一種α-氨基酸類化合物的清潔合成工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種a-氨基酸類化合物的清潔合成工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 在a-碳上連接氨基的羧酸稱為a-氨基酸，a-氨基酸是生物功能大分子蛋白 質(zhì)的基本組成單位，是構(gòu)成動物營養(yǎng)所需蛋白質(zhì)的基本物質(zhì)。a-氨基酸類化合物廣泛應(yīng)用 于食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、日化等行業(yè)。目前氨基酸的主要合成方法主要有微生物發(fā)酵法、化學(xué)合 成法和酶催化合成法。
[0003]a-氨基酸類化合物最主要的化學(xué)合成方法為從醛和酮為起始原料的氨基腈法或 海因法(分別為反應(yīng)式4和5)，氨基腈或海因水解得到a-氨基酸。氨基腈或海因水解通 常在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性條件下進(jìn)行，強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的用量一般在反應(yīng)底物的3~5當(dāng)量。利用氨基 酸在等電點(diǎn)溶解性最差的原理，后處理加入大量的堿或酸調(diào)節(jié)氨基酸的等電點(diǎn)分離得到產(chǎn) 品。該過程中不僅使用大量的酸堿，中和后形成大量的廢鹽，而且不是對所有的氨基酸均適 用，如水溶性大的氨基酸，后處理很難分離得到高純度的產(chǎn)品。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種a_氨基酸類化合物的清潔合 成工藝，其適用于多種氨基酸的合成，對水溶性好的和水溶性差的氨基酸均適用。能通過 簡單結(jié)晶分離得到高品質(zhì)的氨基酸產(chǎn)品，無廢鹽排放，實(shí)現(xiàn)了物料的循環(huán)利用和清潔生 產(chǎn)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下： 一種a-氨基酸類化合物的清潔合成工藝，其具體包括如下步驟： (1) 將取代的a-氨基腈或取代的海因類化合物在水或醇水混合溶劑中，加入氨水/ 二氧化碳、碳酸銨和碳酸氫銨中的一種或兩種以上，加熱反應(yīng)； (2) 反應(yīng)結(jié)束后，蒸餾回收剩余的碳酸銨、碳酸氫銨或氨水，蒸餾剩余物在醇溶劑中結(jié) 晶，得到a-氨基酸類化合物，反應(yīng)式見式（1):
其中，R\R2分別獨(dú)立的選自H、C1-C6的直鏈烷基或支鏈烷基；R2也可以是NH4，n= 1 、2、3、4 或 5〇
[0007] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述取代的a-氨基腈的制備方法如下： 由相對應(yīng)的醛或酮和氰化銨反應(yīng)制得，反應(yīng)式見式（2)，所述氰化銨可由氰化氫與氨水 和碳酸銨混合物反應(yīng)制得，也可由氰化鈉和氯化銨反應(yīng)制得；
[0008] 所述取代的海因類化合物的制備方法如下： 以相對應(yīng)的醛或酮和氰化銨與物料A進(jìn)行加熱反應(yīng)制得，所述物料A選自氨水/二氧 化碳、碳酸銨和碳酸氫銨中的一種或兩種以上，所述取代的海因類化合物中含有1-30%的 a_氨基腈，反應(yīng)式見式（3 )
所述物料A的加入量以選擇的氨水/二氧化碳、碳酸銨和碳酸氫銨中氨計(jì)為取代的a_氨基腈或取代的海因類化合物的1到10倍摩爾量，加入氰化銨的量為取代的a-氨基 腈或取代的海因類化合物的1到2倍當(dāng)量。
[0009] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟（1)的加熱反應(yīng)溫度控制在90~260°C，反應(yīng) 壓力在1.OMPa到10.OMPa，優(yōu)選溫度為140~170°C，優(yōu)選壓力為4.OMPa到7.OMpa。
[0010] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，取代的a-氨基腈和海因類化合物的制備中的加熱溫 度為20~130°C，反應(yīng)壓力在0.IMPa到7.OMPa，取代的a-氨基腈和海因類化合物的制備 反應(yīng)（反應(yīng)2和3)和水解反應(yīng)（反應(yīng)1)是在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，中間體無需分離純化， 合成a-氨基腈和海因類類化合物的反應(yīng)溫度在較低溫度下進(jìn)行，升高溫度就可完成水 解，大大簡化了反應(yīng)流程。
[0011] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述醇水混合溶劑中醇選自Ci~C4的醇，優(yōu)選甲醇、乙 醇、乙二醇、丙醇、異丙醇、丁醇，異丁醇和叔丁醇，醇在水中的重量含量為1-40%，優(yōu)選 5-20%〇
