JPS617240A - 化学的接触加水分解によるα‐アミノ酸の連続合成方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、触媒を用いた化学的接触加水分解によるα−
アミノ酸やその塩の合成法に関するものである。

特に本発明は、α−アミノ酸類を触媒による化学的加水
分解により対応するα−アミノニトリルもしくはその塩
類から連続的に合成する方法を目的とする。

本発明はまた、この合成法を実施するための装置にも関
するものである。

（従来の技術） α−アミノ酸類、特に必須アミノ酸と呼ばれるα−アミ
ノ酸類が、今日明らかに産業的重要性を帯び、しかもそ
の重要性がますます増大しつつあるのが現況である。事
実、これらのアミノ酸のあるものは医学や獣医学におい
て用いることができ、特に発展途上国でのある種の動物
性蛋白質の欠乏症の抑制、あるいは家畜や家禽の飼料に
用いられる植物性蛋白質の補充に用いられる。また別の
アミノ酸は、例えば石鹸や化粧品の成分に入れることも
可能である。

従来の技術では、α−アミノ酸類の製造は、それぞれ対
応するアルデヒド前駆体を原料とし、シュトレソカー合
成や、この合成法の多くの改良法のどれか、特にフラン
ス特許第２，３７２，７９７号に記　　′載の方法によ
り行われていた。このフランス特許の方法に従えば、中
間体のα−アミノニトリルまたはその塩をアルカリ溶液
中で触媒により接触加水分解させる。これは少なくとも
１種のカルボニル誘導体を含む水溶液を水酸化物イオン
の存在下で上記α−アミノニトリルまたはその塩と反応
させるものである。この方法は非常に選択度も高く、経
済的にも有利だが、反応媒質からカルボニル触媒を分離
し、場合によってはそれを再循環させる必要がある。そ
れに加え、この方法では、均質な塩基性媒質中での安定
性が要求されるので、カルボニル触媒の選択範囲が非常
に限定されてしまう。

フランス特許第２．５１９．９７３号には、上記の欠点
の一部を解決するα−アミノ酸類の製法が記載されてい
る。この特許に開示の方法では、原料のα−アミノニト
リルの化学的接触加水分解は均一相において行われるの
ではなく、不均一相において行われている。したがって
、反応媒質中に溶解しているカルボニル触媒を使う代わ
りに、カルボニル基を含む適当なポリマー樹脂を用いる
。この方法に従って、不溶性のカルボニル含有ポリマー
樹脂の懸濁粒子と水酸化物イオンとを含む水溶液に、α
−アミノニトリルまたはその塩を加えると、原料のα−
アミノニトリルに対応するα−７ミノアミドが極めて迅
速に得られる。塩基性水性媒質に不溶性であるカルボニ
ル含有ポリマー樹脂は、単なる濾過や遠心分離により反
応媒質から分離することができ、何ら再生の過程を必要
とせずに再循環させることができる。その上、従来は触
媒再循環の必要から不連続操作であったものが、カルボ
ニル含有ポリマー樹脂の使用によって、固定化カルボニ
ル触媒にα−アミノニトリルまたはその塩を接触させる
ことにより、連続的にこの製造方法を実施することが可
能となる。

しかし、かかる連続的な化学的接触加水分解によるα−
アミノ酸の製造は、−見するよりはるかに難しい。特に
、末端カルボニル基の被毒のために、触媒活性が徐々に
低下してくる。かかる触媒活性の著しい劣化はこの製法
の工業的利用を大きく妨げるものであり、世界市場にお
ける需要が増々増大しているα−アミノ酸類の合成にお
けるこの製法の普及の最大の障害となっている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上述したカルボニル触媒の被毒に関する難点
を解決することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） よって、本発明は、塩基性水性媒質中において少なくと
も１種のカルボニル誘導体の存在下に、α−アミノニト
リルまたはその塩の化学的接触加水分解によるα−アミ
ノ酸の連続合成を下記の２段階： （ａ）低濃度の水酸化物イオンの存在下に、触媒として
塩基性水性媒質に不溶のカルボニル含有ポリマー樹脂を
用いて、原料のα−アミノニトリルまたはその塩から、
接触水和反応により対応するα−アミノアミドを製造す
る第１段階；および （ｂ）得られたα−アミノアミドを、α−アミノアミド
の濃度とほぼ等モルの濃度の水酸化物イオンの存在下で
、対応するα−アミノ酸の塩に加水分解する第２段階； からなる工程で行う方法であって： 第２段階の反応媒質の一部を抜き取り、これを冷却後に
第１段階の反応媒質に再循環させ、その際に上記抜き取
り・再循環の割合を、第１段階の反応媒質に導入された
α−アミノニトリルまたはその塩の希釈を確保しつつ、
しかも第１段階の反応媒質中のα−アミノアミドの濃度
をカルホニル含有ポリマー樹脂の被毒限界より低濃度に
保持するような割合とすることを特徴とする、α−アミ
ノ酸の連続合成力法にある。

このように、本発明の方法の両段階のそれぞれにおｉＪ
る水酸化物イオンの濃度水準、ならびに第１段階の反応
媒質中のα−アミノアミドの濃度、という２つのパラメ
ータか、本発明の製法では決定的な影響を及はずようで
ある。

本発明者は鋭意研究の結果、η−成したα−アミノアミ
ドによるカルボニル樹脂の被毒機構の解明を進展させ、
目的とするα−−アミノ酸の連続合成と両立するα−ア
ミノアミドの濃度の数値を得ることができた。

こうして、本発明の製法の１つの特徴によると、カルホ
ニル含有ポリマー樹脂の被毒限界は、約０゜２０Ｍ／ρ
以下のα−アミノアミド“を含む第１段階の反応媒質の
平均濃度により決定される。

