JPS6318941B2 - - Google Patents

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JPS6318941B2
JPS6318941B2 JP57138555A JP13855582A JPS6318941B2 JP S6318941 B2 JPS6318941 B2 JP S6318941B2 JP 57138555 A JP57138555 A JP 57138555A JP 13855582 A JP13855582 A JP 13855582A JP S6318941 B2 JPS6318941 B2 JP S6318941B2
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JP
Japan
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acid
reaction
thiosulfate
acrylic acid
mercaptopropionic
Prior art date
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Application number
JP57138555A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5929655A (en
Inventor
Tetsuro Nakahama
Yasuyuki Takayanagi
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Nitto Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Nitto Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP13855582A priority Critical patent/JPS5929655A/en
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はβ−メルカプトプロピオン酸の製造
法、詳しくはアクリル酸とチオ硫酸塩を原料とす
るβ−メルカプトプロピオン酸の製造法に関す
る。 β−メルカプトプロピオン酸は医薬、農薬、高
分子添加剤およびフオトポリマーをはじめとする
多くの有機合成品の原料として有用な化合物であ
る。 β−メルカプトプロピオン酸の製造法として
は、従来種々の方法が知られている。 例えば、原料としてβ−プロピオラクトンと水
硫化ナトリウムを用いる方法〔米国特許第
2449989号明細書参照〕がある。この方法によれ
ば比較的容易にβ−メルカプトプロピオン酸を得
ることができる。しかし、この方法は原料のβ−
プロピオラクトンが高価である上、毒性が非常に
強いので工業的製法として満足し得るものではな
い。 一方、より経済的な製造法としてβ−クロロプ
ロピオン酸と水硫化ナトリウムを用いる方法〔ド
イツ公開特許第2354098号明細書参照〕およびア
クリル酸と硫化水素を用いる方法〔オランダ公開
特許第6508594号明細書参照〕がある。これらの
方法において、原料のβ−クロロプロピオン酸は
工業的に安価に大量生産されているアクリロニト
リルあるいはアクリル酸から容易に合成可能であ
るし、アクリル酸もプロピレンの酸化により大量
に安価に製造されているものである。しかしなが
ら、これらの方法は反応を副反応によるチオジプ
ロピオン酸の副生を防止するために加圧下に硫化
水素大過剰で行う必要があり、このため反応装置
は腐蝕性の非常に強い硫化水素の高圧系に耐え得
る特別な材質を選ぶ必要があり、工業的製法とし
て非常に不利となる。 このように、β−メルカプトプロピオン酸は安
価で大量に入手可能なβ−クロロプロピオン酸あ
るいはアクリル酸から直接に工業的に製造するこ
とが難しいため、主原料としてこれらβ−クロロ
プロピオン酸、アクリル酸あるいはアクリロニト
リルなどを用い容易にβ−メルカプトプロピオン
酸を与える前駆体を経て製造する方法が種々提案
されている。〔ドイツ公開特許第2251717号明細
書、特公昭47−49600号公報および特公昭35−
2913号公報参照〕。しかし、これらの製法は毒性
