DE69907943T2

DE69907943T2 - Verfahren zur herstellung von methionin

Info

Publication number: DE69907943T2
Application number: DE69907943T
Authority: DE
Inventors: Herve Ponceblanc; Olivier Favre-Bulle; Georges Gros
Original assignee: Aventis Animal Nutrition SA
Current assignee: Adisseo France SAS
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2019-10-30
Also published as: AR021232A1; EP1124799B1; FR2785609A1; ES2198152T3; FR2785609B1; US6417395B1; JP4594528B2; JP2003524608A; AU6348399A; ATE240292T1; CN1325383A; BR9915254A; EA003024B1; CN1211360C; EA200100514A1; UA59475C2; DE69907943D1; PT1124799E; WO2000027809A1; EP1124799A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Aminoamids von Methionin. Sie betrifft außerdem die Herstellung von Methionin ohne gleichzeitige Darstellung von Salzen, ausgehend von einer wässrigen Lösung, die in der Hauptsache das Aminonitril von Methionin (oder 2-Amino-4-methylthiobutyronitril, bezeichnet AMTBN) enthält, durch die Darstellung des Aminoamids im Laufe einer ersten Stufe, gefolgt von zwei ergänzenden Stufen.
Das Verfahren zur Herstellung des Aminoamids von Methionin (oder 2-Amino-4-methylthio-butyramid, bezeichnet AMTBM), besteht aus dem Hydratisieren des Aminonitrils von Methionin in Gegenwart eines Katalysators vom Keton-Typ und eines basischen Harzes vom OH-Typ. Diese Hydratisierung erlaubt es, eine Lösung zu erhalten, die das Aminoamid von Methionin enthält und die vollkommen frei von Mineralsalzen ist.
Das Verfahren zur Herstellung von Methionin besteht aus einem Verfahren in drei Stufen, von denen die erste Stufe vorhergehend beschrieben wurde:

– das Aminonitril wird in Gegenwart eines Katalysators vom Keton-Typ und eines basischen Harzes vom OH-Typ zum Aminoamid von Methionin hydratisiert,
– das Aminoamid von Methionin wird auf verschiedenen möglichen Wegen zum Ammoniummethionat hydratisiert:
– auf chemischem Weg mit homogener Katalyse wie zum Beispiel der Hydrolyse durch Ammoniak,
– auf chemischem Weg mit heterogener Katalyse wie zum Beispiel einer durch Oxide katalysierten Hydrolyse,
– auf enzymatischem Weg,
– schließlich wird das Methionin, ausgehend vom Ammoniummethionat, nach Abziehen des Ammoniaks durch Stripping gewonnen.

