專利名稱：羥基乙腈法制備甘氨酸的新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種羥基乙腈直接氨解、堿解、中和、純化獲得甘氨酸的制備方法，特點是以羥基乙腈為起始原料，通過氨取代獲得含氨基乙腈的氨化反應(yīng)液，簡便制備甘氨酸的方法。
背景技術(shù)：
甘氨酸是化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥等工業(yè)的重要原料，具有廣泛的用途。目前，有多種方法生產(chǎn)甘氨酸，其中，α-鹵代酸法是國內(nèi)主要的工業(yè)化生產(chǎn)方法，它是以氯乙酸、氨氣為原料，在催化劑烏洛托品(六亞甲基四胺)存在下于溶劑相中反應(yīng)。采用α-鹵代酸法，溶劑相可以是水相，但此水相法生產(chǎn)甘氨酸的方法有諸多的缺陷，例如存在催化劑不能回收，消耗量大，催化效率低，未反應(yīng)完的原料不能回用，且由于體系堿性強(qiáng)和含水等原因，易生成水解物羥基乙酸，造成浪費(fèi)，污染環(huán)境；反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化銨等無機(jī)鹽分離困難，后處理難度大，合成反應(yīng)終點判斷困難等等。另外，文獻(xiàn)中還報道了溶劑為醇相的制備甘氨酸的方法，但它仍存在反應(yīng)時間較長，且反應(yīng)不好控制，催化劑效率較低，經(jīng)NMR檢測，有5％-7％的兩種副產(chǎn)物生成，所以仍存在收率較低的缺陷，且溶劑回收困難，溶劑消耗大等缺陷，不適合工業(yè)大生產(chǎn)。
近年來陸續(xù)有文獻(xiàn)報道采用羥基乙腈、氨化物和二氧化碳反應(yīng)制備甘氨酸的方法。此方法又可以大致分為以下三類1)采用堿液進(jìn)行后處理的方法，參見例如JP-A-06-065168、JP-A-05-320106、JP-A-53-031616、US5225592A、JP-A-02-250854、WO92/06069、JP-A-53-028115、CN1107139A。這些專利文獻(xiàn)工藝存在產(chǎn)品中副產(chǎn)物高，亞氨基二乙酸與甘氨酸很難分離，無機(jī)鹽和產(chǎn)品相互夾帶嚴(yán)重，并且成品顏色較深，脫色困難；所述的工藝條件下，產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本難以達(dá)到用戶要求。除鋇鹽法被生產(chǎn)應(yīng)用外，鈉鹽、鈣鹽法等工藝尚未見工業(yè)應(yīng)用。
2)采用酸液進(jìn)行后處理的方法，例如JP-A-2-286651、JP-A-04-066559、JP-A-02-306946、JP-A-53-028116、US2384816A。采用無機(jī)酸或有機(jī)酸衍生物進(jìn)行水解時，中和一般采用堿金屬水溶液如氫氧化鈉或氫氧化鉀進(jìn)行中和，同樣存在產(chǎn)品純度低，無機(jī)鹽夾帶、三廢處理難的問題，并且得到的產(chǎn)品色澤較深。
3)采用強(qiáng)堿陽離子樹脂進(jìn)行后處理的方法，例如JP-A-03-190851。此方法反應(yīng)收率和甘氨酸的純度不理想。上述方法采用氨氣進(jìn)行反應(yīng)，需要在高溫高壓的條件下進(jìn)行，反應(yīng)條件苛刻，設(shè)備投資大，且無機(jī)鹽的分離問題尚未得到有效解決。
因此，探索羥基乙腈直接氨解、堿解法制備甘氨酸的簡便工藝路線，找到無機(jī)鹽的回收套用及提高甘氨酸的收率，抑制亞氨基二乙酸的生成和更簡便的分離純化及清潔生產(chǎn)方法是有價值的。
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明者進(jìn)行了深入的研究，發(fā)明了直接用羥基乙腈與過量的氨進(jìn)行間歇或連續(xù)化反應(yīng)，高收率，高選擇性獲得氨基乙腈的工業(yè)方法，所得的氨解液本發(fā)明者已經(jīng)成功進(jìn)行了酸解工藝的產(chǎn)業(yè)化試驗，并取得成功。在此基礎(chǔ)上，我們又發(fā)明了高轉(zhuǎn)化率，高選擇性地獲得甘氨酸的堿法工藝路線，通過不同的循環(huán)套用流程可以很好的解決降低成本，減少物耗能耗，清潔生產(chǎn)，三廢資源化，提高產(chǎn)品的收率和品質(zhì)。