CN104968642B

CN104968642B - 通过复分解、水解随后氢化合成氨基酸的方法

Info

Publication number: CN104968642B
Application number: CN201480007922.3A
Authority: CN
Inventors: J-L.迪布瓦; J-L.库蒂里耶
Original assignee: Arkema SA
Current assignee: Arkema SA
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2017-10-10
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: US20160002147A1; EP2953925B1; JP2016509006A; ZA201505324B; WO2014122412A1; FR3001965B1; FR3001965A1; BR112015017577A2; US9790168B2; EP2953925A1; JP6421129B2; CN104968642A

Abstract

本发明涉及由不饱和脂肪化合物I合成氨基酸的方法，其特征在于其包括至少以下步骤：与短不饱和化合物II的交叉复分解，化合物I或II之一包含腈官能，这些化合物II或I的另一种包含酯官能，由此获得并回收至少一种单不饱和腈酯NEU，将该NEU水解为不饱和酸腈NAU，将该NAU氢化为饱和氨基酸AA，随后如果可用的话，特别是通过结晶来提纯该AA。本发明还涉及通过使用根据本发明的方法合成的氨基酸的聚合获得的聚合物。

Description

通过复分解、水解随后氢化合成氨基酸的方法

发明领域

本发明涉及由不饱和脂肪酯或腈以高纯度合成氨基酸的方法，包括复分解步骤。

技术背景

已经测试了几种包括复分解步骤的由不饱和脂肪酸、酯或腈合成氨基酸的路线。但是，受试的反应序列都不能真正让人满意。

根据第一种受试路线，交叉复分解后接氢化产生了含有许多杂质的氨基酯。此外，如果其包含超过9个碳原子，该氨基酯被证明极难提纯，尤其蒸馏产率基本不足以设想工业应用。

根据第二种受试路线，交叉复分解后接氢化并随后水解获得的氨基酸酯以制造氨基酸被证明在实际应用中无法实现，因为其难以水解如氨基酯那样具有反应性的产物，其在水解条件下更倾向于聚合。

根据再一种受试路线，人们意识到，涉及酸如脂肪酸或丙烯酸的交叉复分解提供了低酸腈产率（<60%），以至于即使随后氢化，这种类型的交叉复分解也不能简单地导向氨基酸。

此外，复分解和/或氢化催化剂倾向于导致在生成作为目标氨基酸的伯胺的同时伴随生成仲胺。

然而，含有9个碳的直链氨基酯可以通过蒸馏容易地提纯，例如根据专利FR 1 087798中描述的Pechiney法，但这并不适于其主碳链包含超过9个碳原子的更重质氨基酯。现有方法，尤其上述方法，不能解决含有超过9个碳的长链氨基酯的提纯问题。

最后，在氨基酸或氨基酯中存在杂质（即使以0.5%至1%数量级的明显少量）也使得这些氨基酸或氨基酯极难或甚至不可能直接用作聚合单体，尤其是考虑到：

- N-烷基化反应，

- 获得的低聚合度（DP），其例如不超过30。

特别地，杂质如仲胺的存在不仅导致这些DP限制，还导致了：

- 污染聚合产物的问题，

- 单体中存在的该杂质（仲胺，以及灰分、镍、矿物盐等等）造成的聚合产物着色，

- 或聚合装置结垢的问题。

本发明的目的由此在于通过包含尽可能少的步骤的简单方法以高纯度合成氨基酸，其中杂质，尤其是仲胺的含量小于0.5重量%并优选小于0.2重量%，具有氨基酸的高产率（>90%），允许提纯并由此能够容易地聚合该氨基酸。

申请人现在发现了能够以相当特别的步骤顺序实现该目的的一种方法。

发明概述

本发明的一个主题由此是由下式的不饱和脂肪化合物I合成氨基酸的方法：

R1-CH=CH-[(CH₂)_q-CH=CH]_p-(CH₂)_n-R2

其中：

R1是H、在适当情况下包含羟基官能的1至11个碳原子的烷基基团，或(CH₂)_m-R4

m是0至11的整数，

n是2至13的整数，

p是整数，p等于0、1或2，

q是等于0或1的整数，

R2是COOR5或CN，

R4是H或R2，

R5是1至11个碳原子的烷基基团，或带有一个或两个羟基官能的包含两个或三个碳原子的基团，或者是其中所述甘油酯残基的各脂肪酸是饱和或不饱和的甘油二酯或甘油三酯残基，

其特征在于其包含至少以下步骤：

- 与短链不饱和化合物II的交叉复分解，

化合物I或II之一包含腈官能，这些化合物II或I的另一种包含酯官能，由于获得并回收至少一种单不饱和腈酯（下文中缩写为UNE），

- 将该UNE水解为不饱和酸腈（下文中缩写为UAN），

- 将该UAN氢化为饱和氨基酸（下文中缩写为AA），

- 任选提纯该AA（任选步骤）。

发明详述

对本发明来说，交叉复分解（下文中缩写为cm）是在酯化合物与腈化合物之间的复分解反应：

- 在通常衍生自油脂化工的不饱和脂肪酯与短链不饱和腈化合物如丙烯腈之间，

- 或在通常衍生自油脂化工的不饱和脂肪腈化合物与短链不饱和酯化合物如丙烯酸酯，并且在这种情况下优选丙烯酸甲酯之间。

为了利用衍生自可再生天然来源的原材料的目的开发本发明的方法。由此优选使用衍生自天然脂肪酸的不饱和脂肪酯或不饱和腈作为“化合物I”。但是，化合物I同样可以选自通过化学合成获得的类似不饱和化合物。

