CN109415299A - 甘氨酸的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供下述甘氨酸的制造方法：在由氨基乙腈合成甘氨酸时，与以往相比能够以高收率获得甘氨酸。一种甘氨酸的制造方法，其特征在于，使氨基乙腈与水在铈化合物的存在下，此外，进一步添加氨而使其反应，从而获得甘氨酸。

Description

甘氨酸的制造方法

技术领域

本发明涉及由氨基乙腈制造甘氨酸的方法。

背景技术

甘氨酸是构成蛋白质的基本单元的氨基酸的一种，也被称为氨基乙酸，其作为重要的精细化工制品中间体，在农药、医药、食品、饲料等领域中广泛使用。

作为其制造方法，除了将天然的蛋白质水解的方法以外，使用了化学合成法、发酵法、酶法。这些方法之中，作为化学合成法，广泛已知所谓乙内酰脲法、斯特雷克尔法(Strecker method)等。

乙内酰脲法是使氰化氢和碳酸铵与醛或酮化合物反应而合成乙内酰脲，将其进行碱水解而获得甘氨酸的方法。在通过该方法制造甘氨酸时，在碱水解后，需要反复进行将通过酸进行中和而晶析出的甘氨酸分离的工序，此外，也需要将通过中和而产生的盐除去的脱盐工序。因此，乙内酰脲法具有工序数变多这样的课题。

另一方面，斯特雷克尔法是使氰化氢和氨与醛或酮化合物反应而合成氨基乙腈，将其水解而获得甘氨酸的方法。在斯特雷克尔法中，以往氨基乙腈的水解也通过碱来进行，与上述的乙内酰脲法同样地，也需要采用酸进行的中和，需要将由此产生的盐除去的脱盐工序。

作为将这样的复杂的工序简化的方法，例如，专利文献1中提出了：在以往的斯特雷克尔法中，在氧化锆的存在下，此外，进一步使酮类共存，使其与水接触而将氨基乙腈水解，制造甘氨酸的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平3-93757号公报

发明内容

发明所要解决的课题

上述专利文献1中，由于氧化锆在氨基乙腈的水解反应中显示高催化活性，因此在反应、后处理中可以不使用碱、酸地以高收率获得甘氨酸，进一步，通过使氧化锆和酮类共存，能够进一步使收率提高。

然而，实际上，在仅使用氧化锆作为催化剂的情况下，或者，即使在使酮类与其共存的情况下，也难以说甘氨酸的收率在工业上是充分的。

因此，作为为了通过氨基乙腈的水解使甘氨酸生成而使用的催化剂，要求以更高收率获得甘氨酸的催化剂。

本发明是在这样的状况下提出的，其目的是提供下述甘氨酸的制造方法，其在由氨基乙腈合成甘氨酸时，与以往相比能够以高收率获得甘氨酸。

用于解决课题的方法

本发明基于下述发现：在氨基乙腈的水解中，铈化合物显示比氧化锆优异的催化剂性能，能够以高收率获得甘氨酸。

即，本发明提供以下的[1]～[5]。

[1]一种甘氨酸的制造方法，其特征在于，使氨基乙腈与水在铈化合物的存在下进行反应而获得甘氨酸。

[2]根据上述[1]所述的甘氨酸的制造方法，上述铈化合物为含有铈的氧化物。

[3]根据上述[2]所述的甘氨酸的制造方法，上述含有铈的氧化物为氧化铈、或铈与1种以上其它金属元素的复合金属氧化物。

[4]根据上述[2]所述的甘氨酸的制造方法，上述含有铈的氧化物为将包含选自锂、镁、铁、钴、镍、铜、锶、钇、锆、铟、钡、镧、镨、钕、铕、铅、铪和锌中的1种以上金属元素的成分担载于氧化铈、或铈与1种以上其它金属元素的复合金属氧化物的担载型金属氧化物。

