TW201109298A - Process to prepare a chelating agent or precursor thereof using a cyanide salt - Google Patents

Description

201109298 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種使用氰化鹽製造螯合劑（胺基酸聚羧 酸鹽）或其前驅物之方法。以氰化氫作為起始材料的使胺 基酸叛甲基化之許多合成方法已為人們所熟知。但是，氮 化氫係高毒性化學品’因此其處理、保存及運輸非常危險 且較佳避免使用此物質。 【先前技術】 美國專利第2,855,428號揭示了藉由使甲醛及液態氰化氫 與胺類化合物在酸性條件下反應來製造胺腈之（所謂 Singer)方法。 德國專利第42 11 713號揭示藉由使胺基二羧酸與甲醛以 及氰化氣反應並藉由向反應混合物中加入酸或驗而水解所 形成醢胺及腈基團來製造胺基二叛酸_N，N-二乙酸化合物 之方法。其亦揭示可藉由使用甲醛及鹼金屬氰化物之反應 來製造fe基一幾·酸-N，N-二乙酸化合物。根據建議使用氰 化氫之反應及使用驗金屬氰化物之反應二者可分別在〇至 U及3至14之較寬PH範圍内實施。然而，在實例1中，反應 係經典Singer法（在酸性pH下使用HCN及天冬胺酸），並且 在實例4中’採用驗金屬氰化物的反應係在驗性pH下使用 天冬胺酸鈉作為起始材料來實施（亦即，經典Strecker& )。 WO 2009/109544揭示了經由氰甲基化反應及水解反應製 造高純度麩胺酸N，N-二乙酸四鈉鹽之方法。該方法包含使 麵胺酸單鈉鹽依次與甲醛及氫氰酸反應，進一步依次與氫 148842.doc 201109298 氰酸及曱醒反應，並使用NaOH水解該產物，在處理後得 到麩胺酸N，N-二乙酸四鈉鹽。 WO 2009/02451 8揭示了藉由氰甲基化反應及水解反應製 造麩胺酸N，N-二乙酸鹼金屬鹽之方法。儘管·一般而言指出 原材料可為氰化氫、曱醛及麩胺酸或其鹽，但該方法僅明 確揭示麵胺酸單驗金屬鹽與曱酸及氫氰酸之反應（亦即， 經典Singer法）以及麩胺酸單鈉與氰化鈉在鹼性條件下之反 應（亦即，經典Strecker法）。 WO 2009/0245 19揭示了一種製造麵胺酸乙酿胺之方法， 其中使鞑胺酸單鈉與甲醛及氰化氫在酸性條件下反應，此 將使最初形成之胺基腈不會立即皂化生成二羧酸鹽，而是 得到呈可分離形式之乙醯胺。根據建議，只要將pH保持在 同一酸性範圍内以防止皂化，即可使用多種替代性起始材 料來實施相同反應，其中用鹼金屬氰化物替代氰化氫。 然而’以上先前技術文件皆未確認可使用鹼金屬氰化物 來製造含有兩個羧酸官能團之胺基酸之胺基酸N，N二羧酸 ·«·螯&劑，其中無需添加超過緩衝量之酸且仍能夠實施類 似Singer之方法。 【發明内容】 現已發現，如果採用之方法使反應混合物之？11達到並保 持在足夠低數值下，則亦可改用氮化鹽（例如氛化驗金屬 鹽）替代氰化氫且使用呈酸性形式之胺基酸來製造基於具 有兩個羧酸s忐團之胺基酸（例如天冬胺酸及麩胺酸）之螯 合劑或其前驅產物。 148842.doc 201109298 因此，本發明提供一種包括由氰化物與胺基酸及醛反應 之方法，其特徵為該氰化物係氰化鹽，該胺基酸係呈酸性 形式之天冬胺酸及/或麩胺酸，且該方法係藉由基於天冬 胺酸或麩胺酸用量添加〇至1當量之間之酸，而在酸性 進行。 【實施方式】 已證實，利用本發明t方法可避免使用及保存大量合成 用之HCN。此可提高安全性。同樣，HCNi受限之（工業） 可利用性不再成問題，就此而言，應注意在許多國家hcn 僅能經由適宜管線運輸。另―優點係已發現藉由本發明方 法製造之化合物之雜質含量遠低於使用氰化鹽之同類方 法，且因此使用麩胺酸或天冬胺酸作為起始材料之產率更 同。令人驚奇地，在本發明之方法中，已證實酸之初始量 足以保持足夠低之反應混合物pH，使反應可在高產率下進 行。 就此而。