CN1336914A - 生产2－羟基－4－甲基硫代丁酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生产2－羟基－4－甲基硫代丁酸的方法,其中使用硫酸将2－羟基－4－甲基硫代丁腈转化成2－羟基－4－甲基硫代丁酰胺,然后向反应液体中加入包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液以得到包含2－羟基－4－甲基硫代丁酸的油层和包含硫酸氢铵和硫酸铵的水层,然后将一部分铵盐从水层中分离,并将如此得到的包含硫酸氢铵和硫酸铵的水层作为上述包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液再循环。按照本发明,可得到高质量的2－羟基－4－甲基硫代丁酸而无需有机溶剂并极大地降低了废水的量。

Description

生产2-羟基-4-甲基硫代丁酸的方法
本发明涉及一种生产可用作饲料添加剂和其它用途的2-羟基-4-甲基硫代丁酸的方法。更具体地说，本发明涉及一种生产2-羟基-4-甲基硫代丁酸的方法，它能够降低所得废水的量，并通过再循环和再利用在工艺反应之后形成的包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液而无需使用有机溶剂。
一般用于生产2-羟基-4-甲基硫代丁酸的已知方法包括，使用硫酸将2-羟基-4-甲基硫代丁腈进行水合并随后水解。常用于从得自上述反应的反应液体中分离所要2-羟基-4-甲基硫代丁酸的方法包括一种使用通常为甲基异丁基酮的有机溶剂作为萃取溶剂的方法(参见JP-B-7-97970)。
但使用有机溶剂的方法不能认为最佳，因为它需要花费溶剂并增加用于去除该溶剂所需的设备投资，增加环境负荷，而且必须多加小心以免最终产品被溶剂污染。
提出的另一方法包括，用氨中和包含在反应液体中的硫酸氢铵以形成硫酸铵，然后通过盐析从所得反应体系中分离出2-羟基-4-甲基硫代丁酸(参见美国专利4912257)。但该方法不太有利，因为它消耗大量硫酸和氨。
退一步说，上述方法在环境友善的角度上并不优选，因为它们使用了大量硫酸并生成大量的硫酸铵副产物。
另一方面，已经提出了一种方法，包括在反应之后通过分层从所得水层中分离出硫酸铵以回收硫酸氢铵水溶液，然后将该水溶液再循环至反应体系(参见日本专利申请9-248592)。该方法由于能够降低硫酸的用量，减少副产的硫酸铵的量并降低废水负荷而优选。但该方法难以显著地降低环境负荷，因为它使用一种醇，如甲醇用于相互分离硫酸铵和硫酸氢铵。
本发明人进行了深入的研究，目的是要提供一种用于生产2-羟基-4-甲基硫代丁酸的方法，它没有使用有机溶剂如甲醇和甲基异丁基酮，而且能够降低副产物硫酸铵的量和废水负荷，这是日本专利申请9-248592中公开的技术优点。结果已发现，在一种利用硫酸生产2-羟基-4-甲基硫代丁酸的方法中，(1)向水解反应体系中加入硫酸氢铵和硫酸铵的一种混合水溶液能够促进水解，(2)在上述反应之后迅速发生分层现象，(3)分层得到的油层可通过中和和过滤之类的操作提供一种在质量上相当于已有产品的2-羟基-4-甲基硫代丁酸产品，和(4)分层得到的水层可作为用于以上(1)的混合水溶液，通过随后的结晶和过滤之类的操作而再循环。本发明在以上发现的基础上完成。
即，本发明提供了一种生产2-羟基-4-甲基硫代丁酸的方法，包括以下步骤：
(A)将2-羟基-4-甲基硫代丁腈的水溶液接触硫酸以得到一种包含2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺的水溶液，
(B)将包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液加入步骤(A)所得溶液，得到一种包含2-羟基-4-甲基硫代丁酸的水溶液，
(C)使步骤(B)所得水溶液分成两层，即油层和水层，然后将油层和水层相互分离，
(D)将氨加入在步骤(C)中分离的油层以中和油层中至少部分的硫酸氢铵，形成硫酸铵的晶体或包括硫酸铵和硫酸氢铵的硫酸盐的晶体，然后从中和的油层中去除晶体以得到2-羟基-4-甲基硫代丁酸，
(E)冷却和/或浓缩在步骤(C)中分离的水层，得到一种包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液以及包括硫酸铵和硫酸氢铵的硫酸盐的晶体，然后
(F)将所有或部分的通过步骤(E)得到的包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液作为包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液再循环至步骤(B)。
图1是用方框图表示本发明方法的一个实施方案的流程图。
