CN107108487B - 甲硫氨酸的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种甲硫氨酸的制造方法，其中，包括在含有铈的氧化物催化剂的存在下使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈与水接触的工序。作为2－氨基－4－(甲硫基)丁腈，可使用通过2－羟基－4－(甲硫基)丁腈与氨水接触而制造的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈或者通过3－(甲硫基)丙醛与氢氰酸和氨水接触而制造的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈。
Description
技术领域
本发明涉及以2－氨基－4－(甲硫基)丁腈为原料，用一个工序制造甲硫氨酸的方法。
背景技术
作为制造甲硫氨酸的方法，很早以前就知道将由式(1)表示的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈进行水解而制造的方法。然而，作为水解条件，使用强碱的情况下，反应结束后在中和阶段生产碳酸盐、硫酸盐等无机盐类，为了得到甲硫氨酸需要用于除去盐的精制工序。作为2－氨基－4－(甲硫基)丁腈的水解条件，研究了不使用强碱的条件，但为了以高收率得到甲硫氨酸，由2－氨基－4－(甲硫基)丁腈得到式(2)表示的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈(蛋氨酰胺)的条件与由蛋氨酰胺得到甲硫氨酸的条件不同，因此需要在不同的反应条件下反应(参照专利文献1)，不一定是简便的制造方法。
还已知有在金属锌或者锌的氧化物的存在下，使α－氨基腈与水反应而直接得到氨基酸的方法(参照专利文献2)，但甲硫氨酸的收率未必能令人满意。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特表2003－522815号公报
专利文献2:日本特开昭54－46717号公报
发明内容
本发明的课题在于提供一种利用2－氨基－4－(甲硫基)丁腈以高收率简便地制造甲硫氨酸的方法。
本发明人经过深入研究，结果发现通过在含有铈的氧化物催化剂的存在下使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈与水接触能够以高收率制造甲硫氨酸，从而完成了本发明。
即，本发明包含以下的方式。
1.一种甲硫氨酸的制造方法，其中，包括在含有铈的氧化物催化剂的存在下使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈与水接触的工序。
2.根据前项1所述的制造方法，其中，上述含有铈的氧化物催化剂是选自氧化铈和含有铈的氧化物固溶体中的至少一个。
3.根据前项1或2中任一项所述的制造方法，其中，上述工序在0～300℃实施。
4.根据前项1～3中任一项所述的制造方法，其中，在氨的存在下，使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈与水接触。
5.根据前项1～4中任一项所述的制造方法，其中，上述的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈是通过2－羟基－4－(甲硫基)丁腈与氨水接触而制造的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈。
6.根据前项1～4中任一项所述的制造方法，其中，上述的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈是通过3－(甲硫基)丙醛与氢氰酸和氨水接触而制造的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈。
利用本发明的制造方法，通过简便的工序就能够以高收率由2－氨基－4－(甲硫基)丁腈制造甲硫氨酸。
具体实施方式
在本发明的制造方法中，通过在含有铈的氧化物催化剂的存在下，使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈与水接触，能够制造甲硫氨酸。
作为含有铈的氧化物催化剂，可例示含有铈(Ce)的氧化物，可进一步例示含有铈的复合氧化物和含有铈的氧化物固溶体。
作为含有铈(Ce)的氧化物，例如，可例示氧化铈。作为氧化铈，例如，可例示三氧化二铈(III)(Ce2O3)、二氧化铈(IV)(CeO2)、它们的混合物或者具有它们的混合相的氧化铈化合物。其中，优选二氧化铈(IV)CeO2。
作为含有铈的氧化物固溶体，可举出CeO2－ZrO2(二氧化铈－氧化锆)、CeO2－Y2O3、CeO2－La2O3等，不限定于与氧化铈固溶的成分，另外，可以含有3种以上的金属，其中最优选二氧化铈－氧化锆。
作为含有铈的氧化物，优选氧化铈和含有铈的氧化物固溶体，更优选氧化铈。
在含有铈的氧化物催化剂中，铈的含量以二氧化铈(CeO2)计优选为5～100重量％，更优选为30～100重量％，进一步优选为70～100重量％，更进一步优选为95～100重量％。
可以将含有铈的氧化物催化剂与其它的催化剂混合使用。其它的催化剂没有特别限定，例如，可例示氧化锆、氧化镁、氧化锌、氧化钛等的氧化物，水滑石等粘土矿物等，其中优选氧化锆。