本工藝方法可以很好的解決氨基乙腈的熱解聚合，氨的回收利用，氨及無機(jī)鹽的回收利用，甘氨酸對羥基乙腈的原位轉(zhuǎn)化率可達(dá)95％左右。其中的副產(chǎn)物羥基乙酸、亞氨基二乙酸和氨基三乙酸的生成量很少，并找到了可回收利用的有效方法，因此本堿法工藝完全可以應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。本工藝發(fā)明了除氫氧化鈉外還可以廣泛選用的廉價的堿，如石灰等。本工藝研發(fā)中發(fā)現(xiàn)甘氨酸的銨鹽可以在80℃以上的溫度條件下分解出氨和甘氨酸，因此通過無機(jī)銨鹽與甘氨酸鹽的復(fù)分解反應(yīng)中和甘氨酸鹽是本工藝一項有價值的發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種將氨基乙腈或內(nèi)酰脲混合物直接堿解、中和獲得甘氨酸的制備方法。
優(yōu)選的是，本發(fā)明提供一種采用羥基乙腈或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物和氨類化合物為初始原料，經(jīng)氨化，堿解，中和步驟，高收率、高純度地制備甘氨酸的方法。
具體地說，本發(fā)明提供一種制備甘氨酸的方法，該方法包括如下步驟1)將氨基乙腈與無機(jī)堿反應(yīng)，得到含甘氨酸鹽的堿解液；2)將上述堿解液用無機(jī)酸中和，得到中和液(主要含甘氨酸和無機(jī)鹽)；3)后處理中和液，得到甘氨酸產(chǎn)品。
本發(fā)明方法可以采用例如如下具體實施方案1)將氨基乙腈、無機(jī)堿混合，反應(yīng)物料的摩爾比為氨基乙腈∶無機(jī)堿＝1∶0.7-3.0，優(yōu)選為1∶1.0-1.5，反應(yīng)溫度控制不超過100℃，優(yōu)選為20-80℃，反應(yīng)1-8小時，得到含甘氨酸鹽的堿解液；無機(jī)堿可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、氧化鈣、氫氧化鈣或氫氧化鈣與硫酸鈉(鉀)或碳酸鈉(鉀)的混合物，優(yōu)選的堿為氫氧化鈉、氫氧化鈣或氫氧化鈣與硫酸鈉的混合物。
2)將步驟1)得到的堿解液脫氨后用無機(jī)酸中和，無機(jī)酸的用量為中和無機(jī)堿的用量，例如，反應(yīng)時采用的摩爾比為甘氨酸鹽∶無機(jī)酸＝1∶0.7-3.0，優(yōu)選為1∶1.0-1.5，得到中和液；無機(jī)酸為硫酸、鹽酸、硝酸、碳酸(通入二氧化碳)、磷酸、路易斯酸(硫酸銨、氯化銨等)等，優(yōu)選為硫酸、鹽酸、碳酸、路易斯酸(硫酸銨、氯化銨等)。
3)預(yù)處理步驟2)得到的中和液，脫色、除鹽、脫水、結(jié)晶，烘干，得到白色甘氨酸固體。
上述方法中，氨基乙腈采用將羥基乙腈或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物氨化的方法制備氨化反應(yīng)液，直接進(jìn)行堿解。
因此，本發(fā)明方法優(yōu)選的是采用羥基乙腈或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物和氨類化合物為初始原料，經(jīng)氨化，堿解，中和步驟來制備甘氨酸，所述方法包括如下步驟1)將羥基乙腈溶液或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物與氨類化合物混合，得到含氨基乙腈的氨化反應(yīng)液；2)將步驟1)得到的氨化反應(yīng)液與無機(jī)堿混合，得到含甘氨酸鹽的堿解液；3)將上述堿解液用無機(jī)酸中和，得到中和液；4)后處理步驟3)得到的中和液，得到甘氨酸。
實施上述優(yōu)選方法時，在步驟1)中，羥基乙腈溶液或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物與氨類化合物的反應(yīng)控制溫度不高于100℃，例如，0-90℃，反應(yīng)0.2-3小時；反應(yīng)時采用的摩爾比為羥基乙腈∶氨類化合物＝1∶0.5-12.0，優(yōu)選為1∶1.0-8.5。
