CN103380109B - 存储稳定的2-羟基-4-(甲硫基)丁酸腈 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合物，其含有86-97重量%的2-羟基-4-甲硫基丁腈、2-14重量%的水、0.05-0.5重量%的HCN，并且具有使用pH电极在23℃测量为1-4的pH，本发明还公开了生产这样的混合物的方法，及其作为存储稳定形式的2-羟基-4-(甲硫基)丁腈的用途。
Description
技术领域
本发明涉及具有非常良好的存储稳定性的由3-(甲硫基)丙醛(=甲基巯基丙醛，MMP)和氰化氢(HCN)生产的2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-CN)，本发明还涉及其生产方法。具体地，本发明描述了合成存储稳定的MMP-CN的方法，相对于未反应的MMP的含有超化学计量量的氢氰酸的产物。
2-羟基-4-(甲硫基)丁腈(MMP-羟腈)是合成D,L-甲硫氨酸和甲硫氨酸羟基类似物2-羟基-4-甲硫基丁酸(MHA)的中间体。甲硫氨酸是重要的氨基酸，其用作饲料的添加剂等。MHA是具有低生物药效率的液体甲硫氨酸的替代品。
现有技术
使用合适的催化剂，由MMP通过与氰化氢(氢氰酸)反应可以生产MMP-羟腈(2-羟基-4-(甲硫基)丁腈)。合适的催化剂例如是吡啶或三乙胺。通过MMP-羟腈与例如无机酸的水解获得了MHA。甲硫氨酸是通过MMP-羟腈与碳酸氢铵反应来形成的，并且形成了乙内酰脲，其可以用碱例如碳酸钾或者氢氧化钠皂化。甲硫氨酸是用二氧化碳或者硫酸来释放的。
从例如专利US A4960932中已知的是通过四阶段方法来生产甲硫氨酸。在第一步骤皂化，在三乙胺存在下将HCN加入到MMP产生了MMP-羟腈。相对于MMP的用量，HCN的用量对应于1.05mol。然后在第二步中将MMP-羟腈与氨反应，由此形成2-氨基-4-甲硫基丁腈，其然后在第三步中在酮和碱金属氢氧化物存在下水解，形成甲硫基丁酰胺，其最后皂化来形成碱金属甲二磺酸盐。
在生产2-羟基-4-甲硫基丁酸(MHA)的情况中，2-羟基-4-甲硫基丁腈是通过在包含吡啶或胺的介质中使MMP和HCN反应来获得的(参见专利US A2745745，第2栏第52-55行)。过量的HCN仅仅在例如真空中蒸馏掉。所形成的2-羟基-4-甲硫基丁腈然后用硫酸水解，由此直接形成了2-羟基-4-甲硫基丁酸的酰胺，和最后形成了2-羟基-4-甲硫基丁酸。一种类似的方法也描述在EP A330527A1或US4912257中。
另外，在WO96/40631A1中，描述了在合适的加成反应催化剂存在下，通过MMP与氰化氢反应来生产MMP-羟腈。已经发现三异丙醇胺、烟酰胺、咪唑、苯并咪唑、2-氟吡啶、聚-4-乙烯基吡啶、4-二甲基氨基吡啶、甲基吡啶和吡嗪可以充当生产MMP-羟腈的加成反应催化剂。此外，三烷基胺(键合到氮原子上的每个烷基取代基中具有3-18个碳原子)和叔胺(其中根据上面的说明，键合到氮原子上的非氢取代基中的至少一个包含芳基)也可以用于催化MMP和氰化氢之间的反应来形成MMP-羟腈。
优选在这种情况中，氰化氢是以基于MMP过量大约2%的摩尔来使用的。
WO2006/015684A2最后公开了一种方法，具体地用于连续生产MMP或MMP-羟腈，其中在每个情况中使用非均相胺催化剂用于加成反应。
另外，从专利US5756803中已知的是将醛与氰化氢在缓冲剂存在下反应，依靠缓冲剂可以将溶液的pH设定高于4，不包括胺。更通常，作为缓冲剂，可以使用酸的碱金属盐和酸的混合物，或者酸和碱金属氢氧化物的混合物。使用缓冲剂首先是为了避免起始材料和期望产物的分解，其次是为了中和用于稳定氰化氢的酸。同样，这里将HCN以摩尔过量加入到MMP中，该摩尔过量优选是在2-5%的范围内。在MMP与HCN在常规使用的碱的存在下的反应中，虽然它们在规定条件下提高了反应速率，但是它们快速导致了所形成的羟腈的分解和开始时使用的醛的分解，形成了高度变色的溶液。所以，使用缓冲剂体系同样具有对产物稳定性有益的作用。
为了回收包含在反应性吸收剂的废气中的残留量的未反应的HCN和MMP，和为了避免副产物形成的问题，在US5756803中，在下游连接了水洗涤器，将大量的洗涤水送入产物中，为了生产甲硫氨酸，该产物首先需要至少部分地被除去，并且其次其再次促进了MMP-羟腈的分解，这在每种情况中是并非微不足道的缺点。产物的水含量是大约48重量%。
所以，US专利5756803所述的产物也不是存储稳定的，和对于存储和特别是运输而言，必须以复杂的方式，依靠蒸馏除水来加工，这是该方法的很大的经济上的缺点。
JP2002-105048最后公开了一种生产存储稳定的2-羟基-4-(甲硫基)丁腈的方法。在这种情况中，2-羟基-4-(甲硫基)丁腈是由MMP通过使用合适的催化剂与氰化氢(氢氰酸)反应来生产的。合适的催化剂例如是吡啶，三乙胺或无机碱如碳酸钾或氨。氰化氢的用量是1-1.1，优选1.02-1.08，基于每摩尔的MMP。该反应在5℃-40℃以0.5-3小时的驻留时间来进行。为了稳定该氰化氢，向混合物中加入了30-80重量份(23-44重量%)的水，基于100重量份用量的MMP。为了进一步产物的稳定，在任何下游处理步骤之后，还将酸加入到该产物中，将pH设定为1-6或优选1-5。
