專利名稱：甘氨酸制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氨基乙酸的制備方法。
甘氨酸亦稱氨基乙酸，是一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工、農(nóng)藥等行業(yè)，在醫(yī)藥中主要用于氨基酸制劑，金霉素緩沖劑，咪唑酸乙酯中間體。在食品工業(yè)中作為食品添加劑用于調(diào)味、殺菌防腐、抗氧化、營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化等。在農(nóng)藥工業(yè)中主要用作合成草甘膦、增甘膦的原料。甘氨酸合成，目前國(guó)外多數(shù)采用以氰化鈉(或含氰廢水)為主要原料的Strecker法，該法工藝條件苛刻，收率不高，但可利用丙烯氰生產(chǎn)的廢水作原料，成本低。我國(guó)普遍采用α-鹵代酸法，原料易得，反應(yīng)條件溫和，工藝成熟，但存在催化劑不能回收、反應(yīng)收率僅在80～85％之間、大量甲醇需蒸餾從而蒸氣消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重、成本高等缺點(diǎn)。
美國(guó)專利US5155264(1992)創(chuàng)造性地提出一種合成甘氨酸的新方法，合成過(guò)程中不生成氯化銨，從而省去了甘氨酸和氯化銨的分離工序，收率可達(dá)92.7％，但由于使用了價(jià)格高昂的三乙胺，且其回收困難，故此法成本更高。
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，提供一種產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，收率高，成本低，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的甘氨酸制備工藝。本工藝通過(guò)連續(xù)循環(huán)合成和多元溶劑循環(huán)分離兩個(gè)封閉體系，制得甘氨酸，并可得到工業(yè)一級(jí)品的副產(chǎn)品氯化銨。
本發(fā)明甘氨酸制備工藝的技術(shù)解決方案是用氯乙酸和氨作液相反應(yīng)，反應(yīng)后分離出甘氨酸，其特殊之處是包括步聚(1)將反應(yīng)后的溶液冷卻結(jié)晶分離出甘氨酸/氯化銨混晶；取出混晶后的母液返回反應(yīng)體系，循環(huán)套用；(2)所述的混晶用醇-水混合液溶解其中的氯化銨，分離出甘氨酸；取出甘氨酸后的母液脫醇后冷卻結(jié)晶分離出氯化銨；取出氯化銨后的母液與所述脫出的醇混合后返回混晶溶解體系，循環(huán)套用。
上述步聚(1)中①所述的反應(yīng)在催化劑烏洛托品(六次亞甲基四胺)存在下進(jìn)行，將氯乙酸和烏洛托品分別用溶劑溶解后輸入管式反應(yīng)器，同時(shí)輸入氨氣或氨水，所述的溶劑為水、醇或醇-水混合液；醇-水混合液中醇含量為任意值；所述的醇為含1～4個(gè)碳原子的一元醇，本發(fā)明優(yōu)選的是甲醇或乙醇；氯乙酸于溶液中的重量百分濃度為20～80％；將氯乙酸溶液和烏洛托品溶液加壓后定量輸入管式反應(yīng)器，并順流通入氨氣或氨水，控制反應(yīng)體系pH值為5～10，及時(shí)移走反應(yīng)熱以控制反應(yīng)溫度為60～95℃；通氨氣壓力為0.1～1.0Mpa，控制其流量使反應(yīng)體系pH值保持在5～10，優(yōu)選為6～8；②所述的冷卻是指將反應(yīng)后溶液輸入冷卻釜冷卻至5～30℃，為保證產(chǎn)物盡可能多地析出，又便于工業(yè)生產(chǎn)，冷卻溫度優(yōu)選為15～20℃，此溫度下，析出甘氨酸/氯化銨混晶(甘氨酸和氯化氨結(jié)晶混合物)，其中甘氨酸與氯化銨摩爾比為1∶1；③取出混晶后的母液，其中含有催化劑及未反應(yīng)的氯乙酸和部分反應(yīng)主副產(chǎn)物，用此母液溶解氯乙酸和烏洛托品，返回反應(yīng)體系，母液中殘留反應(yīng)物參與反應(yīng)，并補(bǔ)充適量催化劑和損失的溶劑以保持體系組成相同，母液如此循環(huán)套用10～30次后，將最后一批母液濃縮后醇析，取出其中殘留的甘氨酸/氯化銨；醇析加醇量為母液體積的1～6倍；如所述的，溶劑為水、醇或醇-水混合液；