在步驟2)中，反應(yīng)時采用的摩爾比為氨基乙腈∶無機(jī)堿＝1∶0.7-3.0，優(yōu)選為1∶1.0-1.5，控制反應(yīng)溫度不超過100℃，例如在20-80℃下，反應(yīng)1-8小時，無機(jī)堿可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、氧化鈣、氫氧化鈣或氫氧化鈣與硫酸鈉(鉀)或碳酸鈉(鉀)的混合物，優(yōu)選的堿為氫氧化鈉、氫氧化鈣或氫氧化鈣與硫酸鈉的混合物。
在步驟3)中，反應(yīng)時采用的摩爾比為甘氨酸鹽∶無機(jī)酸＝1∶0.7-3.0，優(yōu)選為1∶1.0-1.5，無機(jī)酸為硫酸、鹽酸、硝酸、碳酸、磷酸、路易斯酸(硫酸銨、氯化銨等)等，優(yōu)選為硫酸、鹽酸、碳酸、路易斯酸(硫酸銨、氯化銨等)。
本發(fā)明優(yōu)選方法可以采用例如如下具體實施方案1)在-10℃至100℃下，例如在0-90℃下，將羥基乙腈溶液或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物和氨類化合物混合，反應(yīng)0.2-3小時，反應(yīng)物料的摩爾比為羥基乙腈∶氨類化合物＝1∶1.0-8.5，優(yōu)選1∶1.2-5.5，得到含氨基乙腈的氨化反應(yīng)液；2)將上述氨化反應(yīng)液、無機(jī)堿混合，反應(yīng)物料的摩爾比為氨基乙腈∶無機(jī)堿＝1∶0.7-3，優(yōu)選為1∶1.0-1.5，控制反應(yīng)溫度不超過100℃，例如在20-80℃下，反應(yīng)1-8小時，得到甘氨酸鹽；無機(jī)堿可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、氧化鈣、氫氧化鈣或氫氧化鈣與硫酸鈉(鉀)或碳酸鈉(鉀)的混合物，優(yōu)選的堿為氫氧化鈉、氫氧化鈣或氫氧化鈣與硫酸鈉的混合物。
3)將步驟2)得到的堿解液脫氨后用無機(jī)酸中和，無機(jī)酸的用量為中和無機(jī)堿的用量，例如，反應(yīng)時采用的摩爾比為甘氨酸鹽∶無機(jī)酸＝1∶0.7-3.0，優(yōu)選為1∶1.0-1.5，得到中和液，無機(jī)酸為硫酸、鹽酸、硝酸、碳酸(通入二氧化碳)、磷酸、路易斯酸(硫酸銨、氯化銨等)等，優(yōu)選為硫酸、鹽酸、碳酸、路易斯酸(硫酸銨、氯化銨等)。
4)后處理步驟3)得到的中和液，脫色、除鹽、脫水、結(jié)晶、烘干，得到白色甘氨酸固體。
在本發(fā)明中，所述的羥基乙腈溶液或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物，例如后者可以是氫氰酸和甲醛的混合液、堿土金屬氰化物和甲醛的混合物、氰化銨和甲醛的混合物，優(yōu)選是羥基乙腈。反應(yīng)中采用的羥基乙腈的摩爾量，當(dāng)只采用羥基乙腈時，以羥基乙腈的摩爾量計，當(dāng)采用混合物時，以混合物中甲醛的摩爾量計。
在本發(fā)明中，所述的氨類化合物是指氨氣或可產(chǎn)生氨的化合物，例如可以是氨氣，氨水，硝酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨等無機(jī)銨鹽等，優(yōu)選是氨氣和碳酸銨。反應(yīng)中采用的氨類化合物的摩爾量，當(dāng)只采用氨氣時，以氨氣的摩爾量計，當(dāng)采用可產(chǎn)生氨的化合物時，以化合物中可產(chǎn)生氨的摩爾當(dāng)量計。
在本發(fā)明中，所述的無機(jī)堿可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、氧化鈣、氫氧化鈣或氫氧化鈣與硫酸鈉(鉀)或碳酸鈉(鉀)的混合物，優(yōu)選的堿為氫氧化鈉、氫氧化鈣或氫氧化鈣與硫酸鈉的混合物。反應(yīng)中采用堿的摩爾量，當(dāng)采用氫氧化鈉時，以氫氧化鈉的摩爾量計，當(dāng)采用混合物時，以混合物中氫氧根離子的摩爾當(dāng)量計。
在本發(fā)明中，所述的無機(jī)酸可以是硫酸、鹽酸、硝酸、碳酸(通入二氧化碳)、磷酸、路易斯酸(硫酸銨、氯化銨等)等。優(yōu)選是硫酸、鹽酸、碳酸、路易斯酸(硫酸銨、氯化銨等)。
采用上述反應(yīng)方法可以通過控制反應(yīng)原料、反應(yīng)條件有效控制反應(yīng)，高選擇性地得到甘氨酸。
本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點其一，在采用羥基乙腈類和氨類為起始原料的方法時，可以有效減少乙內(nèi)酰脲及肽的生成，更易于產(chǎn)品中間體水解。
