WO2010041978A1

WO2010041978A1 - Способ получения аммонийных солей фумаровой или янтарной кислоты

Info

Publication number: WO2010041978A1
Application number: PCT/RU2009/000428
Authority: WO
Inventors: Роман Анатольевич ТРУНИН; Михаил Львович Учитель; Евгений Ильич Маевский; Владимир Израилевич Хейфец; Дана КАССЕИНОВА; Галина Николаевна ЕРМАКОВА
Original assignee: Trunin Roman Anatolievitch; Uchitel Michail Lvovitch; Maevskij Evgenij Iljich; Heifets Vladimir Izrailech; Kasseinova Donna
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2010-04-15
Also published as: CN102177129A; RU2490249C2; US20120130125A1; RU2008134833A; DE112009002088T5; US8933271B2; CN102177129B

Abstract

Изобретение относится к усовершенствованному способу промышленного получения аммонийных солей фумаровой или янтарной кислоты, используемых для изготовления биологически активных добавок или лекарственных средств, а также в ветеринарии и пищевой промышленности. Способ заключается в нейтрализацией соответствующей кислоты карбонатом или бикарбонатом аммония при мольном стехнометрическом или превышающим стехиометрию на 4-5% соотношении в насыщенном водном растворе синтезируемой соли при температуре не более 40ºC, с последующим выделением продукта и его сушкой при температуре не более 70ºC. Образующийся после выделения аммонийных солей фильтрат пригоден для рециркуляции. Выделение продукта осуществляют преимущественно путем охлаждения реакционной массы до температуры 15-18ºC. Продукт получают, как правило, в кристаллическом виде. Насыщенный водный раствор синтезируемой соли готовят путем взаимодействия карбоната или бикарбоната аммония с соответствующей кислотой при температуре не более 40ºC. Способ осуществим в условиях промышленного производства. При этом обеспечивается возможность получения экологически чистых солей с содержанием основного вещества не менее 99.0% масс и выходом не ниже 98%. Способ позволяет увеличить выход целевых продуктов и обеспечивает их стабильно высокое качество за счет получения их преимущественно в кристаллическом виде.

Description

Способ получения амыоннннып солен фумяровон млн янтарной кислоты

Изобретение относится к способам получения моно- и диai"ГБioшшньтм солей янтарной (ЯК) пли фуыаровой (ФК) кислот, а именно, к πромыЕШiенныь_'i способам получения этих солей, широко iψименжαщихся длж изготовления биопогичесшi активных добаЕОТС или лекарственных средств, а также е в ветеринарии и пищевой проьάъппленности. Несмотря на давнюю историю использования (см., например, упоминание об использовании жнтарнотшслоrо аммония как лекарственного противосудорожного средства в кнтпге - Z.О.Хагер, Руководство по фармацевтической и медпко-jεимичесьOи прэЕШFе. C- Петербург. 1889, т. 1, с. 164-167 [I]), сведений о производстве аммошшных солей янтарной и фумаровой кислот в промышπеннои масштабе не имеется. Встречается упоминание о том, что сущинат аммония E течешiе нескольких лет выпускался в качеств :шмpeaкτивa в СССР в_a Ереванском химическом заводе и в ГДР на предприяггоi ΛПΞВ Lаbоrсhеmiе Ароldа (см. "Янтарная кислота в медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве", сборник статей под редакцией М.Н.КондрашоБой н др.. Пущiшо. 1996, с. 262 [2] ).

Известны описания некоторых способов препаративного получения аммотаmнык соттей мазанных кислот, например, в справочнике «Beib?., т. 2, доп. 1. с. 301 [3] изложен метод получения диаммошш фумаратэ в горячем спиртовом растворе из фумаровой кислоты и газообразного аммиака.

Недостатком этого метода при реализации его в промышленном масштабе является использование легколетучего растворителя и газообразного аммиака, требующих определенных затрат на мероприятия по безопасному ведению процесса, аппаратов работающих под давлением, а также энергосредств и хладоагентов на регенерацию растворителя; Способ получения солей янтарной кислоты гидрированием солей малеiшовоii кислоты в присутствии палладий-никелевого катализатора описан в патенте RU ЗГ_>2129540 [4]. Согласно этому способу сукцинат аммония получают из малеинового ангидрида и 24%-нoгo водного раствора аммиака в результате гидрирования образовавшейся диаммонииной соли малеиновой кислоты под давлением водорода до 15 атм и температуре 80⁰C в течение 5 часов не папладim-никелевом катализаторе.