が強く取扱い難い二硫化炭素を用いたり、また、
工業原料としては高価なチオ尿素を用いたりする
ため必ずしも経済的な工業的製法とは言い難い。 以上のような状況の中で、本発明者らは工業原
料として大量に安価に製造されているアクリル酸
を原料とし、しかも安価で毒性の少ない硫黄源を
用いるβ−メルカプトプロピオン酸の経済的な工
業的製法を開発すべく鋭意研究を行なつた結果、
硫黄源としてチオ硫酸塩を用いてβ−メルカプト
プロピオン酸の前駆体としてBunte塩を生成さ
せ、このBunte塩を酸で加水分解することにより
容易にβ−メルカプトプロピオン酸が得られるこ
とを見出して本発明に到達した。 すなわち、本発明は、水性媒体中でアクリル酸
をチオ硫酸塩と反応させることにより、β−メル
カプトプロピオン酸の前駆体としてBunte塩を生
成せしめ、次いでこのBunte塩を酸の存在下で加
水分解することを特徴とするβ−メルカプトプロ
ピオン酸の製造法である。 本発明の反応を一般式で示すと次のようにな
る。 〔ただし、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金
属またはアンモニウムイオン、nはMの原子価ま
たはイオン価で1または2である。〕 さらに、本発明においてはBunte塩の加水分解
の際に副生するジチオジプロピオン酸を必要に応
じて還元処理しβ−メルカプトプロピオン酸に変
換することにより最終生成物の収量を大幅に向上
させることができる。 本発明に用いる主原料のアクリル酸は如何なる
供給源から選ばれたものでもよく、通常はプロピ
レンの酸化あるいはアクリロニトリルの加水分解
によつて得られる安価な工業原料用のものでよ
い。 また、本発明で用いるチオ硫酸塩はチオ硫酸ナ
トリウム、チオ硫酸カリウムなどのチオ硫酸アル
カリ金属塩、チオ硫酸マグネシウム、チオ硫酸カ
ルシウムなどのチオ硫酸アルカリ土類金属塩およ
びチオ硫酸アンモニウムなどであり、これらは1
種類または2種類以上の混合物として用いてもよ
い。チオ硫酸塩の結晶水の有無は何ら制限はな
い。これらのチオ硫酸塩の中では、大量に安価に
工業生産されているチオ硫酸ナトリウムの5水塩
(通称「ハイポ」)を用いるのが工業的製法には最
も好ましい。 次に、本発明の一般的実施態様について説明す
る。 1 Bunte塩の生成 アクリル酸とチオ硫酸塩との反応によるBunte
塩の生成は水性媒体中にて両者をほぼ等モル用い
て行なわれるが、 アクリル酸:チオ硫酸塩=1:0.5〜1.5 (モル比)の範囲で、いずれか一方の原料を過剰
に用いても良い。 水性媒体中のアクリル酸およびチオ硫酸塩の濃
度はそれぞれ5〜50重量%程度とするのが好まし
い。 水性媒体としては、例えば、水、または水−ア
ルコール、水−ジオキサン、水−テトラヒドロフ
ランあるいは水−ジメチルスルホキシドなどの混
合液が用いられるが、工業的には水または水−ア
ルコール混合液中での反応が有利である。 また、緩衝液などを用いて反応液のPHを5〜
9、好ましくは6〜8に調整すれば副反応の防止
に有効である。 反応温度は通常40℃から反応液の沸点の範囲で
あり、また反応時間は30分から5時間程度で充分
である。 反応後、得られたBunte塩は溶媒抽出などによ
り無機塩類と分離してから次の加水分解に移すの
が好ましいが、工業的には未単離のまま引き続き
酸を加えて加水分解を行なつても差支えない。
Bunte塩を単離、精製する場合はアルコール類に
よる熱抽出などを用いることができる。 2 加水分解 Bunte塩の加水分解に用いる酸としては、塩
酸、硫酸、リン酸などの鉱酸類、ギ酸、シユウ酸
などの有機カルボシ酸類、P−トルエンスルホン
酸などの有機スルホン酸類、および強酸性イオン
交換樹脂などの固体酸などがあるが、反応速度お
よび反応後の分離工程などを勘案すると工業的に
は硫酸および塩酸などの鉱酸類が好ましい。 使用する酸の量はアクリル酸を基準とし、 アクリル酸:酸=1:1.0〜6.0(モル比) 好ましくは、 アクリル酸:酸=1:2〜5(モル比) の範囲で選ばれる。 酸の濃度は10〜40重量%の範囲が好ましい。 加水分解反応の温度は通常60℃から反応液の沸
点の範囲であり、反応時間は15分から8時間程度
で充分である。 3 還元処理 前述のごとく、Bunte塩の加水分解の際に副生
するジチオジプロピオン酸を必要に応じて還元処
