JPH11514637A - N−アシルアミノカルボン酸およびn−アシルアミノスルホン酸およびこれらのアルカリ金属塩を連続的に製造する方法および装置 - Google Patents
N−アシルアミノカルボン酸およびn−アシルアミノスルホン酸およびこれらのアルカリ金属塩を連続的に製造する方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
循環回路として構成された反応器中で、アミノカルボン酸およびアミノスルホン酸のそれぞれのアルカリ金属塩およびカルボン酸ハロゲン化物から、N−アシルアミノカルボン酸およびN−アシルアミノスルホン酸およびこれらのアルカリ金属塩を連続的に製造する方法および装置において、反応成分を直ちに反応するために循環回路に供給し、供給される量に相当する生成物溶液の一部を循環回路から連続的に放出する。反応成分を循環ポンプにより循環させる。反応器中の温度を調節する。反応中に生じる熱を除去する。
Description
【発明の詳細な説明】
N−アシルアミノカルボン酸およびN−アシルアミ
ノスルホン酸およびこれらのアルカリ金属塩を連続
的に製造する方法および装置
本発明は、循環回路として構成された反応器中で、アミノカルボン酸およびア
ミノスルホン酸のそれぞれのアルカリ金属塩およびカルボン酸ハロゲン化物から
、N−アシルアミノカルボン酸およびN−アシルアミノスルホン酸およびこれら
のアルカリ金属塩を連続的に製造する方法および装置に関する。
脂肪酸誘導体およびアミノ酸から長鎖アシルアミノ酸を製造するために種々の
合成方法が知られており、これらは使用されるアシル化成分が基本的に異なる。
脂肪酸(ドイツ特許出願公開第2004099号明細書)および脂肪酸メチルエ
ステル(欧州特許出願公開第0033392号明細書)はアシル化成分として原
則的に適しているが、現在では産業的重要性を達成できない。
長鎖N−アシルアミノ酸を製造するために利用される工業的方法は、ショッテ
ン−バウマン反応(Schotten−Baumann reaction)と
して知られる、塩酸を除去して脂肪酸クロリドとアミノ酸を縮合させる方法であ
る。この方法は長い間知ら
れており(ドイツ特許第635522号明細書)、メディアラン酸(Media
lan acid)の名称で知られているオレオイルサルコシンを製造するため
に商業的に利用され、これは、特に腐食防止剤、燃料添加物および皮革用防水剤
として使用される。
メディアラン酸、その他のアシルサルコシネートおよび関連する構造を有する
化合物を合成する一般的原理(E.Jungermann et al.J.A
mer.Chem.Soc.78(1956)172頁以下、米国特許第354
4606号明細書、フランス特許公告第1465959号明細書、旧東ドイツ特
許第85757号明細書、ドイツ特許出願公開第1493650号明細書、ドイ
ツ特許出願公開第1618097号明細書)は、最初にアミノ酸をNa塩として
水溶液に導入し、脂肪酸クロリドおよびNaOHを、撹拌しながら、35℃未満
の温度および9〜12.5のpH値を維持できるほど十分に緩慢に計量供給する
ことからなる。添加終了後、H2SO4を添加することにより反応混合物のpH値
を5未満に調節する。この方法により得られたアシルアミノ酸を有機相として分
離し、適当な場合は、相分離を誘発するために、有機溶剤を添加し、引き続き有
機溶剤を減圧下で再び除去する。アシルアミノ酸のアルカリ金属塩が必要な場合
は、アシルアミノ酸を水に取り、NaOHを添加することにより中和する。個々
の製造工程および反応のパ
ラメータ、例えばpH値および温度に依存した相分離またはけん化速度の最適化
に関しては多くの文献に記載されている。
一見してきわめて簡単な、脂肪酸ハロゲン化物とアミノ酸塩との反応は、良好
な収率および高い純度でアシルアミノ酸の製造を可能にするために、入念な配慮
が払われなければならない若干の重要な点を有する。2つの反応成分を効率よく