Недостатком данного способа является использование дорогостоящего катализатора, оборудования работающего под давлением и водорода требующих при организации производства больших экономических затрат на безопасное проведение процесса. В патенте отсутствует описание выделения соли из водного раствора и качество полученной соли, кроме температуры плавления 161.8-162,2⁰C.

Известно также получение аммонийных солей карбоновых кислот, свободных от галогенов с ЕЪIСОЕИМ ВЫХОДОМ, взаимодействием четвертичной аммонийной соли с щелочнометаллической солью кислоты Е смеси воды и спирта с дистилляцией растворителя (см. патент JP2002-179614) [5].

Известно получение моногидрата аммоний сукцината реакцией натрий сукцината с карбонатом-бикарбонатом аммония в среде растворителя, с удалением образующегося натрий-бикарбоната (см. патент JP 57-050937) [б]. Известен способ получения аммониевых и/пли щелочных солей яд- и трикарбоновых кислот для фотографических процессов реакцией дп- iDiii тршсарбоновой кислоты или их ангидридов с аммоний и/ипн щелσчнометаiшическпы бикарбонатом в твердой фазе при температуре 4Q-IOO⁰C с использованием полимеров (см. патентную заявку EP1284254A1) [7].

Имеется также сообщение о нейтрализации океашшовой кислоты аммоний-карбонатом смешением этих компонентов Б зквϊmшiентных частях в дистшiжфованной воде при выдержке при перемешивании и фильтрации с получением пасты, которую сушат (см. Jапuvаrу 2004 AIt- Photo-Process-L:Re:Зodiшn сhlогораllаditе, wmv ιlsaRk.cз/Usts/эli-pholo- process/2004/jaIl.04/0295.1ltm) [8]. Указанный способ имеет некоторые сходные признаки с заявляемым способом получения аммониевых солей дпкарбоновых кислот. Однако в указанном сообщешш отсутствуют данные о качестве, выходе получаемого продукта и параметры процесса выделения и сушки. Указанный способ может быть использован только в лабораторных условиях.

Наиболее близким к заявляемом}' способу является известный из уровня техники способ получения водного раствора диаммонийной соли янтарной кислоты, описанный Х.Клεηжом и Л.Бергом при синтезе сушшнirмидэ (см. Синтезы органических пρeпaρaтoв_: сб. 2,. редакция БЛЭТТа. Издание, иностранной литературы, Ы 1949_? с. 439) [9]. Способ включает следующие стадии: в литровую колбу Вюрца с боковым отводом помещают 236 г (2 мол) янтарной кислоты и при охлаждении и взбалтывании медленно приливают 270 мл (243 г, 4 мол) 28%-нoгo водного аммиака (уд. в. 0,90). При этом большая часть кислоты растворяется, образуя прозрачный раствор дiiамьiонийной соли. Далее раствор подвергают перегонке и разложению с получением еукпинпмида в результате разложения соли.

Однако в упомянутой публикации отсутствуют данные, показывающие - температурный режим реакции; - скорость добавления аммиачного раствора; способ выделения соли;- параметры сушки соли;- качество получаемой диаммонийной соли янтарной кислоты. Термическая нестабильность сукцината аjжошш (см. РЖХим, 1989. 4Б3110;Thетmochim. асtа - 1988 - 132, - С. 229-233 англ.) [10] - разлагается при 360⁰K тнш 87°C, дiпсгует необходимость организации многоступенчатой вакуумной Еыпарки при выделении соли из ее водного раствора. При получении соли ш янтарной кислоты и 20-28% водного раствора аммиака, образующаяся соль находится в виде ~45%- ного водного раствора при 0°C_f для ее выделения требуется многоступенчатая упарка солевого раствора под вакуумом, так как при температуре выше 80⁰C возможно образование сущiшимидэ. сопровождающегося смолообразованием, вследствие этого выделенная соль имеет бежевый оттенок. Кроме этого организация и обслуживание выпарной установки требует затрат энергоресурсов п хладагентов. В описании способа не приводится данных о выходе солевого продукта. Таким образом, указанный известный способ получения суiщшгата аммония пригоден исключительно для лабораторного использования.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка более совершенного способа получения аммошiйных солей янтарной и фумаровой кислот. При этом новый способ должен быть осуществимым в условиях промышленного производства с возможностью получать экологически чистые соли с содержанием основного вещества не менее 99,0% масс и выходом не ниже 98%. Желательно также добиться ЗΕеличения выхода целевых продуктов и обеспечить их стабильно Еысокое качество.

