CN1181045C - 高纯度乙二胺四乙酸四钠盐的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以高产率、经济的方式制备高度纯化的EDTA四钠盐的方法。它包括用甲醇与除甲醇外的醇形成的混合溶剂对含有EDTA-4Na和杂质的溶液进行结晶的步骤，以产生高度纯化的EDTA四钠盐晶体。

Description

高纯度乙二胺四乙酸四钠盐的制备方法
本发明涉及制备高纯度乙二胺四乙酸四钠盐(EDTA-4Na)的方法。更具体地说，它涉及从粗EDTA-4Na水溶液中使用混合溶剂通过结晶制备高纯度和均一晶体EDTA-4Na的方法。
乙二胺四乙酸四钠盐(`EDTA四钠`或`EDTA-4Na`)是无口味无气味的白色晶态粉末。它在水中有良好的溶解能力(103g/100ml水)，而在有机溶剂如醇或醚等之中则是难溶的。
起多价螯合剂或螯合剂作用的EDTA-4Na及其衍生物广泛地用于染料、照相、化妆品、洗涤剂和合成树脂工业等中。它们用来通过形成金属离子的螯合物以避免产生与水或水溶液中的金属离子有关的问题。
它可按以下反应历程1在碱存在下在60-150℃通过乙二胺、NaCN与甲醛水溶液反应产生粗EDTA-4Na水溶液来制备。当在减压下除去副产物氨时，获得纯度约为40-50％的粗EDTA-4Na溶液。所述溶液仍含有大量杂质如未反应的反应物和副产物(JP 57-45425A，JP 56-39301A，USP2,860164)。
反应历程1
这些杂质限制了产物EDTA-4Na的应用，且其需要通过各种纯化方法来回收纯化的EDTA-4Na以在食品或化妆品工业等中使用。
基于对温度范围内溶解度的差异所进行的结晶过程无法有效地纯化EDTA-4Na，因为所述差异如图1所示是不明显的。
现已知四种典型的回收EDTA-4Na晶体的方法：
在一种所谓的“总干燥”方法中，使用喷雾干燥器对纯度约为40％的粗EDTA-4Na水溶液进行干燥。这种方法仅产生低纯度EDTA-4Na产物，不能获得高纯度产物。
在第二种方法中，用HCl将纯度约40％的粗EDTA-4Na水溶液调整至pH低于2，以沉淀不溶性酸形态的EDTA(USP 2860164)。所获得的酸形态的EDTA用大量的水洗涤以完全除去副产物盐并向其中添加4当量NaOH的以产生高纯度EDTA-4Na(反应历程2)。
反应历程2
Figure C9881197500041
        