在本发明用于2-羟基-4-甲基硫代丁酸的方法中，进行了步骤(A)将2-羟基-4-甲基硫代丁腈的水溶液接触硫酸以得到一种包含2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺的水溶液，和步骤(B)向如此得到的水溶液中加入一种包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液以得到包含2-羟基-4-甲基硫代丁酸的水溶液。按照本发明，在步骤(B)所得水溶液中，因盐析的分层现象迅速发生。
在本发明中，在步骤(B)之后，进行步骤(C)：使步骤(B)所得水溶液分离成两层(有机层和水层)，然后将如此的得到的油层和水层相互分离。由所得油层，得到高质量的2-羟基-4-甲基硫代丁酸以及硫酸铵的晶体或包括硫酸铵和硫酸氢铵的硫酸盐的晶体，在步骤(D)，通过向油层中加入氨(包括氨水)以中和油层中至少部分的硫酸氢铵以形成硫酸铵，然后通过油层浓缩之类的操作，将硫酸铵的晶体或包括硫酸铵和硫酸氢铵的硫酸盐的晶体从油层中沉积和分离。
由分层所得的水溶液，将包括硫酸铵和硫酸氢铵的晶体沉积和分离，然后在步骤(E)中，通过合适的结晶操作，如浓缩和/或冷却，将所有或部分的如此得到的包含硫酸铵和硫酸氢铵的水溶液再循环并用作在步骤(B)中使用的包含硫酸铵和硫酸氢铵的溶液。
在本发明中，在通过将2-羟基-4-甲基硫代丁腈用硫酸进行水合并随后水解来生产2-羟基-4-甲基硫代丁酸时，将包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液在水解反应时加入，这样利用在反应之后因盐析而发生的分层。
在本发明中，在其中将2-羟基-4-甲基硫代丁腈水溶液接触硫酸以进行水合的步骤(A)中，优选将2-羟基-4-甲基硫代丁腈水溶液滴加到硫酸中，这样水合反应迅速进行。硫酸的用量通常为约0.5-1.0摩尔，优选约0.6-0.8摩尔，相对1摩尔的2-羟基-4-甲基硫代丁腈。如果使用98％的浓硫酸，2-羟基-4-甲基硫代丁腈水溶液的水含量优选约20-30％重量。硫酸也可在用水预稀释之后使用。反应温度合适地为约40-70℃。反应时间通常为约1-3小时，包括用于滴加的时间，但它可根据硫酸用量而变化。
在其中通过加入包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液来进行水解的步骤(B)中，该水溶液包含的水量优选为用于步骤(A)水合的硫酸的重量的约1-2倍。硫酸氢铵的加入产生促进水解的作用，且合适的硫酸铵加入量不会引起盐，即硫酸铵在加入硫酸铵的水溶液中的沉积，也不会在反应体系于水解反应之后仍保持高温时引起这些盐的沉积。其加入能够极大地促进在反应之后的自然分层的硫酸铵的用量范围优选为约0.1-0.7倍，更优选约0.4-0.6倍硫酸氢铵的重量，因为加入太多的盐会减缓水解的进程。如果包含硫酸铵的水溶液的加入量超过约0.7倍，反应有时比在加入不含硫酸盐的水的情况下稍后完成。
用于步骤(B)的包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液的量优选应使水溶液中的硫酸铵的量落入相对1摩尔2-羟基-4-甲基硫代丁腈约0.1-0.4摩尔的范围內。
用于步骤(B)的包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液可包含除硫酸氢铵和硫酸铵之外的组分，例如有机物质如2-羟基-4-甲基硫代丁酸，只要它们不抑制水解，也不会破坏最终产品的质量。
尽管并不特别限定水解反应的温度，但它优选为90-130℃，因为反应温度越高，反应越容易进行。由于本发明体系中的反应液体在大气压下的沸点为约115℃，因此反应优选在该温度附近进行。如果要求较短的反应时间，反应可通过使用耐压反应装置在加压下在高温下进行。
尽管反应时间根据硫酸和硫酸铵之类盐的用量而变化，但它通常为约2-5小时。
水解通常在搅拌下进行。水解之后，如果停止搅拌并放置反应液体，该液体会分离成两层，油层和水层(步骤(C))。温度越高分层进行越快；但并不总是需要加热该液体，因为分层是一个在水解反应之后、通常在高温下进行的操作。根据盐(硫酸氢铵和硫酸铵)在步骤(B)中的用量，盐可能的沉积的同时降低反应液体的温度，因此该液体有时可优选保持温热。分层速率极大地取决于硫酸铵等的量以及体系的水含量。用于促进分层进程的最简单的实用方法是浓缩该液体。
油层和水层的组成受在水解时使用的硫酸氢铵和硫酸铵的量，尤其是硫酸铵的量的影响。硫酸铵在体系中的含量越高，更多的2-羟基-4-甲基硫代丁酸往往分布到油层侧，且更多的硫酸盐往往分布到水层侧。
向分层之后的油层中加入氨，将留在油层中的至少部分的硫酸氢铵中和成硫酸铵(步骤(D))。氨的加入量优选为相对留在油层中的硫酸氢铵的约0.2-3倍(摩尔)。更优选的氨加入量取决于所要2-羟基-4-甲基硫代丁酸产品的水含量。例如，如果所得产品的水含量为约4-10％重量，那么氨的加入量优选为相对留在油层中的硫酸氢铵的约1-3倍(摩尔)；如果所得产品的水含量低于约4％重量，更具体地约3.5％或更低，尤其是约2％重量或更低，那么氨的加入量优选为相对剩余硫酸氢铵的约0.2-1.4倍(摩尔)。