[5]根据上述[3]或[4]所述的甘氨酸的制造方法，上述复合金属氧化物中的其它金属元素包含锆。

[6]根据上述[1]～[5]中任一项所述的甘氨酸的制造方法，在上述铈化合物的存在下添加氨来使氨基乙腈与水进行反应。

发明效果

根据本发明的制造方法，通过在由氨基乙腈合成甘氨酸时，在氨基乙腈与水的接触反应中使用具有高活性、高选择性的催化剂，从而与以往相比，能够使甘氨酸的收率提高。

因此，本发明的制造方法是对甘氨酸的工业制造有用的方法。

具体实施方式

以下，详细地说明本发明。

本发明的甘氨酸的制造方法的特征在于，使氨基乙腈与水在铈化合物的存在下进行反应而获得甘氨酸。

通过在由氨基乙腈合成甘氨酸时，使用铈化合物作为催化剂，在其存在下进行与水的接触反应，能够选择性地促进水解反应，与以往的催化剂相比，能够以高收率获得甘氨酸。

[铈化合物]

作为用作催化剂的上述铈化合物，可举出含有铈的、氧化物、卤化物、无机酸盐(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。其中，以氧化铈为代表的含有铈的氧化物的催化剂性能优异，因此优选。

作为含有铈的氧化物，优选为氧化铈、或铈与1种以上其它金属元素的复合金属氧化物。即，构成含有铈的氧化物的金属元素可以为单独的铈，也可以为包含铈的2种以上的金属元素。此外，作为含有铈的氧化物，可以并用其组成、形状、粒径等物性不同的2种以上。

作为氧化铈，可举出例如，氧化铈(III)(Ce₂O₃)、氧化铈(IV)(CeO₂)、它们的混合物、或具有它们的混相的氧化铈化合物。其中，优选为氧化铈(IV)(CeO₂)。

(复合金属氧化物)

作为上述复合金属氧化物中的铈以外的金属元素，没有特别限定，可举出锂、镁、铁、钴、镍、铜、锶、钇、锆、铟、钡、镧、镨、钕、铕、铅、铪、锌等。它们可以单独使用1种，也可以并用2种以上。其中，优选为锆、钇和镧，更优选包含锆。

作为上述复合金属氧化物，优选为CeZrO₄(CeO₂-ZrO₂)等铈-锆复合氧化物。另外，上述复合金属氧化物可以为包含铈的氧化物固溶体。

上述复合金属氧化物中，包含铈的全部金属之中的、铈的含量优选为5摩尔％以上且小于100摩尔％，更优选为30～99摩尔％，进一步优选为45～95摩尔％。

复合金属氧化物的制造方法没有特别限定，例如，可以使用水热合成法、共沉淀法、溶胶-凝胶法来制造。具体而言，可举出将包含2种以上铈化合物的前体在溶剂中进行混合并加热的方法、将包含铈化合物的前体在空气等氧化性气体的气氛下进行烧成的方法等。

作为上述铈化合物的前体，可举出例如，铈的乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、有机酸盐等盐；氯化物、溴化物、碘化物等卤化物；氢氧化物；醇盐；卤氧化物等。上述前体可以为无水物也可以为水合物。

作为上述溶剂，可举出水；甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇等醇类；丙酮等酮类等极性溶剂。它们可以单独使用1种，也可以并用2种以上。

另外，铈-锆复合氧化物(CeZrO₄)等复合金属氧化物也有市售品，也可以使用该市售品。

从催化剂性能的提高的观点考虑，上述复合金属氧化物可以使用在空气等氧化性气体；氮气、氩气等非活性气体；二氧化碳气体等气氛下进行了加热处理的复合金属氧化物。处理温度没有特别限定，优选为200～900℃，更优选为300～850℃，进一步优选为400～800℃。

上述铈化合物可以与该铈化合物以外的催化剂混合使用。这些催化剂没有特别限定，可举出例如，氧化锆、氧化镁、氧化锌、氧化钛等氧化物、水滑石等粘土矿物等，其中，优选为氧化锆。或此外，上述含有铈的氧化物可以以担载于载体的形态而作为催化剂使用。

(担载型金属氧化物)

此外，上述含有铈的氧化物可以为包含选自锂、镁、铁、钴、镍、铜、锶、钇、锆、铟、钡、镧、镨、钕、铕、铅、铪和锌中的1种以上金属元素的成分担载于氧化铈或上述复合金属氧化物而成的担载型金属氧化物。

担载成分所包含的金属元素可以单独使用1种，也可以并用2种以上。其中，优选为锂、镧、钕、钇、铕、钡和镁，特别优选为锂。

从甘氨酸的生产性提高的观点考虑，担载成分所包含的金属元素的量相对于铈100质量份，优选为0.01～10.0质量份，更优选为0.02～7.0质量份，进一步优选为0.05～5.0质量份。

