KR20210011906A - 메티오닌 및 그것의 하이드록시 유사체의 메틸 에스테르의 탈메틸화 - Google Patents
메티오닌 및 그것의 하이드록시 유사체의 메틸 에스테르의 탈메틸화 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 메티오닌 또는 그것의 하이드록시 유사체의 메틸 에스테르를 탈메틸화하고 부산물로서 메탄티올을 생성하는 과정에 관한 것이다. 메티오닌 및 그것의 하이드록시 유사체는 동물 사료 첨가제 및 식품 첨가제로서 적합하다. 메탄티올은 하이드로티올화 단계에서, 예컨대 메틸비닐글리콜레이트로부터 메티오닌 또는 그것의 하이드록시 유사체의 메틸 에스테르를 제조하는 단계에서 소비될 수 있다.
Description
본 발명은 메티오닌(Me-MET) 또는 메티오닌 하이드록시 유사체(Me-MHA)의 메틸 에스테르를 황화수소 음이온(HS-)과 반응시킴으로써 메탄티올(MeSH)의 생성을 야기하면서 각각의 상응하는 카복실산(메티오닌, MET/메티오닌 하이드록시 유사체, MHA)의 음이온으로 변환시키기 위한 과정에 관한 것이다. 더 나아가, 본 발명은 메틸 비닐 글리콜레이트(MVG), 또는 MVG의 아미노 유사체(MVG-AA)를 MeSH와 반응시킴으로써 각각 Me-MHA 또는 Me-MET로 변환시키고, 이어서 Me-MET 또는 Me-MHA를 황화수소 음이온(HS-)과 메탄티올(MeSH)의 생성하에 반응시킴으로써 상응하는 카복실산(MET/MHA)의 음이온으로 변환시키고, 생성된 MeSH를 회수하고, 그것을 해당 과정의 제1 단계에서 시약으로서 사용하기 위한 과정에 관한 것이다.
동물의 영양공급에서 사료 첨가제에 대한 상당한 수요가 있다. 특히, 탄수화물과 같은 지속가능한 원료로부터 제조된 사료 첨가제에 대한 수요가 있다. 아미노산 메티오닌(MET) 및 그것의 알파-하이드록시 유사체(MHA)는 동물 사료에서 첨가제로서 널리 사용된다. 사료 첨가제로서 유용하기 위해 상기 아미노산 또는 그것의 알파-하이드록시 유사체를 제조하기 위한 저비용 공정이 요구된다. 공지 공정은 발효 및 다양한 화학 합성 과정을 포함한다.
WO 2016/174231에 MHA 및 그것의 에스테르의 제조를 위한 화학-촉매 과정이 개시된다. 이것은 하나 이상의 당을 황을 포함하는 화합물 및 용매의 존재하에 메탈로실리케이트 물질과 접촉시키는 것을 포함한다. 상기 과정에서 사용하기 위한 바람직한 황 화합물은 메탄티올이고, 바람직한 용매는 메탄올이다. 메탄티올과 메탄올이 사용되었을 때 얻어진 생성물은 메티오닌 하이드록시 유사체의 메틸 에스테르(Me-MHA)이다.
WO 9832735에는 MVG의 하이드로티올화를 통한 Me-MHA의 형성 과정이 개시된다. 이것은 적합한 라디칼 개시제의 존재하에 메틸 2-하이드록시부트-3-에노에이트(MVG)를 메탄티올과 접촉시키는 것으로 구성된다. MVG 기질은, 예를 들어 MVG의 제조를 위한 화학-촉매 과정이 개시된 US 2010121096에 설명된 것과 같은 지속가능한 원료로부터 생성될 수 있다. 이것은 하나 이상의 당을 용매의 존재하에 메탈로실리케이트 물질과 접촉시키는 것을 포함한다. 용매로서 메탄올이 사용되었을 때 얻어진 생성물이 메틸 2-하이드록시부트-3-에노에이트(MVG)이다.
메탄티올(메틸 메르캅탄이라고도 함)은 유용한 화학물질이다. 그러나, 이것은 극도로 가연성이고 매우 독성이며 환경에 유해한 것으로 분류된다. 따라서, 메탄티올의 취급은 고도의 주의가 필요하다.
메티오닌 하이드록시 유사체의 메틸 에스테르는 현재는 동물용 사료 첨가제로서 직접 사용되지 않는다. 최종 생성물이 동물 영양공급 분야 내의 산업적 용도에 적합하려면 메틸 에스테르 기를 제거하는 것이 바람직하다. 또한, 독성이며 위험한 화학물질의 취급 필요성을 줄이는 것이 바람직하다. 따라서, 에스테르 기를 제거하기 위한 저비용이고 환경 친화적이며 산업적으로 적용가능한 과정에 대한 필요성이 있다.