混合する場合は、反応はきわめて速いので、反応は1分未満で終了する。従って
アルカリ範囲(pHが8より高い)で、アシル化反応は、競合する脂肪酸クロリ
ドのけん化より明らかに速い(約100倍)。2つの反応は酸性媒体中でほぼ同
じ速度で進行する。温度が上昇することにより、けん化の速度が縮合の速度より
著しく増加する。更にアシル化反応はきわめて発熱性であり、反応速度の違いは
、十分に速く反応中に放出される熱を除去できる場合にのみ利用することができ
る。希釈した水性媒体を使用するので、反応混合物は発泡しやすい(界面活性剤
)。
バッチ法により実施される従来の撹拌容器技術は原則的にアシルアミノ酸を製
造するために適しているが、場合により生成物特性を損なう欠点を有する。これ
らの欠点は、温度の調節および熱の除去が困難であり、更にバッチ中の特性によ
りバッチ当たりの滞在時間がかなり長いことである。反応が進行するにつれて反
応混合物の特性、例えば濃度、容積、粘度が変化し、従って反応速度を決定する
変数も変化する。
従って連続的合成により改善することが提案された。例えばドイツ特許出願公
開第1493660号明細書から、脂肪酸クロリドをアミノカルボン酸またはア
ミノスルホン酸またはこれらの溶解性塩と連続的に反応するために、混合および
回転するために、回転部材および/または固定部材上にのこぎり歯、穿孔または
ピンおよび同様の部品を備えた、シリンダ、円錐、円板またはリングを有する固
定および回転部材からなる、混合装置を使用することが公知である。このような
回転子/固定子装置はきわめて複雑な費用のかかる装置から構成されることが欠
点である。例えばオレオイルサルコシンに関しては30〜40℃が有利である、
低い温度範囲に関する限り効率のよい熱の除去は、特に高い剪断力により付加的
なエネルギの投入が行われるので、困難である。
M.Kajl et al.Tenside Detergents 17(
1980)174頁以下には、反応成分を効率よく混合するためにノズル反応器
の使用が提案されている。これは、ノズル反応器中の熱の除去の制御が困難を伴
ってのみ可能であるという欠点を有する。従って下流冷却部分を有することが必
要であり、局所的な温度ピークが生じることがある。更に発泡が予期される。旧
東ドイツ特許第13146
7号明細書から、強力に混合するために、反応成分流を互いに接近させて、撹拌
装置より下側に、直接撹拌容器に導入することが公知である。これに関する欠点
は、バッチ法による撹拌容器技術と同様である。
本発明の課題は、アシルアミノ酸を高い収率および純度で、連続的に、多くの
量で、簡単、経済的および用途の広い装置で、熱を効率よく除去し、発泡の問題
を有せず、一定の条件下で提供する、脂肪酸ハロゲン化物をアミノカルボン酸お
よびアミノスルホン酸またはこれらの塩と連続的に反応する方法を見出すことで
ある。
前記課題は、循環回路として構成される反応器中で、アミノカルボン酸および
アミノスルホン酸のそれぞれのアルカリ金属塩およびカルボン酸ハロゲン化物か
ら、N−アシルアミノカルボン酸およびN−アシルアミノスルホン酸およびこれ
らのアルカリ金属塩を連続的に製造する方法により解決され、この方法において
は、反応成分を直ちに反応するために、循環回路に供給し、供給される量に相当
して生成物溶液の一部を循環回路から連続的に放出する。本発明の有利な実施態
様においては、反応時に生じる熱を除去する。
反応成分を有利には循環ポンプにより循環することができる。反応器中の温度
を調節する。一定のpH値を維持するために、pH値を調節してアルカリ溶液を
循環回路に計量供給する。更に必要な場合は、有機の
相分離剤および/または発泡抑制剤を反応循環に供給する。
単純なパイプ中の乱流が脂肪酸ハロゲン化物およびアミノ酸塩溶液の有効な混
合を達成するために十分であり、従って反応速度を利用するために十分であるこ
とが判明した。