虽然这种方法可制备出高纯度EDTA-4Na，但它仍存在一些与粗EDTA-4Na→EDTA→EDTA-4Na步骤有关的问题。即，粗EDTA-4Na与HCl的反应给出了含有大量副产物盐的反应废弃物，为了获得EDTA-4Na而向无Na的EDTA中添加NaOH增加了生产费用。
在第三种方法中，使用50％的NaOH来盐析EDTA-4Na晶体(JP62-61022B)。这种方法产生过量的含NaOH的废弃物，造成环境污染，使得其在商业上是不利的。
在第四种方法中，使用单一有机溶剂、尤其是甲醇来沉淀高纯度EDTA-4Na晶体。这种方法也存在一些问题：产率不令人满意，所获得的EDTA-4Na晶体的粒径分布范围宽，直径小于约30μm的微颗粒占很大比例，需要长过滤时间来回收，最终造成生产能力的下降(对比实施例2-9)。
因而，需要一种用于回收高纯度EDTA-4Na的新的有效方法。
本发明的目的之一是提供以经济方式以更高产率制备高度纯化的EDTA-4Na的方法。
本发明的另一目的是提供从含有EDTA-4Na和杂质的溶液中回收高度纯化的均一EDTA-4Na晶体的方法，其中所述溶液经过使用由甲醇和非甲醇的醇形成的混合溶剂进行的结晶过程。
本发明提供制备高度纯化的乙二胺四乙酸四钠盐(EDTA-4Na)晶体的方法，该方法包括以下步骤：
在碱存在下使乙二胺、NaCN和甲醛水溶液进行反应产生含EDTA-4Na和杂质的溶液；
使所述溶液经溶剂结晶以得到EDTA-4Na晶体；
回收EDTA-4Na晶体，
其中所述结晶溶剂是甲醇与非甲醇的醇形成的混合物。
通过如下详细说明本领域普通技术人员可清楚地看出本发明的以上和其它目的、特征和应用。
图1为描述EDTA-4Na在水中的溶解度随温度变化的曲线；
图2为描述EDTA-4Na在甲醇水溶液中的溶解度随甲醇含量变化的曲线；
图3为描述高纯度EDTA-4Na的回收率随甲醇∶乙醇(1∶1)混合物与粗EDTA-4Na比值变化的曲线。
本发明提供从含EDTA-4Na和杂质的溶液中回收高度纯化的EDTA-4Na晶体的新的和有效的方法，所述方法产生均一粒径晶体并消除与常规方法有关的费用问题。再有，它实现了醇结晶溶剂的循环。
EDTA-4Na通常通过在碱存在下在60-150℃使乙二胺、NaCN和甲醛水溶液进行反应来制备，产生含约40-50wt％粗EDTA-4Na的水溶液。然后除去副产物氨，并通过各种公知方法来纯化反应产物。
按照本发明，通过使乙二胺、NaCN和甲醛水溶液反应制备的含EDTA-4Na和杂质的溶液使用由甲醇和非甲醇的醇形成的混合物进行结晶。所述溶液通常含有约40-50wt％的EDTA-4Na。
本发明采用的由甲醇的醇可包括低级醇，特别是具有2-4个碳原子的那些，如乙醇、丙醇、丁醇或它们的异构体。甲醇与其它醇的混合比值范围为0.1-10.0∶1(重量)。混合溶剂与粗EDTA-4Na(纯度为40wt％)的比值范围为0.8-5.0∶1(重量)。
所述结晶过程可在40-70℃，优选50-70℃下进行。所产生的晶体的粒径分布窄，例如含有少于11wt％、优选少于10wt％的直径小于30μm的颗粒。
实施例
以下通过各种实施例对本发明进行进一步说明，这些实施例不应认为是对本发明范围的限制。
参考实施例1：
通过在20℃至60℃之间改变温度来测量EDTA-4Na在水的溶解度。结果示于图1中。如图1中可见，EDTA-4Na在水中的溶解度几乎保持恒定，不随温度变化。这表明通过改变温度进行结晶的过程不能在水中有效地获得EDTA-4Na晶体。
参考实施例2：
通过在0wt％至100wt％之间改变MeOH的浓度来确定EDTA-4Na在甲醇水溶液中的溶解度。结果示于图2中。如图2所示，随着甲醇浓度的增加EDTA-4Na的溶解度急剧下降。
对比实施例1：总干燥方法
在旋转真空干燥器中在80mmHg、95℃下对在参考实施例1中获得的含约40wt％EDTA-4Na的溶液(538g)进行干燥。所产生的EDTA-4Na在110℃恒温干燥器中再干燥3小时，获得253g EDTA-4Na(纯度85％)。
对比实施例2-9
将在参考实施例1中获得的粗EDTA-4Na(约40wt％)溶液(200g)引入置于恒温水浴中的装有回流冷凝器、温度计和搅拌器的1升5颈烧瓶中，并将温度调整至40至70℃。使用定量泵定量引入表1所示各种数量的甲醇，并进行表1所示30-360分钟的结晶过程。
过滤所产生的晶体浆状物，并在110℃的恒温箱中干燥3小时，产生纯化的EDTA-4Na。测量产率、纯度和粒径小于30μm的晶体比例(％)。结果示于表1。在表1中，产率按下式计算：
产率＝产物数量(g)/[粗EDTA-4Na数量(g)×浓度/100]×100
                                    表1
   MeOH(g)   结晶温度(℃)   甲醇添加时间(分)   产率(wt％)     纯度(wt％)  ＜30μm的比例(％)
对比实施例2    200   65   60   55     98.5  12
对比实施例3    400   65   60   85     98.1  22
对比实施例4    600   65   120   92     98.0  10
对比实施例5    400   50   60   65     98.0  18
对比实施例6    400   40   60   20     98.5  25
对比实施例7    600   65   360   93     98.3  11
对比实施例8    600   40   360   45     98.5  23
对比实施例9    400   65   30   83     98.1  15
