)酰脲的溶液已含的二氧化碳的量為＞0-10重量％，特別是0.2-7重量％，尤其是0.4-5重量％。
氨或氣態(tài)氨/水混合物通常在溫度為180-500℃、優(yōu)選210-360℃，壓力為80到300巴、尤其是110-200巴下加入到皂化反應(yīng)器中，正如上述的任選含有CO2的含乙內(nèi)酰脲的溶液。
氨/水混合物通常由5-50重量％、特別是2.5-40重量％的氨組成，其余的為水。
水解混合物中，乙內(nèi)酰脲的濃度通常為150-600g/l，特別是200-450g/l。
氨或氨/水混合物優(yōu)選與含有乙內(nèi)酰脲及任選二氧化碳的溶液混合，然后將混合物在如上提到的適宜壓力和溫度下加入已經(jīng)建立的反應(yīng)器(水解混合物)中。
通常，為了制備此混合物，含有乙內(nèi)酰脲的溶液在20-80℃的溫度和80-300巴、特別是110-200巴下與180-500℃溫度及110-200巴、特別是130-200巴下的氨/水混合物混合，因此適宜的反應(yīng)溫度和壓力在混合物加入反應(yīng)器中時(shí)已經(jīng)確立。
含有乙內(nèi)酰脲的溶液優(yōu)選源自合成后得到的反應(yīng)混合物，優(yōu)選已經(jīng)含有二氧化碳。
氧化的催化劑以常規(guī)方式成形的粉末狀或者以固定床形式等多種形式使用。
已發(fā)現(xiàn)銳鈦礦晶形的TiO2非常適合。
通常，以1kg的所用乙內(nèi)酰脲為基準(zhǔn)，所選催化劑的用量為＞0至0.1kg，優(yōu)選0.001-0.05kg。
隨著連續(xù)或批量進(jìn)行的乙內(nèi)酰脲的皂化，氨和二氧化碳在合適的設(shè)備中與一部分氣態(tài)水一起從液相中分離。
皂化反應(yīng)中形成的水/氨/二氧化碳混合物部分優(yōu)選以希望的量返回到乙內(nèi)酰脲的合成中或加入皂化過(guò)程中。
分離后所得含水混合物基于總量，通常含有10-40重量％的希望的α-氨基酸。
α-氨基酸通過(guò)已知手段從母液中結(jié)晶分離。
含有尚未反應(yīng)的乙內(nèi)酰脲的母液返回到水解過(guò)程中，與反應(yīng)器上游中新加入的含有乙內(nèi)酰脲的溶液混合。該母液通常占含有相應(yīng)量新加入的含乙內(nèi)酰脲溶液的反應(yīng)混合物30體積％以上。為了避免可能產(chǎn)生的副產(chǎn)物的濃縮，通常1-2體積％的母液被排出。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，使用含有高達(dá)10重量％的由乙內(nèi)酰脲合成所產(chǎn)生的副產(chǎn)物而沒(méi)有任何產(chǎn)率的損失是可能的，特別是當(dāng)制備乙內(nèi)酰脲時(shí)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例實(shí)施例1含有相當(dāng)大量的5-(2-甲基巰乙基)-脲基乙酸和5-(2-甲基巰乙基)-脲基乙酸酰胺、甲硫氨酸酰胺、甲硫氨酸腈、甲基巰基丙醛氰醇、亞氨基腈和聚合物形式的雜質(zhì)、加熱到60℃并含有20重量％的5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲及3重量％CO2的水溶液，以比率4∶7，壓力為150巴，與加熱到250℃并由25重量％氨和75重量％水組成的溶液混合。然后此混合物的溫度大約為180℃，并加入到已調(diào)節(jié)到180℃溫度并填充催化劑的反應(yīng)器中。催化劑由銳鈦礦晶形的TiO2組成。反應(yīng)器中反應(yīng)混合物的停留時(shí)間設(shè)定為70秒。在反應(yīng)器下游，由此獲得的液態(tài)產(chǎn)品混合物包含大約4.1重量％的甲硫氨酸、4.9重量％甲硫氨酸酰胺和1.9重量％未反應(yīng)的5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲。以進(jìn)入反應(yīng)器的5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲的量為基準(zhǔn)，甲硫氨酸的摩爾產(chǎn)率超過(guò)63％。在反應(yīng)器的下游，溶液的壓力為環(huán)境壓力，并且水、CO2和氨部分分離。甲硫氨酸從所得的母液中結(jié)晶出來(lái)并過(guò)濾分離。分離干燥所得的甲硫氨酸純度超過(guò)95％。