更に本発明の課題は、連続して配置されたパイプからなる反応器に一体化され
た循環ポンプが備えられ、ポンプの出口端部がポンプの入口端部にパイプにより
接続され、かつ反応器に反応成分を供給するラインと、反応生成物用流出弁が備
えられている、本発明の方法を実施するための装置により解決される。
本発明による方法は、アミノカルボン酸およびアミノスルホン酸のそれぞれの
アルカリ金属塩基およびカルボン酸ハロゲン化物からN−アシルアミノカルボン
酸およびN−アシルアミノスルホン酸およびこれらのアルカリ金属塩を製造する
ために適用することができ、使用されるアミノカルボン酸のアルカリ金属塩が、
2〜10個の炭素原子、有利には3〜6個の炭素原子を有する脂肪族アミノカル
ボン酸、特にバリン、ロイシン、ノルロイシン、グリシン、アラニン、β−アラ
ニン、ε−アミノカプロン酸、α−アミノイソ酪酸、サルコシン(N−メチルグ
リシン)、アスパラギン酸、グルタミン酸またはイミノ二酢酸のリチウム塩、ナ
トリウム塩またはカリウム塩である場合に特に良好に
適用できる。しかしながらほかの天然のα−アミノ酸、オリゴペプチド、芳香族
または脂環式のアミノカルボン酸、たとえばアントラニル酸、フェニルグリシン
、フェニルアラニンまたは1−アミノシクロヘキサン−1−カルボン酸のナトリ
ウム塩またはカリウム塩を使用することもできる。その際アミノカルボン酸また
はアミノスルホン酸のアルカリ金属塩をそのまま使用するかまたはアルカリ反応
媒体中で相当するアミノ酸から製造するかどうかは重要でない。
この場合にアミノカルボン酸は、分子当たり1個の第一級または第二級アミノ
基および1または2個のカルボキシル基を有する化合物である。しかしながら原
則的に1個以上のアミノ基および/または2個以上のカルボキシル基を有する化
合物を使用することも可能であり、この場合はカルボン酸ハロゲン化物の量はア
ミノ基の数に依存する。すべてのカルボキシル基はほぼ完全に塩の形で存在する
。
本発明の方法は、同様に、使用されるアミノスルホン酸のアルカリ金属塩が2
〜10個の炭素原子、有利には2〜4個の炭素原子を有する脂肪族アミノスルホ
ン酸のリチウム塩、ナトリウム塩またはカリウム塩である場合に特に良好に使用
することができる。これに関して、タウリン(2−アミノエタンスルホン酸)お
よびN−メチルタウリンの相当する塩が特に有利である。同様にほぼ完全にアル
カリ金属塩の形で存在する
使用されるアミノスルホン酸に関しては、アミノカルボン酸と同様に、複数のア
ミノ基および/またはスルホン酸基を有することが可能である。
特に適したカルボン酸ハロゲン化物は、脂肪酸クロリドおよび脂肪酸ブロミド
、すなわち飽和または不飽和のC6〜C30−モノカルボン酸の塩化物および臭化
物である。飽和またはモノ不飽和から多不飽和までのC8〜C20−モノカルボン
酸、例えばラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン
酸、リノール酸またはリノレイン酸、または天然に存在する長鎖脂肪酸、例えば
ヤシ油脂肪酸、パーム油脂肪酸、パーム種子脂肪酸、牛脂脂肪酸、大豆油脂肪酸
、アマニ油脂肪酸、カノラ脂肪酸、ヒマワリ油脂肪酸またはナタネ油脂肪酸の混
合物、および相当する合成のC8〜C20−モノカルボン酸またはその混合物が特
に適している。
相分離剤として使用することができる試薬は、ケトン、例えばメチルエチルケ
トン、イソプロピルメチルケトン、アセトン、エステル、例えばエチルアセテー
ト、メチルアセテート、エチルプロピオネート、メチルプロピオネート、イソプ
ロピルアセテートおよびほかのアルキルまたアリールカルボキシレート、アルコ
ール、例えばプロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、2−ブタノー
ル、イソブタノール、ジアルキルエーテル、例えばジエチルエーテル、メチル−
t−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、およびこの目的のために適当な