含有铈的氧化物催化剂可以并用其组成及物性(形状、粒径等)不同的2种以上的催化剂。粉末状的催化剂的平均粒径优选为500nm以下，更优选为100nm以下，进一步优选为20nm以下。利用BET法测定的催化剂的比表面积优选为10～2000m2/g，更优选为50～1000m2/g，进一步优选为100～500m2/g。作为含有铈的氧化物，可以使用市售品。例如，可以使用利用将含有铈化合物的前体在空气等氧化性气体的气氛下煅烧等方法制备的氧化物。这里，作为含有铈化合物的前体，可例示铈化合物、使铈化合物浸渗到载体而得的物质。作为铈化合物，例如，可例示铈的卤化物、无机盐(例如，硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、磷酸盐)、乙酸盐、草酸盐、氢氧化物等。含有铈的氧化物催化剂例如可以是将含有铈的氧化物担载于载体而得的物质，也可以是在含有铈的氧化物上担载其它的成分而得的物质。
可以用例如空气等氧化性气体，氮、氩等非活性气体，氢等还原性气体，二氧化碳、水蒸汽等对含有铈的氧化物催化剂进行加热处理。处理温度没有特别限定，优选为200～900℃，更优选400～800℃。
含有铈的氧化物和含有铈的氧化物催化剂可以加工成颗粒等成型物来使用。该成型物例如可以通过如下方式制备，即，向粉末状的铈化合物或者该化合物与固体载体的混合物或者两者的担载物中加入水等制成糊状后，进行挤出成型，对得到的颗粒状等成型物进行煅烧。
使用的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈的制造方法不必限定，通常，使用由[A法]使2－羟基－4－(甲硫基)丁腈与氨水接触而制造的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈，或者由[B法]使3－(甲硫基)丙醛与氢氰酸(氰化氢)和氨水接触而制造的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈。
在使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈与水接触而制造甲硫氨酸的工序中，相对于2－氨基－4－(甲硫基)丁腈1摩尔，理论上需要的水量为2摩尔，但通常使用比理论量多的过量。优选使用溶解2－氨基－4－(甲硫基)丁腈所需的量的水。具体而言相对于2－氨基－4－(甲硫基)丁腈1重量份，水为0.5～10重量份，更优选水为2～5重量份。
在上述工序中，通常使用溶剂量的水，若有需要，可以使用与水混和或者不混和的有机溶剂。作为与水混和的溶剂，可举出1,4－二烷、四氢呋喃等醚溶剂、N－甲基吡咯烷酮、N－乙基吡咯烷酮、1,3－二甲基－2－咪唑啉酮、二甲基亚砜、丙酮等。
从水溶剂中的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈的稳定性的观点考虑，在使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈与水接触而制造甲硫氨酸的工序中，优选在体系中预先溶解氨。
含有铈的氧化物的使用量通常相对于2－氨基－4－(甲硫基)丁腈1摩尔，以铈计为0.0010～5.0摩尔，更优选为0.010～3.0摩尔，进一步优选为0.020～1.50摩尔。
使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈与水接触的工序通常在0～300℃进行，优选为40～150℃，更优选为50～110℃。该工序可以在加压下进行，此时的压力以绝对压力计优选为0.1MPa～2MPa，更优选在0.2MPa～0.5MPa的加压下进行反应。该工序可以通过连续式、半连续式、分批式中的任一种进行。
反应结束后，从反应物料中滤出催化剂后，通过常压浓缩或者减压浓缩除去副生的氨，能够得到甲硫氨酸水溶液，也可以进一步浓缩而得到甲硫氨酸的固体。得到的甲硫氨酸的固体也可以被送去重结晶而得到高纯度的甲硫氨酸。
经过反应而活性降低的催化剂从反应物料分离，再生后，可以使用。作为再生的方法，可以采用清洗、热处理的方法。清洗例如可以利用水、酸、碱、有机溶剂等进行。热处理通常可以在空气等氧化性气体，氮、氩等非活性气体，氢等还原性气体，二氧化碳或者水蒸气等气氛下实施。作为热处理的气氛，优选在氧化性气体气氛下实施。热处理的温度优选为200～800℃，更优选为300～600℃。可以组合这些清洗、热处理的方法。
作为2－氨基－4－(甲硫基)丁腈的制造方法，除上述的A法和B法以外，还可举出使丙烯醛与氢氰酸接触，接着与甲硫醇反应进行制造的方法。
接下来，对A法进行说明。
相对于2－羟基－4－(甲硫基)丁腈1摩尔，氨通常为1～10摩尔的范围。反应温度通常为10～80℃的范围。作为溶剂，通常使用水，反应结束后，以水溶液的形式得到2－氨基－4－(甲硫基)丁腈。若有需要，可以进行脱氨、部分浓缩而得到含有2－氨基－4－(甲硫基)丁腈的水溶液，在本发明的甲硫氨酸制造方法中将得到的水溶液作为原料使用。
接下来，对B法进行说明。
相对于3－(甲硫基)丙醛1摩尔，氢氰酸通常为1～2摩尔的范围，氨为1～10摩尔的范围。反应温度通常为10～80℃的范围。作为溶剂，通常使用水，反应结束后，以水溶液的形式得到2－氨基－4－(甲硫基)丁腈。若有需要，可以进行脱氨、部分浓缩而得到含有2－氨基－4－(甲硫基)丁腈的水溶液，在本发明的甲硫氨酸制造方法中，将得到的水溶液作为原料使用。