同样，为了提高氰化氢的稳定性，JP2002-105048描述了在反应中加水，优选基于所用的MMP高到23-44重量%的含量，这导致了同样的缺点。
对于JP2002-105048中提供的MMP-羟腈来说，存储稳定性(仅仅基于颜色值)也表现为仅仅11天(264h)的时间。使用JP2002-105048的产物没有表现出并且也没有实现在几周范围内的长期稳定性，如发明人所发现的那样。但是，在几周内的长期稳定性是特别令人期望的，因为仅仅以这种方式可以实现长期的安全和无损失的存储，并且该产物仅仅因此，甚至在几周的中间存储或运输时间之后，可以有利地用于生产上述有价值的材料甲硫氨酸或MHA。
前述文献中描述的MMP-羟腈产物和相关的生产方法的主要缺点是该产物仅仅在相当短的时间内(即，几天)是足够存储稳定的，或者该方法提供了仅仅短时间内稳定的产物。
另一缺点是为了实现生产方法中高的MMP-CN产率，必须使用事先高的摩尔过量的HCN。过量的HCN在所述方法中失去，并且这是一个极大的经济上的缺点。
此外，所述方法所用的催化剂还促进了由所用的醛形成不想要的副产物，其导致产物被污染，这是不能接受的。
发明目标
本发明的目标是制备在相对长的时间内、特别是至少4周内是存储稳定的羟腈优选是MMP-羟腈，和提供催化醛特别是MMP与氰化氢反应的方法。该方法应当同时表现出相对于氰化氢和所用的醛，在产率方面的明显改进。具体地，该方法应当提供具有非常低的摩尔残留MMP含量的产物。此外，该方法与文献所述方法相比应当尽可能的成功，不需要进一步加水。
发明描述
这些目标和另外的目标是通过含有86-97重量%的2-羟基-4-甲硫基丁腈、2-14重量%的水、0.05-0.5重量%的HCN、并且具有使用pH电极在23℃测量的为1-4的pH的混合物、及其生产方法来实现的。
含有2-羟基-4-甲硫基丁腈的产物(其具有本发明的HCN含量和水含量和pH范围)的存储稳定性是特别高的，如实施例3a，3c，5a和5b所示。设定至优选的2-3的范围的pH还支持了产物的存储稳定性(实施例3a和5a)。
以此方式实现了至少128天的存储稳定性，其中可以观察到2-羟基-4-甲硫基丁腈小于1%的损失，特别是最大0.01-0.73%的损失。这相比于现有技术是一个明显的改进，作为非本发明的对比例5c(具有含2-羟基-4-甲硫基丁腈的混合物，该混合物具有0.01重量%的HCN和18.12重量%的水，处于pH4)表现出其中发生了3.28%的2-羟基-4-甲硫基丁腈损失。同样，在非本发明的对比例4b中，虽然含有2-羟基-4-甲硫基丁腈的混合物(具有0.04重量%的HCN和17.23重量%的水)在pH2时是酸稳定的，但是发生了1.70%的2-羟基-4-甲硫基丁腈损失。
所以，优选给出的是混合物，特征在于该混合物包含88-92重量%的2-羟基-4-甲硫基丁腈、3-12重量%的水和/或0.1-0.3重量%的HCN和/或具有的pH是2-3。
该含有2-羟基-4-(甲硫基)丁腈的混合物优选是根据本发明，通过如下方法来生产的，其中
a)在作为催化剂的碱存在下，将3-甲基巯基丙醛与氰化氢反应来形成腈，和在此期间和/或之后
b)通过加水将水含量任选地设定为2-14重量%，优选3-12重量%，通过加入HCN将HCN含量任选地设定为0.05-0.5重量%的HCN，优选0.1-0.3重量%的HCN，和之后
c)通过加酸来将pH任选地设定为pH1-4，优选pH2-3。
在此还可能的是，在MMP与HCN反应期间，依靠已经存在于起始材料中的水或者适当供给的量的HCN来获得期望的水含量或者HCN含量。
同样可能的是，在反应之后设定水含量和HCN含量。以这样的方式制备的含有2-羟基-4-(甲硫基)丁腈的混合物在此是特别优选的，这归因于它特别的存储稳定性和特别适于作为甲硫氨酸生产方法的原料。后者具有它的原因，特别是处于有利的HCN/MMP摩尔比≥1。
优选在此给出的是如下生产方法，其中在步骤a)中，在主反应区中在作为催化剂的碱存在下，将3-甲基巯基丙醛与氰化氢反应来形成腈，并且使离开主反应区的残留量的气态氰化氢(HCN)在含有3-甲基巯基丙醛和催化剂和任选存在的2-羟基-4-(甲硫基)丁腈混合物的吸收和后反应区中被吸收，并且使其进一步反应。
特别优选给出的是含有2-羟基-4-(甲硫基)丁腈的混合物，其是通过本发明优选的方法来生产的，因为这些混合物具有特别良好的存储稳定性，如本发明的实施例3a)和3c)所示。
以此方式，实现了至少128天的存储稳定性，其中可以观察到最大仅仅0.01-0.64%的2-羟基-4-甲硫基丁腈的损失。使用所述的优选的方法生产本发明的混合物所以完全令人惊讶的实现了存储稳定性的极大改进。
在优选的方法中，残留含量的HCN在气相反应中由于吸收或者缩合而主要与醛反应来形成羟腈。由于从气相中有效的除去了HCN，因此与文献中已知的方法相比它可以使用氰化氢：醛的摩尔比为0.99-1.01，这对于所述方法而言是很大的经济优点。
本发明还具体涉及一种在碱特别是胺的存在下将氰化氢加成反应到MMP上的方法，其中该方法是以这样的方式安排的，即，残留含量的气态氰化氢是在温度大约0℃-25℃在主反应区之外被吸收到醛MMP和来自MMP与氰化氢和催化剂的反应产物的液体混合物中，然后进一步与MMP反应。
依靠本发明的方法，通常，含有1-6个碳原子的醛(其任选地是用烷基，烷氧基或者烷基硫取代的)有利地与氰化氢反应。
