JP2023539760A - グアニジノ酢酸の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、塩基の存在下に水性反応混合物中でシアナミドをグリシンと反応させることによるグアニジノ酢酸の製造方法であって、反応混合物中のアンモニア含有量を２０ｇ／Ｌ以下に制御し、反応混合物中のジシアンジアミド含有量を５重量％以下に保持する方法に関する。
Description
グアニジノ酢酸（ＧＡＡ）は、動物飼料添加物として使用される無色の結晶性有機化合物である（国際公開第２００５１２０２４６号／米国特許出願公開第２０１１２５７０７５号明細書）。ＧＡＡは、クレアチンの天然前駆体である（例えば、Humm et al., Biochem. J. (1997) 322, 771-776）。したがって、ＧＡＡを補充することにより、生体内のクレアチンの最適な供給が可能となる。
本発明は、塩基の存在下に水性反応混合物中でシアナミドをグリシンと反応させることによるグアニジノ酢酸（ＧＡＡ）の製造方法に関する。
グリシンにシアナミドを加えることによるＧＡＡの製造は、１８６１年に初めて記載された（M. Strecker, comptes rendus 1861, 52, 1212; Ber. Chem. Ges. (現：Eur. J. Inorg. Chem.) 1908, 41, 4385において引用）。反応媒体として、弱アルカリ性のアンモニア水溶液が使用された。また、より最近の文献には、ｐＨ調整用の塩基として水酸化ナトリウム溶液または炭酸ナトリウムを用いた反応条件も記載されている（例えば、中国特許出願公開第１０２３２９２５０号明細書および中国特許出願公開第１０１４６２９８３号明細書）。
シアナミドおよびグリシンからＧＡＡを製造するためには、アルカリ性環境（ｐＨ８～１０）が必要であるが、これはまた、特にジシアンジアミドやメラミンといった望ましくない副産物を生じる可能性がある環境とまったく同じ環境でもある：
この点で課題を伴う文献（欧州特許出願公開第３６７７３２９号明細書および中国特許出願公開第１０２３２９２５０号明細書）には、シアナミドおよびグリシンからＧＡＡを製造する方法が２種類記載されている：
Ａ）シアナミド溶液をアルカリ性グリシン溶液に添加する方法（フェッドバッチ；図１）。
Ｂ）グリシンおよびシアナミドを連続運転反応系に添加し、生成物分離後にグリシンを含む母液を連続的に再循環させる方法（図２）。
Ａ）シアナミド溶液をアルカリ性グリシン溶液に添加する方法（フェッドバッチ；図１）。
Ｂ）グリシンおよびシアナミドを連続運転反応系に添加し、生成物分離後にグリシンを含む母液を連続的に再循環させる方法（図２）。
Ａ）フェッドバッチ：特に反応開始時に、セットアップは、グリシンが大過剰であり、これにより副生成物の生成が抑制されることを特徴とする。しかし、提供されるグリシンはｐＨ緩衝作用に乏しいため、ｐＨ値を調整するために多量の塩基が必要となる。しかし、反応中にグリシンが消費され、緩衝作用が低下し、ｐＨが過度に上昇して収率や選択率が低下する。この望ましくない作用は、酸を添加することで防ぐことができるが、まだ記載されていない。酸によるｐＨ制御により、全体的に塩の生成速度が高くなる。
Ｂ）連続運転反応系：技術的な理由から、連続運転では、反応器内で許容されるグリシンの過剰量はわずかであり（通常は、グリシン：シアナミド＝２：１）、さもなくば循環部が大きくなりすぎる。その結果、選択率が低くなる。同時に、副産物をサイクルから排出しなければならず、さもなくば蓄積の危険性がある。しかし、このようなパージ流では、多量のグリシンも除去されて失われてしまう。
副産物であるジシアンジアミドはメラミンに比べかなり多量に形成されるが、メラミンは国によってｐｐｍ規模でその存在が規制されているため、クリティカルな成分である。最終的なＧＡＡ生成物を洗浄ステップで精製することは可能であるが、手間がかかるため、洗浄水における生成物および原料の損失も大きくなる。
中国特許出願公開第１０５５０３６５９号明細書にはＧＡＡの他の製造方法が開示されており、ＧＡＡは、グリシンの水溶液に液体アンモニアを加えてｐＨを１０に調整し、この溶液を５５℃まで加熱して５０％シアナミド水溶液を加えることによって形成される。この条件下では、アンモニア含有量は２０ｇ／Ｌの閾値以下に保持されていると考えることができる。しかし、この中国特許出願公開第１０５５０３６５９号明細書には、この反応におけるジシアナミド含有量の制御について記載されておらず、またこの方法で得られるメラミン不純物の制御についても何ら開示されていない。
したがって、グリシンおよびシアナミドからのＧＡＡ製造の経済性を向上させると同時に生成物の品質を向上させるために、メラミンの形成を防止または大幅に低減することが望まれている。