实施例
以下，利用实施例对本发明进一步详细说明，本发明并不仅限于以下的例子。
实施例1：由2－羟基－4－(甲硫基)丁腈制备2－氨基－4－(甲硫基)丁腈
向具备搅拌机、温度计和滴液漏斗的1L的三口烧瓶中投入水72.00g(4.00mol)和28％氨水304.11g(5.00mol)，在加热至45℃的状态下，将2－羟基－4－(甲硫基)丁腈142.52g(1.00mol)从滴液漏斗用20分钟滴加。滴加结束后，在45℃搅拌1小时，以反应收率88.0％得到2－氨基－4－(甲硫基)丁腈。得到的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈水溶液不经过精制而直接用作下一个工序的原料。
甲硫氨酸的制造(CeO2的使用量：1.27摩尔，包括以下的实施例在内，CeO2的使用量表示相对于1摩尔2－氨基－4－(甲硫基)丁腈的CeO2的使用量。)
向具备热电偶和搅拌机的钽制反应容器中加入二氧化铈15.0g(87.15mmol；和光纯药工业社制)和用上述方法得到的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈水溶液45.0g(68.69mmol)，在100℃搅拌1小时。其后，用膜过滤器除去二氧化铈，将得到的反应液用液相色谱分析，结果甲硫氨酸的反应收率为93.2％。
实施例2：甲硫氨酸的制造(CeO2的使用量：0.58摩尔)
向具备搅拌机和温度计的两口烧瓶中投入二氧化铈0.7g(4.07mmol；关东化学社制)和水4.7g，并加入用实施例1的方法得到的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈水溶液4.7g(7.02mmol)，在75℃搅拌2小时。其后，用膜过滤器除去二氧化铈，将得到的反应液用液相色谱分析，结果甲硫氨酸的反应收率为95.2％。
实施例3：甲硫氨酸的制造(CeO2的使用量：2.04摩尔)
向具备搅拌机和温度计的两口烧瓶中投入二氧化铈5.2g(30.21mmol；和光纯药工业社制)和水9.6g，并加入用实施例1的方法得到的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈水溶液9.6g(14.78mmol)，在75℃搅拌2小时。其后，用膜过滤器除去二氧化铈，将得到的反应液用液相色谱分析，结果甲硫氨酸的反应收率为92.6％。
实施例4：甲硫氨酸的制造(使用回收的CeO2)
向具备搅拌机和温度计的两口烧瓶中投入实施例3中回收的二氧化铈5.1g(29.63mmol)和水9.5g，并加入用实施例1的方法得到的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈水溶液9.5g(14.22mmol)，在75℃搅拌2小时。其后，用膜过滤器除去二氧化铈，将得到的反应液用液相色谱分析，结果甲硫氨酸的反应收率为97.0％。
实施例5：由3－(甲硫基)丙醛制备2－氨基－4－(甲硫基)丁腈
向具备搅拌机和温度计的500mL的三口烧瓶投入氢氰酸29.71g(1.10mmol)、28％氨水182.46g(3.00mmol)和3－(甲硫基)丙醛104.17g(1.00mol)，在45℃搅拌1小时，得到314.3g的反应混合物。其后，将反应混合物用液相色谱分析，结果2－氨基－4－(甲硫基)丁腈的含量为39.6％。
使用脱氨的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈
向用上述方法制备的反应混合物20.03g以1.15L/分钟鼓吹氮2小时，除去氨。其结果，氨含量从8.84％降低到0.07％，反应液被浓缩至16.55g，2－氨基－4－(甲硫基)丁腈的含量为41.8％。
向具备搅拌机和温度计的两口烧瓶中投入二氧化铈1.38g(8.02mmol；比表面积159.6m2/g，第一稀元素化学工业社制)和水5g，加入脱氨处理过的该2－氨基－4－(甲硫基)丁腈水溶液5g(16.0mmol)，在75℃搅拌2小时。其后，用膜过滤器除去二氧化铈，将得到的反应液用液相色谱分析，结果甲硫氨酸的反应收率为80.0％。
实施例6：甲硫氨酸的制造(二氧化铈)
向具备搅拌机和温度计的两口烧瓶中投入二氧化铈1.3g(比表面积159.6m2/g，第一稀元素化学工业社制)和水4.1g，并加入用实施例5的方法得到的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈水溶液4.1g(12.5mmol)，在75℃搅拌2小时。其后，用膜过滤器除去二氧化铈，将得到的反应液用液相色谱分析，结果甲硫氨酸的反应收率为94.4％。
实施例7：甲硫氨酸的制造(二氧化铈‐氧化锆；78wt％CeO2－22wt％ZrO2)
使用二氧化铈‐氧化锆固溶体(78wt％CeO2－22wt％ZrO2，比表面积72.0m2/g，第一稀元素化学工业社制)代替二氧化铈，并使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈为12.7mmol，除此之外，进行与实施例6同样的反应。甲硫氨酸反应收率为94.5％。