这里优选的是吸收和后反应区所包含的混合物至少部分地来源于主反应区。由此与US5756803相比，由此防止了外来材料或外来溶剂的稀释。
该主反应区可以包含搅拌反应器或环流反应器。两种实施方案都导致了MMP和HCN的快速和良好的混合物和快速的转化。
该主反应区还可以另外包含喷射泵。这导致了各组分的混合的进一步激烈化和可以伴随着特别有利地用于将HCN吸到主反应区中。
后反应可以如上所述在含HCN的气体和液体之间进行。它然后在吸收和后反应区中进行的，所述吸收和后反应区优选包含用于使气体与液体接触的装置，特别是塔，例如诸如板式塔，填料床塔，鼓泡塔反应器，液滴塔(droplet column)或者任选地，具有机械搅拌容器的反应器或者浸没式射流反应器(submerged jet reactor)。
该吸收区和后反应区还可以是环流反应器的一部分，其进行了各组分高度的混合和快速的反应。
在本发明的方法中，基本上气态氰化氢被引入到主反应区中，优选是来自于氰化氢生产方法的含氰化氢的产物气体。
所用气体混合物的氰化氢含量是1-99重量%，优选5-75重量%，特别优选6-22重量%。该氰化氢具体是通过根据DE102007034715A1的Andrussow方法或者通过根据DE1041476的在德国被称作BMA方法(“aus Methan und Ammonik”[来自甲烷和氨的氢氰酸])(反应器)来生产的。两种方法还描述在Ullmann′s Encyclopedia of IndustrialChemistry，1987VCH-Verlagsgesellschaft mbH，“Cyano CompoundsInorganic”章的第1.2.1-1.2.2节中。所存在的氨在每种情况中被从产物气体中除去。来自Andrussow方法的产物气体(Andrussow气体)在除去氨之后包含典型地约10重量%的氰化氢，与之相比，来自BMA方法的产物气体(BMA气体)包含约70重量%的氰化氢。
因此，Andrussow方法的典型的产物气体组合物具有下面的大约含量：10.3重量%的HCN，3.7重量%的H2O，1.3重量%的H2，75.8重量%的N2，0.4重量%的O2，6.3重量%的CO，0.6重量%的CO2，0.4重量%的CH4，1.3重量%的Ar，BMA方法的那些是大约68.3重量%的HCN，6.7重量%的H2O，17.3重量%的H2，3.6重量%的N2，4重量%的CH4。
直接使用该产物气体具有相当大的优势，不需要进行氰化氢的上游和能量密集型液化，并且由于相应的接合到生产氰化氢气体的设备上，在用于吸收和蒸馏HCN的相应加工步骤中节约了相当大的资金成本。除了HCN之外，另外的气体部分令人惊讶地对羟腈产率没有不利的作用。
MMP-羟腈生产和氰化氢生产的残留气体然后可以共同地利用或者燃烧。在后者的情况中，所形成的能量可以重新用于运行两种方法，这意味着更大的自由度和相当大的经济优势。
图1表示了本发明方法和相应装置的一种优选的实施方案，其在下文中更详细地描述：
当板式塔或者填料床塔用于反应性吸收时，将包含氢氰酸的气流供给到塔(C)的底部相(A)或者优选地已经经由鼓气机(B)与醛溶液接触，该醛溶液依靠泵(I)进行循环(8)。在所述塔底部相中的温度是经由热交换器(J)设置的。该底部相(A)和塔(C)具体地充当了主反应区，塔C能够依靠热交换器(K)分别加热/冷却。在这种情况中，流(7)和(8)的温度是以这样的方式来选择的，即，反应热可以用对应于环境温度的冷水来除去，并且在塔部分(C)中的醛和HCN之间的反应完成了80-99.9%。
醛可以分别供给或者与催化剂((2)，(3))一起供给。优选将醛或醛/催化剂混合物(2)+(3)与来自所述塔的吸收和冷凝部分(E)的离开中间的底部段(D)的子流(6)混合。该催化剂还可以例如经由路径(4)来供给。在这种情况中，该催化剂还应当经由路径(13)到达顶部回路中的部分。在流(6)中存在的残留量的HCN与所供给的醛在驻留时间容器(G)、(第二)后反应区中反应完全或者实质上完全反应成羟腈。其后，将该流在热交换器(H)中冷却到0℃-25℃，来确保HCN尽可能完全的冷凝/吸收。具体的，中间的底部段(D)、吸收和冷凝部分(E)和驻留时间容器(G)充当了吸收和后反应区。由于流(5)中存在的羟腈的量，和所进行的冷却，离开塔顶的残留气体还仅仅包含了非常低的残留量的醛，并且因此不需要另外的洗涤来从残留气体中回收醛。羟腈浓度可以经由从塔底部相(13)的相应的计量来设定，优选在流(5)中是10重量%-70重量%。将该净化的气体有利地经过燃烧单元。与流(9)一起离开的产物具有的氰化氢与未反应的醛的摩尔比大于1，其对稳定产物有很大贡献。另外，该产物是透明的和仅仅稍微变色的，这突出了这种加工程序的特别高的选择性。
在经过后反应器(L)之后，其中所存在的醛的任何残留部分反应到完全，来实现与氰化氢的平衡，将所形成的产物流与酸混合。为此目的，使用合适的混合元件(M)。所设定的产物(流(11))的pH在这种情况中是1-4，优选2-3。
如果如图1所示，该醛是MMP，所述方法的MMP起始材料流通常具有少量的甲硫醇(MC)，其主要部分将送入到废气流(12)中。这种过量的MC还可以任选地与丙烯醛反应，其可以例如经由流(14)供给到所述方法，来形成MMP和与HCN继续来形成MMP-CN，由此提高产率。
