JP6958916B2 - グリシンの製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、実際には、触媒として酸化ジルコニウムのみを用いた場合、又は、これにケトン類を共存させた場合であっても、グリシンの収率は、工業的に十分であるとは言い難い。
[1]グリシノニトリルと水とを、セリウム化合物の存在下で反応させて、グリシンを得ることを特徴とするグリシンの製造方法。
[2]前記セリウム化合物が、セリウム含有酸化物である、上記[1]に記載のグリシンの製造方法。
[3]前記セリウム含有酸化物が、酸化セリウム、又は、セリウムと1種以上の他の金属元素との複合金属酸化物である、上記[2]に記載のグリシンの製造方法。
[4]前記セリウム含有酸化物が、酸化セリウム、又は、セリウムと1種以上の他の金属元素との複合金属酸化物に、リチウム、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、インジウム、バリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、ユウロピウム、鉛、ハフニウム及び亜鉛からなる群より選ばれる1種以上の金属元素を含む成分を担持した担持型金属酸化物である、上記[2]に記載のグリシンの製造方法。
[5]前記複合金属酸化物における他の金属元素が、ジルコニウムを含む、上記[3]又は[4]に記載のグリシンの製造方法。
[6]グリシノニトリルと水とを、前記セリウム化合物の存在下でアンモニアを添加して反応させる、上記[1]〜[5]のいずれか1項に記載のグリシンの製造方法。
したがって、本発明の製造方法は、グリシンの工業的な製造に有用な方法である。
本発明のグリシンの製造方法は、グリシノニトリルと水とを、セリウム化合物の存在下で反応させて、グリシンを得ることを特徴とする。
グリシノニトリルからグリシンを合成する際、セリウム化合物を触媒として用い、その存在下で水との接触反応を行うことにより、加水分解反応が選択的に促進され、従来の触媒よりも、グリシンを高収率で得ることができる。
触媒として用いられる前記セリウム化合物としては、セリウムを含有する、酸化物、ハロゲン化物、無機酸塩(例えば、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、リン酸塩)、酢酸塩、シュウ酸塩、水酸化物等が挙げられる。これらのうち、酸化セリウムに代表されるセリウム含有酸化物が、触媒性能に優れているため好ましい。
前記複合金属酸化物におけるセリウム以外の金属元素としては、特に限定されるものではないが、リチウム、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、インジウム、バリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、ユウロピウム、鉛、ハフニウム、亜鉛等が挙げられる。これらは、1種単独でも、2種以上が併用されてもよい。これらのうち、ジルコニウム、イットリウム及びランタンが好ましく、ジルコニウムを含むことがより好ましい。
前記複合金属酸化物としては、CeZrO4(CeO2−ZrO2)等のセリウム・ジルコニウム複合酸化物が好ましい。なお、前記複合金属酸化物は、セリウムを含む酸化物固溶体であってもよい。
前記セリウム化合物の前駆体としては、例えば、セリウムの酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、有機酸塩等の塩;塩化物、臭化物、ヨウ化物等のハロゲン化物;水酸化物;アルコキシド;オキシハロゲン化物等が挙げられる。前記前駆体は、無水物であっても水和物であってもよい。
前記溶媒としては、水;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール等のアルコール類;アセトン等のケトン類等の極性溶媒が挙げられる。これらは、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
なお、セリウム・ジルコニウム複合酸化物(CeZrO4)等の複合金属酸化物は、市販品もあり、これを用いることもできる。
また、前記セリウム含有酸化物は、酸化セリウム又は前記複合金属酸化物に、リチウム、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、インジウム、バリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、ユウロピウム、鉛、ハフニウム及び亜鉛からなる群より選ばれる1種以上の金属元素を含む成分が担持された担持型金属酸化物であってもよい。
