【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方
法に関する。さらに具体的にはアクリロニトリル
から容易に得られるβ−クロロプロピオン酸とチ
オ硫酸塩を原料とするβ−メルカプトプロピオン
酸の製造方法に関する。
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方法として
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
水素大過剰で行なう必要があり、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
リル等を用い、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、本発明者らは繊維原
料用などに大量生産されているアクリロニトリル
から安価に製造できるβ−クロロプロピオン酸を
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、β−クロロプロピオン酸
を中和したのち、これを水性媒体中でチオ硫酸塩
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
造方法である。
本発明の反応を一般式で示すと次のようにな
る。
ClCH2CH2CO2H＋M1/oOH（又は１／nM2/oCO3）
→C1CH2CH2CO2M1/o＋H2O
ClCH2CH2CO2M1/o＋M′2/oS2O3→M′1/o
O3S2CH2CH2CO2M′1/o＋M1/oCl
M′1/oO3S2CH2CH2CO2M′1/o＋H2O→
HSCH2CH2CO2H＋M′2/oSO4
〔ただし、Ｍおよび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
および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β−クロロプロピオン
酸は如何なる供給源から選ばれたものでもよく、
これをアクリロニトリルへ塩化水素の付加反応と
それに続く加水分解によつて得る場合には、本発
明者らが先に提案した方法（特願昭56−118894
号）、すなわちアクリロニトリルと無機塩化物お
よび硫酸水溶液の加熱反応によりβ−クロロプロ
ピオン酸を製造する方法を採用するのが好まし
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クリル土類金属塩およ
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 β−クロロプロピオン酸の中和
β−クロロプロピオン酸の中和には、通常水酸
化ナトリウム、水酸化ウリウム、炭酸ナトリウ
ム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、
または炭酸塩あるいはアンモニア水などが用いら
れる。
中和剤の使用量は反応液のPHが５〜９になる量
であり、
β−クロロプロピオン酸：中和剤
＝１：0.9〜1.1（モル比）
の範囲とするのが好ましい。
中和反応の温度は特に制限がないが常温〜90℃
位が好ましい。
２ Bunte塩の生成
上述の中和反応で得られたβ−クロロプロピオ
ン酸塩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、
β−クロロプロピオン酸塩：チオ硫酸塩
＝１：0.8〜1.2（モル比）
の範囲で、、いずれか一方の原料を過剰に用いて
もよい。
水性媒体中のβ−クロロプロピオン酸塩および
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−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。
反応温度は通常60℃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。
生成した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を行なつてもよい
が、通常はそのまま引き続き酸を加えて加水分解
する。Bunte塩を単離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。
３ 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
酸などの鉱酸類が好ましい。
使用する酸の量はβ−クロロプロピオン酸を基
準とし、
β−クロロプロピオン酸：酸
＝１：1.5〜5.0（モル比）
好ましくは、
β−クロロプロピオン酸：酸
＝１：1.8〜3.0（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５時間程度
で充分である。
４ 還元処理
前述のごとく、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。
５ 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。
製造例〔β−クロロプロピオン酸の製造〕
撹拌機、温度計、冷却コンデンサーおよび滴下
ロートを付した反応器に、アクリロニトリル26.5
ｇ、塩化ナトリウム35.1ｇおよび水60ｇを仕込
み、滴下ロートを通して95％硫酸154.8ｇを１時
間かけて滴下した。滴下終了後、反応液の温度を
100℃に保つて、４時間反応を継続した。
反応終了後、反応液を100mlの１，２−ジクロ
ルエタンで抽出し、この抽出液を蒸留したとこ
ろ、48.1ｇ（沸点106〜108℃／12mmHg、収率88.7
％、純度99.5％）のβ−クロロプロピオン酸が得
られた。
実施例 １
温度計、撹拌機、冷却コンデンサ−、PHメータ
ーおよび滴下ロートを付した反応器に27.2ｇの上
記製造例に示したβ−クロロプロピオン酸と100
ｇの水を仕込み撹拌溶解した。この溶液を約40〜
60℃に保ち、14.3ｇの炭酸ナトリウムを約15分間
かけてゆつくりと加えβ−クロロプロピオン酸を
中和しPHを７に調節した。
次いで、これに62.7ｇのチオ硫酸ナトリウム５
水塩を一度に加えて90℃で５時間反応を行なつ
た。
その後、滴下ロートを通して63ｇの98％硫酸を
反応液の温度を90℃に保ちながら滴下し、滴下終
了後さらに90℃で、１時間反応を継続した。
加水分解反応終了後、反応液を80〜90℃に保
ち、8.2ｇの亜鉛末を１時間かけて添加し、水素
還元した。
得られた反応液の一部を分取してガスクロマト
グラフで分析した結果、25.8ｇ（反応収率97％）
のβ−メルカプトプロピオン酸の生成が確認され
た。
さらに、反応液を100mlの１，２−ジクロルエ
タンで抽出し、この抽出液を蒸留したところ24.4
ｇ（沸点114〜120℃／13mmHg、収率92％、純度
99％）のβ−メルカプトプロピオン酸が得られ
た。
実施例 ２
実施例１と同じ反応装置に27.2ｇの前記製造例
に示したβ−クロロプロピオン酸と100ｇの水を
仕込み、溶解後、25％水酸化ナトリウム水溶液を
用い溶液のPHが7.0になるまで中和した。
次いで、62.7ｇのチオ硫酸ナトリウム５水塩を
加えて90℃で３時間反応を行なつた。
その後、滴下ロートを通して63ｇの98％硫酸を
反応液の温度を90℃に保ちながら滴下し、滴下終
了後さらに90℃で30分間反応を継続した。
反応液の一部を分取してガスクロマトグラフ分
析した結果、20ｇ（反応収率75.5％）のβ−メル
カプトプロピオン酸の生成が確認された。
さらに、反応液を実施例１と同様に100mlの１，
２−ジクロルエタンで抽出後、蒸留したところ
18.7ｇ（収率70.5％、純度99％）のβ−メルカプ
トプロピオン酸が得られた。
実施例 ３〜５
チオ硫酸塩の種類と使用量を変えたほかは実施
例１と同様に反応を行なつたところ、第１表に示