これは、グリシンおよびシアナミドからグアニジノ酢酸（ＧＡＡ）を製造する方法であって、メラミン形成を促進する反応条件を回避する方法により達成され、特に、塩基の存在下に水性反応混合物中でシアナミドをグリシンと反応させることによるグアニジノ酢酸の製造方法であって、反応混合物中のアンモニア含有量を２０ｇ／Ｌ以下に制御し、反応混合物中のジシアンジアミド含有量を５重量％以下に保持する方法によって達成される。
本発明による方法に適した塩基は、例えば、カリウムまたはナトリウムの水酸化物、重炭酸塩または炭酸塩である。
メラミンは、シアナミドから、またはシアナミドとジシアンジアミドとの反応によって形成可能であることが知られている。しかし、どちらの反応も通常は非常に高い温度を必要とし（例１参照）、低温での顕著なメラミン形成について説明することができない（例２参照）。ＧＡＡ製造の典型的な反応温度は１００℃以下であるため、その観察を合理化するためには、別のメラミン形成方法が必要である。１００℃以下の水溶液中でのメラミン形成には常にシアナミドが必要であるという直感的な仮定に反して、シアナミドの非存在下でメラミン形成が観察された（例３参照）。実際に、ジシアンジアミドおよびアンモニアが存在することにより、微量のメラミンの形成が同様に促進される（例４および例５参照）。つまり本発明によれば、ジシアンジアミドまたはアンモニアのいずれかを存在させないことによって、メラミン含有量が著しく減少したＧＡＡ製造が可能になるということである。本発明によれば、ジシアンジアミドの含有量は、ｐＨ値および温度に依存する溶解度積以下でなければならない。
ジシアンジアミドの形成は、通常、グリシン：シアナミド比が低いか、あるいはＧＡＡ反応中のｐＨ値が高すぎることにより促進される。このように、グリシン：シアナミド比が低いことは連続ＧＡＡプロセスにおける典型的な技術課題であり、一方で、高すぎるｐＨ値は、フェッドバッチプロセスの終了時にしばしば観察される。これら双方のＧＡＡプロセスに当てはまるジシアンジアミド蓄積の第三の事実として、母液の再循環は実際のジシアンジアミドレベルに強い影響を与える。ＧＡＡプロセスでは、常時、わずかなアンモニアの形成が観察される。しかし、アンモニアの形成はｐＨ値が高すぎると非常に促進され、これは特にフェッドバッチプロセスにとって課題となっている。他の供給源として、アンモニアはＧＡＡプロセスにおいて塩基として使用されることもあり、このことは、この化合物が多量に存在することを直接的に意味する。アンモニア含有量を減少させる、またはその形成を避けるためには、アンモニアを塩基として使用しないことが好ましく、反応のｐＨ値を注意深く監視して１０以下に保持する必要があり、これは特にフェッドバッチプロセスにとって重要なことである。別の選択肢として、アンモニアを水溶液からストリッピングにより除去することも可能であり、これはどちらのプロセスタイプでも有効である。
したがって、本発明による方法において、アンモニア含有量を以下の手段の少なくとも１つによって制御することができる：
（ａ）反応混合物からアンモニアをストリッピングにより除去すること。これは、実験室規模では表面積を拡大するための高速撹拌、または工業規模では不活性ガス、例えば窒素もしくは空気によるストリッピングを意味する。
（ｂ）ｐＨ値がｐＨ＝１０を超えるレベルにまで上昇した場合に、有機酸または無機酸を添加すること。
（ａ）反応混合物からアンモニアをストリッピングにより除去すること。これは、実験室規模では表面積を拡大するための高速撹拌、または工業規模では不活性ガス、例えば窒素もしくは空気によるストリッピングを意味する。
（ｂ）ｐＨ値がｐＨ＝１０を超えるレベルにまで上昇した場合に、有機酸または無機酸を添加すること。
反応混合物のｐＨは、電子式ｐＨメーターまたはｐＨ試験紙によって測定することができる。
ジシアンジアミド含有量は、反応混合物にグリシンが添加されている間に反応混合物中のグリシン：シアナミドのモル比が４：１以上となるようにシアナミドおよびグリシンを反応混合物に連続的に添加することにより制御することが可能である。これは、グリシンと塩基とを含む予備混合水溶液にシアナミドおよびグリシンを同時に添加することにより、シアナミドを過剰モル量のグリシンと連続的に反応させ、ここで、シアナミドおよびグリシンの同時添加の速度を、シアナミドおよびグリシンの同時添加の全期間にわたって反応混合物内のグリシンに対する塩基のモル比が０．１～０．４の範囲に一定に保持されるように調節することにより達成できる。