所用的氨源可以是氨气、液氨和氨水溶液中的任一种，但如果在中和之后进行浓缩操作，建议使用氨气或液氨。
通过过滤之类的操作，由中和之后所得的淤浆(加氨层)中分离出硫酸铵的晶体或包括硫酸铵和硫酸氢铵的硫酸盐的晶体，这样得到2-羟基-4-甲基硫代丁酸以形成目标产品。如果硫酸铵和其它盐的分离晶体包含不可忽略量的2-羟基-4-甲基硫代丁酸，所含2-羟基-4-甲基硫代丁酸可这样回收：用合适量的水洗涤这些盐的晶体，然后将洗涤滤液返回至油层中和步骤，或将这些盐的晶体混入在水解之后通过分层而得到的水层中。
另外，浓缩可在通过过滤等进行的分离操作之前进行，这样可以降低留在所得2-羟基-4-甲基硫代丁酸中的硫酸铵的量。例如，如果淤浆浓缩至其水含量达到相对淤浆中液体部分的约10％重量或更低，并随后进行分离操作，如过滤，那么最终产品中的硫酸铵的含量可降至以硫酸盐离子(SO4 -2离子)计1％重量或更低，而无需进行任何其它的操作。如果要求较短的过滤时间，升高淤浆的温度最为有效。
如果在分离操作之前适当控制加入油层的氨量和淤浆的水含量，可得到较高质量的2-羟基-4-甲基硫代丁酸。例如，所得2-羟基-4-甲基硫代丁酸产品可具有不超过1％重量的在产品中的硫酸盐离子浓度(在向其中加入水之后测定以得到通过电位计测定为约89％重量的2-羟基-4-甲基硫代丁酸含量)，具有不超过90cSt的动态粘度，并因此具有优异的使用性。
如果用于中和的氨的量太低，包含在产品中的硫酸盐离子的浓度往往太高；另一方面，如果过量加入氨，产品的动态粘度有时太高。如果淤浆在分离操作之前的水含量高，产品中的硫酸盐离子浓度和动态粘度两者都高。因此，如果要求得到具有低动态粘度和低硫酸盐离子浓度的产品，可建议用合适的少量氨进行中和并随后在浓缩操作中从淤浆中蒸馏掉大量水。
例如，如果加入油层的氨的量为相对在分层之后所得油层中所含的硫酸氢铵的约0.2-1.4摩尔当量，然后将淤浆浓缩至该淤浆的水含量达到相对淤浆中液体部分的3.5％重量或更低，随后将该淤浆进行分离操作而不进行任何其它的操作，可得到一种特定的2-羟基-4-甲基硫代丁酸产品。该产品的硫酸盐离子(SO4 -2离子)浓度不超过约1％重量且动态粘度不超过约90cSt(在向其中加入水之后测定以得到通过电位计测定为约89％重量的2-羟基-4-甲基硫代丁酸含量)。
为了以一种简单易行的方式控制中和，可利用pH值进行控制。在这种情况下，具有上述高质量的2-羟基-4-甲基硫代丁酸可通过加入氨以使油层在25℃下的pH值为约0.4-2而得到。中和操作还可在高温下进行，且可利用在高温下测定的pH值来进行控制。
另外，如果加入淤浆的氨的量为相对在分层之后所得油层中所含的硫酸氢铵的约0.2-1.4摩尔当量(或加入氨直到油层在25℃下的pH值为约0.4-2)，然后将淤浆浓缩至其水含量达到相对淤浆中液体部分的2％重量或更低并随后将该淤浆进行分离操作而不进行任何其它的操作，可得到另一种特定的2-羟基-4-甲基硫代丁酸产品。该产品的硫酸盐离子(SO4 -2离子)浓度不超过约1％重量且动态粘度不超过80cSt(在向其中加入水之后测定以得到通过电位计测定为约89％重量的2-羟基-4-甲基硫代丁酸含量)。
在本发明中，通过浓缩和/或冷却分层得到的水层并随后进行过滤之类的操作，包含硫酸氢铵和硫酸铵的盐分离成沉积物并得到包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液(步骤(E))。以上得到的水溶液还包含2-羟基-4-甲基硫代丁酸。将一部分或整个溶液照原样或在已调节其水含量之后用作加入步骤(B)中水解反应的水溶液(步骤(F))。硫酸氢铵与硫酸铵在水溶液中的比率可通过在得到硫酸铵等的盐的上述沉积物时控制浓缩和/或冷却的结晶条件而变化。最佳的结晶条件极大地取决于硫酸铵等的盐在水层中的组成。因此，如果例如通过冷却来沉积盐，可建议这样确定合适的结晶条件：初步准备出硫酸铵和硫酸氢铵在实际所得水层中的溶解度曲线，然后假定一个冷却温度并估计所得滤液在该温度下的盐组成。
如此得到的盐晶体包含硫酸氢铵和硫酸铵的混合物，如果要求将它们回收成硫酸铵，优选通过氨中和来进行回收。氨可以任何形式的氨气、液氨和氨水溶液来使用。如果晶体包含少量的2-羟基-4-甲基硫代丁酸，优选将氨水溶液接触该晶体以用于中和和洗涤，然后将所得产品进行分离操作如过滤等，这样将2-羟基-4-甲基硫代丁酸回收到液体侧。
这种氨中和也可在将上述盐晶体与硫酸铵和在其它步骤中生长的其它盐，例如在油层中和之后从所得淤浆中分离出的硫酸铵等结合之后来进行。这样，在多个场所生长的硫酸铵等的盐可一起处理。
通过这种中和操作得到的硫酸铵包含少量的2-羟基-4-甲基硫代丁酸。如果硫酸铵的水溶液与活性炭接触并随后进行结晶之类的操作，可得到高质量的结晶硫酸铵作为副产物。这时，2-羟基-4-甲基硫代丁酸被吸附到活性炭上；这不仅防止2-羟基-4-甲基硫代丁酸在硫酸铵回收体系中的聚集，而且能够去除恶臭组分如硫化物。毋庸置疑，如果将活性炭在氨中和之前，即，在硫酸铵和硫酸氢铵的混合水溶液的状态下接触这些盐。