すような結果が得られた。
【表】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing β-mercaptopropionic acid. More specifically, the present invention relates to a method for producing β-mercaptopropionic acid using β-chloropropionic acid and thiosulfate, which are easily obtained from acrylonitrile, 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 as methods 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. 35-1989
See Publication No. 2913]. However, these production methods use carbon disulfide, which is highly toxic and difficult to handle, and use thiourea, which is expensive as an industrial raw material, so they cannot necessarily be called economical industrial production methods. Under the above circumstances, the present inventors developed a β-chloropropionic acid, which can be produced inexpensively from acrylonitrile, which is mass-produced for textile raw materials, as a raw material, and also uses a cheap and less toxic sulfur source. - As a result of intensive research to develop an economical industrial method for producing mercaptopropionic acid, Bunte salt was produced as a precursor of β-mercaptopropionic acid using thiosulfate as a sulfur source,
The present invention was achieved by discovering that β-mercaptopropionic acid can be easily obtained by hydrolyzing this Bunte salt with an acid. That is, the present invention involves neutralizing β-chloropropionic acid and then reacting it with thiosulfate in an aqueous medium to produce Bunte salt as a precursor of β-mercaptopropionic acid. A method for producing β-mercaptopropionic acid, which comprises hydrolyzing a salt in the presence of an acid. The reaction of the present invention is expressed by the following general formula. ClCH 2 CH 2 CO 2 H + M 1/o OH (or 1/nM 2/o CO 3 )
→C1CH 2 CH 2 CO 2 M 1/o +H 2 O ClCH 2 CH 2 CO 2 M 1/o +M′ 2/o S 2 O 3 →M′ 1/o
O 3 S 2 CH 2 CH 2 CO 2 M′ 1/o +M 1/o Cl M′ 1/o O 3 S 2 CH 2 CH 2 CO 2 M′ 1/o +H 2 O→
HSCH 2 CH 2 CO 2 H+M' 2/o SO 4 [However, M and M' are alkali metal, alkaline earth metal or ammonium ion, n is M
and 1 or 2 in the valence or ionic valence of M′
It is. 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. The main raw material β-chloropropionic acid used in the present invention may be selected from any source,
When this is obtained by the addition reaction of hydrogen chloride to acrylonitrile followed by hydrolysis, the method previously proposed by the present inventors (Japanese Patent Application No. 118894/1989
It is preferable to employ a method of producing β-chloropropionic acid by heating reaction of acrylonitrile, an inorganic chloride, and an aqueous sulfuric acid solution. The thiosulfates used in the present invention include alkali metal thiosulfates such as sodium thiosulfate and potassium thiosulfate, acrylic earth metal salts of thiosulfate 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 Neutralization of β-chloropropionic acid For neutralization of β-chloropropionic acid, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, urium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, etc.
Alternatively, carbonate or aqueous ammonia may be used. The amount of the neutralizing agent used is such that the pH of the reaction solution becomes 5 to 9, and is preferably in the range of β-chloropropionic acid:neutralizing agent=1:0.9 to 1.1 (molar ratio). There are no particular restrictions on the temperature of the neutralization reaction, but it ranges from room temperature to 90℃.