技術水準から公知のほかの化合物である。
図1は本発明の方法を実施する流れ図および相当する装置を示した図である。
本発明の更に詳細な説明および利点は、図面に示された流れ図により実施例に
見出される。これに関して、オレオイルサルコシンの製造を例として、機能原理
を一般的に説明する。
本発明の方法を実施するための反応器はポンプ循環回路からなる。反応器の循
環ラインは種々のパイプ部分1,2,3,5からなる。オレイン酸クロリドをタ
ンク8からポンプ7を用いて供給ライン6を介して計量供給し、サルコシンナト
リウム溶液をタンク11からポンプ10を用いてライン9を介して計量供給し、
それぞれの場合に反応器への流量が調節される。循環ポンプ4は反応器内部の循
環流量を維持する。このパイプ流量は反応成分の有効な混合を保証する。大きな
横断面を有するパイプを備えた装置に関して、パイプは静的混合機、パッキング
のような内部部材またはほかの混合を強化するために適した装置/内部部材を備
えることができる。アルカリ溶液、例えばNaOH水溶液を、タンク12からポ
ンプ13によりpH測定プローブ14を用いてライン15を介して計量供給し、
反応混合物中の一定のpH値が維持される。更に、必
要により、有機の相分離剤のようなほかの反応補助物質、例えばメチルエチルケ
トンを、速度を調節して、タンク16からポンプ17によりライン18を介して
供給する。ポンプ循環中の滞在時間を計量供給速度により調節することができ、
混合は循環流量を変化することにより調節することができる。循環は液体で完全
に満たされた系からなるので、水性界面活性混合物の発泡は生じない。
ポンプ循環中の温度を調節する。これは、有利には反応器の少なくとも1個の
部分、特に循環ポンプ4の上流および下流に配置された反応器の部分を冷却でき
るようにして実施する。熱の除去は、それぞれジャケットを備えたパイプ部分1
および3により行う。冷却液はライン19,22および23を介してこれらのジ
ャケットを流動する。冷却媒体の温度を所望の生成物温度に依存して調節するこ
とができる。適当な冷却装置により、TICで示される温度センサ21を介して
冷却物の最初の供給温度の具体的な値を得る。調節はサーモスタット20により
行う。生成物温度の直接測定を介した調節が可能である。大きな装置での反応熱
の除去は、同様に、従来の熱交換器、たとえばプレート熱交換器、管束型熱交換
器または同様の装置を、循環回路として構成されるパイプラインに組み込むこと
により実施することができる。冷却液は、部分1の冷却ジャケットを離れた後で
、ライン22を介して部分
3の冷却ジャケットに流動し、部分3からライン23を介してサーモスタット2
0に還流する。ポンプ循環からの生成物部分流の連続的放出は、タンク26で終
了する放出ライン25を介して流出弁24により行う。換気ライン27は放出ラ
イン25に接続している。図面のTIは別の温度センサを示し、PIは圧力セン
サを示し、WICは重量調節器およびQICは流量調節器である。
例1〜3を実施するために使用される装置中の反応器を通過するポンプ循環の
量は170mlであった。反応器パイプ1および3の寸法はφ12×1×100
0mmであった。
計量供給および生成物放出は連続的に実施し、プロセス制御系により調節する
ことができる。この系が平衡である場合は、アシル化反応は常に一定の組成の反
応媒体中で行われる。すなわち粘度、濃度等のような反応に関係する変数が変化
しない。これは、熱伝達が一定に維持され、均一な、きわめて容易に制御できる
熱の除去が保証されることを表す。
この連続的アシル化に続いて中和、相分離および有機溶剤の除去を実施する。
これらは、反応器を離れる生成物流を、引き続くまたは別の反応のために別の反
応器に通過する方法により実施することができる。これらは同様に一般的な方法
で連続的に実施することができる。これは、中和を混合部分で実施し、相分離を