担载型金属氧化物的制造方法没有特别限定，可以使用公知的担载催化剂的调制方法。可举出例如，含浸法、CVD法、喷雾干燥法等。在含浸法的情况下，具体而言，可以通过后述的实施例所记载的方法来适合地制造。

上述铈化合物的形态没有特别限定，可举出例如粉末状，此外，从处理上的观点考虑，可举出成型加工为颗粒状的形态等。该成型加工例如可以如下进行：通过在粉末状的铈化合物、铈化合物被担载于载体的粉末等中加入水等溶剂而形成糊状，然后进行挤出成型并烧成来进行。

(氨基乙腈)

作为本发明的反应原料的氨基乙腈的制造方法没有特别限定，通常，通过使氨与通过甲醛与氰化氢的反应而获得的乙醇腈反应来获得。在本发明中，可以将这样操作而获得的氨基乙腈进行纯化后作为反应原料使用，或此外，也可以将反应溶液直接供于甘氨酸的制造。

(反应)

氨基乙腈与水的反应中使用的水不仅氨基乙腈的水解反应需要，而且也可以兼有反应溶剂的作用。从这样的观点考虑，相对于氨基乙腈优选为0.5～100质量倍，更优选为1～50质量倍，进一步优选为1.5～20质量倍。

作为反应溶剂，优选使用水，但也可以混合使用水以外的溶剂。作为与水混合的溶剂，优选使用甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1,4-二烷、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、二甲亚砜、丙酮等与水混合的溶剂。

氨基乙腈与水的反应体系中，可以添加氨。通过在铈化合物存在下的反应中添加氨，能够使从氨基乙腈向甘氨酸的选择率提高。

氨的添加方法没有特别限定，可以在反应溶剂中以气体形式而供给，或此外，也可以以水溶液形式与反应溶剂混合。

氨的添加浓度在使氨基乙腈溶解的反应溶液中，优选为1～30质量％，更优选为2～20质量％，进一步优选为5～15质量％。

反应方式可以为间歇式(分批式)或连续式中的任一种。连续式中有完全混合槽型反应器(CSTR：Continuous Stirred-Tank Reactor)式、和推流反应器(PFR：Plug FlowReactor)式，可以为任一种。

关于反应液中的氨基乙腈的加入浓度，在间歇式的情况下，从生产性提高的观点考虑，优选为1～66质量％。在不添加氨的情况下，更优选为1.5～50质量％，进一步优选为2～40质量％，特别优选为3～15质量％。在添加氨的情况下，更优选为2～20质量％，进一步优选为3～15质量％。

上述铈化合物的使用量根据反应方式、铈化合物的种类而适当设定，例如，在间歇式的情况下，相对于氨基乙腈100质量份，优选为1～300质量份，更优选为5～200质量份，进一步优选为10～150质量份。

另外，关于连续式的情况下的反应液中的氨基乙腈的加入浓度和铈化合物的使用量，可以参照间歇式的情况下的反应性，并且考虑反应槽数、搅拌条件等而适当设定。

从甘氨酸的收率提高的观点考虑，使氨基乙腈与水反应时的温度优选为30～250℃，更优选为40～200℃，进一步优选为50～100℃。

此外，上述反应时的压力没有特别限定，可以在自生压力下反应，也可以在加压下反应。该情况下的压力以绝对压计优选为0.11～2.0MPa，更优选为0.15～1.0MPa，进一步优选为0.20～0.5MPa。

上述反应所需要的时间根据反应方式、反应温度、原料浓度、作为催化剂的铈化合物的种类和使用量等来适当调整，但在长达必要以上的情况下，即使氨基乙腈的转化率提高，也是易于产生其它分解物，而不是作为目标的甘氨酸，因此不优选。从甘氨酸的收率提高的观点考虑，优选为0.2～20小时，更优选为0.5～18小时，进一步优选为0.7～15小时。

另外，在氨基乙腈与水的反应中，也有时不能通过水解反应而生成甘氨酸，而是通过水合反应而生成甘氨酰胺。这样操作而生成的甘氨酰胺可以回收而直接作为用于制造甘氨酸的原料利用，或者与作为反应原料的氨基乙腈混合而作为用于制造甘氨酸的原料利用。

在反应结束后，从反应液回收甘氨酸的方法没有特别限定。例如，可以通过将反应液与催化剂过滤分离后，进行浓缩、晶析来获得甘氨酸。进一步，可以通过进行再结晶来提高甘氨酸的纯度。