反応混合物にグリシンが添加されている間に反応混合物中のグリシン：シアナミドのモル比が４：１以上であるこの特定の方法は、シアナミドを全体として等モル量のグリシンと反応させ、後続のステップにおいて、酸の添加により反応混合物のｐＨを約８～約１０の範囲内に保持しながら、残りのモル量のシアナミドをグリシンなしでグリシン含有反応混合物に連続的に添加する（結果としてシアナミドおよびグリシンが全体として等モル量となる）という点で変化させることが可能である。この後続のステップの間、理想的には、酸の添加により反応混合物のｐＨを約８～約１０の範囲内に保持する。
ｐＨ制御のために反応混合物に添加される酸は、亜硫酸、酢酸、塩酸、炭酸、二酸化炭素、ギ酸またはリン酸であってよく、好ましくは酢酸および亜硫酸またはアミノ酸グリシンである。
本発明による方法において、ジシアンジアミド含有量は、反応混合物からジシアンジアミドを沈殿させることにより制御することができる。明示的に参照される好適な沈殿方法は、例えば中国実用新案公告第２１１０９９０３３号明細書に開示されている。
一実施形態では、シアナミドに対するＧＡＡ収率は、少なくとも１５モル％、好ましくは少なくとも４５モル％、より好ましくは少なくとも６０モル％、さらにより好ましくは少なくとも７０モル％、最も好ましくは少なくとも９０モル％である。
実験の部
全般的な情報
供給元：
－ グリシン（ｐ．ａ．）：Merck KGaA、ダルムシュタット（ドイツ）
－ シアナミド、Ｈ２Ｏ中５０％：ABCR GmbH、カールスルーエ（ドイツ）
－ ジシアンジアミド：Alfa Aesar as part of Thermo Fischer Scientific、カンデル（ドイツ）
－ 水酸化ナトリウム：Merck KGaA、ダルムシュタット（ドイツ）
－ アンモニア、Ｈ２Ｏ中２５％：Merck KGaA、ダルムシュタット（ドイツ）
全般的な情報
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－ シアナミド、Ｈ２Ｏ中５０％：ABCR GmbH、カールスルーエ（ドイツ）
－ ジシアンジアミド：Alfa Aesar as part of Thermo Fischer Scientific、カンデル（ドイツ）
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－ アンモニア、Ｈ２Ｏ中２５％：Merck KGaA、ダルムシュタット（ドイツ）
器具：
－ ２５０ｍＬの三ツ口フラスコ
－ ３００ｍＬの圧力容器
－ ２５０ｍＬの三ツ口フラスコ
－ ３００ｍＬの圧力容器
分析機器：
－ Ａｇｉｌｅｎｔ ＨＰＣによるＧＡＡ分析
・誘導体化：なし
・カラム：Ｚｏｒｂａｘ ＳＢ－Ｐｈｅｎｙｌ；カラム温度：３０℃
・２００ｎｍでのＵＶ検出
・溶離液：１７８０ｇのＨ２Ｏ＋６８ｇのオルトリン酸、Ｈ２Ｏ中８５重量％
・流量：０．４ｍＬ／分
・保持時間：１５．１分
－ Ａｇｉｌｅｎｔ ＨＰＣによるメラミン分析
・誘導体化：なし
・カラム：ＨｉＣｈｒｏｍ Ａｌｌｔｉｍａ ５μｍ Ｃ１８；カラム温度：２０℃
・２１０ｎｍでのＵＶ検出
・溶離液Ａ：１７８０ｇのＨ２Ｏ＋６８ｇのオルトリン酸、Ｈ２Ｏ中８５重量％
・溶離液Ｂ：アセトニトリル
・時間／フロープログラム：
・保持時間：１８．０分
－ 反応混合物のｐＨは、電子式ｐＨメーターまたはｐＨ試験紙によって測定することができる。
－ Ａｇｉｌｅｎｔ ＨＰＣによるＧＡＡ分析
・誘導体化：なし
・カラム：Ｚｏｒｂａｘ ＳＢ－Ｐｈｅｎｙｌ；カラム温度：３０℃
・２００ｎｍでのＵＶ検出
・溶離液：１７８０ｇのＨ２Ｏ＋６８ｇのオルトリン酸、Ｈ２Ｏ中８５重量％
・流量：０．４ｍＬ／分
・保持時間：１５．１分
－ Ａｇｉｌｅｎｔ ＨＰＣによるメラミン分析
・誘導体化：なし
・カラム：ＨｉＣｈｒｏｍ Ａｌｌｔｉｍａ ５μｍ Ｃ１８；カラム温度：２０℃
・２１０ｎｍでのＵＶ検出
・溶離液Ａ：１７８０ｇのＨ２Ｏ＋６８ｇのオルトリン酸、Ｈ２Ｏ中８５重量％
・溶離液Ｂ：アセトニトリル
・時間／フロープログラム：
－ 反応混合物のｐＨは、電子式ｐＨメーターまたはｐＨ試験紙によって測定することができる。
例１
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）とシアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）とを３００ｍＬの圧力容器中で混合し、次いで撹拌下で４時間にわたって１２０℃に加熱した（懸濁液のｐＨ値＝５）。メラミン形成量を、形成された反応混合物のＨＰＬＣ分析により求めた。
メラミン生成量：７．０ミリモル