实施例8：甲硫氨酸的制造(二氧化铈‐氧化锆；40wt％CeO2－60wt％ZrO2)
使用二氧化铈‐氧化锆固溶体(40wt％CeO2－60wt％ZrO2，比表面积54.1m2/g，第一稀元素化学工业社制)代替二氧化铈，并使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈为12.6mmol，除此之外，进行与实施例6同样的反应。甲硫氨酸反应收率为92.5％。
实施例9：甲硫氨酸的制造(二氧化铈)
使二氧化铈量为0.22g(比表面积159.6m2/g，第一稀元素化学工业社制)，使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈为11.6mmol，除此之外，进行与实施例6同样的反应。甲硫氨酸反应收率为60.9％。
实施例10：甲硫氨酸的制造(并用二氧化铈+氧化锆)
并用二氧化铈0.22g(比表面积159.6m2/g，第一稀元素化学工业社制)和氧化锆0.22g(比表面积97.3m2/g，第一稀元素化学工业社制)代替二氧化铈，并使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈为12.8mmol，除此之外，进行与实施例6同样的反应。甲硫氨酸反应收率为80.0％。
实施例11：甲硫氨酸的制造(并用二氧化铈和氧化锆)
并用二氧化铈0.22g(比表面积159.6m2/g，第一稀元素化学工业社制)和氧化锆0.66g(比表面积97.3m2/g，第一稀元素化学工业社制)代替二氧化铈，使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈为12.8mmol，除此之外，进行与实施例6同样的反应。甲硫氨酸反应收率为88.6％。
实施例12：甲硫氨酸的制造(使用经过空气煅烧的二氧化铈)
在马弗炉中，将二氧化铈(比表面积159.6m2/g，第一稀元素化学工业社制)在大气中在700℃保持10h进行煅烧。使用经过空气煅烧的二氧化铈0.22g代替没有煅烧的二氧化铈，并使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈为13.0mmol，除此之外，进行与实施例6同样的反应。甲硫氨酸反应收率为67.7％。
实施例13：甲硫氨酸的制造(使用经过氮处理的二氧化铈)
在管状炉中，将二氧化铈(比表面积159.6m2/g，第一稀元素化学工业社制)在氮供给下在700℃保持10h进行氮处理。使用经过氮处理的二氧化铈0.22g代替没有经过处理的二氧化铈，并使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈为13.0mmol，除此之外，进行与实施例6同样的反应。甲硫氨酸反应收率为74.1％。
比较例：与氧化锌的比较
向具备搅拌机和温度计的两口烧瓶中投入氧化锌(粒径20nm；关东化学社制)2.0g(24.57mmol)和水5.0g，并加入实施例1中得到的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈水溶液5.0g(14.08mmol)，在65℃搅拌4小时。其后，用膜过滤器除去氧化锌，将得到的反应液用液相色谱分析，结果甲硫氨酸的反应收率为17.0％。
另一方面，使用二氧化铈(粒径15－30nm；关东化学社制)2.0g代替氧化锌2.0g，同样进行，结果甲硫氨酸的反应收率为82.0％。
产业上的可利用性
利用本发明的制造方法不经过复杂的工序就能够以高收率由2－氨基－4－(甲硫基)丁腈得到甲硫氨酸。
Claims (6)
1.一种甲硫氨酸的制造方法，其中，包括在含有铈的氧化物催化剂的存在下使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈与水接触的工序。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述含有铈的氧化物催化剂是选自氧化铈和含有铈的氧化物固溶体中的至少一个。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的制造方法，其中，所述工序在0～300℃实施。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的制造方法，其中，在氨的存在下，使2－氨基－4－(甲硫基)丁腈与水接触。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的制造方法，其中，所述的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈是通过2－羟基－4－(甲硫基)丁腈与氨水接触而制造的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的制造方法，其中，所述的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈是通过3－(甲硫基)丙醛与氢氰酸和氨水接触而制造的2－氨基－4－(甲硫基)丁腈。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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