JP2006522755A - ２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオブチロニトリルから２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩を製造する方法、及び上記方法によって製造された２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩の用途に関する。
Description
本発明は、２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩の製造方法、及び上記方法によって製造された２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩の用途に関する。特に、本発明は２−ヒドロキシ−４−メチルチオブチロニトリルの代案としての加水分解方法に関する。
栄養-強化飼料添加剤は、今日では現在動物栄養の必須成分である。これは、供給された栄養分の使用を改善して、成長を刺激してタンパク質の生成を促進するために使用される。上記添加剤のうち、最も重要なものは必須アミノ酸であるメチオニンであって、これは、特に家禽類の飼育における飼料添加剤として重要な位置を占めている。しかし、この分野において、いわゆるメチオニン代用品またはメチオニンヒドロキシ類似体（ｍｅｔｈｉｏｎｉｎｅ ｈｙｄｒｏｘｙ ａｎａｌｏｇｕｅ：ＭＨＡと略称する）は、上記目的のために公知にされているアミノ酸と類似する成長-刺激特性を示すという理由でますますその重要性が大きくなっている。
２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸のラセミ形態は、飼料添加剤として長い間知られていたメチオニンの代用品であって、これは、主に動物の栄養、特に家禽類の飼育に利用される。上記ＭＨＡは、メチオニンの代わりに使われて飼料のうちタンパク質の利用率を向上させる。さらに、そのカルシウム塩の形態はまた腎不全症の治療において薬学的にも利用される。
上記ＭＨＡの工業的な製造は、通常３−メチルチオプロピオンアルデヒドをシアン化水素と反応させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブチロニトリル（ＭＭＰシアノヒドリン）を生成した後、これを２ステップにわたって加水分解してＭＨＡを生成する方法からなる。ニトリルをカルボキサミドステップを経て化学量論的な量（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ）の硫酸のような強い無機酸（ｍｉｎｅｒａｌ ａｃｉｄ）で２ステップ加水分解して、ＭＨＡ及び無機酸のアンモニウム塩を生成する反応が多くの特許文献（例えば、ＥＰ ０１４３１００）に記載されている。有機溶媒を利用した複雑な抽出工程及びＭＨＡの水性相への逆洗工程（ｂａｃｋｗａｓｈ）において、生成物が過量で使用された無機酸及びそのアンモニウム塩から分離される。上記工程において無機系廃棄物が相当量生成される。
酸加水分解の代案として、酵素的工程が記載されている。ＷＯ ９６／０９４０３には、ＭＭＰシアノヒドリンの二つの鏡像異性質体（ｅｎａｎｔｉｏｍｅｒ）を加水分解してラセミＭＨＡアンモニウム塩を生成することができるニトリラーゼ（ｎｉｔｒｉｌａｓｅ）が記載されている。しかし、上記酵素は得られ難く、反応液から回収するのが非常に複雑である。ＷＯ ０２／００８６９は不水溶性、酵素−含有顆粒を使用することで酵素の回収問題を解決している。しかし、酵素−含有顆粒の製作が難しく、酵素活性の半減期は７０時間以下の範囲で与えられる。経済的な工程のためにかなり長期間持続する触媒活性が要求される。
他の合成方法においては、第１ステップでニトリルをアミドに加水分解した後、アミドをまたＭＨＡのアンモニウム塩に加水分解する。ＷＯ ０２／０７０７１７は、特にＭＭＰシアノヒドリンをＭＨＡアミドに鹸化するニトリル水和酵素（ｎｉｔｒｉｌｅ ｈｙｄｒａｔａｓｅ）を開示している。異種触媒を補助としたシアノヒドリンの加水分解方法もまた公知にされている。二酸化マンガン及び酸化剤を利用してアセトンシアノヒドリンから対応する酸アミドを製造する方法は、特許ＥＰ ０４３３６１１に開示されている。１９９８年度日本国特開平１０−１２８１１３において、触媒的活性を有する酸化マンガンの製法が請求されているところ、これは、ＭＭＰシアノヒドリンからアミドへの反応を高い選択性で触媒する。しかし、シアノヒドリンの硫酸加水分解においてアミドを単離することも可能である。ＷＯ ０１／６０７８９は、メチオニンアミド及びそのヒドロキシ類似体をチタン−含有触媒で加水分解してメチオニンまたはＭＨＡのアンモニウム塩を生成することができることを示している。しかし、これには二つの異なる触媒を使用した２ステップ反応及び中間生成物の単離工程という短所がある。