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）とシアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）とを３００ｍＬの圧力容器中で混合し、次いで撹拌下で４時間にわたって１２０℃に加熱した（懸濁液のｐＨ値＝５）。メラミン形成量を、形成された反応混合物のＨＰＬＣ分析により求めた。
メラミン生成量：７．０ミリモル
例２
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）と水酸化ナトリウム水溶液（１０ｇ、水中０．００４重量％、０．０１ミリモル、懸濁液のｐＨ値＝９）とを３００ｍＬの圧力容器中で混合し、次いで撹拌下で４時間にわたって９０℃に加熱した。メラミン形成量を、形成された反応混合物のＨＰＬＣ分析により求めた。
メラミン生成量：０．１ミリモル
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）と水酸化ナトリウム水溶液（１０ｇ、水中０．００４重量％、０．０１ミリモル、懸濁液のｐＨ値＝９）とを３００ｍＬの圧力容器中で混合し、次いで撹拌下で４時間にわたって９０℃に加熱した。メラミン形成量を、形成された反応混合物のＨＰＬＣ分析により求めた。
メラミン生成量：０．１ミリモル
例３
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）と水酸化ナトリウム水溶液（１０ｇ、０．００４重量％、０．０１ミリモル）とを３００ｍＬの圧力容器中で混合した（懸濁液のｐＨ値＝１０）。この反応混合物を、撹拌下に９０℃まで４時間加熱した。メラミン形成量を、形成された反応混合物のＨＰＬＣ分析により求めた。
メラミン生成量：５．０ミリモル
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）と水酸化ナトリウム水溶液（１０ｇ、０．００４重量％、０．０１ミリモル）とを３００ｍＬの圧力容器中で混合した（懸濁液のｐＨ値＝１０）。この反応混合物を、撹拌下に９０℃まで４時間加熱した。メラミン形成量を、形成された反応混合物のＨＰＬＣ分析により求めた。
メラミン生成量：５．０ミリモル
例４
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）、水（４５ｇ）、水酸化ナトリウム（０．３ｇ、８．５ミリモル）およびアンモニア水溶液（５．３ｇ、３２重量％、１００ミリモル）を３００ｍＬの圧力容器中で混合した（懸濁液のｐＨ値＝１１）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を加え、この反応混合物を、撹拌下に９０℃まで４時間加熱した。メラミン形成量を、形成された反応混合物のＨＰＬＣ分析により求めた。
メラミン生成量：４．６ミリモル
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）、水（４５ｇ）、水酸化ナトリウム（０．３ｇ、８．５ミリモル）およびアンモニア水溶液（５．３ｇ、３２重量％、１００ミリモル）を３００ｍＬの圧力容器中で混合した（懸濁液のｐＨ値＝１１）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を加え、この反応混合物を、撹拌下に９０℃まで４時間加熱した。メラミン形成量を、形成された反応混合物のＨＰＬＣ分析により求めた。
メラミン生成量：４．６ミリモル
例５
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）とアンモニア水溶液（５．３ｇ、３２重量％、１００ミリモル）とを３００ｍＬの圧力容器中で混合した。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加し、この反応混合物を、撹拌下に９０℃まで４時間加熱した。メラミン形成量を、形成された反応混合物のＨＰＬＣ分析により求めた。
メラミン生成量：５．０ミリモル
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）とアンモニア水溶液（５．３ｇ、３２重量％、１００ミリモル）とを３００ｍＬの圧力容器中で混合した。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加し、この反応混合物を、撹拌下に９０℃まで４時間加熱した。メラミン形成量を、形成された反応混合物のＨＰＬＣ分析により求めた。
メラミン生成量：５．０ミリモル
例６ － 本発明によるが、さらにジシアンジアミド含有量を高めたＧＡＡ合成（密閉系）