该交叉复分解优选在如下文所述的钌卡宾（carbène）类型的复分解催化剂的存在下进行。

作为可用于本发明的方法的起始化合物I，不饱和脂肪酯或腈最特别意在具有式I，优选具有天然来源：

R1-CH=CH-[(CH₂)_q-CH=CH]_p -(CH₂)_n-R2

其中：

R1是H、在适当情况下包含羟基官能的1至11个碳原子的烷基基团，或(CH₂)m-R4

m是0至11的整数，

n是2至13的整数，

p是整数，p等于0、1或2，

q是等于0或1的整数，

R2是COOR5或CN，

R4是H或R2，

R5是1至11个、优选1至5个、优选1至4个碳原子的烷基基团，或带有一个或两个羟基官能的包含两个或三个碳原子的基团，或者是其中所述甘油酯残基的各脂肪酸是饱和或不饱和的甘油二酯或甘油三酯残基。

对本发明而言，术语“脂肪”化合物指的是包含8至57个（尤其在甘油三酯的情况下）碳原子、优选8至36个碳原子、优选10至24个碳原子并优选包含10或11个碳原子的化合物。

化合物I包含至少一个不饱和，即C=C双键。化合物I的各个C=C双键可以是顺式或反式构象。该不饱和位于相对于酯或腈基团的位置x处（该位置通常称为“δx”）。这使得能够确定根据本发明的方法获得的最终的ω-氨基酸的化学式。

式I的化合物R₁-CH=CH-[(CH₂)_q-CH=CH]_p-(CH₂)_n-R₂有利地选自具有植物或动物来源（包括衍生自天然藻类的那些）的衍生自脂肪酸的脂肪酸酯（包括甘油单酯、甘油二脂和甘油三酯）或腈。

可以提及的脂肪酸的实例包括C10酸，三桠酸（顺式-4-癸烯酸）和癸烯酸（caproleic acid）（9-癸烯酸），C12酸，月桂烯酸（顺式-5-十二碳烯酸）和乌药酸（顺式-4-十二碳烯酸），C14酸，肉豆蔻脑酸（顺式-9-十四碳烯酸）、抹香鲸酸（顺式-5-十四碳烯酸）和粗租酸（顺式-4-十四碳烯酸），C16酸，棕榈烯酸（顺式-9-十六碳烯酸），C18酸，油酸（顺式-9-十八碳烯酸）、反油酸（反式-9-十八碳烯酸）、岩芹酸（顺式-6-十八碳烯酸）、异油酸（顺式-11-十八碳烯酸）和蓖麻油酸（12-羟基-顺式-9-十八碳烯酸），C20酸，鳕油酸（顺式-9-二十碳烯酸）、巨头鲸鱼酸（顺式-11-二十碳烯酸）、顺式-5-二十碳烯酸和羟基二十碳烯酸（lesquerolic acid）（14-羟基-顺式-11-二十碳烯酸），C22酸，鲸蜡烯酸（顺式-11-二十二碳烯酸）和芥酸（顺式-13-二十二碳烯酸），以及多不饱和酸亚油酸和亚麻酸。

这些不同的酸衍生自从不同的含油植物中提取的植物油，所述含油植物诸如向日葵、油菜、蓖麻、Lesquerella、橄榄、大豆、棕榈树、鳄梨、沙棘、芫荽、芹菜、莳萝、胡萝卜、茴香、Limnanthes alba（绣线菊）、红花、荠蓝或麻疯树。

它们还衍生自陆地或海洋动物世界，并且在这种情况下可以是鱼类、哺乳动物或藻类的形式。它们通常是来自于反刍动物、鱼类如鳕鱼、或海洋哺乳动物如鲸或海豚的脂肪。但是，出于进行复分解反应的技术原因，通常优选通过施以包括乙烯解、丁烯解或丙烯解或热裂解（热解）的预先反应以获得诸如式CH₂=CH-(CH₂)_n-R2、CH₃-CH=CH-(CH₂)_n-R2或CH₃-CH₂-CH=CH-(CH₂)_n-R2的脂肪酯或腈以改性衍生自脂肪酸的这类酯或腈。

交叉复分解可以同样作用于其双键位于链末端的ω-不饱和脂肪物质，并作用于其双键在内部的脂肪物质，但是优选使用ω-不饱和脂肪物质。优选使用单不饱和与ω-不饱和起始化合物I，并且化合物I优选是式CH₂=CH-(CH₂)_n-R2的脂肪酯或腈。

根据本发明的方法的一个有利的实施方案，使用其中R2为COOR5的化合物I。优选地，在这种情况下，在化合物I上的交叉复分解与短链不饱和腈化合物II（主链包含少于8个碳）进行。

该短链不饱和腈化合物II有利地选自：丙烯腈、富马酸腈、2-丁烯腈、1-丁烯腈、2-戊烯腈、3-戊烯腈、4-戊烯腈和1-戊烯腈，以及其混合物。优选地，化合物II是丙烯腈。

由此形成不饱和腈酯（下文中缩写为UNE）和长链二酯副产物。

优选地，该不饱和化合物I是式CH₂=CH-(CH₂)_n-COOR5的单不饱和的ω-不饱和脂肪酯。

R5是包含1至11个碳原子、优选1至5个碳原子、优选1至2个碳原子的烷基基团。

根据本发明的方法的一个有利的实施方案，该ω-不饱和脂肪酯化合物I，包括当该ω-不饱和脂肪酯以甘油单酯、甘油二酯或甘油三酯形式存在时，与不饱和的短链腈化合物II如丙烯腈在复分解催化剂的存在下，优选通过连续添加该催化剂来进行反应。在其中丙烯腈发生反应的第一步骤过程中，从反应中释放乙烯，并形成腈酯和二酯的混合物。

根据本发明的方法的另一个有利的实施方案，使用其中R2为CN的化合物I。

优选地，该不饱和化合物I是式CH₂=CH-(CH₂)_n-CN的ω-不饱和脂肪腈。

优选地，在这种情况下，在脂肪腈化合物I上的交叉复分解与短链不饱和酯化合物II（主链包含少于8个碳原子），优选丙烯酸酯，如丙烯酸甲酯一起进行。在这种情况下，在其中丙烯酸酯发生反应的该交叉复分解步骤的过程中，从该反应中释放乙烯，并形成腈酯和二腈的混合物。