理しβ−メルカプトプロピオン酸に変換すれば最
終生成物の収量は大幅に向上する。 還元法としてはリチウムアルミニウムハイドラ
イド、ナトリウムボロンハイドライドなどの水素
化剤を用いる方法、亜鉛やスズなどの金属と酸
(硫酸、塩酸あるいは酢酸など)の組合せによる
方法、または電解還元による方法などを用いるこ
とが可能であるが、加水分解の際に用いた酸が反
応液中に多量に残存していることを考慮すると、
これを利用した亜鉛あるいはスズなどによる還元
法が工業的には有利である。 4 回収 反応終了後、反応混合物からのβ−メルカプト
プロピオン酸の分離および精製は有機溶剤による
抽出と抽出液の蒸留により行なうことができる。
抽出溶剤としてはβ−メルカプトプロピオン酸を
溶解して、しかも水と混和しないものであれば何
でも差支えないが、特にベンゼン、トルエン、ジ
クロルメタン、1,2−ジクロルエタン、1,
1,1−トリクロルエタン、クロロホルムおよび
エーテルなどが用いられる。 以下、実施例により本発明をさらに具体的に説
明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定され
るものではない。 実施例 1 1 Bunte塩の生成 温度計、撹拌機、冷却コンデンサ−および滴下
ロートを付した反応器に62.7gのチオ硫酸ナトリ
ウム5水塩と100gの水を仕込み、溶解後加熱し
て80℃とした。この溶液に18.1gのアクリル酸を
滴下ロートより液温を80〜85℃に保ちながら約1
時間かけて滴下し、その後同温度で30分間熟成し
た。冷却後、不溶分を別し、次いで減圧下で溶
媒などを留去したのち80℃で真空乾燥した。 その結果、淡黄色で非常に吸湿性の固体として
Bunte塩47.3g(収率90.9%)が得られた。 2 加水分解 このようにして得られたBunte塩を100gの水
に溶解し、次いで36%塩酸60gを加えて80℃で1
時間加熱反応させた。さらにこの反応液を同温度
で8gの亜鉛末を用いて還元処理した。 この反応液の一部を分取し、ガスクロマトグラ
フ法で分析した結果11.8g(反応収率49.0%)の
β−メルカプトプロピオン酸の生成を認めた。 1)および2)の反応の総合収率は44.5%であ
つた。 実施例 2 実施例1と同様の反応器に62.7gのチオ硫酸ナ
トリウム5水塩と100gのPH7に調節した0.2Mリ
ン酸第1カリウム−水酸化ナトリウム緩衝液を仕
込み80℃に加熱した。この溶液に18.1gのアクリ
ル酸を滴下ロートより液温を80〜85℃に保ちなが
ら約1時間かけて滴下し、その後同温度で30分間
熟成した。 次に、この反応液に98%硫酸63gを加え90℃で
1時間反応させたのち、さらに8gの亜鉛末を用
いて80〜90℃で還元処理した。 この反応液の一部を実施例1と同様に分析した
結果17.6g(反応収率66.3℃)のβ−メルカプト
プロピオン酸の生成を認めた。。 実施例 3−5 チオ硫酸塩の種類と使用量を変えた以外は実施
例2と同様の操作を行なつたところ第1表に示す
結果を得た。 【表】
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing β-mercaptopropionic acid, and more particularly to a method for producing β-mercaptopropionic acid using acrylic acid and thiosulfate as raw materials. β-Mercaptopropionic acid is a compound useful as a raw material for many organic synthetic products including medicines, agricultural chemicals, polymer additives, and photopolymers. Various methods are conventionally known for producing β-mercaptopropionic acid. For example, a method using β-propiolactone and sodium hydrosulfide as raw materials [U.S.