메틸 에스테르를 상응하는 카복실산으로 변환시키는 한 가지 분명한 방식은 일반적으로 열의 적용에 의해, 산성 또는 알칼리성 수성 조건하에, 직접 가수분해하는 것이다. 이러한 변환을 위해 통상 사용되는 시약은 알칼리성 가수분해를 위한 수산화나트륨 또는 산성 가수분해를 위한 황산을 포함하지만, 산과 염기의 광범한 집단이 이용될 수 있다. 상기 시약들은 저렴하며, 메틸 에스테르 기질이 산/염기, 물 및/또는 열에 대해 민감하지 않은 경우 반응은 신뢰할 수 있다. 특히 알킬 또는 벤질 티올레이트의 사용, 요도트리메틸실란의 사용 및 무수 트리플루오르아세트산의 사용과 같은 다른 탈에스테르화 방법도 공지이다.
본 발명자들은 놀랍게도, 황화수소 음이온에 의한 메틸 에스테르 Me-MET 및 Me-MHA의 탈메틸화가 등몰량의 메탄티올과 함께 상응하는 카복실레이트를 높은 수율로 생성했다는 것을 발견했으며, 이 과정은 동물 사료 첨가제로서 적합한 메티오닌 생성물의 생성을 위한 훌륭한 후보가 되었고, 동시에 유용한 부산물로서 화학적 메탄티올이 생성된다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 식 (II):
-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3
(II)
(상기 식에서 R은 -OH 또는 -NH2이다)
의 탈메틸화 생성물을 생성하기 위한 방법이 제공되며,
상기 방법은 식 (I):
CH3-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3
(I)
(상기 식에서 R은 상기와 동일한 의미를 가진다)
의 메틸 에스테르를 황화수소 음이온과 반응시켜 메탄티올 및 식 (II)의 탈메틸화 생성물을 얻는 탈메틸화 단계를 포함한다.
본 발명의 방법은 매우 우수한 성능을 나타낸다. 카복실레이트의 수율이 매우 높고, MeSH가 또한 형성된다. 부산물로서 MeSH의 형성은 몇 가지 이점을 가진다. MeSH는 휘발성이며, 따라서 반응 혼합물로부터 쉽게 분리될 수 있어 고 순도 메티오닌 생성물을 얻을 수 있다. 이에 더하여, MeSH는 귀중한 화학물질로서, 사용되거나 판매될 수 있다. 본 발명의 한 구체예에 따라서, MeSH가 회수된다. 본 발명의 다른 구체예에 따라서, 회수된 MeSH는 하이드로티올화 단계에서 사용된다.
MeSH의 한 가지 사용은 MVG, 또는 MVG의 아미노산 유사체(MVG-AA)를 MeSH와 반응킴으로써 메티오닌 하이드록시 유사체의 메틸 에스테르(Me-MHA) 또는 메티오닌의 메틸 에스테르(Me-MET)로 변환시키는 것이다. MeSH는 이 변환에서 황의 바람직한 공급원이다. 그러나, 이것은 또한 문제가 있는 원료인데, 매우 휘발성이고 위험하기 때문이다. 메티오닌 하이드록시 유사체의 메틸 에스테르(Me-MHA)와 메티오닌의 메틸 에스테르(Me-MET)는 계속해서 탈에스테르화될 수 있다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 식 (II):
-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3
(II)
(상기 식에서 R은 -OH 또는 -NH2이다)
의 탈메틸화 생성물을 생성하기 위한 방법이 제공되며,
상기 방법은:
a1) 식 (III):
CH3-OCO-CHR-CH=CH2
(III)
(상기 식에서 R은 상기와 동일한 의미를 가진다)
의 화합물을 메탄티올과 반응시켜 식 (I):
CH3-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3
(I)
(상기 식에서 R은 상기와 동일한 의미를 가진다)
의 메틸 에스테르 생성물을 얻는 하이드로티올화 단계, 및 다음에
b) 식 (I)의 메틸 에스테르 생성물을 황화수소 음이온과 반응시켜 메탄티올 및 식 (II)의 탈메틸화 생성물을 얻는 탈메틸화 단계
를 포함한다.
이전의 이점에 더하여, 상기 방법은 추가의 이점을 가지는데, 탈메틸화 단계에서 얻어진 MeSH가 하이드로티올화 단계(a1)에서 사용될 수 있다는 것이다. 상기 방법의 단계 a1)에서 반응물 MVG/MVG-AA와 메탄티올뿐만 아니라 생성물 Me-MHA/Me-MET 각각의 화학량론적 관계가 1:1:1이고, 따라서 상기 방법의 단계 b)에서 반응물 황화수소 음이온과 Me-MHA/Me-MET뿐만 아니라 생성물 MHA/MET와 메탄티올의 화학량론적 관계도 또한 1:1:1:1이므로, 하이드로티올화 단계(a1)에서 사용된 MeSH의 양은 탈메틸화 단계(b)에서 생성된 MeSH의 양과 거의 동등하다. 그러나, 실제는 추가의 MeSH로 보충하는 것이 필요할 수 있다. 하이드로티올화 단계에서 적합한 촉매 또는 라디칼 개시제가 사용될 수 있다. 하이드로티올화 단계 및 탈메틸화 단계가 배터리 리밋 내에서 수행된다면 이 위험한 화학물질의 수송이 면제될 수 있다. 이 경우, 회수되지 않은 MeSH가 하이드로티올화 단계로 직접 순환될 수 있다.