在本发明的方法中，所用催化剂可以是低分子量或者非均相胺(heterogeneous amine)、或者无机碱的溶液、或者酸和低分子量胺的混合物。也需要它们来设定反应(步骤a))所需要的大约为4.5-6.0，优选5.0-5.5的最佳pH范围，其是使用pH电极(“Aquatrode Plus with Pt1000”类型，制造商：Metrohm Schweiz AG)直接在典型的水含量为2-14重量%的羟腈（cyanohydrin）中测量的。该测量是在大约23℃的温度在搅拌容器中测量的，该pH测量是温度补偿的。为了紧密地及时跟上反应条件和为了消除测量误差，在每种情况中间隔1小时进行pH测量4次，形成平均值，每个测量花费大约30秒。但是，该测量也可以在反应体系中，在所设定的温度在反应过程中在线直接进行测量，并且转换成23℃的pH，这进一步简化了方法控制。
低分子量、优选具有1-36个碳原子的胺具有实质上与反应介质不受限制的混溶性的特别优点，这反过来有利于快速反应。
在这种情况中优选的低分子量胺是三-(C1–C12-烷基)胺，优选三乙胺或者三异丙醇胺，二烷基芳烷基胺，优选二甲基苄基胺，二烷基芳基胺，优选N,N-二甲基苯胺，杂环胺，优选烟酰胺，咪唑，苯并咪唑，2-氟吡啶，4-二甲基氨基吡啶，甲基吡啶或者吡嗪。
可选择的，还可以使用下面的通式的非均相胺
或者聚乙烯基吡啶，其中
R1和R2是氢、芳基或杂芳基、具有C1-C12链长的烷基；
R1可以不同于R2
X是0-6的数字，和
A是天然或者合成树脂，优选聚苯乙烯。
这些和与此相关的优点例如诸如更早的可分离性、在随后的反应阶段中低的夹带(entrainment)已经描述在WO2006/015684中。
在这种情况中优选的是式I的催化剂是聚合物键合的碱，其选自同系的二烷基氨基烷基聚苯乙烯或者二烷基氨基大网络树脂。
特别优选的是式I的催化剂是二乙基氨基乙基聚苯乙烯，二乙基氨基-甲基聚苯乙烯，二甲基氨基甲基聚苯乙烯，二乙基氨基甲基大网络树脂或者二甲基氨基乙基聚苯乙烯。
所用的无机碱可以有利地是碱金属氢氧化物，优选NaOH或KOH，碱金属氰化物，优选NaCN或KCN，碱金属碳酸盐，优选Na2CO3或K2CO3，或者碱金属碳酸氢盐，优选NaHCO3或KHCO3，其是单独的或者混合形式。它们具有特别高的催化活性的优点，其反过来有利于非常快的反应以及在随后的方法中由其所形成的低盐部分的低潜在干涉。但是，这里必须确保极其良好的混合和温度控制，以使得不明显形成副产物。
作为催化剂，有利地还可以使用酸和上述低分子量胺的混合物，来将pH更容易地设定在期望的范围内和能够通过缓冲作用来稳定它。在这种情况中特别有利地是使用有机酸例如短链脂肪酸，例如乙酸，甲酸，柠檬酸，和有机磺酸例如三氟甲磺酸或者使用无机酸例如诸如硫酸或磷酸，与低分子量胺相组合。
根据本发明的另外一种优选的实施方案，主反应区中的温度是以所释放的反应热可以放出到环境温度的冷却水这样的方式来选择的，这是所述方法的另一很大的经济优点。
相应地，主反应区是在20℃-80℃，优选30℃-70℃，特别优选35℃-65℃的温度运行的。该反应还在这个范围内相当快地进行。
在本发明的方法中，另外优选地是吸收和后反应区是在0℃-30℃，优选4℃-15℃的温度运行的。这确保了氰化氢特别有效的吸收和仍然使得HCN与MMP可以彻底反应来形成MMP-羟腈。
此外，在MMP-羟腈的产物排出点的刚刚上游使用第二后反应区是有利的。这个第二后反应区是在20℃-80℃，优选40℃-70℃，特别优选45℃-65℃类似于主反应区的温度运行的。以此方式，确保了HCN和MMP的快速的和实质上定量完成的反应，来立即形成在产物排出上游的MMP-羟腈。
本发明的方法有利地是在0.9-5bar，优选1.0-3bar，特别优选1-1.5bar的绝对压力下运行的。这具有被吸收的HCN从溶液中快速的脱气和由此防止了相应的损失的效应。
此外，本发明的方法的特征在于可以将氢氰酸与3-(甲硫基)丙醛的摩尔比设定为0.98-1.03，优选0.99-1.01。首先，由此避免了尤其是在工业规模上是一个很大的经济劣势的氢氰酸损失。其次，避免了不想要的氢氰酸分解产物例如诸如聚合的氢氰酸或者皂化产物甲酸(其对于各种金属材料具有腐蚀性)，和由此避免了在到甲硫氨酸的下游加工阶段中相应的不利效应。
在本发明的方法中，优选使用催化剂与3-(甲硫基)丙醛的重量比是0.00005-0.002，特别优选0.0001-0.001。这具有特别低的副产物形成，同时具有高反应速率的效应。
本发明的方法可以任选地分批、半连续或者连续地进行，连续实施方案对于大于10000吨/a的工业规模运行来说是特别经济的。
本发明所生产的MMP-羟腈典型地具有下面的组成：
MMP-CN：86-97重量%，
MMP：0-1重量%，
HCN：0.05-0.5重量%，
H2O：2-14重量%，
低聚物：0.01-0.1重量%。
基于MMP的摩尔产率典型地是99.50-99.99%。
本发明的含有2-羟基-4-(甲硫基)丁腈的混合物可以特别有利地直接用于生产甲硫氨酸和2-羟基-4-甲硫基丁酸。为此目的，它是胺化的(氨基腈路径)或者与氨和二氧化碳混合物反应(乙内酰脲路径)，来形成甲硫氨酸，或者直接水解来形成2-羟基-4-甲硫基丁酸(甲硫氨酸羟基类似物，MHA)。