若溶劑為水，為避免直接用合成母液來(lái)溶解氯乙酸導(dǎo)致體系中催化劑在酸性條件下分解，在循環(huán)過(guò)程中仍用水來(lái)配制高濃度的氯乙酸溶液；較高溫度的合成液在進(jìn)行冷卻之前進(jìn)行負(fù)壓濃縮以除去過(guò)量的水及氨，以保證冷卻結(jié)晶時(shí)體系的pH值為5～6，使甘氨酸盡可能多地析出；若溶劑選擇醇或醇-水混合液，則反應(yīng)過(guò)程中無(wú)需冷卻，因?yàn)榇挤悬c(diǎn)較低，反應(yīng)熱可通過(guò)溶劑的汽化，冷凝回流來(lái)移走，從而可以方便地控制反應(yīng)溫度為60～95℃(不可能超過(guò)溶劑沸點(diǎn))；在循環(huán)過(guò)程中，母液顏色逐漸加深，主要是由甘氨酸的氧化和聚合所致，為減輕這種氧化作用可在反應(yīng)過(guò)程中加入氯乙酸總重量1～5‰的緩氧化劑，如亞硫酸氫鈉等；此步聚得到結(jié)晶混合物經(jīng)分析其中甘氨酸收率(以氯乙酸計(jì))可達(dá)98％。
上述步聚(2)中①溶解混晶中的氯化銨所用醇-水混合液中醇重量百分含量為40～85％，優(yōu)選60～70％，溶解溫度為40～90℃，溶解后分離出甘氨酸固體；溶解、分離過(guò)程在釜及精餾塔(或簡(jiǎn)單蒸餾裝置)中進(jìn)行，這是利用甘氨酸、氯化銨在混合液中溶解度不同實(shí)現(xiàn)的；氯化銨完全溶解后進(jìn)行固-液分離(可抽濾實(shí)現(xiàn))，所得固體一甘氨酸用醇洗滌后烘干得工業(yè)級(jí)甘氨酸；②取出甘氨酸后的母液進(jìn)入精餾塔蒸餾，脫除其中20～95％(優(yōu)選60～70％)的醇后冷卻結(jié)晶，離心分離，得工業(yè)級(jí)氯化銨；冷卻溫度為5～30℃，優(yōu)選為10～15℃；③取出氯化銨后的母液與脫除收集的醇混合后返回混晶溶解體系，循環(huán)套用20～30次，最后一批母液經(jīng)蒸餾脫除醇后濃縮、冷卻，析出其中殘留的甘氨酸/氯化銨，此結(jié)晶混合物又可返回所述的溶解、分離過(guò)程。
本發(fā)明將甘氨酸生產(chǎn)通過(guò)連續(xù)循環(huán)合成和多元溶劑循環(huán)分離兩個(gè)封閉循環(huán)步聚來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中前一步聚，不僅使催化劑得以循環(huán)使用，而且使未反應(yīng)的氯乙酸參與下循環(huán)的反應(yīng)，從而提高了產(chǎn)品收率；后一步聚利用甘氨酸在不同醇濃度的醇水溶液中的溶解度不同實(shí)現(xiàn)甘氨酸和氯化銨的有效分離，在獲得高純度高收率主產(chǎn)品的同時(shí)得到了高純度高收率的副產(chǎn)品氯化銨，而且節(jié)約了能源。而現(xiàn)行甘氨酸工業(yè)生產(chǎn)中其分離步聚普遍采用的方法是向合成液中加入大量的醇，使甘氨酸析出，母液經(jīng)回收醇后濃縮得到工業(yè)級(jí)氯化銨，母液中仍含有1.5％的甘氨酸不能回收，且由于溫度較高及母液中含有催化劑，在精餾過(guò)程中發(fā)生副反應(yīng)，使催化劑不能回收，塔釜液含有1～2％的醇不能回收，不僅污染環(huán)境而且增加了醇的消耗。
下面說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