또한, MeSH는 탈에스테르화될 수 있는 메티오닌 하이드록시 유사체(Me-MHA)의 메틸 에스테르로 당(글리코알데하이드를 포함하는)을 전환하는 메탈로실리케이트 촉매작용 과정에서 사용될 수 있다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 식 (II):
-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3
(II)
(상기 식에서 R은 -OH이다)
의 생성물을 생성하기 위한 방법이 제공되며,
상기 방법은:
a2) 메탄올 및 메탄티올의 존재하에 당을 메탈로실리케이트 물질과 접촉시켜 식 (I):
CH3-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3
(I)
(상기 식에서 R은 상기와 동일한 의미를 가진다)
의 메틸 에스테르 생성물을 얻는 메탈로실리케이트 촉매작용 단계, 및 다음에
b) 식 (I)의 메틸 에스테르를 용매화된 황화수소 음이온과 반응시켜 메탄티올 및 식 (II)의 탈메틸화 생성물을 얻는 탈메틸화 단계
를 포함한다.
이전의 이점에 더하여, 상기 방법은 추가의 이점을 가지는데, 탈메틸화 단계에서 생성된 MeSH가 메탈로실리케이트 촉매작용 단계에서 사용될 수 있다는 것이다.
일반적으로, 탈메틸화 단계는 탈메틸화 반응 구역에서 수행된다. 일반적으로, 하이드로티올화 단계는 하이드로티올화 반응 구역에서 수행된다. 일반적으로, 메탈로실리케이트 촉매작용 단계는 메탈로실리케이트 촉매작용 반응 구역에서 수행된다. 유익하게, 메틸화 반응 구역에서 생성된 MeSH는 메탈로실리케이트 촉매작용 반응 구역이나 하이드로티올화 반응 구역으로 재순환될 수 있다. 본 발명의 한 양태에 따라서, 탈메틸화 반응 구역으로부터 회수된 메탄티올은 하이드로티올화 반응 구역(a1)이나 메탈로실리케이트 촉매작용 반응 구역(a2)으로 재순환된다. 이것은 양 단계가 연속 공정으로서 수행되는 경우 특히 유익하다.
탈메틸화 생성물은 카복실산 또는 그것의 카복실레이트 염의 형태로 탈메틸화 후 회수될 수 있다.
하이드로티올화 단계와 탈메틸화 단계는 단일 과정 단계로 조합될 수 있다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 식 (II):
-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3
(II)
(상기 식에서 R은 -OH 또는 -NH2이다)
의 탈메틸화 생성물을 생성하기 위한 방법이 제공되며,
상기 방법은:
c) 메탄티올 및 황화수소 음이온의 존재하에 식 (III):
CH3-OCO-CHR-CH=CH2
(III)
(상기 식에서 R은 상기와 동일한 의미를 가진다)
의 화합물을 반응시켜 식 (II)의 탈메틸화 생성물을 얻는 통합 단계
를 포함한다.
이전의 이점에 더하여, 통합 단계는 탈메틸화 단계와 하이드로티올화 단계를 원 포트에서 조합한다는 추가의 이점을 가지며, 식 (II)의 탈메틸화 생성물을 생성한다. 또한, 본 발명의 이 양태에서, 탈메틸화 단계에서 생성된 메탄티올은 하이드로티올화 단계에서 소비되며, 이로써 메탄티올을 회수하고 수송할(예컨대 재순환시킬) 필요성이 회피된다.
본 발명과 관련하여, 상기 그림에서 개별 단계는 다음과 같다:
단계 a1은 하이드로티올화 단계이다.
단계 a2는 메탈로실리케이트 촉매작용 단계이다.
단계 b는 탈메틸화 단계이다.
단계 c는 통합 단계이다.
정의
본 발명과 관련하여, 다음의 용어들이 사용된다:
용어 "메티오닌 생성물"은 MET, MHA 및 이들의 염(X-MET 또는 X-MHA) 중 어느 것을 말한다.
용어 "회수"는 생성물을 수집하거나 생성물을 후속 단계로 보내거나 그것을 이전 단계로 재순환시키는 것을 말한다.
본 발명과 관련하여, 용어 "수율"은 반응 혼합물에 첨가된 반응물의 몰당 형성된 생성물의 몰을 말한다(예를 들어, 처음에 존재하는 화합물 (I)의 몰당 형성된 화합물 (II)의 몰).