本発明によると、濃度ｘＭのα−アミノ酸をその塩の形
態で、同じｘＭの？ａ度のα−アミノニトリルまたはそ
の塩を原料として合成し、その際に第２段階の反応媒質
の抜き取り・再循環の割合を、第１段階の反応媒質中の
α−アミノアミドの濃度が実質的に０．１ｘＭになるよ
うな割合とすることを特徴とする。

より具体的には、濃度１Ｍのα−−アミノニトリルまた
はその塩を原料として、同じ１Ｍの濃度でα−アミノ酸
をその塩の形態で本発明により合成する方法では、抜き
取られて再循環される第２段階の反応媒質の割合は、第
１段階の媒質中のα−アミノアミドの？農度力くほぼ１
デシモル（０，１モル）になるという特徴をもつ。

本発明の製法の別の特徴としては、水酸化物イオンが第
２段階の反応媒質に、第１段階からくるα−アミノアミ
ド゛と実質的に等モルの量で入れられることである。

本発明の製法のもう１つの特徴としては、第１段階の触
媒作用に必要な水酸化物イオンが、第２段階の反応媒質
の−・部再循環によって供給される点である。

本発明の連続合成法の実現のために最適の条件は以−に
に示したが、それを得るに至った研究を以下に報告する
。

本製法の実施に適したカルボニル・ポリマー樹脂に関し
ては、フランス特許第２，５１９，９７３号に記載の末
端カルボニル基を側鎖に有するポリマー樹脂およびその
製造方法を参照できるが、これらに限られるわけではな
い。

これらの樹脂の触媒活性を、連続方式において試験した
。これらの事前テストに基づいて下記式Ｉに活性モチー
フを示すポリ−Ｎ−アソル・ピペリドン樹脂を得た。

Ｉ２ この樹脂はアクリロイルピペリドンＣ１ｌ。−Ｃ１ｌ−
ＧＯ−のＮ、　Ｎ’−ビス−アクリロイルピペラジンＣ
１１２＝ＣＨ−Ｃ０れは非常に効果が高く　（塩基性媒
質に調節後に２゜５ｍｅｑ／ｇの能力）、その上にその
調製が比較的容易である。

触媒作用の機構は下記の図式１に簡略に示した。

反応は速度論的に見て２段階からなると考えられ、１つ
は中間体イミンの生成であり、もう１つは律速段階であ
る触媒再生を伴う生成イミンの加水分解である。

分析、特にＮＭＲによる分析を行いやすいように、主に
α−アミノプロピオニトリル（式■）を基質に用いて、
この触媒作用の機構を研究した。

この化合物はメチオニンの先駆体であるα−アミノメチ
ルメルカプトブチロニトリル（弐■）の反応特性をよく
示すので研究に利用した。

撃引惑１：触媒水和反応過程の機構 ○：ボリマー母体（マトリックス） 複雑な動的挙動を伴うカルボニル樹脂の触媒作用の解釈
は、反応性の分布がポリマーに固定された触媒サイトの
量に比例しないことから説明される。

濃度０．１モルのα−アミノニトリルにおいては、触媒
（１）は十分な触媒活性を示し、アセトンよりすぐれた
活性が見られた。この条件下で、温度約０．１モル／ｊ
ｌ！の苛性ツーダイ孜心Ｐで反応を行うと、この触媒は
α−アミノニトリルを定量的にα−アミノアミドに転化
させ、いかなる著しい活性低下も見られなかった。

これに対して、数モルという濃度のα−アミノニトリル
では、触媒活性が次第に低下する現象が見られた。触媒
のこのような被毒の原因は、イミダゾリジノン−４の生
成にあり、その被毒機構はカルボニル化合物の性質に依
存する。具体的にケトン化合物の場合、イミダゾリジノ
ンは中間体イミンから、次の反応式に従って生成する。

／、。

■はポリマー母体を表す。

この副反応は、α−アミノニトリル濃度が高いために、
樹脂の触媒サイ１−上にα−アミノアミドのイミンの蓄
積が起こることにより助長される。

この反応が平衡状態に達して、触媒の被毒は可逆的とな
る。このようにして不活性となった樹脂の再生は、たと
えばこれに８０℃の水を通ずことにより実施することが
できる。この条件において、イミダゾリジノンはα−ア
ミノアミドに加水分解され、同時に樹脂は当初の触媒活
性を取りもどす。

そこで触媒の最適の利用条件を引き出すためには、触媒
作用自体に関連した要件のみでなく、副反応、すなわち
口触反応やイミダゾリジノンの生水分解である。その活
性化エネルギーは１６ｋｃａｌ／ｍｏ１程度で、全体と
して３　ｋｃａｌ／ｍｏ１程度でしかない第１段階の活
性化エネルギーを明らかに上回っている。

従って、触媒サイトの飽和を避け、触媒の働き（ｔｕｒ
ｎ−ｏｖｅｒ）を増加させるためには、反応温度を高く
して第２段階を加速するのが適当であると思われる。他
方これはまた、水和物に対するカルボニル化物の割合の
増加、また必然的に反応性の増大に好都合である。

しかしこの考察だけで満足することはできない。

事実これ以外の多数の現象が介入してくる。

第１にα−アミノニトリルの水和に必要な塩基性の条件
下では、これが次の反応に従って徐々に（Ｒ”＝ＣＨ３
ではｋＤ　＝　３．３　ｘ　１．０−”分−′）分解し
てしまう。