単純な沈殿タンク装置で実施し、溶剤の除去を蒸発機で行うことを必要とする。
N−オレオイルサルコシンを製造する以下の実施例は、前記実験装置により実
施した。
例1
ポンプ循環の容積(170ml)を水またはオレオイルサルコシンナトリウム
およびメチルエチルケトンの水溶液で満たす。
温度40℃で、水毎時206g、サルコシンナトリウム溶液(濃度40.1%
)毎時211g、オレイン酸クロリド毎時229gおよびメチルエチルケトン毎
時94gを同時に供給する。循環に組み込まれたpH電極によりpH値を測定し
、濃度10%水酸化ナトリウム溶液の添加によりpH値を10〜10.5に一定
に維持する。
製造した粗製生成物の一部を、ポンプ循環から流出弁を介して、水およびメチ
ルエチルケトン中の水性懸濁液として、生じるNaCl(懸濁液に溶解した)と
一緒に連続的に放出する。回路中の反応混合物を搬送する循環ポンプを調節し、
流動速度毎分1200mlを達成する。平均残留時間は10分である。
後処理のために、引き続きポンプ回路から放出される粗製混合物を、濃硫酸の
添加により連続的にpH1〜1.5に調節する。下流の相分離機中で相分離を実
施する。有機相を沈殿フィルム蒸発機を通過させ、相
分離剤(メチルエチルケトン)を除去する。
オレオイルサルコシン酸96.4重量%およびオレイン酸3.6重量%の含量
を有する淡い黄色の油状物(毎時255g)として、遊離オレオイルサルコシン
酸が得られる。
例2
ポンプ循環の容積(170ml)を水またはオレオイルサルコシンナトリウム
およびメチルエチルケトンの水溶液で満たす。
温度40℃で、水毎時425g、サルコシンナトリウム溶液(濃度40.1%
)毎時235g、オレイン酸クロリド毎時213gおよびメチルエチルケトン毎
時91gを同時に供給する。循環に組み込まれたpH電極によりpH値を測定し
、濃度50%水酸化ナトリウム溶液の添加によりpH値を10〜10.5に一定
に維持する。
製造した粗製生成物の一部を、ポンプ循環から流出弁を介して、水およびメチ
ルエチルケトン中の水性懸濁液として、生じるNaCl(懸濁液に溶解した)と
一緒に連続的に放出する。回路中の反応混合物を搬送する循環ポンプを調節し、
流動速度毎分1200mlを達成する。平均残留時間は10分である。
後処理のために、引き続き粗製混合物を、緩衝タンク中で、濃硫酸の添加によ
りpH1〜1.5に調節する。下流の相分離機中で連続的相分離を実施する。有
機相を沈殿フィルム蒸発機を通過させ、相分離剤(メチルエチルケトン)を除去
する。
オレオイルサルコシン酸96.5重量%およびオレイン酸3.5重量%の含量
を有する淡い黄色の油状物(毎時248g)として、遊離オレオイルサルコシン
酸が得られる。
例3
ポンプ循環の容積(170ml)を水またはオレオイルサルコシンナトリウム
およびメチルエチルケトンの水溶液で満たす。
温度30℃で、水毎時438g、サルコシンナトリウム溶液(濃度40.1%
)毎時211g、オレイン酸クロリド毎時220gおよびメチルエチルケトン毎
時94gを同時に供給する。循環に組み込まれたpH電極によりpH値を測定し
、濃度50%水酸化ナトリウム溶液の添加によりpH値を10〜10.5に一定
に維持する。
製造した粗製生成物の一部を、ポンプ循環から流出弁24を介して、水および
メチルエチルケトン中の水性懸濁液として、生じるNaCl(懸濁液に溶解した
)と一緒に連続的に放出する。回路中の反応混合物を搬送する循環ポンプを調節
し、流動速度毎分1200mlを達成する。平均残留時間は10分である。
後処理のために、引き続きポンプ回路から放出される粗製混合物を、濃硫酸の
添加により連続的にpH1
〜1.5に調節する。下流の相分離機中で連続的相分離を実施する。有機相を沈
殿フィルム蒸発機を通過させ、相分離剤(メチルエチルケトン)を除去する。
オレオイルサルコシン酸92重量%およびオレイン酸5.2重量%の含量を有