Es ist bekannt, zum Bespiel gemäß den Patenten EP 84470 oder EP 168282 , dass die Hydratation eines Aminonitrils an einem mit Gruppen vom Keton-Typ (-(C=O)-) bestückten Polymerharz, in Gegenwart von Hydroxidionen durchgeführt werden kann. Die Umsetzung eines solchen Verfahrens, bei dem ein starkes Alkali (Soda, Pottasche, ...) zur Bereitstellung der für die Katalyse notwendigen Hydroxidionen verwendet wird, führt zum Erhalt eines Aminoamids, das durch die jeweiligen Alkalien verunreinigt ist.
Des weiteren ist es bekannt, zum Bespiel gemäß dem Patent EP 228938 , Methionin ausgehend vom Aminoamid von Methionin herzustellen, wobei eine starke Base (zum Beispil Soda oder eine andere Alkalibase) zur Durchführung der alkalischen Hydrolyse des Amids verwendet werden. Die Umsetzung eines solchen Verfahrens führt aufgrund des Ansäuerns des erhaltenen Alkalimethionats mit einer starken Mineralsäure (Schwefelsäure oder Salzsäure), zur gleichzeitigen Darstellung eines Mineralsalzes: des Sulfats oder Chlorids des jeweiligen Alkalimetalls.
In den beiden oben genannten Verfahren führt die Verwendung einer starken Alkalibase, als Katalysator der Aminonitril-Hydratation und/oder als Reagenz in der Amidhydrolyse zur gleichzeitigen Darstellung eines Mineralsalzes: dem Sulfat oder Chlorid des jeweiligen Alkalimetalls, das danach, häufig mit vielen Problemen, von dem Methionin, gemäß teuren sukzessiven Kristallations-, Filtrations-, Konzentrationsverfahren von Mutterlaugen, abgetrennt werden muss.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es, die Verwendung einer Alkalibase und folglich die Koexistenz von Methionin und einem Mineralsalz in dem gleichen Fluss zu vermeiden, das danach wie oben beschrieben abgetrennt werden muss.
Infolge dessen ermöglicht das Verfahren gemäß der Erfindung es, einen mineralsalzfreien Methioninfluss zu produzieren.
Das Aminionitril von Methionin (oder 2-Amino-4-methylthiobutyronitril) kann durch Reaktion von Ammoniak mit dem jeweiligen Cyanhydrin oder mit allen anderen Mitteln, die kein Salz in das Milieu eintragen, erhalten werden.
Schließlich ermöglicht es das Verfahren zur Herstellung des Amids an einem Hydroxid-Harz gemäß der Erfindung, infolge des Kontakts mit diesem Harz, die restlichen Cyanide/Nitrile zu entfernen, die am Ende der Aminonitrilsynthese existieren können, und die im Fall einer enzymatischen Hydrolyse des Aminoamids zum Ammoniummethionat verhängnisvoll sind und deren Vorhandensein des Weiteren im Endprodukt zu vermeiden ist.
Zur katalytischen Hydratation des Aminonitrils zum Aminoamid sind die Harze insbesondere unter den basischen Hydroxid-Harzen ausgewählt, wie zum Beispiel die Harze, die kommerziell unter den Marken ROHM & HASS Ambersep 900 OH oder FLUKA verkauft werden.
Nach anhaltendem Gebrauch wird das Harz gegebenenfalls durch Behandlung mit einem Sodamedium regeneriert. Diese Regeneration erfolgt bevorzugt mit einer Sodalösung mit einer Gewichtskonzentration von zumindest 4% NaOH und einer Menge von 80 bis 150g NaOH/Liter Harz.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein industrielles Verfahren zur Herstellung von Methionin. Gemäß dieses Verfahrens wird Methylthioproprionaldehyd mit Cyanwasserstoff, in Gegenwart eines basischen Katalysators oder eines Puffers, der es erlaubt, den ph der Lösung zwischen 5,5 und 7,5 zu halten, umgesetzt, unter diesen Katalysatoren sind zu nennen: tertiäre Amine, insbesondere Triethylamin oder Pyridin oder auch Citratpuffer. Der verwendete Cyanwasserstoff ist entweder rein oder in einer Mischung mit den Gasen, die bei seiner Synthese gebildet werden, wie Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasser und Methan, insbesondere nach Entfernung des Ammoniaks. Die Reaktion wird vorzugsweise bei Raumtemperatur, in der Gegenwart von äquimolaren Mengen jedes Reagenzes oder mit einem leichten stöchometrischen Überschuss an Cyanwasserstoff, wie zum Beispiel mit einem stöchometrischen Überschuss im Bereich von 5% durchgeführt. Die Reaktion kann in einem gerührten Reaktor oder in einem Rohrreaktor stattfinden, sie kann ebenfalls in einem Gas-/Flüssigkeits-Kontaktor stattfinden, um eine reaktive Absorption zu ermöglichen, die bevorzugt ist, wenn gasförmiger Cyanwasserstoff verwendet wird.
Am Ende dieser Cyanisierungsstufe wird eine wässrige Lösung von 2-Hydroxy-4-methylthio-butyronitril, bezeichnet HMTBN (101) erhalten. Diese Lösung wird mit Ammoniak (102) oder einer Ammoniak/Wasser-Mischung in Kontakt gebracht. Die molare Menge des eingesetzten Ammoniaks, bezüglich HMTBN liegt vorteilhafterweise zwischen 4 und 7. Die oben dargelegten Mengen sind in dem Patent DE 2645544 beschrieben. Das Ammoniak wird rein oder als wässrige Lösung eingesetzt. Die wässrige Ammoniaklösung wird vorzugsweise mit einer Konzentration größer 25 Gewichtsprozent und vorzugsweise mit einer Konzentration größer 60 Gewichtspro zent eingesetzt. Ganz besonders wird bevorzugt, reines Ammoniak einzusetzen. Die Reaktionstemperatur befindet sich vorzugsweise zwischen 40 und 80°C und ganz besonders zwischen 55 und 70°C. Insbesondere wird die Reaktion in einem gerührten Reaktor (A) oder einem Röhrenreaktor mit einer Strömung, insbesondere vom Pfropfen-Typ, durchgeführt. Am Ende der Reaktion wird eine wässrige Lösung von 2-Amino-4-methylthio-butyronitril (106) erhalten.
Am Ende der Reaktion wird ein Teil des überschüssigen Ammoniaks durch einfache Druckminderung vom Typ Flash oder durch Verschleppen mit einem inerten Gas, wie zum Beispiel Stickstoff oder Wasserdampf, in einer Kolonne (B) entfernt oder abgetrennt. Die Temperatur des Mediums während der Abtrennstufe ist kleiner als 60°C und liegt vorzugsweise zwischen 15 und 50°C. Das gewonnene Ammoniak (109) im Kopf der Kolonne (B) wird danach in einen Absorber (C) absorbiert. Die erhaltene Ammoniaklösung (415/422) wird danach destilliert (D). Das im Kopf der Kolonne (423) erhaltene gasförmige Ammoniak wird kondensiert (E) und nach möglicher Zugabe von Ammoniak (426) vorzugsweise in Form eines Flusses (427) wieder in den Reaktor zur Aminonitrilsynthese eingeführt. Der Fluss des zurückgeführten Ammoniaks (427), der dem Reaktor zur Aminonitrilsynthese zugeführt wird, enthält vorzugsweise weniger als 5 Gewichtsprozent Aceton.
Der Fuß (424) der Destillationskolonne (B), der Wasser, Aceton und Ammoniak enthält, wird in zwei Ströme (205) und (410) aufgeteilt. Der minderheitliche Fluss (205) wird der Aminoamidsynthese wieder zugeführt und der mehrheitliche Fluss (410) wird dem Absorber (C) zugeführt.
Das Aminonitril, das in dem am Fuß der Kolonne (B) enthaltenen Fluss (110) enthalten ist, und das insbesondere noch 0,1 bis 1,5 Mol Restammoniak/mol Aminonitril enthält, wird in Gegenwart eines Ketons (202 und 205) durch Kontakt mit einem Ionentauscherharz vom Hydroxid-Typ im Reaktor (F) hydratisiert.
Unter den Ketonen wird vorzugsweise Aceton eingesetzt. Die Hydratation des Aminonitrils wird in Gegenwart von 0,1 bis 1,0 vorzugsweise 0,2 bis 0,6, äquivalenten Aceton/mol AMPBN durchgeführt. Die Hydratation wird insbesondere in Gegenwart einer Menge eines basischen Harzes durchgeführt, dessen Hydroxidäquivalenzzahl insbesondere zwischen 0,1 und 1 und vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,5 äquivalent/mol AMPBN liegt. Die Reaktionstemperatur wird vorzugsweise zwischen 10 und 40°C und besser zwischen 15 und 25°C festgelegt. Die Reaktion kann kontinuierlich, diskontinuierlich oder semikontinuierlich, in einem System vom Typ gerührter Reaktor oder Rohrreaktor oder auch in einer das basische Harz enthaltenen Kolonne durchgeführt werden.
Am Ende der Reaktion wird eine wässrige Lösung (208) erhalten, die das Aminoamid von Methionin, Ammoniak, Aceton, Wasser und verschiedene organische Verbindungen enthält, unter denen in beschreibender aber nicht einschränkender Weise Methionin oder Imidazolidon zu nennen sind.
Die erhaltene Mischung (208) wird insbesondere in der Kolonne (G) destilliert. Der Kopf der Kolonne (211) wird im Kondensierer (H) kondensiert, so dass das Aceton wiedergewonnen wird, das ein wenig Ammoniak (212) enthält. Dieser Fluss wird zu der Synthese des Aminoamids zurückgeführt. Der nicht kondensierbare Fluss (213), der hauptsächlich Ammoniak enthält, wird an den Absorber (C) abgeführt.
Die wässrige Mischung (214), die sich nach Entfernung des Acetons im Fuß der Destillationskolonne befindet, und die hauptsächlich das Aminoamid von Methionin und verschiene organische Verbindungen enthält, wird dann verdünnt (303) und danach zum Hydrolyseabschnitt des Aminoamids (I) geleitet.
Diese Hydrolyse kann auf einem der 3 folgenden Wege durchgeführt werden:

– auf chemischem Weg mit homogener Katalyse: Hydrolyse durch Ammoniak. Für eine bessere Durchführung der Erfindung, setzt man vorzugsweise ein Molverhältnis NH₃/AMTBM ein, das zwischen 2 und 25 mol/mol liegt. Es wird ebenfalls eine Konzentration des Substrats AMTBM eingesetzt, die vorzugsweise zwischen 0,05 und 1 mol/kg liegt. Was die Bedingungen zur Umsetzung der Erfindung betrifft, wird vorzugsweise eine Temperatur verwendet, die zwischen 100 und 180°C liegt.
– auf chemischem Weg mit heterogener Katalyse. Diese Hydrolyse wird im Besonderen durch eines der folgenden Oxide katalysiert: TiO₂, TiO₂/Al₂O₃, Nb₂O₅, Nb₂O₅-Al₂O₃, ZnO, ZrO₂ und Heteropolysäuren. Die Reaktion wird vorzugsweise unter Sieden des Reaktionsmediums (im Bereich von 100°C), unter Atmosphärendruck und unter kontinuierlicher Spülung mit Stickstoff durchgeführt, um gebildetes Ammoniak zu entfernen. Die Konzentration des Substrats AMTBM im Reaktionsmedium liegt gemäß einer besseren Ausführungsform der Erfindung zwischen 0,1 und 2 mol/kg und das Massenverhältnis Katalysator/Substrat zwischen 0,5 und 1,5.