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）、水（５０ｇ）、水酸化ナトリウム（０．６５ｇ、１６ミリモル）およびグリシン（７．５ｇ、１００ミリモル）を３００ｍＬの圧力容器中で混合した（懸濁液のｐＨ値＝９．５）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加した。この反応混合物を撹拌下に９０℃まで４時間加熱し、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。メラミン生成量とＧＡＡ生成量との双方を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：９１％
メラミン生成量：０．４ミリモル
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）、水（５０ｇ）、水酸化ナトリウム（０．６５ｇ、１６ミリモル）およびグリシン（７．５ｇ、１００ミリモル）を３００ｍＬの圧力容器中で混合した（懸濁液のｐＨ値＝９．５）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加した。この反応混合物を撹拌下に９０℃まで４時間加熱し、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。メラミン生成量とＧＡＡ生成量との双方を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：９１％
メラミン生成量：０．４ミリモル
例７ － 本発明によるが、さらにジシアンジアミド含有量を高めたＧＡＡ合成（開放系）
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）、水（５０ｇ）、水酸化ナトリウム（０．６５ｇ、１６ミリモル）およびグリシン（７．５ｇ、１００ミリモル）を２５０ｍＬの三ツ口フラスコ中で混合した（懸濁液のｐＨ値＝９．５）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加した。この反応混合物を撹拌下に９０℃まで４時間加熱し、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。高速撹拌により表面積が拡大し、これは、アンモニアが反応混合物から容易に流出し得ることを意味する。アンモニアは、気相ではっきりと臭いが感じられた。メラミン生成量とＧＡＡ生成量との双方を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：９３％
メラミン生成量：０．４ミリモル
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）、水（５０ｇ）、水酸化ナトリウム（０．６５ｇ、１６ミリモル）およびグリシン（７．５ｇ、１００ミリモル）を２５０ｍＬの三ツ口フラスコ中で混合した（懸濁液のｐＨ値＝９．５）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加した。この反応混合物を撹拌下に９０℃まで４時間加熱し、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。高速撹拌により表面積が拡大し、これは、アンモニアが反応混合物から容易に流出し得ることを意味する。アンモニアは、気相ではっきりと臭いが感じられた。メラミン生成量とＧＡＡ生成量との双方を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：９３％
メラミン生成量：０．４ミリモル
例８ － 高ジシアンジアミド含有量および高ｐＨ値でのＧＡＡ合成（密閉系）
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）、水（５０ｇ）、水酸化ナトリウム（４．０ｇ、１００ミリモル）およびグリシン（７．５ｇ、１００ミリモル）を３００ｍＬの圧力容器中で混合した（懸濁液のｐＨ＝１２）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加した。この反応混合物を撹拌下に９０℃まで４時間加熱し、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。メラミン生成量とＧＡＡ生成量との双方を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：４４％
メラミン生成量：９．４ミリモル