以下根据以方框图形式表示的流程图(图1)来描述本发明的一个实施方案。
首先，将浓硫酸放在反应容器中并向其中滴加2-羟基-4-甲基硫代丁腈。滴加完成之后，将所得混合物保持1-2小时以进行水合。这时的液体温度为40-70℃。然后，加入通过下述方法的包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液，将所得混合物加热至115℃并保持2-5小时以进行水解反应。
然后将反应液体放置并分离成两层，然后将如此形成的油层和水层相互分离。
向油层中加入氨，将溶解在该层中的硫酸氢铵中和成硫酸铵，得到一种淤浆。然后将该淤浆浓缩直到该淤浆的水含量达到10％重量或更低，优选3％重量或更低，然后过滤去除硫酸铵，留下一种包含2-羟基-4-甲基硫代丁酸产品的滤液。
将水层通过冷却和/或浓缩进行结晶操作，然后过滤分离沉积的硫酸氢铵和硫酸铵，留下一种包含硫酸铵、硫酸氢铵和2-羟基-4-甲基硫代丁酸的水溶液作为滤液。将该水溶液在已调节其水含量之后再循环并用作在水解时加入的水溶液。
在上述滤液中得到的沉积盐包含硫酸氢铵。因此，如果要求将其有效利用成硫酸铵，用氨将其中和以完全回收成硫酸铵。此外，沉积盐包含一些粘附其上的2-羟基-4-甲基硫代丁酸。该酸可通过在氨中和之后用水洗涤该盐，或通过用同时用于中和和洗涤的氨水溶液洗涤该盐而回收。
如上所述，按照本发明的方法，在生产2-羟基-4-甲基硫代丁酸时，
(1)向2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺的水解步骤中加入包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液可促进包含水解形成的2-羟基-4-甲基硫代丁酸的反应液体的分层为两层(油层和水层)，这样可分离出高质量的2-羟基-4-甲基硫代丁酸而无需有机溶剂，和
(2)分层得到的水层可在简单操作之后作为硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液再循环至反应体系。
因此，本发明可构成一种无需有机溶剂并产生很小废水负荷的方法。即，本发明极具工业价值，不仅降低了生产成本，而且对环境友善。
本发明通过以下实施例来详细描述，但并不局限于此。
实施例1
搅拌下，在30分钟內，向196.8克(1.4摩尔)70％硫酸水溶液中滴加294.1克(2.0摩尔)89.2％的2-羟基-4-甲基硫代丁腈水溶液。反应混合物在以上滴加过程中的內部温度控制在50℃附近。滴加完成之后，再搅拌所得混合物2小时，同时将內部温度保持在50℃以进行水合。
向所得混合物中随后分别加入以下物质：
(a)228.7克水，
(b)94.0克硫酸氢铵溶解在228.7克水中的溶液，
(c)94.0克硫酸氢铵和39.6克硫酸铵溶解在228.7克水中的溶液，
(d)94.0克硫酸氢铵和52.8克硫酸铵溶解在228.7克水中的溶液
(e)94.0克硫酸氢铵和79.3克硫酸铵溶解在228.7克水中的溶液。将所得混合物在搅拌下保持在115℃以进行中和。伴随时间流逝(从加入以上(a)-(e)所述溶液开始流逝)的水解变化在表1中针对2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺转化率给出。分析通过液相色谱进行。
                            表1
用于水解的溶液 1小时 2小时 3小时 4小时 5小时
    (a) 97.16％ 99.24％ 99.79％ 99.89％ 99.93％
    (b) 99.16％ 99.91％ 99.97％ 100％ 100％
    (c) 99.57％ - 99.88％ - 99.98％
    (d) - - 99.83％ - 99.94％
    (e) 93.92％ 98.36％ 99.52％ 99.76％ 99.93％
实施例2
将加入实施例1的(a)-(e)进行水解之后，将每种混合物放置并分离成两层。然后将该混合物保持在70℃并放置以相应地将油层和水层相互分离。然后分析相应层的2-羟基-4-甲基硫代丁酸(在表中简称HMBA)、硫酸氢铵和硫酸铵的相应含量。所得结果在表2(对于油层)和表3(对于水层)中给出。
油层和水层的组分分析通过2-羟基-4-甲基硫代丁酸的液相色谱以及硫酸氢铵和硫酸铵的离子色谱来进行。单位都以摩尔计。
                表2油层的组分
用于水解的溶液     HMBA   硫酸氢铵     硫酸铵
    (a)               没有油水分离
    (b)     1.714     0.532     0.244
    (c)     1.790     0.335     0.168
    (d)     1.850     0.277     0.189
    (e)     1.868     0.202     0.193
                    表3水层的组分