，應注思德國專利第42丨1 713號在實例4中揭 示胺基二羧酸及甲醛與NaCN之反應。然而，在此反應期 門形成氫氧化物作為副產物，因此該反應立即進行至水 v驟而產生缓酸之鈉鹽，此外，由於存在氫氧根離子 之不期望副作用而形成多種副產物，即不期望之衍生物或 皂化產物，例如次氮基三乙酸鹽（NTA)以及大量羥乙酸 鹽，所有1亥等副產物均可藉由本發明之彳法來顯著減少或 避免。 本發明方法涉及添加有氰化鹽之反應混合物，並且在該 148842.doc 201109298 方法中當氰化鹽被酸化時，該氰化鹽與天冬胺酸及/或麩 胺酸以及醛反應。在該方法之一較佳實施例中’氰化氫僅 原位存在，此乃因在該方法條件下氰化物立即與天冬胺酸 及/或麵胺酸以及酸反應。 在另一實施例中，氰化鹽（在本說明書中亦稱作XCN)可 為鹼金屬氰化物或HCN與鹼金屬氰化物之混合物。鹼金屬 氰化物較佳係氰化鈉或氰化鉀。氰化鹽亦可係鹼土金屬氰 化鹽’只要其可溶於所用反應溶液中即可。 天冬胺酸及/或麩胺酸之益處係其能將反應溶液維持在 本發明方法所需之酸性pH範圍内，從而使得除了使反應混 合物達到酸性及/或維持酸性之最低量酸以外不需要添加 酸°或者換言之’當呈酸性形式之天冬胺酸或楚胺酸與鹼 金屬氰化物反應時’僅需要加入最低量之酸即可保證反應 混合物達到並維持使反應以高產率進行所需之酸性pH。在 天冬胺酸及麩胺酸中’麩胺酸係較佳胺基酸。 在另一較佳實施例中，反應產物係麩胺酸或天冬胺酸、 甲醛及氰化物之至少一種胺基酸腈產物。 用於本發明方法之溶液較佳係水溶液；然而亦可使用其 他（有機）溶劑’例如諸如曱醇等質子溶劑，以及兩種或更 夕種/谷劑之混合物。當某一反應物在水中難溶或不溶時可 使用有機溶劑與水之混合物。 端視天冬胺酸或麩胺酸、醛、氰化物之選擇，且在一些 It况下i而視其他原料以及反應條件來實施若干本發明實施 例’且在下文中對其進行更詳細之論述。 148842.doc 201109298 如上所述，在-較佳實施例中，本發明方法係「類似 nger」之方法，其按照以下方程式（該反應方程式僅意欲 說明本發明而不具有準確性或完整性）來生成胺基酸猜： CO 肌 CR顿2+R，⑽ 其中η係1或2，較佳為2，尺係含有羧酸基團之烷基以獲得 天冬胺酸或麵胺酸，並且R，係叛基、燒基或氣原子，氣原 子較佳。 在該實施例中形成之胺基酸腈係製造螯合劑之適宜前驅 物。 可水解該等腈類化合物以形成相應之醯胺或羧酸或其 鹽，其可用作螯合劑》水解較佳係鹼水解。 本發明方法期間之pH係酸性（亦即，介於丨至7之間），並 且在較佳實施例中ρΗ介於3至6之間。儘管可藉由將其他反 應條件控制在較高ρΗ範圍内來抑制聚合與皂化，但此較高 Ρ Η至少會增加開始發生不期望之氛化物聚合反應或矣化反 應之風險。 在该方法期間，基於天冬胺酸及/或麩胺酸之用量，添 加大於0並小於丨當量之有機酸或無機酸或使用酸性離子交 換树月曰，將pH調節至及/或保持在上述（較佳）範圍内。 較佳地，酸用量介於OJSO.S當量之間，更佳介於〇1至 0.6當量之間。 適宜的有機酸及無機酸選自鹽酸、氫溴酸、氫氟酸、氫 峨&硫酸、硝酸、鱗酸、甲酸、乙酸、檸檬酸、乳酸、 頻果S欠、酒石酸、馬來酸、或其中兩種或更多種酸之混合 148842.doc 201109298 物。該酸亦可能本來就添加在上述一種酸與胺基酸材料的 反應產物中，例如麩胺酸鹽酸鹽，或該酸可為胺基酸或胺 基聚羧酸。 藉由添加有機酸或無機酸來控制pH時，可能形成含有衍 生自所使用氰化鹽之％離子及所使用酸之陰離子之無機鹽 或有機鹽。在較佳實施例中’可藉由在反應期間，使用其 中一種反應產物進行酸化來避免該缺點，例如以衍生自胺 基酸腈產物之有機酸作為酸來控制氰化鹽與天冬胺酸及/ 或麩胺酸之反應pH，該有機酸係在該胺基酸腈產物轉化成 相應缓酸鹽並酸化至足夠低pH而部分地呈缓酸形式後獲得 (例如呈酸形式之螯合劑，其可為該方法之期望終產物， 例如麩胺酸-N，N-二乙酸（GLDA)、天冬胺酸N，N_二乙酸 (ASDA)或如式GLDA-NaxHy或ASDA-NaxHy之部分鹽，其 中x+y係4且y係2或大於2)。 