Dieser letztere weg ist besonders vorteilhaft im Vergleich mit den Verfahren, die in den Patenten JP 03093753 , JP 03093754, JP 03093755 und JP 03093756 beschrieben sind, denn:

– er ermöglicht die Durchführung der Reaktion bei einer niedrigeren Temperatur und einem niedrigeren Druck, was es ermöglicht, die thermische Zersetzung der Reagenzien und Produkte zu vermeiden,
– ermöglicht es, die freie Methioninsäure direkt (im Warmen) zu gewinnen, ohne andere Formen des Ansäuerns und daher ohne Verbrauch von Mineralsäure. Die Trennung des festen Katalysators von dem im Warmen löslichen Methionin ist vereinfacht.
– auf enzymatischem Weg mit Hilfe einer Amidase. Diese Amidase wird unter den Amidasen von Rhodococcus IBN 20 oder von Brevibacterium R312 ausgesucht. Die genetische Information, die für diese Amidase kodiert, kann verwendet und in einem Wirts-Mikroorganismus exprimiert werden. Der Wirts-Mikroorganismus wird insbesondere unter Escherichia coli oder einem Mitglied der Gattung Corynebacterium ausgewählt. Das biologische Material, das Amidaseaktivität exprimiert, ist vorzugsweise immobilisiert.

Der aus der Hydrolyse des Amids (305) stammende Strom wird dann in einer Kolonne (J) durch Verschleppen mit einem inerten Gas (306), das zum Beispiel unter Stickstoff oder Wasserdampf ausgewählt wird, in einer Kolonne behandelt, in der die Temperatur durch die eintretenden Ströme verschiedener Gase reguliert wird. Der Druck in dieser Kolonne wird vorzugsweise zwischen 10⁵ und 2 × 10⁵ Pascal gehalten. Im Kopf der Kolonne (J) wird das Ammoniak und ein Teil des Wassers (308) zurückgewonnen, die zum Absorber (C) abgeführt werden.
Der Fuß der Kolonne (J), der eine wässrige ammoniakfreie Lösung von Methionin (311) enthält, wird konzentriert (K) bis ein sehr konzentrierter Brei erhalten wird, der gerade bis zur Filtration oder allen anderen Systemen zur Auftrennung (L) transportierbar ist, wo dieser vollkommen bis zu einem pulvrigen Zustand getrocknet werden kann.
Die folgenden Beispiele erläutern die Umsetzung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beispiel 1: Reaktionskette HMTBN → AMTBN → AMTBM mit Hydratation von AMTBN an dem basischen Harz Ambersep 900H von Rohm und Haas und Entgasen bei 67°C (Versuch AYP 031)
Beisp. 1.1 Herstellung des Aminonitrils von Methionin
72 g einer kommerziell erhältlichen Ammoniaklösung Rectapur (30 Gewichtsprozent), entspricht 1270 mmol NH₃, werden in einen doppelmanteligen, Inox Autoclaven Reaktor geladen, der Schikanen und einen Magnetrührer aufweist. Nach Schließen des Reaktors wird die Lösung mithilfe des Doppelmantels auf 67° erhitzt. Der Druck stabilisiert sich bei 4 bar absolut.
In einen metallischen Tropftrichter werden 42 g einer HMTBN-Lösung mit einer Konzentration von 78,5 Gewichtsprozent in Wasser, entspricht 251 mmol HMTBN, geladen.
Der Inhalt der metallischen Ampulle wird schnell in den unter Druck stehenden Autoclaven eingebracht, dank eines Gegendrucks von 6 bar Stickstoff.
Die Mischung wird danach für 15 Minuten bei 67°C und 6 bar gerührt.
Das Medium wird danach unverzüglich bei 67°C entgast.
Nach Öffnung des Reaktors wird das Medium mit einem Endgewicht von 98,6 g unverzüglich in einen Erlenmeyer-Kolben verbracht, der vorhergehend auf 10°C gekühlt wurde.
Das Experiment wird ein zweites Mal wiederholt, wobei die gleichen Mengen eingesetzt werden. Ein zweites Reaktionsmedium mit einem Gewicht von 100,4 g wird so erhalten.
Die zwei Reaktionsmedien werden danach gemischt und bei 10°C gerührt, was zu einer Emulsion führt. Die Emulsion wird danach in einen Scheidetrichter verbracht.
Eine obere wässrige Phase (hellgelb) mit einem Gewicht von 165,7 g und eine untere organische Phase (dunkelgelb) mit einem Gewicht von 31,7 g werden so erhalten.
Die Analyse der zwei Phasen durch Chromatographie ermöglicht es, zu quantifizieren:

– 177 mmol, 2-Amino-4-methylthio-butyronitril (AMTBN) in der organischen Phase,
– 295 mmol AMTBM in der wässrigen Phase,

Die Gesamtausbeute des gewonnenen AMTBN beträgt 94% bezogen auf das eingesetzte HMTBN.
Beisp. 1.2. Herstellung des Aminoamids von Methionin
In einen gerührten 1 l Glasreaktor, der mit einer Rushton-Turbine und Schikanen ausgestattet ist, werden 60 g eines basischen Harzes Ambersep 900H von Rohm und Haas mit 1,5 milliäquivalent OH pro g (entspricht 90 mmol OH-Äquivälent und daher 0,19 mol Base/mol AMTBN) und 65 g Wasser geladen.
Die Suspension wird gerührt und bei 12°C gehalten.
Die Gesamtheit der zwei in Beispiel 1.1 erhaltenen Phasen (entspricht 472 mmol AMTBN) sowie 13,9 g Aceton (entspricht 239,6 mmol und daher 0,51 mol Aceton/mol AMTBN) werden diese Suspension wird unter Rühren mit 500 Umdrehungen pro Min. zugesetzt. Die Temperatur der Mischung wird erhöht und bei 20°C gehalten.
Nach 2 Stunden Rühren zeigt eine chromatographische Analyse, dass die Gesamtheit des AMTBN reagiert hat.
Das Milieu wird für insgesamt 5 Stunden gerührt und dann filtriert. Das Filtrat wird, unter Vakuum, bei 45°C verdampft.
Die erhaltene gelbe, viskose Flüssigkeit verfestigt sich bei Raumtemperatur innerhalb von 30 Min. Ein Gesamtgewicht von 61,9 g dieses Feststoffs wird so erhalten.
Eine NMR-Analyse des erhaltenen Feststoffs zeigt einen molaren Reinheitsgrad von 96% Aminoamid, 2% Imidazolidon, 0,5% Methionin und 1,5% verschiedene organische Verbindungen.
Eine Wasseranalyse nach der Karl-Fisher-Methode ergibt einen Wasser-Gewichtsanteil von 1,4% in dem erhaltenen Feststoff.
Eine chromatographische Analyse desselben Feststoffs ergibt Gewichtsanteile von 93% Aminoamid, 3% Imidazolidon und 0,5% Methionin und verschiedene organische Verbindungen.
Die Ausbeuten der folgenden Produkte, bezogen auf das in der zweiten Stufe eingesetzte AMTBN sind 82,3% Aminoamid, 2,1% Imidazolidon und 0,4% Methionin.
Beispiel 2: Reaktionskette HMTBM → AMTBN → AMTBM mit Hydratation des AMTBN an dem basischen Harz Ambersep 900H von Rohm und Haas und Entgasung bei 33°C (Versuch AYP 035)
Beisp. 2.1 Herstellung des Aminonitrils von Methionin
58,6 g einer HMTBN-Lösung, in einer Konzentration von 78,8 Gewichtsprozent in Wasser, entspricht 353 mmol HMTBN, werden in einen doppelmanteligen Inox Autoclaven Reaktor geladen, der Schikanen und einen Magnetrührer aufweist. Nach Schließen des Reaktors wird die Lösung mit Hilfe des Doppelmantels und eines Thermostatbades auf 51,5°C erhitzt.
In einen metallischen Tropftrichter, der in Trockeneis gehalten wird und vorher evakuiert wurde, werden 30,8 g gasförmiges Ammoniak (entspricht 1812 mmol NH₃), das aus einer Flasche kommt, verbracht.
Der Inhalt der metallischen Ampulle wird schnell in den unter Druck stehenden Autoclaven eingebracht, dank eines Gegendrucks von 10 bar Stickstoff.
Die Temperatur der gerührten Mischung stabilisiert sich und wird durch das Thermostatbad bei 67°C gehalten. Die Mischung wird für 10 Minuten unter einem Druck von 12 bar. absolut gerührt.
Der geschlossene Reaktor wird danach innerhalb von 30 Minuten auf 33°C abgekühlt, wobei der Druck auf 7 bar absolut zurückgeht und danach entgast.
Nach Öffnen des Reaktors wird das Milieu mit einem Gewicht von 74,3 g unverzüglich auf 10°C abgekühlt und in einen Scheidetrichter verbracht.
Eine obere wässrige Phase (hellgelb) mit einem Gewicht von 19,79 g und eine untere organische Phase (dunkelgelb) mit einem Gewicht von 52,09 g werden so erhalten.
Die chromatographische Analyse der beiden Phasen ermöglicht es zu quantifizieren:

– 319,5 mmol AMTBN in der organischen Phase,
– 32,6 mmol AMTBN in der wässrigen Phase.

Die Gesamtausbeute an AMTBN, bezogen auf das eingesetzte HMTBN ist 100%.
Beisp. 2.2. Herstellung des Aminoamids von Methionin
In einem gerührten 1 l Glasreaktor, der mit einer Rushton-Turbine und Schikanen ausgestattet ist, werden 41,9 g des basischen Harzes Ambersep 900H von Rohm und Haas mit 1,5 Milliäquivalent OH/g (entspricht 62,9 mmol OH Äquivalent) und 88,2 g Wasser geladen.
Die Suspension wird gerührt und bei 15°C gehalten.
62,5 g der Mischung der 2 in Beispiel 2.1 erhaltenen Phasen (entspricht 306 mmol AMTBN) sowie 9,2 g Aceton (entspricht 158,6 mmol) werden dieser Suspension unter Rühren bei 360 Umdrehungen/Min. zugesetzt. Die Temperatur der Mischung wird erhöht und für 3 Stunden bei 20°C gehalten.
Das Medium wird danach filtriert. Das Filtrat wird unter Vakuum (1 mm Quecksilber) bei 30°C verdampft.
Die erhaltene gelbe, viskose Flüssigkeit verfestigt sich bei Raumtemperatur. Ein Gesamtgewicht von 43,8 g dieses Feststoffs wird so erhalten.
Eine chromatographische Analyse dieses Feststoffs ergibt Gewichtsanteile von 78% Aminoamid, 11% Imidazolidon und 3% Methionin und verschiedene organische Substanzen.
Die Ausbeuten der folgenden Produkte, bezogen auf das in der zweiten Stufe eingesetzte AMTBN, sind 75,3% Aminoamid, 10,6% Imidazolidon und 2,9% Methionin.
Beispiel 3: Hydrolyse von AMTBN mit Ammoniak (Versuch AYP 036)
52 g einer kommerziell erhältlichen Ammoniaklösung Rectapur (30 Gewichtsprozent), entspricht 918 mmol NH₃ werden in einem doppelmanteligen Inox Autoclaven Reaktor, der Schikanen und einen Magnetrührer aufweist, geladen. Nach Schließen des Reaktors wird die Lösung unter Rühren, mithilfe des Doppelmantels auf 134°C erhitzt.
In einen metallischen Tropftrichter werden 72,2 g einer AMTBM-Lösung mit einer Konzentration von 1,4 mol/kg geladen, die durch Mischen von 7,3 g des in Beispiel 2.2 hergestellten Aminoamids (entspricht 38,4 mmol AMTBM) und 19,9 g Wasser hergestellt wurde.
Der Inhalt der metallischen Ampulle wird schnell in den unter Druck stehenden Autoclaven eingebracht, dank eines Gegendrucks von 20 bar Stickstoff. Die so entstandene Mischung hat eine Konzentration von 0,49 mol/kg AMTBM. Sie wird danach bei 150°C unter Druck gerührt.
Nach einer Reaktion von 1 Stunde 30 Min. wird eine Methioninausbeute von 53% (berechnet bezogen auf das anfängliche AMTBM und Imidazolidon) erhalten.
Nach einer Reaktion von 7 Stunden wird eine Methioninausbeute von 81% erhalten.
Beispiel 4: Hydrolyse des AMTBM mit Ammoniak (Versuch AYP 038)
In diesem Beispiel wird das gleiche Arbeitsverfahren wie im vorhergehenden Beispiel 3 befolgt, wobei verwendet wird:

– 88,8 g einer Mischung, bestehend aus 22,8 g einer kommerziell erhältlichen Ammoniaklösung Rectapur (30 Gewichtsprozent), entspricht 402 mmol NH3 und 66,0 g Wasser,
– 23,7 g einer AMTBM-Lösung mit einer Konzentration von 0,7 mol/kg, hergestellt durch Mischen von 3,2 g des im Beispiel 2.2 hergestellten Aminoamids (entspricht 16,8 mmol AMTBM) und 20,5 g Wasser.

Die erhaltene Mischung hat eine Konzentration von 0,15 mol/kg AMTBM.
Nach einer Reaktion von 1 Stunde 30 Min. bei 150°C wird eine Methioninausbeute von 72% (berechnet bezogen auf das anfängliche AMTBM und Imidazolidon) erhalten.
Nach einer Reaktion von 7 Stunden wird eine quantitative Ausbeute an Methionin erhalten.
Beispiel 5: Hydrolyse von AMTBM an einem TiO2-Katalysator (Versuch ASE 065)
In einen doppelmanteligen Glasreaktor werden 62,2 g Wasser und 7,98 g vorher gemahlener TiO₂ Katalysator geladen. Der einzige Auslass des Reaktors ist mit einer Serie von Waschflaschen verbunden, die verdünnte Schwefelsäure (2 Gewichtsprozent) enthalten.
Die in dem Reaktor enthaltene Suspension wird gerührt und unter Stickstoffzirkulation auf 94°C erhitzt.
Eine wässrige AMTBM-Lösung mit einer Konzentration von 1,35 mol/kg, die durch Mischen von 10 g des rohen Aminoamids aus Beispiel 2.2 (entspricht 52,6 mmol AMTBM) und 29,02 g Wasser erhalten wurde, wird mithilfe einer Pumpe in den Reaktor eingebracht.
Die so im Reaktor erhaltene Lösung hat eine Konzentration von 0,5 mol/kg AMTBM.
Nach einer Reaktion von 30 Minuten ist die Umwandlung des Aminoamids vollständig. Die erhaltene Methioninausbeute ist 85%.
Beispiel 6: Hydrolyse von AMTBM an TiO2/Al2O3 Katalysator (Versuch ASE 064)
In diesem Beispiel wurde das gleiche Arbeitsverfahren wie in dem vorhergehenden Beispiel 5 befolgt, wobei verwendet wurden:

– 8,0 g TiO₂/Al₂O₃ Katalysator mit 3 Gewichtsprozent Ti,
– 10,94 g rohes Amid aus Beispiel 2.2 (entspricht 57,6 mmol AMTMB) und eine Gesamtmenge von 92,7 g Wasser.