其二，在采用羥基乙腈類和氨類為起始原料的方法中，可直接將氨化反應(yīng)液堿解，既可以保證水解徹底，又避免了氨化液在脫氨過程中的副反應(yīng)。
其三，中和步驟使用較便宜的無機(jī)酸或無機(jī)酸銨鹽為原料，不但可以有效降低生產(chǎn)成本，而且可以實現(xiàn)產(chǎn)品與副產(chǎn)品的循環(huán)利用。由于所提供的優(yōu)化工藝條件使得甘氨酸的選擇性和轉(zhuǎn)化率大大提高，加之本工藝巧妙的利用了甘氨酸與無機(jī)鹽的溶解度差異可以有效分離，并獲得高收率、高品質(zhì)的甘氨酸。
第四，采用本發(fā)明方法除了可以制備產(chǎn)品純度＞99％的精制甘氨酸外，根據(jù)酸根的不同可以選擇性地控制氯離子以及其它陰離子，還可以根據(jù)客戶需求一次性高收率地制備含一定無機(jī)鹽的粗品甘氨酸。此外，本發(fā)明方法整個反應(yīng)條件溫和，容易控制，后處理簡單，很好地提高反應(yīng)的選擇性、收率和品質(zhì)。NMR過程檢測表明，本工藝方法可以使副產(chǎn)物羥基乙酸、亞氨基二乙酸和氨三乙酸的生成得到有效抑制，因而更適合進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施例本發(fā)明可用下文中的非限定性實施例作進(jìn)一步的說明。
實施例1甘氨酸的制備在室溫下向反應(yīng)器中加入400克50％羥基乙腈溶液，通入237克氨水，反應(yīng)30分鐘后，再往氨化反應(yīng)液中加入526g32％氫氧化鈉溶液，于40-80℃保溫4-5h得到甘氨酸鈉鹽的氨溶液，脫氨得到甘氨酸鈉鹽溶液，隨后加入210g98％硫酸中和酸化得到甘氨酸與無機(jī)鹽硫酸鈉的混合溶液。加入20g活性炭脫色后冷卻至10℃，結(jié)晶，離心除去硫酸鈉晶體，濾液按常規(guī)方法結(jié)晶純化可得甘氨酸固體235～250g，純度可達(dá)98.5％以上，折百收率90～95％。
實施例2甘氨酸的制備在室溫下向反應(yīng)器中加入400克50％羥基乙腈溶液，通入237克氨水，反應(yīng)30分鐘后，再往氨化反應(yīng)液中加入299gNa2SO4和156gCa(OH)2組成的混合溶液，于40-60℃保溫4-5h得到甘氨酸鹽的氨溶液，脫氨得到甘氨酸鹽溶液。隨后加入210g98％硫酸中和酸化得到甘氨酸與無機(jī)鹽硫酸鈉、硫酸鈣的混合溶液。過濾除去硫酸鈣沉淀后，加入20g活性炭脫色后冷卻至10℃，結(jié)晶，離心除去硫酸鈉晶體，濾液加熱濃縮后降至室溫析出甘氨酸晶體，經(jīng)純化干燥后稱重220g，純度98.5％，收率82.35％。
實施例3甘氨酸的制備在室溫下向反應(yīng)器中加入400克50％羥基乙腈溶液，通入237克氨水，反應(yīng)30分鐘后，再往氨化反應(yīng)液中加入526g32％氫氧化鈉溶液，于40-60℃保溫4-5h得到甘氨酸鈉鹽的氨溶液，脫氨得到甘氨酸鈉鹽溶液，隨后加入426.6g36％鹽酸中和酸化，得到甘氨酸與無機(jī)鹽氯化鈉的混合溶液。加入20g活性炭脫色后，升溫至90℃，減壓濃縮至晶體析出，趁熱過濾除去無機(jī)鹽氯化鈉，濾液按常規(guī)方法結(jié)晶純化可以得到甘氨酸固體230～250g，純度98.5～99.5％，折百收率85～95％。
實施例4甘氨酸的制備在室溫下向反應(yīng)器中加入400克50％羥基乙腈溶液，通入237克氨水，反應(yīng)30分鐘后，再往氨化反應(yīng)液中加入526g32％氫氧化鈉溶液，于40-60℃保溫4-5h得到甘氨酸鈉鹽的氨溶液，脫氨得到甘氨酸鈉鹽溶液，降至10℃后往料液中通CO2氣體，當(dāng)出現(xiàn)大量固體沉淀后，離心除去碳酸氫鈉鹽，濾液按常規(guī)方法結(jié)晶純化可以得到甘氨酸固體220～240g，純度99％，折百收率83-91％。
實施例5甘氨酸的制備在室溫下向反應(yīng)器中加入400克50％羥基乙腈溶液，通入237克氨水，反應(yīng)30分鐘后，再往氨化反應(yīng)液中加入526g32％氫氧化鈉溶液，于40-60℃保溫4-5h得到甘氨酸鈉鹽的氨溶液，脫氨得到甘氨酸鈉鹽溶液，隨后加入硫酸銨280g，得到甘氨酸氨與硫酸鈉的混合溶液，加入20g活性炭脫色后降溫至10℃，結(jié)晶，離心除去硫酸鈉晶體，濾液加熱濃縮蒸出氨水，得到甘氨酸溶液，氨水回收套用，甘氨酸溶液按常規(guī)方法結(jié)晶純化可以得到甘氨酸固體210～230g，純度98.5％，折百收率78.6-86.1％。