此外，已经令人惊讶地发现已经存在于MMP中的高沸点MMP低聚物被用于在本发明方法中大部分反应，来形成期望的MMP-羟腈。这表明例如在产物蒸馏中所形成的残留物在反应后比反应前明显更少，以形成MMP-羟腈。
具体地，将本发明的包含2-羟基-4-(甲硫基)丁腈的混合物以存储稳定的形式使用已经被证明是有利的。在上下文中，存储稳定性意指对室温(即，20-25℃)存储至少128天来说，仅仅可分析检出小于1%的2-羟基-4-甲硫基丁腈损失。合适的分析方法具体是常规的HPLC方法。
本发明将参考下文的实施例来更详细地描述。
所用的分析方法：
MMP-CN中的H2O含量是通过具有终点的双安培指示(Karl-Fischer滴定)的滴定方法测定的。
为此目的，将20-30ml的滴定介质(例如Hydranal Solvent5，Fluka)装入滴定容器中，并且使用滴定剂(例如Hydranal Titrant5，Fluka)滴定到干燥。将大约500mg量的样品加入到初始加料(其已经滴定到耗尽)(塑料一次性注射器)中，并且用滴定剂滴定到终点。通过差示称重来测定精确的样品重量。
这种标准方法的程序是本领域技术人员已知的(参见例如P.A.Bruttel，R.Schlink：Wasserbestimmung durch Karl-Fischer-Titration[Waterdetermination by Karl-Fischer titration]Metrohm AG)。
产物的游离氢氰酸含量是通过离子色谱法(IC)原理，使用安培计氰化物检测，在Ag工作电极上测量的，依靠制备柱色谱法，通过从样品基质中分离游离的氢氰酸而制备样品。
该制备性氰化物的除去是例如在室温，在来自Hamilton的PRP-X300分离柱(250mm长×4.1mm内径)上进行的。移动相由5毫摩尔的硫酸组成。在1.0ml/min的流速时，注射100μl的样品溶液(0.1g样品在10ml的流动相中)。将4min-8min的柱流出物收集到100ml的量瓶中，用超纯水补足到刻度，将100μl注入到用于氰化物测量的IC中。
类似于样品溶液，将已知含量的NaCN校正溶液依靠柱色谱法进行制备分离，并且将100μl注入到用于氰化物测量的IC中。
离子色谱法氰化物测量是在室温，例如在来自Dionex的Carbo Pac PA1分离柱(250mm长度×4.0mm内径)上进行的。流动相是由1.5g的氯化钠和1ml的乙二胺在1l的50毫摩尔的氢氧化钠溶液中的溶液组成。以1.0ml/min的流速，注入100μl的样品溶液或校正溶液。该评价是使用外部标准方法，通过峰面积比较来进行的。
这种标准方法的程序是本领域技术人员已知的。
产物的MMP-CN和MMP含量是依靠等离子排阻色谱法(isocratic ionexclusion chromatography)在阳离子交换机上测量的，随后在205nm进行UV检测。该测量是例如在来自Hamilton的PRP-X300分离柱(250mm长度×4.1mm内径)上在25℃温度进行的。流动相是由5毫摩尔的硫酸组成的。以1.0ml/min的流速，注入100μl的各个样品溶液(对于MMP测量来说为0.5g的样品，或者对于MMP-CN测量来说是0.06g的样品，其处于50ml溶剂中)。该校正是通过注入合适的校正溶液来进行的(在50ml溶剂中0.5mg的MMP，或者在50ml溶剂中50mg的MMP-CN)。
该溶剂是由500μl的0.5摩尔H2SO4和5ml的乙腈(其用超纯水稀释到50ml)的混合物组成的。
该评价是使用外部标准方法通过峰面积比较来进行的。
这种标准方法的程序是本领域技术人员已知的。
含有HCN的起始材料气体中的组分(N2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氨(NH3)、氢氰酸(HCN)、水(H2O)、氩气(Ar)/氧气(O2)(任一/或)、氢气(H2)(仅仅有条件的)和作为内部标准物的苯是通过气相色谱法测量的。这里使用气相色谱仪6890(Agilent，基于HP6890)。用于这个分析的气相色谱仪装备有三个分离柱：1.HP-CPWAX52CB25m*0.32mm*0.2μm(这里分离了NH3、HCN、水和苯)，2.分子筛30m*0.32mm*12μm(这里分离H2、N2、O2、CO和甲烷)和3.Plot Q30m*0.32mm*20μm(这里分离了CO2和苯)，两个热导率检测仪(TCD)，压力测量单元和用于氦气的质量流量计(MFM)。柱1经由后注射器连接到后检测器上。柱2和3通过前注射器连接到前检测器上。
这种标准方法的程序是本领域技术人员已知的。
从柱顶离开的残留气体的组分甲硫醇(MC)和甲基巯基丙醛(MMP)和丙烯醛(AC)是依靠气相色谱法来测量的。在这种情况中使用了气相色谱仪7890A(Agilent)。用于这个分析的气相色谱仪装备有分离柱(HP-INNOWAX60m*0.32mm*0.25μm)和后检测器(FID)。这种标准方法的程序是本领域技术人员已知的。
实施例1
使用图1所示的装置，其具有70mm直径的塔，其装备有2个有序的填料(C)和(E)，并且其高度在每种情况中是2500和1700mm。在该有序填料之间布置有中间的底部段(D)，流(6)可以从此处离开用于运行顶部回路。在该塔下布置有体积为4L的塔底部段。附上这个装置的图(参见图1)。