担持成分に含まれる金属元素は、1種単独でも、2種以上が併用されてもよい。これらのうち、リチウム、ランタン、ネオジム、イットリウム、ユウロピウム、バリウム及びマグネシウムが好ましく、特に、リチウムが好ましい。
本発明の反応原料であるグリシノニトリルの製造方法は、特に限定されるものではないが、通常、ホルムアルデヒドとシアン化水素との反応により得られるグリコロニトリルに、アンモニアを反応させることにより得られる。本発明においては、このようにして得られたグリシノニトリルを、精製してから反応原料として使用してもよく、あるいはまた、反応溶液のまま、グリシンの製造に供することもできる。
グリシノニトリルと水との反応で用いられる水は、グリシノニトリルの加水分解反応に要するのみならず、反応溶媒の役割も兼ねることができる。このような観点から、グリシノニトリルに対して0.5〜100質量倍であることが好ましく、より好ましくは1〜50質量倍、さらに好ましくは1.5〜20質量倍である。
反応溶媒としては、水を使用することが好ましいが、水以外の溶媒を混合使用してもよい。水と混合する溶媒としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、N−メチルピロリジノン、N−エチルピロリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、アセトン等の水と混和する溶媒を用いることが好ましい。
アンモニアの添加方法は、特に限定されるものではなく、反応溶媒中にガスとして供給してもよく、あるいはまた、水溶液として反応溶媒と混合してもよい。
アンモニアの添加濃度は、グリシノニトリルを溶解させた反応溶液中、1〜30質量%であることが好ましく、より好ましくは2〜20質量%、さらに好ましくは5〜15質量%である。
なお、連続式の場合の反応液中のグリシノニトリルの仕込み濃度及びセリウム化合物の使用量は、回分式の場合の反応性を参照の上、反応槽数や撹拌条件等を勘案して適宜設定することができる。
また、前記反応時の圧力は、特に限定されるものではなく、自生圧力下で反応させてもよく、加圧下で反応させてもよい。その場合の圧力は、絶対圧で0.11〜2.0MPaであることが好ましく、より好ましくは0.15〜1.0MPa、さらに好ましくは0.20〜0.5MPaである。
本発明の製造方法によれば、反応時に不純物となる塩を生じることがなく、反応の後処理において、アルカリや酸を用いた脱塩工程を要することなく、グリシンを製造することができるという利点も有している。
下記のグリシノニトリルの製造、実施例及び比較例において、グリシノニトリルの純度及び転化率、グリシン及びグリシンアミドの収率及び転化率は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)による定量分析により求めた。具体的には、下記分析条件で、反応液中のグリシノニトリル、グリシン及びグリシンアミドについて測定し、絶対検量線法により、各値を算出した。
<分析条件>
カラム:Shodex RSpak NN−814(昭和電工株式会社製)
カラムサイズ:8.0mm×250mm
カラム温度:40℃
溶離液:8mMのKH2PO4を含む0.1v/v%リン酸水溶液
溶離液の流速:1.0mL/min
検出器:UV(紫外線)210nm、RI(示差屈折率)
標準試料:グリシノニトリル硫酸塩(アミノアセトニトリル硫酸塩、東京化成工業株式会社製)
グリシンアミド塩酸塩(東京化成工業株式会社製)
グリシン(純正化学株式会社製)
冷却ジャケット付滴下ロート及びpHコントローラーを付けた1Lの4つ口反応容器に、濃度40質量%のホルマリン330gを入れた。濃度25質量%の水酸化ナトリウム水溶液を用いて、液性をpH5.0に調整した。この液に、濃度70質量%のシアン化水素酸178gを、pH4.9〜5.1に保持しながら滴下ロートで滴下した。滴下終了後、約30分間撹拌して反応させた。
この反応液を、濃度28質量%のアンモニア水320gを入れた1Lのステンレス製オートクレーブに、温度50℃、圧力0.5MPaG以下を保持しながら、送液ポンプを用いて、約2時間で添加した。添加終了後、50℃で2時間撹拌して反応させた。
この反応液を冷却し、オートクレーブを開放して得られた内容物を、1Lナス型フラスコに入れて、減圧蒸留し、純度99.5%のグリシノニトリル173gを得た。
下記実施例及び比較例においては、このグリシノニトリルを原料として用い、グリシンの製造を行った。
・酸化セリウム(CeO2):日本触媒学会、参照触媒JRC−CEO−2
・酸化ジルコニウム(ZrO2):純正化学株式会社製
・セリウム・ジルコニウム複合酸化物(CeZrO4):アルドリッチ社製
・リチウム担持酸化セリウム(Li担持CeO2):以下の方法により、調製した。
<調製方法>