该短链不饱和酯化合物II有利地选自下式的化合物：R6-HC=CH-(CH₂)_n-COOR7，其中：

n是0或1；R6是CH₃或H；R7是Me（甲基）、Et（乙基）或Bu（丁基）。化合物II优选是丙烯酸甲酯。

该复分解反应在至少一种复分解催化剂的存在下进行。这些催化剂是公知的，并存在它们的全部范围。例如可以提及由Schrock等人（J. Am. Chem. Soc. 108:2771,1986）或由Basset等人（Angew. Chem., Ed. Engl. 31:628, 1992）开发的钨络合物。更近来，已经出现了称为格拉布催化剂的催化剂（参见Grubbs等人, Angew. Chem., Ed. Engl.34:2039, 1995和Organic Letters 1:953, 1999），其是在均相催化反应中运行的钌-亚苄基络合物。已经进行了其它研究以制造固载型催化剂，即其活性成分是固载在惰性载体上的均相催化剂的活性成分特别是钌-卡宾络合物的催化剂。

本发明的方法有利地使用至少一种钌-卡宾类型的复分解催化剂。所述钌-卡宾催化剂优选选自以下通式的带电荷或不带电荷的催化剂：

(X₁)_a(X₂)_bRu(卡宾C)(L₁)_c(L₂)_d(L₃)_e

其中：

– a、b、c、d和e是整数，其相同或不同，a和b等于0、1或2；c、d和e等于0、1、2、3或4；

– X₁和X₂，其相同或不同，各自表示带电荷或不带电荷的和单螯合或多螯合的配体；例如，可以提及卤离子、硫酸根、碳酸根、羧酸根、醇化物、酚盐、酰胺、甲苯磺酸根、六氟磷酸根、四氟硼酸根、双(三氟甲磺酰基)酰胺、烷基、四苯基硼酸根及其衍生物；X₁或X₂可以键合到L₁或L₂上，或键合到该卡宾C上以便在钌上形成二齿或螯合配体；和

– L₁、L₂和L₃，其相同或不同，是供电子配体如膦、亚磷酸根、亚膦酸根、次磷酸根、胂、芪、烯烃或芳族化合物、羰基化合物、醚、醇、胺、吡啶或衍生物、亚胺、硫醚、或杂环卡宾；L₁、L₂或L₃可以键合到卡宾C上以形成二齿或螯合配体、或三齿配体。

卡宾C表示为通式：CR₁R₂，其中R₁和R₂是相同或不同的基团，如氢或任何其它官能化或非官能化的饱和、不饱和、环状、芳族、支链和/或直链类型的烃基基团。例如可以提及钌亚烷基、亚苄基、亚苄基醚或亚枯茗基（cumylene）络合物，如亚乙烯基Ru=C=CHR或亚丙二烯基（allenylidenes）Ru=C=C=CR₁R₂或亚茚基。

官能团（能够改善钌络合物在离子液体中的滞留）可以接枝到配体X₁、X₂、L₁、L₂的至少一个上，或接枝到该卡宾C上。该官能团可以是带电荷或不带电荷的，如优选酯、醚、硫醇、酸、醇、胺、含氮杂环、磺酸根、羧酸根、季铵、鈲、季鏻、吡啶鎓、咪唑鎓、吗啉鎓或鋶。

该复分解催化剂可以任选在载体上呈现杂多相以便于其回收/再循环。

本发明的方法的交叉复分解催化剂优选是例如在Aldrichimica Acta, 第40卷,第2期, 2007, 第45-52页中描述的钌卡宾。

此类催化剂的实例是格拉布催化剂、Hoveyda-Grubbs催化剂、Piers-Grubbs催化剂和相同类型的其它复分解催化剂，无论它们是“第1代”、“第2代”或“第3代”催化剂。

格拉布催化剂基于被5个配体围绕的钌原子：

– 2个阴离子配体，如卤离子；

– 2个供电子配体如三烷基膦，或饱和N-杂环卡宾（称为NHC配体）；

– 亚烷基基团，如取代或未取代的亚甲基=CR₂。

这些复分解催化剂根据它们的供电子配体L的性质分为两类：

– 首先开发的含有两个膦配体（并且不含饱和NHC配体）的那些是第1代催化剂；

– 含有饱和NHC配体（一种杂环卡宾）的那些是第2代催化剂。

称为“Hoveyda-Grubbs”催化剂的一种类型的催化剂在供电子配体中含有亚苄基-醚螯合配体，以及膦（第1代）或饱和NHC配体（第2代），通常被苯基取代或通常被三甲苯基（Mes）取代或被异丙基（iPr）取代。

称为“Piers-Grubbs”催化剂的另一种类型的催化剂构成四配体阳离子络合物，其在反应前无需配体的解离。

其它类型的催化剂是“Umicore”、“Zanan”和“Grela”催化剂。

通常，催化剂的选择取决于所考虑的反应。

在一个实施方案中，该催化剂不含膦。

优选的催化剂是以下催化剂：

（1）称为“Hoveyda-Grubbs 2”的催化剂，具有下式：

（2）称为“M51”的催化剂，具有下式：

（3）称为“M71-SIPr”的催化剂，具有下式：

（4）称为“M71-SIMes”的催化剂，具有下式：

（5）称为“M72-SIPr”的催化剂，具有下式：

（6）称为“M73-SIPr”的催化剂，具有下式：

（7）称为“M74-SIPr”的催化剂，具有下式：

（8）称为“Nitro-Grela-SIMes”的催化剂，具有下式：

（9）称为“Nitro-Grela-SIPr”的催化剂，具有下式：

（10）称为“Apeiron AS2034”的催化剂，具有下式：

（11）称为“Zannan 44-0082 (Strem)”的催化剂，具有下式：

（12）称为“M831-SIPr”的催化剂，具有下式：

（13）称为“M832-SIPr”的催化剂，具有下式：

（14）称为“M853-SIPr”的催化剂，具有下式：

（15）称为“M863-SIPr”的催化剂，具有下式：

（16）称为“Materia C711”的催化剂，具有下式：

该复分解反应优选在液体介质中在以下操作条件下进行。

该温度通常为20至160℃，优选为20至120℃。

该压力通常为1至30巴。该反应优选在1至10巴的低压下进行，当所用试剂的沸点允许时更优选在大气压下进行。具体而言，如果总是预期轻烯烃——乙烯等等——的温和释放，有利的是在低压下运行，优选大气压。