如表1中可见，当仅使用甲醇作为结晶溶剂时，最高产率达到93％。然而，其缺点是最终产物含有10wt％-25wt％直径小于30μm的微颗粒，需要相当长的过滤时间。
另外，当使用乙醇、丙醇或丁醇取代甲醇进行相同的步骤时，所产生的EDTA-4Na晶体趋向于粘附在结晶设备的内壁上，或者也需要相当长的过滤时间。
实施例1-6
进行与对比实施例2-9相同的步骤，不同之处是使用表2中所示的重量比值的甲醇(MeOH)与乙醇(EtOH)混合物，而不是仅使用甲醇。结果示于表2中。
                                             表2
    MeOH∶EtOH比值     溶剂∶粗EDTA-4Na比值   结晶温度(℃)   产率(wt％)   纯度(wt％)    ＜30μm的比例(％)
实施例1     1∶1     2∶1   65   99   98.2    2
实施例2     1.4∶0.6     2∶1   65   95.5   98.5    5
实施例3     0.6∶1.4     2∶1   65   99.5   97.9    1
实施例4     1∶1     2.25∶1   65   100   98.5    2
实施例5     1∶1     2∶1   50   96.5   98.0    4
实施例6     1∶1     2∶1   40   75.3   97.9    11
如表2中的结果可见，与仅使用甲醇的常规方法相比，本发明的方法显著增加了产率，并给出了大的均一的EDTA-4Na晶体。
因而，对于其中结晶溶剂与粗EDTA-4Na的比值为2∶1、结晶温度为40℃的实施例6和对比实施例6而言，纯EDTA-4Na的产率分别为75.3％和20％。再有，这些实施例分别产生11％和25％直径小于30μm的颗粒。
当将其中结晶溶剂与粗EDTA-4Na的比值为2∶1、结晶温度为50℃的实施例5与对比实施例5进行对比时，纯EDTA-4Na的产率分别为96.5％和65％。再有，这些实施例分别产生4％和18％直径小于30μm的颗粒。
实施例7-12
进行与实施例1-6相同的步骤，不同之处是使用表3中所示的重量比值的甲醇(MeOH)与丙醇(PrOH)混合物，来取代甲醇/乙醇混合物。结果示于表3中。
                                            表3
 MeOH∶PrOH比值   溶剂∶粗EDTA-4Na比值   结晶温度(℃)   产率(wt％)   纯度(wt％)    ＜30μm的比例(％)
实施例7  1∶1   2∶1   65   95.4   97.9    3
实施例8  1.4∶0.6   2∶1   65   99.5   98.7    4
实施例9  0.8∶1.2   2∶1   65   95   97.5    0.5
实施例10  1.2∶0.8   2.25∶1   65   99   98.1    3.2
实施例11  1.2∶0.8   2∶1   50   90   98.0    4.2
实施例12  1.2∶0.8   2∶1   40   97.1   97.1    5.4
实施例13-16
进行与实施例1-6相同的步骤，不同之处是使用表4中所示的重量比值的甲醇(MeOH)与丁醇(BuOH)混合物，来取代甲醇/乙醇混合物。结果示于表4。
                                          表4
 MeOH∶BuOH比值     溶剂∶粗EDTA-4Na比值   结晶温度(℃)   产率(wt％)   纯度(wt％)    ＜30μm的比例(％)
实施例13  1.5∶0.5     2∶1   65   95.3   98.5    4.5
实施例14  1.7∶0.3     2.25∶1   65   98.8   98.5    3
实施例15  1.7∶0.3     2∶1   50   95.9   98.0    5
实施例16  1.7∶0.3     2∶1   40   55.4   97.9    10
实施例17-21
进行与实施例1-6相同的步骤，不同之处是，将结晶溶剂与粗EDTA-4Na的比值范围改变为0.67∶1至2∶1。纯EDTA-4Na的回收率示于图3中。
虽然以上详细叙述了本发明的优选实施方案，但应清楚的理解，对本领域普通技术人员而言显而易见的对其中教导的基本发明概念所做出的许多改变和/或改进仍属于所附权利要求书限定的本发明实质和范围。

Claims (5)

1.高度纯化的乙二胺四乙酸四钠盐EDTA-4Na晶体的制备方法，其中包括如下步骤：
在碱存在下使乙二胺、NaCN和甲醛水溶液进行反应以产生含EDTA-4Na和杂质的溶液；
使所述溶液经溶剂结晶以得到EDTA-4Na晶体；
回收EDTA-4Na晶体；
其中所述结晶溶剂是甲醇与非甲醇的醇形成的混合物。
2.权利要求1的制备高度纯化的EDTA-4Na晶体的方法，其中所述其它醇选自乙醇、丙醇、丁醇或其异构体。
3.权利要求1的制备高度纯化的EDTA-4Na晶体的方法，其中甲醇与其它醇的重量比值范围为0.1-10.0∶1。
4.权利要求1的制备高度纯化的EDTA-4Na晶体的方法，其中所述溶液含有约40wt％EDTA-4Na，且其中粗EDTA-4Na与结晶溶剂的比值范围为1∶0.8-5.0。
5.权利要求1的制备高度纯化的EDTA-4Na晶体的方法，其中所述结晶过程在约40℃至约70℃的温度下进行。
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