實(shí)施例2遵照實(shí)施例1的程序，但是氨/水混合物的溫度設(shè)置為200℃，反應(yīng)器溫度設(shè)置為145℃。在反應(yīng)器的下游，所得的液態(tài)產(chǎn)品混合物包含約2.3重量％的甲硫氨酸、2.2重量％的甲硫氨酸酰胺和5.2重量％的未反應(yīng)5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲。以進(jìn)入反應(yīng)器的5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲的量為基準(zhǔn)，甲硫氨酸的摩爾產(chǎn)率超過(guò)35％。
實(shí)施例3遵照實(shí)施例1的程序，但是氨/水混合物的溫度設(shè)置為300℃，反應(yīng)器溫度設(shè)置為210℃。在反應(yīng)器的下游，所得的液態(tài)產(chǎn)品混合物包含約2.9重量％的甲硫氨酸、0.5重量％的甲硫氨酸酰胺和0.1重量％的未反應(yīng)5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲。以進(jìn)入反應(yīng)器的5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲的量為基準(zhǔn)，甲硫氨酸的摩爾產(chǎn)率超過(guò)45％。
實(shí)施例4含有相當(dāng)大量的5-(2-甲基巰乙基)-脲基乙酸和5-(2-甲基巰乙基)-脲基乙酸酰胺、甲硫氨酸酰胺、甲硫氨酸腈、甲基巰基丙醛氰醇、亞氨基腈和聚合物形式的雜質(zhì)、加熱到60℃并含有19.5重量％的5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲及2.8重量％CO2的水溶液(起始原料)，以比率1∶1，壓力為150巴，與加熱到305℃并由29重量％氨和71重量％水組成的溶液混合。然后此混合物的溫度大約為180℃，并加入到已調(diào)節(jié)到180℃溫度并填充催化劑的反應(yīng)器中。催化劑由銳鈦礦晶形的TiO2組成。反應(yīng)器中反應(yīng)混合物的停留時(shí)間設(shè)定為80秒。在反應(yīng)器下游，由此獲得的液態(tài)產(chǎn)品混合物包含大約3.4重量％的甲硫氨酸、4.8重量％甲硫氨酸酰胺和6.0重量％未反應(yīng)5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲。以進(jìn)入反應(yīng)器的5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲的量為基準(zhǔn)，甲硫氨酸的摩爾產(chǎn)率超過(guò)63％。在反應(yīng)器的下游，溶液的壓力為環(huán)境壓力，并且水、CO2和氨部分分離。甲硫氨酸從所得的母液中結(jié)晶出來(lái)并過(guò)濾分離。分離干燥所得的甲硫氨酸純度超過(guò)85.5％。
所剩的濾液與新的起始原料以10∶3的比例混合。一部分先前分離的氨氣/CO2/水的混合物在150巴再次被壓縮，并加熱到320℃，然后在150巴下加入濾液和起始原料的混合物中。
此混合物再次加入調(diào)溫180℃并填充了催化劑的反應(yīng)器中，溫度和停留時(shí)間與第一次經(jīng)過(guò)的溫度和停留時(shí)間相對(duì)應(yīng)。在反應(yīng)器的下游，所得的液態(tài)產(chǎn)物混合物包含大約3.7重量％的甲硫氨酸，4.3重量％的甲硫氨酸酰胺及3.8重量％的未反應(yīng)5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲。以進(jìn)入反應(yīng)器的5-(2-甲基巰乙基)-乙內(nèi)酰脲的量為基準(zhǔn)，甲硫氨酸的摩爾產(chǎn)率超過(guò)73％。
在反應(yīng)器的下游，水、CO2和氨再次部分分離，溶液的壓力為環(huán)境壓力。甲硫氨酸從所得的母液中結(jié)晶并且過(guò)濾分離。分離干燥所得的甲硫氨酸純度超過(guò)85.1％。
權(quán)利要求