作为流(1)将来自生产氰化氢的Andrussow方法的8.98kg/h的粗产物气体经由鼓气机(B)供给到塔底部段A中，其包含基于重量：HCN：8.87%，H2O：3.88%，H2：1.33%，N2：76.01%，O2：1.48%，CO：5.67%，CO2：1.13%，CH4：0.39%。引入的气体在喷射泵(B)处与300kg/h的循环流(8)混合。该循环流的温度在此以这样的方式控制，即，在塔底部段(A)中，在50%的填充态时，主要是50℃的温度。在有序填料(C)上的40kg/h的供料流(7)的温度是35℃。
甲硫基丙醛经由供料(2)以2.966kg/h的通过量引入到反应器(G)中。该反应器包含基于重量：MMP：96.46%，H2O：2.77%，MC：0.2%。经由供料管线(3)，同时向反应器(G)中引入0.211kg/h的99重量%的上述组成的MMP和1重量%的作为催化剂的三乙醇胺的混合物。由起始材料和循环流(6)组成的全流(5)以40kg/h供给到温度6℃的上部的有序填料(E)中。
HCN/MMP摩尔起始材料比对应于1。产物以4.20kg/h离开塔底部段，并且具有下面的基于重量的组成：
MMP-CN：90.43%，H2O：7.82%，MMP：0.14%，HCN：0.16%，MC：0.01%。废气以8.07kg/h离开塔顶，并且具有下面的基于重量的组成：HCN：0.00%，MMP：0.07%，MC：0.05%，H2O：1.34%，H2：1.48%，N2：86.02%，O2：1.64%，CO：6.31%，CO2：1.26%，CH4：0.44%。将该气体供给到燃烧设备。
实施例2
使用实施例1的装置。
作为流(1)将通过Andrussow方法生产氰化氢的8.94kg/h的粗产物气体经由鼓气机(B)供给到塔底部段A中，其包含基于重量：HCN：8.9%，H2O：3.7%，H2：1.3%，N2：76.3%，O2：1.5%，CO：5.6%，CO2：1.1%，CH4：0.4%。引入的气体在喷射泵(B)处与280kg/h的循环流(8)混合。该循环流的温度在这种情况中以这样的方式控制，即，在塔底部段(A)中，在50%的填充态时，主要是49.8℃的温度。在有序填料(C)上的40kg/h的供料流(7)的温度是35℃。
甲硫基丙醛是经由供料(2)以2.976kg/h的通过量引入到反应器(G)中的。它包含基于重量：MMP：96.9%，H2O：2.8%，MC：0.2%。经由供料管线(3)，同时向反应器(G)中引入0.2kg/h的99重量%的上述组成的MMP和1重量%的作为催化剂的三乙醇胺的混合物。另外，将2kg/h的底部段产物经由路径(13)引入到反应器(G)中。由起始材料和循环流(6)和产物流(13)组成的全流(5)以42kg/h供给到温度5.5℃的上部的有序填料(E)中。
HCN/MMP摩尔起始材料比对应于1。产物以4.25kg/h离开塔底部段，并且具有下面的基于重量的组成：
MMP-CN：90.06%，H2O：8.81%，MMP：0.75%，HCN：0.21%，MC：0.01%。废气以7.88kg/h离开塔顶，并且具有下面的基于重量的组成：HCN：0.00%，MMP：0.09%，MC：0.10%，H2O：0.6%，H2：1.50%，N2：86.60%，O2：1.70%，CO：6.40%，CO2：1.20%，CH4：0.50%。将该气体供给到燃烧设备。
实施例3
使用实施例1的装置。
作为流(1)将通过Andrussow方法生产氰化氢的8.94kg/h的粗产物气体经由鼓气机(B)供给到塔底部段A中，其包含基于重量：HCN：8.9%，H2O：3.7%，H2：1.3%，N2：76.3%，O2：1.5%，CO：5.6%，CO2：1.1%，CH4：0.4%。引入的气体是在喷射泵(B)处与280kg/h的循环流(8)混合的。该循环流的温度在这种情况中以这样的方式控制，即，在塔底部段(A)中，在50%的填充态时，它具有52℃的温度。在有序填料(C)上的40kg/h的供料流(7)的温度是35℃。
甲硫基丙醛是经由供料(2)以2.976kg/h的通过量引入到反应器(G)中的。该反应器包含基于重量：MMP：96.9%，H2O：2.8%，MC：0.2%。经由供料管线(3)，同时向反应器(G)中引入0.2kg/h的99重量%的上述组成的MMP和1重量%的作为催化剂的三乙醇胺的混合物。另外，将2kg/h的底部段产物经由路径(13)引入到反应器(G)中。由起始材料和循环流(6)和产物流(13)组成的全流(5)以42kg/h供给到温度5.5℃的上部的有序填料(E)中。
HCN/MMP摩尔起始材料比对应于1。产物以4.25kg/h离开塔底部段，并且具有下面的基于重量的组成：MMP-CN：90.46%，H2O：8.81%，MMP：0.35%，HCN：0.18%，MC：0.00%。废气以7.88kg/h离开塔顶，并且具有下面的基于重量的组成：HCN：0.00%，MMP：0.09%，MC：0.10%，H2O：0.6%，H2：1.50%，N2：86.60%，O2：1.70%，CO：6.40%，CO2：1.20%，CH4：0.50%。将该气体供给到燃烧设备。
从因此获得的产物，为了确定存储稳定性与水含量和pH进一步的依赖关系，通过相应的加水和硫酸来生产表1所列出的另外的样品，并且在20℃存储到128天。
具有水含量分别是18.26重量%和18.35重量%的样品(实施例3b和3d)不对应于本发明的产物，而是用于比较。