2449989]. According to this method, β-mercaptopropionic acid can be obtained relatively easily. However, this method
Propiolactone is expensive and highly toxic, making it unsatisfactory as an industrial production method. On the other hand, more economical production methods include a method using β-chloropropionic acid and sodium hydrogen sulfide [see German Published Patent No. 2354098] and a method using acrylic acid and hydrogen sulfide [see Dutch Published Patent Application No. 6508594]. There is a reference. In these methods, the raw material β-chloropropionic acid can be easily synthesized from acrylonitrile or acrylic acid, which is industrially produced in large quantities at low cost, and acrylic acid can also be produced in large quantities at low cost by oxidation of propylene. It is something that exists. However, these methods require the reaction to be carried out under pressure and with a large excess of hydrogen sulfide in order to prevent the by-product of thiodipropionic acid due to side reactions. It is necessary to select a special material that can withstand high pressure systems, which is extremely disadvantageous as an industrial manufacturing method. As described above, it is difficult to industrially produce β-mercaptopropionic acid directly from β-chloropropionic acid or acrylic acid, which are inexpensive and available in large quantities. Alternatively, various methods have been proposed in which acrylonitrile or the like is used to easily produce β-mercaptopropionic acid through a precursor. [German Published Patent Application No. 2251717, Japanese Patent Publication No. 47-49600 and Japanese Patent Publication No. 35-1983
See Publication No. 2913]. However, these manufacturing methods use carbon disulfide, which is highly toxic and difficult to handle, and
Since expensive thiourea is used as an industrial raw material, it cannot necessarily be called an economical industrial production method. Under the above circumstances, the present inventors have developed an economical method for producing β-mercaptopropionic acid using acrylic acid, which is produced in large quantities at low cost as an industrial raw material, and also using an inexpensive and less toxic sulfur source. As a result of intensive research to develop an industrial manufacturing method,
This book was based on the discovery that β-mercaptopropionic acid can be easily obtained by generating Bunte salt as a precursor of β-mercaptopropionic acid using thiosulfate as a sulfur source and hydrolyzing this Bunte salt with acid. The invention has been achieved. That is, the present invention involves reacting acrylic acid with thiosulfate in an aqueous medium to produce Bunte salt as a precursor of β-mercaptopropionic acid, and then hydrolyzing the Bunte salt in the presence of an acid. This is a method for producing β-mercaptopropionic acid. The reaction of the present invention is expressed by the following general formula. [However, M is an alkali metal, an alkaline earth metal, or an ammonium ion, and n is the valence or ionic valence of M, which is 1 or 2. Furthermore, in the present invention, the yield of the final product is significantly improved by reducing dithiodipropionic acid, which is produced as a by-product during the hydrolysis of Bunte salt, to β-mercaptopropionic acid, if necessary. be able to. Acrylic acid, the main raw material used in the present invention, may be selected from any source, and is usually an inexpensive industrial raw material obtained by oxidation of propylene or hydrolysis of acrylonitrile. In addition, the thiosulfates used in the present invention include alkali metal thiosulfates such as sodium thiosulfate and potassium thiosulfate, alkaline earth metal salts of thiosulfates such as magnesium thiosulfate and calcium thiosulfate, and ammonium thiosulfate. 1
It may be used as a type or a mixture of two or more types. There is no restriction on the presence or absence of water of crystallization of thiosulfate. Among these thiosulfates, it is most preferable to use sodium thiosulfate pentahydrate (commonly known as "hypo"), which is industrially produced in large quantities and at low cost, for industrial production. Next, general embodiments of the present invention will be described. 1 Formation of Bunte salt Bunte by reaction between acrylic acid and thiosulfate
Salt production is carried out in an aqueous medium using approximately equal moles of both materials, but it is possible to use an excess of either raw material within the range of acrylic acid: thiosulfate = 1:0.5 to 1.5 (molar ratio). Also good. The concentrations of acrylic acid and thiosulfate in the aqueous medium are preferably about 5 to 50% by weight, respectively. As the aqueous medium, for example, water or a mixed liquid such as water-alcohol, water-dioxane, water-tetrahydrofuran or water-dimethyl sulfoxide is used, but industrially, the reaction is carried out in water or a water-alcohol mixed liquid. is advantageous. Also, adjust the pH of the reaction solution to 5 to 5 using a buffer solution, etc.
Adjustment to 9, preferably 6 to 8 is effective in preventing side reactions. The reaction temperature is usually in the range from 40°C to the boiling point of the reaction solution, and the reaction time is sufficient to be about 30 minutes to 5 hours. After the reaction, it is preferable to separate the obtained Bunte salt from the inorganic salts by solvent extraction or the like before proceeding to the next hydrolysis, but industrially it is preferable to continue the hydrolysis by adding an acid without isolation. There is no problem.