용어 "반응물"과 "기질"은 상호교환하여 사용되며, 당해 반응(예를 들어, 탈메틸화 또는 하이드로티올화)에서 반응에 공급된 (미반응) 화합물을 말한다.
본 발명과 관련하여, 용어 "전환"은 반응한 기질의 몰 분율을 말한다.
용어 "연속 조건" 또는 "연속 공정"은 기질이 연속 공급되고 생성물이 연속 회수되는 진짜 연속 공정 조건을 말하지만(예컨대 유체층 반응기 또는 충진층 반응기에서, 선택적으로 공급 스트림 또는 반응기 입구로 과잉의 제2 화합물의 재순환하에), 반응 구역에 조금씩 반복적으로 공급되고 반응 구역으로부터 생성물이 조금씩 반복적으로 회수되는 것과 같은 반-연속 공정 조건을 말하기도 한다.
본 발명과 관련하여, "반응 구역"은 반응이 일어나는 영역을 말한다. 특정 구체예에서, 반응 구역은 화학 반응기의 벽에 의해 한정될 수 있다. 연속 반응기에서, 반응 구역은 반응기 벽과 입구 및 출구에 의해 한정될 수 있다. 반응 구역은 반응기 내에 함유된 반응 혼합물에 의해 한정될 수 있다.
"반응 혼합물"은 미반응 화합물과 형성된 생성물 및 임의의 촉매, 부산물 또는 존재하는 용매나 희석제를 포함하는, 반응 구역에 존재하는 혼합물을 말한다.
다른 언급이 없다면 R 기는 -OH 또는 -NH2이다.
용어 "황화수소 음이온"은 수산화물 음이온의 황 유사체인 음이온 HS-를 말한다. 전체적으로 전하 중성이 유지되도록 황화수소 음이온이 존재할 때마다 반대 이온도 존재한다는 것이 내포된다.
탈메틸화 단계
본 발명의 이점은 주변 반응 조건하에서 부산물인 MeSH가 휘발성이며, 나머지 반응 생성물은 액체상이나 고체상이므로 탈메틸화 반응 혼합물로부터 쉽게 회수될 수 있다는 것이다. 이것은 반응 혼합물을 기체로 스트립핑하여 용해된 기체상 메탄티올을 몰아내고 그것을 응축시켜 기체로부터 메탄티올을 수집함으로써 달성될 수 있다. 스트립핑을 위한 적합한 기체는 N2, CH4, H2O(스팀), CH3OH(메탄올 증기), CO2 및 H2를 포함한다. 또는 달리, 메탄티올은 압력을 감소시킴으로써 기체상 메탄티올이 방출되도록 하고 응축시켜 그것을 수집하거나 액체로 압축함으로써 회수될 수 있다. 선택적으로, 수집된 메탄티올은 향후 사용 전에 황화수소 및 다른 기체상 오염물질을 제거하기 위해, 예를 들어 증류에 의해 정제될 수 있다.
황화수소 음이온
본 발명의 한 구체예에 따라서, 황화수소 음이온은 황화수소 염, 예컨대 황화수소 금속염의 형태로 제공된다. 본 발명의 한 구체예에서, 황화수소 염은 금속염이고, 여기서 금속은 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속이다. 음이온은 반응물 중 하나에 또는 용매, 예컨대 탈메틸화 용매에 식 XSH(여기서 X = Li, Na, K) 또는 식 X(SH)2(여기서 X = Ca, Mg)의 염을 용해하여 용매화된 황화수소 음이온을 얻음으로써 형성될 수 있다. 본 발명의 한 구체예에서, 황화수소 금속염은 LiSH, NaSH, KSH, Ca(SH)2, Mg(SH)2; 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다. 상기 과정의 바람직한 구체예에서, 황화수소 음이온의 공급원은 NaSH 또는 KSH이며, 이들 황화수소 음이온 공급원의 더 저렴한 가격, 더 좋은 활용성 및 취급 용이성으로 인해서이다.
또는 달리, 황화수소 음이온은, 제한은 아니지만 NaOH 또는 KOH와 같은 적절한 염기의 존재하에 탈메틸화 반응 구역에서 황화수소 H2S를 인시튜 반응시킴으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 황화수소 음이온을 제공하는 상기 두 가지 방법이 조합될 수 있으며, 이 경우 황화수소 염이 탈메틸화 반응 혼합물에 첨가되고, 탈메틸화 반응 혼합물을 통해서 황화수소가 버블링된다.