用于水解的溶液     HMBA   硫酸氢铵     硫酸铵
    (a)               没有油水分离
    (b)     0.246     1.049     0.372
    (c)     0.159     1.235     0.738
    (d)     0.141     1.214     0.863
    (e)     0.121     1.256     1.082
实施例3
用足够量的25％氨水溶液(45克)中和在实施例2的(c)中得到的油层(456.1克)中的硫酸氢铵。将所得液体分成6份。每份浓缩成表4所示的浓缩比率，然后冷却至室温并过滤得到2-羟基-4-甲基硫代丁酸产品作为滤液。在每个浓缩比率下得到的产品中的水含量和硫酸盐离子浓度在表4中给出
                                    表4
浓缩比率   100％(Not concentrated) 86％ 84％ 82％ 80％ 76％
水含量   24.5％ 14.0％ 12.7％ 10.4％ 8.5％ 3.3％
硫酸盐离子   6.2％ 1.8％ 1.4％ 0.95％ 0.62％ 0.23％
实施例4
进行以下的操作(1)-(4)。
(1)在30分钟内，在搅拌下，向98.6克(0.7摩尔)71％硫酸中滴加148克(1.0摩尔)88.7％的2-羟基-4-甲基硫代丁腈水溶液，然后将所得混合物在搅拌下放置90分钟。
(2)使用70克(0.6摩尔)硫酸氢铵、33克(0.25摩尔)硫酸铵和114克水，制备出一种硫酸盐水溶液。将该溶液加入在以上(1)中得到的反应混合物中，然后将所得混合物在115℃下反应4小时。将反应之后的混合物放置并分离成两层(油层和水层)，然后将这些层相互分离。
(3)向以上(2)中得到的油层中加入13.6克(0.2摩尔)25％氨水溶液，然后将所得混合物浓缩直到油层的水含量相对该混合物中的液体部分达到10％或更低。然后，通过过滤，得到在滤液中的2-羟基-4-甲基硫代丁酸产品和在滤饼中的硫酸铵。
(4)将以上(2)中得到的水层冷却至30℃，然后过滤分离出沉积的硫酸铵。从体系中取出约5-10％的滤液，以使滤液中的组成和硫酸盐的量恒定。将水加入剩余滤液中以使滤液中的水量为114克，这样制备出一种硫酸盐水溶液。
按照上述的相同方式，只是使用在以上(4)中制备的硫酸盐水溶液替代在(2)中使用硫酸氢铵和硫酸铵制备的水溶液，重复上述(1)-(4)的操作3次。
表5给出了2-羟基-4-甲基硫代丁酸(包括其二聚体；单位：摩尔)在油层和水层中的含量，所述含量分别针对上述4次重复实验来测定。分析通过液相色谱来进行。
                    表5
  实验的次数   在油层中   在水层中
    第1次     0.926     0.073
    第2次     0.945     0.078
    第3次     0.968     0.070
    第4次     0.943     0.072
表6给出了硫酸氢铵(摩尔)与硫酸铵(摩尔)在加入(2)的硫酸盐水溶液中的比率、硫酸氢铵(摩尔)与硫酸铵(摩尔)在(2)中所得的水层中的比率、以及硫酸氢铵(摩尔)与硫酸铵(摩尔)在从(4)中水层分离出的硫酸盐晶体中的比率。分析通过将使用氢氧化钠的中和滴定和离子色谱结合来进行。
                             表6
在(2)中得到的水层的组成* 水层 在(4)中得到的硫酸盐的组成*
    第1次 0.600/0.250 - 0.205/0.186
    第2次 0.605/0.269 0.879/0.500 0.198/0.186
    第3次 0.608/0.270 0.862/0.506 0.228/0.200
    第4次 0.606/0.267 0.902/0.514 0.205/0.187
注：*：硫酸氢铵/硫酸铵的摩尔比
表5和6的结果表明，在反应之后得到的油层和水层的组成、以及硫酸盐水溶液和通过结晶从水层中分离出的硫酸盐晶体的组成在整个实验中是恒定的和稳定的。
表7给出了在重复4次的实验中得到的产品的组成。2-羟基-4-甲基硫代丁酸及其二聚体通过液相色谱，硫酸盐离子通过离子色谱，和水含量利用Karl Fischer法通过湿度计来分析。颜色由Gardner颜色标度来表示。
                                表7
  HMBA   HMBA二聚体  硫酸盐离子   水含量   颜色
  第1次   76.19％   15.26％   0.38％   6％   13
  第2次   75.54％   14.66％   0.62％   7％   13
  第3次   74.58％   15.08％   0.59％   8％   13
  第4次   68.77％   13.55％   1.65％   14％   13