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）、水（５０ｇ）、水酸化ナトリウム（４．０ｇ、１００ミリモル）およびグリシン（７．５ｇ、１００ミリモル）を３００ｍＬの圧力容器中で混合した（懸濁液のｐＨ＝１２）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加した。この反応混合物を撹拌下に９０℃まで４時間加熱し、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。メラミン生成量とＧＡＡ生成量との双方を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：４４％
メラミン生成量：９．４ミリモル
例９ － 高ジシアンジアミド含有量および高ｐＨ値でのＧＡＡ合成（開放系）
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）、水（５０ｇ）、水酸化ナトリウム（４．０ｇ、１００ミリモル）およびグリシン（７．５ｇ、１００ミリモル）を２５０ｍＬの三ツ口フラスコ中で混合した（懸濁液のｐＨ＝１２）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加した。この反応混合物を撹拌下に９０℃まで４時間加熱し、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。メラミン生成量とＧＡＡ生成量との双方を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：３７％
メラミン生成量：４．１ミリモル
ジシアンジアミド（８．４ｇ、１００ミリモル）、水（５０ｇ）、水酸化ナトリウム（４．０ｇ、１００ミリモル）およびグリシン（７．５ｇ、１００ミリモル）を２５０ｍＬの三ツ口フラスコ中で混合した（懸濁液のｐＨ＝１２）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加した。この反応混合物を撹拌下に９０℃まで４時間加熱し、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。メラミン生成量とＧＡＡ生成量との双方を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：３７％
メラミン生成量：４．１ミリモル
例１０ － 高ｐＨ値でのＧＡＡ合成（密閉系）
グリシン（７．５ｇ、１００ミリモル）、水（５８ｇ）および水酸化ナトリウム（４．０ｇ、１００ミリモル）を３００ｍＬの圧力容器中で混合した（懸濁液のｐＨ＝１２）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加した。この反応混合物を撹拌下に９０℃まで４時間加熱し、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。メラミン生成量とＧＡＡ生成量との双方を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：２２％
メラミン生成量：０．９ミリモル
グリシン（７．５ｇ、１００ミリモル）、水（５８ｇ）および水酸化ナトリウム（４．０ｇ、１００ミリモル）を３００ｍＬの圧力容器中で混合した（懸濁液のｐＨ＝１２）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加した。この反応混合物を撹拌下に９０℃まで４時間加熱し、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。メラミン生成量とＧＡＡ生成量との双方を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：２２％
メラミン生成量：０．９ミリモル
例１１ － 高ｐＨ値でのＧＡＡ合成（開放系）
グリシン（７．５ｇ、１００ミリモル）、水（５８ｇ）および水酸化ナトリウム（４．０ｇ、１００ミリモル）を２５０ｍＬの三ツ口フラスコ中で混合した（懸濁液のｐＨ＝１２）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加した。この反応混合物を撹拌下に９０℃まで４時間加熱し、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。メラミン生成量とＧＡＡ生成量との双方を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：１７％
メラミン生成量：０．８ミリモル