예를 들어, 황화수소 나트륨(NaSH)이 용매화되는 경우, 용매화된 이온은 HS-와 Na+이다. 또한, 황화수소(H2S)를 NaOH와 같은 염기와 반응시킴으로써 황화수소 음이온을 생성하는 것이 가능하다. 이 경우, 황화수소 음이온은 염의 직접 용매화에 의해 생성되는 것이 아니라, 용해된 H2S와 HO- 사이의 산-염기 반응에 의해 HS-와 H2O를 생성함으로써 생성된다. 많은 용매 중에서 황화수소 음이온의 양쪽성 성질로 인해, 3개의 종 H2S, HS- 및 S2-이 상이한 상대적 양으로 반응 혼합물에 동시에 존재할 것이다. 이 상대적 분포는 탈메틸화 반응 혼합물에 산 또는 염기를 첨가함으로써 변형될 수 있다. 따라서, 용어 "황화수소 음이온"은 또한 H2S, HS- 및 S2-의 혼합물을 말하며, 여기서 HS-는 용액 중에서 3개 종들 중 1%를 초과하여 기여한다.
탈메틸화 생성물
탈메틸화 생성물은 주로 이온 형태로 탈메틸화 반응 혼합물에 존재할 것이다. 본 발명의 한 구체예에서, 얻어진 탈메틸화 생성물은 카복실산(MET 또는 MHA) 또는 카복실레이트 염(X-MET 또는 X-MHA)의 형태로 회수된다. 이것은 고갈된 반응 혼합물로부터 결정화 및 염의 분리에 의해 탈메틸화 반응 혼합물로부터 회수될 수 있다. 탈메틸화 생성물을 회수하는 다른 옵션은 크로마토그래피, 전기투석, 산성화, 증류 및 추출을 포함한다.
탈메틸화 반응 혼합물
본 발명의 한 구체예에 따라서, 탈메틸화 반응은 탈메틸화 용매 중에서 수행된다. 이러한 구체예에서, 반응 혼합물은 미반응 황화수소 음이온, 식 (I)로 이루어진 미반응 메틸 에스테르, 임의의 탈메틸화 생성물 및 형성된 메탄티올 및 용매를 포함한다. 바람직한 용매는 극성 용매이다. 극성 용매는 15를 초과하는 유전상수를 가진 조성물을 말하며, 제한은 아니지만, 예컨대 DMSO, 디메틸포름아미드, HMPA, 아세토니트릴, 아세톤, 에탄올, 메탄올, 물 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 극성 또는 약간 극성 용매를 사용하는 것의 이점은 시약, 특히 이온성 화합물의 용해도가 극성 용매에서 더 높다는 것이다. 탈메틸화 반응 혼합물은 황화수소 염의 용매화된(또는 해리된) 형태에 유리한 극성을 가진 환경을 제공하는 탈메틸화 반응 구역에 있어야 한다.
본 발명의 한 구체예에서, 탈메틸화 단계는 15 내지 100의 범위의 유전상수를 가진 극성 용매의 존재하에 수행된다.
본 발명의 한 구체예에서, 용매는 DMSO, 디메틸포름아미드, HMPA, 아세토니트릴, 아세톤, 에탄올, 메탄올, 물; 또는 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 구체예에 따라서, 상기 과정은 임의의 용매 없이 수행된다. 이 특별한 사례에서, 탈메틸화 반응 혼합물은 황화수소 음이온의 공급원 및 식 (I)의 메틸 에스테르를 포함한다. 용매를 생략하는 것의 이점은 반응 후 용매를 제거할 필요성을 감소시킨다는 것이다. 또한, 훨씬 더 높은 농도에서 반응이 진행되는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 한 구체예에서, 탈메틸화 단계는 0℃ 내지 200℃의 범위의 온도에서, 예컨대 30℃ 내지 100℃ 또는 40-70℃의 범위의 온도에서 수행된다.
본 발명의 한 구체예에서, 탈메틸화 단계는 실질적으로 산소 무함유 분위기에서, 바람직하게 0.00001 bar(1 Pa) 내지 0.1 bar(10 kPa)의 범위의 산소 부분 압력하에 수행된다. 산소 무함유 과정의 이점은 형성된 메탄티올의 산화가 감소되거나 회피된다는 것이다.
본 발명의 한 구체예에 따라서, 탈메틸화 단계는 0.1 bar(10 kPa) 내지 10 bar(1000 kPa)의 범위의 압력하에 수행된다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 식 (I)의 메틸 에스테르에 대한 황화수소 음이온의 초기 몰 비는 초기 반응 혼합물에서 1:100 내지 100:1의 범위이다. 이것은 황화수소 음이온과 식 (I)의 메틸 에스테르가 반응을 시작하기 전 이들 간의 몰 비로서 이해되어야 한다. 상기 과정이 연속 흐름으로서 수행되는 경우, 초기 농도는 조합된 원료 스트림에서의 농도를 말한다.
본 발명의 한 구체예에 따라서, 탈메틸화 반응 구역으로부터 회수된 메탄티올의 전부 또는 일부는 하이드로티올화 반응 구역 또는 메탈로실리케이트 촉매작용 반응 구역으로 재순환된다. 그것은 이미 설명된 대로 스트립핑, 응축 및/또는 압축에 의해 분리될 수 있다.