根据本发明的制造方法，还具有下述优点：在反应时不产生成为杂质的盐，在反应的后处理中，不需要使用了碱、酸的脱盐工序，而能够制造甘氨酸。

使用于反应而活性降低了的催化剂可以再生利用。作为再生方法，可以通过洗涤、热处理来进行。洗涤可以使用例如水、酸、碱、有机溶剂等进行。热处理优选通过在空气等氧化性气体；氮气、氩气等非活性气体；二氧化碳等气体气氛下，优选在200～800℃、更优选在300～600℃下加热来进行。洗涤和热处理可以组合进行。

实施例

以下，通过实施例具体地说明本发明，但本发明不受这些实施例限定。

[分析方法]

在下述的氨基乙腈的制造、实施例和比较例中，氨基乙腈的纯度和转化率、甘氨酸和甘氨酰胺的收率和转化率通过采用高效液相色谱(HPLC)的定量分析来求出。具体而言，在下述分析条件下，对反应液中的氨基乙腈、甘氨酸和甘氨酰胺进行测定，通过绝对标准曲线法，算出各值。

＜分析条件＞

柱：Shodex RSpak NN-814(昭和电工株式会社制)

柱尺寸：8.0mm×250mm

柱温度：40℃

洗脱液：包含8mM的KH₂PO₄的0.1v/v％磷酸水溶液

洗脱液的流速：1.0mL/min

检测器：UV(紫外线)210nm，RI(差示折射率)

标准试样：氨基乙腈硫酸盐(glycinonitrile)(氨基乙腈硫酸盐(aminoacetonitrile)，东京化成工业株式会社制)

甘氨酰胺盐酸盐(东京化成工业株式会社制)

甘氨酸(纯正化学株式会社制)

[氨基乙腈的制造]

在具备带有冷却夹套的滴液漏斗和pH控制器的1L的四口反应容器中，加入浓度40质量％的甲醛水溶液(formalin)330g。使用浓度25质量％的氢氧化钠水溶液，将液体性质调整为pH值为5.0。在该液体中，一边保持于pH值4.9～5.1一边用滴液漏斗滴加浓度70质量％的氢氰酸178g。在滴加结束后，搅拌约30分钟进行反应。

在加入了浓度28质量％的氨水320g的1L不锈钢制高压釜中，一边保持温度50℃、压力0.5MPaG以下，一边使用输送泵以约2小时添加该反应液。在添加结束后，在50℃搅拌2小时进行反应。

将该反应液冷却，开放高压釜，将所得的内容物加入到1L茄型烧瓶中，进行减压蒸馏，获得了纯度99.5％的氨基乙腈173g。

在下述实施例和比较例中，使用该氨基乙腈作为原料，进行了甘氨酸的制造。

[使用催化剂]

·氧化铈(CeO₂)：日本触媒学会，参照催化剂JRC-CEO-2

·氧化锆(ZrO₂)：纯正化学株式会社制

·铈-锆复合氧化物(CeZrO₄)：アルドリッチ社制

·锂担载氧化铈(Li担载CeO₂)：通过以下方法来调制。

＜调制方法＞

在氮气气氛的手套箱内，在加入到9mLパイレックス(注册商标)玻璃制管形瓶(vial)的氧化铈(CeO₂：日本触媒学会，参照催化剂JRC-CEO-2)1.0g中，一边滴加硝酸锂(关东化学株式会社制)的1质量％水溶液0.81g，一边用刮勺均匀混合。将所得的混合物加入到加温式真空干燥机，在减压条件下，在50℃下干燥1小时。将干燥而获得的固体转移到坩埚中，在空气中在500℃烧成3小时，获得了锂担载氧化铈(Li担载CeO₂)。

[甘氨酸的制造]

(实施例1)

在加入了搅拌子的15mL的玻璃制压力容器中，加入了CeO₂ 0.5g(液中浓度：相对于氨基乙腈水溶液为5.0质量％；相对于氨基乙腈(原料)100质量份为45质量份)。在其中加入了浓度11.0质量％的氨基乙腈水溶液10.0g。进而，将压力容器密闭，在70℃下搅拌1小时。将该压力容器冷却直到室温(25℃)，然后对该容器内的反应液进行了HPLC分析。

(实施例2～7)