Технический результат достигнут за счет разработки усовершенствованного способа получения амыошшныs солей фумарОЕоiϊ или янтарной кислоты, предусматривающего нейтрализацию соответствующей кислоты нейтрапшующiiм соединением в водной среде. При этом основным отличием заявляемого способа от прототипа является использование в качестве нейтрализующего соединения карбоната пли бикарбоната аммония при мольном стехиомегрическом. или превышающим стехиометрию на А -5%, соотношении кислоты и карбоната πлн бнкaрбонэтя аммония, л проведение нейтражDяцшi в насыщенном водном растворе синтезируемой соли при температуре не более 40⁰C с последующим выделением продукта и его сушкой при температуре не более 70°C. Образующийся после выделения аьfl_'iошfflныгϊ солей фильтрат пригоден для реrгяркулящш.

Выделение продукта осуществляют, как правило, охлаждением реакционной массы до температуры 15-18⁰C с пол^iением продукта преимущественно в кристаллическом виде.

Насыщенный водный раствор синтезirруемой соли готовят посредством взаимодействия карбоната пшi бикарбоната аммония с соответствующей кислотой при температуре не более 40⁰C.

Поэтапное осуществление заявляемого способа может быть представлено следующим образом:

- получают моноаммонийные соли (фумарат или сукцинат) из карбоната или бикарбоната аммония и соответствующей кислоты при мольном соотношении соответственно 0,52÷0,5 : 1 или 1,04 -÷-l : 1; - получают диаммонпйные соли (фуwарэт или сγкщпт∑)^' из карбоната или бикарбоната аммошiа и соответствующей кислоты при мольном соотношении соответственно 1,04-M : 1 или 2, 1 ÷2 : 1; проводят реажзшю нейтрализации в насыщенном растворе синтезируемой соли при температуре в предпочтительном диапазоне 18- 2O⁰C;

- поддерживают оптимальную температуру реакции нейтрализаiцш на уровне 40° С;

- устанавливают оптимальное время дозировки янтарной или фумаровой кислот (или карбоната и бикарбоната аммония) в пределах 2 часов, корректируя это время по результатам наблюдений за подъемом пены над уровнем суспензии в реакторе (не более 1/3 объема суспензии):

- устанавливают оптимальное время выдержки после дозировки - 1-2,5 час при температуре 40⁰C в зависимости от объема аппарата а именно, чем больше объем, тем больше выдержка:

- проводят окончательную крiiсталжiзацию. снижая температуру до 18- 15°C:

- вьшопнжют сушку осадка при температуре сушки не более 70⁰C:

- Е предпочтительном варианте применяют в качестве нейтрализующего агента бикарбонат аммония, uьrеющий по сравнению с карбонатом аммония более высокую температуру разложения;

- проводят фильтрацию на вакуумном фильтре;

- возвращают полученный фильтрат в рецикл.

На практике заявляемый способ осуществляют следуюiщш образом.

При температуре до 40⁰C, в насыщенный (при t 18-20⁰C) раствор синтезируемой соли загружают карбоновую соль аммония и в суспензию дозируют дшmрбоновуго кислоту (при получении моноамыошriшых солей бикарбонат iши карбонат аммония дозируют в суспензию карбоновой кислоты) в течение 2 часов, с последующей выдержкой в течение 1-2,5 часа при температуре не более 40⁰C и охлаждении суспензии до температуры 15-18°C. Осадок отфильтровывают нэ вжуумном фильтре и сушат при температуре не более 70⁰C до отсутствия запаха аммиака, фильтрат рещiрirулируют. Целевые соли получают с выходом 98-100% теор., содержание основного вещества не менее 99% масс. Продукты отвечают требованиям к биологически актирным добавкам к пище по содержанию вредны. , примесей, а именно:

- массовая доля свiшца CPb ), %, не более 5.0-10^"4

- мае совая доля мышьяка ( As l Я ₀. не боле е 3,0-10^"4

- массовая доля кадмия (Cd }, %, не более l_?0-10^'4 - массовая доля ртути (Hg), %. не более 1,0- 10^'4

Методом ИК-слектроскошш подтверждено строение солей и установлена их высокая степень чистоты. Отнесение полос в ПК- спектрах основным струьтурным элементам проведено Е соответствии с литературными данными (Л.Беллами. Инфракрасные спектры сложные молекул.. M., ИЛ. 1963, 592 с; К.Наканпси. Инфракрасные спеiсгры и строение органических соедпненпй. M., MIlP₅ 1985, 216 с) [11].

Изобретение иллюстрируется следующими прii&iераϊ-ш. Пример Jfe 1 : Синтез дпаммошшной соли фумаровой кислоты (04H₁₀N₂O₄). Реакцшю проводят в насыщенном солью водном растворе, для этого в 3,43 л воды загружают при перемешивании 13,91 M (1,1 кг) бикарбоната топ∑ 7 Ы (0,672 кг) карбоната аммония и при темперятуре не более 40⁰C дозируют б, 72 M (0,78 кг) фумаровой кислоты, не допуская подъема пены в реакторе более чем на 1/3 первоначального объема реакционной массы. Получают 4,7 кг (~ 4 л) -21? Ό раствора дпаммошiй фумарата. В полученный раствор загружают 19,46 IvI ( L 54 кг) бикарбоната или 10 M (0,960 кг) карбоната аммония и при температуре не более 40^c'C дозируют в течение 2-х часов 9,73 M ( 1,129 кг) фумаровой кислоты. Реакция протекает с поглощением тепла и выделением углекислого газа поэтом]/ реакционную массу подогревают (оптимальная температура 40⁰C) и не допускают подъема пены более чем на 1/3 первоначального реакционного объема. После дозировки фумаровой кислоты при температуре 4O⁰C делают выдержку Б течение 1 часа, затем смесь охлаждают до температуры 15-18⁰C. Получают 1.6 кг влажного кристаллического осадка и 4,7 i:г фильтрата. Фильтрат возвращают на повторное использование, осадок сушат при температуре не более 70⁰C. После C)TnKTT получают 1,46 кг фумарзта аммония, с содержанием основного вещества 99,0% масс, содержанием воды 0.93% масс, выход соли от теории составляет 99%. Содержание вредных примесей:

- массовая доля свинца fРЪ ), %_f не более 4,5- IG^"4 - массовая доля мышьяка ( As)₅ %, πе более 2, 5-10^"4

- массовая доля кадмия (Cd-). %, не более 0,7-10^"4

- массовая доля ртути (Hg), %, не более не обнаружено Пример Jfg 2:

Синтез моноаммошшной соли фумаровой кислоты (C₄H₇NO₄). Реакцию проводят в условиях примера Jfэ 1, однако для приготовления насыщенного раствора соли берут 3,5 л воды; 7_?52 M (0,594 кг) бикарбоната аммония пли 3,91 M {0375 кг) карбоната аммония и 7.52 M (0,872 кг) фумаровой кислоты. Получают - 4 л насыщенного раствора соли.

Для получения 1,85 iт соли берут ~4 л насыщенного раствора

13,91 M ( 1,614 кг) фЗ'Жаровой кислоты п дозпр^тот 13,91 M ( 1.099 кг) бикарбоната аммония пли 7,09 M (0.681 кг) карбоната аммония. Выход соли от теории составляет 100%. Содержание основного вещества- 100% ыэсс.

Пример KU 3:

Синтез дiiаммоншfflой соли янтарной кисло ιы (C₄Hi 2N2O4). Первоначально проводят операцию по приготовлению насыщенного раствора соли янтарной гаiслоты. В реактор объемом 1 JVГ¹ загружают

106 л Е оды, включают перемешивание п загружают 129,6 кг ( 1640.5 M) бикарбоната аммония, одновременно через рубщику аппарата реакционную массу нагревают паром до температуры 40-38⁰C. Дозировку янтарной кислоты (96 кг или 813,56 M) проводят прп температуре 32-38° С в течение 2-:i часок. Получают -200 л насыщенного водного раствора соли.

