CN104193661A - 一种无臭的蛋氨酸的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种不使用不产生臭味物质的蛋氨酸合成路线：3-氯丙醛与氢氰酸和碳酸氢铵反应合成5-(β-氯乙基)乙内酰脲。5-(β-氯乙基)乙内酰脲与硫脲反应得到硫脲鎓盐后再与硫酸二甲酯反应合成5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲。5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲碱水解后中和结晶、除盐再结晶得到蛋氨酸。合成路线不使用也不产生甲硫醇、硫化氢等臭味物质有利于环保。

Description

一种无臭的蛋氨酸的合成方法

技术领域

本发明为一种无臭的蛋氨酸的合成方法。本发明蛋氨酸合成方法包括以下步骤：3-氯丙醛与氢氰酸和碳酸氢铵水溶液反应得到5-(β-氯乙基)乙内酰脲，再与硫脲反应然后与硫酸二甲酯反应得到5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲，然后5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲加碱水解，中和结晶得到蛋氨酸产品。

背景技术

传统的蛋氨酸生产方法都是以丙烯醛、甲硫醇为原料生产甲硫基丙醛，然后再通过氰氨化反应最后获得蛋氨酸产品。恶臭的甲硫醇对环境影响很大。中间体甲硫基丙醛必须精馏除臭避免恶臭物质对后续产品产生影响。文献(J. Amer. Chem. Soc.1944(66)511-512)用3,6-双-(β-氯乙基)-2,5-二酮哌嗪为原料与硫脲反应然后与硫酸二甲酯反应获得甲硫基取代的中间体，然后水解得到蛋氨酸。但是该合成路线的中间体需要以丁内酯衍生物为原料，通过多步合成反应才能得到，合成路线长收率低而且原料成本高没有工业价值。

发明内容

本发明以3-氯丙醛为原料进行合成反应。3-氯丙醛可以用氯化氢与丙烯醛加成获得，也可以用氯乙烯与CO和H₂进行氢甲酰化反应获得。本发明用硫脲和硫酸二甲酯代替甲硫醇，虽然比用甲硫醇(用甲醇和硫化氢生产)的传统工业过程成本高，但生产过程不接触有臭味的硫化氢和恶臭的甲硫醇，原料、产物及三废处理简单。对于有氢氰酸的蛋氨酸合成工厂，可以用氰化物与硫磺反应制备硫氰酸铵，硫氰酸铵加热转晶获得硫脲，整个过程不接触臭味物质，生产成本也可以得到控制。

本发明采用以下的合成路线：

将3-氯丙醛与氢氰酸和碳酸氢铵溶液在50-100℃合成5-(β-氯乙基)乙内酰脲，加入硫脲在70-100℃反应得到硫脲鎓盐，然后加硫酸二甲酯并滴加液碱控制pH值反应得到5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲溶液，再加碱在130-200℃在加压条件水解得到蛋氨酸钠盐溶液，通过调pH值、结晶、浓缩、甲醇提取除盐、再结晶等过程得到蛋氨酸产品。

现详细说明本发明技术方案：

第一步：反应合成5-(β-氯乙基)乙内酰脲。反应分两步进行。首先将3-氯丙醛滴加到氢氰酸水溶液中，与弱酸性的氢氰酸加成获得氰醇中间体。在弱酸性条件反应避免活泼的醛在碱性条件发生缩聚副产物。然后将过量的碳酸氢铵加入反应液中升温发生环合反应生成5-(β-氯乙基)乙内酰脲。后一步反应在中性到弱碱性条件进行。pH值不超过8(碳酸氢铵的pH值)。反应温度控制在100℃以下。碱性太强除了会使醛缩聚外，还会破坏氯基团。反应温度超过100℃会使氯基团与过量氨反应生成副产物。因此必须控制温度和碱度。在环合反应温度下，过量的碳酸氢铵会挥发产生氨和二氧化碳气体，需要密闭反应釜带压反应。反应完成后，放出过量氨和二氧化碳气体，然后用真空抽吸能除去过量碳酸氢铵及氢氰酸。在控制好的反应条件下，液相色谱分析表明反应物β-氯丙醛完全转化为5-(β-氯乙基)乙内酰脲。

第二步：甲硫基化合成5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲。向上一步得到的5-(β-氯乙基)乙内酰脲溶液中加入硫脲，摩尔比为约1 : 1，然后加热到70-100℃进行缩合反应。反应温度越高反应时间越短，通常需要5-10小时完成缩合反应获得硫脲鎓盐中间体。反应过程用液相色谱监测。反应完成后，反应溶液降温到10℃以下，滴加硫酸二甲酯进行甲基化反应。同时滴加液体NaOH控制pH值为7-8。滴加时反应温度控制在10-20℃。滴加完成后在室温继续搅拌完成反应。氯代物与硫脲的缩合反应必须控制氯代物与硫脲为等摩尔比。反应过程硫脲有少量分解因此氯代物少量过量。如果硫脲过量，必须补加氯代物溶液使过量硫脲反应完全。如果在过量硫脲存在下继续进行甲基化反应，将会生成恶臭的甲硫醇，因此必须避免甲基化反应时存在硫脲。如果氯代物过量过多，反应总收率降低。而且氯代物通过下一步水解反应得到4-羟基氨基酸。最后的溶液中过量的4-羟基氨基酸将会和主产物蛋氨酸同时析出影响产品质量。因此氯代物也不能过量太多，最佳的反应条件为等摩尔比。