首先分別說(shuō)明實(shí)施中合成步聚及分離步聚的實(shí)施方式。
合成步聚例1取500g氯乙酸(MCA)及125g烏洛托品(HMT)，分別溶解于250g水中，均勻地注入長(zhǎng)250mm，直徑10mm，并帶有冷卻夾套的靜態(tài)混合器中，在線檢測(cè)反應(yīng)器出口溶液的pH值和溫度，通入氨氣，控制氨氣的流量使pH值為6～8，控制冷卻套冷卻水的流量保證反應(yīng)溫度為60～80℃，反應(yīng)液進(jìn)入1000ml的結(jié)晶器緩慢冷卻至15～25℃，抽濾，取出甘氨酸/氯化銨混晶，母液返回溶解350gMCA并補(bǔ)充2.0gHMT，如此循環(huán)至母液用水稀釋1000倍后在510nm處吸光度A＝0.2，母液再進(jìn)行濃縮、醇析處理。
合成步聚例2過(guò)程和設(shè)備同例1，在反應(yīng)體系中加入1.0g緩氧化劑(如亞硫酸氫鈉)。
合成步聚例3過(guò)程和設(shè)備同例1，用工業(yè)甲醇代替水作溶劑。由于氯乙酸在甲醇中的溶解度比水小，溶劑重量應(yīng)為水的三倍。
合成步聚例4過(guò)程和設(shè)備同例3，用工業(yè)乙醇代替甲醇作溶劑。
合成步聚例5過(guò)程和設(shè)備同例1，用50％的甲醇水溶液代替水作溶劑。溶劑重量為例1用水量的1.5倍。
合成步聚例6母液循環(huán)套用時(shí)不直接用母液溶解MCA，而事先用85g水溶解MCA，再加入母液，反應(yīng)液經(jīng)真空濃縮后冷卻，真空度≥0.08Mpa，其它條件同例2。
以上各例合成結(jié)果、甘氨酸收率及母液循環(huán)批次由表1給出。其中產(chǎn)物為甘氨酸/氯化銨混晶，其組分甘氨酸、氯化銨及雜質(zhì)含量經(jīng)分析得出，甘氨酸收率以氯乙酸計(jì)。
表1
分離步聚例1在1500ml裝有回流冷凝管的反應(yīng)釜中注入800g重量濃度60％的甲醇水溶液，加入500g合成步聚例1所得的混晶，攪拌，升溫至55℃，保溫1小時(shí)，冷卻至40～45℃，析出甘氨酸，抽濾后所得濾餅用50g甲醇洗滌，烘干后稱量、分析；取出甘氨酸后的母液在裝有蒸餾柱的燒瓶中蒸餾，蒸出40％的甲醇，塔釜液冷卻至5～10℃，析出氯化銨，抽濾、烘干、稱量、分析；取出氯化銨后的母液與蒸出的甲醇混合后返回用于重新溶解200g甘氨酸/氯化銨混晶，此種母液循環(huán)20批次后蒸出全部甲醇，再濃縮、冷卻、抽濾，得到成分與合成混晶相近的結(jié)晶混合物。
分離步聚例2取出甘氨酸后的母液蒸餾脫除80％甲醇，其它條件同分離步聚例1。
分離步聚例3采用重量濃度80％的甲醇水溶液，其它條件同分離步聚例2。
分離步聚例4用乙醇代替甲醇，其它條件同分離步聚例2。
以上各例分離結(jié)果由表2給出。其中收率以混晶中的甘氨酸為基準(zhǔn)。
表2
本發(fā)明由所述的合成步聚和分離步聚結(jié)合完成，二步聚結(jié)合構(gòu)成的實(shí)施例為實(shí)施例1由合成步聚例1與分離步聚例1各條件綜合。
實(shí)施例2由合成步聚例2與分離步聚例2各條件綜合。
實(shí)施例3由合成步聚例3與分離步聚例3各條件綜合。
實(shí)施例4合成步聚例4與分離步聚例4各條件綜合。
實(shí)施例5由合成步聚例5與分離步聚例3各條件綜合。
實(shí)施例6由合成步聚例6與分離步聚例3各條件綜合。
各實(shí)施例結(jié)果由表3給出。其中甘氨酸收率以100％氯乙酸計(jì)。
表權(quán)利要求
1.甘氨酸制備工藝，用氯乙酸和氨作液相反應(yīng)，反應(yīng)后分離出甘氨酸，其特征是包括步聚(1)將反應(yīng)后的溶液冷卻結(jié)晶分離出甘氨酸/氯化銨混晶；取出混晶后的母液返回反應(yīng)體系，循環(huán)套用；(2)所述的混晶用醇-水混合液溶解其中的氯化銨，分離出甘氨酸；取出甘氨酸后的母液脫醇后冷卻結(jié)晶分離出氯化銨；取出氯化銨后的母液與所述脫出的醇混合后返回混晶溶解體系，循環(huán)套用。