该反应可以在没有溶剂的情况下或在至少一种溶剂如甲苯、二甲苯、二氯甲烷、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯及其混合物的存在下进行。

在该交叉复分解后，获得UNE（产物），并根据情况获得DE或DN（副产物）。尽管该方法的后继步骤可以直接在衍生自交叉复分解的产物混合物上进行，优选分离该UNE以优化本发明的方法的水解与氢化产率。任选地，该产物由此通过蒸馏和/或本领域技术人员公知的任何其它手段容易地与交叉复分解副产物分离并回收。尤其可以使用液/液萃取（任选，例如分离出溶剂）、结晶（例如分离出副产物）或吸附（例如分离出催化剂）。

在上述交叉复分解步骤后，本发明的方法还包括将不饱和腈酯UNE水解为不饱和酸腈（下文中称为UAN）。

可以根据用于水解酯官能而不水解UNE的腈官能的各种公知方法进行该水解。该水解尤其可以如文献Michael P.的CEH – Natural Fatty Acids, Malveda, 第11页中所述那样，在大气压下例如在硫酸和磺酸的存在下，或在压力下以批量或不连续方式在催化剂如氧化锌或氧化镁和水的存在下进行。可以使用酸性或碱性催化剂。该水解还可以根据类似于A. Chauvell, G. Lefebvre和L. Castex 在Procédés de prétrochimie, 卷2的314, III.1.3中所述的方法进行。

在可用于本发明的方法的水解法中，尤其可以提及以下四种方法：

- 在氢氧化钠的存在下的低温水解（15℃-60℃）（皂化）；

- 在溶剂介质中并在酸性催化下的中温水解（60℃-120℃，优选60至100℃或更好在大约80℃下）；

- 在压力下的高温水解（120℃-300℃，优选130℃-250℃）；

- 酶法水解，通常在低温下，但更广泛在10℃-100℃、优选10℃至40℃的温度下。

尽管该方法的后继氢化步骤可以在直接衍生自该水解的产物上直接进行，优选分离该UAN以优化本发明的方法的氢化产率，尤其通过结晶、蒸馏和/或本领域技术人员公知的任何其它手段。

本发明的方法在水解步骤后还包括将该UAN氢化为AA。

该氢化在至少一种氢化催化剂的存在下根据各种公知方法进行。合适的催化剂的实例是含有选自门捷列夫元素周期表的第VIII族的元素的那些，即铁、钴、镍和贵金属如钌、铑、钯、锇、铱和铂，单独或以混合物形式。这些金属可以任选用金掺杂。第VIII族元素可以以金属或其氧化物的形式存在于该催化剂中。该元素可以以兰尼类型催化剂的形式使用。以金属形式或以化合物形式存在的第VIII族元素可以以与或多或少量的一种或多种其它元素的化合物的混合物形式使用。

该催化剂可以是细碎形式，或颗粒形式，或者可以沉积在载体上。

合适的载体的实例是：二氧化硅、浮石、二氧化钛、碳、炭、碳化硅或氧化铝。优选催化剂的实例如下：镍催化剂、兰尼镍、钴催化剂，例如兰尼钴，以及钴氧化物，以与其它化合物如磷酸盐的混合物形式，以及铂催化剂。该铂催化剂可以是含有结合到炭上的铂的催化剂，Pt/C，经由公知的技术制造并含有金属形式的铂。还可以使用亚当斯催化剂，其以PtO₂形式引入到该反应器中并原位还原为细碎的铂金属状态。

该反应可以通过将待氢化材料与溶剂混合来在液相中进行。当使用由贵金属形成的氢化催化剂，例如Pt/C时，该溶剂可含有单独或与另一种液体例如水一起的乙酸是明智的。

当使用兰尼镍或兰尼钴，或是由结合到载体上的第VIII族金属氧化物所构成的催化剂时，可以提及的合适的溶剂的实例包括醇类，尤其是低级醇，例如每分子含有1至8个碳原子的那些。低级醇的实例是乙醇和丙醇，如正丙醇和异丙醇。

该醇优选与水混合使用，并且特别明智的是添加氨。

并未观察到通过添加胺可以降低副产物如仲胺的比例。

氨对初始存在的UAN总量的摩尔比可以是例如大约1至1000，优选60至600，特别为150至300。

以任何合适方式放置该溶液与该催化剂接触，并令氢与该催化剂和该溶液接触。

在其中使用细碎催化剂的情况下，其可以分散在溶液中，并通过搅拌该溶液保持分散。

进行氢化的一种容易的手段包括使用固体催化剂的丸粒或颗粒的床。待氢化材料的溶液可以通过与氢气流在相同方向上或逆流流动来通过该催化剂。该床可以完全浸没在该溶液中，或该床可以以滴流床形式使用。在这种情况下，该床被气态氢包围，待氢化材料的溶液可以渗透穿过该床。

该反应可以经由逐次加载以批量（discontinu）方式进行，或可以连续进行。

氢化的最佳温度和压力取决于所用的催化剂。当使用基于贵金属的催化剂例如Pt/C时，该氢化可以在一定范围的条件下进行，如：15℃至100℃，并在1 atm至100 atm的压力下。但是，在50至60℃的温度和60至80 atm的压力下获得更大的选择性。当使用镍和钴氢化催化剂时，可以有利地使用10至200℃的温度和1至350 atm的压力。该反应持续时间明显取决于反应条件，反应时间可以为小于20分钟至超过5小时。