表1：实施例3的产物，具有进一步变化的pH和水含量(重量%)。
| pH | 水含量 | HCN含量 | |
| 实施例3a | 2 | 8.73 | 0.18 |
| 实施例3b | 2 | 18.26 | 0.16 |
| 实施例3c | 4 | 8.78 | 0.18 |
| 实施例3d | 4 | 18.35 | 0.16 |
实施例4
使用实施例1的装置，但是在顶部产物循环中不具有底部段产物供料(13)。
作为流(1)将通过Andrussow方法生产氰化氢的8.95kg/h的粗产物气体经由鼓气机(B)供给到塔底部段A中，其包含基于重量的下面的成分：HCN：8.9%，H2O：3.9%，H2：1.3%，N2：76.2%，O2：1.4%，CO：5.6%，CO2：1.1%，CH4：0.4%。引入的气体是在喷射泵(B)处与280kg/h的循环流(8)混合的。该循环流的温度在这种情况中以这样的方式控制，即，在塔底部段(A)中，在50%的填充态时，它的温度是65.0℃。在有序填料(C)上的40kg/h的供料流(7)的温度是40℃。
甲硫基丙醛是经由供料(2)以2.965kg/h的通过量引入到反应器(G)中的。该反应器包含基于重量：MMP：97.0%，H2O：1.9%，MC：0.3%。经由供料管线(3)，同时向反应器(G)中引入0.2kg/h的99重量%的上述组成的MMP和1重量%的作为催化剂的三乙醇胺的混合物。由起始材料和循环流(6)组成的全流(5)以39kg/h供给到温度5.9℃的上部的有序填料(E)中。
HCN/MMP摩尔起始材料比对应于0.997。产物以4.21kg/h离开塔底部段，并且具有下面的基于重量的组成：MMP-CN：90.56%，H2O：7.56%，MMP：0.16%，HCN：0.04%。废气以8.04kg/h离开塔顶，并且具有下面的基于重量的组成：HCN：0.05%，MMP：0.11%，MC：0.09%，H2O：1.1%，H2：1.40%，N2：86.30%，O2：1.60%，CO：6.20%，CO2：1.20%，CH4：0.40%。将该气体供给到燃烧设备。
从因此获得的产物，为了确定存储稳定性与水含量和pH进一步的依赖关系，通过适当的加水和硫酸来生产表2所列出的另外的样品，并且在20℃存储到128天。
表2的实施例4b和4d的样品不对应于本发明的产物，而是用于比较。
表2：实施例4的产物，具有进一步变化的pH和水含量。
| pH | 水含量 | HCN含量 | |
| 实施例4a | 2 | 7.49 | 0.04 |
| 实施例4b | 2 | 17.23 | 0.04 |
| 实施例4c | 4 | 7.53 | 0.04 |
| 实施例4d | 4 | 17.32 | 0.04 |
在该存储实验过程中在128天内，各个样品中的MMP-CN的质量含量(重量%)是通过HPLC来确定的。结果表示在表3中。
表3：MMP-CN的质量分数与存储时间、pH、水含量和HCN含量的依赖关系
实施例5
根据US A4960932，MMP-CN是首先由蒸馏过的MMP和蒸馏过并随后冷凝的HCN在搅拌的容器（其通过加入0.01g的硫酸(10%)/g的MMPCN来调整到40℃和保持于40℃并且稳定）中来生产的。这个MMP-CN依靠分子蒸馏在1mbar和90℃精细蒸馏，分离掉除了水之外的全部杂质、和残留的MMP和HCN。该产物包含98重量%的MMP-CN，并且在容器中冷却到0℃。由所形成的产物，为了确定存储稳定性与水含量、与HCN含量和与pH进一步的依赖关系，通过加水和硫酸和加入蒸馏的HCN来生产表2所列出的另外的样品，并且在20℃存储到130天。
表4中的实施例5c的样品不对应于本发明的产物，而是用于比较。
表4：实施例5的产物，具有进一步变化的pH、HCN含量和水含量。
| pH | 水含量 | HCN含量 | |
| 实施例5a | 2 | 6.62 | 0.19 |
| 实施例5b | 4 | 6.51 | 0.19 |
| 实施例5c | 4 | 18.12 | 0.01 |
在该存储实验过程中，在来自实施例5的各个样品中的MMP-CN的质量含量(重量%)是在130天内测量的。结果表示在表5中。
表5：MMP-CN的质量分数(重量%)与存储时间、pH、水含量和HCN含量的依赖关系。
| 天 | 实施例5a | 实施例5b | 实施例5c | |
| pH | 2 | 4 | 4 | |
| 水含量 | 6.62 | 6.51 | 18.12 | |
| HCN含量 | 0.19 | 0.19 | 0.01 | |
| 1 | MMP-CN含量 | 91.45 | 91.80 | 80.98 |
| 4 | 91.46 | 91.78 | 80.88 | |
| 7 | 91.43 | 91.76 | 80.67 | |
| 14 | 91.48 | 91.63 | 80.43 | |
| 21 | 91.45 | 91.62 | 79.72 | |
| 35 | 91.48 | 91.47 | 78.78 | |
| 56 | 91.43 | 91.43 | 77.96 | |
| 130 | 91.44 | 91.07 | 77.70 |