将实施例1中的反应条件变更为下述表1所示的条件，除此以外，与实施例1同样地操作而进行反应，进行了反应液的HPLC分析。

(实施例8)

在加入了搅拌子的15mL的玻璃制压力容器中，加入了CeO₂ 0.5g(液中浓度：相对于氨基乙腈水溶液为5.0质量％；相对于氨基乙腈(原料)100质量份为45质量份)。在其中，以氨的液中浓度成为10.0质量％的方式添加28％氨水溶液而调制。接着，加入了浓度11.0质量％的氨基乙腈水溶液10.0g。进而，将压力容器密闭，在70℃下搅拌1小时。将该压力容器冷却直到室温(25℃)，然后对该容器内的反应液进行了HPLC分析。

(实施例9、10)

将实施例8中的反应条件变更为下述表1所示的条件，除此以外，与实施例8同样地操作而进行反应，进行了反应液的HPLC分析。

(比较例1～5)

在实施例1中，代替CeO₂而使用ZrO₂，使其以外的反应条件为下述表1所示的条件，与实施例1同样地操作而进行反应，进行了反应液的HPLC分析。

(比较例6、7)

在实施例8中，代替CeO₂而使用ZrO₂，使其以外的反应条件为下述表1所示的条件，与实施例8同样地操作而进行反应，进行了反应液的HPLC分析。

(实施例11～16)

在实施例1中，代替CeO₂而使用CeZrO₄，使其以外的反应条件为下述表2所示的条件，与实施例1同样地操作而进行反应，进行了反应液的HPLC分析。

(实施例17～19)

在实施例8中，代替CeO₂而使用CeZrO₄，使其以外的反应条件为下述表2所示的条件，与实施例8同样地操作而进行反应，进行了反应液的HPLC分析。

(实施例20、21)

在实施例1中，代替CeO₂而使用Li担载CeO₂，使其以外的反应条件为下述表2所示的条件，与实施例1同样地操作而进行反应，进行了反应液的HPLC分析。

(实施例22～24)

在实施例8中，代替CeO₂而使用Li担载CeO₂，使其以外的反应条件为下述表2所示的条件，与实施例8同样地操作而进行反应，进行了反应液的HPLC分析。

将上述实施例和比较例中的氨基乙腈的转化率、甘氨酸和甘氨酰胺的收率和转化率汇总示于下述表1和2中。另外，表中，收率的“-”这样的表述是指采用HPLC进行的分析中的峰小于检测下限，该情况下的选择率也表述为“-”。

[表1]

[表2]

由表1和2所示的结果可知，在使用铈化合物作为催化剂的情况下(实施例1～24)，确认到以高收率获得甘氨酸。与此相对，在同等的条件下使用了氧化锆作为催化剂的情况下(比较例1～7)，甘氨酸的收率小于2％，非常低。

在使用了CeO₂作为催化剂的情况下(实施例1～10)，在较低温下长时间反应时可观察到甘氨酸的收率变高的倾向。

此外确认到，在使用了CeZrO₄作为催化剂的情况下(实施例11～19)，也与使用了CeO₂的情况下甘氨酸的生产性几乎同等。

此外确认到，在使用了Li担载CeO₂作为催化剂的情况下(实施例20～24)，添加了氨(实施例22～24)时甘氨酸的收率提高。

Claims (6)

1.一种甘氨酸的制造方法，其特征在于，使氨基乙腈与水在铈化合物的存在下进行反应而获得甘氨酸。

2.根据权利要求1所述的甘氨酸的制造方法，所述铈化合物为含有铈的氧化物。

3.根据权利要求2所述的甘氨酸的制造方法，所述含有铈的氧化物为氧化铈、或铈与1种以上其它金属元素的复合金属氧化物。

4.根据权利要求2所述的甘氨酸的制造方法，所述含有铈的氧化物为将包含选自锂、镁、铁、钴、镍、铜、锶、钇、锆、铟、钡、镧、镨、钕、铕、铅、铪和锌中的1种以上金属元素的成分担载于氧化铈、或铈与1种以上其它金属元素的复合金属氧化物而成的担载型金属氧化物。

5.根据权利要求3或4所述的甘氨酸的制造方法，所述复合氧化物中的其它金属元素包含锆。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的甘氨酸的制造方法，其中，在所述铈化合物的存在下添加氨来使氨基乙腈与水进行反应。