2.如權(quán)利要求1所述的甘氨酸制備工藝，其特征是步聚(1)中①所述的反應(yīng)在催化劑烏洛托品存在下進(jìn)行，將氯乙酸和烏洛托品用溶劑溶解后輸入管式反應(yīng)器，同時(shí)輸入氨氣或氨水，所述的溶劑為水、醇或醇-水混合液；②所述的冷卻是指將反應(yīng)后溶液輸入冷卻釜冷卻至5～30℃，析出甘氨酸/氯化銨混晶；③取出混晶后的母液返回反應(yīng)體系，循環(huán)套用10～30次后，將最后一批母液濃縮后醇析，取出其中殘留的甘氨酸/氯化銨。
3.如權(quán)利要求1所述的甘氨酸制備工藝，其特征是步聚(2)中①溶解混晶中的氯化銨所用醇-水混合液中醇重量百分含量為40～85％，溶解溫度為40～90℃，溶解后分離出甘氨酸固體；②取出甘氨酸后的母液經(jīng)蒸餾脫除其中20～95％的醇后冷卻結(jié)晶，分離出氯化銨；③取出氯化銨后的母液與脫除收集的醇混合后返回混晶溶解體系，循環(huán)套用20～30次，最后一批母液經(jīng)蒸餾脫除醇后濃縮、冷卻，析出其中殘留的甘氨酸/氯化銨。
4.如權(quán)利要求1所述的甘氨酸制備工藝，其特征是①所述的反應(yīng)在催化劑烏洛托品存在下進(jìn)行，將氯乙酸和烏洛托品用溶劑溶解后輸入管式反應(yīng)器，同時(shí)輸入氨氣或氨水，所述的溶劑為水、醇或醇-水混合液；②所述的冷卻是指將反應(yīng)后溶液輸入冷卻釜冷卻至5～30℃，析出甘氨酸/氯化銨混晶；③取出混晶后的母液返回反應(yīng)體系，循環(huán)套用10～30次后，將最后一批母液濃縮后醇析，取出其中殘留的甘氨酸/氯化銨。④溶解混晶中的氯化銨所用醇-水混合液中醇重量百分含量為40～85％，溶解溫度為40～90℃，溶解后分離出甘氨酸固體；⑤取出甘氨酸后的母液經(jīng)蒸餾脫除其中20～95％的醇后冷卻結(jié)晶，分離出氯化銨；⑥取出氯化銨后的母液與脫除收集的醇混合后返回混晶溶解體系，循環(huán)套用20～30次，最后一批母液經(jīng)蒸餾脫除醇后濃縮、冷卻，析出其中殘留的甘氨酸/氯化銨。
5.如權(quán)利要求4所述的甘氨酸制備工藝，其特征是①中的醇為含1～4個(gè)碳原子的一元醇，醇-水混合液中醇含量為任意值，氯乙酸于溶液中的重量百分濃度為20～80％；③中返回反應(yīng)體系的母液循環(huán)套用后最后一批母液中取出殘留的甘氨酸/氯化銨和⑥中返回溶解體系循環(huán)套用后最后一批母液中取出殘留的甘氨酸/氯化銨，均返回所述的溶解、甘氨酸分離、氯化銨分離過(guò)程。
6.如權(quán)利要求4所述的甘氨酸制備工藝，其特征是①中的醇為甲醇或乙醇，②中的冷卻溫度為15～25℃，④中的醇-水混合液中醇重量百分含量為60～70％，⑤中的母液脫醇60～70％。
全文摘要
循環(huán)合成與循環(huán)分離結(jié)合的甘氨酸制備工藝,在水、醇或醇－水混合液中加入氯乙酸和氨作液相反應(yīng),并包括步聚:(1)將反應(yīng)后的溶液冷卻結(jié)晶分離出甘氨酸/氯化銨混晶;取出混晶后的母液返回反應(yīng)體系,循環(huán)套用;(2)取出的混晶用醇－水混合液溶解其中的氯化銨,分離出甘氨酸;取出甘氨酸后的母液脫醇后冷卻結(jié)晶分離出氯化銨;取出氯化銨后的母液與所述脫出的醇混合后返回混晶溶解體系,循環(huán)套用。本發(fā)明產(chǎn)品收率高,污染少,成本低。
文檔編號(hào)C07C229/00GK1340498SQ00125939
公開日2002年3月20日 申請(qǐng)日期2000年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月31日
發(fā)明者王偉, 季誠(chéng)建, 任不凡, 壽偉康, 毛建衛(wèi), 鄭紅朝, 沈光明, 鄭烈, 李永良 申請(qǐng)人:浙江新安化工集團(tuán)股份有限公司