该实验结果证实了产物的稳定性主要受到HCN含量和水含量的影响，因为通过所述方法的设定会是特别有利的。根据实施例3和5a和5b的具有最高HCN含量的产物通常表现出最佳的稳定性。另外，实施例3a、3c、5a和5b的产物是通过较低的水含量被稳定的。将pH设定为2的值同样支持了产物的稳定，但是，与影响因素HCN含量和水含量相比，加酸或pH的影响是其次重要的。
Claims (39)
1.一种混合物，其含有86-97重量％的2-羟基-4-甲硫基丁腈、2-14重量％的水、0.05-0.5重量％的HCN，并且具有使用pH电极在23℃测量为1-4的pH。
2.根据权利要求1的混合物，特征在于所述混合物含88-92重量％的2-羟基-4-甲硫基丁腈、3-12重量％的水和/或0.1-0.3重量％的HCN和/或具有的pH为2-3。
3.生产根据权利要求1或2的含有2-羟基-4-(甲硫基)丁腈的混合物的方法，特征在于
a)在作为催化剂的碱存在下，使3-甲基巯基丙醛与氰化氢反应形成腈，和在此期间和/或之后
b)任选地，将水含量通过加水设定为2-14重量％，任选地，将HCN含量通过加入HCN设定为0.05-0.5重量％的HCN，和之后
c)任选地，将pH通过加酸设定为pH 1-4。
4.根据权利要求3的方法，其中将水含量通过加水设定为3-12重量％。
5.根据权利要求3的方法，其中将HCN含量通过加入HCN设定为0.1-0.3重量％。
6.根据权利要求3的方法，其中将pH通过加酸设定为pH 2-3。
7.根据权利要求3的方法，其中在步骤a)中，在主反应区中在作为催化剂的碱存在下，使3-甲基巯基丙醛与氰化氢反应形成腈，并且使离开主反应区的残留量的气态氰化氢在含有3-甲基巯基丙醛和催化剂和任选存在的2-羟基-4-(甲硫基)丁腈混合物的吸收和后反应区中被吸收，并且使其进一步反应。
8.根据权利要求7的方法，特征在于该吸收和后反应区所包含的混合物至少部分地来源于主反应区。
9.根据权利要求7或8的方法，特征在于该主反应区包括搅拌反应器或者环流反应器，和任选存在的另外的喷射泵。
10.根据权利要求7的方法，特征在于该吸收和后反应区包括用于使气体与液体接触的装置，或者任选地，具有机械搅拌容器的反应器、浸没式射流反应器或喷射泵。
11.根据权利要求10的方法，其中所述用于使气体与液体接触的装置是塔。
12.根据权利要求11的方法，其中所述塔是板式塔、填料床塔、鼓泡塔反应器、液滴塔。
13.根据权利要求7的方法，特征在于基本上气态氰化氢被引入主反应区中。
14.根据权利要求13的方法，其中所述基本上气态氰化氢是来自生产氰化氢设备的含氰化氢的产物气体。
15.根据权利要求14的方法，特征在于所用产物气体的氰化氢含量是1-99重量％。
16.根据权利要求15的方法，其中所用产物气体的氰化氢含量是5-75重量％。
17.根据权利要求16的方法，其中所用产物气体的氰化氢含量是6-22重量％。
18.根据权利要求7的方法，特征在于所用催化剂是低分子量或者非均相胺、无机碱溶液、或者酸和低分子量胺的混合物，其中所述低分子量胺是三(C1–C12-烷基)胺、二烷基芳烷基胺、二烷基芳基胺或杂环胺。
19.根据权利要求18的方法，其中所述低分子量胺是三乙胺或者三异丙醇胺。
20.根据权利要求18的方法，其中所述二烷基芳烷基胺是二甲基苄基胺。
21.根据权利要求18的方法，其中所述二烷基芳基胺是N,N-二甲基苯胺。
22.根据权利要求18的方法，其中所述杂环胺是烟酰胺、咪唑、苯并咪唑、2-氟吡啶、4-二甲基氨基吡啶、甲基吡啶或者吡嗪。
23.根据权利要求18的方法，特征在于酸和低分子量胺的混合物中所用的酸是有机酸或者无机酸。
24.根据权利要求23的方法，其中所述有机酸是短链脂肪酸。
25.根据权利要求23的方法，其中所述有机酸是乙酸、甲酸、柠檬酸、或者有机磺酸。
26.根据权利要求25的方法，其中所述有机磺酸是三氟甲磺酸。
27.根据权利要求23的方法，其中所述无机酸是硫酸或者磷酸。
28.根据权利要求3的方法，特征在于在步骤a)中，使用pH电极在23℃测量的pH设定为4.5-6.0，和水含量是2-14重量％。
29.根据权利要求28的方法，其中在步骤a)中，使用pH电极在23℃测量的pH设定为5.0-5.5。
30.根据权利要求3的方法，特征在于在步骤a)中，所用的温度是20℃-80℃。
31.根据权利要求30的方法，其中在步骤a)中，所用的温度是30℃-70℃。
32.根据权利要求31的方法，其中在步骤a)中，所用的温度是35℃-65℃。
33.根据权利要求7的方法，特征在于该吸收和后反应区在0℃-30℃的温度运行。
34.根据权利要求33的方法，其中该吸收和后反应区在4℃-15℃的温度运行。
35.根据权利要求7的方法，特征在于氢氰酸与3-(甲硫基)丙醛的摩尔比是0.98-1.03。
36.根据权利要求35的方法，其中氢氰酸与3-(甲硫基)丙醛的摩尔比是0.99-1.01。
37.根据权利要求3-36任一项所生产的含有2-羟基-4-(甲硫基)丁腈的混合物。
38.根据权利要求1、2或37任一项的含有2-羟基-4-(甲硫基)丁腈的混合物的用途，其用于生产D,L-甲硫氨酸或者2-羟基-4-甲硫基丁酸。
39.作为存储稳定的形式的根据权利要求1、2或37任一项的含有2-羟基-4-(甲硫基)丁腈的混合物的用途。
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