これはｐ）Ｉとは無関係であるが、温度の−１−昇によ
り非常に加速される　（Ｒ’−ＣＩＩａでＥＡ　＝２３
ｋｃａｌ／ｍｏｌ）。

媒質中に生成したアルデヒドは、その大きな反応性から
、ニトリルの水和触媒の役割を果たすことができる　（
１？’−Ｃ１１，ではに’ｎ　＝４Ｘ１０−”分−’ｍ
ｏｒｅ−２β２）。

見かりとは逆にこの反応は不都合である。なぜなら、塩
基性媒質中のアルデヒ１′はいくつかの反応（媒質中に
存在するアミンへの付加、アノ【川−一ル化、クロトン
化）により急速に減少し、反応の全体的効率を極度に低
下させるからである　（α−アミノメチルメルカプトブ
チルアミドの場合で７０％）。そこで上記口触反応を触
媒過程で置換することが必要になる。つまり触媒カラム
の最大効率を得る条件下で反応させること、ずなゎち比
率εｍ：樹脂の質量 ＣＩ］ｃ＝ｏ　　：樹脂の容量 Ｖｒ：　（溶液が占める）カラムの残留体積正確に充填
されたある一定の樹脂カラムの場合、この比率εを大き
くする唯一の可能性はα−アミノニトリルの濃度を小さ
くすることである。

この考察の結果、高い濃度のα−−−アミノニＩ・すル
で反応を行うことができないことになる。この制限はイ
ミダゾリジノンの生成反応により加えられる制限と一致
するものである。これはα−−アミノアミド、すなわち
その先駆体であるα−アミノニトリルを高濃度で使用で
きないことを意味する。

担体に担持したカルホニル触媒の使用条件がこの分析か
ら明らかになる。

・第１に、反応温度を制限すべきこと。受入れられる妥
協点は３０’Ｃ前後である。

・第２に、α−アミノニトリルの濃度は０．２モルフ１
２１７）値を超えてはならない。超過すると副反応を助
長することになり、その結果、反応効率を低下さ−Ｕ、
また可逆的ではあるが避ＬＪるのが望ましい触媒の被毒
をもたらず。

かかる触媒の使用条イ′ロ；１．最終段階で１モル／ａ
程度の沿容＝１能なン農度でα−−−アミノ酸を得るた
めに比較的高濃度のα−アミノニトリル溶液を使って反
応を行いたいという経済十の要求と対立する。費用のか
かる濃縮工程をなくし、膜体の規模を小さくすることは
１確かに重要である。

このような問題に対処し、反応面と経済面から発生する
要求を両立させるために、本発明は、触媒カラムを使っ
てα−−アミノニトリルを対応するα−アミノ酸溶液で
希釈することからなる技術的解決策を提案するものであ
る。このα−アミノ酸類の連続合成法の原理は、本発明
による製造設備の具体的な実現法を図式的例示する添付
図面に示されている。この図面にある流量、濃度、温度
等はアラニンの製造に関するものである。

この化学的接触加水分解によるα−アミノ酸類の連続合
成の原理に関する研究により、この合成法を最適な形で
実施するための装置も開発された。

かくして、本発明のもう１つの対象は、α−アミノ酸の
連続合成装置に関するもので、この装置は次の（ａ）〜
（ｇ）からなる。

（ａ）α−アミノニトリルまたはその塩を供給する供給
槽（］０）、 （ｂｌ供給槽（１０）を（ｃ１の触媒カラムに接続する
、ポンプ（１４）を備えた接続管（１２）、（ｃ）塩基
性水性媒質に不溶のカルボニル含有ボリマー樹脂（１８
）が内部に充填されている第１段階反応用の触媒カラム
（１６）、 （ｄ）触媒カラム（１６）を（ｅｌの反応装置に接続す
る接続管（２０）、 （ｅ１反応媒質の加熱および攪拌手段を備え、生成した
α−アミノ酸の貯槽の役割も同時に果たす第２段階反応
用の加水分解反応装置（２２）、ならびに、この反応装
置に設けられた、ｆｆ）　（Ｊｊ給槽（２４）、管（２
６）およびポンプ（２８）を包含する水酸化物イオン供
給手段、および （ｇｌ生成したα−アミノ酸塩の排出管（３０）。

この装置は、冷却器（３４）とポンプ（３６）とを備え
た再循環管（３２）をさらに有しており、この再循環管
は加水分解反応装置（２２）を触媒カラム（１６）の人
口に接続するものであって、それにより触媒カラムに導
入されるα−アミノニトリルまたはその塩の供給流の希
釈が達成されることを特徴とする。

上記装置の別の特徴によると、α−アミノニ；−リルま
たはその塩の供給管（１２）、水酸化物イオンの供給管
（２６）、および第２段階の反応媒質再循環管（３２）
にそれぞれ取付けられたポンプ（１４）、（２８）、お
よび（３６）が、流量制御可能な遠心ポンプである。

この装置のもう１つの特徴は、加水分解反応装置（２２
）が、該反応装置内上部の気体部分に通じる管（３８）
をさらに備えており、この管により第２段階で発生した
アンモニアを再循環させて、原料のα−アミノニトリル
またはその塩の反応系内での製造に利用することである
。

さらに別の特徴は、本発明の装置が第１の触媒カラム１
６に対して並列に配置された第２の触媒カラムを１つ以
上保有していることで、これらが交互に用いられる。各
触媒カラムにはカルボニル含有ポリマー樹脂の再生に必
要な手段が備えられており、この複数の触媒カラムを交
互に使えるように弁機構も設けられている。

カルボニル含有ポリマー樹脂の再生に必要な手段は、約
８０℃に加熱された水の取入れ部を備えた洗浄回路（＋
）、および上記回路に同伴されてくるアミドを固定する
ためのスルホン化樹脂を収容した再生カラム（１１）か
らなり、該再生カラムが接続管（ｉｉｉ　）によって触
媒カラムの入口および出口に接続されている。