[0012] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，反應(yīng)可加入催化劑，所述催化劑為季銨鹽類和季膦鹽 類催化劑或分子量300~3000的聚乙二醇，季銨鹽類和季膦鹽類催化劑選自四烷基氯化銨， 三乙基芐基氯化銨，以及四烷基氯化膦、三乙基芐基氯化膦，所述烷基選自的鏈烴，所 述催化劑用量為底物重量的〇. 5~10%。
[0013] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟（2)中的醇溶劑選自甲醇，乙醇和丙醇中的一種 或兩種及以上。
[0014] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟（2)中蒸出的未反應(yīng)的的碳酸銨或碳酸氫銨 及氨水可再用于水解反應(yīng)。
[0015] 本發(fā)明中氨水/二氧化碳、碳酸銨和碳酸氫銨中的一種或兩種以上，可以通過如 下形式實(shí)現(xiàn)： a. 僅加入氨水和二氧化碳； b. 僅加入碳酸銨； c. 僅加入碳酸氫銨； d. 混合加入碳酸氫銨和氨水； e. 混合加入碳酸銨和二氧化碳； f. 混合加入碳酸銨和氨水和二氧化碳； g. 混合加入碳酸氫銨和氨水和二氧化碳； h. 混合加入碳酸銨和碳酸氫銨； i. 混合加入碳酸氫銨和碳酸銨和氨水和二氧化碳。
[0016] 以上，加入方式并非窮舉，只要能完成本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，均視為本申請技術(shù) 特征的等同替換。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所取得的有益效果如下： 一般取代的a-氨基腈或取代的海因在強(qiáng)堿性條件下水解，再利用氨基酸在等電點(diǎn)溶 解性最差的原理，后處理加入大量的酸調(diào)節(jié)氨基酸的等電點(diǎn)分離得到產(chǎn)品。該過程中不僅 使用大量的酸和堿，中和后形成大量的廢鹽，而且不是對所有的氨基酸均適用，尤其如水溶 性大的氨基酸，后處理很難分離得到高純度的產(chǎn)品。
[0018]本發(fā)明采用直接從醛或酮開始，開始加入氰化銨，氨水，碳酸銨，碳酸氫銨或 它們的混合物，或再通入二氧化碳來方便制備取代的a-氨基腈或取代的海因。a-氨基 腈或取代的海因經(jīng)水解得到a-氨基酸。利用碳酸銨或碳酸氫銨可以蒸餾脫除而回收的原 理，先分離除去氨水，碳酸銨和碳酸氫銨。再用溶媒進(jìn)行重結(jié)晶的方法分離得到高純度的 產(chǎn)品。
[0019] 本發(fā)明反應(yīng)可在有催化劑或無催化劑條件下進(jìn)行，所用催化劑為季銨鹽類和季膦 鹽類催化劑或分子量300~3000的聚乙二醇，催化劑的加入，提高了反應(yīng)的速度和收率，可 使反應(yīng)能順利進(jìn)行，并得到較理想的收率。
[0020] 本發(fā)明工藝操作簡單，實(shí)現(xiàn)物料的循環(huán)利用，三廢量極少，是真正意義的應(yīng)該大 力倡導(dǎo)的清潔工藝，得到的a-氨基酸類化合物收率高，純度好，本發(fā)明方法普遍適用于多 種a-氨基酸類化合物的合成。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的敘述。
[0022] 室施案例1 : 2-氨基-4-甲硫基丁酸的合成 1L高壓爸內(nèi)加入2-氨基-4-甲硫基丁腈65g(0. 5mol)，加入碳酸氫銨237g(3mol)， 聚乙二醇（1000)2g，水300g，加熱至150-180°C，壓力5 ~ 8MPa，反應(yīng)5h，常壓蒸出碳酸氫銨 后減壓濃縮，殘余物加入150g甲醇回流2h，降溫，有晶體析出。過濾，真空120°C干燥4h得 2_氨基-4-甲硫基丁酸62. 6g，純度96%，收率84. 0%。
[0023] 實(shí)施案例2 :2-氨基-3-(4-咪唑基）丙酸的合成 1L高壓釜內(nèi)加入5-[(4_咪唑基）甲基]海因90g(0. 5mol)，加入碳酸銨240g(2. 5mol)， 水300g，加熱至150-170°C，壓力5~8MPa，反應(yīng)5h，常壓蒸出碳酸銨后減壓蒸出水，殘余物加 入150g甲醇回流2h，降溫，有晶體析出。過濾，真空120°C干燥4h得2-氨基-3-(4-咪唑 基）丙酸62. 0g，純度96%，收率80. 0%。
[0024] 實(shí)施案例3 :2_氨基-3- (4-咪唑基）丙酸的合成 1L高壓釜內(nèi)加入5-[(4_咪唑基）甲基]海因90g(0.5mol)，加入碳酸氫銨197.5g(3mol)，20%氨水溶液170g(2mol)，三乙基芐基氯化銨3g，水200g，加熱至150-170°C，壓力 5~7MPa，反應(yīng)4h，常壓蒸出碳酸氫銨和氨水，殘余物加入150g甲醇回流2h，降溫，有晶體析 出。過濾，真空120°C干燥4h得2-氨基-3- (4-咪唑基）丙酸62. 7g，純度97%，收率80. 9%。
[0025] 實(shí)施案例4 :2_氨基-3- (4-咪唑基）丙酸的合成 1L高壓釜內(nèi)加入5-[(4_咪唑基）甲基]海因90g(0.5mol)，加入255g20%氨水 (3mol)，三乙基芐基氯化銨3g，水300g，加熱至150-170°C，壓力5~8MPa，反應(yīng)4h，降