Preferably. 2 Production of Bunte salt The production of Bunte salt by the reaction of β-chloropropionate obtained in the above neutralization reaction with thiosulfate is carried out in an aqueous medium using approximately equal moles of both. -Chloropropionate:thiosulfate = 1:0.8 to 1.2 (molar ratio), and either one of the raw materials may be used in excess. The concentrations of β-chloropropionate and thiosulfate in the aqueous medium are preferably about 5 to 50% by weight, respectively. Examples of the aqueous medium include water, water-alcohol, water-tetrahydrofuran, and water-alcohol, water-tetrahydrofuran, and water-alcohol.
Although a mixture of dimethyl sulfoxide and the like is used, industrially it is advantageous to react in water or a water-alcohol mixture. The reaction temperature 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 30 minutes to 5 hours. The produced Bunte salt may be separated from the inorganic salts by solvent extraction or the like and then subjected to the next hydrolysis, but usually it is then hydrolyzed by adding an acid. When Bunte salt is isolated, thermal extraction with alcohol can be used. 3 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 are preferred from an industrial perspective, considering the reaction rate and post-reaction separation process. The amount of acid used is based on β-chloropropionic acid, β-chloropropionic acid: acid = 1:1.5 to 5.0 (mole ratio), preferably β-chloropropionic acid: acid = 1:1.8 to 3.0 (mole ratio). 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 5 hours. 4. Reduction Treatment As mentioned above, the yield of the final product can be greatly improved by reducing dithiodipropionic acid produced as a by-product during hydrolysis and converting it into β-mercaptopropionic acid, if necessary. 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. 5. Recovery After completion of the reaction, 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 The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below, but the present invention is not limited to these Examples in any way. Production example [Production of β-chloropropionic acid] In a reactor equipped with a stirrer, a thermometer, a cooling condenser, and a dropping funnel, 26.5 g of acrylonitrile was added.
154.8 g of 95% sulfuric acid was added dropwise through the dropping funnel over 1 hour. After the dropwise addition is complete, the temperature of the reaction solution is
The reaction was continued for 4 hours while maintaining the temperature at 100°C. After the reaction was completed, the reaction solution was extracted with 100ml of 1,2-dichloroethane, and this extract was distilled to yield 48.1g (boiling point: 106-108℃/12mmHg, yield: 88.7
%, purity 99.5%) of β-chloropropionic acid was obtained. Example 1 In a reactor equipped with a thermometer, stirrer, cooling condenser, PH meter and dropping funnel, 27.2 g of β-chloropropionic acid shown in the above production example and 100
g of water was added and stirred to dissolve. Add this solution to about 40~
The temperature was maintained at 60° C., and 14.3 g of sodium carbonate was slowly added over about 15 minutes to neutralize β-chloropropionic acid and adjust the pH to 7. This was then added with 62.7 g of sodium thiosulfate 5
Water salt was added all at once and the reaction was carried out at 90°C for 5 hours. Thereafter, 63 g of 98% sulfuric acid was added dropwise through the dropping funnel while maintaining the temperature of the reaction solution at 90°C, and after the addition was completed, the reaction was continued at 90°C for an additional hour. After the hydrolysis reaction was completed, the reaction solution was maintained at 80 to 90° C., and 8.2 g of zinc powder was added over 1 hour to perform hydrogen reduction. A portion of the resulting reaction solution was separated and analyzed by gas chromatography, and the result was 25.8g (reaction yield 97%).
The production of β-mercaptopropionic acid was confirmed. Furthermore, the reaction solution was extracted with 100 ml of 1,2-dichloroethane, and this extract was distilled.
g (boiling point 114-120℃/13mmHg, yield 92%, purity
99%) of β-mercaptopropionic acid was obtained. Example 2 Into the same reaction apparatus as in Example 1, 27.2 g of the β-chloropropionic acid shown in the above production example and 100 g of water were charged, and after dissolving, the pH of the solution was adjusted to 7.0 using a 25% aqueous sodium hydroxide solution. neutralized to. Next, 62.7 g of sodium thiosulfate pentahydrate was added and the reaction was carried out at 90°C for 3 hours. Thereafter, 63 g of 98% sulfuric acid was added dropwise through the dropping funnel while maintaining the temperature of the reaction solution at 90°C, and after the addition was completed, the reaction was continued at 90°C for an additional 30 minutes. A portion of the reaction solution was separated and analyzed by gas chromatography, which confirmed the production of 20 g (reaction yield: 75.5%) of β-mercaptopropionic acid. Furthermore, the reaction solution was added to 100 ml of 1,
After extraction with 2-dichloroethane and distillation
18.7 g (yield 70.5%, purity 99%) of β-mercaptopropionic acid was obtained. Examples 3 to 5 The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the type and amount of thiosulfate used were changed, and the results shown in Table 1 were obtained. 【table】