ＭＨＡの主な商業的形態は高濃縮水溶液である。保存する間、モノマー化合物とジ（ｄｉ）−、トリ（ｔｒｉ）−及びオリゴマーＭＨＡの間に平衡がなされる。その飼料添加剤としての効果は、メチオニンに比べて、高分子量化合物の割合によってさらに減少する。固体及び溶解された形態のＭＨＡ塩は安定的で高分子量化合物が生成されないものと知られている。
発明の開示
本発明の目的
本願に記載の先行技術を考慮した場合、本発明の目的は、高栄養価のＭＨＡ形態を製造する技術的に簡単、かつ経済的な方法であって、製造に係る上述した短所が解消または少なくとも画期的に減少された方法及び公知にされたメチオニンヒドロキシ類似体の用途を見い出すことである。
本発明の目的
本願に記載の先行技術を考慮した場合、本発明の目的は、高栄養価のＭＨＡ形態を製造する技術的に簡単、かつ経済的な方法であって、製造に係る上述した短所が解消または少なくとも画期的に減少された方法及び公知にされたメチオニンヒドロキシ類似体の用途を見い出すことである。
ＭＨＡの製造方法を改善するための相当な努力にもかかわらず、必要な加水分解の条件下でアルデヒド及びシアン化水素への逆反応が優先的に起きるためＭＭＰシアノヒドリンのニトリル基のアルカリ加水分解は知られていない。本発明は、シアノヒドリンの触媒的加水分解でＭＨＡのアンモニウム塩を生成することに関するものであって、この時廃棄物として無機塩が生成されずに全体反応において一つの触媒だけが使用される。
発明の要約
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブチロニトリルの加水分解を、適切な触媒を利用して、２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩を生成する反応が驚くべきことに１工程ステップのみで起きるように行うことができる。
２−ヒドロキシ−４−メチルチオブチロニトリルの加水分解を、適切な触媒を利用して、２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩を生成する反応が驚くべきことに１工程ステップのみで起きるように行うことができる。
発明の詳細な説明
触媒として、チタン−含有固体、このうち窒化チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ）または硫化チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｓｕｌｆｉｄｅ）のようなチタン化合物が適切であり、特に二酸化チタン（Ｔｉ０２）が適切である。Ｔｉ０２は多様な結晶変形体であるものと知られており、そのうち、アナターゼ（ａｎａｔａｓｅ）が触媒的に更に活性な形態である。一部オキサイド作用基がヒドロキシドとして存在すれば触媒的活性が更に向上する。アナターゼは純粋な形態で使用することができ、金紅石（ｒｕｔｉｌｅ）またはその他の金属化合物、例えばマンガン、モリブデン、ニオビウム、バナジウムまたはタングステンの酸化物或いはゼオライトまたは２以上の上記化合物の混合物とともに混合して使用することもできる。
触媒として、チタン−含有固体、このうち窒化チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ）または硫化チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｓｕｌｆｉｄｅ）のようなチタン化合物が適切であり、特に二酸化チタン（Ｔｉ０２）が適切である。Ｔｉ０２は多様な結晶変形体であるものと知られており、そのうち、アナターゼ（ａｎａｔａｓｅ）が触媒的に更に活性な形態である。一部オキサイド作用基がヒドロキシドとして存在すれば触媒的活性が更に向上する。アナターゼは純粋な形態で使用することができ、金紅石（ｒｕｔｉｌｅ）またはその他の金属化合物、例えばマンガン、モリブデン、ニオビウム、バナジウムまたはタングステンの酸化物或いはゼオライトまたは２以上の上記化合物の混合物とともに混合して使用することもできる。
上記触媒は、例えば酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムのような支持物（ｓｕｐｐｏｒｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）とともに、粉末、圧出成形物または圧搾形態で使用することができる。触媒の形態は、その効果に及ぼされる影響が微々たるものであるので工場設計上の必要に応じて調節される。