以上所得结果表明，所得产品具有几乎恒定的组成，但产品中的硫酸盐离子含量仅在第4次操作时高，因为在操作(3)时浓缩不足。
实施例5
作为第一次实验，进行以下的操作(1)-(8)。
(1)在30分钟內，在搅拌下，向197.9克(1.4摩尔)69.3％硫酸中滴加293克(2.0摩尔)89.6％的2-羟基-4-甲基硫代丁腈水溶液，然后将所得混合物在搅拌下放置90分钟。
(2)使用140克(1.2摩尔)硫酸氢铵、66克(0.5摩尔)硫酸铵和228克水，制备出一种硫酸盐水溶液。将该溶液加入在以上(1)中得到的反应混合物中，然后将所得混合物在115℃下反应4小时。将反应之后的混合物放置并分离成两层，然后将这些层相互分离。
(3)向以上(2)中得到的油层中加入在(4)中得到的洗涤滤液(但没有用于第一次实验)和20克25％氨水溶液，然后将所得混合物浓缩直到油层的水含量相对该混合物中的液体部分达到10％或更低。然后，通过过滤，得到在滤液中的目标产品和在滤饼中的硫酸铵晶体。
(4)将在(3)中得到的硫酸铵用30克水洗涤并过滤得到硫酸铵和洗涤滤液。
(5)将水层冷却至25℃，然后过滤分离出沉积的硫酸铵。然后，从体系中取出0-约10％的滤液，以使滤液中的组成和硫酸盐的量恒定。将水加入剩余滤液中以使滤液中的水量为228克，这样制备出一种硫酸盐水溶液。
(6)将在(4)和(5)中形成的部分的硫酸铵和滤液溶解在300-400克水中。向该溶液中加入在(8)中得到的滤液(但没有用于第一次实验)和30-40克25％氨水溶液，得得到一种硫酸铵水溶液。
(7)向在(6)中得到的硫酸铵水溶液中加入6-7克(对应于1％质量的水溶液)活性炭。将所得混合物在室温下搅拌1小时，然后过滤。
(8)将在(7)中得到的滤液在减压下浓缩，直到浓缩比率达到40％，然后在室温下过滤得到硫酸铵晶体。
按照上述的相同方式，只是使用在以上(5)中制备的硫酸盐水溶液替代在(2)中使用硫酸氢铵和硫酸铵制备的水溶液，重复上述(1)-(8)的操作5次。
表8给出了在上述6次实验中每次实验的操作(3)中所得产品的量、产率和2-羟基-4-甲基硫代丁酸含量。分析通过液相色谱来进行。
                     表8
   所得的量    HMBA含量      产率
    第1次     237.2g     98.6％     79.0％
    第2次     323.5g     92.8％     99.9％
    第3次     304.7g     93.5％     94.9％
    第4次     292.8g     92.3％     90.0％
    第5次     328.1g     90.6％     99.0％
    第6次     312.3g     97.5％     101.4％
在表8中，第一次和第4次的产率低。对于第一次，这是因为，粘附到在油层浓缩之后过滤得到的硫酸盐晶体上的2-羟基-4-甲基硫代丁酸被携带到第2次和第2次之后。对于第4次，这是因为，过滤时间比在其它次实验时设定更短并因此更多的2-羟基-4-甲基硫代丁酸粘附到硫酸盐晶体上。无论如何，由于几乎所有的粘附HMBA在下一次及其之后回收，第2次实验及其之后的平均产率高至97％或更多。
表9给出了在上述重复6次的实验中，在(4)中得到的洗涤滤液的量和2-羟基-4-甲基硫代丁酸(包括二聚体；摩尔)在洗涤滤液中的含量。
                  表9
 洗涤滤液的量       HMBA
    第1次     142.2g     0.21mole
    第2次     145.9g     0.15mole
    第3次     120.2g     0.18mole
    第4次     158.0g     0.36mole
    第5次     187.4g     0.27mole
    第6次     186.9g     0.24mole
表10给出了在上述重复6次的实验中，在(5)中制备的硫酸盐水溶液(用于下次实验(2)的溶液)的组成(摩尔)。相应的硫酸盐通过离子色谱来分析。
                            表10
  硫酸氢铵   硫酸铵   HMBA
    第1次   1.200moles   0.500mole   -
    第2次   1.316moles   0.549mole   0.14mole
    第3次   1.22lmoles   0.581mole   0.09mole
    第4次   1.188moles   0.500mole   0.09mole
    第5次   1.277moles   0.590mole   0.10mole
    第6次   1.190moles   0.419mole   0.10mole
表11给出了在上述重复6次的实验中，在(6)中得到的硫酸铵水溶液中的2-羟基-4-甲基硫代丁酸(包括二聚体；摩尔)含量、以及在(7)活性炭处理之后所得溶液中所含的2-羟基-4-甲基硫代丁酸(包括二聚体；摩尔)的量。