Die so in dem Reaktor erhaltene Lösung hat eine Konzentration von 0,56 mol/kg AMTBM.
Nach einer Reaktion von 7 Stunden ist die Umwandlung des Aminoamids bei etwa 52%. Die erhaltene Methioninausbeute ist im Bereich von 30%.
Beispiel 7: Enzymatische Hypolyse von AMTBM durch Corynebacterium Glutamicum pYG822 (Versuche GF571 und 590).
Der in dem Patent FR Nr. 9014853 (28.11.90) beschriebene Stamm Corynebacterium Glutamicum pYG822 exprimiert die Amidase von Rhodococcus IBN 20. Das Corynebacterium wird für 24 Stunden bei 30°C in 1 Liter Medium kultiviert, das 10 g Trypton, 5 g Hefeextrakt, 5 g NaCl und 20 mg Kanamycin enthält. Der Zellrückstand wird durch Zentrifugation gewonnen. In einen Reaktor werden der Zellrückstand, 0,1 Liter Phosphatpuffer, 100 mmol pH 7,0 und 2,2 g AMTBM, das aus Beispiel 2.2 kommt, geladen. Nach einer Reaktion von 6 Stunden bei 35°C ist die Umwandlung des Aminoamids 100%. Die Methioninausbeute ist 100%.
Beispiel 8: Enzymatische Hydrolyse von AMTBM durch Escherichia coli pXL1751 (Versuch GF 584).
Der in dem Patent EP Nr. 433 117(91-179908B) beschriebene Stamm Escherichia coli pXL1751 exprimiert die Amidase von Brevibacte rium R312. Das E. coli wurde für 24 Stunden bei 37°C in 1 Liter M9 (DIFCO) Medium kultiviert, das 4 g Kasaminosäuren, 5 g Hefeextrakt und 100 mg Ampicillin enthält. Der Zellrückstand wird durch Zentrifugation gewonnen. In einen Reaktor werden der Zellrückstand, 0,1 Liter Phosphatpuffer, 100 mmol pH 7,0 und 2,2g AMTBM, das aus Beispiel 2.2. stammt, geladen. Nach einer Reaktion von 6 Stunden bei 35°C ist die Umwandlung des Aminoamids 100%. Die Methioninausbeute ist 100%.
Gegenbeispiel 1: Hydrolyse von AMTBM an Al2O3 (Versuch ASE 063)
In diesem Beispiel wird das gleiche Arbeitsverfahren wie im vorangegangenen Beispiel 5 befolgt, wobei verwendet werden:

– 8,4 g eines Al₂O₃-Katalysators in Kugeln,
– 10,95 g des rohen Amids aus Beispiel 2.2 (entspricht 57,6 mmol AMTBM) und eine Gesamtmenge von 108 g Wasser.

Die so in dem Reaktor erhaltene Lösung hat eine Konzentration von 0,48 mol/kg AMTBM.
Nach einer Reaktion von 7 Stunden ist die Umwandlung des Aminoamids und die Methioninausbeute praktisch gleich null.

Claims

Verfahren zum Herstellen des Aminoamids von Methionin (oder 2-Amino-4-methylthio-butyramid), dadurch gekennzeichnet, dass das Aminonitril von Methionin in Gegenwart eines Katalysators vom Keton-Typ und eines basischen Harzes vom Hydroxid-Typ hydratisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnet, dass das eingesetzte Keton Aceton ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die molare Menge des eingesetzten Acetons bezüglich des Aminonitrils zwischen 0,2 und 0,6 liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des eingesetzten basischen Harzes bezüglich des Aminonitrils zwischen 0,10 und 1 Hydroxidäquivalent, und vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,5 Äquivalent, liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionstemperatur zwischen 10 und 40°C, und vorzugsweise zwischen 15 und 25°C, liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion kontinuierlich, diskontinuierlich oder semikontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen von Methionin, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt das Aminonitril von Methionin in das Aminoamid von Methionin in Gegenwart eines Katalysators vom Keton-Typ und eines basischen Harzes vom OH-Typ hydratisiert wird, dass in einem zweiten Schritt das Aminoamid des Methionins in das Ammoniummethionat hydrolysiert wird, und zwar auf chemischem Wege mit homogener Katalyse, auf chemischem Wege mit heterogener Katalyse oder auf enzymatischem Wege, und dass in einem dritten Schritt das Methionin aus dem Ammoniummethionat nach Entfernen des Ammoniaks gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrolyse des Aminoamids von Methionin auf chemischem Wege mit homogener Katalyse in der Gegenwart von Ammoniak durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrolyse des Aminoamids von Methionin auf chemischem Wege mit heterogener Katalyse in der Gegenwart von Metalloxiden oder Heteropolysäuren durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxide ausgewählt sind aus Titandioxid, Zinkoxid, der Mischung von Titandioxid/Niobpentoxid, Zirconiumdioxid und Niobpentoxid.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrolyse des Aminoamids von Methionin auf enzymatischem Wege mit heterogener Katalyse in der Gegenwart einer Amidase durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Amidase von den Mikroorganismen Rhodococcus oder Brevibacterium stammt.
Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die genetische Information herangezogen wird, die für eine Amidase kodiert, welche in einem Wirts-Mikroorganismus exprimiert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirts-Mikroorganismus ausgewählt ist aus Escherichia coli oder einem Mitglied der Gattung Corynebaterium.
Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das biologische Material, das die Amidaseaktivität exprimiert, immobilisiert ist.