在该氢化反应过程中制得的饱和氨基酸（在本说明书中缩写为AA）可以以任何合适的方式回收。为了促进该回收，特别是当该方法在压力下进行时，明智的是为该氢化反应器安装内部过滤器，所述内部过滤器放置在液面下方并布置以防堵塞（例如被催化剂）用于回收产物的出口，并使得可以通过令氢穿过该过滤器而容易地清洁该过滤器。

该产物有利地经该过滤器取出，以便收集产物而不收集催化剂。当使用热的反应混合物时，产物优选在反应温度下取出以防止产物在反应器中或在离开反应器的管道中分离。该产物可以间歇或连续地取出，但是，在两种情况下，合意的是在催化剂保持氢气氛以避免其失活。饱和氨基酸AA可以通过冷却从反应器中取出的溶液和/或蒸发该溶剂来回收。

根据本发明的方法的一个有利的实施方案，该氢化在负载在碳化硅载体上的至少一种选自钌、铑、钯和铂的金属催化剂的存在下进行。该氢化温度为10至300℃，优选20-200℃，压力为1巴至300巴。低级醇与水，以及存在于反应体系中的氨的混合物有利地用作溶剂。这些氢化条件使得能够减少或甚至消除仲胺的平行产生。

由此优选使用其中钌、铑、钯或铂或这些金属的两种或多种的混合物（任选掺杂有金）负载到碳化硅载体上的氢化催化剂。负载到碳化硅载体上的各种前述金属的量有利地为0.1重量%至10重量%，优选0.2重量%至1重量%。碳化硅载体的纯度为70%至100%。该载体可以包含最多30%的杂质，如：二氧化硅、氧化铝、碳、氧化铁、氧化钙、氧化钠、氧化钾等等。在本发明的方法中的碳化硅载体的纯度优选非常高，并优选表征为：不存在铁和不存在表面二氧化硅（层），这是SiC的两种主要杂质。对于碳化硅载体来说，优选使用孔隙率为20%至60%并且其孔隙尺寸为1至200 µm的材料，并且优选在制造该催化剂前用无机酸和碱性水溶液清洗该载体，尤其是除去Fe和SiO₂杂质。

该催化剂可以经由已知用于将催化剂装载到载体上的方法来制备。例如。催化剂可以通过以下方法制备：将三氯化钌、三氯化铑、二氯化钯、氯铂酸或其两种或多种的混合物溶解在水中以形成水溶液，并令其与碳化硅载体接触以便将上述各种金属化合物装载到该载体上，接着经由加热装置和在氢气流中还原来活化该催化剂。此外，在包括将各种上述金属化合物浸渍到载体中的这种制备方法中，加热和在氢气流中的还原优选重复数次。其它制备方法包括：

- 其中各种金属的硝酸盐或乙酸盐溶解在水中或有机溶剂如苯、氯仿或醇中、或水和有机溶剂的混合物中，并浸渍到载体中，并且已经浸渍到载体中的各种金属组分随后热处理或用碱处理并转化为氧化物或氢氧化物的方法，和/或

- 其中在包含甲醛、甲酸或甲醇的还原性气体流中进行加热和还原的方法，其中向甲酸或甲醛的溶液中添加碱。

形成该氨基酸的氢化反应的条件优选为10至200℃和优选70至130℃的温度，以及1巴至350巴和优选5至150巴的压力。

在本发明的长链UAN（包含超过9个C）的氢化过程中使用溶剂是优选的。低级醇和水的混合物可以用作溶剂。低级醇优选选自正丙醇、异丙醇、正丁醇和异丁醇。低级醇和水的混合物各自的比例有利地按体积计为5:1至1:5。

所用氢源可以是纯氢或用惰性气体稀释的氢，例如氮气，所用氢的量优选为每1摩尔UAN 2至200摩尔。当在反应体系中存在氨时，这具有消除产生伯胺的优点。所用氨的量优选为每1摩尔UAN 1至100摩尔。

该氢化反应可以以批量（batch）或连续方式进行，但是优选连续进行。在连续方式下，有利地使用其中经由与UAN材料和氢气的料流相反或平行的料流提供催化剂的反应器，并且优选该催化剂在固定床中。

如上所述制备的氢化催化剂在连续反应中长时间保持高活性水平，并以98%或更高的产率获得AA。此外，由于该催化剂的机械强度高，即使在反应以数小时的长时间连续进行反应后也几乎不存在催化剂的崩解或劣化（不同于大部分在炭上的催化剂）。

根据一个有利的实施方案，该氢化在贵金属催化剂和具有多齿配体的化学物质的存在下进行，所述化学物质通过与添加到反应体系中的金属离子键合形成螯合物。与贵金属催化剂一起添加的前述化学物质与重金属形成可溶于水的螯合物，所述重金属主要例如铁和镍，并且其可以选自多氨基羧酸如乙二胺四乙酸（EDTA），羟基羧酸如柠檬酸，和缩合磷酸盐等等。添加的这种化学物质的量为每100重量份进料到氢化反应器中的液体填料（包括该催化剂）0.001至0.1重量份，优选0.002至0.01重量份。此外，前述化学物质可以以水溶液形式或以添加到作为液体的进料中的固体的形式添加。这种特定的氢化实施方案使得在反应长时间持续进行时该催化剂在该反应过程中保持高活性，氢化反应产物中的重金属和灰分的量由此显著降低，并且不存在反应产物的可感知的着色。