                    表11
在(6)中得到的水溶液(在活性炭处理之前) 在(7)中得到的水溶液(在活性炭处理之前)
    第1次     0.026mole     0.008mole
    第2次     0.016mole     0.006mole
    第3次     0.018mole     0.006mole
    第4次     0.010mole     0.004mole
    第5次     0.048mole     0.014mole
    第6次     0.018mole     0.006mole
表12给出了在重复6次的上述实验中，在(8)中得到的硫酸铵晶体中的恶臭组分(二甲基硫、二甲基二硫)的浓度。恶臭组分通过顶部空间气相色谱来分析。
                    表12
    二甲基硫     二甲基二硫
    第1次     0.04ppm     0.02ppm
    第2次     0.04ppm     ≥0.01ppm
    第3次     ≥0.01ppm     ≥0.01ppm
    第4次     ≥0.01ppm     0.03ppm
    第5次     0.08ppm     0.04ppm
    第6次     没有测定     没有测定
    无活性炭处理     0.20ppm     0.10ppm
实施例6
进行与实施例4的(1)和(2)相同的操作以得到油层，然后用0-8.6克25％氨水溶液(对应于0-1.2摩尔当量，相对用于(2)的硫酸氢铵)，然后用蒸发器蒸发掉水。将所得淤浆在70℃下过滤，然后测定滤液的水含量和2-羟基-4-甲基硫代丁酸含量。
 然后，将水加入滤液以使其中的2-羟基-4-甲基硫代丁酸含量为89.0％重量，这样制备出产品。
2-羟基-4-甲基硫代丁酸的含量通过电位滴定，水含量通过KarlFischer法，硫酸盐离子通过离子色谱，和动态粘度通过Cannon-Fenske粘度计在25℃来测定。
表13给出了氨的量、油层在25℃下的pH值、滤液的水含量(％重量)、产品中的硫酸盐离子浓度(％重量)和如此测定的动态粘度(cSt)。
                                    表13
    氨量*  油层pH值(25℃) 滤液的水含量(％重量) 硫酸盐离子浓度(％重量) 动态粘度(cSt)-
    0     0.2     0.63     2.04     -
    0     0.2     1.63     2.32     -
    0.1     0.36     0.57     0.91     -
    0.1     0.36     1.85     1.17     -
    0.1     0.36     2.60     1.43     -
    0.2     0.41     0.90     0.52     66.5
    0.2     0.41     2.30     0.76     74.3
    0.2     0.41     2.90     0.86     80.0
    0.3     0.59     0.70     0.43     73.5
    0.3     0.59     1.70     0.58     77.1
    0.3     0.59     2.50     0.69     78.1
    0.4     0.65     1.20     0.61     73.3
    0.4     0.65     2.20     0.75     78.6
    0.4     0.65     3.10     0.97     80.5
    0.7     0.88     1.10     0.60     73.8
    0.7     0.88     1.99     0.73     78.3
    0.7     0.88     2.91     0.87     81.9
    0.7     0.88     3.88     1.09     84.8
    0.8     0.99     0.90     0.54     74.7
    0.8     0.99     1.94     0.71     78.6
    0.8     0.99     3.08     0.85     79.1
    0.8     0.99     3.92     1.04     80.0
    0.9     1.10     0.80     0.53     72.8
    0.9     1.10     2.03     0.70     80.3
    0.9     1.10     2.64     0.80     79.1