When Bunte salt is isolated and purified, thermal extraction with alcohol can be used. 2 Hydrolysis Acids used for hydrolysis of Bunte salt include mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid, organic carboxy acids such as formic acid and oxalic acid, organic sulfonic acids such as P-toluenesulfonic acid, and strong acid ions. Although there are solid acids such as exchange resins, mineral acids such as sulfuric acid and hydrochloric acid are preferable from an industrial perspective, considering the reaction rate and the separation process after the reaction. The amount of acid used is based on acrylic acid, and is selected in the following range: acrylic acid: acid = 1:1.0 to 6.0 (molar ratio), preferably acrylic acid: acid = 1:2 to 5 (molar ratio). The acid concentration is preferably in the range of 10 to 40% by weight. The temperature of the hydrolysis reaction is usually in the range from 60°C to the boiling point of the reaction solution, and the reaction time is sufficient to be about 15 minutes to 8 hours. 3. Reduction Treatment As mentioned above, if dithiodipropionic acid, which is produced as a by-product during the hydrolysis of Bunte salt, is reduced and converted to β-mercaptopropionic acid, the yield of the final product can be greatly improved. As a reduction method, a method using a hydrogenating agent such as lithium aluminum hydride or sodium boron hydride, a method using a combination of a metal such as zinc or tin and an acid (sulfuric acid, hydrochloric acid, acetic acid, etc.), or a method using electrolytic reduction may be used. However, considering that a large amount of the acid used during hydrolysis remains in the reaction solution,
Reduction methods using zinc or tin are industrially advantageous. 4 Recovery After the reaction is completed, β-mercaptopropionic acid can be separated and purified from the reaction mixture by extraction with an organic solvent and distillation of the extract.
Any extraction solvent may be used as long as it dissolves β-mercaptopropionic acid and is immiscible with water, but in particular benzene, toluene, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, 1,
1,1-trichloroethane, chloroform, ether, etc. are used. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples in any way. Example 1 1 Production of Bunte salt A reactor equipped with a thermometer, stirrer, cooling condenser, and dropping funnel was charged with 62.7 g of sodium thiosulfate pentahydrate and 100 g of water, and after dissolving, heated to 80°C. did. Add 18.1g of acrylic acid to this solution through a dropping funnel for approximately 1 hour while keeping the liquid temperature at 80-85℃.
It was added dropwise over a period of time, and then aged at the same temperature for 30 minutes. After cooling, insoluble matter was separated, and then the solvent and the like were distilled off under reduced pressure, followed by vacuum drying at 80°C. As a result, as a pale yellow, highly hygroscopic solid
47.3 g (yield 90.9%) of Bunte salt was obtained. 2 Hydrolysis The Bunte salt thus obtained was dissolved in 100 g of water, then 60 g of 36% hydrochloric acid was added and the mixture was heated at 80°C for 1 hour.
The mixture was heated and reacted for an hour. Further, this reaction solution was subjected to reduction treatment using 8 g of zinc powder at the same temperature. A portion of this reaction solution was collected and analyzed by gas chromatography, and as a result, it was found that 11.8 g (reaction yield: 49.0%) of β-mercaptopropionic acid was produced. The overall yield of reactions 1) and 2) was 44.5%. Example 2 In a reactor similar to Example 1, 62.7 g of sodium thiosulfate pentahydrate and 100 g of a 0.2 M potassium phosphate-sodium hydroxide buffer solution adjusted to pH 7 were charged and heated to 80°C. To this solution, 18.1 g of acrylic acid was added dropwise from a dropping funnel over about 1 hour while maintaining the liquid temperature at 80 to 85°C, and then aged at the same temperature for 30 minutes. Next, 63 g of 98% sulfuric acid was added to this reaction solution, and the mixture was reacted at 90° C. for 1 hour, followed by reduction treatment at 80 to 90° C. using 8 g of zinc powder. A portion of this reaction solution was analyzed in the same manner as in Example 1, and 17.6 g (reaction yield: 66.3° C.) of β-mercaptopropionic acid was found to be produced. . Example 3-5 The same operation as in Example 2 was carried out except that the type and amount of thiosulfate used were changed, and the results shown in Table 1 were obtained. 【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 水性媒体中でアクリル酸をチオ硫酸塩と反応
させることにより、β−メルカプトプロピオン酸
の前駆体としてBunte塩を生成せしめ、次いで、
このBunte塩を酸の存在下で加水分解することを
特徴とするβ−メルカプトプロピオン酸の製造
法。
1 Reacting acrylic acid with thiosulfate in an aqueous medium to form the Bunte salt as a precursor of β-mercaptopropionic acid, and then
A method for producing β-mercaptopropionic acid, which comprises hydrolyzing this Bunte salt in the presence of an acid.
JP13855582A 1982-08-11 1982-08-11 Preparation of beta-mercaptopropionic acid Granted JPS5929655A (en)

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