スルホン化樹脂自体は、アンモニア水による溶離で再生
することができる。

以下にその詳しい機能を部活に説明する。機能は次のよ
うに展開する。

α−アミノニトリルは５Ｍのアンモニア水の存在下に、
濃度１モル／ｌかつ低温（０℃）で貯蔵する。これは最
良の熱力学的安定を得るためである。

このα−アミノニトリルは、α−アミノ酸の塩基性溶液
の再循環により希釈された後、カルボニル樹脂を充填し
た水和触媒カラム内に連続的に導入される。触媒カラム
の出口からニトリルの水和により生成した濃度Ａｍｚと
して０．１モル／ｌ程度のα−アミノアミドが、８０℃
に加熱された加水分解反応装置に導入され、そこで加水
分解されてα−アミノ酸となる。加水分解に必要な苛性
ソーダは、非常に高い濃度で極少量が連続的に加えられ
る。反応装置に入れたアンモニアとアミドの加水分解に
より生じたアンモニアは容易に回収され、アルデヒドと
シアン化水素酸を使ったα−アミノニトリルの合成に再
利用される。

塩の形で合成されたα−アミノ酸生成物は、最初に触媒
カラムに入れたα−アミノニトリルと事実上同量が加水
分解反応装置から取り出される（加えた極少量の苛性ソ
ーダ溶液を無視した場合）。こうして合成されたα−ア
ミノ酸の濃度は１モル／ｌ程度である。

以下に参考として、本発明の化学的触媒加水分解法によ
るα−アミノ酸類の連続合成の本発明の設備を用いたい
くつかの具体例を例示する。

実施±１ Ａ−操業条件の決定： アルデヒドが対応α−アミノ酸に転化する過程について
、反応機構および各種の速度論的パラメータの徹底的な
基礎研究により、パイロット設備の良好な機能を決定す
る各種パラメータ（流量、濃度、温度）の数値を予測す
ることができた。

−口＝（接刃り□水才（１）賠 １．５ｇのＮ−アシルピペリｌン樹脂（Ｉ）　〔これは
ン易潤樹脂５，５ｇに相当〕が入っている３０°Ｃに恒
温化された触媒カラム（高さ２５０ｍｍ　、直径６ｍｍ
）を使用する。残留容積Ｖｒは約５ｃｍ３である。樹脂
の触媒容量が２．５ｍｅｑ／ｇであることから、この触
媒カラムは接近可能な有効ケトン基を約３．７ｍｅｑ／
ｇ含んでいることになる。

α−アミノニトリルの水和反応は次のような化学的支配
下にある。α−アミノニトリルの消滅速度は触媒のカル
ボニルザイトの数に比例し、α−アミノニトリルおよび
水酸化物イオンの各濃度に対して一次反応となる。

下記の条件： ・ピペリＩＳン樹脂（１）］、、５５ ｇ［０１１−３＝　　０．１５　Ｍ ｇ２ ・溶液の体積：　５ｃｍ３ ・ｔ−２０°Ｃ では、１回分代ヨ操作で決定されるα−アミノニトリル
の消滅反応の半減時間は分のオーダーである。そこでニ
トリルの消滅は全体で３分、すなわち３ｘｚ／２と考え
られる。

この結果は触媒カラムの連続運転の場合にそのまま利用
できる。触媒カラム出口のα−アミノニトリルの濃度″
Ｃ”は、触媒カラム入口のα−アミノニトリルの濃度加
０′から次式により得られる。

Ｃ＝　　Ｃｏ−ｅ−” τ：触触媒カラ円内滞留時間 に：実験速度定数 完全な水和を得るための触媒カラムへのニトリルの流入
量“ｄ゛を近位的に決定することが可能である。

ｄｌ、５ １ｃ…３７分の流量を採用することにより、特にα−ア
ミノアミドのイミンが触媒サイトを部分的に占領した場
合を考慮しても、安全のための十分な余裕を得ることが
できる。

（し加水分解反応 塩基性媒質におけるα−アミノアミドのα−アミノ酸へ
の加水分解の速度は、アミＦおよび水酸化物イオンの各
濃度に対して一次である。反応の活性化エネルギーは１
３．５ｋｃａ１１モル、速度定数は３５℃においてに＝
２．９　ＸＩＯ−２Ｍ−’である。加水分解反応装置の
容積■は、定常状態における反応装置の入口と出［１に
おけるα−アミノアミドの物質収支から決定される。次
の等式に含まれる各種変数は下記式で定義される。

ｄｚ　　（Ａｍ）　　２　　＝　　ｄ３　（八ｍ）　　
＋　Ｖ　　−Ｋ　　　（Ｏｌｌ−）　　　Ｃへｍ〕転化
率をとりあえず９０％とすると、 （Ａ旧　。

〔へ門〕

等式に導入される各種パラメータは下記のように決定さ
れる。

ａ）梳−」 触媒カラムにおける滞在時間の算出から、流入量は１ｍ
７！／分と決められる。

ずなわち：　ｄ２＝　ｌ　ｍ１１７分。

他方、比率ｄＪｄｚは１／１０にするが、これは触媒カ
ラム内のニトリル流度を０．１　モルとするためである
。すなわち：　ｄｏ＝ｏ、］　ｍ　Ｃ７分。

この結果、再循環流量はｄ３＝ｄ２−ｄ、から、ｄ３＝
０．９０ｍ　ｎ　７分となる。

ｂ）加水分解反応−装置内のソーダー溶液の４−廉９火
定触媒カラムの入口と出口におけるソーダの物質収支は
次のように表わすことができる。

（ｄｚ　　ｄｏ）　　Ｃ０ＩＩ−）　＝　ｄｚ　Ｃ０１
１−）　２この値を：　　（Ｏｌｌ−）　２・０．１５
Ｍ／　ｌとして算出すると、 （ＯＨ−）　−〇、１５ｘ　−−０，１６６モル／　ｐ
ｌ−０，１ となる。