    0.9     1.10     3.58     1.02     88.9
    1.0     1.27     1.00     0.54     70.9
    1.0     1.27     2.09     0.70     74.5
    1.0     1.27     2.85     0.85     78.6
    1.0     1.27     3.72     0.99     84.4
    1.0     1.27     4.67     1.31     -
    1.1     1.53     0.66     0.57     69.4
    1.1     1.53     1.66     0.73     74.0
    1.1     1.53     2.86     0.89     80.7
    1.2     1.73     0.81     0.40     69.7
    1.2     1.73     1.99     0.55     76.2
    1.2     1.73     3.34     0.65     78.6
注：
*：单位为相对油层中硫酸氢铵的摩尔当量
-：没有测定

Claims (14)

1.一种生产2-羟基-4-甲基硫代丁酸的方法，包括以下步骤：
(A)将2-羟基-4-甲基硫代丁腈的水溶液接触硫酸，得到一种包含2-羟基-4-甲基硫代丁酰胺的水溶液，
(B)将包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液加入步骤(A)所得溶液，得到一种包含2-羟基-4-甲基硫代丁酸的水溶液，
(C)使步骤(B)所得水溶液分离成油层和水层两层，然后将油层和水层相互分离，
(D)将氨加入在步骤(C)中分离的油层以中和油层中至少部分的硫酸氢铵，形成硫酸铵的晶体或包括硫酸铵和硫酸氢铵的硫酸盐的晶体，然后从中和的油层中去除晶体以得到2-羟基-4-甲基硫代丁酸，
(E)冷却和/或浓缩在步骤(C)中分离的水层，得到一种包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液以及包括硫酸铵和硫酸氢铵的硫酸盐的晶体，然后
(F)将所有或部分的通过步骤(E)得到的包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液作为包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液再循环至步骤(B)。
2.根据权利要求1的方法，其中在步骤(A)中，硫酸的用量是相对2-羟基-4-甲基硫代丁腈的0.6-0.8摩尔当量。
3.根据权利要求1的方法，其中步骤(B)中的包含硫酸氢铵和硫酸铵的水溶液包含以重量计其量为硫酸氢铵0.1-0.7倍的硫酸铵。
4.根据权利要求1的方法，其中步骤(E)还包括，用氨中和包括硫酸铵和硫酸氢铵的硫酸盐的晶体以回收作为硫酸铵的硫酸盐的步骤。
5.根据权利要求1的方法，其中步骤(D)还包括，用水洗涤硫酸铵的晶体或包括硫酸铵和硫酸氢铵的硫酸盐的晶体并将所有或部分的洗涤液用于步骤(D)的中和作用。
6.根据权利要求1的方法，它还包括以下步骤：
(G)将在(D)、(E)和(F)中一个、两个或三个步骤得到的所有或部分硫酸铵和/或硫酸氢铵溶解在水中，然后用氨中和所得溶液以得到硫酸铵水溶液。
7.根据权利要求6的方法，其中步骤(G)还包括将所有或部分的硫酸铵水溶液接触活性炭的步骤。
8.根据权利要求1的方法，其中在步骤(D)中，将氨以相对油层中硫酸氢铵约0.2-3摩尔当量的量加入油层中，然后浓缩该加氨层直到该层包含相对该层中液体部分的10％重量或更低的水。
9.根据权利要求1的方法，其中在步骤(D)中，将氨加入油层中使得所得层在25℃下的pH值落入0.4-2.0的范围內，然后浓缩该加氨层直到该加氨层包含相对该加氨层中液体部分的约3.5％重量或更低的水。
10.根据权利要求9的方法，其中浓缩该加氨层直到该加氨层包含相对该加氨层中液体部分的约2％重量或更低的水。
11.根据权利要求1的方法，其中在步骤(D)中将氨以相对油层中硫酸氢铵约1-3摩尔当量的量加入油层中，然后浓缩该加氨层直到该加氨层包含相对该加氨层中液体部分的约4-10％重量或更低的水。
12.根据权利要求1的方法，其中在步骤(D)中将氨以相对油层中硫酸氢铵约0.2-1.4摩尔当量的量加入油层中，然后浓缩该加氨层直到该加氨层包含相对该加氨层中液体部分的约3.5％重量或更低的水。
13.根据权利要求1的方法，其中在步骤(D)中将氨以相对油层中硫酸氢铵约0.2-1.4摩尔当量的量加入油层中，然后浓缩该加氨层直到该加氨层包含相对该加氨层中液体部分的约2％重量或更低的水。
14.根据权利要求1的方法，其中在步骤(D)中，晶体从油层中的去除在约40℃或更高的温度下进行。
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