グリシン（７．５ｇ、１００ミリモル）、水（５８ｇ）および水酸化ナトリウム（４．０ｇ、１００ミリモル）を２５０ｍＬの三ツ口フラスコ中で混合した（懸濁液のｐＨ＝１２）。シアナミド水溶液（８．４ｇ、５０重量％、１００ミリモル）を添加した。この反応混合物を撹拌下に９０℃まで４時間加熱し、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。メラミン生成量とＧＡＡ生成量との双方を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：１７％
メラミン生成量：０．８ミリモル
例６～例１１：全般的注記
例６および例７は、本発明による条件下で行ったが、反応混合物に等モル量のジシアナミド（１００ミリモル／１１重量％）を添加したものである。これらの例は、アンモニアを含まない条件およびアンモニア形成条件なし（ｐＨ＝９．５）での反応の場合、反応混合物にさらにジシアンジアミドを添加しても、メラミン濃度は依然として非常に低くなることを示している。
例６および例７は、本発明による条件下で行ったが、反応混合物に等モル量のジシアナミド（１００ミリモル／１１重量％）を添加したものである。これらの例は、アンモニアを含まない条件およびアンモニア形成条件なし（ｐＨ＝９．５）での反応の場合、反応混合物にさらにジシアンジアミドを添加しても、メラミン濃度は依然として非常に低くなることを示している。
例８および例９：アンモニアを含む条件およびアンモニア形成条件（ｐＨ＞１０）での反応の場合、反応混合物中にジシアンジアミドが存在すると、メラミン濃度が高くなる。
例１０および例１１：アンモニアを含まない条件およびアンモニア形成条件（ｐＨ＞１０）での反応の場合、反応混合物中にジシアンジアミドが存在しないと、メラミン濃度が低くなる。
「密閉型」とは、形成されたアンモニアが流出できない系を意味する。この系は実際の生産プラントに相当する。実際の生産プラントは密閉系ではないが、容積が大きいためアンモニアが流出しにくい。したがって、ここでも高いアンモニア濃度の値が存在する。
「開放型」とは、撹拌子を備えた開放された小さな系を意味し、アンモニアの流出が単純化されるため、アンモニアの「ストリッピング」をシミュレートすることができる。本実験では、メラミン含有量が多い条件下でも、密閉型装置に比べてメラミンが少ないことが実際に確認された。
例１２：本発明によるＧＡＡの製造方法
グリシン（４．３ｋｇ、５７モル）、水（１１．４ｋｇ）および水酸化ナトリウム（水中５０％、１．５ｋｇ、１８．９モル）を混合した。シアナミド水溶液（水中５０．４％、３．４ｋｇ、４０．５モル）を１８ｍＬ／分で１７８分かけて加えた。撹拌下に９０℃で５時間反応を行って、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。高速撹拌により表面積が拡大し、これは、アンモニアが反応混合物から容易に流出し得ることを意味する。アンモニアは、気相ではっきりと臭いが感じられた。反応混合物のアンモニウム濃度を、市販の比色試験キット（Merck、ＭＱＵＡＮＴ（登録商標）と共に使用するアンモニウムテスト）で試験した。反応中のアンモニア濃度は、５ｇ／ｌ～８ｇ／ｌであった。ＧＡＡ生成量およびジシアンジアミド生成量を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：６７％
ジシアンジアミド１．８重量％
グリシン（４．３ｋｇ、５７モル）、水（１１．４ｋｇ）および水酸化ナトリウム（水中５０％、１．５ｋｇ、１８．９モル）を混合した。シアナミド水溶液（水中５０．４％、３．４ｋｇ、４０．５モル）を１８ｍＬ／分で１７８分かけて加えた。撹拌下に９０℃で５時間反応を行って、ＧＡＡへの反応を確実に完了させた。高速撹拌により表面積が拡大し、これは、アンモニアが反応混合物から容易に流出し得ることを意味する。アンモニアは、気相ではっきりと臭いが感じられた。反応混合物のアンモニウム濃度を、市販の比色試験キット（Merck、ＭＱＵＡＮＴ（登録商標）と共に使用するアンモニウムテスト）で試験した。反応中のアンモニア濃度は、５ｇ／ｌ～８ｇ／ｌであった。ＧＡＡ生成量およびジシアンジアミド生成量を、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析により求めた。
シアナミドに対するＧＡＡ収率：６７％
ジシアンジアミド１．８重量％
例１３：ｐＨ制御を行う本発明によるＧＡＡの製造方法
５０Ｌの反応装置において、シアナミド（Ｈ２Ｏ中５０重量％、４．５ｋｇ、５４モル、１．０当量、１７８分で２４ｍＬ／分）を、グリシン（５．８ｋｇ、７７モル、１．４当量）と水酸化ナトリウム（Ｈ２Ｏ中５０重量％、１．２ｋｇ、１５モル）との水溶液（水１６ｋｇ、溶液のグリシン含有量：２５重量％）に８２℃で撹拌下に添加した。８２℃でさらに２時間撹拌した後、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析によりＧＡＡ収率を求めた。