Ｃ）加ネタ１述■８灯１９番■ 加水分解反応装置の容積を小さくするために８０℃の反
応温度が選ばれた（この値は絶対的ではない）。この条
件では加水分解の速度定数には約０゜３６Ｍ−’分用程
度となる。

反応装置の容積は既に導かれた次式によって表Ｖ　＝　
１５２　ｃｍ３ ｄ）力ｎ７八”反応装置の　口における　留アミ「１度 以下の関係式は触媒カラムと加水分解反応装置のそれぞ
れにおけるα〜ルアミノアミド物質収支を表す。

ｄｏ　　Ｘｏ　　十　　（ｄｚ　　　ｄｏ）　　　（Ａ
ｍ）　　　＝　　　ｄｚ　　（Ａｍ）　　２導入ニトリ
ル　再循環アミド　　生成アミドｄｚ　ＣＡｍ）　２　
　＝　　ｄ、３（Ａｍ）　　＋　ＶＫ　（ＯＨ−）　　
（Ａｍ）導入アミド　　再循環アミド　　生成アミノ酸
この２つの式を結合すると、次式が得られる。

ｄ３［Ａｍｌ　＋Ｖｋ［ＯＨ］　［Ａｍ］　＝　ｄｏｘ
□　＋（ｄｌ　−６０）　［Ａｍｌ媒質の希釈を避ける
ためｄｌの値は極く小さい０．０１ｍＡ／分とする。

［Ａｍｌ　　−０，０１モル／７！ ｅ）連゛的に添加されるソーダ溶液の濃ＩＵ＋ＪＬ触媒
カラムと加水分解反応装置それぞれの入口と出口におけ
るソーダの物質収支を表した以下の式から求められる。

（ｄ、−ｄ。）　　（ＯＨ−）　　＝　　ｄｌ（Ｏｌｌ
−’＋　　２導入ソーダ　　　　　流出ソーダ ｄ＋　（０１１）　＋　＋　ｄｚ　［０１１−）　ｚ　
＝　ｄｉ　［ＯＨ−）　＋　Ｖｋ　（Ｏｌｌ−）　　（
＾ｍ〕追加ソーダ　流入ソーダ　　再循環ソーダ　　消
費ソーダｄｌ［ＯＨ１１＋（ｄｌ　−ｄｏ）　［ＯＨ−
］　＝　ｄ３［ＯＨ−］　＋　ＶＪＯＨ−］　（Ａｍｌ
ｄ３＝　ｃｌｌ　＋　ｄｌ ｃｌｌ　［ＯＨ−］１　＝　［（ｄｌ　＋　６２）、−
（ｄｌ　−ｄｏ）〕ｒｏｎ　］　＋　Ｖｋ［ＯＨ−］　
ｌＡｍ１ｃｔ１ｆＯＨ−１１＝　［ＯＨＨｔｆＪｌ、　
＋　ｄｏ）　＋　Ｖｋ［ＯＨ−］　［Ａｍ］［ＯＨ−］
１　＝　　　　　（ｆｏ、０１　＋　０．１）　＋　１
５２　ｘ　Ｏ，３６ｘ　Ｏ，０１１０，０１ ｒＯＨ］１　　＝　　１０−９　　五ｌし／１ｆ）加水
　角”　窓装置におけるアンモニア−の■ 先と同様、触媒カラムと加水分解反応装置のそれぞれに
おけるアンモニアの物質収支は次の通り。

ｄｏ［ｆ（３］ｏ＋　（ｄｌ　−ｄｏｌ［ＮＨ３］　＝
　６２［ＮＨ３１２Ｖｋ［ＱＨ］　［Ａｍｌ　＋　６２
［ＮＨ３］２　＝　ｄ３［ＮＨ３］上記２式を組合せる
と次式が得られる。

（ｄ３−６２　＋　ｄｏ）　［ＮＨ３］　−ｄｏ［ＮＨ
３］。＝　Ｖｋ［ＯＨ−］　ｌＡｍ１（ｄｌ　＋ｄｏ）
　［ＮＨ３］　−６６［ＮＨ３］。＝　Ｖｋ［ＯＨ−］
　［Ａｍ］［ＮＨ３］　＝　　５．３６モル／１Ｌｈ）
生　α−アミノ酸の濃度の算出 加水分解反応装置と触媒カラムにおけるα−アミノ酸の
物質収支はそれぞれ次の式で表される。

（ｄｚ　　＋Ｌ）　　（Ａｃ）　　＝　　ｄｚ　（Ａｃ
）　２Ｖ、に、　　（ＯＨ−）　　（Ａｍ）　＋　ｄｚ
　（Ａｃ）ｚ＝ｄ、（八〇〕これら２式よりン２式が得
られる。

（ｄａ−ｄｚ　　＋　ｄｏ）　　（Ａｃ：ｌ　　　＝　
　Ｖｋ　　　（Ｏｌｌ−）　　　（Ａｍ）他方数に次の
式が得られている。

Ｖｋ　　　ＣＯＨ−）　　　（Ａｍ）　　＝　　ｄ。　
Ｘｏ　　−（ｄｏｌ　ｄ＋）　　（Ａｍ）またｄ３＝　
ｄｚ＋ｄ＋　であり、 以」二から次式が得られる。

（ｄｌ　十ｄ。）　　〔八ｃ〕　　＝　　　ｄ。　ｘｏ
　−（ｄ０＋　ｄｌ）　〔八ｍ〕”　０．９０モル／Ｊ
！ これらの採用操業条件においては、生成アミノ酸の濃度
は導入α−アミノニトリルの濃度の９０％になる。