如果需要的话，可以将根据本发明的方法由此获得的饱和氨基酸AA提纯，优选通过从适当的溶剂中的再结晶。

在这种情况下，在氢化步骤之后，本发明的方法还包括提纯AA的步骤，以便去除相对于AA的重量低于<0.5重量%、优选<0.2重量%的阈值的杂质（尤其是仲胺杂质）。

任何合适的提纯手段可以在该步骤中使用。尤其可以提及通过结晶的提纯方法。根据该方法获得的AA，其碳数大于9，可以特别容易地从任何适当的溶剂中再结晶。此类方法例如描述在来自BP Chemicals公司的专利FR 1 574 471中。

有利地，本发明的方法采用根据其中从含有低级脂族醇和氨的水溶液中再结晶UAN的氢化产物的方法的提纯。该方法尤其描述在专利JP48-6445 B中。

有利地，AA的提纯通过结晶来进行并优选包含至少两个连续的结晶步骤：

- （A）其中在保持在0-30℃温度下的第一结晶装置中，在将氢化产物（获得的AA）溶解在含有低级脂族醇和氨的水溶液中之后，分离粗AA晶体的步骤，和

- （B）其中在保持在30-60℃的温度下的第二结晶装置中，在将步骤A中获得的粗AA晶体再次溶解在含有低级脂族醇和氨的水溶液中之后，分离纯AA晶体的步骤。

下面以具体术语解释本发明的方法的各步骤。

步骤（A）：

作为副产物，该氢化产物（AA）可以含有：尤其是仲胺和未反应的UAN反应物。因此，为了除去这些杂质，将该AA溶解在含有低级脂族醇和氨的水溶液中，并随后引入到在0-30℃的温度下的第一结晶罐中，随后分离主要含有AA的粗AA晶体和含有仲胺与UAN的母液。作为水溶液中使用的低级脂族醇，使用C1-4直链或支链醇，如正丙醇、异丙醇、正丁醇或异丁醇。低级脂族醇相对于水的体积比优选为1:10-10:1，优选1:3-3:1。氨相对于低级醇与水的混合物的比可以在宽范围内变化，例如由1重量%至饱和。此外，相对于含有低级脂族醇和氨的水溶液，含AA的产物的浓度优选为1-10重量%，特别优选为2-8重量%。

在将第一结晶罐温度保持在0-30℃（这是低于下面的第二结晶罐的温度）的同时，将该溶液分离为主要含有AA的粗晶体和含有仲胺与UAN的母液。

粗AA晶体转移到下面的步骤（B）。

此外，将新鲜的UAN添加到母液中，其随后溶解并氢化，并随后再循环到上述第一结晶装置（罐）中。

步骤（B）：

步骤A中分离的上述粗AA晶体可能仍以非常小的量含有杂质。该粗AA晶体由此溶解在含有低级脂族醇和氨的水溶液中，并随后引入到第二结晶储器并随后在30-60℃的温度下一方面分离出纯AA晶体，另一方面分离出含有仲胺和UAN的母液。

作为含有低级脂族醇和氨的水溶液，可以使用类似于步骤A中所用的水溶液。还可以使用与步骤（A）中相同的相对于水溶液的AA的比。作为含有低级脂族醇和氨的水溶液，可以使用新鲜制备的溶液，或者可以再循环并重新利用第二结晶罐中分离的母液。

第二结晶罐保持在比第一结晶罐高的温度下，即30-60℃的温度，使得来自于第一结晶的粗晶体中存在的剩余杂质转移到母液中。因此，在第二结晶储器中分离后获得的纯AA晶体具有高纯度，利用高温下的结晶能够提高晶体的生长与尺寸，这有助于分离。步骤B后获得的母液可以分别重新分配到第一结晶装置和/或第二结晶装置中作为AA的溶剂。

上面描述的本发明的方法中的步骤顺序能有助于AA提纯步骤，特别是有助于：

- 通过蒸馏去除初始复分解反应物，

- 去除副产物，

- 去除复分解催化剂，

- 去除仲胺，

- 水解并由此去除导致N-甲基化反应的甲醇来源，和

- 获得的最终产物未着色。

此外，通过本发明的方法制得的氨基酸可以直接用于现有聚合单元，而要使用氨基酯，必须使用例如与甲醇的可燃性相关的专用线路。

本发明的方法的提纯能够从氢化产物中结晶并分离甚至更纯的AA。

具体而言，通过结晶的标准提纯所获得的最终产物中杂质如重金属的含量显著降低（由0.3-0.5 ppm降低至0.1 ppm或更低），并且灰分（矿物质残余物）含量显著降低（由3-6ppm降低至1-1.5 ppm）。

有利地，本发明的方法还包括通过使用氢化步骤后或提纯步骤后获得的氨基酸的聚合反应来合成聚合物尤其是聚酰胺的步骤。根据该方法获得了远高于30的聚合度。根据本发明的方法制得的氨基酸，以及类似的由该单体制造的聚合物，也具有产物无色的优点。

本发明的一个主题还是通过使用根据上述方法合成的氨基酸的聚合反应获得的聚合物。

根据本发明的方法由此获得的聚合物具有高熔体粘度，并且没有显著的着色。

实施例

实施例1（非按照本发明）

复分解-氢化路线

将15克根据专利US 2011/0 113 679的实施例1制备并在氧化铝上提纯的9-癸烯酸甲酯（81毫摩尔）、2.15克丙烯腈（40.5毫摩尔）和150克在分子筛上预先干燥过的甲苯引入用氮气吹扫过的250毫升玻璃反应器中。将该混合物加热至110℃并经2小时经由安装在注射器推进器上的注射器引入2.58克丙烯腈（48.6毫摩尔）和溶解在5毫升甲苯中的2毫克M71-SiPr催化剂（2.4×10^-3毫摩尔，由Umicore公司提供）。

该反应混合物通过GC进行分析。9-癸烯酸甲酯的转化率为85%。对C11不饱和腈酯的选择性为80%。

将该复分解反应混合物转移到300毫升高压釜中。在该高压釜中放置用甲醇洗涤过的1.5克兰尼镍。该高压釜用氮气吹扫，随后引入1克氨（59毫摩尔）并将系统加压至40巴的氢。将该混合物加热至90℃并令其反应4小时。