反応開始時のｐＨ値：９、反応終了時のｐＨ値：１０
ＧＡＡ収率：８８％（５．６ｋｇ）
ジシアンジアミド１．８重量％
５０Ｌの反応装置において、シアナミド（Ｈ２Ｏ中５０重量％、４．５ｋｇ、５４モル、１．０当量、１７８分で２４ｍＬ／分）を、グリシン（５．８ｋｇ、７７モル、１．４当量）と水酸化ナトリウム（Ｈ２Ｏ中５０重量％、１．２ｋｇ、１５モル）との水溶液（水１６ｋｇ、溶液のグリシン含有量：２５重量％）に８２℃で撹拌下に添加した。８２℃でさらに２時間撹拌した後、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析によりＧＡＡ収率を求めた。
反応開始時のｐＨ値：９、反応終了時のｐＨ値：１０
ＧＡＡ収率：８８％（５．６ｋｇ）
ジシアンジアミド１．８重量％
例１４：シアナミドおよびグリシンの連続的添加ならびにｐＨ制御を行う本発明によるＧＡＡの製造方法
５０Ｌの反応装置において、シアナミド（Ｈ２Ｏ中５０重量％、４．５ｋｇ、５４モル、１．０当量、１７８分で２４ｍＬ／分）とグリシン（４．６ｋｇ、６２モル、１．１当量）の水溶液（水１４ｋｇ、溶液のグリシン含有量：２５重量％、１７８分で合計１０７ｍＬ／分）との双方を、グリシン（１．２ｋｇ、１５モル、０．２８当量）と水酸化ナトリウム（Ｈ２Ｏ中５０重量％、０．３０ｋｇ、３．８モル）との水溶液（水３．２ｋｇ、溶液のグリシン含有量：２５重量％）に８２℃で撹拌下に添加した。８２℃でさらに２時間撹拌した後、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析によりＧＡＡ収率を求めた。
反応開始時のｐＨ値：９．５、反応終了時のｐＨ値：８．９
ＧＡＡ収率：８９％（５．７ｋｇ）
ジシアンジアミド３．６重量％
５０Ｌの反応装置において、シアナミド（Ｈ２Ｏ中５０重量％、４．５ｋｇ、５４モル、１．０当量、１７８分で２４ｍＬ／分）とグリシン（４．６ｋｇ、６２モル、１．１当量）の水溶液（水１４ｋｇ、溶液のグリシン含有量：２５重量％、１７８分で合計１０７ｍＬ／分）との双方を、グリシン（１．２ｋｇ、１５モル、０．２８当量）と水酸化ナトリウム（Ｈ２Ｏ中５０重量％、０．３０ｋｇ、３．８モル）との水溶液（水３．２ｋｇ、溶液のグリシン含有量：２５重量％）に８２℃で撹拌下に添加した。８２℃でさらに２時間撹拌した後、形成された懸濁液のＨＰＬＣ分析によりＧＡＡ収率を求めた。
反応開始時のｐＨ値：９．５、反応終了時のｐＨ値：８．９
ＧＡＡ収率：８９％（５．７ｋｇ）
ジシアンジアミド３．６重量％
Claims (6)
- 塩基の存在下に水性反応混合物中でシアナミドをグリシンと反応させることによるグアニジノ酢酸の製造方法であって、前記反応混合物中のアンモニア含有量を２０ｇ／Ｌ以下に制御し、前記反応混合物中のジシアンジアミド含有量を５重量％以下に保持する、方法。
- 前記アンモニア含有量を、以下の手段：
（ａ）前記反応混合物からアンモニアをストリッピングにより除去すること；
（ｂ）ｐＨ値がｐＨ＝１０を超えるレベルにまで上昇した場合に、有機酸または無機酸を添加すること
の少なくとも１つによって制御する、請求項１記載の方法。 - 前記ジシアンジアミド含有量を、前記反応混合物にグリシンが添加されている間に前記反応混合物中のグリシン：シアナミドのモル比が４：１以上となるようにシアナミドおよびグリシンを前記反応混合物に連続的に添加することにより制御する、請求項１または２記載の方法。
- グリシンと前記塩基とを含む予備混合水溶液にシアナミドおよびグリシンを同時に添加することにより、シアナミドを過剰モル量のグリシンと連続的に反応させ、シアナミドおよびグリシンの同時添加の速度を、前記シアナミドおよびグリシンの同時添加の全期間にわたって前記反応混合物内のグリシンに対する塩基のモル比が０．１～０．４の範囲に一定に保持されるように調節する、請求項３記載の方法。
- シアナミドを全体として等モル量のグリシンと反応させ、後続のステップにおいて、酸の添加により前記反応混合物のｐＨを約８～約１０の範囲内に保持しながら、残りのモル量のシアナミドをグリシンなしでグリシン含有反応混合物に連続的に添加する、請求項４記載の方法。
- 前記ジシアンジアミド含有量を、前記反応混合物からジシアンジアミドを沈殿させることにより制御する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
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