ＭＭＰシアノヒドリンは室温で水に混和されないということが公知にされている。しかし、温度が上がるにつれてその水溶解度は急激に増加して、５７℃の飽和水溶液には既にＭＭＰシアノヒドリンが約２５％含有されている。
適切なチタン−含有触媒の存在下の加水分解反応は約６０℃乃至１９０℃、好ましくは７０℃乃至１５０℃の温度で行われる。このために、溶液の沸点を超過する温度においては、反応を耐圧（ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｐｒｏｏｆ）反応容器で行う必要がある。圧力自体は反応に何の影響も及ぼさないが、溶液の沸点を超過する反応温度で要求され、これは液体の蒸気圧に該当する。
水２モルがシアノヒドリン１モルと反応してＭＨＡアンモニウム塩を形成する。水を過量で使用するのが有利である。水に対する混合物中のシアノヒドリンの割合は１乃至６０重量％、好ましくは３乃至４０重量％の範囲であることが可能である。
チタン化合物で触媒された加水分解を連続式及び回分式のいずれによっても行うことができる。よって、例えば、シアノヒドリンを加熱された触媒サスペンションで水とともにポンピングするか、または二つの反応物の予備加熱された溶液を触媒とともに加熱された固定層（ｆｉｘｅｄ ｂｅｄ）に通過させることができる。その他の技術的解決方案も可能である。
チタン化合物で触媒された加水分解を連続式及び回分式のいずれによっても行うことができる。よって、例えば、シアノヒドリンを加熱された触媒サスペンションで水とともにポンピングするか、または二つの反応物の予備加熱された溶液を触媒とともに加熱された固定層（ｆｉｘｅｄ ｂｅｄ）に通過させることができる。その他の技術的解決方案も可能である。
使用された触媒の量は、その活性及び選択された反応条件（温度、水の量）、及び反応が行われる方式に従って異なる。反応時間を短縮するために、できるだけ多量の触媒を選択するのが有利である。よって、例えば、表面積が３００ｍ２／ｇである粉末触媒をシアノヒドリン１ｇ当たり０．１乃至２ｇ超過の量で使用することができる。比表面積（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ）が４５ｍ２／ｇである圧出成形物を使用する場合、必要な触媒の量はシアノヒドリン１ｇ当たり０．３乃至５ｇである。触媒の量は重要ではないが、必要とする反応時間に主に影響を及ぼす。触媒は何回かにかけて使用することができる。
反応が終われば、固体触媒を公知にされた方法によって反応液から分離して再使用することができ、任意に溶液を活性炭で浄化した後、目的とする濃度で濃縮するかまたは水酸化カルシウムを利用してＭＨＡカルシウム塩に転換する。
反応が進行する様相に伴って加水分解過程において少量のメチオニンが生成され得る。これは動物栄養において同一の応用範疇に属するためこれを分離する必要はない。
本発明の他の側面は、飼料添加剤としてＤ，Ｌ−メチオニンの代わりに本発明によって製造されたＭＨＡアンモニウム塩の用途、及び本発明によって製造された上記ＭＨＡアンモニウム塩を含んだ飼料添加剤である。
下記の実施例は、制限なしに本発明の主題を説明するためのものである。使用されたＭＭＰシアノヒドリンを含水量が１．６％である工業的ＭＭＰからシアン化水素との反応による公知にされた方法によって製造した後、燐酸で安定化させた。ＨＰＬＣを利用した含量測定結果は９６．５％であった。
発明を実施するための最良の形態
実施例１
撹拌機を備えた、自由体積２５０ｍｌの圧力容器に、２３．８ｇの圧出二酸化チタン（ｄ＝４ｍｍ）、Ａｅｒｏｌｙｓｔ ７７０８（Ｒ）（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧで市販中である）を含んだ金属バスケット（ｂａｓｋｅｔ）を堅く固定した。触媒はアナターゼ及び金紅石の混合物からなる。７．５ｇのＭＭＰシアノヒドリン（９６．５％）及び１４３ｇの水を添加した後、反応器を密閉して撹拌しながら１２０℃に加熱した。３時間後、上記溶液にこれ以上シアノヒドリンは含有されていなかったが、５．７重量％のＭＨＡアンモニウム塩及び０．２％ＭＨＡアミドは含有されていた。
撹拌機を備えた、自由体積２５０ｍｌの圧力容器に、２３．８ｇの圧出二酸化チタン（ｄ＝４ｍｍ）、Ａｅｒｏｌｙｓｔ ７７０８（Ｒ）（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧで市販中である）を含んだ金属バスケット（ｂａｓｋｅｔ）を堅く固定した。触媒はアナターゼ及び金紅石の混合物からなる。７．５ｇのＭＭＰシアノヒドリン（９６．５％）及び１４３ｇの水を添加した後、反応器を密閉して撹拌しながら１２０℃に加熱した。３時間後、上記溶液にこれ以上シアノヒドリンは含有されていなかったが、５．７重量％のＭＨＡアンモニウム塩及び０．２％ＭＨＡアミドは含有されていた。