實施例6甘氨酸的制備在室溫下向反應(yīng)器中加入400克50％羥基乙腈溶液，通入237克氨水，反應(yīng)30分鐘后，再往氨化反應(yīng)液中加入526g32％氫氧化鈉溶液，于40-60℃保溫4-5h得到甘氨酸鈉鹽的氨溶液，脫氨得到甘氨酸鈉鹽溶液，隨后加入氯化銨230g，得到甘氨酸氨與氯化鈉的混合溶液，加入20g活性炭脫色后加熱至90-100℃蒸出氨水，趁熱離心除去氯化鈉晶體，濾液按常規(guī)方法結(jié)晶純化可以得到甘氨酸固體220～235g，純度98.5％，折百收率82.5-88％。
權(quán)利要求
1.一種制備甘氨酸的新工藝方法，該方法包括如下步驟1)將羥基乙腈與過量的氨水混合，在一定溫度條件下反應(yīng)得到含氨基乙腈與氨水的氨化液；2)在上述得到的氨化液中直接加入堿，在適當(dāng)?shù)臏囟群蜁r間條件下進(jìn)行堿解得到甘氨酸鈉的氨水溶液；3)后處理步驟2)得到的甘氨酸鈉的氨水溶液通過脫氨，酸化，得到甘氨酸及無機(jī)鹽混合物；4)再利用甘氨酸與無機(jī)鹽的溶解度差別，通過分步結(jié)晶和重結(jié)晶，可分別得到含鹽的甘氨酸和高純度甘氨酸，并副產(chǎn)無機(jī)鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，它包括如下步驟1)將羥基乙腈、氨水混合，控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，得到氨基乙腈的氨水溶液。2)將步驟1)得到的氨化液與無機(jī)堿混合，反應(yīng)1-8小時，得到含甘氨酸鹽的堿解液。3)將步驟2)得到的堿解液脫氨后用無機(jī)酸中和，得到甘氨酸和無機(jī)鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，羥基乙腈和氨的摩爾比為1∶2～10。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，步驟1)的反應(yīng)溫度為20-60℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，氨基乙腈和無機(jī)堿的摩爾比為1∶0.7-3.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，反應(yīng)溫度控制不超過100℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，無機(jī)堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、氧化鈣、氫氧化鈣或氫氧化鈣與硫酸鈉(鉀)或碳酸鈉(鉀)的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述，其中，優(yōu)選的無機(jī)堿為氫氧化鈉、氫氧化鈣和硫酸鈉的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，無機(jī)酸為硫酸、鹽酸、硝酸、碳酸、磷酸、路易斯酸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述，其中，優(yōu)選的無機(jī)酸為硫酸、鹽酸、碳酸、路易斯酸。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，無機(jī)酸添加量為中和無機(jī)堿用量。
全文摘要
本發(fā)明開發(fā)了一種通過羥基乙腈氨解，堿解，脫氨，酸化和分離純化制備甘氨酸的新工藝，提供了有效控制副產(chǎn)物的生成，簡便分離純化甘氨酸的優(yōu)化工藝條件，為大規(guī)模，低成本，清潔生產(chǎn)甘氨酸及其衍生物提供了新的工藝制備方法。
文檔編號C07C229/08GK1990459SQ20051013549
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者謝增勇, 顧愛宏, 黃仁才, 楊立雯, 查正炯, 袁可, 尹應(yīng)武 申請人:重慶三峽英力化工有限公司