하이드로티올화 단계
MVG와 메탄티올의 자유 라디칼 하이드로티올화가 WO 9832735 A1에 설명된다. 이것은 메틸 2-하이드록시부트-3-에노에이트(MVG)를 적합한 라디칼 개시제의 존재하에 메탄티올과 접촉시키는 것으로 구성된다. MVG 기질은 US 2010121096 AA에 따라서 당으로부터 생성될 수 있다. 설명된 과정은 하나 이상의 당, 예컨대 수크로오스, 프럭토오스, 글루코오스 또는 글리코알데하이드를 용매의 존재하에 메탈로실리케이트와 접촉시키는 것을 포함한다.
이 두 단계는 WO 2016/174231에 상세히 설명된 대로 단일 메탈로실리케이트 촉매작용 단계로 조합될 수 있다. 간단히 말해서, 수크로오스, 자일로오스, 만노오스, 타가토오스, 갈락토오스, 글루코오스, 프럭토오스, 당 시럽, 트레오스, 에리트로오스, 에리트룰로오스, 디하이드록시아세톤, 글리세르알데하이드 또는 글리콜알데하이드와 같은 당이 용매의 존재하에 메탈로실리케이트 물질과 접촉된다. 한 구체예에서, 메탈로실리케이트의 금속은 주석, 티타늄, 지르코늄 및 하프늄, 또는 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된다. 한 구체예에서, 실리케이트 물질은 베타-제올라이트 구조를 가진다. 한 구체예에서, 용매는 메탄올이며, 0.1-10% 물을 아마도 가진다. Me-MHA를 형성하기 위해 MeSH의 존재하에 반응이 수행된다.
당으로부터 MVG의 형성 및 MVG의 Me-MHA로의 후속 하이드로티올화는 단일 반응 구역에서 일어날 수 있거나, 또는 두 단계가 별도의 반응 구역에서 수행될 수 있다. 하이드로티올화 단계 전에 용매가 제거될 수 있다.
연속 공정
본 발명에 따른 방법은 연속 흐름 공정 또는 배치 공정으로서 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 연속 흐름 공정은 연장된 시간 기간에 걸쳐서 일어나는 반응 또는 과정으로서 이해되어야 하며, 반응물이 용매 중에서 반응 챔버를 통해 연속적으로 공급된다. 연속 흐름 공정의 이점은 대규모 생산에 적합하다는 것이다.
본 발명의 한 구체예에 따라서, 탈메틸화 단계는 배치 또는 피드-배치(fed-batch) 공정으로서 수행된다. 한 구체예에서, Me-MET 또는 Me-MHA가 탈메틸화 반응을 수행하기에 적합한 조건하에서 반응 구역에서 황화수소 음이온의 공급원과 접촉된다. 반응물은 충분한 탈메틸화가 달성될 때까지 반응 구역에 보유된다. 탈메틸화 단계는 Me-MET 또는 Me-MHA에 대한 황화수소 음이온의 비율, 반응 온도, 용매/무용매, 반응 시간, pH, 압력, 분위기 등과 같은 가변하는 상이한 반응 변수하에 수행될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에 따라서, 탈메틸화 단계는 연속 공정으로서 수행되며, 식 (I)의 메틸 에스테르와 황화수소 음이온이 탈메틸화 반응 구역에 연속적으로 제공되고, 탈메틸화 반응 구역에서 형성된 탈메틸화 생성물과 메탄티올이 탈메틸화 반응 구역으로부터 연속적으로 회수된다.
Me-MET 또는 Me-MHA는 탈메틸화 반응 구역에서 황화수소 음이온의 공급원과 접촉될 수 있다; 이것은 Me-MET 또는 Me-MHA를 함유하는 원료 스트림과 황화물 음이온 또는 황화수소의 공급원을 함유하는 원료 스트림을 탈메틸화 반응 구역에 연속적으로 공급하고, 원하는 반응 조건에서 반응 구역 내의 반응 혼합물을 반응시키고, 탈메틸화 반응 구역으로부터 탈메틸화 생성물 스트림을 연속적으로 회수함으로써 행해질 수 있다. 탈메틸화 단계는 Me-MET 또는 Me-MHA에 대한 황화수소 음이온의 비율, 반응 온도, 용매/무용매, 반응 시간, pH, 압력, 분위기 등과 같은 가변하는 상이한 반응 변수하에 수행될 수 있다. 탈메틸화 생성물 스트림은 그것이 반응 구역으로 들어가는 것과 유사한 흐름(kg/hr)으로 반응 구역을 빠져나온다(전체 생성물 스트림과 전체 공급 스트림이 동등하다).