如果施加另一種酸，則可能需要分離所形成的無機鹽或 有機鹽，並且此可採用習用技術來實施，例如結晶、電滲 析、離子交換樹脂以及膜過濾（例如奈米過濾）。 本發明方法通常係在半間歇系統中實施，其中將氰化鹽 溶液加入天冬胺酸及/或麵胺酸及酸中，且將ρΗ[調節至預 定範圍内並且在完成每次作業後更換樣品溶液。該方法亦 可以連續作業方式來實施，例如進料-排放（feed and Wad) 作業，其包括連續加入氰化鹽、天冬胺酸及/或麩胺酸、 醛及酸，且移除反應混合物或部分反應混合物。 本發明方法可另外含有進一步純化步驟。該等純化步驟 148842.doc 201109298 為熟習此項技術者熟知並且涵蓋諸如漂白、反萃取、吸附 及吸收處理、及過濾步驟等步驟。 實例 實例1 向1 L的雙壁反應器中填充1471 g麩胺酸（10〇莫耳）及 450 g水。經4 hr，向該漿液添加326.7 g 30% NaCN(2.00莫 耳）溶液及136.4 g 44%甲醛溶液。在開始加料3 hr後，當溶 液澄清時’加入26 g乙酸《反應溫度係22°C。pH從5.2降 至4.7。元成加料後，將反應混合物搜拌3〇 min。 藉由將生成的含有麩胺酸-Ν，Ν·二乙腈之反應混合物經 約2小時添加至375 g 30% NaOH之沸騰溶液内來使其皂 化。 在皂化過程中，移除氨/水蒸汽混合物。藉由加水使反 應溫度保持在最大值11 (TC。在完成加料後，再使混合物 席騰1小時。冷卻後’收集到886.4 g麩胺酸_n，N-二羧酸鹽 產物’如藉由Fe-TSV分析所測定，其GLDA-Na4含量為 35.9%(產率90.6%)。以總反應產物計，NTA含量遠小於〇. 1 wt%。 比較實例2 利用經典Strecker合成法製造GLDA-Na4(亦即，在驗性 條件下與NaCN反應）。 在祝拌下’向3 L反應器中填充655 g楚胺酸單鈉（3 5莫 耳）及1，824 g水。隨後’加入238.8 g 50 wt%氫氧化納（3,〇 莫耳）並且隨後經10分鐘加入498.5 g 34.4 wt%氣化納（3.5 148842.doc 201109298 莫耳）。使溫度升至97°C，並且經約30分鐘加入300 g 35 wt°/〇曱醛（3.5莫耳）。隨後，經約30分鐘另外加入498·5 g 34.4 wt%氰化鈉及300 g甲醛。加料結束後，使溫度升至 11 〇°C並保持90分鐘。冷卻後，收集到3 1 85 g產物。藉由 CAE及1H NMR分析來分析所得產物。發現GLDA四鈉之含 量為約8.5%(產率22%)。發現產物含有大量ΝΤΑ(佔總反應 混合物之約3.5%，其對應於期望GLDA反應產物之約40%) 及羥乙酸鹽（佔總反應混合物之約1.5%，其對應於期望 GLDA反應產物之約15%)。 148842.doc

Claims (1)

1. 201109298 七、申請專利範圍： 1. 一種包含氰化物與胺基酸及醛之反應之方法，其特徵為 該氮化物係氰化鹽’該胺基酸係呈酸性形式之天冬胺酸 ， 及/或麵胺酸’且該方法係藉由基於該天冬胺酸或麩胺酸 ， 用里添加介於0至1當量之間之酸，而在酸性pH下進行。 2. 如6青求項丨之方法，其中僅存在原位之氰化氫，因為在 5亥方法條件下，該氰化物立即與該天冬胺酸及/或麩胺酸 及該輕反應。 3 ·如凊求項1或2之方法，其中該醛係甲醛。 4·如咕求項丨或2之方法，其中該胺基酸係麩胺酸。 5. 如請求項3之方法，其中該胺基酸係麵胺酸。 6. 如叫求項1或2之方法，其中該產物係胺基酸腈。 士吻求項6之方法，其含有使該腈水解為羧酸、醯胺或 羧酸鹽之額外步驟。 8.如凊求項1或2之方法，其中該pH介於3至6之間。 148842.doc 201109298 四、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無） (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 148842.doc