α−アミノ酸は流量Ｄ：ｄｏ　＋　ｄｏ＝０．　Ｉｌｍ
　ｊ！　／分で取出される。

ｉ）井１詣■監−視− 反応状態の監視は種々の段階で、またいくつかの異なっ
た方法を用いて行う。

触媒カラムの流出液はＮＭＲにより分析される。

アラニン系列においてα−アミノニトリルのアミドへの
水和が完全かどうかを確認する。反応が行われるｐｉに
おいては、アミノ酸、α−アミノニトリルおよびα−ア
ミノアミドの各メチル基のジグナルが実際に分離してい
る。

同じ（ＮＭＲにより加水分解反応装置の反応状態も監視
できる。

α−アミノ酸の純度は薄層クロマトグラフィー（ＳｉＯ
□；　？容離液：　プロパノ−ルー２７３４％アンモニ
ア水・７０／３０；発色剤；ニンヒドリン）によって監
視できる。

電位差滴定法を使い、５０　ｃｍ３のメタノールで希釈
した１　ｃｍ３の採取試料について以下をＩＩｃＩ　（
ＩＮ）を用いて順次定量する。水酸化物イオン（Ｏ１＋
−）、アンモニア（Ｎ１１３　）　、アミノ酸のアミン
官能基、次にα−アミノ酸のカルホキシル基。また事前
にアンモニアを除去することも可能である。

次の結果； が得られるということは別の純度の基準となる。

旦二ヱプ三Ｚ曳迷練介底 加水分解反応装置に、下記を含む溶液１５０　ｃｍ３を
装入する。

アラニンナトリウム塩０．８８Ｍ 苛性ソーダ０．１６６Ｍ アンモニア５．４Ｍ これば即座に定常状態を得るためである。これを８０〜
８５℃に加熱する。

１Ｍのα−アミノプロピオニトリルを５Ｍのアンモニア
水にとかして得た０℃で貯蔵された溶液を、流ＩＸ。−
０，１０ｍｎ／分で導入する。これは触媒カラムの入口
で、０．９　　ｍｊ！／分の流量で再循環される塩基性
のα−アミノ酸溶液によって希釈される。

１５０時間の連続運転の後でも、２９〜３０℃に保たれ
た触媒カラムの効果にはいかなる変動もなかった。

回収されたアミノ酸の定量による収率は９６％である。

この間に、０．８６３Ｍのアラニンナトリウム溶液が１
５０　Ｘ　６０　Ｘ　０．１＝９００　　ｍβ得られた
。

天斯ｌ澹り 方法はアラニンの場合（実施例１）と同じである。ただ
し１モルのα−アミノメチルメルカプトブチロニトリル
は、１５規定のアンモニア水の中でα−ヒドロキシメチ
ルメルカプトブチロニトリルを４５℃に１時間３０分加
熱して得られる。これを３５℃の温度で貯蔵し、２ｇの
ピペリドン樹脂を充填した３７℃に温度制御されている
触媒カラムに０．０６　ｍ１７分の流量で導入する（ｃ
ｐｅ−ｏ　＝　２．４ｍｅｑ／ｇ）。

α−アミノニトリルは触媒カラムの入口で、０゜９２　
ｍβ７分の流量で再循環されているα−アミノ酸１Ｍお
よび苛性ソーダ０．１５Ｎの塩基性溶液により希釈され
る。加水分解反応装置は９０℃に保持される。

アミノ酸のカルボキシ基の定量により求めた収率は９５
％であった。

反応状態の監視はＮＭＲによって行われる。この反応が
行われるｐｌ＋では、α−アミノニトリルとα−アミノ
アミドの各メチル基のシグナルは十分に分離しているの
で、水和反応の監視が可能である。

実施±１ □１触Ｉし左＊ｒＬエブソヘラ一方式の比較触媒方式の
効率をより良く判断するには、メチオニンの工業的合成
に現在利用されているブソヘラー・ヘルク反応を基礎と
した「ブ・２ヘラ−１方式と比較することが適当であろ
う。

この２つの方式の主な段階は第１表にまとめられている
が、そのどちらも同じ反応中間物、すなわちα−アミノ
ニトリルから、　（ブソヘラ一方式では）中間物ヒダン
トインを経て、あるいは（触媒方式では）中間物α−ア
ミノアミドを経て、α−アミノ酸のナトリウム塩を得る
。

触媒方式ではα−アミノニトリルを接触水和前に予め合
成してお（。これに対してブノヘラ一方式では、α−ア
ミノニトリルの生成とヒダントインの生成が同じ反応媒
質中で行われるが、これは必ずしも有利であるとはいえ
ない。事実、十分なヒダントイン生成速度を得るために
は比較的高い温度条件が必要で、これは熱力学的にはα
−アミノニトリルの分解生成物の形成を助長する。

比較はこの両方式の下記の重要な４点について行った。

・収率 ・反応性 ・全体的物質収支 ・合成中間物の再循環 以」二の４点を順次以下に分析する。

上目間車 −にに記ｊホしたパイロット設備では、アラニンナトリ
ウム塩の収率は原料のアセトアルデヒドに対して９６％
程度であった。ブソヘラ一方式では同じくアラニンナト
リウム塩の収率はアセｌ−アルデヒドに対して場合によ
るが８５〜９０％程度である。