В полученный раствор при температуре 28-30⁰C загружают 155 ьт

( 1962,0 M) бикарбоната аммония, реакционную массу нагревают до температуры 34-40°C п в течение 2-х часов дозируют 115 тег (974,6 M) янтарной кислоты. Выдержку реакционной массы ведут при температуре 38-40⁰C E течение 2,5 часов. Реакционную массу охлаждают до 16⁰C и фильтруют на нугч-филыре. Получают 191,4 кг влажного осадка практически полностью в кристалжгчестдаы виде и 180 л фильтрата который используют в следующей операции синтеза соли.

Влажный осадов: сушат при температуре 50-70⁰C до отсутствия запаха аммиака, получают 145 кг сухого осадка с содержанием основного вещества 100% масс. Выход сопи от теории составляет 98%. Содержание вредных примесей:

- массовая доля свинца (Pb), %_; не более 4,5-10^" - массовая доля мышьяка (As), %, не более 2.0- 10^"4

- массовая доля кадмия ( Cd), %, не более 0,5- W⁴

- массовая доля ртуш (Hg), %_? не более 0.3-10^"4 Методом ПК-спектроскопии было установлено отсутствие в спектрах соли полос характерных для янтарной кислоты ( 1310 я 1200 см" ) и бикарбоната аммония (700 см"¹), что жарактершует высокую чистоту соли.

Пример JTs 4:

Синтез дпаммочийной соли янтарной кислоты CC_-4H₁₂I^bO₄). Синтез проводят в условиях примера 3, однако вместо свежеприготовленного насыщенного раствора, соли, используют возвратный ( 180 л) фильтрат, получают 148 кг сугагината аммония с содержанием основного вещества 99,8% масс. Выход соли от теории составляет 100%. Пример Jfe 5: Сiштез моноаммонийной соли янтарной кислоты (C₄HaNCV)-

Первоначально готовят 2л насыщенного раствора соли в воде, для этого берут 1 л воды, 0, 65 кг (8,23 M) бикарбоната аммония и дозируют при перемешивании в течение 1 часа 0,971 кг (8,23 M) янтарной кислоты, поддерживая температуру 38-40⁰C. В полученный раствор при температуре 33° С загружают 1Д57 кг (9,81 M) янтарной кислоты и дозируют 0_?775 кг (9.81 M) бикарбоната аммония в течение 1 часа при температуре 35-4O⁰C. Реакщгонную массу выдерживают при температуре Зδ-40°C Б течение 1 часа, затем охлаждают до lб°C и фильтруют на нутч-фипьтре. осадок сушат при температуре 70°C, фильтрат возвращают на повторное использование. Полагают 1,3 кг моноаммонийной соли, с содержанием основного вещества 99, 5?- ό масс. Выход соли от теории составляет 98,5%.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения аммоншmых солей фумаровой ижi янтарной кислоты нейтрализацией соответствующей кислоты нейтрализующим соединением в водной, среде, отличающийся тем, что в качестве нейтрализующего соединения используют карбонат или бикарбонат аммония при мольном стехиометрическом iшн превышающим стехиометрию на 4-5% соотношешш кислоты и карбоната или бикарбоната аммония, а нейтрализацию проводят Е насыщенном водном растворе синтезируемой соли при температуре не более 40⁰C, с последующим выделением продукта и его сушкой при температуре не более 70° С.

2. Способ по п. L отличающийся тем, что используют насыщенный водный раствор стшгезнруемой соли, приготовленный взаимодействием карбоната или бикарбоната аммония с соответствующей кислотой при температуре не более 40⁰C.

3. Способ по любому из шт. 1 -2. отличающийся тем, что выделение продукта осуществляют путем охлаждения реакционной массы до температуры 15-1S⁰C и отделения полученного осадка в виде кристаллов.

4. Способ по п. 3, отличающийся тeм_; что oбpaз}тощийcя после выделения аммошгйных солей фильтрат рециркужrруюг.