窒素ガス雰囲気のグローブボックス内で、9mLパイレックス(登録商標)ガラス製バイアルに入れた酸化セリウム(CeO2:日本触媒学会、参照触媒JRC−CEO−2)1.0gに、硝酸リチウム(関東化学株式会社製)の1質量%水溶液0.81gを滴下しながら、スパーテルで均一に混合した。得られた混合物を加温式真空乾燥機に入れ、減圧条件下、50℃で1時間乾燥させた。乾燥して得られた固体をるつぼに移し、空気中で500℃で3時間焼成して、リチウム担持酸化セリウム(Li担持CeO2)を得た。
(実施例1)
撹拌子を入れた15mLのガラス製圧力容器に、CeO2 0.5g(液中濃度:グリシノニトリル水溶液に対して5.0質量%;グリシノニトリル(原料)100質量部に対して45質量部)を入れた。これに、濃度11.0質量%のグリシノニトリル水溶液10.0gを加えた。そして、圧力容器を密閉し、70℃で1時間撹拌した。該圧力容器を室温(25℃)まで冷却した後、該容器内の反応液について、HPLC分析を行った。
実施例1において、反応条件を下記表1に示す条件に変更し、それ以外は、実施例1と同様にして反応を行い、反応液のHPLC分析を行った。
撹拌子を入れた15mLのガラス製圧力容器に、CeO2 0.5g(液中濃度:グリシノニトリル水溶液に対して5.0質量%;グリシノニトリル(原料)100質量部に対して45質量部)を入れた。これに、アンモニアの液中濃度が10.0質量%となるように28%アンモニア水溶液を添加して調製した。次いで、濃度11.0質量%のグリシノニトリル水溶液10.0gを加えた。そして、圧力容器を密閉し、70℃で1時間撹拌した。該圧力容器を室温(25℃)まで冷却した後、該容器内の反応液について、HPLC分析を行った。
実施例8において、反応条件を下記表1に示す条件に変更し、それ以外は、実施例8と同様にして反応を行い、反応液のHPLC分析を行った。
実施例1において、CeO2に代えて、ZrO2を用い、それ以外の反応条件を下記表1に示す条件として、実施例1と同様にして反応を行い、反応液のHPLC分析を行った。
実施例8において、CeO2に代えて、ZrO2を用い、それ以外の反応条件を下記表1に示す条件として、実施例8と同様にして反応を行い、反応液のHPLC分析を行った。
実施例1において、CeO2に代えて、CeZrO4を用い、それ以外の反応条件を下記表2に示す条件として、実施例1と同様にして反応を行い、反応液のHPLC分析を行った。
実施例8において、CeO2に代えて、CeZrO4を用い、それ以外の反応条件を下記表2に示す条件として、実施例8と同様にして反応を行い、反応液のHPLC分析を行った。
実施例1において、CeO2に代えて、Li担持CeO2を用い、それ以外の反応条件を下記表2に示す条件として、実施例1と同様にして反応を行い、反応液のHPLC分析を行った。
実施例8において、CeO2に代えて、Li担持CeO2を用い、それ以外の反応条件を下記表2に示す条件として、実施例8と同様にして反応を行い、反応液のHPLC分析を行った。
CeO2を触媒として用いた場合(実施例1〜10)は、比較的低温で長時間反応させる方が、グリシンの収率が高くなる傾向が見られた。
また、CeZrO4を触媒として用いた場合(実施例11〜19)も、CeO2を用いた場合とグリシンの生産性がほぼ同等であることが認められた。
また、Li担持CeO2を触媒として用いた場合(実施例20〜24)は、アンモニアを添加(実施例22〜24)した方が、グリシンの収率が向上することが認められた。
Claims (3)
- グリシノニトリルと水とを、セリウム含有酸化物の存在下で、アンモニアを添加して反応させて、グリシンを得ることを特徴とし、
前記セリウム含有酸化物が、酸化セリウム、又は、セリウムと1種以上の他の金属元素との複合金属酸化物に、リチウム、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、インジウム、バリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、ユウロピウム、鉛、ハフニウム及び亜鉛からなる群より選ばれる1種以上の金属元素を含む成分を担持した担持型金属酸化物である、グリシンの製造方法。 - 前記セリウム含有酸化物が、酸化セリウム、又は、セリウムと1種以上の他の金属元素との複合金属酸化物に、リチウム、マグネシウム、イットリウム、バリウム、ランタン、ネオジム及びユウロピウムからなる群より選ばれる1種以上の金属元素を含む成分を担持した担持型金属酸化物である、請求項1に記載のグリシンの製造方法。
- 前記複合金属酸化物における他の金属元素が、ジルコニウムを含む、請求項1又は2に記載のグリシンの製造方法。
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