叢し反応」髪 ２つの方式の反応速度論的比較は、この２つの方式に其
通の中間物α−アミノニトリルからアミノ酸す１−リウ
ム塩の生成までについて行うことができる。

各方式の反応速度は、一方はヒダントインの生成（ｋｌ
Ｂ）と加水分解（ｋ２Ｂ）の速度によって、他方ではα
−アミノアミドの生成（ｋ＋ｃ）　と加水分解（ｋ２Ｃ
）の速度により決まる。

」二記の各種速度定数の値はアラニンの場合についての
め比較したが、これらの値は大体においてメチオニン先
駆体の反応性の傾向も示すことが知られている。

・占浸（看ｌ−ご１とΦ−生成−に＋Ｂ−ヒダントイン
生成速度はα−アミノニ１〜リルのカルバメート濃度に
対して一次である。　（技術的には実現不可能であるが
）α−アミノニトリルのすべてが、カルバメートの状態
にあるという最も好都合な条件（ｃＯ□の分圧、ｐｌ＋
、無視できる程度のα−−−アミノニトリルの分解）を
蟹、定した場合、各温度におけるヒダンＩ・イン出現の
速度定数ｋｌＢの値は次のようになる。

この反応の速度はヒダントインの濃度に対して一次であ
る。十分に塩基性の媒質（、ＣＯＨ−３−０゜ＩＮ）で
は、ヒダントイン（ａ）は主にイオンｔｂ＋の状態にあ
る。反応媒質のｐＨとＬ才無関係の加水分解反応の低速
（律速）段階は、イオン化されてＩ、ｚなＩ、ｚヒダン
トインに０１１−が作用する段階である。

８０　　’Ｃ３Ｘｌ０−’ カルボニル樹脂の質量に比例するα−アミノニトリルの
接触水和の反応速度は、α−アミノニトリルと水酸化物
イオンの各濃度に対して一次である。こうして１回分式
」試験により決定された各温度における速度定数は以下
の通り。

この反応は機構面では１官能性アミドの塩基性加水分解
と同様である。これはα−−アミノアミ１と水酸化物イ
オンの各濃度に対して一次である。

以上に得られた各速度定数を次表にまとめる。

速度定数に、Ｂとに、Ｃの数値上の直接比較はかなり難
しい。しかし常ｉ！、　（Ｅａが実質上ゼロ）で行った
α−アミノアミドの生成が明らかにヒダントインの生成
より速いことは確かである。

また、７５℃においてヒダントインの１７２生成に要す
る時間は約１５分である。　（この理論最適値はα−ア
ミノニトリルの平衡分解を考慮に入れていない。） 代表的な条件（〔ニトリル）　＝　　（Ｏ４ｌ−）　＝
０．０５Ｍ、樹脂質量１．５ｇ、　Ｃｐｃ＝ｏ　＝　１
．４ｍｅｑ／ｇ、溶液の体積１５ｃｍ３、ｔ＝２０℃）
では、α−アミノニトリルの１７２水和反応の所要時間
は２分でしかない。

１規定の苛性ソーダ中でのアラニンナトリウム塩の生成
速度定数ｋｚＣとに、Ｒとは直接比較することができる
。上に示した条件（８０°Ｃ）では、α−アミノアミド
の加水分解速度がヒダントインの加水分解速度より１０
倍も速いことが確認される。ただしこの差は温度が高く
なると小さくなる。これは２つの反応の活性化エネルギ
ーに差異があるためである。

１工１」１月１１収支 物質収支では明らかに触媒法が有利である。アミノ酸生
成物１モルを生産するのに、もっばらアラニンナトリウ
ムの中和からくるＮａｚＳＯｎが０．５モル生成するに
すぎない。一方ブソヘラ一方式では、反応物質としてｌ
ｌＣＮではなく　ＮａＣＮを用いるので、アミノ酸生成
物１ρモルを生産するのに、アラニンナトリウムの中和
とヒダントインの加水分解時に生成した炭酸ナトリウム
の中和の両方に起因する１、５モルのＮａｚＳＯ４が生
成してしまう。

この商品価値のない副生物（ＮａｚＳＯ４）の生成に関
する比較は、今日ブノヘラ一方弐により合成されるメチ
オニンの莫大な量を考えると非常に大きな意味をもって
いる。

ｋ月令成中間物ｑ再循環 反応性水準や副生物の生成量の面で触媒方式の優位が明
瞭であるようであるが、ブソヘラ一方式と比べた操作の
単純さはさらにはるかに明らかである。

ブソヘラ一方式では２つの物質（ｃｏ□とＮ　１１３）
を反応の３つの段階で順次再循環しなければならないの
に対して、触媒方式は比較的容易なアンモニアの１段階
での再循環を必要とするのめである。

以上の分析は明らかに本発明の対象である触媒方式の利
点を示すものである。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明にかかる装置を模式的に示す説明図で
ある。 １０：供給槽、　１２：接続管、　　　１４：ポンプ、
１６：触媒カラム、２２：加水分解反応装置、２４：供
給槽、　２６：管、　２８：ポンプ、３０：排出管、　
３２：再循環管、　３４：冷却管、３６：ポンプ 出願人　サンドル・ナシオナル・ドウ・う・ルシエルシ
ュ・シアンティフィーク （セーエヌエールエス）