본 발명의 한 구체예에 따라서, 메탄티올이 탈메틸화 생성물 스트림으로부터 회수횔 수 있다. 이것은 탈메틸화 생성물 스트림을 기체로 스트립핑하여 용해된 기체상 메탄티올을 몰아내고 그것을 응축시켜 기체로부터 메탄티올의 일부 또는 전부를 수집함으로써 달성될 수 있다. 적합한 스트립핑 기체는 N2, CH4, H2O(스팀), CH3OH(메탄올 증기), CO2 또는 H2를 포함한다. 또는 달리, 메탄티올은 압력을 감소시킴으로써 기체상 메탄티올이 방출되도록 하고 응축시켜 그것을 수집하거나 액체로 압축함으로써 회수될 수 있다. 선택적으로, 수집된 메탄티올은 향후 사용 전에 황화수소 및 다른 기체상 오염물질을 제거하기 위해, 예를 들어 증류에 의해 정제될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에 따라서, 탈메틸화 반응 생성물(NaSH가 황화수소 음이온 공급원으로서 사용된 경우 Na-MET 또는 Na-MHA)은 메탄티올 고갈된 탈메틸화 생성물 스트림으로부터 염의 결정화 및 분리에 의해 메탄티올 고갈된 탈메틸화 생성물 스트림으로부터 회수될 수 있다. 탈메틸화 생성물을 회수하는 다른 옵션은 크로마토그래피, 전기투석, 산성화, 증류 및 추출을 포함한다.
본 발명의 한 구체예에 따라서, 하이드로티올화 단계는 연속 공정으로서 수행되며, 식 (III)의 화합물과 메탄티올이 하나 이상의 원료 스트림으로 하이드로티올화 반응 구역에 제공되고, 하이드로티올화 반응 구역에서 형성된 식 (I)의 메틸 에스테르 생성물이 하이드로티올화 생성물 스트림으로 반응 구역으로부터 회수되고, 이것은 식 (II)의 탈메틸화 생성물로의 전환을 위해 탈메틸화 반응 구역으로 인도되고, 이 생성물은 탈메틸화 생성물 스트림으로 회수된다.
동물 사료 첨가제
본 발명의 메티오닌 생성물은 그대로 동물 사료 첨가제 및 식품 첨가제로서 유용하다. 선택적으로, 탈메틸화 생성물은, 예를 들어 황산을 사용하여 산성화될 수 있고, 이로써 산 형태(각각 X-MET 또는 X-MHA가 MET 또는 MHA로)로 변환되거나, 또는 이온 교환됨으로써 Ca(MET)2 또는 Ca(MHA)2와 같은 식품 용도에 더욱 바람직한 염으로 변환될 수 있다.
두 용도에서 모두, 동물 사료 또는 식품 조성물을 형성하기 위해, 이들은 캐리어 물질, 탄수화물, 애쥬번트, 케이크화 방지제, 항산화제 및/또는 계면활성제와 같은 하나 이상의 동물 사료 또는 사람 식품 성분과 혼합될 수 있다. 첨가제 또는 조성물은 당업계에 공지된 대로, 용액, 현탁액, 펠릿, 분말 등으로 제제화될 수 있다.
실시예
슈링크 플라스크에 황화수소나트륨 일수화물과 자기 교반막대를 넣었다. 플라스크를 소기하고 질소로 3번 퍼지하여 산소를 제거했다.
용매 DMSO 중의 Me-MHA(식 (I)의 메틸 에스테르 생성물, R = -OH)의 용액을 주사기를 통해 플라스크에 첨가했다. 플라스크를 오일배스에 담그고 반응 혼합물을 원하는 온도에서 24시간 동안 질소 분위기하에 교반했다.
반응 전후 용액의 GC 분석은 24시간 후 메틸 2-하이드록시-4-메틸티오부타노에이트의 최대 100% 전환을 나타냈다. GCMS는 메탄티올의 형성을 확인했다. NMR 분석은 최대 93% 수율의 2-하이드록시-4-메틸티오부탄산의 존재를 확인했다.
실온에서 50℃로 온도가 증가되었을 때 나트륨 카복실레이트 생성물에 대한 선택성이 유의하게 증가한 것으로 드러난다.
* 수율은 첨가된 메틸 에스테르 기질에 대한 카복실레이트의 몰 수율을 말한다.