実施例２
実施例１で使用された圧力容器に２２ｇの圧出二酸化チタン（ｄ＝１ｍｍ）、Ａｅｒｏｌｙｓｔ ７７１０（Ｒ）（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ製造）、１５ｇのＭＭＰシアノヒドリン及び１３５ｇの水を満たした。１３０℃で５時間撹拌した後、温度を１００℃に下げて反応液をディップパイプ（ｄｉｐ ｐｉｐｅ）を通じてとり除いた。引き続き、１０ｇのＭＭＰシアノヒドリン及び９０ｇの水を供給して撹拌しながら１３０℃に加熱した。５．５時間後、上記溶液にはこれ以上シアノヒドリンが含有されていなかったが、１１．１重量％のＭＨＡアンモニウム塩、０．８重量％のメチオニン及び０．１重量％のＭＨＡアミドは含有されていた。
実施例１で使用された圧力容器に２２ｇの圧出二酸化チタン（ｄ＝１ｍｍ）、Ａｅｒｏｌｙｓｔ ７７１０（Ｒ）（Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ製造）、１５ｇのＭＭＰシアノヒドリン及び１３５ｇの水を満たした。１３０℃で５時間撹拌した後、温度を１００℃に下げて反応液をディップパイプ（ｄｉｐ ｐｉｐｅ）を通じてとり除いた。引き続き、１０ｇのＭＭＰシアノヒドリン及び９０ｇの水を供給して撹拌しながら１３０℃に加熱した。５．５時間後、上記溶液にはこれ以上シアノヒドリンが含有されていなかったが、１１．１重量％のＭＨＡアンモニウム塩、０．８重量％のメチオニン及び０．１重量％のＭＨＡアミドは含有されていた。
実施例３
１５ｇのＭＭＰシアノヒドリン、１３５ｇの水及び２４ｇの二酸化チタンを、撹拌機及び還流コンデンサーを備えたガラス容器で還流下に沸騰させた。使用された二酸化チタンである、Ｋｅｍｉｒａ製造のＦＩＮＮＴｉ Ｓ１４０は粉末形態で、表面積が２５０乃至３５０ｍ２／ｇであった。４．５時間後、冷却を行って触媒を濾過除去した。反応液には１１．２重量％のＭＨＡアンモニウム塩、０．３重量％のメチオニン、０．４重量％のＭＨＡアミドが含有されているがシアノヒドリンは含有されていなかった。
１５ｇのＭＭＰシアノヒドリン、１３５ｇの水及び２４ｇの二酸化チタンを、撹拌機及び還流コンデンサーを備えたガラス容器で還流下に沸騰させた。使用された二酸化チタンである、Ｋｅｍｉｒａ製造のＦＩＮＮＴｉ Ｓ１４０は粉末形態で、表面積が２５０乃至３５０ｍ２／ｇであった。４．５時間後、冷却を行って触媒を濾過除去した。反応液には１１．２重量％のＭＨＡアンモニウム塩、０．３重量％のメチオニン、０．４重量％のＭＨＡアミドが含有されているがシアノヒドリンは含有されていなかった。
Claims (11)
- ３−メチルチオプロピオンアルデヒドをシアン化水素と反応させて２−ヒドロキシ−４−メチルチオブチロニトリルを生成し、引き続き加水分解することにより、２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩を製造する方法であって、ニトリルの２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸のアンモニウム塩への触媒的加水分解を単一工程ステップで行う方法。
- 全体反応において一つの触媒が加水分解反応に使用される請求項１に記載の方法。
- 触媒がチタン−含有固体であり窒化チタン、硫化チタンまたは二酸化チタンのようなチタン化合物を含む請求項１または２に記載の方法。
- チタン化合物が二酸化チタンである請求項３に記載の方法。
- 二酸化チタンがアナターゼの結晶変形体（ｃｒｙｓｔａｌ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を含む請求項４に記載の方法。
- 触媒が酸化（ｏｘｉｄｉｃ）チタン化合物であり、ここで一部のオキサイド作用基がヒドロキシドとして存在する請求項３に記載の方法。
- 触媒として、純粋な形態のアナターゼまたはアナターゼと金紅石またはその他の金属化合物、例えばマンガン、モリブデン、ニオビウム、バナジウムまたはタングステンの酸化物或いはゼオライトまたは２以上の前記化合物の混合物との混合物を使用する請求項３に記載の方法。
- 反応完了時、触媒を反応液から分離して再使用する請求項１または３に記載の方法。
- 触媒を連続工程で使用する請求項１または３に記載の方法。
- 請求項１乃至９のいずれか一項によって製造された２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩の飼料添加剤としての用途。
- 請求項１乃至９のいずれか一項によって製造された２−ヒドロキシ−４−メチルチオ酪酸アンモニウム塩を含む飼料添加剤。
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