该反应混合物通过GC进行分析。C11不饱和腈酯的转化率为100%。

将该反应混合物过滤，在真空下蒸除甲苯，随后蒸馏残余物。由此获得7.1克C11氨基酯（沸点在3毫巴下=126-130℃）。蒸馏产率为60%。

该实施例表明，蒸馏过程中氨基酯聚合反应的开始不利于该产率。

实施例2（非按照本发明）

复分解-氢化-水解路线

在真空下蒸发获自实施例1的复分解反应混合物以除去甲苯，并随后在真空下蒸馏以回收该C11腈酯（沸点在0.8毫巴下=122℃）。

将10克C11不饱和腈酯（47.8毫摩尔）、100克甲苯和1克用甲醇洗涤过的兰尼镍放置在300毫升高压釜中。该高压釜用氮气吹扫，随后引入1克氨（59毫摩尔）并将系统加压至40巴的氢。将该混合物加热至90℃并令其反应4小时。

将该氢化反应混合物过滤，在真空下蒸发以去除甲苯并随后转移到含有100克水的反应器中。该混合物回流24小时。该反应混合物随后在真空下浓缩，在50℃下在活性炭上过滤并随后冷却。获得白色晶体形式的2.9克11-氨基十一烷酸（产率=30%）。

该实施例表明，对氨基酯的水解反应是低效的。

实施例3（非按照本发明）

水解-复分解-氢化路线

9-癸烯酸甲酯转化为9-癸烯酸。将30克9-癸烯酸甲酯（0.16摩尔）和160毫升1M氢氧化钠（0.16摩尔）放置在500毫升反应器中。在50℃下加热该混合物1小时。令其冷却至室温，并随后加入160毫升1M盐酸（0.16摩尔）。所得混合物用300毫升二氯甲烷萃取两次。蒸除二氯甲烷，回收26.3克9-癸烯酸。

将15克在氧化铝上提纯的9-癸烯酸（88毫摩尔）、2.33克丙烯腈（44毫摩尔）和150克在分子筛上预先干燥过的甲苯引入250毫升用氮气吹扫的玻璃反应器中。将该混合物加热至110℃并经2小时经由安装在注射器推进器上的注射器引入2.8克丙烯腈（52.8毫摩尔）和溶解在5毫升甲苯中的2.2毫克M71-SiPr催化剂（2.4×10^-3毫摩尔）。

该反应混合物通过GC进行分析。9-癸烯酸的转化率为30%。

该试验表明，对9-癸烯酸的复分解反应的效率远低于对9-癸烯酸甲酯。

实施例4

9-癸烯酸甲酯-丙烯腈复分解

将15克在氧化铝上提纯的9-癸烯酸甲酯（81毫摩尔）、2.15克丙烯腈（40.5毫摩尔）和150克在分子筛上预先干燥过的甲苯引入用氮气吹扫过的250毫升玻璃反应器中。将该混合物加热至110℃并经2小时经由安装在注射器推进器上的注射器引入2.58克丙烯腈（48.6毫摩尔）和溶解在5毫升甲苯中的2毫克M71-SiPr催化剂（2.4×10^-3毫摩尔，由Umicore公司提供）。

在真空下蒸除甲苯，随后在真空下蒸馏残余物。获得11.2克C11不饱和腈酯（53.5毫摩尔，沸点在0.8毫巴下=122℃）。

实施例5

腈酯的水解

将10克C11不饱和腈酯（47.8毫摩尔）和100克50/50乙酸/水混合物引入到用氮气吹扫过的250毫升玻璃反应器中。该混合物回流4小时。

该反应混合物通过GC进行分析。腈酯的转化率为95%。对C11不饱和酸腈的选择性为100%。通过蒸发乙醇、甲醇和水来回收产物。

实施例6

酸腈的氢化

根据专利JP 51-127 022的实施例1制备用于该氢化步骤的钌/碳化硅催化剂。

将5克C11不饱和酸腈（25.6毫摩尔）、100克50/50正丙醇溶液和20%氨水与3克Ru/SiC催化剂引入到300毫升高压釜中。将该高压釜封闭，用氮气吹扫随后加压至40巴的氢。将该混合物加热至110℃并令其反应2小时。将系统减压，在70℃下滤去该催化剂。在真空下蒸除溶剂，11-氨基十一烷酸以白色晶体形式沉淀。转化率大于95%，选择性大于95%。仲胺含量小于0.5%。

Claims

1.由下式的不饱和脂肪化合物I合成氨基酸的方法：

R1-CH=CH-[(CH₂)_q-CH=CH]_p-(CH₂)_n-R2

其中：

R1是H、1至11个碳原子的烷基基团，其任选地包含羟基官能，或(CH₂)_m-R4

m是0至11的整数，

n是2至13的整数，

p是整数，p等于0、1或2，

q是等于0或1的整数，

R2是COOR5，

R4是H或R2，

R5是1至11个碳原子的烷基基团，或带有一个或两个羟基官能的包含两个或三个碳原子的基团，或者是其中甘油酯残基的各脂肪酸是饱和或不饱和的甘油二酯或甘油三酯残基，

其特征在于其包含至少以下步骤：

- 与主链包含少于8个碳的短链不饱和化合物II的交叉复分解，

化合物I或II之一包含腈官能，这些化合物II或I的另一种包含酯官能，由此获得并回收至少一种单不饱和腈酯UNE，

- 将该UNE水解为不饱和酸腈UAN，

- 将该UAN氢化为饱和氨基酸AA，

- 任选提纯该AA，

其中化合物I选自衍生自脂肪酸的脂肪酸酯或腈，所述脂肪酸选自：顺式-4-癸烯酸和9-癸烯酸，顺式-5-十二碳烯酸和顺式-4-十二碳烯酸，顺式-9-十四碳烯酸、顺式-5-十四碳烯酸和顺式-4-十四碳烯酸，顺式-9-十六碳烯酸，顺式-9-十八碳烯酸、反式-9-十八碳烯酸、顺式-6-十八碳烯酸、顺式-11-十八碳烯酸和12-羟基-顺式-9-十八碳烯酸，顺式-9-二十碳烯酸、顺式-11-二十碳烯酸、14-羟基-顺式-11-二十碳烯酸，顺式-11-二十二碳烯酸和顺式-13-二十二碳烯酸，以及多不饱和酸亚油酸和亚麻酸，