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）塩基性水性媒質中において少なくとも１種のカル
   ボニル誘導体の存在下に、α−アミノニトリルまたはそ
   の塩の化学的接触加水分解によるα−アミノ酸の連続合
   成を下記の２段階： （ａ）低濃度の水酸化物イオンの存在下に、触媒として
   塩基性水性媒質に不溶のカルボニル含有ポリマー樹脂を
   用いて、原料のα−アミノニトリルまたはその塩から、
   接触水和反応により対応するα−アミノアミドを製造す
   る第１段階；および （ｂ）得られたα−アミノアミドを、α−アミノアミド
   の濃度と実質的に等モルの濃度の水酸化物イオンの存在
   下で、対応するα−アミノ酸の塩に加水分解する第２段
   階； からなる工程で行う方法であって： 第２段階の反応媒質の一部を抜き取り、これを冷却後に
   第１段階の反応媒質に再循環させ、その際に上記抜き取
   り・再循環の割合を、第１段階の反応媒質に導入された
   α−アミノニトリルまたはその塩の希釈を確保しつつ、
   しかも第１段階の反応媒質中のα−アミノアミドの濃度
   をカルボニル含有ポリマー樹脂の被毒限界より低濃度に
   保持するような割合とすることを特徴とする、α−アミ
   ノ酸の連続合成方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の合成方法であって、
   カルボニル含有ポリマー樹脂の上記被毒限界が約０．２
   ０Ｍ／ｌ以下のα−アミノアミドを含む第１段階の反応
   媒質の平均濃度により決定されることを特徴とする方法
   。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の合成方
   法であって、濃度ｘＭのα−アミノ酸をその塩の形態で
   、同じｘＭの濃度のα−アミノニトリルまたはその塩を
   原料として合成し、その際に第２段階の反応媒質の抜き
   取り・再循環の割合を、第１段階の反応媒質中のα−ア
   ミノアミドの濃度が実質的に０．１ｘＭになるような割
   合とすることを特徴とする方法。
4. （４）特許請求の範囲第３項記載のα−アミノ酸の合成
   方法であって、濃度１Ｍのα−アミノ酸をその塩の形態
   で、同じ濃度１Ｍのα−アミノニトリルまたはその塩を
   原料として合成し、その際に第２段階の反応媒質の抜き
   取り・再循環の割合を、第１段階の反応媒質中のα−ア
   ミノアミドの濃度がほぼ１デシモル（０．１Ｍ）になる
   ような割合とすることを特徴とする方法。
5. （５）特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載
   の合成方法であって、第１段階から出るα−アミノアミ
   ドとほぼ等モル量の割合で水酸化物イオンを第２段階の
   反応媒質に導入することを特徴とする方法。
6. （６）特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載
   の合成方法であって、第１段階の触媒作用に必要な量の
   水酸化物イオンが、第２段階の反応媒質の一部再循環に
   よって供給されることを特徴とする方法。
7. （７）（ａ）α−アミノニトリルまたはその塩を供給す
   る供給槽（１０）、 （ｂ）供給槽（１０）を（ｃ）の触媒カラムに接続する
   、ポンプ（１４）を備えた接続管（１２）、 （ｃ）塩基性水性媒質に不溶のカルボニル含有ポリマー
   樹脂（１８）が内部に充填されている第１段階反応用の
   触媒カラム（１６）、 （ｄ）触媒カラム（１６）を（ｅ）の反応装置に接続す
   る接続管（２０）、 （ｅ）反応媒質の加熱および攪拌手段を備え、生成した
   α−アミノ酸の貯槽の役割も同時に果たす第２段階反応
   用の加水分解反応装置（２２）、ならびに、この反応装
   置に設けられた、 （ｆ）供給槽（２４）、管（２６）およびポンプ（２８
   ）を包含する水酸化物イオン供給手段、および （ｇ）生成したα−アミノ酸塩の排出管（３０）、から
   構成されるα−アミノ酸の連続合成装置であって、冷却
   器（３４）とポンプ（３６）とを備えた再循環管（３２
   ）をさらに有しており、この再循環管は加水分解反応装
   置（２２）を触媒カラム（１６）の入口に接続するもの
   であって、それにより触媒カラムに導入されるα−アミ
   ノニトリルまたはその塩の供給流の希釈が達成されるこ
   とを特徴とする、α−アミノ酸の連続合成装置。
8. （８）特許請求の範囲第７項記載の装置であって、α−
   アミノニトリルまたはその塩の供給管（１２）、水酸化
   物イオンの供給管（２６）、および第２段階の反応媒質
   再循環管（３２）にそれぞれ取付けられたポンプ（１４
   ）、（２８）、および（３６）が、流量制御可能な遠心
   ポンプであることを特徴とする装置。
9. （９）特許請求の範囲第７項または第８項記載の装置で
   あって、加水分解反応装置（２２）が、該反応装置内上
   部の気体部分に通じる管（３８）をさらに備えており、
   この管により第２段階で発生したアンモニアを再循環さ
   せて、原料のα−アミノニトリルまたはその塩の反応系
   内での製造に利用することを特徴とする装置。
10. （１０）特許請求の範囲第７項〜第９項のいずれかに記
    載の装置であって、第１の触媒カラム（１６）に並列に
    設けられた少なくとも１つの第２の触媒カラムをさらに
    備え、これらのカラムを交互に機能させ、各触媒カラム
    に、カルボニル含有ポリマー樹脂（１８）の再生手段と
    、この複数の触媒カラムを交互に機能させるための弁機
    構とが設けられていることを特徴とする装置。
11. （１１）特許請求の範囲第１０項記載の装置であって、
    カルボニル含有ポリマー樹脂の再生手段が、約８０℃に
    加熱された水の取入れ部を備えた洗浄回路（ｉ）、およ
    び上記回路に同伴されてくるアミドを固定するためのス
    ルホン化樹脂を収容した再生カラム（ｉｉ）からなり、
    該再生カラムが接続管（ｉｉｉ）によって触媒カラムの
    入口および出口に接続されていることを特徴とする装置
    。