する淡い黄色の油状物(毎時252g)として、遊離オレオイルサルコシン酸が
得られる。
比較例C1
1000ml撹拌装置中のオレオイルサルコシンのバッチ法による製造
水275mlを100ml撹拌装置に導入し、サルコシンナトリウム溶液(濃
度水中40.1%)138.5gおよびメチルエチルケトン65gを添加する。
引き続き30℃で、オレイン酸クロリド151.8gおよび濃度50%水酸化ナ
トリウム水溶液40.5gを、温度を30℃に維持し、反応混合物のpH値を1
0〜10.5に維持するようにして、同時に滴加する。添加終了(約30分)後
、濃硫酸35gを加えて反応混合物のpH値を1.5に調節する。分離漏斗中で
水相から有機相を分離し、減圧下約50℃で、回転蒸発機中で溶剤を除去する(
約60分経過)。
オレンジ−黄色の油状物164.9gが得られる。N−オレオイルサルコシン
含量92.5%。
本発明による例1〜3と技術水準により実施した比較例C1との比較により、
本発明の方法を使用して、
公知の操作の場合より、単位時間および容積当たりかなり高い収率が達成される
ことが示される。
比較例のアシル化工程は1000ml容積の反応器で実施した。生成物164
.9gが90分で製造された。
例1〜3は170ml容積の反応器で実施した。1時間当たり生成物約255
gが製造された。
これは、本発明の方法を使用して、単位時間当たり2倍以上の量で、単位容積
当たり9倍以上の量でオレオイルサルコシンを製造することが可能であり、従っ
てアシルサルコシンおよびほかのアシルアミノ酸を、工業的規模においてさえ、
良好な空/時収率で製造できる方法が利用可能であることを表す。
更に、例1〜3により、本発明の方法を使用して、オレオイルサルコシンをき
わめて良好な収率および高い純度で収得できることを示すことができる。
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フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),UA(AM,AZ,BY
,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AU,BG
,BR,CA,CN,CZ,GE,HU,IL,JP,
KR,LV,MX,NO,NZ,RO,RU,SG,S
I,SK,TR,UA,US
(72)発明者 マルティン アウス デム カーメン
ドイツ連邦共和国 D−67071 ルートヴ
ィッヒスハーフェン ザールブルガー シ
ュトラーセ 29
(72)発明者 ディーター ヘルテル
ドイツ連邦共和国 D−69181 ライメン
マックス−レーガー−ヴェーク 5
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.循環回路として構成された反応器中で、アミノカルボン酸およびアミノスル ホン酸のそれぞれのアルカリ金属塩およびカルボン酸ハロゲン化物から、N−ア シルアミノカルボン酸およびN−アシルアミノスルホン酸およびこれらのアルカ リ金属塩を連続的に製造する方法において、反応成分を直ちに反応するために循 環回路に供給し、供給される量に相当して生成物溶液の一部を循環回路から連続 的に放出し、反応成分を循環ポンプにより循環させ、反応時に生じる熱を除去し 、反応器中の温度を調節することを特徴とする、N−アシルアミノカルボン酸お よびN−アシルアミノスルホン酸およびこれらのアルカリ金属塩を連続的に製造 する方法。 2.一定のpH値を維持するために、pH値を調節してアルカリ溶液を循環回路 に計量供給する、請求の範囲1記載の方法。 3.有機の相分離剤を循環回路に供給する、請求の範囲1または2記載の方法。 4.反応器を離れる生成物流を、引き続きまたは更に反応するために、別の反応 器を通過させる、請求の範囲1から3までのいずれか1項記載の方法。
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