1.一種制備α-氨基酸的方法，其是在水、氨與至少一種選自TiO2、TiO2/Al2O3、Nb2O5/Al2O3、ZnO和ZrO2的作為催化劑的金屬氧化物的存在下，在所有起始原料完全溶解于水且皂化反應(yīng)器中除了金屬氧化物的固相外僅有另外一相存在的情況下，水解以下通式的乙內(nèi)酰脲 式中，R1、R2可相同或不同，代表氫、具有1-6個(gè)碳原子的烷基、具有1-6個(gè)碳原子的直鏈或支鏈或亞烷基，且當(dāng)R1及R2代表亞烷基時(shí)它們閉合形成環(huán)，或當(dāng)R1或R2代表亞烷基時(shí)，它們與甲硫基、巰基、羥基、甲氧基、氨基或鹵素原子、特別是氟或氯成健，R1或R2代表任選由甲基、羥基或鹵素、特別是氟或氯取代的苯基。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述反應(yīng)(水解，皂化)在溫度為120-250℃，壓力為80-300巴(250,000hPas)于二氧化碳存在下進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中以乙內(nèi)酰脲的摩爾數(shù)為基準(zhǔn)，任選氨/水混合物形式的氨以5-40摩爾NH3的量與含有乙內(nèi)酰脲的溶液混合，然后加入設(shè)置希望的溫度和壓力的皂化反應(yīng)器中。
4.如權(quán)利要求1或3的方法，其中所述水/氨混合物或任選含有氨及任選二氧化碳的含有乙內(nèi)酰脲的溶液在180-500℃的溫度于壓力下加入反應(yīng)器。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中R1為氫，R2為異丙基、2-甲基丙基或苯基或氫。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中R1為氫，R2為甲硫基乙基。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述水解混合物中乙內(nèi)酰脲的濃度為150-600g/l。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中使用銳鈦礦晶形的TiO2。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬氧化物以固定床的形式使用。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中以1kg乙內(nèi)酰脲為基準(zhǔn)，所用催化劑的量為＞0-0.1kg。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中所述方法連續(xù)、半連續(xù)或非連續(xù)地實(shí)施。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中12.1隨著乙內(nèi)酰脲的皂化和壓力的降低，在水解后得到的混合物由皂化反應(yīng)器排出的過(guò)程中，氨和二氧化碳與水蒸汽一起從液相中分離，12.2對(duì)應(yīng)于水解反應(yīng)產(chǎn)生的氨及二氧化碳的量的部分任選返回乙內(nèi)酰脲的合成中，12.3剩余部分的氨和二氧化碳在180-500℃、優(yōu)選210-360℃的溫度及80-300巴、特別是110-200巴的壓力下加入皂化反應(yīng)器(水解反應(yīng)器)中，12.4將希望的α-氨基酸從分離出的水相中分離，12.5含有未反應(yīng)乙內(nèi)酰脲的剩余部分(母液)與皂化反應(yīng)器(水解反應(yīng)器)上游新加入的含有乙內(nèi)酰脲的溶液混合，以及12.6加入皂化反應(yīng)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在水和至少一種金屬氧化物存在下通過(guò)水解乙內(nèi)酰脲來(lái)制備α－氨基酸的方法，其反應(yīng)條件是所有起始反應(yīng)物由于高壓高溫完全溶解于水且反應(yīng)器中除了金屬氧化物相為僅有另一相存在。
文檔編號(hào)C07C319/20GK1485316SQ03154600
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月21日
發(fā)明者馬丁·克費(fèi)爾, 迪特爾·布斯, 霍斯特·魏格爾, 克里斯托夫·韋克貝克, 漢斯·約阿希姆·哈塞爾巴赫, 克勞斯·胡特馬赫爾, 布斯, 胡特馬赫爾, 魏格爾, 托夫 韋克貝克, 約阿希姆 哈塞爾巴赫, 馬丁 克費(fèi)爾 申請(qǐng)人:德古薩股份公司