Claims (26)
- 식 (II):
-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3 (II)
(상기 식에서 R은 -OH 또는 -NH2이다)
의 탈메틸화 생성물을 생성하는 방법으로서,
식 (I):
CH3-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3 (I)
(상기 식에서 R은 상기와 동일한 의미를 가진다)
의 메틸 에스테르를 황화수소 음이온과 반응시켜 메탄티올 및 식 (II)의 탈메틸화 생성물을 얻는 탈메틸화 단계를 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서, 탈메틸화 단계에서 형성된 메탄티올을 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서, 회수된 메탄티올은 하이드로티올화 단계에서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 식 (II):
-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3 (II)
(상기 식에서 R은 -OH 또는 -NH2이다)
의 탈메틸화 생성물을 생성하는 방법으로서,
a1) 식 (III):
CH3-OCO-CHR-CH=CH2 (III)
(상기 식에서 R은 상기와 동일한 의미를 가진다)
의 화합물을 메탄티올과 반응시켜 식 (I):
CH3-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3 (I)
(상기 식에서 R은 상기와 동일한 의미를 가진다)
의 메틸 에스테르를 얻는 하이드로티올화 단계, 및
b) 식 (I)의 메틸 에스테르를 황화수소 음이온과 반응시켜 메탄티올 및 식 (II)의 탈메틸화 생성물을 얻는 탈메틸화 단계
를 포함하는 방법. - 식 (II):
-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3 (II)
(상기 식에서 R은 -OH이다)
의 탈메틸화 생성물을 생성하는 방법으로서,
a2) 메탄올 및 메탄티올의 존재하에 당을 메탈로실리케이트 물질과 접촉시켜 식 (I):
CH3-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3 (I)
(상기 식에서 R은 상기와 동일한 의미를 가진다)
의 메틸 에스테르 생성물을 얻는 메탈로실리케이트 촉매작용 단계, 및 다음에
b) 식 (I)의 메틸 에스테르를 황화수소 음이온과 반응시켜 메탄티올 및 식 (II)의 탈메틸화 생성물을 얻는 탈메틸화 단계
를 포함하는 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 탈메틸화 단계는 탈메틸화 반응 구역에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 하이드로티올화 단계는 하이드로티올화 반응 구역에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5 항에 있어서, 메탈로실리케이트 촉매작용 단계는 메탈로실리케이트 촉매작용 구역에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 황화수소 음이온은 황화수소 염의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 금속 황화수소 화합물은 LiSH, NaSH, KSH, Ca(SH)2, Mg(SH)2; 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 카복실산 또는 카복실레이트 염의 형태로 형성된 탈메틸화 생성물을 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 탈메틸화 단계는 15 내지 100의 범위의 유전상수를 갖는 탈메틸화 용매의 존재하에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 12 항에 있어서, 탈메틸화 용매는 DMSO, 디메틸포름아미드, HMPA, 아세토니트릴, 아세톤, 에탄올, 메탄올 또는 물; 또는 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 탈메틸화 단계는 0℃ 내지 200℃의 범위의 온도, 바람직하게 30℃ 내지 100℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 탈메틸화 단계는 0.1 bar(10 kPa) 아래, 바람직하게 0.00001 bar(1 Pa) 내지 0.1 bar(10 kPa)의 범위의 산소 부분 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 탈메틸화 단계는 0.1 bar(10 kPa) 내지 10 bar(1000 kPa)의 범위의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 식 (I)의 메틸 에스테르에 대한 황화수소 음이온의 초기 몰 비는 1:100 내지 100:1의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 탈메틸화 반응 구역으로부터 회수된 메탄티올의 전부 또는 일부를 하이드로티올화 반응 구역 및/또는 메탈로실리케이트 촉매작용 구역에서 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 탈메틸화 반응 구역으로부터 미반응 황화수소 음이온의 전부 또는 일부를 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 탈메틸화 반응 구역으로부터 식 (I)의 미반응 메틸 에스테르의 전부 또는 일부를 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 탈메틸화 단계는 배치 또는 피드-배치 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 탈메틸화 단계는 연속 공정으로 수행되며, 식 (I)의 메틸 에스테르와 황화수소 음이온이 탈메틸화 반응 구역에 제공되고, 탈메틸화 반응 구역에서 형성된 메탄티올 및 탈메틸화 생성물이 탈메틸화 반응 구역으로부터 회수되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 하이드로티올화 단계는 연속 공정으로 수행되며, 식 (III)의 화합물과 메탄티올이 하이드로티올화 반응 구역에 제공되고, 하이드로티올화 반응 구역에서 형성된 식 (I)의 메틸 에스테르는 탈메틸화 반응 구역으로 인도되는 스트림으로 하이드로티올화 반응 구역으로부터 회수되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 카복실레이트 염은 이온 교환 단계에 노출되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 하이드로티올화 단계 또는 메탈로실리케이트 촉매작용 단계에서 용매가 사용되며, 하이드로티올화 단계 또는 메탈로실리케이트 촉매작용 단계와 탈메틸화 단계 사이에 용매의 일부 또는 전부를 제거하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 식 (II):
-OCO-CHR-CH2-CH2-S-CH3 (II)
(상기 식에서 R은 -OH 또는 -NH2이다)
의 탈메틸화 생성물을 생성하는 방법으로서,
c) 메탄티올 및 황화수소 음이온의 존재하에 식 (III):
CH3-OCO-CHR-CH=CH2 (III)
(상기 식에서 R은 상기와 동일한 의미를 가진다)
의 화합물을 반응시켜 식 (II)의 탈메틸화 생성물을 얻는 통합 단계
를 포함하는 방법.
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