第三步：水解结晶获得蛋氨酸产品。往上一步获得的5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲溶液中加入NaOH，乙内酰脲与NaOH的摩尔比为1 : 2-3.5，密闭反应釜加热到130-200℃带压进行水解反应，水解反应完全后，用硫酸或盐酸中和反应液到pH 6，冷却到40℃结晶得到蛋氨酸第一批蛋氨酸产品。结晶后母液真空浓缩后加盐酸调pH值为1，真空蒸干，加甲醇提取，过滤除盐。甲醇溶液浓缩，用三乙胺调到中性，第二批蛋氨酸析出。5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲水解制备蛋氨酸的反应已经有很多专利研究报道。本发明由于几步反应连续在同一溶液中进行，上一步甲硫化反应已经产生等摩尔的氯化钠和硫酸钠，水解反应中和后又产生2摩尔以上的钠盐，最终获得的蛋氨酸溶液中盐含量较高，第一次结晶蛋氨酸时必须控制条件使无机钠盐留在母液中。加盐酸使蛋氨酸成稳定的盐酸盐后，真空蒸干母液，甲醇提取过滤除掉无机盐，三乙胺调节甲醇溶液为中性结晶可以获得第二批蛋氨酸。有机杂质留在甲醇母液中，三乙胺盐酸盐也溶解在甲醇中。无机盐以固体形态滤除也比较容易处理，整个工艺的废水量很少。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明以3-氯丙醛为原料通过5-(β-氯乙基)乙内酰脲中间体合成蛋氨酸的合成路线还没有报道过。通过硫脲和硫酸二甲酯与氯代中间体反应引入甲硫基团，避免使用恶臭的甲硫醇中间体。通过控制反应条件使反应过程不产生甲硫醇等臭味物质。整个合成过程避开臭味物质能有效保护环境，三废处理成本低，对环境的污染小。

具体实施方式

实施例：在室温下将93克3-氯丙醛(1mol)滴加到94.5克30%氢氰酸(1.05mol)水溶液中搅拌反应1小时，用水冷控制温度不超过30℃，加入240克碳酸氢铵(3mol)和100克水，密闭反应釜，搅拌升温80℃反应1小时，放出过量氨气和二氧化碳气，真空抽出50克水，搅拌下冷却反应釜，有大量固体析出为5-(β-氯乙基)乙内酰脲。

向反应液中加入76克硫脲(1mol)，搅拌升温90℃反应6小时，分析表明硫脲已经完全反应，得到氯化硫脲鎓盐溶液。将硫脲鎓盐溶液降温到10℃以下，滴加硫酸二甲酯126克(1mol)同时滴加30%氢氧化钠溶液控制pH值为7-8，滴加过程控制温度10-20℃，然后在室温反应2小时使反应完全并用氢氧化钠溶液控制最终pH值为8，得到甲硫化中间体5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲。

向反应液中加入120克固体氢氧化钠(3mol)，搅拌加热，密闭反应釜升温150℃反应2小时，降温加活性炭热过滤脱色，加80%硫酸调pH值为6，冷却到40℃结晶得到第一批蛋氨酸产品。结晶母液加热抽真空脱水，体积减小一半时加浓盐酸调pH为1，用蒸汽加热防止局部过热，继续抽真空浓缩至干，将固体搅拌降温并加入200毫升甲醇溶解蛋氨酸盐酸盐，过滤除掉无机盐。将三乙胺滴加到蛋氨酸盐酸盐甲醇溶液中直到溶液用刚果红检测为中性，冷却到5℃析出大量固体为第二批蛋氨酸产品。合并两批蛋氨酸产品有114克，纯度为97%，以3-氯丙醛计总收率为74%。

Claims (6)

1.一种无臭的蛋氨酸的合成方法，其特征在于：3-氯丙醛和氢氰酸、碳酸氢铵反应合成5-(β-氯乙基)乙内酰脲；5-(β-氯乙基)乙内酰脲和硫脲反应合成硫脲鎓盐然后与硫酸二甲酯反应合成5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲；5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲碱水解后中和结晶、浓缩除盐再结晶得到蛋氨酸产品。

2.根据权利要求1所述无臭的蛋氨酸的合成方法，其特征是所用的起始原料是3-氯丙醛，并用该起始原料合成5-(β-氯乙基)乙内酰脲中间体。

3.根据权利要求1所述无臭的蛋氨酸的合成方法，其特征是3-氯丙醛和氢氰酸、碳酸氢铵反应采用高浓体系带压进行，反应完后通过放出二氧化碳和氨气然后真空蒸水，除去过量碳酸氢铵和氢氰酸从而不影响后续反应。

4.根据权利要求1所述无臭的蛋氨酸的合成方法，其特征是通过5-(β-氯乙基)乙内酰脲与硫脲和硫酸二甲酯反应合成蛋氨酸的通用中间体5-(β-甲硫基乙基)乙内酰脲而不使用甲硫醇、硫化氢臭味物质。

5.根据权利要求1所述无臭的蛋氨酸的合成方法，其特征是在甲硫基化反应时，控制反应条件使硫脲完全反应生成氯化鎓盐而不过剩，避免了过剩硫脲与硫酸二甲酯反应产生甲硫醇臭味物质。

6.根据权利要求1所述无臭的蛋氨酸的合成方法，其特征是几步反应在同一溶液中进行。