其中所述主链包含少于8个碳的不饱和短链腈化合物II选自：丙烯腈、富马酸腈、2-丁烯腈、1-丁烯腈、2-戊烯腈、3-戊烯腈、4-戊烯腈和1-戊烯腈，以及其混合物。

2.如权利要求1中所要求保护的方法，其中化合物I选自：

CH₂=CH-(CH₂)_n-R2，

CH₃-CH=CH-(CH₂)_n-R2，或

CH₃-CH₂-CH=CH-(CH₂)_n-R2。

3.如前述权利要求1或2中所要求保护的方法，其中所述交叉复分解步骤使用至少一种钌-卡宾催化剂，其选自以下通式的带电荷或不带电荷的催化剂：

(X₁)_a(X₂)_bRu(卡宾C)(L₁)_c(L₂)_d(L₃)_e

其中：

– X₁和X₂，其相同或不同，各自表示带电荷或不带电荷的和单螯合或多螯合的配体；和

– L₁、L₂和L₃，其相同或不同，是供电子配体。

4.如前述权利要求1或2中所要求保护的方法，其特征在于使用下式的催化剂：

。

5.如前述权利要求1或2中所要求保护的方法，其特征在于所述复分解反应在20至160℃的温度下和在1至30巴的压力下。

6.如前述权利要求1或2中所要求保护的方法，其特征在于所述复分解在溶剂的存在下进行。

7.如前述权利要求1或2中所要求保护的方法，其中所述水解步骤包含以下方法的至少一种：

- 通过皂化在氢氧化钠的存在下的低温15℃-60℃水解；

- 在溶剂介质中并在酸性催化下的中温60℃-120℃水解；

- 在压力下的高温120℃-300℃水解；

- 酶法水解，

以及其混合。

8.如前述权利要求1或2中所要求保护的方法，其中所述氢化步骤在负载在碳化硅载体上的选自钌、铑、钯和铂的至少一种金属催化剂的存在下进行。

9.如前述权利要求1或2中所要求保护的方法，其中所述氢化温度为10至300℃，压力为1巴至300巴。

10.如前述权利要求1或2中所要求保护的方法，其中所述氢化步骤在溶剂的存在下进行，所述溶剂包含每分子含有1至8个碳原子的低级醇和水的混合物。

11.如前述权利要求1或2中所要求保护的方法，其中所述氢化在贵金属催化剂和具有多齿配体的化学物质的存在下进行。

12.如前述权利要求1或2中所要求保护的方法，其中所述提纯包括至少一个在含有C1-4直链或支链的低级脂族醇和氨的水溶液中再结晶衍生自所述氢化的产物的步骤。

13.如前述权利要求1或2中所要求保护的方法，其中所述提纯包含至少两个相继的结晶步骤：

- （A）其中在保持在0-30℃温度下的第一结晶装置中，在将氢化产物溶解在含有C1-4直链或支链的低级脂族醇的水溶液和含有氨的水溶液中之后，分离粗AA晶体的步骤，和

- （B）其中在保持在30-60℃的温度下的第二结晶装置中，在将步骤A中获得的粗AA晶体再次溶解在含有C1-4直链或支链的低级脂族醇和氨的水溶液中之后，分离纯AA晶体的步骤。

14.如权利要求1或2中所要求保护的方法，还包括通过使用所述氨基酸的聚合反应来合成聚酰胺的步骤。

15.如前述权利要求3中所要求保护的方法，其中X₁和X₂，其相同或不同，各自表示卤离子、硫酸根、碳酸根、羧酸根、醇化物、酚盐、酰胺、甲苯磺酸根、六氟磷酸根、四氟硼酸根、烷基、四苯基硼酸根。

16.如前述权利要求15中所要求保护的方法，其中酰胺是双(三氟甲磺酰基)酰胺。

17.如前述权利要求3中所要求保护的方法，其中L₁、L₂和L₃，其相同或不同，是膦、亚磷酸根、亚膦酸根、次磷酸根、胂、烯烃或芳族化合物、羰基化合物、醚、醇、胺、或杂环卡宾。

18.如前述权利要求3中所要求保护的方法，其中X₁或X₂键合到L₁或L₂上，或键合到该卡宾C上以便在钌上形成二齿或螯合配体。

19.如前述权利要求3中所要求保护的方法，其中L₁、L₂或L₃键合到卡宾C上以形成二齿或螯合配体、或三齿配体。

20.如前述权利要求1或2中所要求保护的方法，其中所述复分解反应在液体介质中进行。

21.如前述权利要求5中所要求保护的方法，其中所述复分解反应在20至120℃的温度下和在1至10巴的压力下进行。

22.如前述权利要求6中所要求保护的方法，其中所述溶剂选自甲苯、二甲苯、二氯甲烷、碳酸二甲酯和/或碳酸二乙酯。

23.如前述权利要求11中所要求保护的方法，其中所述化学物质选自多氨基羧酸。

24.如前述权利要求11中所要求保护的方法，其中所述化学物质选自乙二胺四乙酸EDTA，羟基羧酸，和缩合磷酸盐。

25.如前述权利要求24中所要求保护的方法，其中所述羟基羧酸是柠檬酸。

26.如前述权利要求17中所要求保护的方法，其中L₁、L₂和L₃，其相同或不同，是芪、亚胺、或硫醚。

27.如前述权利要求17中所要求保护的方法，其中L₁、L₂和L₃是吡啶。